Caractérisation de l'os sous chondral : du traumatisme du genou à la gonathrose : étude chez l’homme et dans un modèle expérimental : effets de l’activité physique

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du genou à la gonathrose : étude chez l’homme et dans un modèle expérimental : effets de l’activité physique

Arnaud Boudenot

To cite this version:

Arnaud Boudenot. Caractérisation de l’os sous chondral : du traumatisme du genou à la gonathrose :

étude chez l’homme et dans un modèle expérimental : effets de l’activité physique. Médecine humaine

et pathologie. Université d’Orléans, 2013. Français. �NNT : 2013ORLE2072�. �tel-01080513�

UNIVERSITÉ D’ORLÉANS

ÉCOLE DOCTORALE SANTE, SCIENCES BIOLOGIQUES ET CHIMIE DU VIVANT - 549

Laboratoire I3MTO - EA 4708

THÈSE présentée par :

Arnaud BOUDENOT

soutenue le : 9 décembre 2013

pour obtenir le grade de : Docteur de l’université d’Orléans Discipline : Biologie, Santé

Spécialité : Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives

Caractérisation de l’os sous chondral : du traumatisme du genou à la gonarthrose. Etude chez l’homme et dans un modèle expérimental.

Effets de l’activité physique.

THÈSE dirigée par :

Eric LESPESSAILLES PH, PAST, CHR-Orléans RAPPORTEURS :

Daniel COURTEIX PU, Université de Clermont-Ferrand Damien LOEUILLE PU-PH, Université de Nancy 1

____________________________________________________________________

JURY :

Daniel COURTEIX PU, Université de Clermont-Ferrand Eric LESPESSAILLES PH, PAST, CHR-Orléans

Damien LOEUILLE PU-PH, Université de Nancy 1

Stéphane PALLU MCU, Université d’Orléans, co-encadrant Pascale POTTIE MCU, Université de Nancy 1

Hechmi TOUMI PU, Université d’Orléans

A ^VANT - ^PROPOS

Cette thèse a vu le jour suite à l’obtention de mon master 2 au STAPS Orléans, elle m’a été proposée suite à mon stage dans le laboratoire. J’ai travaillé successivement dans la structure INSERM U658, puis dans l’équipe d’accueil 4708 de l’Université d’Orléans : Imagerie Multimodale Multiéchelle et Modélisation du Tissu Osseux et articulaire (I3MTO), la structure actuelle.

La thématique de recherche, portant sur les traumatismes du genou, intéresse tout particulièrement les sportifs ; qui, repoussant leurs limites, s’exposent aux blessures. Ce travail de thèse porte donc sur une thématique très importante pour le monde sportif.

Ce travail scientifique intense a abouti à des présentations de nos résultats en congrès et dans des revues scientifiques à comité de lecture. Il se termine aujourd’hui en se présentant sous la forme de ce manuscrit.

Je tiens à remercier les membres du jury d’avoir accepté d’être présent pour ma soutenance de thèse. Mes remerciements s’adressent, dans un premier temps, aux rapporteurs de ce travail.

Je remercie Monsieur le Professeur Daniel COURTEIX d’avoir été rapporteur de ce travail et de m’avoir permis d’améliorer mon manuscrit grâce à ces remarques. Nous nous sommes croisés dans les locaux de l’IPROS quelques fois. Mais c’est au congrès de l’ACAPS (communauté STAPS), à Rennes, en 2011, que nous nous sommes véritablement rencontrés pour la première fois, tout d’abord en tant que modérateur lors de ma communication orale, puis lors de la réception de mon prix « jeune chercheur ».

Merci à Monsieur le Professeur Damien LOEUILLE d’être rapporteur de ce travail de thèse de doctorat. Nous nous sommes rencontrés à Jussieu lors d’une réunion où j’avais exposé mes travaux de mesure de la densité minérale osseuse sous chondrale. Merci pour les remarques et questions relatives à mon manuscrit.

Madame le Docteur Pascale POTTIE a accepté spontanément d’être membre du jury, je la

remercie. Monsieur le Professeur Hechmi TOUMI a également accepté. Je le remercie pour son

dynamisme qu’il a apporté au sein du laboratoire.

Tout ce travail n’aurait pas été possible sans Monsieur le Docteur Eric LESPESSAILLES, directeur du laboratoire EA4708 – I3MTO et directeur de ma thèse, et sans Monsieur le Docteur Stéphane PALLU, co-encadrant de cette thèse, présent au quotidien depuis mon master 2.

Je remercie la structure de l’IPROS et ses employés, ainsi que les membres de l’I3MTO, titulaires, étudiants et stagiaires d’avoir partagé ces quelques semaines pour certains ou ces quelques années pour d’autres...

Ce travail a été accompli grâce à des partenariats avec le CBM du CNRS Orléans, avec Madame le Docteur Nathalie PRESLE de l’UMR 7365, du CNRS de Nancy, avec Monsieur le Professeur Rustem UZBEKOV du département des microscopies de l’Université de Tours. Messieurs Philippe MOREAU et Gérard NOYER, respectivement technicien de l’animalerie du laboratoire de neurosciences d’Orléans et responsable de l’atelier mécanique de la faculté des Sciences, m’ont permis d’une part, d’héberger dans de bonnes conditions, et d’autre part d’entraîner sur un tapis roulant fonctionnel, nos rats.

Je remercie également certains médecins Orléanais pour m’avoir permis d’accélérer mon recrutement et en particulier les Docteurs DELALANDE, KERVARREC et BOCQUET.

Ce travail de thèse a été financé en partie par le Conseil Général du Loiret, l’Université d’Orléans et la société D3A Medical Systems.

Et pour finir, je tiens à remercier ceux qui m’ont permis de faire de la recherche dans le domaine

des STAPS. Merci à Madame le Docteur Christelle JAFFRE qui m’a fait découvrir le monde de

la recherche avec toute sa gentillesse et sa bonne humeur qui la caractérise. Enfin, je remercie un

couple de professeurs agrégés d’éducation physique et sportive, spécialisés en athlétisme, qui est à

l’origine de mon goût pour la physiologie de l’exercice. Merci à Anne et Serge VAUCELLE de

m’avoir transmis cette passion de la physiologie du sportif.

S OMMAIRE

TABLE DES MATIERES ... 6

TABLE DES FIGURES ... 11

TABLE DES TABLEAUX ... 14

LISTE DES ABREVIATIONS ... 16

Table des matières

AVANT-PROPOS ... 2

SOMMAIRE ... 5

INTRODUCTION ... 18

I. P ROBLEMATIQUE DE LA RECHERCHE ... 19

II. C ONTEXTE DU TRAVAIL DE THESE ... 19

ETAT DE L’ART ... 22

I. L E GENOU ... 23

I. A. Le ligament croisé antérieur ... 24

I. B. Les ménisques ... 25

I. C. Le cartilage ... 25

I. C. 1. Le chondrocyte ... 26

I. D. L’os ... 27

I. D. 1. L’os sous chondral ... 28

I. D. 2. L’ostéocyte ... 28

I. D. 3. L’ostéoblaste ... 38

I. D. 4. L’ostéoclaste ... 38

II. L ES TRAUMATISMES DU GENOU ... 38

II. A. Au ligament croisé antérieur (LCA) ... 38

II. A. 1. Description de la pathologie ... 38

II. A. 2. Prévalence ... 39

II. A. 3. Etiologie ... 40

II. A. 4. Diagnostic ... 41

II. A. 5. Traitements ... 42

II. A. 6. Conséquences ... 51

II. A. 7. Synthèse ... 52

II. B. Aux ménisques ... 53

II. B. 1. Description de la pathologie ... 53

II. B. 2. Prévalence ... 53

II. B. 3. Etiologie ... 53

II. B. 4. Diagnostic ... 53

II. B. 5. Traitements ... 53

II. B. 6. Conséquences ... 54

II. B. 7. Synthèse ... 56

II. C. Les troubles musculo-squelettiques ... 57

II. C. 1. Description de la pathologie ... 57

II. C. 2. Prévalence ... 57

II. C. 3. Etiologie ... 58

II. C. 4. Diagnostic ... 58

II. C. 5. Traitements ... 58

II. C. 6. Conséquences ... 58

II. C. 7. Synthèse ... 59

III. L A GONARTHROSE ... 60

III. A. Description de la pathologie ... 60

III. B. Prévalence ... 60

III. C. Etiologie ... 61

III. D. Les modèles expérimentaux (spontanés / induits) ... 61

III. D. 1. Les traumatismes induits chimiquement ... 62

III. D. 2. Les traumatismes induits mécaniquement ... 72

III. D. 3. Les traumatismes induits par sur-sollicitation ... 72

III. E. Diagnostic et analyses ... 72

III. E. 1. La radiologie ... 72

III. E. 2. L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) ... 78

III. E. 3. L’ostéodensitométrie ... 78

III. F. Traitements ... 84

III. F. 1. Non pharmacologique ... 84

III. F. 2. Pharmacologique ... 85

III. F. 3. Chirurgical ... 88

III. G. Synthèse ... 89

IV. E FFETS DE L ’ EXERCICE PHYSIQUE ... 90

IV. A. Méfaits ... 90

IV. A. 1. Au squelette ... 90

IV. A. 2. Au genou ... 91

IV. B. Bienfaits ... 92

IV. B. 1. Au squelette ... 92

IV. B. 2. Au genou ... 102

IV. C. Synthèse ... 105

HYPOTHESES ET OBJECTIFS... 106

I. H YPOTHESES ... 107

II. O BJECTIFS ... 107

II. A. Objectif de l’étude : Effet de la rupture du LCA sur la densité minérale osseuse épiphysaire chez une population sportive : étude de faisabilité. ... 107

II. B. Objectif de l’étude : Mesure de la densité minérale osseuse tibiale sous chondrale : sources de variabilité et reproductibilité. ... 108

II. C. Objectif de l’étude : Effet de l’entraînement intermittent sur la densité minérale osseuse : validation d’un modèle d’activité physique. ... 108

II. D. Objectif de l’étude : Caractérisation de l’os sous chondral. ... 108

MATERIEL ET METHODES ... 109

I. L EGISLATION ... 110

II. P OPULATION ... 110

II. A. Chez l’homme ... 110

II. A. 1. Etude de reproductibilité... 110

II. A. 2. Etude « CARGO » ... 110

II. B. Chez le rat ... 115

II. C. Traumatismes du genou ... 115

II. C. 1. Evaluation par questionnaires ... 115

II. C. 2. Induction chimique ... 116

II. D. Niveaux d’activité physique et protocole d’entraînement ... 117

II. D. 1. Evaluation par questionnaires ... 117

II. D. 2. Protocole d’entraînement ... 117

III. A NALYSES SYSTEMIQUES ... 118

III. A. Mesures au corps entier ... 118

III. B. Composition corporelle ... 119

III. C. Densité minérale osseuse ... 119

III. D. Prélèvement sanguin ... 119

III. D. 1. Prélèvement et stockage ... 119

III. D. 2. Analyse biochimique ... 120

III. D. 3. Indice de découplage ... 120

IV. A NALYSE DU CARTILAGE ET ARTHROSE ... 122

IV. A. Classification de l’arthrose par radiologie haute-résolution ... 122

IV. A. 1. Méthode d’acquisition ... 122

IV. A. 2. Classification de l’arthrose ... 123

IV. B. Macroscopie du cartilage ... 126

IV. C. Histologie du cartilage ... 127

V. A NALYSE DE L ’ OS EPIPHYSAIRE ... 129

V. A. Densité minérale osseuse ... 129

V. A. 1. Chez l’homme... 129

V. A. 2. Chez le rat ... 130

V. B. Texture osseuse sous chondrale et sous articulaire (par radiologie haute-résolution) ... 131

V. C. Microarchitecture osseuse trabéculaire sous chondrale ... 133

V. D. Histologie de l’os cortical sous chondral ... 133

V. E. Détermination de l’apoptose ostéocytaire corticale sous chondrale... 134

VI. S TATISTIQUES ... 135

VI. A. Puissance statistique et recrutement ... 135

VI. B. Validité de la mesure ... 136

VI. C. Reproductibilité ... 137

VI. D. Les tests statistiques ... 139

VI. D. 1. Tests paramétriques et non paramétriques ... 139

VI. D. 2. Erreur de type 1 et erreur de type 2 ... 139

VI. D. 3. Normalité ... 139

VI. D. 4. Homogénéité de la variance ... 140

VI. D. 5. Echantillons marginaux ou valeurs aberrantes ? Les « outliers » ... 140

VI. D. 6. Comparaison de groupes ... 140

VI. D. 7. Corrélations entre variables ... 142

RESULTATS ... 143

I. E TUDES CHEZ L ’ HOMME ... 144

I. A. Effet de la rupture du LCA sur la densité minérale osseuse épiphysaire chez une population sportive : étude de faisabilité ... 144

I. A. 1. Introduction ... 145

I. A. 2. Matériel et méthodes ... 145

I. A. 3. Résultats ... 146

I. A. 4. Discussion ... 146

I. A. 5. Conclusion ... 147

I. B. Mesure de la densité minérale osseuse tibiale sous chondrale : sources de variabilité et reproductibilité .... 148

I. B. 1. Introduction ... 149

I. B. 2. Méthodes ... 150

I. B. 3. Résultats ... 156

I. B. 4. Discussion ... 162

II. E TUDES CHEZ L ’ ANIMAL ... 167

II. A. Effet de l’entraînement intermittent sur la densité minérale osseuse : validation d’un modèle d’activité physique ... 167

II. A. 1. Introduction ... 167

II. A. 2. Matériels et méthodes ... 168

II. A. 3. Résultats ... 170

II. A. 4. Discussion ... 171

II. A. 5. Conclusion ... 172

II. B. Caractérisation de l’os sous chondral après un traumatisme au genou : effet préventif de l’activité physique ... 173

II. B. 1. Introduction ... 175

II. B. 2. Matériel et méthodes ... 176

II. B. 3. Résultats ... 183

II. B. 4. Discussion ... 187

DISCUSSION GENERALE ... 197

I. S YNTHESES DES TRAVAUX ... 198

II. E XPLOITATION DU PROTOCOLE CARGO ... 202

CONCLUSION ... 203

BIBLIOGRAPHIE ... 205

ANNEXES ... 237

INDEX ... XCII

RESUME ... QUATRIEME DE COUVERTURE

Table des figures

Figure 1 Genou humain ... 23

Figure 2 Réprésentation schématique du cartilage et de l'os sous chondral d’après Pritzker et al. [263]. La forme et l’orientation des chondrocytes varient selon la couche concernée. ... 26

Figure 3 Coupe longitudinale histologique de cartilage tibial de rat Wistar avec une coloration Safranine O Fast green. Les chondrocytes sont orientés parallèlement à la surface articulaire dans la couche superficielle. Cette orientation se perd dans les zones intermédiaire et profonde au profit d’un alignement en colonnes perpendiculaires à la surface articulaire. Quelques chondrocytes hypertrophiques disposés en miroir se trouvent en bordure de la « Tidemark ». ... 27

Figure 4 Structure des os longs ... 28

Figure 5 Os sous chondral d'un condyle fémoral humain d’après Clark et Huber [62]. ... 29

Figure 6 Ostéocytes d’os sous chondral cortical chez l’un de nos rats mâles Wistar observés au microscope à lumière blanche (grossissement x400). Les dendrites sont visibles en périphérie des ostéocytes, rappelant un neurone. 30 Figure 7 Représentation schématique d'un LCA rompu. Figure issue du site Internet http://www.docteurrouxel.com, accessible en ligne le 3/10/2013 ... 39

Figure 8 Examen radiologique avec test de tiroir en vue d'observer un glissement fémoro-tibial. D'après http://www.genou.com/articles/Article DL Les tests de Lachman.htm, disponible en ligne le 4/10/2013. ... 40

Figure 9 Photographie du premier arthromètre issue du site Internet : http://www.genourob.com/, accessible en ligne le 4/10/2013. ... 41

Figure 10 Ligamentoplastie de type Mac Intosh avec prélèvement de fasci lata. Image téléchargée à partir du site http://chirurgiedusport.com, accessible le 6/10/2013. ... 46

Figure 11 Ligamentoplastie de type Kenneth Jones. Image téléchargée à partir du site http://chirurgiedusport.com, accessible le 6/10/2013. ... 47

Figure 12 Ligamentisation de la greffe et évolution de la résistance biomécanique dans le temps. Illustration issue du site Internet : http://www.orthopale.org/ligament-croise-anterieur.php, accessible en ligne le 6/10/2013. ... 48

Figure 13 Différentes méthodes permettant d’obtenir une arthrose expérimentale. D'après le travail de Pritzker [262]61 Figure 14 Positionnements employés pour mesurer l'interligne fémoro-tiabial. D'après la revue de la littérature de Buckland-Wright[45]. Clichés réalisés en charge : ... 73

Figure 15 Injection intra-articulaire de monosodium iodoacétate dans un genou de rat ... 117

Figure 16 Modèle d'entraînement intermittent avec 5 min de course à vitesse modérée (~50% de la vitesse maximale aérobie, ou VMA), 2 minutes de course à vitesse élevée (~80% de VMA), puis 1 minute de repos à vitesse nulle. Ce cycle est répété 7 fois au cours de la séance. La séance se termine par 3 minutes de récupération active avec une course à vitesse modérée. La vitesse indiquée en ordonné correspond à la vitesse moyenne sur l’ensemble du protocole. ... 118

Figure 17 Méthode de référence utilisée pour la mesure du tour de taille. ... 118

Figure 18 Positionneur plexiglas en place pour un cliché du genou gauche. ... 122

Figure 19 Technique MTP. Photographie de D3A Medical Systems, Schéma de Buckland-Wright, 2006 [44]. ... 122

Figure 20 Technique Schuss, projection du faisceau à 10° ... 123

Figure 21 Représentation schématique des sections réalisées au niveau de l’épiphyse proximale du tibia des rats Wistar. L’image osseuse a été acquise au micro-scanner skyscan avec une résolution de 12,02 µm. Les sections transversales ont été créées de la partie haute (extrémité proximale) vers la partie basse (extrémité distale) afin d’étudier à la fois la macroscopie et l’histologie du cartilage (1500 à 2000 µm), l’histologie de l’os sous chondral cortical (500 µm) ainsi que l’immunomarquage par épifluorescence (500 µm). L’ensemble de l’épiphyse était analysé par DXA. ... 125 Figure 22 Atlas de l'OARSI utilisé pour quantifier l'arthrose. ... 126 Figure 23 Image d’un genou acquise lors de la mesure de la densité minérale osseuse en décubitus latéral (Delphi,

Hologic). FD : fémur distal, TP : tibia proximal, P : patella. ... 129 Figure 24 Positionnement du sujet pour une analyse DXA de l'os sous chondral du tibia. ... 130 Figure 25 Régions d'intérêt sur absorptiométrie à rayons X à double énergie. Scans en haute résolution en mode « petit animal » pour étudier le tibia proximal (R1) et la partie distale du fémur (R2). ... 130 Figure 26 Position et définition des ROI pour l'analyse DXA de l'os sous chondral du tibia. ... 132 Figure 27 ROI sous chondrales (1 et 3) et sous articulaires (2 et 4) dans les parties médiale (3 et 4) et latérale (1 et 2) du

tibia. Image d’un genou gauche d’un homme de 63 ans souffrant de gonarthrose bilatérale dont la pose de prothèse totale de genou était programmée... 133 Figure 28 Courbe Gaussienne ou distribution normale des valeurs ... 139 Figure 29 Corrélation et degré d'association entre variables (d’après Zou et al.). une valeur négative indique une

corrélation inverse. Les valeurs proche de 1 ou de -1 indiquent une forte association entre les variables. Une valeur proche de 0 indique une absence d’association entre les variables ... 142 Figure 30 Positoinnement des ROI pour l’étude DXA de la densité minérale osseuse sous chondrale ... 152 Figure 31 Conception de l'étude en 5 étapes ... 153 Figure 32 Critère d'acceptabilité d'un scan en DXA (Delphi, Hologic). Images acquises en utilisant le mode rachis

lombaire. Pour le même sujet, la longueur de balayage sur l'image A était de 142 mm et l'analyse a été considérée comme inacceptable, alors que l'image B a été scannée sur 200 mm et a été considérée comme acceptable parce contours d'os ont été correctement reconnus. ... 154 Figure 33 Protocole expérimental. Les rats ont été acclimatés pendant 2 semaines et ont ensuite été séparés

aléatoirement en 2 groupes: Exercice (Ex) et le non-exercice (NEx) pendant 10 semaines. Au cours de ces 10 semaines le groupe Ex a été soumis à une procédure d’entraînement intermittent sur tapis roulant. A la fin de ces 10 semaines, chaque groupe (Ex et NEx) a été divisée en 2 sous-groupes : rats témoins (Ctrl) et OA

chimiquement induite. Une semaine supplémentaire a été consacrée à la réalisation des scans en densitométrie et à l'injection dans le genou. Après 4 semaines, les rats ont été sacrifiés (semaine 15). DXA: absorptiométrie à rayons X à double énergie. MIA: mono-iodoacétate. NEx-Ctrl: rats non entraînés recevant une injection de NaCl au genou droit; NEx-MIA : rats non entraînés recevant une injection de MIA au genou droit; Ex-Ctrl: rats entraînés recevant une injection de NaCl au genou droit; Ex-MIA: rats entraînés recevant une injection de MIA au genou droit... 177 Figure 34 Régions d'intérêt déterminée par DXA chez le rat. Scans en haute résolution en mode « petit animal » (A)

pour étudier le tibia proximal (R1) et la partie distale du fémur (R2). Scan en mode « petit animal » (B) a pour

l’analyse du corps ... 179

Figure 35 Os cortical sous chondral du tibia proximal observée en microscopie à lumière blanche avec marquage au bleu de Toluidine. Les flèches blanches indiquent les lacunes pleines (contenant un ostéocyte), alors que les flèches noires indiquent les lacunes vides. A : rats non entraînés recevant une injection de NaCl au genou droit ; B : rats non entraînés recevant une injection de MIA au genou droit ; C : rats entraînés recevant une injection de NaCl au genou droit ; D : Rats entraînés recevant une injection de MIA au genou droit. Nous avons observé que la surface de lacunes ostéocytaires était plus élevée pour les lacunes pleines que pour les lacunes vides. pour tous les groupes. La surface des lacunes pleines étaient plus grande dans les 2 groupes comparativement aux 2 groupes non entraînés, indépendant de la présence d’arthrose. En outre, le taux d'occupation des lacunes ostéocytaires était 60% plus élevé dans les deux groupes Ex par rapport aux 2 groupes NEx, indépendamment du MIA. Le grossissement total (oculaire et objectif) était x40... 180 Figure 36 Microscopie à épifluorescence de l'os sous corticale du tibia proximal. La microscopie à lumière blanche a été utilisée pour l'identification morphologique des ostéocytes dans chaque région d'intérêt. A : rats non entraînés recevant une injection de NaCl au genou droit ; B : rats non entraînés recevant une injection de MIA au genou droit ; C : rats entraînés recevant une injection de NaCl au genou droit ; D : Rats entraînés recevant une injection de MIA au genou droit. Le grossissement total (oculaire et objectif) était x100. ... 181 Figure 37 Images histologiques du cartilage tibial au sacrifice. Coupes histologiques longitudinales colorées à la

safranine O et Fast green. A : rats non entraînés recevant une injection de NaCl au genou droit ; B : rats non

entraînés recevant une injection de MIA au genou droit ; C : rats entraînés recevant une injection de NaCl au

genou droit ; D : Rats entraînés recevant une injection de MIA au genou droit. Les rats injectés au NaCl ont

présenté un cartilage normal (A & C). Les rats injectés au MIA (B & D) ont eu une perte de protéoglycanes, des

fibrillations de surface ou des fissures verticales dans la zone intermédiare et une réduction de l'épaisseur du

cartilage. L’agrandissement des images histologiques présentées était x40. ... 183

Table des tableaux

Tableau 1 Apoptose des ostéocytes et taux d’occupation des lacunes ostéocytaires en fonction des pathologies... 32

Tableau 2 Surface des lacunes ostéocytaires en fonction des pathologies. ... 36

Tableau 3 Programme du traitement conservateur post rupture du LCA [100, 254] ... 43

Tableau 4 Modèle d'arthrose induite chimiquement ... 63

Tableau 5 Positionnement radiologique et mesure de l'interligne fémoro-tibial ... 75

Tableau 6 Méthodes de mesure de la densité minérale osseuse sous chondrale : position, ROI et reproductibilité. ... 80

Tableau 7 Protocoles d'entraînement chez le rat et effets sur la densité minérale osseuse (DMO) ... 94

Tableau 8 Caractéristiques du groupe contrôle non sportif (n = 14) ... 113

Tableau 9 Caractéristiques du groupe contrôle sportif (n = 14) ... 113

Tableau 10 Caractéristiques du groupe opéré au LCA et non sportif (n = 13) ... 113

Tableau 11 Caractéristiques du groupe opéré au LCA et sportif (n = 13) ... 113

Tableau 12 Caractéristiques du groupe non opéré au LCA et non sportif (n = 2) ... 114

Tableau 13 Caractéristiques du groupe adulte âgé non arthrosique (n = 25) ... 114

Tableau 14 Caractéristiques du groupe adulte âgé arthrosique (n = 24) ... 114

Tableau 15 Caractéristiques des kits ELISA données par les fabricants ... 121

Tableau 16 Différentes méthodes d'acquisition macroscopique du cartilage de rat. ... 128

Tableau 17 Notion de métrologie : définir la fidélité, la justesse et l'exactitude ... 137

Tableau 18 Densité minérale osseuse aux membres inférieurs, aux épiphyses fémoro-tibiales et à la patella. Moyenne ± écart type en g/cm². ... 146

Tableau 19 Acceptabilité des scans en fonction de la longueur ... 157

Tableau 20 Amplitude des valeurs de sDMO... 157

Tableau 21 Reproductibilité à court terme (après repositionnement) de la sDMO ... 158

Tableau 22 Reproductibilité intra-observateur (relecture de la même image) de la sDMO ... 158

Tableau 23 Reproductibilité inter-observateur de la sDMO ... 159

Tableau 24 Reproductibilité intra-observateur à long terme de la sDMO ... 159

Tableau 25 Variation de sDMO induites par le mode d'analyse et l'utilisation du riz ... 161

Tableau 26 Poids, masse maigre, masse grasse, contenu minéral osseux (CMO) et densité minérale osseuse (DMO) à la fin de l'étude. Comparaison Témoin (T) vs Entraînement Intermittent (EI). CMO§ : CMO normalisé au poids de l’animal (CMO normalisée = CMO/Poids). Valeurs moyennes ± écart type ... 169

Tableau 27 Corrélation de Pearson des paramètres osseux et paramètres de composition corporelle ... 170

Tableau 28 DMO des rats au corps entier, au membre inférieur droit, au tibia proximal et au fémur distal, au début de l’étude, après l’entraînement et au sacrifice ... 185

Tableau 29 Microarchitecture tabéculaire de l’os sous chondral des plateaux tibiaux médial et latéral ex vivo à la fin de l’étude ... 186

Tableau 30 Densité, surface et taux d’occupation des lacunes ostéocytaires de l’os sous chondral cortical du tibia

proximal à la fin de l’étude ... 190

Tableau 31Composition corporelle au corps entier et au membre inférieur droit, au début de l’étude, après

l’entraînement et au sacrifice ... 193 Tableau 32 Remodelage osseux, balance formation/résorption, résorption de la matrice et concentration en leptine à

partir des valeurs sériques. ... 194

Liste des abréviations

AFSSAPS : « Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé », organisme qui autorise le déroulement d’une étude.

AINS : Anti-inflammatoires non-stéroïdiens.

AMIQUAL : « Arthrose membres inférieurs qualité de vie », un questionnaire de qualité de vie spécifique à l’arthrose.

ANOVA : analyse de variance (en référence aux termes anglais « analysis of variance »).

CARGO : « Caractérisation de l’os sous chondral en vue du diagnostic précoce de la gonarthrose chez des patients avec rupture du ligament croisé antérieur ». Nom de l’étude chez l’homme auprès du comité d’éthique de Tours et de l’AFSSAPS.

CERS : Centre Européen de Rééducation du Sportif.

CPP : « Comité de Protection des Personnes », le comité d’éthique est l’organisme délivrant un avis favorable ou non à l’AFSSAPS pour mener une étude.

DIDT : droit interne et demi-tendineux, des muscles de la cuisse utilisés pour la chirurgie du LCA.

DMO : densité minérale osseuse.

DXA : densitométrie par absorptiométrie biphotonique (Dual energy X-ray Absorptiometry).

FA-ext : extension du genou en mode avant-bras, où FA désigne « forearm » en référence au mode d’analyse DXA.

FA-flex : flexion du genou en mode avant-bras, où FA désigne « forearm » en référence au mode d’analyse DXA.

FF : « flexion fixe », une position en radiologie.

IMC : indice de masse corporelle.

LCA : ligament croisé antérieur.

LCP : ligament croisé postérieur.

LS-ext : extension du genou en mode rachis lombaire, où LS désigne « lumbar spine » en référence au mode d’analyse DXA.

LS-flex : flexion du genou en mode rachis lombaire, où LS désigne « lumbar spine » en référence au mode d’analyse DXA.

MIA : monosodium iodoacétate.

MMP-13 : « matrix metallo-protease-13 », marqueur de destruction de la matrice extra-cellulaire.

MTP : MétaTarso-Phalangienne, une position en radiologie.

NTx : « N-terminal telopeptide of type I collagen », marqueur du remodelage osseux.

OC : ostéocalcine, marqueur du remodelage osseux.

OPY : ostéophyte.

PAL : phosphatase alcaline, marqueur du remodelage osseux.

ROI : région d’intérêt (en référence aux termes anglais : « region of interest »).

sDMO : densité minérale osseuse sous chondrale.

TMS : Troubles Musculo-squelettiques.

TRAP : « tartrate-resistant acid phosphatase », marqueur du remodelage osseux.

VMA : vitesse maximale aérobie.

max : consommation maximale de dioxygène.

WOMAC : « Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index », un questionnaire

sur les difficultés de l’arthrose en termes de douleur, raideur et fonction.

I NTRODUCTION

I. Problématique de la recherche

Dans ce travail, nous souhaitions étudier les effets potentiellement protecteurs de l’exercice sur le genou dans le contexte d’une gonarthrose post traumatique. Ainsi, nous nous sommes intéressés à l’influence de l’activité physique et sportive sur la progression ou l’apparition de l’arthrose dans des situations à risque. Les effets de l’exercice étaient observés sur l’os sous chondral et le cartilage puisqu’ils sont largement impliqués dans l’arthrose du genou. Il a été nécessaire d’observer des situations où l’on rencontre une progression de l’arthrose telles que la rupture du ligament croisé antérieur chez l’homme et l’arthrose induite chimiquement chez le rat.

II. Contexte du travail de thèse

L’arthrose du genou est une maladie particulièrement fréquente et handicapante. Environ 1 personne sur 3 en souffre d’après des critères radiologiques. Actuellement, on ne soigne pas la gonarthrose (arthrose du genou). Les différents traitements pharmacologiques permettent une dissipation temporaire de la douleur. En revanche, les médications ne permettent pas de retrouver une articulation ne présentant aucun signe d’arthrose.

Face à cette forme d’impuissance des traitements pharmacologiques, il a été envisagé de tester différentes thérapies non pharmacologiques. Parmi elles, nous retrouvons l’exercice physique. Il a été démontré que la pratique d’une activité physique et sportive pouvait réduire la gêne fonctionnelle et la douleur de l’arthrose, la rendant asymptomatique. Ainsi, pour les anciens sportifs, si le sport ne permet pas de réduire l’incidence radiologique de l’arthrose, il permet néanmoins de limiter la sensation de douleur au genou. Au-delà des anciens sportifs, le sport permet de réduire les douleurs articulaires chez n’importe quel arthrosique. Il est d’ailleurs recommandé d’avoir une pratique régulière d’exercices de type aérobie et en renforcement musculaire.

Il existe une forme de contradiction au sujet des bienfaits du sport. En effet, le sport est la principale cause de traumatisme articulaire, avec les accidents de la voie publique. Les conséquences, lorsque ces blessures sont localisées au genou, sont un handicap transitoire et un risque de développer une gonarthrose précoce. D’autre part, le sport de compétition est parfois considéré comme arthrogène.

Il n’existe pas suffisamment de données dans la littérature pour pouvoir répondre de façon simple si

oui ou non le sport de compétition est arthrogène. C’est pour cette raison que nous avons souhaité

pouvoir isoler certains facteurs parfois confondus. Ainsi, nous avons étudié l’effet du sport

indépendamment de tout traumatisme. En outre, nous avons étudié l’effet d’un traumatisme du genou indépendamment de la pratique sportive.

Nos analyses portaient sur les caractéristiques de la gonarthrose. Longtemps considérée comme une pathologie exclusivement du cartilage, on sait aujourd’hui que la gonarthrose est une maladie multi- tissus touchant l’ensemble de l’articulation. Parmi les différents tissus, nous nous sommes intéressés tout particulièrement à l’os sous chondral. Par définition, cet os se situe directement sous le cartilage articulaire. Sa structure est singulière, présentant des couches spécifiques. Les dernières données de la littérature montrent qu’il existe des liens privilégiés entre le cartilage et l’os sous chondral. Ainsi, l’implication de l’os sous chondral dans l’initiation ou le développement de l’arthrose est un sujet d’actualité scientifique.

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au sport en termes de bienfaits et de méfaits.

Nous avons voulu étudier les effets de l’exercice sur l’apparition ou la prévention de l’arthrose, et les effets d’un traumatisme articulaire diagnostiqué ou induit sur les paramètres de l’arthrose. Nous avons mené des investigations à la fois chez l’homme et l’animal, en se donnant les moyens d’analyser l’os sous chondral par des techniques classiques (radiologie chez l’homme et histologie chez l’animal), mais également par des techniques innovantes dans l’arthrose (ostéodensitométrie, micro scanner, analyse de texture osseuse, histologie de l’os sous chondral…).

La finalité de cette thèse était de caractériser l’os sous chondral par une approche multimodale et multi-échelle dans une pathologie qui allait devenir une thématique forte du laboratoire : la gonarthrose. Ce travail de thèse repose sur deux aspects majeurs : les effets de l’activité physique sur les paramètres de l’arthrose chez le rat et la méthode d’exploration de l’os sous chondral chez l’homme.

Je me suis attaché à présenter un état de l’art traitant du genou dans un premier temps, puis abordant les traumatismes qu’il subit en insistant sur la rupture du ligament croisé. Ensuite, j’ai décrit la pathologie de la gonarthrose. Finalement, j’ai terminé cet état de l’art par une revue des effets de l’activité physique sur le squelette puis sur le genou. Après avoir décrit les méthodes employées au cours de ce doctorat, j’ai intégré deux études chez l’homme et deux études chez l’animal :

- Effet de la rupture du LCA sur la densité minérale osseuse épiphysaire chez une population sportive : étude de faisabilité.

- Mesure de la densité minérale osseuse tibiale sous chondrale : sources de variabilité et

reproductibilité.

- Effet de l’entraînement intermittent sur la densité minérale osseuse : validation d’un modèle d’activité physique.

- Caractérisation de l’os sous chondral après un traumatisme au genou : effet préventif de

l’activité physique.

E ^{TAT DE L} ’ ^ART

I. Le genou

Le genou est reconnu comme étant l’articulation la plus volumineuse et la plus complexe du corps humain. L’articulation comprend l’extrémité distale du fémur, l’extrémité proximale du tibia et la patella (ou rotule). La trochlée fémorale comprend deux condyles : le condyle fémoral médial et le condyle fémoral latéral. Le tibia est constitué de deux plateaux. Le plateau tibial médial est séparé du plateau tibial latéral par l’intermédiaire de l’éminence intercondylaire (point d’insertion des ligaments croisés).

En réalité, le genou est composé de deux articulations : l’articulation fémoro-patellaire et l’articulation fémoro-tibiale. L’articulation fémoro-patellaire se compose de l’épiphyse distale antérieure du fémur et de la patella. Il s’agit d’une articulation de type plane où seul le glissement est autorisé. L’articulation fémoro-patellaire est une articulation synoviale de type trochléenne particulière, c'est-à-dire qu’elle

permet un mouvement de flexion et d’extension et une légère rotation.

La rotation est possible lorsque le genou est fléchi. Les condyles fémoraux glissent alors sur les plateaux tibiaux.

Nous allons nous intéresser de plus près aux tissus qui composent l’articulation du genou.

Nous retrouvons autour de l’articulation [209] :

- la capsule articulaire qui recouvre partiellement l’articulation (au niveau des faces médiale, latérale et postérieure), - trois ligaments

recouvrant la face

antérieure de

l’articulation de la patella à la tubérosité tibiale (ligament patellaire et rétinaculum patellaires médial et latéral),

Figure 1 Genou humain

- les ligaments collatéraux fibulaire (ou ligament latéral externe) et tibial (ou ligament latéral interne),

- les ligaments poplités oblique et arqué.

Nous retrouvons à l’intérieur de l’articulation [209] :

- les ligaments croisés antérieur (nous détaillerons cette partie ci-dessous, page 24) et postérieur. Le ligament croisé postérieur (LCP) est le plus résistant des deux, il s’insère sur l’éminence intercondylaire postérieure du tibia et sur la face latérale du condyle médial du fémur,

- le liquide synovial. C’est un lubrifiant composé d’acide hyaluronique et de glycoprotéines. Sa résistance visqueuse est comparable à celle d’un blanc d’œuf. Ce liquide a également pour fonction de libérer les nutriments pour le cartilage.

- les ménisques (nous détaillerons cette partie ci-dessous, page 25).

- le cartilage (nous détaillerons cette partie ci-dessous, page 25).

I. A. Le ligament croisé antérieur

Le ligament croisé antérieur (LCA) est visible sur la Figure 1. Il lie la face interne du condyle fémoral latéral à la face antérieur de l’éminence intercondylaire du tibia. Lorsque le genou est en flexion, le LCA maintient l’articulation en empêchant le glissement postérieur du tibia sur le fémur.

Le LCA se trouve sous tension lorsque le genou est en extension. Par conséquent, il s’oppose à l’hyperextension du genou.

Ce ligament reste relativement fragile au regard des contraintes biomécaniques qu’il subit. Par conséquent, de nombreux accidents (sportifs, de la voie publique ou domestiques) sont responsables de sa rupture partielle ou totale. Cette blessure concerne de nombreux sportifs et peut nuire à une carrière sportive.

Les conséquences à long terme de rupture sont l’apparition précoce de la gonarthrose (arthrose du genou). La gonarthrose se caractérise par une dégénérescence du cartilage articulaire ce qui entraîne une douleur importante au genou.

Ces points seront détaillés dans le manuscrit.

I. B. Les ménisques

Les ménisques sont également visibles sur la Figure 1. Ce sont ces croissants situés entre le tibia et le fémur. Ils sont également nommés cartilages semi-lunaires. Ils permettent de stabiliser l’articulation en offrant une cavité plus profonde au-dessus des plateaux tibiaux pour y accueillir les condyles fémoraux. Ils s’attachent au tibia par leurs parties externes, les rendant sensibles aux déchirures en cas d’accident.

Le ménisque médial supporte près de 80% du poids contre seulement 20% pour le ménisque latéral [288]. Le ménisque médial est plus mobile [219]. Leur fonction est d’absorber les forces comme un amortisseur. Ces forces peuvent atteindre 2 à 8 fois le poids du corps selon que l’on marche ou que l’on court [219].

Les ménisques sont composés de fibrocartilage. Il s’agit d’une forme de cartilage particulièrement résistante aux contraintes par une alternance de chondrocytes et de fibres de collagène. Cela permet aux ménisques de supporter le poids du corps lors de la course ou lors de sauts.

I. C. Le cartilage

Avant d’être mature et constitué d’os, le squelette est initialement formé de cartilages et de membranes fibreuses, le rendant particulièrement souple. Au cours de la croissance, ce cartilage et sa capacité élastique seront amenés à disparaître au profit d’une structure plus raide, vascularisée et innervée : l’os. Le cartilage est principalement constitué d’eau (environ 80%) mais ne contient pas de nerf ou de vaisseaux sanguins. Ceci fait qu’il cicatrise très lentement et très difficilement. De plus, les lésions sont indolores. C’est le périchondre (l’enveloppe de tissu conjonctif qui entoure le cartilage) qui, possédant des vaisseaux sanguins, va irriguer la matrice cartilagineuse de nutriments.

Le cartilage contient de 1 à 10% de chondrocytes (cellules cartilagineuses présentes dans trois types de cartilages). La matrice extra-cellulaire contient un grand nombre de fines fibres de collagène de type 2, des aggrécans, des chondroitines sulfates.

A l’âge adulte, on dénombre trois types de cartilages [209] : - Hyalin :

Il est le plus répandu. Il est élastique et flexible. On le retrouve dans le cartilage articulaire (où il est dépourvu de périchondre mais dispose d’une « éponge » contenant du liquide synovial), au pharynx et au larynx, au nez.

- Elastique :

Il se caractérise par une grande élasticité due à la présence de nombreuses fibres

d’élastine lui permettant de subir des mouvements de déformation répétés. On le retrouve dans l’oreille externe et dans l’épiglotte.

- Fibreux :

Il s’agit du cartilage présent dans les ménisques : le fibrocartilage. Comme indiqué dans la partie I. B. Les ménisques, ce type de cartilage est très résistant aux compressions grâce à d’épais faisceaux de fibres de collagène. En plus des ménisques, il est présent au niveau des disques intervertébraux et des enthèses (jonction du tendon, ou du ligament, avec l’os).

Le cartilage peut être calcifié ou non calcifié. On retrouve du cartilage non calcifié dans la zone superficielle, la zone intermédiaire et la zone profonde (Figure 2). La « Tidemark » indique la séparation entre cartilage calcifié et non calcifié. Le cartilage calcifié apparaît au-delà de la

« Tidemark ». Il se termine plus profondément, au niveau de la plaque sous chondrale.

Figure 2 Réprésentation schématique du cartilage et de l'os sous chondral d’après Pritzker et al. [263]. La forme et l’orientation des chondrocytes varient selon la couche concernée.

I. C. 1. Le chondrocyte

Le chondrocyte est un chondroblaste mature. Les chondroblastes sont des cellules très abondantes au cours de la croissance. Elles produisent de la matrice jusqu’à la fin de l’adolescence.

Le chondrocyte est une cellule mature. Sa taille et sa forme changent selon la localisation (Figure

3). Le chondrocyte se situe dans une logette (ou chondroplaste) disposée en miroir avec une autre

logette.

Figure 3 Coupe longitudinale histologique de cartilage tibial de rat Wistar avec une coloration Safranine O Fast green. Les chondrocytes sont orientés parallèlement à la surface articulaire dans la couche superficielle. Cette orientation se perd dans les zones intermédiaire et profonde au profit d’un alignement en colonnes perpendiculaires à la surface articulaire. Quelqu es chondrocytes hypertrophiques disposés en miroir se trouvent en bordure de la « Tidemark ».

I. D. L’os

Les os longs se divisent en 3 zones : les épiphyses, les métaphyses et la diaphyse (Figure 4).

- L’épiphyse est une extrémité de l’os correspondant à l’articulation. Elle s’étend de la surface articulaire jusqu’au cartilage de conjugaison. Elle englobe la plaque sous chondrale, l’os trabéculaire sous chondral, l’os trabéculaire sous articulaire (directement en dessous de l’os sous chondral) et d’os cortical sous chondral en périphérie de l’os.

L’os cortical y est très fin. Au contraire, les travées de l’os trabéculaire sont très

épaisses.

- La métaphyse est la zone de jonction entre le cartilage de conjugaison (extrémité inférieure de l’os trabéculaire sous articulaire) et le canal médullaire où se trouve la moelle osseuse. Cette zone est riche en os trabéculaire, les travées y sont plus petites que dans l’os sous chondral.

- La diaphyse est la partie centrale de l’os. Elle contient le canal médullaire qui est entouré d’un os cortical épais.

I. D. 1. L’os sous chondral

L’os sous chondral se situe directement sous le cartilage. La plaque sous chondrale est en contact avec le cartilage calcifié (Figure 2, page 26). La plaque est généralement assez fine, peu vascularisée, lisse. Les perforations os – cartilage sont peu fréquentes en dehors de toute pathologie [62].

I. D. 2. L’ostéocyte

L’ostéocyte a longtemps été considéré comme une cellule « passive » enfermée dans la matrice.

Aujourd’hui, elle est véritablement considérée comme une cellule endocrine impliquée dans le remodelage osseux [26]. En effet, il a été démontré que l’ostéocyte était largement impliqué dans le contrôle de remodelage osseux en tant que cellule mécano-sensible [25, 276].

L’ostéocyte dispose de dendrites lui donnant l’aspect d’un neurone (Figure 6). Sa forme est variable selon sa localisation dans l’os et selon les pathologies. Il est plutôt allongé dans les os longs et arrondi dans les os plats [314]. L’étude de Van Hove et al. portait sur l’analyse morphologique des ostéocytes de 3 femmes présentant chacune soit de l’ostéopénie, de l’arthrose

Figure 4 Structure des os longs

ou de l’ostéopétrose [312]. Les ostéocytes de la femme arthrosique étaient relativement allongés. Ils étaient plutôt arrondis chez la femme ostéopénique et également arrondis mais plus petits pour la femme présentant une ostéopétrose. Ces données sont à analyser avec un regard critique dans la mesure où il s’agit d’une étude portant sur seulement trois femmes. En effet, les ostéocytes de 5 patients arthrosiques présentaient cette fois une forme arrondie et des dendrites désorganisées [150].

Les résultats divergent mais les effectifs sont encore trop faibles pour pouvoir conclure sur la morphologie des ostéocytes en cas d’arthrose.

Les lacunes ostéocytaires dans lesquelles se trouvent les ostéocytes ont été étudiées par certaines équipes. Cela permettait d’avoir des informations sur la surface, le taux d’occupation et l’apoptose, l’apoptose étant la mort cellulaire programmée [38]. Un travail de revue de la littérature m’a permis d’identifier les études ayant mesuré le taux d’apoptose (et la densité) et le taux d’occupation des lacunes ostéocytaires (lacunes vides versus lacunes pleines) en fonction des pathologies, des espèces et de la localisation de ostéocytes. L’ensemble de ces données est présenté dans le Tableau 1.

Figure 5 Os sous chondral d'un condyle fémoral humain d’après Clark et Huber [62].

Cartilage non calcifié

Tidemark Cartilage

calcifié Plaque sous

chondrale

Os

trabéculaire

Au regard de ces travaux, et pour synthétiser, nous constatons que l’ostéonécrose et l’ostéoporose sont des pathologies entraînant une augmentation de l’apoptose des ostéocytes [47, 77, 91, 177, 192, 193, 216, 328]. De plus, l’ostéoporose secondaire induite par le traitement aux glucocorticoïdes semble entrainer plus d’apoptose à la cinquième vertèbre lombaire que l’ostéoporose induite par ovariectomie [177].

Concernant l’arthrose, très peu de données existent au sujet de l’apoptose des ostéocytes. La tête de fémur de coxarthrosiques ne présentait pas plus d’apoptose comparativement à une population contrôle [77]. Un troisième groupe d’ostéoporotiques présentait des valeurs bien supérieures aux groupes précédents [77]. Une autre étude rapportait un taux d’apoptose extrêmement faible à la tête de fémur d’arthrosiques [47]. Ces deux études ne comportaient pas d’analyse de l’os sous chondral.

En revanche, une fois inclus, il a été rapporté un taux d’apoptose plus élevé chez les gonarthrosiques en comparaison aux contrôles [150].

Figure 6 Ostéocytes d’os sous chondral cortical chez l’un de nos rats mâles Wistar observés au microscope à lumière blanche (grossissement x400). Les dendrites sont visibles en périphérie des ostéocytes, rappelant un neurone.

Un taux d’apoptose trop élevé peut s’avérer être une souffrance de l’os, l’apoptose représentant un

processus de mort cellulaire. Cependant, c’est davantage le taux d’occupation des lacunes qui

indique si l’os est pathologique ou non. Effectivement, il a été montré que le taux d’occupation des

lacunes ostéocytaires était un indicateur de qualité osseuse [268]. Dans cette étude, le taux

d’occupation était inversement corrélé avec le nombre de microfractures [268]. Chez des chevaux

présentant un syndrome naviculaire, il a été observé que la dégénérescence arthritique était associée

à une faible masse osseuse, une faible connectivité ostéocytaire et une faible densité ostéocytaire

[16]. De plus, si la densité lacunaire de l’os sous chondral du tibia était équivalente entre

gonarthrosiques et contrôles, Jaiprakash et al. a également montré que les lacunes vides des

gonarthrosiques étaient significativement plus nombreuses que pour le groupe contrôle [150]. Le taux d’occupation était d’environ 40% en cas d’arthrose contre 60% sans arthrose [150].

Ainsi, l’apoptose peut permettre d’expliquer les variations observées du taux d’occupation des lacunes ostéocytaires (lacunes vides versus lacunes pleines). Cependant, ces observations ne vont pas toujours dans ce sens. En effet, il a souvent été observé des taux d’occupation similaires entre ostéoporotiques et contrôles [77, 148]. Au contraire, Maurel et al. observaient plus de lacunes vides chez les rats ostéopéniques que chez les rats contrôles [216]. Ce dernier résultat est davantage en accord avec les résultats des taux d’apoptose présentés dans le paragraphe précédent.

La divergence peut venir du fait que le marquage de l’apoptose reflète une action à un temps « t », tandis que le taux d’occupation est le résultat à long terme de différents processus de mort cellulaire (apoptose, nécrose, autophagie) [38, 142, 156].

Je me suis intéressé à la surface des lacunes ostéocytaires. Je n’ai pas trouvé de littérature scientifique distinguant la surface des lacunes vides de la surface des lacunes pleines. En outre, je n’ai pas trouvé de littérature mettant en exergue les effets de l’activité physique sur le taux d’occupation. Donc, j’ai cherché des informations sur la surface des lacunes indépendamment du taux d’occupation.

Il a été montré que la surface des lacunes était augmentée dans des modèles d’ostéopénie [177, 216,

294]. Les variations de surface peuvent être le reflet de la viabilité cellulaire et de la capacité des

ostéocytes à contrôler la matrice environnante. Il a été postulé que l’augmentation de surface des

lacunes pourrait être un facteur important de la perception des contraintes mécaniques [178]. Les

conclusions actuelles vont dans le sens d’une augmentation de surface en condition pathologique

[177, 216, 291, 294]. Cependant, deux autres études ont montré que des traitements n’ont pas

diminué cette surface [306, 317]. La surface était même augmentée chez des femmes ménopausées

ostéoporotiques traitées [317]. Les principales caractéristiques de ces études ont été reprises dans le

Tableau 2 à la page 36. Les résultats de ces travaux de thèse remettront encore en doute

l’hypothèse selon laquelle l’augmentation de la surface est délétère à l’os.

E ta t de l ’a rt T hè se de doc tor at A rnaud B O U D E N O T 32 / 332

Ta b le a u 1 A p o p to se d es o sté o cy te s et ta u x d ’o cc u p a ti o n d es l a cu n es o st éo cy ta ir es e n fo n cti o n d es p a th o lo g ie s. a rt ic le s p o p u la ti o n lo c a li s a ti o n d e s o s té o c y te s p a th o lo g ie m a rq u a g e d e l’ a p o p to s e o rd re d e g ra n d e u r d e l’ a p o p to s e e t ta u x d ’o c c u p a ti o n C a ld e r e t a l. ( 2 0 0 4 ) [ 4 7 ] P a ti e n ts : p ro th è s e h a n c h e tê te d e f é m u r -o s té o n é c ro s e -a rt h ro s e T U N EL -o s té o n é c ro s e : 1 3 % ( à 1 5 % ) -a rt h ro s e : 0 ,6 % ( 0 ,5 à 0 ,8 % ) C a rd o s o e t a l. ( 2 0 0 9 ) [ 4 9 ] S p ra g u e -D a w le y fe m e lle s â g é e s d e 1 6 s e m a in e s U ln a , o s c o rt ic a l fa ti g u e i n d u it e p a r c o n tr a in te s m é c a n iq u e s c a s p a s e -3 + H 2 A X + E P O (e n u m e ra ti o n o f p y k n o ti c o s te o c y te s )

2 à 2 9 % D e lg a d o -C a lle e t a l. ( 2 0 1 1 ) [ 7 7 ] P a ti e n ts : p ro th è s e h a n c h e tê te d e f é m u r (p a rt ie c e n tr a le , o s s o u s c h o n d ra l e x c lu )

- o s té o p o ro s e - a rt h ro s e - c o n tr ô le ( c a d a v re s ) c a s p a s e -3 im m u n o - h is to c h im ie + t a u x d 'o c c u p a ti o n

C a s p a s e -3 : - o s té o p o ro s e : 5 3 % - a rt h ro s e : 4 0 % - c o n tr ô le : 4 1 % O c c u p a ti o n : - o s té o p o ro s e : 6 0 % - a rt h ro s e : 7 3 % - c o n tr ô le : 6 4 % E m e rt o n e t a l. ( 2 0 1 0 ) [ 9 1 ] C 5 7 B L /6 J f e m e lle s d e 1 7 s e m a in e s D ia p h y s e f é m u r O v a ri é c to m ie C a s p a s e -3 + p y k n o ti c o s te o c y te s

C a s p a s e -3 : - O V X : 9 % - O V X + a n ti -a p o p to s e = S h = S h + a n ti -a p o p to s e 2 à 4 % F o lle t e t a l. ( 2 0 0 7 ) [ 1 0 3 ] S p ra g u e -D a w le y fe m e lle s d e 6 m o is u ln a c o rt ic a l fa ti g u e i n d u it e p a r c o n tr a in te m é c a n iq u e

c a s p a s e -3 1 2 à 7 8 O C Y /m m ²

E ta t de l ’a rt T hè se de doc tor at A rnaud B O U D E N O T 33 / 332

Iw a m o to e t a l. ( 2 0 0 8 ) [ 1 4 8 ] S p ra g u e -D a w le y fe m e lle s d e 3 m o is d ia p h y s e t ib ia o s té o p é n ie i n d u it e p a r g lu c o c o rt ic o id e s + t ra it e m e n t R is é d ro n a te

T a u x d 'o c c u p a ti o n O c c u p a ti o n (% ) : - C tr l : 7 0 .3 ± 3 .9 - G C : 6 7 .5 ± 5 .0 D e n s it é (n /m m ²) : - C tr l : 4 1 7 ± 3 0 - G C : 4 1 7 ± 2 2 J a ip ra k a s h e t a l. ( 2 0 1 2 ) [ 1 5 0 ] P a ti e n ts : p ro th è s e g e n o u C tr l : c a d a v re s

p la te a u t ib ia l a rt h ro s e T U N EL -a rt h ro s e : 6 0 % -C tr l : 3 5 % J ia e t a l. ( 2 0 1 1 ) [ 1 5 6 ] S o u ri s S w is s - W e b s te r m â le s fé m u r d is ta l o s té o p é n ie i n d u it e p a r g lu c o c o rt ic o id e s T U N EL ( p a s t rè s c la ir ) O s t ra b é c u la ir e : 2 à 5 % O s c o rt ic a l : 2 à 7 % K e n n e d y e t a l. ( 2 0 1 2 ) [ 1 6 8 ] S p ra g u e -D a w le y fe m e lle 6 m o is

u ln a c o rt ic a l fa ti g u e i n d u it e p a r c o n tr a in te m é c a c a s p a s e -3 J 3 (d is ta n c e à l a z o n /m m ²) : - < 1 0 0 µ m : 6 5 0 - 1 0 0 -2 0 0 µ m : 2 0 0 - 2 0 0 -3 0 0 µ m = C tr l : J 7 (d is ta n c e à l a z o n /m m ²) : - < 1 0 0 µ m : 2 0 0 à 3 5 - 1 0 0 -2 0 0 µ m : 8 0 - 2 0 0 -3 0 0 µ m = C tr l : L a n e e t a l. ( 2 0 0 6 ) [ 1 7 7 ] S w is s -W e b s te r m ic e m â le s /f e m e lle s 6 m o is

L 5 : o s t ra b é c u la ir e o s té o p é n ie : - G C ( ♂ ) - O V X ( ♀ )

T U N EL 1 )C tr l : 1 .9 ± 1 .1 % 2 )G C : 3 .9 ± 1 .0 % * ( 1 ) 3 )Sh a m : 1 .0 ± 0 .5 % 4 )O V X : 1 .2 ± 0 .6 %

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L ir a n i- G a lv a o e t a l. ( 2 0 1 0 ) [ 1 9 3 ] W is ta r fe m e lle s 1 2 s e m a in e s O s c o rt ic a l d u t ib ia (m é ta p h y s e p ro x im a le ) O v a ri é c to m ie S o u s f o rm e d e % : c a s p a s e -3 + T U N EL

ID E M P A P IE R C T I 2 0 + C a s p a s e -3 (% ) : - S h a m + N A M E : 1 - O V X + N A ME : 4 - O V X + L IE S + N A M E : 5 T U N EL ( % ) : - S h a m + N A M E : 3 - O V X + N A ME : 2 - O V X + L IE S + N A M E : 1 L ir a n i- G a lv a o e t a l. ( 2 0 0 9 ) [ 1 9 2 ] W is ta r fe m e lle s 1 2 s e m a in e s O s c o rt ic a l d u t ib ia (m é ta p h y s e p ro x im a le )

O v a ri é c to m ie S o u s f o rm e d e % : c a s p a s e -3 + T U N EL

C a s p a s e -3 (% ) : - O V X : 2 4 - O V X + L IE S : 8 - S h a m : 1 1 T U N EL ( % ) : - O V X : 1 8 - O V X + L IE S : 1 1 - S h a m : 8 Ma u re l e t a l. ( 2 0 1 1 ) [ 2 1 6 ] W is ta r m â le s 8 s e m a in e s D ia p h y s e t ib ia o s té o p é n ie i n d u it e p a r a lc o o lis a ti o n c a s p a s e -3 C a s p a s e -3 (n /m m ²) : - o s té o p é n ie : 1 9 0 - c o n tr ô le : 2 0 C a s p a s e -3 (% ) : - o s té o p é n ie : 5 ,6 - c o n tr ô le : 0 ,7 la c u n e s v id e s ( n /m m ²) - o s té o p é n ie : 3 4 0 - c o n tr ô le : 2 5 0 v a n E s s e n e t a l. ( 2 0 0 7 ) [ 3 1 1 ] fe m m e s o s té o p o ro ti q u e s m é n o p o s é e s

o s i lia q u e o s té o p o rs o s e c a s p a s e -3 im m u n o - h is to c h im ie + t a u x d 'o c c u p a ti o n

2 a n s a p rè s : p a s d e ≠ a p o p to s e (6 % ) m a is t a o c c u p a ti o n r a lo x if e n e (9 1 % ) > p la c e b o (8 9 %

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W u e t a l. ( 2 0 1 3 ) [ 3 2 8 ] L a p in s N e w -Z e la n d é p ip h y s e s f é m o ra le s (t ê te + c o n d y le s ) o s té o p é n ie i n d u it e p a r g lu c o c o rt ic o id e s T U N EL (é p if lu o re s c e n c e ) + c a s p a s e -3 (W e s te rn b lo t)

T U N EL ( % ? ) : - g lu c o c o rt ic o id e s : 1 - g lu c o + in h ib it e u r : 2 - c o n tr ô le : 1 0

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Ta b le a u 2 S u rfa ce d es l a cu n es o sté o cy ta ir es e n fo n cti o n d es p a th o lo g ie s. a rt ic le s p o p u la ti o n lo c a li s a ti o n d e s o s té o c y te s p a th o lo g ie s u rfa c e ( e t v o lu m e ) d e s la c u n e s o s té o c y ta ir e s L a n e e t a l. ( 2 0 0 6 ) [ 1 7 7 ] S w is s -W e b s te r m ic e m â le s /f e m e lle s 6 m o is L 5 : t o s r a b é c u la ir e o s té o p é n ie : - G C ( ♂ ) - O V X ( ♀ )

S u rf a c e e n µ m ² ± S D : 1 )C tr l : 6 7 .1 ± 5 .1 2 )G C : 9 1 .8 ± 4 .4 *( v s 1 & 3 )Sh a m : 7 3 .0 ± 5 .0 4 )O V X : 8 2 .0 ± 4 .3 *( v s 1 ) Ma u re l e t a l. ( 2 0 1 1 ) [ 2 1 6 ] W is ta r m â le s 8 s e m a in e s D ia p h y s e t ib ia o s té o p é n ie i n d u it e p a r a lc o o lis a ti o n C ≈ 2 1 ± 5 µ m ² A 3 5 ≈ 2 9 ± 5 µ m ² S h a rm a e t a l. ( 2 0 1 2 ) [ 2 9 1 ] S p ra g u e D a w le y fe m e lle s 2 0 s e m a in e s D ia p h y s e t ib ia O V X V o lu m e (µ m

) d e s l a c u n e (N S ) : - O V X : 3 9 3 ± 9 2 - S h a m : 3 5 2 ± 3 0 S is s o n s e t a l. ( 1 9 8 4 ) [ 2 9 4 ] S p ra g u e -D a w le y m â le s 1 m o is v e rs u s 1 a n D ia p h y s e f é m o ra le - e n d o c o rt . - in tra c o rt i.

re s tr ic ti o n c a lc iu m c o m p a ra ti v e m e n t à C , re s tr ic ti o n C a a u g m e n te s u rf a c e (2 2 v e rs u s 3 0 µ m s u r o s n o u v e lle m e n t fo rm (s u rt o u t c h e z r a ts j e u n e s o s l a m e lla ir e ) T o m m a s in i e t a l. ( 2 0 1 2 ) [ 3 0 6 ] S p ra g u e -D a w le y fe m e lle s 6 m o is D ia p h y s e f é m o ra le - e n d o c o rt . - in tra c o rt i. - p é ri o s te

O V X + t ra it e m e n t V o lu m e (µ m

) d e s l a c u n e - O V X : 2 4 8 - S h a m : 2 6 6 - A L N : 2 3 7 - P T H : 2 6 8 /! \ : m m

d a n s l 'a rt ic le .

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V ig o ri ta & S u d a ( 1 9 8 3 ) [ 3 1 7 ] fe m m e s m é n o p a u s é e s o s té o p o ro ti q u e s o s i lia q u e o s té o p o rs o s e + tr a it e m e n t v it .D + C a + fl u o ri d e

tr a it e m e n t : ↗ s u rf . L a c c e llu la ri té V ill a ri n o e t a l. ( 2 0 0 6 ) [ 3 1 8 ] W is ta r m â le s 2 0 0 g Ma x ill a ir e d ia b è te C o m p a ra ti v e m e n t a u c tr - d e n s it é l a c . to t. ↘ - d e n s it é l a c . O C Y ↘ - la c u n e s v id e s ↗ - s u rf . la c . ≈