"Biomécanique des
Implants Lombaires"
T. Nydegger
Centerpulse Orthopedics Ltd., Winterthur,
SUISSE
Depuis trois décennies
maintenant, la fixation rigide des segments rachidiens a été le
traitement du privilégié pour les pathologies
dégénératives, et ceci était la fixation
rigide des segments rachidienne fonctionnelles
afin de favoriser la fusion osseuse. Jusqu'à présent,il y a peu
de aucun consensus n'a été trouvésur quant à
savoir quelle procédure de fusion devrait doit être
favorisée par rapport aux autres. L'utilisation des systèmes de avec vis
pédiculaire postero-latérale avec associés à la lagreffe
osseuse a été la procédure standard pendant de longues d'années - la greffe
étant placée soit sur les structures postero-latérales soit entre les corps
vertébraux - et ceci jusqu'au développement des dispositifs intersomatiques
postérieurs (PLIF) et antérieurs (ALIF). Une étude clinique randomisée multi-centrique n'a pas permis d'établir de façon évidente
la supériorité d'une procédure par rapport à l'autre [9]. Cependant, il existe
un grand nombre de références bibliographiques qui décrivent le comportement
biomécanique des dispositifs qui sont utilisés pour réaliser une arthrodèse.
Dans la première partie de cette publication, nous passerons en revue ces
données bibliographiques .
Ces dernières années, en tant
qu'alternative à l'arthrodèse, plusieurs méthodes non-fusion ont été proposées
pour rétablir et/ou maintenir la cinématique segmentaire, ceci dans le but de
palier certains inconvénients de l'arthrodèse. En ce qui concerne le rachis
lombaire, les concepts actuels peuvent être classifiés dans trois sous-groupes:
remplacement partiel du disque intervertébral (c.-à-d. remplacement du nucleus pulposus), remplacement total du disque (prothèse de
disque) et enfin système de stabilisation dynamique postérieur. Les principaux
objectifs qui gouvernent aux traitements non-fusion du rachis sont: éliminer la
morbidité due au prélèvement de greffe, restituer la hauteur de disque ainsi
que la cinématique normale de l'unité fonctionnelle, et enfin minimiser les
contraintes reportées sur le segment adjacent.
Le but de la deuxième partie
de cette publication est de discuter le cahier des charges qui guidera la
conception et le choix des matériaux, ainsi que de passer en revue les données
pré-cliniques actuellement disponibles pour s'assurer de l'innocuité et de la
fonctionnalité de tels systèmes non-fusion.
La fonction biomécanique de
l'instrumentation d'arthrodèse doit être regardée sous deux aspects. D'une
part, elle doit réduire la mobilité segmentaire au minimum afin de stabiliser
le segment et fournir ainsi l'environnement propice à la fusion osseuse dudit
segment [2]. D'autre part, elle doit permettre de
restituer la hauteur du disque intervertébrale et résister aux contraintes
élevées auxquelles est soumis le segment avant que la consolidation de la
greffe osseuse ne soit obtenue. En termes biomécaniques, l'instrumentation
d'arthrodèse doit restreindre les degrés de liberté (DDL) et permettre une
distraction qui prévient tout affaissement du segment instrumenté.
Les fixateurs internes
semblent fournir une forte capacité de stabilisation en flexion/extension ainsi
qu'en flexion latérale mais stabilisent peu en
rotation axiale ; comme cela a été rapporté par Panjaby [18], qui a
comparé huit dispositifs de fixateur internes, ainsi que par Nolte [15], qui a effectué une étude similaire avec trois
dispositifs différents. D'un point de vue clinique, il a souvent été observé
que suite à une arthrodèse, l'instrumentation a dû être enlevée à cause d'une
douleur récurrente. Ceci pose la question suivante: quelle doit être la
rigidité d'un fixateur interne? Laquelle question a conduit au développement
des dispositifs semi-rigides. On pose l'hypothèse selon laquelle ces
dispositifs pourraient stimuler l'ostéosynthèse et ceci en permettant des
micro-mouvements dans le segment instrumenté. Cependant, la supériorité de
telles instrumentations en terme de taux de fusions n'a pas été clairement établie.
Par ailleurs, la rigidité idéale des fixateurs internes reste une inconnue.
Plusieurs auteurs ont établis
que les implants intersomatiques n'avaient qu'une
faible capacité de stabilisation en extension, que ce soit pour les cages PLIF
[13] ou les cages ALIF [10,14,16]. Pour les cages PLIF, une facettectomie plus
ou moins étendue est nécessaire pour permettre l'introduction des implants. Abumi [1] a établi que la facettectomie a peu d'influence
sur la stabilité segmentaire en extension. Lund [13] propose donc que l'absence
de stabilisation puisse être le résultat de la distraction des facettes
articulaires qui par la même perdent leur capacité à limiter les mouvements en
extension.
L'affaissement des cages intersomatiques peut aussi diminuer la stabilité comme Hoffer [12] l'a décrit. Oxland
[17] a constaté que le liseré d'os cortical du plateau vertébral a une dureté
plus élevée que la partie centrale, suggérant ainsi que les cages qui sont
soutenues par la région extérieure ont un risque d'affaissement moindre.
Cependant, une surface de contact implant / os plus réduite pourrait induire un
risque plus élevé d'affaissement par rapport au ciment orthopédique. En
revanche, cela pourrait accroître la surface de fusion, et de ce fait augmenter
la probabilité d'obtenir une bonne fusion osseuse [22].
Les cages intersomatiques
ont été aussi employées en combinaison avec des instrumentations postérieures
ou des vis translaminofacétaires. Ceci a permis
d'obtenir une stabilité plus élevée par
rapport à une instrumentation postérieure seule. Cet effet a été démontré pour
tous les degrés de liberté, à l'exception de la rotation axiale. L'effet
stabilisateur en rotation axiale a été obtenu par l'ajout d'implant de liaisons
transversales aux instrumentations postérieures [13].
Afin de déterminer le cahier
des charges biomécaniques pour les implants de stabilisation dynamique, il est
nécessaire de comprendre les contraintes biomécaniques du rachis sain et des
changements qui se produisent pendant le processus dégénératif. Les fonctions
biomécaniques du disque sain en combinaison avec les structures musculo-ligamentaires et les facettes articulaires sont de
supporter les contraintes mécaniques, de permettre le mouvement et de protéger
les structures neurologiques. Les efforts de compression sont supportés
principalement par le nucleus pulposus et les
plateaux vertébraux, tandis que les efforts de cisaillement sont supportés par
l'annulus fibrosus et les
facettes articulaires. En cas de dégénération ou de nucléotomie
après hernie discale, les propriétés du segment rachidien sont modifiées. Pour
ce qui est des conséquences de la nucléotomie, la
littérature mentionne la perte de hauteur discale et le gonflement radial du
disque en fonction de la masse de tissu excisé du nucleus [4]. La perte de
hauteur discale peut mener à l'affaissement du segment, et par conséquent
augmente les contraintes auxquelles sont soumises les facettes articulaires
[6]. En outre, la biologie du cartilage des facettes articulaires peut être
affectée par la compression du segment comme Gotfried
[11] l'a montré dans un modèle canin. En termes cinématiques, Steffen [20] a observé l'augmentation des degrés de liberté
et un décalage du centre instantané de rotation en extension et en flexion
latérale après ablation du nucleus. La dégénérescence des facettes articulaires
et la perte de fonctionnalité des ligaments postérieurs influencent la
répartition des charges et la cinématique du segment [1]. Ces résultats
suggèrent que les principales fonctions d'un dispositif de stabilisation
dynamique sont de maintenir ou de reconstituer la hauteur physiologique du
disque intervertébral ainsi que la mobilité et la fonction mécanique du rachis.
En plus de la capacité de résister à des charges statique et
dynamique en compression et / ou en cisaillement sur une longue période, la
conception d'une telle instrumentation doit prendre en compte des paramètres
tels que les différents degrés de liberté, la zone neutre, le centre instantané
de rotation, les modes de déplacement, la pression intradiscale,
la hauteur discale ainsi que la déformation des corps vertébraux ; et tout cela
afin de remplir le cahier des charges biomécaniques.
La plupart de ces dispositifs
non-fusion ont été en investigation clinique pendant plusieurs années et ont
donné des résultats prometteurs à court
et moyen terme [3,5,21]. Il y a bien sûr des similitudes d'indication entre les
différentes approches non-fusion et également avec les techniques d'arthrodèse.
Les implants de remplacement du nucleus ont pour but de résoudre les problèmes
qui se produisent après la chirurgie de la hernie discale, telle que la perte
de hauteur discale, le gonflement de l'annulus [4]
aussi bien que les modifications de la cinématique [20] et de cinétique [7] du
segment. Pour ce type d'implant, il reste donc à montrer qu'il y a une
amélioration des résultats cliniques à long terme comparé aux méthodes
standards.
Les implants de remplacement
total de disque ont des avantages distincts comparés aux techniques de fusion.
Une étude in vitro [23] a prouvé qu'après l'insertion de l'implant, la mobilité
segmentaire est équivalente à celle du segment intact. La conservation du
mouvement segmentaire peut mener à des efforts moindres sur le segment
adjacent, en revanche, cette technique reste relativement invasive et ne laisse
que peu de recours en cas de révision.
Le dispositif de stabilisation
dynamique postérieur, DYNESYS™, semble être le système le plus
prometteur au sein de ce panel, tant au niveau de l'étendue des applications et
que des résultats cliniques [21]. Par ailleurs, Freudiger
[8] a établi l'efficacité de ce système dans le plan sagittal. Sur le plan
chirurgical, ce système fait appel à une technique d'implantation simple, peu
invasive et très similaire à celle des instrumentations par vis pédiculaires
existantes, bien connue des chirurgiens. Par ailleurs, le respect des éléments
anatomiques du segment instrumenté permet de conserver toutes les options
disponibles en cas de révision.
Les évaluations cliniques à
court et moyen terme des concepts non-fusion ont donné des résultats
prometteurs. Cependant, le comportement à long terme de ces systèmes reste à
être éprouvé sur la base de données scientifiques solides. Par ailleurs, il
existe à ce sujet une analogie bien connue: "Cinquante ans en arrière, des
hanches ont été fusionné pour des problèmes dégénératifs, mais le développement
de l'arthroplastie à bas frottement a remplacé ce traitement".
Sans aucun doute, une telle
évolution de paradigme peut être le futur de la chirurgie du rachis.
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