Introduction. Biologie du cartilage

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1 Allogreffe articulaire ostéo-cartilagineuse utilisée en comblement d une perte de substance traumatique ou d une ostéonécrose aseptique du condyle fémoral ou du plateau tibial D. Poitout, P. Tropiano, P. Paris et B. Clouet d Orval Introduction Dans les fractures du genou, les pertes de substance ostéo-cartilagineuses traumatiques ou les nécroses articulaires vont poser des problèmes biologiques, immunologiques, biomécaniques ou techniques. Pour y remédier, les arthrodèses ou les prothèses articulaires métalliques unicompartimentales ou tricompartimentales sont maintenant d un emploi courant. Mais, elles entraînent chez le sujet jeune des troubles mécaniques à moyen ou à long terme. L allogreffe, du fait de ses possibilités de réhabitation à distance, et plus immédiatement de la réinsertion musculaire rapide qu elle autorise, va donner des résultats fonctionnels beaucoup moins aléatoires. Cependant le devenir du cartilage articulaire greffé, ainsi que celui des moyens de coaptation articulaire peut faire hésiter le chirurgien non rompu à ces techniques. Biologie du cartilage Le cartilage est constitué à 75 % environ par de l eau retenue par un gel de protéoglycans très hydrophile, armé par un réseau de fibres de collagène clairsemées dans la substance fondamentale dont les chondrocytes assurent la maintenance et le renouvellement. Amortisseur et distributeur des charges, il assure le glissement des pièces articulaires avec un coefficient de friction très bas. Le collagène, constituant essentiel de l architecture cartilagineuse, est très résistant aux enzymes. Ses fibres confèrent à la matrice cartilagineuse sa résistance. On peut considérer que, chez l adulte, il n est pratiquement plus produit.

2 364 Fractures du genou Immunogénicité du cartilage Le cartilage doit être considéré comme un tissu immunologiquement privilégié. Globalement, l immunogénicité du cartilage ne se manifeste pas lorsque l allogreffe cartilagineuse comporte une matrice intacte. Les réactions immunitaires n apparaissent que lorsque la couche superficielle, compacte, des fibres collagènes du cartilage est abrasée et que la porosité de celles-ci permet aux gammaglobulines immunologiquement actives de pénétrer dans la substance fondamentale et d entrer en contact avec les chondrocytes qui deviennent immunologiquement actifs. Procédés de conservation Les méthodes de conservation ont beaucoup évolué : les liquides conservateurs et les gaz ont été abandonnés du fait de leur toxicité ; la stérilisation par ébullition n est plus utilisée, car les nombreuses manipulations qu elle nécessitait entraînaient des risques de contamination septique et les cellules étaient détruites ; la lyophilisation détruisait les cellules et l architecture protéique et fragilisait de façon trop importante les greffons pour qu ils puissent résister aux sollicitations mécaniques habituelles ; l irradiation des pièces osseuses prélevées non stérilement à la dose de 2,5 mégarads détruit toutes les cellules, en particulier les cellules cartilagineuses, et laisse un pourcentage de virus actifs, de même que les enzymes protéolytiques contenues dans l os ; elle entraîne de plus la rupture des chaînes protéiques du collagène responsable de la résistance mécanique du cartilage. Pour ces raisons, nous nous sommes orientés dès 1980, vers la cryopréservation des greffons ostéo-cartilagineux massifs dans l azote liquide à -196 C. Cette méthode permet la conservation indéfinie des os entiers, et préserve la vitalité des cellules cartilagineuses. L utilisation d un cryoprotecteur, le DMSO à 10 %, est indispensable car les cellules, comme l architecture osseuse, éclatent sous l effet de la croissance des cristaux de glace intracellulaires. Il est préférable d utiliser une température de conservation très basse, car le DMSO a un point eutectique situé autour de -60 C : à cette température, il ne peut empêcher plus de quelques heures les microcristaux de glace de se recombiner en macrocristaux qui vont entraîner l éclatement des cellules cartilagineuses. Les congélateurs électriques, qui ne peuvent dépasser les -80 C, ne permettent donc pas de conserver plus de quelques semaines les greffons qui y sont placés. Enfin, pour que la congélation ait le maximum d efficacité, nous avons choisi comme courbe optimale de descente en température, celle qui descend de 1 C par minute jusqu à - 40 C puis de 5 C par minute jusqu à -140 C. À cette température, le greffon est plongé directement dans la cuve d azote liquide où il sera stocké.

3 Allogreffe articulaire ostéo-cartilagineuse 365 La décongélation, en revanche, doit être rapide pour que le plus grand nombre de cellules reste vivantes. Greffes ostéo-catilagineuses Tissu cartilagineux Il se nourrit essentiellement par imbibition grâce aux échanges osmotiques avec le liquide synovial, mais également par l intermédiaire de la vascularisation épiphysaire qui atteint la plaque sous-chondrale. La transplantation de segments articulaires osseux et cartilagineux va donc nécessiter une revascularisation suffisante de l épiphyse et la formation d os nouveau afin d éviter la survenue d un effondrement durant la période de lyse osseuse. Il semble donc préférable de greffer un fragment articulaire comportant une épaisseur suffisante de tissu spongieux surmontant la plaque sous-chondrale recouverte de son cartilage afin d obtenir une bonne intégration de ce tissu spongieux bien vascularisé. Le greffon ostéo-cartilagineux doit être placé dans un lit osseux et musculaire bien vascularisé. Les coupes doivent parfaitement s adapter et le greffon mis en compression doit être conservé de telle sorte que les cellules cartilagineuses soient préservées. Les études histologiques pratiquées par forage sous arthroscopie, même vingt ans après la greffe, montrent que les chondrocytes sont vivants : si les couches superficielles du cartilage sont parfois altérées et fissurées, les couches profondes sont en règle générale normales. L absence de symptomatologie douloureuse chez le patient est un élément de valeur et la radiographie ne retrouve ni phénomène de nécrose, ni écrasement des greffons. Problème de la stabilité ligamentaire C est certainement le problème le plus préoccupant de ce type de chirurgie, car il est important de rétablir une biomécanique articulaire normale pour espérer un résultat fonctionnel satisfaisant. Si l on peut utiliser la capsule articulaire du greffon, et suturer les ligaments et la capsule du receveur sur celui-ci, on s aperçoit que leur fixation s effectue rapidement de façon tout à fait satisfaisante et donne à distance une excellente stabilité de l articulation. En revanche, si l on utilise un greffon comportant des ligaments également congelés, on s aperçoit que leur intégration est tardive ou inexistante et qu ils ont tendance, du fait de leur non-vascularisation, à se distendre et induire ainsi une laxité articulaire parfois importante, préjudiciable au bon fonctionnement de l articulation. Si une laxité ligamentaire invalidante devait apparaître à distance, celle-ci pourrait justifier la mise en place d un ligament prothétique, voire d un greffon ligamentaire humain conservé.

4 366 Fractures du genou Expérience clinique L expérience que nous avons de ces allogreffes ostéo-cartilagineuses massives du genou est de 127 cas avec un recul de 1 à 15 ans ( ) (tableau I). Extrémité distale du fémur 22 Unicondylienne 44 Extrémité proximale du tibia 33 Plateau tibial 9 Patella 19 Tableau I Allogreffes ostéo-cartilagineuses massives du genou. Expérience du service ( ). La revascularisation globale du greffon est effective sur les coupes histologiques pratiquées après biopsie réalisée quelques années après la greffe (5 à 7 ans). Son intégration au squelette (fig. 1), contrôlée par scanner et IRM, est souvent excellente. Fig. 1 Allogreffe de condyle latéral, contrôle à plus de deux ans.

5 Allogreffe articulaire ostéo-cartilagineuse 367 Les formations ligamentaires refixées sur le greffon ont une tenue mécanique souvent excellente, les allogreffes ligamentaires fixées avec le greffon deviennent souvent rapidement insuffisantes et justifient une protection transitoire par un ligament artificiel. La solution intermédiaire que représente la mise en place d une prothèse manchonnée par de l os de banque nous paraît indiquée dans certains cas. Au total, nous avons enregistré 29 complications soit 22,8 % (tableau II). Nécrose du greffon, remplacé par prothèse partielle ou totale 8 Instabilité ligamentaire, toujours en cas d allogreffe ligamentaire 12 Sepsis 3 Épanchement séreux aseptique (réaction immunitaire) 6 Total 29 Tableau II Les complications de la série. Discussion Une perte de substance ostéo-cartilagineuse massive de la trochlée, du condyle ou du plateau tibial, voire de la totalité de l articulation, peut être remplacée par une allogreffe ostéo-cartilagineuse massive. Les indications doivent être mises en parallèles avec les reconstructions par prothèses dont les risques de descellement à distance ne sont pas négligeables, surtout chez les sujets jeunes. Des complications sont observées dans environ 23 % des cas, nécessitant alors une reprise chirurgicale utilisant soit un nouveau greffon, soit une prothèse de resurfaçage. Conclusion Les études immunologiques, histologiques et biologiques réalisées sur le cartilage articulaire greffé semblent indiquer que celui-ci s intègre de façon satisfaisante à l organisme du receveur sous certaines conditions : s il est greffé en totalité ; si son architecture n est pas altérée ; les procédés de conservation ne doivent pas détruire les chondrocytes qui sont les gardiens de l hydrophilie des protéoglycans, et donc de la résistance mécanique du cartilage ; le tissu osseux spongieux qui le soutient, doit être d une épaisseur suffisante afin d apporter rapidement une vascularisation sous-chondrale efficace. la biomécanique de l articulation doit être respectée, c est-à-dire la coaptation capsulo-ligamentaire restaurée et les axes conservés. Nous voyons donc que les conditions requises pour l utilisation d allogreffes ostéo-cartilagineuses sont rigoureuses, et les indications limitées aux sujets

6 368 Fractures du genou jeunes présentant des lésions importantes, comme c est le cas dans les arthroses post-traumatiques, les pertes de substance articulaires les tumeurs intra-osseuses de faible volume, et les nécroses aseptiques condyliennes. Bibliographie Bonfiglio M, Jeter WS (1972) Immunological responses to bone. Clin Orthop 87: Delloye C, De Nayer P, Allington N et al. (1988) Massive bone allografts in large skeletal defects after tumor surgery: A clinical and microradiographic evaluation. Arch Orthop Trauma Surg 107: Enneking WF, Mindell ER (1991) Observations on massive retrieved human allografts. J Bone Joint Surg 73A: Friedlaender GE (1983) Immune responses to osteochondral allografts: Current knowledge and future directions. Clin Orthop 174: Loty B (1988) Allogreffes osseuses massives. Rev Chir Orthop 74: Mankin HJ, Doppelt S, Tomford W (1983) Clinical experience with allograft implantation: the first ten years. Clin Orthop 174: Poitout D, Novakovitch G (1987) Utilisation des allogreffes en oncologie et en traumatologie. Int Orthop 11: Poitout D (1988) Biologie des allogreffes osseuses. Rev Chir Orthop 74: Poitout D, Gaujoux G, Lempidakis M (1990) Reconstructions iliaques totales ou partielles à l aide d allogreffes de banque. Int Orthop 14: Poitout D, Lempidakis M, Loncle X (1991) Allogreffes ostéo-cartilagineuses massives dans le traitement des nécroses ou des pertes de substance articulaires. Chirurgie 117: Poitout D (1998) Reconstruction du cotyle et de l hémibassin par allogreffe ou prothèse métallique massive sur mesure. 73 e réunion annuelle de la SOFCOT, Paris, Novembre l 998. Rev Chir Orthop 84 (suppl. II): Poitout D et al. (1998) Devenir à long terme des allogreffes osseuses et ostéo-cartilagineuses massives. Réunion annuelle du GESTO. Marseille, 15 mai 1998 Stevenson S, Horowitz M (1989) Current concepts review. The response to bone allografts. J Bone Joint Surg 71A: