Interaction matériau-vivant

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1 Interaction matériau-vivant Aperçu des techniques et matériaux utilisés dans les traitements chirurgicaux des hernies discales Thomas LAURENT 2 e Master Ingénieur Civil

2 Introduction I. Qu est-ce qu une hernie discale? II. Traitements A. Médicamenteux et fonctionnels B. Chirurgicaux i. Arthroplastie discale partielle ii. iii. Arthrodèse discale Arthroplastie discale totale III. IV. Conclusion Références 2

3 Qu est-ce qu une hernie discale? L hernie discale est une lésion du rachis due à la déformation d un disque intervertébral, constitué d un noyau pulpeux et d un anneau fibreux. Ils permettent la mobilité, et amortissent les chocs lors des mouvements. Les causes de la déformation d un disque sont : La dégénérescence due au vieillissement. Diminution des propriétés élastiques du disque. L usure due à des contraintes répétées ou à de lourdes charges. Apparition de déchirures dans l anneau fibreux. 3

4 Qu est-ce qu une hernie discale? Ces déchirures engendre une protrusion du noyau pulpeux. Celui-ci peut venir appuyer sur un nerf voisin, ce qui peut engendrer des douleurs, voir même une paralysie dans certains cas les plus graves. Ces déchirures peuvent s agrandir jusqu à avoir une ouverture totale dans l anneau fibreux. Le noyau sort alors du disque. Les hernies discales sont possibles à tous les niveaux, mais majoritairement au niveau lombaire, et dans une moindre mesure cervical. 4

5 Qu est-ce qu une hernie discale? 5

6 Traitements Médicamenteux & fonctionnels Dans la majorité des cas, la chirurgie n est pas conseillée : Repos Physiothérapie Kinésithérapie Médicaments 6

7 Traitements Chirurgicaux La chirurgie est utilisée en dernier recours : Douleurs persistantes Déficit neurologique significatif Selon les cas, il existe plusieurs types de traitements : Arthroplastie discale partielle Arthrodèse Arthroplastie discale totale 7

8 Traitements Chirurgicaux - Arthroplastie discale partielle L arthroplastie partielle consiste en l élimination du noyau pulpeux naturel, et son remplacement par un noyau de synthèse. Uniquement possible si l anneau fibreux n est pas trop endommagé. Le noyau pulpeux de synthèse : Doit posséder des propriétés mécaniques similaires au noyau naturel. Doit être accepté par l organisme (matériaux biocompatibles). Plusieurs technologies : Prostethic Disc Nucleus (PDN) Injectable Disc Nucleus (IDN) 8

9 Traitements Chirurgicaux - Arthroplastie discale partielle Hydraflex (PDN) Noyau : hydrogel constitué de polyacrylamide (-CH2-CH(-CONH2)n-) et de polyacrylonitrile (- (C3H3N)n-). Le noyau est déshydraté avant l implantation. Capsule : polyéthylène de masse moléculaire très élevée (UHMWPE). Après l implantation, l hydrogel s hydrate pour reprendre sa forme finale. La capsule en PE, inélastique, permet de maintenir la forme de la prothèse lors des contraintes. 9

10 Traitements Chirurgicaux - Arthroplastie discale partielle NuCore (IDN) Copolymère séquencé de soie et d élastine (2 blocs de soie/8 blocs d élastine par séquence). Un des bloc d élastine est modifié pour permettre la réticulation. Agent de réticulation à base de diisocyanate. Le polymère est injecté avec une petite quantité d agent de réticulation permettant une gélification rapide du système. Avantages : Rempli entièrement la cavité Reproduit assez bien les propriétés d un noyau naturel (ph, %eau, ) Chirurgie moins invasive 10

11 Traitements Chirurgicaux - Arthrodèse discale Lorsque le disque est trop endommagé, il peut être nécessaire de le supprimer entièrement. La technique la plus ancienne consiste à ensuite «fixer» les deux vertèbres entres-elles par une fusion osseuse. Cette fixation est facilité par une ostéosynthèse à base de vis, tiges et plaques. Le titane (Ti), ou encore le tantale (Ta) sont des matériaux couramment utilisés car ils ont une bonne biocompatibilité, et de bonnes propriétés mécaniques. Le rétablissement de la hauteur intervertébrale se fait généralement par une greffe osseuse (auto- ou allo-). 11

12 Traitements Chirurgicaux - Arthrodèse discale 12

13 Traitements Chirurgicaux - Arthrodèse discale Le rétablissement de la hauteur intervertébrale peut aussi se faire par utilisation d implants synthétiques pouvant contenir : Hydroxyapatite (Ca5(PO4)3(OH)) Phosphate tricalcique (Ca3(PO4)2) «Bone Morphogenetic Proteins» (BMPs) Ces substances favorisent la greffe osseuse (ostéoconduction). 13

14 Traitements Chirurgicaux - Arthroplastie discale totale L arthrodèse possède deux inconvénients majeurs : Une altération de la mobilité de la colonne vertébrale. Une hyper sollicitation des étages adjacents, ce qui peut entrainer des dégénérescences. L utilisation d une prothèse articulaire permet de préserver la mobilité et éviter les hyper sollicitations. Il existe un grand nombre de designs différents pour ces prothèses discales. 14

15 Traitements Chirurgicaux - Arthroplastie discale totale Les matériaux couramment utilisés sont : Les alliages d acier inoxydables. Les alliages de titane Les alliages de cobalt Les céramiques (alumine (Al2O3), zircone (ZrO2)) Le polyéthylène (UHMWPE) Les céramiques ont une très bonne biocompatibilité, une excellente résistante à la corrosion et à l usure, permettent des analyses radiographiques standards (pas d artéfacts). Cependant, elles sont aussi plus fragiles, c est pourquoi leur usage se limite souvent aux prothèses discales cervicales. 15

16 Traitements Chirurgicaux - Arthroplastie discale totale Le choix des matériaux et le design doit permettre à la prothèse : De supporter des charges sans risque de rupture De s user le moins possible Moins de débris donc moins de risques de réactions inflammatoires Mobilité préservée plus longtemps (durée de vie). Le système d ancrage ( suivant les modèles) : Court terme : quilles, dents d encrage Long terme : revêtement poreux permettant à l os de s intégrer (Ti, hydroxyapatite, phosphate tricalcique, ) Ex : Prodisc Cr-Co-Mo / Pe / Ti-Hydroxyapatite 16

17 Conclusion Traitements des hernies discales par chirurgie : Arthrodèse : technique ancienne mais toujours utilisée dans de nombreux cas Arthroplastie discale partielle et totale : toujours en cours de développement Développement de nouveaux noyaux pulpeux synthétiques Simuler au mieux les propriétés des noyaux pulpeux naturels tout en minimisant la chirurgie. Développement de nouvelles prothèses articulaires Combinaison de performances mécaniques (usure, résistance) et biocompatibilité au centre du développement. Céramiques techniques : excellentes biocompatibilité mais difficulté d obtenir les propriétés mécaniques souhaitées. 17

18 Merci de votre attention 18

19 Références [1] Yue James J., Bertagnoli R., Mcafee Paul C., An Howard S., Motion Preservation Surgery of the Spine: Advanced Techniques and Controversies, [2] Benzel Edward C., Spine Surgery: Techniques, Complication Avoidance, and Management, vol. 1 (3 e edition), [3] Vital J.-M., Guérin P., Gille O., Pointillart V., Prothèses discales cervicales, EMC (Elsevier Masson SAS, Paris), Techniques chirurgicales - Orthopédie-Traumatologie, , [4] [5] [6] [7] 19