Histophysiologie ostéo-articulaire. Articulations. Cartilage.

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1 Histophysiologie ostéo-articulaire. Articulations. Cartilage.

2 Histophysiologie ostéo-articulaire

3 Os et tissus osseux On distingue : - la colonne vertébrale - le sternum et les côtes - la tête - les membres supérieurs - les membres inférieurs

4 Os et tissus osseux Suivant la forme de l os : Les os plats Les os courts Les os irréguliers Les os longs : Diaphyse Les épiphyses Les métaphyses STAPS, 2002

5 Os et tissus osseux Éléments du tissus osseux : Périoste et endoste Ostéoblastes et ostéoclastes Ostéocytes Matrice extracellulaire : Substance fondamentale : liquide et protéines Fibres : collagène et élastiques Sels minéraux : calcium et phosphore Rappel : tissus conjonctifs

6 Os et tissus osseux Nordin & Frankel, 2001

7 Os et tissus osseux Mode de formation et de résorption du tissus osseux : Ostéoblastes Tissus ostéoïde + Vit. D Calcification du tissu Hormone parathyroïdienne Ostéoclastes Destruction du tissu Calcium + phosphore dans les liquides interstitiels

8 Os et tissu osseux Structure du tissu osseux : Tissu osseux compact (os cortical, cortical bone) = 80% de la masse osseuse Tissu osseux spongieux (cancellous bone, trabecular bone) Différences os long vs. os courts, irréguliers, plats : Canal médullaire vs. diploé Moelle jaune vs. rouge Ostéon vs. travées Nordin & Frankel, 2001

9 Os et tissu osseux Croissance de d os : Épaisseur : ostéoblastes Longueur : cartilage de conjugaison Facteurs d influence : Génétiques Mécaniques Vasculaires Métaboliques = phosphore, calcium et vitamine D Hormonaux

10 Os et tissu osseux Remodelage osseux : Modulé par les contraintes mécaniques : loi de Wolff Résistance et rigidité : Affectés par l immobilisation Affectés par les implants Nordin & Frankel, 2001

11 Os et tissu osseux Effet de l âge : Réduction de l os spongieux Amincissement de l os cortical Nordin & Frankel, 2001

12 Os et tissu osseux - résumé L os est un composite bi-phasique L unité structurale de l os est l ostéon Le squelette est composé d os cortical et spongieux Remodelage suivant les contraintes appliquées Effet de l âge, du sexe, des hormones, de l alimentation, etc.

13 Articulations Organe d union de deux ou plusieurs pièces osseuses : Fibreuses (sutures) Cartilagineuses (symphyses) Synoviales (cartilage, cavité articulaire, capsule articulaire, liquide synovial, ligaments) STAPS, 2002

14 Cartilage

15 Cartilage articulaire (hyaline articular cartilage) Tissu très différentié Avascularisé physiologiquement isolé Cellules : chondrocytes Composé de fibres collagène et de la substance fondamentale 2 fonctions : (1) distribuer la charge sur une grande surface (2) permettre le mouvement relatif avec une friction et une usure minimale

16 Cartilage articulaire Composition et structure : Chondrocytes (1-10% du volume tissulaire) Collagène (15-22%) Protéoglycanes (4-7%) Eau, sels, protéines, lipides (60-85%) Nordin & Frankel, 2001

17 Cartilage articulaire Collagène : Unité de base : tropocollagène Nordin & Frankel, 2001

18 Cartilage articulaire Collagène : Nordin & Frankel, 2001

19 Cartilage articulaire Collagène : Distribution non homogène Hauteur 5-10% Parallèles 40-45% Obliques 40-45% Perpendiculaires 5-10% Atlas de l'arthrose, J.P. Pujol, 1995

20 Cartilage articulaire Collagène : Type II : structure de base des fibrilles Type XI : à l intérieur des fibrilles lié de façon covalente au collagène de type II Type IX : extérieur des fibrilles Type VI : à la surface et dans l espace péricellulaire Type X : tapis autour des chondrocytes

21 Cartilage articulaire Propriétés mécaniques du collagène : Résistance élevée en tension Résistance faible en compression Anisotropique : Arrangements variés des fibres de collagène Variation des interactions entre PG et collagène

22 Cartilage articulaire Les chondrocytes :

23 Cartilage articulaire Les protéoglycanes : Nordin & Frankel, 2001

24 Cartilage articulaire Eau : Concentré au niveau de la surface articulaire Na +, K +, Ca 2+ Circulation des gaz, éléments nutritifs et déchets entre chondrocytes et fluide synovial 70% de déplacement d eau sous charge : contrôle le comportement mécanique + lubrification

25 Cartilage articulaire Interactions structurelles et physiques entre les composantes : Forces répulsives : pressions de gonflement Chargement : augmentation des forces répulsives Nordin & Frankel, 2001

26 Cartilage articulaire Interactions : Force compressive Déformation des molécules PG Pression interne excède la pression de gonflement Liquide sort Équilibre avec la force externe Augmentation de la concentration en PG Augmentation de la pression de gonflement

27 Cartilage articulaire Interactions : La résistance à la compression du cartilage provient de deux sources 1. La pression osmotique de gonflement associés aux groupes ioniques fixés au GAG 2. La résistance à la compression du tissu collagénique en lui même

28 Cartilage articulaire Comportement mécanique : Viscoélasticité : Fluage Relaxation de la contrainte stotal=ssolide+sfluide Nordin & Frankel, 2001

29 Cartilage articulaire Lubrification mixte : Lubrification limite hors charges : glycoprotéine Weeping lubrification ou boosted lubrification en charge Nordin & Frankel, 2001

30 Cartilage articulaire Hypothèses sur la biomécanique de la dégénérescence du cartilage : Amplitude des contrainte imposées Nombre de pics de contraintes Changements dans la structure moléculaire et microscopique de la matrice de collagène Changements dans les propriétés mécaniques du tissu

31 Cartilage articulaire déformation Progression de l arthrose Cartilage normal Perte de PG Dommage au collagène Exudation de fluide Arthrose Cartilage densité de charges fixes traînée de friction pression perméabilité hydraulique Déformation de la matrice plus importante Échanges de fluides plus importants Agit pour diminuer les propriétés de support de charge du cartilage

32 Cartilage articulaire - résumé Fonction du cartilage : augmentation de la distribution des charges (diminuant ainsi les contraintes) et fournir une surface de support lisse et résistante à l usure Matériau multiphasique ou triphasique? Résistance à la friction au flux de fluide interstitiel et propriétés intrinsèques de la matrice solide Dommages causés au cartilage : altération des propriétés mécaniques

33 Cartilage articulaire - résumé Nordin & Frankel, 2001

34 Affiches Formation des équipes Définition du sujet