Article

1 - CROISSANCE ET VIEILLISSEMENT DES OS

  • 1.1 - Os en croissance
  • 1.2 - Vieillissement de l'os

2 - PROTHÈSES OSTÉOARTICULAIRES

  • 2.1 - Prothèses totales de hanche (PTH)
  • 2.2 - Prothèses totales de genou

3 - MÉCANOSENSIBILITÉ DES CELLULES ET ADAPTATION DES TISSUS VIVANTS

  • 3.1 - Rôle du cytosquelette dans la mécanotransduction intracellulaire
  • 3.2 - Adaptation mécanique de la structure cellulaire à l'activité biologique
  • 3.3 - État de l'art de la modélisation en mécanique cellulaire

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : MED8060 v1

Biomécanique du système ostéoarticulaire : de l'organe au tissu et à la cellule

Auteur(s) : Patrick CHABRAND, Jean-Louis MILAN, Martine PITHIOUX

Date de publication : 10 déc. 2015

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RÉSUMÉ

Cet article présente un état des connaissances en biomécanique et mécanobiologie du système ostéoarticulaire. La première section de cet article porte sur les analyses du comportement et de la qualité osseuse d'un os en croissance et celles opposées d'un os dégradé par le vieillissement. La deuxième section concerne la restauration articulaire du membre inférieur par des implants. La dernière section analyse le rôle de la mécanotransduction cellulaire sur la formation de la matrice osseuse.

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ABSTRACT

Osteoarticular biomechanics system: from organ to tissue and cell

This paper presents a state of knowledge in the biomechanics and mechanobiology of the osteoarticular system. It first focuses on the analysis of the behavior and quality of growing bone as opposed to those of aging bone. A second section concerns the restoration of lower limb joints with implants. The last section analyzes the role of cellular mechanotransduction on the formation of bone matrix.

Auteur(s)

  • Patrick CHABRAND : Professeur des Universités, Aix-Marseille Université - Aix-Marseille Université, CNRS, ISM UMR 7287, France - APHM, IML, Hôpital Sainte-Marguerite, France

  • Jean-Louis MILAN : Maître de Conférences, Aix-Marseille Université - Aix-Marseille Université, CNRS, ISM UMR 7287, France - APHM, IML, Hôpital Sainte-Marguerite, France

  • Martine PITHIOUX : Chargée de recherche CNRS - Aix-Marseille Université, CNRS, ISM UMR 7287, France - APHM, IML, Hôpital Sainte-Marguerite, France

INTRODUCTION

Les os remplissent différentes fonctions mécaniques et métaboliques dans le corps humain ; ils donnent au corps sa forme extérieure, maintiennent et protègent les tissus mous. D'un point de vue dynamique, ils permettent la transmission des forces musculaires. Ils jouent ainsi avec les articulations un rôle majeur dans le mouvement humain.

Si l'os est le tissu biologique qui a été le plus étudié par les biomécaniciens, les connaissances dans certains domaines doivent encore progresser. C'est le cas de l'os en croissance. Mieux connaître les propriétés mécaniques des os des enfants, leurs évolutions avec la croissance, leurs caractéristiques à la rupture ou leur processus de régénération est nécessaire, par exemple, pour l'amélioration des dispositifs de sécurité des véhicules, pour la compréhension de certaines pathologies et de leurs traitements.

De nos jours, l'espérance de vie augmente considérablement sans pour autant que la qualité mécanique des tissus et de l'os en particulier soit maintenue. Ainsi, de plus en plus de patients ont recours chaque année à des traitements de reconstruction osseuse. Ces traitements doivent répondre également à une exigence toujours plus importante de la part des patients qui désirent conserver leur qualité de vie et leurs activités physiques et sportives. Le vieillissement et les pathologies des os, la dégradation des tissus composant les articulations, les fractures et leurs réparations sont des problèmes majeurs de santé publique. Les arthroplasties totales, de la hanche ou du genou par exemple, consistent à remplacer l'articulation concernée par une prothèse. Elles sont pratiquées après fractures liées ou non à la dégénérescence des tissus calcifiés, à la dégradation des surfaces articulaires, lorsque les douleurs qu'un patient ressent deviennent difficilement supportables et limitent ses mouvements.

Les chirurgiens se tournent également vers des traitements alternatifs nécessaires lors de perte de substance osseuse étendue. Les travaux actuels visent au développement de nouvelles thérapies qui favorisent et induisent une régénération osseuse fonctionnelle. Plus généralement, ces approches visent à reconstituer différents tissus (os, cartilage, peau...) de façon structurelle et fonctionnelle en associant in vitro des biomatériaux et des cellules souches pour développer des dispositifs qui seront ensuite implantés chez les patients.

Ainsi, l'étude biomécanique d'un système ostéoarticulaire qu'il soit sain, pathologique ou réparé nécessite une approche intégrée multidisciplinaire, multi-échelle et multi-physique développée grâce à des liens forts entre biomécaniciens, biologistes, spécialistes des matériaux (au sens de la science de matériaux) et cliniciens. Les analyses doivent concerner les réponses de ces systèmes à leurs différentes échelles significatives (cellule, tissu et organe) dans leur environnement mécanique, biologique dans les cas physiologique et pathologique.

L'objectif de cet article est de présenter les travaux des biomécaniciens dans ces domaines. La première section concerne la croissance et le vieillissement des os, la seconde les prothèses, et la troisième la biomécanique cellulaire.

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KEYWORDS

bone   |   osteoarticular system   |   modeling   |   clinical imaging   |   mechanical testing   |   orthopardic surgery   |   Health technology and engineering

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-med8060


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - CARTER (D.R.), BEAUPRÉ (G.S.) -   Skeletal function and form : mechanobiology of skeletal development, aging, and regeneration.  -  Cambridge University Press (2001).

  • (2) - MARIEB (E.N.), LACHAINE (R.) -   Anatomie et physiologie humaine.  -  Éditions du Renouveau Pédagogique (1993).

  • (3) - CASANOVA (R.), MOUKOKO (D.), PITHIOUX (M.), PAILLER-MATTÉI (C.), ZAHOUANI (H.), CHABRAND (P.) -   Temporal evolution of skeletal regenerated tissue : what can mechanical investigation add to biological ?  -  Medical and Biological Engineering & Computing, vol. 48, n° 8, p. 811-819 (2010).

  • (4) - MOUKOKO (D.), POURQUIER (D.), PITHIOUX (M.), CHABRAND (P.) -   Influence of cyclic bending loading on in vivo skeletal tissue regeneration from periosteal origin.  -  Journal of Orthopedics and Traumatology, Surgery & Research, vol. 96, p. 833-839 (2010).

  • (5) - ROMANA (M.C.), MASQUELET (A.C.) -   Vascularized periosteum associated with cancellous bone graft : an experimental study.  -  Plastic and Reconstructive Surgery, vol. 85,...

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