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Les techniques de réparation chondrale et ostéochondrale du genou. Incidences sur la rééducation
Article original
Ann Réadaptation Méd Phys 2002 ; 45 : 62-8 © 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés S0168605401001787/FLA
Les techniques de réparation chondrale et ostéochondrale du genou. Incidences sur la rééducation H. Robert* Service de chirurgie orthopédique, centre hospitalier du Nord Mayenne, 5, rue Roullois, 53100 Mayenne, France
RE´SUME´ Le but de cette étude est de faire le point sur les techniques, les indications et la prise en charge des trois principales méthodes de réparation des lésions cartilagineuses du genou. Ont été exclus le lavage arthroscopique et le débridement. Les articles les plus importants des 20 dernières années ont été étudiés en privilégiant ceux écrits par les promoteurs des techniques et ceux apportant des résultats avec le plus de recul. Chaque technique, les microfractures, les greffes ostéochondrales et la greffe de chondrocytes, sera développée avec ses principes chirurgicaux, sa prise en charge rééducative spécifique et ses résultats. Le protocole postopératoire sera peu spécifique dans les premières semaines : pour les lésions condyliennes, la protection de la zone de greffe est indispensable par un non-appui strict mais la mobilisation du genou est possible d’emblée ; pour les lésions rotuliennes, l’appui est autorisé mais la flexion est limitée. Ensuite, les délais de reprise d’appui, de renforcement musculaire, de reprise des sports sont spécifiques de chaque technique. Ces trois techniques ne s’appliquent qu’à des lésions symptomatiques des condyles en zone d’appui ou de la fémoropatellaire chez des sujets jeunes ; l’arthrose même débutante est exclue. Ces lésions peuvent être associées à une rupture du ligament croisé antérieur et la réparation cartilagineuse d’emblée sera discutée. © 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS chondropathie / greffe de chondrocytes / greffe ostéochondrale / microfracture / ostéochondrite
Reçu le 12 juillet 2001 ; accepté le 7 septembre 2001. *Correspondance et tirés à part. Adresse e-mail : [email protected] (H. Robert).
ABSTRACT Techniques for repair of chondral and osteochondral lesions in the knee. Principles of rehabilitation. The objective of the present study is to assess the techniques, indications and management of the three principal repair methods of cartilaginous lesions of the knee. Arthroscopic irrigation and debridement are excluded. The most important articles of the last 20 years have been evaluated favouring those written by the protagonists of the technique and those with the longest follow-up. Each technique, i.e. the microfractures, the osteochondral grafts and the chondrocyte grafts, is explained in detail with its surgical principles, management of specific reeducation and results. Postoperative treatment is not very different during the first weeks ; for condyle lesions protection of the graft site is mandatory by strict avoidance of non weight bearing, whereas immediat mobilisation of the knee is possible; for patellar lesions, weight bearing is permitted whereas flexion is limited. Later, the delay concerning resumption of weight bearing, muscular training and sports is specific for each technique. These three techniques are only apply to symptomatic lesions of the condyle at the weight-hearing zone or the femoro-patellar site in young patients. The degenerative knee, even in its beginning, is excluded. Those lesions can be linked to rupture of the anterior cruciate ligament and immediate cartilaginous repair is discussed. © 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS autologous chondrocytes implantation / chondromalacia / microfracture / osteochondral autograft / osteochondritis dissecans
Le remplacement cartilagineux du genou sera l’un des défis de l’orthopédie du XXIe siècle. Nous savons depuis très longtemps [11] que la réparation
Réparation chondrale et ostéochondrale du genou et rééducation
d’une lésion chondrale superficielle ou profonde reste médiocre et partielle. La tolérance à court terme de telle lésion est souvent bonne [15], mais au-delà de 20 ou 30 ans, une arthrose semble inéluctable [4, 14]. Pour prévenir cette évolution, de nombreuses techniques ont été proposées depuis une trentaine d’années, aucune ne permet une régénération du cartilage lésé, c’est-à-dire son remplacement par un cartilage strictement identique (composition, structure, résistance). Les pertes de substances chondrales profondes ou ostéochondrales sont remplacées naturellement par un tissu fibro-cartilagineux à partir des cellules souches médullaires [23]. Cette cicatrice n’a pas les qualités mécaniques suffisantes pour transmettre les contraintes et assurer un glissement sans friction entre les surfaces articulaires. L’objectif des techniques de réparation sera d’essayer d’améliorer ce processus naturel par stimulation des cellules souches ou de greffer la perte de substance par du cartilage hyalin. Nous allons faire le point sur les traitements actuellement validés, leurs résultats, leurs indications préférentielles et leur protocole postopératoire spécifique.
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Figure 1. Lésion chondrale de stade 4 de la classification ICRS, sur la zone postérieure du condyle interne et de 1 cm2.
LES TECHNIQUES Les microfractures Le principe de réparation cartilagineuse par microfractures est basé sur la constitution d’un super-caillot qui est progressivement envahi de cellules multi-potentielles de la moelle et de plaquettes [21]. Les cellules envahissant le tissu fibrineux vont subir progressivement une métaplasie en chondrocyte actif ; le tissu de réparation sera habituellement un mélange de fibro-cartilage et de cartilage « hyaline-like ». La qualité du geste technique, la teneur en oxygène, la mobilisation du genou, l’absence de contrainte sur la zone de réparation sont des facteurs déterminants pour le résultat. Le geste technique consiste en l’ablation des lambeaux cartilagineux, l’ablation de la couche calcifiée profonde du cartilage en respectant la lame souschondrale ; celle-ci est percée au poinçon, tous les trois ou quatre millimètres sur quatre millimètres de profondeur. Le recours au poinçon évite les lésions thermiques induites par le forage à la mèche utilisée dans la technique de Pridie. On obtient ainsi une sur-
Figure 2. Microfracture de cette lésion.
face irrégulière qui favorisera l’adhérence du supercaillot et des cellules souches (figures 1 et 2). À la levée du garrot, les perforations laissent perler quelques gouttes de sang et de graisse médullaires. Les différentes voies d’abord seront fermées sans drainage. Les autogreffes ostéochondrales Il s’agit d’une technique préconisée depuis longtemps et réactualisée depuis quelques années car elle offre des avantages par rapport aux allogreffes : pas de risque de transmission virale, chirurgie en un temps et résultats encourageants. Wagner [25] et Muller [17] ont utilisé une partie du condyle fémo
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ral, Yamashita et al. [26] ont utilisé la partie antérieure du condyle interne, Outerbridge et al. [18] utilisent une partie de la rotule pour traiter des pertes de substance du genou. Il s’agissait toujours de greffes plutôt de grandes tailles qui exposent à la morbilité du site donneur et à l’incongruence du site receveur d’où l’idée de combler les pertes de substances étendues par plusieurs autogreffes cylindriques, de petites tailles, prélevées sur le genou et pouvant restaurer une meilleure congruence. Ces techniques se sont surtout développées à partir de 1992 sous l’impulsion de Hangody et Karpati en Hongrie [9], de Bobic en Angleterre [2], et plus récemment de Jakob et al. en Suisse [12]. Les études expérimentales chez le chien [9] et le cheval [5] ont montré qu’à quatre semaines il existe une intégration osseuse mais persiste un clivage au niveau cartilagineux entre zone donneuse et zone receveuse ; à huit semaines le tissu jonctionnel entre les cylindres est de type fibro-cartilagineux ; à un an, la structure cartilagineuse couvre 60 à 70 % de la zone greffée [10]. Sur le plan technique, nous ne donnerons que les principes généraux sans entrer dans le détail de chaque instrumentation. La zone receveuse est débarrassée de tous les lambeaux cartilagineux instables, avivée jusqu’à la lame sous-chondrale. Le nombre de greffons est déterminé en privilégiant des diamètres de 5, 6 ou 7 mm. On prélève avec des gouges tubulaires des cylindres ostéocartilagineux sur la zone périphérique de la trochlée ou autour de l’échancrure, en restant strictement perpendiculaire et sur une hauteur de 12 à 15 mm habituellement et au moins 15 mm en cas d’ostéochondrite. Sur le site receveur on réalise plusieurs puits orthogonaux, à l’exact diamètre de la greffe et 1 à 2 mm plus court. Le cylindre ostéochondral sera impacté dans le site receveur, jusqu’à être légèrement surélevé par rapport au contour cartilagineux ; 2 à 5 cylindres mais pas plus sont mis en place, l’espace libre entre les greffons d’environ 1 mm sera comblé de spongieux tassé [24]. Si la lésion est facilement accessible et de diamètre inférieur à 1,5 cm2 l’arthroscopie est possible sous réserve de bien maîtriser la technique, sinon il faut réaliser une courte arthrotomie (figure 3). Les greffes de chondrocytes La première implantation humaine de chondrocytes (Autologous Chondrocyte Implantation ou ACI) fut
Figure 3. Greffe ostéochondrale multiple d’une ostéochondrite du condyle interne par arthrotomie.
réalisée par une équipe suédoise en 1987 qui publia ses premiers 23 cas en 1994 [3]. Cette technique fait suite à de nombreux travaux expérimentaux [7]. Le principe de la technique consiste à utiliser, pour combler le défect cartilagineux, la dynamique biologique représentée par le complexe chondrocytespérioste. Des chondrocytes autologues cultivés sont injectés dans le défect préparé sous un lambeau périosté faisant office de patch, suturé à ses bords et étanchéifié. Au plan biologique, les chondrocytes autologues cultivés ex vivo, sont soumis au procédé de dédifférenciation puis redifférenciation sur une période de trois semaines, permettent jusqu’à présent d’obtenir une réparation du cartilage hyalin (« hyaline-like ») après leur autotransplantation. Le périoste en plus de son rôle de couvercle et pour certains de membrane semi-perméable permettant la nutrition des chondrocytes transplantés par le liquide synovial, pourrait aussi jouer un rôle stimulateur de leur division et de leur croissance clonale, en apportant certains facteurs de croissance.
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Sur le plan technique trois temps sont nécessaires. Le premier consiste, sous endoscopie, après analyse du défect et à condition que l’indication soit validée, à faire un prélèvement de cartilage sain dans une zone non fonctionnelle et non portante (d’un poids de 200 mg environ) du genou (zone supéro-externe, ou berge de l’échancrure) à l’aide d’une curette. Ce prélèvement est conditionné dans un container spécial et en milieu stérile, puis adressé dans un laboratoire de culture cellulaire agréé par les pouvoirs publics, pour y subir une mise en culture spécifique, après avoir été débarrassé de sa matrice par procédé enzymatique. Sous haute traçabilité, après trois semaines au minimum, la culture retourne au patient. Elle se présente sous forme d’un ou plusieurs flacons contenant chacun dans un milieu spécifique stérile une douzaine de millions de cellules dont la viabilité dépasse 80 %. Le troisième temps est l’implantation qui s’effectue par arthrotomie. Le lit de la greffe a été parfaitement débarrassé des restes de cartilage sans effraction de la lame souschondrale et est asséché. Un lambeau de périoste est prélevé, légèrement surdimensionné, sur la face interne du tibia, et est fixé très soigneusement autour de la perte de substance par de nombreux points de fil résorbable 6/0, sa face osseuse orientée vers le
Figure 4. Injection d’une culture de chondrocytes dans une niche d’ostéochondrite du condyle interne.
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défect. La culture cellulaire est ensuite injectée sous ce patch périosté, étanchéifié éventuellement par de la fibrine (figure 4). LES RÉSULTATS Les microfractures Au recul moyen de 5 ans [21], 75 % des patients sont améliorés, 20 % sont inchangés et 5 % sont aggravés. Les paramètres les plus significativement modifiés sont la douleur et les activités sportives. Les patients ayant bénéficié d’une arthroscopie de contrôle ont une couverture de leur lésion par un cartilage d’apparence normale dans la moitié des cas. Les biopsies montrent un tissu hybride mélangeant tissus fibreux et hyalin. Les facteurs prédictifs favorables [6] sont : les lésions récentes de moins de trois mois, les lésions de moins de 4 cm2 et les sujets de moins de 40 ans. Les autogreffes ostéochondrales Les séries ont actuellement un recul assez court, mais les résultats sont encourageants comparativement aux techniques abrasives. L’étude de Hangody [10] réalisée sur 129 lésions condyliennes (48 OCD et 81 lésions traumatiques) et 26 lésions rotuliennes, à 6 ans de recul, offre les résultats suivants : le score HSS modifié préopératoire moyen est passé de 62,18 à 92,22. Les résultats se maintiennent au-delà de deux ans. Les contrôles radiographiques n’ont pas montré de pincement cartilagineux et les contrôles IRM retrouvent une fusion osseuse et cartilagineuse sur la zone receveuse et une bonne congruence de la néo-surface. Le cartilage analysé sur 18 biopsies a retrouvé un cartilage strictement hyalin dans 18 cas (collagène de type II et Glycoaminoglycanes) et surtout une parfaite continuité des matrices. Ces résultats ont été confirmés par d’autres séries [12, 23]. Il reste une incertitude sur le comportement à long terme de ces greffes car la zone donneuse n’a pas les mêmes caractéristiques mécaniques que la zone receveuse ni la même épaisseur ; un décalage très fréquent des tidemarks entre les greffons est observé à l’IRM. La zone donneuse peut être le siège de douleurs fémoro-patellaires pendant les premiers mois. Les greffes de chondrocytes Les résultats s’appuient essentiellement sur des études suédoises dont le suivi est remarquable. Peter
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son et al. [19] ont rapporté leur expérience de 94 implantations réalisées entre octobre 1987 et décembre 1995 sur des lésions profondes de 1,3 à 12 cm2 avec un recul de deux à neuf ans. Ces résultats ont été évalués par la clinique (sur trois types de score et sur l’échelle de Tegner), des révisions arthroscopiques (65 patients), des biopsies (37 patients) et des tests d’indentation ; 92 % d’amélioration sont retrouvés dans les lésions isolées du condyle fémoral, 89 % dans les ostéochondrites, 68 % en cas de lésion associée du ligament croisé antérieur ou de lésion rotulienne. Le phénotype « hyaline-like » (collagène de type II) est retrouvé dans 85 % des biopsies et est bien corrélé aux bons résultats cliniques. Par contre, il n’y a pas d’étude permettant de mettre en évidence une corrélation clinicoradiologique car le suivi IRM de l’intégration est décevant ; par contre l’IRM est essentielle pour le dépistage des complications périostées (hypertrophie et détachement partiel). Sept greffes sont des échecs cliniques et histologiques (tissu fibreux) et se retrouvent dans toutes les étiologies. Ces résultats ont été confirmés par d’autres auteurs [1, 8, 13] lors du 3e symposium de l’International Cartilage Research Society de Göteborg (27-29 avril 2000). Actuellement le coût des greffes de chondrocytes est élevé, même si l’on sait la complexité du procédé notamment en tracabilité et sécurisation. Cette technique est en cours de validation en France dans le cadre d’un essai clinique multicentrique sous l’égide de la Société française d’arthroscopie. LES INDICATIONS Les indications sont difficiles à cerner dans une confusion entretenue par tous les auteurs et dans un climat de compétition effrénée entre différentes techniques [20]. Les techniques de réparation cartilagineuse présentées ne doivent être proposées qu’à des pertes de substance localisées, en zone portante, condyliennes ou rotuliennes, peu étendues et apparemment symptomatiques chez des sujets jeunes (< 40 ans). L’analyse lésionnelle nécessite le recours à l’IRM plutôt qu’à l’arthroscanner et souvent en dernier lieu à l’arthroscopie. Le retentissement fonctionnel et la lésion seront évalués selon la classification de l’International Cartilage Research Society modifiée récemment [20]. Les lésions associées devront avoir été préalablement traitées (ménisque, ligament). Une désaxation frontale fémoro-tibiale
supérieure à 5 ° ou une instabilité rotulienne doivent être corrigées simultanément. Si après débridement, la surface ne dépasse pas 1 cm2 des procédés économiques purement endoscopiques (abrasion, perforations) sont possibles. Entre 1 et 3 cm2 les microfractures ou les autogreffes ostéochondrales sont indiquées. Au-delà de 3 cm2, il semble que la greffe de chondrocytes puisse être raisonnablement proposée, éventuellement après échec d’un procédé économique, purement endoscopique. Actuellement en France, les greffes de chondrocytes ne sont autorisées que dans le cadre légal d’un essai clinique. L’ostéochondrite est une lésion souvent très profonde qui relève d’une autogreffe ostéochondrale ou d’une greffe de chondrocytes. Les indications sont aléatoires et risquées quand il s’agit de lésions complexes, comme les lésions graves ostéoarticulaires et ligamentaires combinées ou les genoux multi-opérés (Salvage procedure de Minas et Nehrer [16]). Des tentatives de greffe de chondrocytes peuvent être faites chez des sujets très jeunes qui refusent une arthrodèse à condition que l’on puisse rétablir un axe et une stabilité suffisants. L’association de lésions chondrales étendues et d’une rupture du ligament croisé antérieur est fréquente et nécessite une prise en charge globale en deux temps. Aucun procédé, aujourd’hui, ne peut prétendre résoudre chaque problème. Les indications doivent aussi être prises à partir des désirs d’un patient informé et responsabilisé qui évolue lui même, comme le chirurgien, dans un environnement économique serré. Dans ce contexte, tout reste à faire et plus que jamais, des études cliniques et animales comparatives s’imposent, tout particulièrement pour ces trois techniques. Parallèlement de nombreux travaux fondamentaux se développent sur les substituts du cartilage et les thérapies géniques. LA RÉÉDUCATION Les microfractures La qualité du programme de rééducation est essentiel pour optimiser le résultat [21, 22]. Un minimum de contrainte doit s’exercer sur le super-caillot pour permettre sa métaplasie chondrale. La cryothérapie prolongée et les traitements anti-inflamatoires sont indispensables pendant les premières semaines. Le
Réparation chondrale et ostéochondrale du genou et rééducation
programme de rééducation dépendra de deux éléments : la taille et la localisation de la lésion. En cas de lésion condylienne en zone portante, l’appui contact est autorisé pendant six à huit semaines puis repris progressivement. Dès l’intervention, la mobilisation passive continue est possible en progressant de 10 ° toute les deux heures à partir de l’amplitude 30 °–70 ° ; le rythme est de un cycle par minute à adapter en fonction de la tolérance. Cette mobilisation passive est de six à huit heures par jour ou seulement la nuit selon les possibilités du patient, en cherchant rapidement une amplitude maximale. Dès la troisième semaine, le patient commence la natation et la bicyclette de rééducation. La mobilisation pendulaire puis active du genou sans résistance est indispensable pour lutter contre l’amyotrophie. La reprise de l’appui complet se fera en deux à quatre semaines et s’accompagne d’un travail en chaîne fermée et d’un travail proprioceptif. À ce stade, les épanchements sont possibles et doivent faire suspendre la reprise d’appui. Les sauts et les pivots sont autorisés à partir de quatre à six mois. Ce programme est évidemment adapté en cas de plastie ligamentaire associée notamment pour la reprise des activités sportives. Pour les microfractures intéressant la zone patellofémorale, l’appui est d’emblée possible mais la mobilité sera limitée au secteur de non-contrainte sur la zone opératoire. Nous préférons utiliser une attelle articulée réglée dans ce secteur (0 ° à 20 ° habituellement). Le renforcement musculaire est débuté très tôt dans cette amplitude. À partir de quatre à six semaines, l’attelle est enlevée et la mobilité est récupérée. Cette période peut être l’occasion de douleur, de sensation d’accrochage, il faudra être très progressif et non contraignant sur la rotule. La reprise des sports en pivot ne sera pas autorisée avant quatre à six mois. Les greffes ostéochondrales Le type de rééducation est conditionné par le siège et l’étendue de la greffe [2, 9]. Pour les lésions condyliennes, sauf pour Bobic [2], l’appui contact est seul possible pendant quatre à six semaines. La récupération de mobilité est un objectif précoce et repose sur l’utilisation de la mobilisation passive continue [22], la mobilisation active en chaîne ouverte. Les facteurs limitants à ce stade sont la douleur sur le site de prélèvement et l’hémarthrose. Ils seront bien contrôlés par le glaçage très régulier et
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les anti-inflammatoires. L’appui complet pourra être repris en deux à trois semaines et le travail en chaîne fermée commencé. La course et le vélo seront commencés à partir de quatre mois et les autres activités après six mois. Pour les atteintes fémoropatellaires, l’appui est d’emblée possible mais le secteur de flexion est limité à 20 °–30 ° pendant quatre semaines par une attelle. Ensuite la récupération de mobilité se fera en mobilisation passive continue. À partir du troisième mois, le travail en chaîne fermée est possible. Les greffes de chondrocytes Le protocole de rééducation est très strict et a été bien défini dans le cadre de l’essai clinique en cours sous l’égide de la Société française d’arthroscopie à la lumière des travaux de Brittberg et al. [3] et Peterson et al. [19]. Dans cet essai, seules les implantations condyliennes en zone portante sont autorisées et nous nous limiterons à leur rééducation. En postopératoire immédiat, le genou reste au repos en extension complète les six heures qui suivent la greffe pour ne pas risquer une mobilisation du lambeau périosté. Une attelle d’extension peut être utile à cette période. Le membre inférieur est surélevé et le genou glacé, la prise en charge de la douleur est essentielle pendant les deux premières semaines. Pendant les 48 premières heures, le recours à une pompe de morphine et à un bloc crural sont d’un grand secours. Jusqu’à la huitième semaine, la greffe doit être protégée de toute contrainte axiale ou rotatoire et le genou doit récupérer une mobilité presque complète. Le non-appui est strict et le genou est sur un arthromoteur, 8 à 12 heures par jour, voire la nuit ; la progression est de 5 à 10°/j selon la tolérance. L’objectif est d’atteindre 90 ° à j-15 et 120 ° à six semaines. La mobilisation passive continue initiale nécessite souvent une voire deux semaines d’hospitalisation, ensuite elle peut être réalisée à domicile sous forme d’une mobilisation active en flexion-extension et d’une mobilisation passive continue (six à huit heures par jour) si c’est possible. Un travail actif du quadriceps et des ischio-jambiers en chaîne ouverte dans toute l’amplitude du mouvement obtenu est poursuivi avec le rééducateur. Un travail en piscine de palmage sans résistance et de déplacement entre des barres immergées est possible. Durant cette période, toute douleur brutale et a fortiori toute hémarthrose doit faire craindre une
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mobilisation du lambeau périosté et faire pratiquer une IRM. Entre la neuvième à la quinzième semaine, l’appui sera progressif et contrôlé, le genou récupère une flexion complète, le travail du quadriceps et des ischiojambiers en chaîne fermée (bicyclette, minisquats). et en chaîne ouverte avec résistance proximale (+ 0,5 kg/semaine) est commencé. À partir de la seizième semaine. la marche est libre sans béquille, sur des distances croissantes, le renforcement musculaire isométrique avec résistances croissantes est poursuivi, le travail proprioceptif sur plateaux instables est commencé. À partir du sixième mois, la course prudente en terrain plat avec semelles amortissantes est possible et la pratique de la bicyclette après neuf mois. À partir de un an, si le bilan isocinétique objective un déficit sur les ischiojambiers inférieur à 10 % et sur le quadriceps inférieur à 20 %, les sports sans pivot-contact peuvent être repris. Après la deuxième année, tous les sports sont autorisés. CONCLUSION La réparation spontanée des lésions chondrales est incomplète et de mauvaise qualité. Seule actuellement, peut être envisagée la réparation des pertes de substance cartilagineuses localisées en zone condylienne portante ou de la fémoro-patellaire, d’origine traumatique ou dystrophique (ostéochondrite). Elles sont réservées à des sujets jeunes dont le genou est axé et stable. Trois techniques sont actuellement utilisées et validées : les microfractures, les greffes ostéochondrales et les greffes de chondrocytes. Leurs indications préférentielles et leurs rééducations spécifiques sont détaillées. RE´ FE´ RENCES 1 Bahuaud J, Yonnet G, Faict TW, Bouvet R, Kerdiles N, Vaujany P. Autotologous chondrocytes implantation (ACI) for cartilage repair on 28 cases. International Cartilage Research Society, Göteborg (27-29 avril 2000). 2 Bobic V. Arthroscopic osteochondral autograft transplantation in A.C.L. reconstrution. : knee Surg. Sports Traumatol Arthroscopy 1996 ; 3 : 262-4. 3 Brittberg M, Lindahl, Nilsson A, Peterson L. Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte implantation. N Engl J Med 1994 ; 331 : 889-95. 4 Buckwalter JA, Mankin HJ. Articular cartilage II, degeneration and osteoarthrosis, repair, regeneration and transplantation. J Bone Joint Surg 1997 ; 79 A : 612-32. 5 Convery F, Akeson W, Keown G. The repair of large osteochondral defects : an experimental study in horses. Clin Orthop 1972 ; 82 : 253-62.
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RE´SUME´ Le but de cette étude est de faire le point sur les techniques, les indications et la prise en charge des trois principales méthodes de réparation des lésions cartilagineuses du genou. Ont été exclus le lavage arthroscopique et le débridement. Les articles les plus importants des 20 dernières années ont été étudiés en privilégiant ceux écrits par les promoteurs des techniques et ceux apportant des résultats avec le plus de recul. Chaque technique, les microfractures, les greffes ostéochondrales et la greffe de chondrocytes, sera développée avec ses principes chirurgicaux, sa prise en charge rééducative spécifique et ses résultats. Le protocole postopératoire sera peu spécifique dans les premières semaines : pour les lésions condyliennes, la protection de la zone de greffe est indispensable par un non-appui strict mais la mobilisation du genou est possible d’emblée ; pour les lésions rotuliennes, l’appui est autorisé mais la flexion est limitée. Ensuite, les délais de reprise d’appui, de renforcement musculaire, de reprise des sports sont spécifiques de chaque technique. Ces trois techniques ne s’appliquent qu’à des lésions symptomatiques des condyles en zone d’appui ou de la fémoropatellaire chez des sujets jeunes ; l’arthrose même débutante est exclue. Ces lésions peuvent être associées à une rupture du ligament croisé antérieur et la réparation cartilagineuse d’emblée sera discutée. © 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS chondropathie / greffe de chondrocytes / greffe ostéochondrale / microfracture / ostéochondrite
Reçu le 12 juillet 2001 ; accepté le 7 septembre 2001. *Correspondance et tirés à part. Adresse e-mail : [email protected] (H. Robert).
ABSTRACT Techniques for repair of chondral and osteochondral lesions in the knee. Principles of rehabilitation. The objective of the present study is to assess the techniques, indications and management of the three principal repair methods of cartilaginous lesions of the knee. Arthroscopic irrigation and debridement are excluded. The most important articles of the last 20 years have been evaluated favouring those written by the protagonists of the technique and those with the longest follow-up. Each technique, i.e. the microfractures, the osteochondral grafts and the chondrocyte grafts, is explained in detail with its surgical principles, management of specific reeducation and results. Postoperative treatment is not very different during the first weeks ; for condyle lesions protection of the graft site is mandatory by strict avoidance of non weight bearing, whereas immediat mobilisation of the knee is possible; for patellar lesions, weight bearing is permitted whereas flexion is limited. Later, the delay concerning resumption of weight bearing, muscular training and sports is specific for each technique. These three techniques are only apply to symptomatic lesions of the condyle at the weight-hearing zone or the femoro-patellar site in young patients. The degenerative knee, even in its beginning, is excluded. Those lesions can be linked to rupture of the anterior cruciate ligament and immediate cartilaginous repair is discussed. © 2002 Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS autologous chondrocytes implantation / chondromalacia / microfracture / osteochondral autograft / osteochondritis dissecans
Le remplacement cartilagineux du genou sera l’un des défis de l’orthopédie du XXIe siècle. Nous savons depuis très longtemps [11] que la réparation
Réparation chondrale et ostéochondrale du genou et rééducation
d’une lésion chondrale superficielle ou profonde reste médiocre et partielle. La tolérance à court terme de telle lésion est souvent bonne [15], mais au-delà de 20 ou 30 ans, une arthrose semble inéluctable [4, 14]. Pour prévenir cette évolution, de nombreuses techniques ont été proposées depuis une trentaine d’années, aucune ne permet une régénération du cartilage lésé, c’est-à-dire son remplacement par un cartilage strictement identique (composition, structure, résistance). Les pertes de substances chondrales profondes ou ostéochondrales sont remplacées naturellement par un tissu fibro-cartilagineux à partir des cellules souches médullaires [23]. Cette cicatrice n’a pas les qualités mécaniques suffisantes pour transmettre les contraintes et assurer un glissement sans friction entre les surfaces articulaires. L’objectif des techniques de réparation sera d’essayer d’améliorer ce processus naturel par stimulation des cellules souches ou de greffer la perte de substance par du cartilage hyalin. Nous allons faire le point sur les traitements actuellement validés, leurs résultats, leurs indications préférentielles et leur protocole postopératoire spécifique.
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Figure 1. Lésion chondrale de stade 4 de la classification ICRS, sur la zone postérieure du condyle interne et de 1 cm2.
LES TECHNIQUES Les microfractures Le principe de réparation cartilagineuse par microfractures est basé sur la constitution d’un super-caillot qui est progressivement envahi de cellules multi-potentielles de la moelle et de plaquettes [21]. Les cellules envahissant le tissu fibrineux vont subir progressivement une métaplasie en chondrocyte actif ; le tissu de réparation sera habituellement un mélange de fibro-cartilage et de cartilage « hyaline-like ». La qualité du geste technique, la teneur en oxygène, la mobilisation du genou, l’absence de contrainte sur la zone de réparation sont des facteurs déterminants pour le résultat. Le geste technique consiste en l’ablation des lambeaux cartilagineux, l’ablation de la couche calcifiée profonde du cartilage en respectant la lame souschondrale ; celle-ci est percée au poinçon, tous les trois ou quatre millimètres sur quatre millimètres de profondeur. Le recours au poinçon évite les lésions thermiques induites par le forage à la mèche utilisée dans la technique de Pridie. On obtient ainsi une sur-
Figure 2. Microfracture de cette lésion.
face irrégulière qui favorisera l’adhérence du supercaillot et des cellules souches (figures 1 et 2). À la levée du garrot, les perforations laissent perler quelques gouttes de sang et de graisse médullaires. Les différentes voies d’abord seront fermées sans drainage. Les autogreffes ostéochondrales Il s’agit d’une technique préconisée depuis longtemps et réactualisée depuis quelques années car elle offre des avantages par rapport aux allogreffes : pas de risque de transmission virale, chirurgie en un temps et résultats encourageants. Wagner [25] et Muller [17] ont utilisé une partie du condyle fémo
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ral, Yamashita et al. [26] ont utilisé la partie antérieure du condyle interne, Outerbridge et al. [18] utilisent une partie de la rotule pour traiter des pertes de substance du genou. Il s’agissait toujours de greffes plutôt de grandes tailles qui exposent à la morbilité du site donneur et à l’incongruence du site receveur d’où l’idée de combler les pertes de substances étendues par plusieurs autogreffes cylindriques, de petites tailles, prélevées sur le genou et pouvant restaurer une meilleure congruence. Ces techniques se sont surtout développées à partir de 1992 sous l’impulsion de Hangody et Karpati en Hongrie [9], de Bobic en Angleterre [2], et plus récemment de Jakob et al. en Suisse [12]. Les études expérimentales chez le chien [9] et le cheval [5] ont montré qu’à quatre semaines il existe une intégration osseuse mais persiste un clivage au niveau cartilagineux entre zone donneuse et zone receveuse ; à huit semaines le tissu jonctionnel entre les cylindres est de type fibro-cartilagineux ; à un an, la structure cartilagineuse couvre 60 à 70 % de la zone greffée [10]. Sur le plan technique, nous ne donnerons que les principes généraux sans entrer dans le détail de chaque instrumentation. La zone receveuse est débarrassée de tous les lambeaux cartilagineux instables, avivée jusqu’à la lame sous-chondrale. Le nombre de greffons est déterminé en privilégiant des diamètres de 5, 6 ou 7 mm. On prélève avec des gouges tubulaires des cylindres ostéocartilagineux sur la zone périphérique de la trochlée ou autour de l’échancrure, en restant strictement perpendiculaire et sur une hauteur de 12 à 15 mm habituellement et au moins 15 mm en cas d’ostéochondrite. Sur le site receveur on réalise plusieurs puits orthogonaux, à l’exact diamètre de la greffe et 1 à 2 mm plus court. Le cylindre ostéochondral sera impacté dans le site receveur, jusqu’à être légèrement surélevé par rapport au contour cartilagineux ; 2 à 5 cylindres mais pas plus sont mis en place, l’espace libre entre les greffons d’environ 1 mm sera comblé de spongieux tassé [24]. Si la lésion est facilement accessible et de diamètre inférieur à 1,5 cm2 l’arthroscopie est possible sous réserve de bien maîtriser la technique, sinon il faut réaliser une courte arthrotomie (figure 3). Les greffes de chondrocytes La première implantation humaine de chondrocytes (Autologous Chondrocyte Implantation ou ACI) fut
Figure 3. Greffe ostéochondrale multiple d’une ostéochondrite du condyle interne par arthrotomie.
réalisée par une équipe suédoise en 1987 qui publia ses premiers 23 cas en 1994 [3]. Cette technique fait suite à de nombreux travaux expérimentaux [7]. Le principe de la technique consiste à utiliser, pour combler le défect cartilagineux, la dynamique biologique représentée par le complexe chondrocytespérioste. Des chondrocytes autologues cultivés sont injectés dans le défect préparé sous un lambeau périosté faisant office de patch, suturé à ses bords et étanchéifié. Au plan biologique, les chondrocytes autologues cultivés ex vivo, sont soumis au procédé de dédifférenciation puis redifférenciation sur une période de trois semaines, permettent jusqu’à présent d’obtenir une réparation du cartilage hyalin (« hyaline-like ») après leur autotransplantation. Le périoste en plus de son rôle de couvercle et pour certains de membrane semi-perméable permettant la nutrition des chondrocytes transplantés par le liquide synovial, pourrait aussi jouer un rôle stimulateur de leur division et de leur croissance clonale, en apportant certains facteurs de croissance.
Réparation chondrale et ostéochondrale du genou et rééducation
Sur le plan technique trois temps sont nécessaires. Le premier consiste, sous endoscopie, après analyse du défect et à condition que l’indication soit validée, à faire un prélèvement de cartilage sain dans une zone non fonctionnelle et non portante (d’un poids de 200 mg environ) du genou (zone supéro-externe, ou berge de l’échancrure) à l’aide d’une curette. Ce prélèvement est conditionné dans un container spécial et en milieu stérile, puis adressé dans un laboratoire de culture cellulaire agréé par les pouvoirs publics, pour y subir une mise en culture spécifique, après avoir été débarrassé de sa matrice par procédé enzymatique. Sous haute traçabilité, après trois semaines au minimum, la culture retourne au patient. Elle se présente sous forme d’un ou plusieurs flacons contenant chacun dans un milieu spécifique stérile une douzaine de millions de cellules dont la viabilité dépasse 80 %. Le troisième temps est l’implantation qui s’effectue par arthrotomie. Le lit de la greffe a été parfaitement débarrassé des restes de cartilage sans effraction de la lame souschondrale et est asséché. Un lambeau de périoste est prélevé, légèrement surdimensionné, sur la face interne du tibia, et est fixé très soigneusement autour de la perte de substance par de nombreux points de fil résorbable 6/0, sa face osseuse orientée vers le
Figure 4. Injection d’une culture de chondrocytes dans une niche d’ostéochondrite du condyle interne.
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défect. La culture cellulaire est ensuite injectée sous ce patch périosté, étanchéifié éventuellement par de la fibrine (figure 4). LES RÉSULTATS Les microfractures Au recul moyen de 5 ans [21], 75 % des patients sont améliorés, 20 % sont inchangés et 5 % sont aggravés. Les paramètres les plus significativement modifiés sont la douleur et les activités sportives. Les patients ayant bénéficié d’une arthroscopie de contrôle ont une couverture de leur lésion par un cartilage d’apparence normale dans la moitié des cas. Les biopsies montrent un tissu hybride mélangeant tissus fibreux et hyalin. Les facteurs prédictifs favorables [6] sont : les lésions récentes de moins de trois mois, les lésions de moins de 4 cm2 et les sujets de moins de 40 ans. Les autogreffes ostéochondrales Les séries ont actuellement un recul assez court, mais les résultats sont encourageants comparativement aux techniques abrasives. L’étude de Hangody [10] réalisée sur 129 lésions condyliennes (48 OCD et 81 lésions traumatiques) et 26 lésions rotuliennes, à 6 ans de recul, offre les résultats suivants : le score HSS modifié préopératoire moyen est passé de 62,18 à 92,22. Les résultats se maintiennent au-delà de deux ans. Les contrôles radiographiques n’ont pas montré de pincement cartilagineux et les contrôles IRM retrouvent une fusion osseuse et cartilagineuse sur la zone receveuse et une bonne congruence de la néo-surface. Le cartilage analysé sur 18 biopsies a retrouvé un cartilage strictement hyalin dans 18 cas (collagène de type II et Glycoaminoglycanes) et surtout une parfaite continuité des matrices. Ces résultats ont été confirmés par d’autres séries [12, 23]. Il reste une incertitude sur le comportement à long terme de ces greffes car la zone donneuse n’a pas les mêmes caractéristiques mécaniques que la zone receveuse ni la même épaisseur ; un décalage très fréquent des tidemarks entre les greffons est observé à l’IRM. La zone donneuse peut être le siège de douleurs fémoro-patellaires pendant les premiers mois. Les greffes de chondrocytes Les résultats s’appuient essentiellement sur des études suédoises dont le suivi est remarquable. Peter
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son et al. [19] ont rapporté leur expérience de 94 implantations réalisées entre octobre 1987 et décembre 1995 sur des lésions profondes de 1,3 à 12 cm2 avec un recul de deux à neuf ans. Ces résultats ont été évalués par la clinique (sur trois types de score et sur l’échelle de Tegner), des révisions arthroscopiques (65 patients), des biopsies (37 patients) et des tests d’indentation ; 92 % d’amélioration sont retrouvés dans les lésions isolées du condyle fémoral, 89 % dans les ostéochondrites, 68 % en cas de lésion associée du ligament croisé antérieur ou de lésion rotulienne. Le phénotype « hyaline-like » (collagène de type II) est retrouvé dans 85 % des biopsies et est bien corrélé aux bons résultats cliniques. Par contre, il n’y a pas d’étude permettant de mettre en évidence une corrélation clinicoradiologique car le suivi IRM de l’intégration est décevant ; par contre l’IRM est essentielle pour le dépistage des complications périostées (hypertrophie et détachement partiel). Sept greffes sont des échecs cliniques et histologiques (tissu fibreux) et se retrouvent dans toutes les étiologies. Ces résultats ont été confirmés par d’autres auteurs [1, 8, 13] lors du 3e symposium de l’International Cartilage Research Society de Göteborg (27-29 avril 2000). Actuellement le coût des greffes de chondrocytes est élevé, même si l’on sait la complexité du procédé notamment en tracabilité et sécurisation. Cette technique est en cours de validation en France dans le cadre d’un essai clinique multicentrique sous l’égide de la Société française d’arthroscopie. LES INDICATIONS Les indications sont difficiles à cerner dans une confusion entretenue par tous les auteurs et dans un climat de compétition effrénée entre différentes techniques [20]. Les techniques de réparation cartilagineuse présentées ne doivent être proposées qu’à des pertes de substance localisées, en zone portante, condyliennes ou rotuliennes, peu étendues et apparemment symptomatiques chez des sujets jeunes (< 40 ans). L’analyse lésionnelle nécessite le recours à l’IRM plutôt qu’à l’arthroscanner et souvent en dernier lieu à l’arthroscopie. Le retentissement fonctionnel et la lésion seront évalués selon la classification de l’International Cartilage Research Society modifiée récemment [20]. Les lésions associées devront avoir été préalablement traitées (ménisque, ligament). Une désaxation frontale fémoro-tibiale
supérieure à 5 ° ou une instabilité rotulienne doivent être corrigées simultanément. Si après débridement, la surface ne dépasse pas 1 cm2 des procédés économiques purement endoscopiques (abrasion, perforations) sont possibles. Entre 1 et 3 cm2 les microfractures ou les autogreffes ostéochondrales sont indiquées. Au-delà de 3 cm2, il semble que la greffe de chondrocytes puisse être raisonnablement proposée, éventuellement après échec d’un procédé économique, purement endoscopique. Actuellement en France, les greffes de chondrocytes ne sont autorisées que dans le cadre légal d’un essai clinique. L’ostéochondrite est une lésion souvent très profonde qui relève d’une autogreffe ostéochondrale ou d’une greffe de chondrocytes. Les indications sont aléatoires et risquées quand il s’agit de lésions complexes, comme les lésions graves ostéoarticulaires et ligamentaires combinées ou les genoux multi-opérés (Salvage procedure de Minas et Nehrer [16]). Des tentatives de greffe de chondrocytes peuvent être faites chez des sujets très jeunes qui refusent une arthrodèse à condition que l’on puisse rétablir un axe et une stabilité suffisants. L’association de lésions chondrales étendues et d’une rupture du ligament croisé antérieur est fréquente et nécessite une prise en charge globale en deux temps. Aucun procédé, aujourd’hui, ne peut prétendre résoudre chaque problème. Les indications doivent aussi être prises à partir des désirs d’un patient informé et responsabilisé qui évolue lui même, comme le chirurgien, dans un environnement économique serré. Dans ce contexte, tout reste à faire et plus que jamais, des études cliniques et animales comparatives s’imposent, tout particulièrement pour ces trois techniques. Parallèlement de nombreux travaux fondamentaux se développent sur les substituts du cartilage et les thérapies géniques. LA RÉÉDUCATION Les microfractures La qualité du programme de rééducation est essentiel pour optimiser le résultat [21, 22]. Un minimum de contrainte doit s’exercer sur le super-caillot pour permettre sa métaplasie chondrale. La cryothérapie prolongée et les traitements anti-inflamatoires sont indispensables pendant les premières semaines. Le
Réparation chondrale et ostéochondrale du genou et rééducation
programme de rééducation dépendra de deux éléments : la taille et la localisation de la lésion. En cas de lésion condylienne en zone portante, l’appui contact est autorisé pendant six à huit semaines puis repris progressivement. Dès l’intervention, la mobilisation passive continue est possible en progressant de 10 ° toute les deux heures à partir de l’amplitude 30 °–70 ° ; le rythme est de un cycle par minute à adapter en fonction de la tolérance. Cette mobilisation passive est de six à huit heures par jour ou seulement la nuit selon les possibilités du patient, en cherchant rapidement une amplitude maximale. Dès la troisième semaine, le patient commence la natation et la bicyclette de rééducation. La mobilisation pendulaire puis active du genou sans résistance est indispensable pour lutter contre l’amyotrophie. La reprise de l’appui complet se fera en deux à quatre semaines et s’accompagne d’un travail en chaîne fermée et d’un travail proprioceptif. À ce stade, les épanchements sont possibles et doivent faire suspendre la reprise d’appui. Les sauts et les pivots sont autorisés à partir de quatre à six mois. Ce programme est évidemment adapté en cas de plastie ligamentaire associée notamment pour la reprise des activités sportives. Pour les microfractures intéressant la zone patellofémorale, l’appui est d’emblée possible mais la mobilité sera limitée au secteur de non-contrainte sur la zone opératoire. Nous préférons utiliser une attelle articulée réglée dans ce secteur (0 ° à 20 ° habituellement). Le renforcement musculaire est débuté très tôt dans cette amplitude. À partir de quatre à six semaines, l’attelle est enlevée et la mobilité est récupérée. Cette période peut être l’occasion de douleur, de sensation d’accrochage, il faudra être très progressif et non contraignant sur la rotule. La reprise des sports en pivot ne sera pas autorisée avant quatre à six mois. Les greffes ostéochondrales Le type de rééducation est conditionné par le siège et l’étendue de la greffe [2, 9]. Pour les lésions condyliennes, sauf pour Bobic [2], l’appui contact est seul possible pendant quatre à six semaines. La récupération de mobilité est un objectif précoce et repose sur l’utilisation de la mobilisation passive continue [22], la mobilisation active en chaîne ouverte. Les facteurs limitants à ce stade sont la douleur sur le site de prélèvement et l’hémarthrose. Ils seront bien contrôlés par le glaçage très régulier et
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les anti-inflammatoires. L’appui complet pourra être repris en deux à trois semaines et le travail en chaîne fermée commencé. La course et le vélo seront commencés à partir de quatre mois et les autres activités après six mois. Pour les atteintes fémoropatellaires, l’appui est d’emblée possible mais le secteur de flexion est limité à 20 °–30 ° pendant quatre semaines par une attelle. Ensuite la récupération de mobilité se fera en mobilisation passive continue. À partir du troisième mois, le travail en chaîne fermée est possible. Les greffes de chondrocytes Le protocole de rééducation est très strict et a été bien défini dans le cadre de l’essai clinique en cours sous l’égide de la Société française d’arthroscopie à la lumière des travaux de Brittberg et al. [3] et Peterson et al. [19]. Dans cet essai, seules les implantations condyliennes en zone portante sont autorisées et nous nous limiterons à leur rééducation. En postopératoire immédiat, le genou reste au repos en extension complète les six heures qui suivent la greffe pour ne pas risquer une mobilisation du lambeau périosté. Une attelle d’extension peut être utile à cette période. Le membre inférieur est surélevé et le genou glacé, la prise en charge de la douleur est essentielle pendant les deux premières semaines. Pendant les 48 premières heures, le recours à une pompe de morphine et à un bloc crural sont d’un grand secours. Jusqu’à la huitième semaine, la greffe doit être protégée de toute contrainte axiale ou rotatoire et le genou doit récupérer une mobilité presque complète. Le non-appui est strict et le genou est sur un arthromoteur, 8 à 12 heures par jour, voire la nuit ; la progression est de 5 à 10°/j selon la tolérance. L’objectif est d’atteindre 90 ° à j-15 et 120 ° à six semaines. La mobilisation passive continue initiale nécessite souvent une voire deux semaines d’hospitalisation, ensuite elle peut être réalisée à domicile sous forme d’une mobilisation active en flexion-extension et d’une mobilisation passive continue (six à huit heures par jour) si c’est possible. Un travail actif du quadriceps et des ischio-jambiers en chaîne ouverte dans toute l’amplitude du mouvement obtenu est poursuivi avec le rééducateur. Un travail en piscine de palmage sans résistance et de déplacement entre des barres immergées est possible. Durant cette période, toute douleur brutale et a fortiori toute hémarthrose doit faire craindre une
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mobilisation du lambeau périosté et faire pratiquer une IRM. Entre la neuvième à la quinzième semaine, l’appui sera progressif et contrôlé, le genou récupère une flexion complète, le travail du quadriceps et des ischiojambiers en chaîne fermée (bicyclette, minisquats). et en chaîne ouverte avec résistance proximale (+ 0,5 kg/semaine) est commencé. À partir de la seizième semaine. la marche est libre sans béquille, sur des distances croissantes, le renforcement musculaire isométrique avec résistances croissantes est poursuivi, le travail proprioceptif sur plateaux instables est commencé. À partir du sixième mois, la course prudente en terrain plat avec semelles amortissantes est possible et la pratique de la bicyclette après neuf mois. À partir de un an, si le bilan isocinétique objective un déficit sur les ischiojambiers inférieur à 10 % et sur le quadriceps inférieur à 20 %, les sports sans pivot-contact peuvent être repris. Après la deuxième année, tous les sports sont autorisés. CONCLUSION La réparation spontanée des lésions chondrales est incomplète et de mauvaise qualité. Seule actuellement, peut être envisagée la réparation des pertes de substance cartilagineuses localisées en zone condylienne portante ou de la fémoro-patellaire, d’origine traumatique ou dystrophique (ostéochondrite). Elles sont réservées à des sujets jeunes dont le genou est axé et stable. Trois techniques sont actuellement utilisées et validées : les microfractures, les greffes ostéochondrales et les greffes de chondrocytes. Leurs indications préférentielles et leurs rééducations spécifiques sont détaillées. RE´ FE´ RENCES 1 Bahuaud J, Yonnet G, Faict TW, Bouvet R, Kerdiles N, Vaujany P. Autotologous chondrocytes implantation (ACI) for cartilage repair on 28 cases. International Cartilage Research Society, Göteborg (27-29 avril 2000). 2 Bobic V. Arthroscopic osteochondral autograft transplantation in A.C.L. reconstrution. : knee Surg. Sports Traumatol Arthroscopy 1996 ; 3 : 262-4. 3 Brittberg M, Lindahl, Nilsson A, Peterson L. Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte implantation. N Engl J Med 1994 ; 331 : 889-95. 4 Buckwalter JA, Mankin HJ. Articular cartilage II, degeneration and osteoarthrosis, repair, regeneration and transplantation. J Bone Joint Surg 1997 ; 79 A : 612-32. 5 Convery F, Akeson W, Keown G. The repair of large osteochondral defects : an experimental study in horses. Clin Orthop 1972 ; 82 : 253-62.
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