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Étude du remodelage osseux autour de cupules non cimentées en tantale
Revue de chirurgie orthopédique et réparatrice de l’appareil moteur (2008) 94, 740—745 Disponible en ligne sur www.sciencedirect.com
MÉMOIRE
Étude du remodelage osseux autour de cupules non cimentées en tantale Bone remodeling around cementless tantalum cups J.-C. Grillo ∗, X. Flecher, J. Bouvenot, J.-N. Argenson Service de chirurgie orthopédique et de traumatologie, hôpital Sainte-Marguerite, 270, boulevard de Sainte-Marguerite, 13009 Marseille, France Acceptation définitive le : 29 avril 2008
MOTS CLÉS Arthroplastie totale de hanche sans ciment ; Cupule ; Tantale ; Hydroxyapatite ; Densité minérale osseuse (DMO) ; Absorptiométrie biphotonique à rayons X (DEXA) ; Remodelage osseux
KEYWORDS Cementless total hip arthroplasty; Tantalum; Hydroxyapatite; Bone mineral density (BMD); Dual-energy X-ray absorptiometry ∗
Résumé Le but du travail était l’étude du remodelage osseux autour d’une cupule non cimentée Trabecular MetalTM par analyse radiographique et densitométrique. Quarante-deux patients ont été opérés avec mise en place d’une cupule en tantale (Trabecular MetalTM [Zimmer, Warsaw, IN, États-Unis]). L’étude a été réalisée sur 30 mois en moyenne. Nous avons analysé le positionnement radiographique et son évolution, ainsi que la densité minérale osseuse (DMO) périacétabulaire dans les trois zones de DeLee et Charnley. Nous n’avons pas observé de migration ou de descellement sur l’ensemble de la série. Quatorze pour cent des cupules présentaient des radioclartés. Les DMO périprothétiques retrouvées avec le tantale étaient comparables à celles de la littérature avec d’autres matériaux, mais significativement plus élevées en zone 1. Les résultats radiocliniques étaient globalement satisfaisants au recul et comparables aux données de la littérature. Les résultats densitométriques semblent montrer une bonne minéralisation osseuse en zone portante, donc un bon transfert des contraintes à l’anneau pelvien. © 2008 Publi´ e par Elsevier Masson SAS. Summary Purpose of the study. — Most studies have reported a significant decrease in periacetabular bone stock one year after implantation of a cementless cup. The purpose of this work was to study the bone—implant interface of the tantalum cup using plain X-rays and dual-energy X-ray absorptiometry (DEXA). Material and methods. — This retrospective analysis concerned 42 patients with a tantalum cup, Trabecular MetalTM (Zimmer, Warsaw, IN, USA). All hips had primary implantations, performed by one surgeon via the same approach and with the same postoperative rehabilitation protocol. Minimum follow-up was two years. The Harris clinical score, and radiographic (lucent lines and acetabular position) and densitometric (analysis of 3.3 mm of periacetabular bone in the three DeLee and Charnley zones) were recorded.
Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (J.-C. Grillo).
0035-1040/$ – see front matter © 2008 Publi´ e par Elsevier Masson SAS. doi:10.1016/j.rco.2008.04.013
Étude du remodelage osseux autour de cupules non cimentées en tantale
(DEXA); Bone remodelling
741
Results. — At follow-up, the mean Harris score was 81. There were no implant malpositions (horizontal, vertical, inclination). Lucent lines were noted for 14% of the cups. Bone mineral density (BMD) was higher than generally observed with cementless cups (1.290 ± 0.309 g/cm2 ). Discussion. — The clinical and radiographic results are similar to data in the literature regarding correct implant position. The higher rate of lucent lines around the tantalum cup is also reported in the literature and is the result of the pressfit, resolving at one year. The greater BMD in zone 1 might reflect better force transfer to the weight-bearing zone. Conclusion. — As biomaterial recently introduced in orthopedic surgery, tantalum appears to provide a better force transfer to the central part of the iliac bone and thus possibly better preservation of pelvic bone stock. © 2008 Publi´ e par Elsevier Masson SAS.
Introduction
Matériel et méthodes
Le descellement aseptique reste, à l’heure actuelle, la principale complication à long terme d’une arthroplastie totale de hanche pour des composants, cimentés ou non [1]. Bien que l’ostéolyse périprothétique par granulome inflammatoire lié aux particules d’usure du couple de frottement reste la cause d’échec à long terme la plus importante [2], le remodelage osseux au contact des implants prothétiques a aussi été incriminé [3]. Au niveau acétabulaire, la cupule metal-back, dont les résultats à long terme semblent satisfaisants [4], a modifié la répartition des contraintes que l’on connaissait avec les cupules en polyéthylène cimenté. Alors qu’une cupule en polyéthylène cimenté augmente les contraintes au niveau de l’os sous-chondral dans la région polaire [5], un composant non cimenté, comprenant une cupule métallique metal-back, transfère les contraintes par la périphérie de l’anneau acétabulaire et diminue les contraintes au niveau de la partie médiale de l’acetabulum. Ce phénomène, appelé stress-shielding, observé avec les cupules non cimentées entraîne une diminution de la masse osseuse acétabulaire pouvant compliquer à terme la révision future [6]. Des articles récents rapportent des applications en chirurgie orthopédique pour un nouveau type de matériau constitué d’une céramique d’architecture trabéculaire recouverte de tantale (Trabecular MetalTM ). Ce matériau biocompatible fournit une excellente porosité permettant l’interpénétration os—tantale [7]. Son module d’élasticité, plus bas que celui du titane est beaucoup plus proche de celui de l’os sous-chondral, afin de réduire le phénomène de stress-shielding. Les applications cliniques du Trabecular MetalTM ont été définies en 2002 [8]. L’étude de la minéralisation osseuse périprothétique reste complexe en pratique quotidienne. Elle ne peut pas être déterminée précisément avec des radiographies conventionnelles du fait de changements de paramètres durant le suivi [9]. En absorptiométrie biphotonique DEXA (dual energy X-ray absorptiometry), la densité minérale osseuse (DMO, gramme par centimètre carré) après implantation d’une prothèse totale de hanche peut être déterminée avec une grande précision [10]. Le but de notre étude était d’étudier le remodelage osseux radiographique et la minéralisation périprothétique autour de cupules en tantale après deux ans d’implantation.
Patients Une étude continue rétrospective a été menée chez 50 patients entre octobre 2002 et décembre 2004. Il s’agissait de prothèses totales de hanche de première intention, chez des adultes âgés de plus de 25 ans au moment de l’implantation et dont le recul minimum était de deux ans. Huit patients ont été exclus car atteints d’ostéodystrophie, de maladie métabolique, de dysplasie de haut grade (indice de Crowe-Mani-Ranawat [11] supérieur ou égal à 3), ou sous traitement médical susceptible de modifier la densité minérale osseuse dans l’année précédant l’implantation (corticostéroïdes, calcium, vitamine D ou biphosphonates). Le groupe comprenait 42 patients opérés avec mise en place d’une cupule Trabecular MetalTM (Zimmer, Warsaw, IN, ÉtatsUnis).
Technique opératoire Il s’agit d’une étude mono-opérateur. La même voie, d’abord antérolatérale (Watson-Jones), patient en décubitus dorsal, a été utilisée. Après préparation de l’acétabulum à la fraise motorisée en exact-fit, le positionnement de la cupule était réalisé à l’aide de repères anatomiques, la qualité de la stabilité primaire obtenue était testée manuellement en peropératoire. Tous les patients ont bénéficié du même protocole postopératoire (antibioprophylaxie, héparine de bas poids moléculaire). La rééducation postopératoire incluait une remise en charge précoce, protégée par une paire de cannes anglaises pendant 45 jours.
Composants acétabulaire et fémoral Le composant acétabulaire était une cupule sans ciment monobloc de tantale (Trabecular MetalTM ,), avec un polyéthylène de ultra-haut poids moléculaire (UHMWPE) directement moulé en compression dans l’architecture trabéculaire de la cupule. Le diamètre moyen était de 52 mm (48—58). La tige était anatomique, sans ciment, entièrement recouverte d’hydroxyapatite avec un col modulaire (AncafitTM , Wright) dans 33 cas et une tige sur mesure sans ciment, entièrement recouverte d’hydroxyapatite (CustomTM , Symbios), dans neuf cas. La tête prothétique
742 Tableau 1 Âge (ans)
76 ± 13
J.-C. Grillo et al. Données démographiques. Sexe
Coté
IMC
Féminin
Masculin
Droit
Gauche
27
15
27
15
25,4 ± 4
IMC : indice de masse corporelle.
était en céramique (alumine) de diamètre 28 mm dans tous les cas.
l’origine ethnique du patient. La précision était de ± 0,09 à ± 0,11 S.D. pour le groupe 25—85 ans.
Évaluation des patients
Résultats
Le score de Harris (HHS) a été utilisé en préopératoire et postopératoire. Une analyse radiographique standardisée (bassin de face, hanche de face et de profil) a été réalisée en préopératoire, en postopératoire immédiat, à trois mois et au dernier recul. Toutes les mesures ont été réalisées par un observateur non opérateur. Les mesures réalisées étaient :
La série
• la position verticale du centre de rotation de la hanche par rapport à la ligne des U radiologiques ; • la position horizontale du centre de rotation de la hanche par rapport au U radiologique, exprimées en millimètres, selon Hirakawa [12] ; • le degré d’inclinaison de la cupule (angle entre le grand axe de l’ellipse et la ligne des U radiologiques) ; • le bras de levier, défini par Amstutz et Sakai. [13] ; • l’inégalité de longueur des membres inférieurs (position des petits trochanters par rapport à la ligne des U). La stabilité du composant acétabulaire a été analysée. La présence de zones de non-contact (radioclartés linéaires ou focales) entre la cupule et l’acetabulum a été notée en fonction des trois zones de DeLee et Charnley [14]. Le composant était considéré comme « suspect » de descellement en cas de radioclarté uniforme entre le composant et l’os adjacent de plus de 1 mm dans chacune des trois zones, et comme migré en cas de modification de sa position de plus de 3 mm et/ou 3◦ par rapport à la ligne des U radiologiques [15]. La présence d’ossifications ectopiques était notée et classée selon Brooker et al. [16]. Les mesures de DMO ont été réalisées en DEXA, (Fig. 1). L’analyse consistait à définir une région globale de mesure, global region of interest, (ROI), composée de l’os iliaque en haut, des branches ilio- et ischiopubiennes médialement et du grand trochanter latéralement, puis de réaliser une cartographie osseuse (bone mapping) dans cette région avec un agrandissement de 150 %, afin d’obtenir un pixel de 0,6mm × 0,6 mm. Trois ROI acétabulaires ont été définies selon DeLee et Charnley. ROI1 entourait la partie crâniolatérale, ROI2 la partie crâniomédiale, ROI3 la partie médiocaudale. Les ROI étaient limitées à une distance de cinq pixels de la limite du composant acétabulaire. La somme des DMO était ROI netto average (NETAVG) [17]. La précision de la méthode était contrôlée à l’aide d’une zone-test ROI4 au niveau du grand trochanter. Les DMO obtenues dans cette zone étaient comparées à des courbes définies pour cette zone en fonction de l’âge, du sexe et de
L’âge moyen des patients était de 76 ± 13 ans (26—92). Il y avait 27 femmes et 15 hommes. L’index de masse corporelle (IMC) était en moyenne de 25,4 ± 4 (18—37). Le recul moyen était de 30 mois (24—39). Les indications de l’arthroplastie étaient une coxarthrose primitive dans 33 cas, une ostéonécrose aseptique dans sept cas, une fracture dans deux cas. Le score de Harris moyen préopératoire était de 49,6 ± 12 points (18—83) en préopératoire, de 81 (20—100) au recul (Tableau 1).
Résultats radiographiques Le centre vertical de rotation était de 16,6 ± 4,2 mm, le centre horizontal de rotation était à 29,6 ± 4 mm. L’inclinaison du composant acétabulaire était en moyenne de 39 ± 9,5◦ . L’index d’Amstutz était de 0,67 ± 0,09. En moyenne, la différence de longueur des membres inférieurs était de —0,9 ± 9 mm. Des ossifications périprothétiques aymptomatiques de type Brooker 3 ou 4 ont été observées chez deux patients dans le groupe. Six hanches (14 %) présentaient une zone persistante de radioclarté focale (deux en zone 1 (Fig. 2), trois en zone 2, et une en zone 3). Cinq radioclartés continues sur l’interface os—implant ont été retrouvées sans migration. Nous n’avons
Figure 1 Modalités de l’étude DEXA : région globale de mesure, (global region of interest, [ROI]) : composée de l’os iliaque en haut, des branches ilio- et ischiopubiennes en dedans et du grand trochanter en dehors. ROI 1, 2, 3 : zones de DeLee et Charnley. ROI4 : zone-test dans le grand trochanter.
Étude du remodelage osseux autour de cupules non cimentées en tantale
Figure 2
Radioclarté focale en zone 1, à un an de recul.
pas observé, au recul, de variation significative de la position de la cupule (position du centre de rotation, inclinaison, rapport d’Amstutz ou différence de longueur de membre), de migration ou de descellement.
Résultats DEXA La DMO dans la ROI globale était en moyenne de 0,935 ± 0,157 g/cm2 En moyenne, le NETAVG moyen était de 1,130 g/cm2 . On retrouvait des DMO significativement plus importantes en zone 1 (en moyenne 1,290 ± 0,309 g/cm2 versus 0,827—2,071 g/cm2 dans la population appariée). En zone 2, les DMO moyennes étaient de 1,156 ± 0,241 g/cm2 et en zone 3, de 1,148 ± 0,282 g/cm2 .
Discussion La faillite d’une arthroplastie totale de hanche par l’ostéolyse liée à l’usure du couple de frottement reste la principale complication à long terme [18]. Néanmoins, le remodelage osseux périprothétique entraîne une perte de densité minérale osseuse pouvant aggraver cette ostéolyse. La densité minérale osseuse périacétabulaire décroît de manière significative dans les premiers mois suivant l’implantation. Sabo et al. [17], dans une étude longitudinale portant sur 53 patients ayant bénéficié d’une cupule sans ciment avec deux ans de suivi, concluent à une diminution significative chez l’homme et chez la femme dans les trois mois qui suivent la chirurgie. Cette diminution semble être freinée par l’administration postopératoire de bisphosponates, témoin d’une modification possible du remodelage osseux [19]. Cette observation est expliquée par un phénomène de stress-shielding, en rapport avec la modification du transfert de charges dans la hanche due à la rigidité de la partie metal-back de la cupule. Or cette partie de la cupule est indispensable dans la mesure où les traitements de surface réhabitables (titane poreux, hydroxyapatite ou fiber mesh) conventionnels n’ont pas les propriétés mécaniques suffisantes pour constituer à eux seuls la cupule [20], mais constituent un revêtement de surface de la cupule metalback. Quatre cas de radioclartés, continues ou liserées, ont été retrouvés sans corrélation avec le positionnement de l’implant. Selon Schmalzried et al. [21], une radioclarté de 1 à 2 mm était jugée acceptable si l’évaluation peropératoire de la stabilité de l’implant était bonne. Les radioclartés se distribuent en fonction de la technique
743
d’implantation (« taille pour taille » [exact-fit] ou press-fit, position des vis, inclinaison de la cupule et centre de rotation de la hanche) [21]. Une implantation de type press-fit permet un bon contact périphérique par une taille d’implant augmentée en périphérie de la cupule (de 1,4 mm dans le cas de la cupule Trabecular MetalTM ). Un fraisage de l’acetabulum une taille en dessous permet d’obtenir une plus grande surface de contact os—implant en périphérie de la cupule [22]. En conséquence, des radioclartés polaires (zone 2) sont fréquemment observées. Ces radioclartés ne dépassent pas 1 mm et sont non évolutives. La présence de zones d’ostéolyse focale est fréquente, concernant six patients de l’étude. Elles ont également été observées par Gruen et al. [23], dans une étude de 574 arthroplasties de hanche avec le même implant et il existait 100 % de comblement à un an. Notre méthode d’analyse DEXA a été définie selon Wright et al. [24]. Dans une analyse tomographique, les auteurs montraient que le plus grand intervalle de réduction de DMO en valeur absolue était retrouvé dans les 5 mm d’os immédiatement adjacents à l’implant, avec un maximum de significativité dans les 3 mm d’os sous-chondral. Une analyse DEXA fournit une preuve indirecte du schéma de transfert des charges par l’os [25]. La fiabilité de la méthode est comparable à celle d’une analyse scannographique [26], avec une irradiation 1000 fois moins importante. Dans notre étude, les DMO plus importantes en zone 1 de DeLee et Charnley [14] semblaient correspondre aux zones portantes de la hanche prothésée [27]. Il n’existe aucune étude densitométrique réalisée autour d’implant en tantale. Dans une étude portant sur cinq analyses in situ post-mortem avec un recul moyen de 60 mois, Bauer et al. [28] ayant retrouvé de l’hydroxyapatite et de l’os dans les zones de transfert de charges, ils concluent que l’os a possiblement disparu par remodelage dans les zones où la charge mécanique était moins importante. L’analyse en éléments finis de composants acétabulaires press-fit sans ciment avait prévu une concentration des forces à la périphérie de l’anneau avec un transfert de charges à l’os cortical pelvien et une relative mise en décharge de l’os trabéculaire autour de l’implant [29]. Ce phénomène conduit à une baisse marquée des DMO périacétabulaires dans les premiers mois suivant arthroplastie. Malgré l’absence de corrélations cliniques entre stress-shielding périacétabulaire et descellement aseptique de l’implant acétabulaire, les auteurs pensent que ce phénomène pourrait avoir un effet théorique péjoratif sur le stock osseux conditionnant ainsi une éventuelle révision. L’utilisation du tantale permet un meilleur transfert de charges grâce à son élasticité plus physiologique (3 Gpa) [30]. Celle-ci est comparable à celle de l’élasticité de l’os sous-chondral (os spongieux : 0,8 Gpa, os sous-chondral : 1,5 Gpa, os cortical : 15 Gpa), et très différente de celle du titane (110 Gpa) ou du chrome—cobalt (205 Gpa). Les implants en tantale ont, en outre, été dessinés pour éviter les pics de contraintes par contact focal en zone périphérique de l’interface os—implant comme cela a été retrouvé avec des matériaux plus rigides que l’os [31]. Shetty et al. [32], dans une étude densitométrique longitudinale sur 27 patients avec des composants acétabulaires en polyéthylène cimenté (Charnley), ont montré un comportement bimodal de l’os pelvien avec un transfert de
744 charges de type « appui en périphérie de l’anneau » la première année (diminution locale des DMO du mur médial de clarté), puis une remise en charge relative de cette zone avec un retour à la normale des DMO à deux ans. Dans notre étude, outre de bons résultats au recul minimum de deux ans en terme d’ancrage osseux, les implants en tantale semblent se comporter, sur le plan du transfert des charges comme des cupules cimentées en polyéthylène, avec un schéma de transfert des charges plus uniforme.
Conclusion Notre étude a analysé la DMO acétabulaire autour d’une cupule monobloc de tantale dans l’arthroplastie de première intention. Il s’agit d’un travail original décrivant pour la première fois le comportement en densitométrie des cupules Trabecular MetalTM . Ce travail a montré que les propriétés mécaniques d’un implant ont une influence spécifique sur le schéma de mise en charge de l’os pelvien et son stock osseux. Enfin, une amélioration de nos connaissances du comportement de l’os périprothétique face à différents composants dont le Trabecular MetalTM paraît nécessaire. Elle implique le développement de logiciels spécifiques, la création de tables de référence de DMO en fonction des implants, de l’âge, du sexe ou du recul, ainsi que des analyses de contraintes de cupules implantées lors d’autopsies.
J.-C. Grillo et al.
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Résumé Le but du travail était l’étude du remodelage osseux autour d’une cupule non cimentée Trabecular MetalTM par analyse radiographique et densitométrique. Quarante-deux patients ont été opérés avec mise en place d’une cupule en tantale (Trabecular MetalTM [Zimmer, Warsaw, IN, États-Unis]). L’étude a été réalisée sur 30 mois en moyenne. Nous avons analysé le positionnement radiographique et son évolution, ainsi que la densité minérale osseuse (DMO) périacétabulaire dans les trois zones de DeLee et Charnley. Nous n’avons pas observé de migration ou de descellement sur l’ensemble de la série. Quatorze pour cent des cupules présentaient des radioclartés. Les DMO périprothétiques retrouvées avec le tantale étaient comparables à celles de la littérature avec d’autres matériaux, mais significativement plus élevées en zone 1. Les résultats radiocliniques étaient globalement satisfaisants au recul et comparables aux données de la littérature. Les résultats densitométriques semblent montrer une bonne minéralisation osseuse en zone portante, donc un bon transfert des contraintes à l’anneau pelvien. © 2008 Publi´ e par Elsevier Masson SAS. Summary Purpose of the study. — Most studies have reported a significant decrease in periacetabular bone stock one year after implantation of a cementless cup. The purpose of this work was to study the bone—implant interface of the tantalum cup using plain X-rays and dual-energy X-ray absorptiometry (DEXA). Material and methods. — This retrospective analysis concerned 42 patients with a tantalum cup, Trabecular MetalTM (Zimmer, Warsaw, IN, USA). All hips had primary implantations, performed by one surgeon via the same approach and with the same postoperative rehabilitation protocol. Minimum follow-up was two years. The Harris clinical score, and radiographic (lucent lines and acetabular position) and densitometric (analysis of 3.3 mm of periacetabular bone in the three DeLee and Charnley zones) were recorded.
Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (J.-C. Grillo).
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(DEXA); Bone remodelling
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Results. — At follow-up, the mean Harris score was 81. There were no implant malpositions (horizontal, vertical, inclination). Lucent lines were noted for 14% of the cups. Bone mineral density (BMD) was higher than generally observed with cementless cups (1.290 ± 0.309 g/cm2 ). Discussion. — The clinical and radiographic results are similar to data in the literature regarding correct implant position. The higher rate of lucent lines around the tantalum cup is also reported in the literature and is the result of the pressfit, resolving at one year. The greater BMD in zone 1 might reflect better force transfer to the weight-bearing zone. Conclusion. — As biomaterial recently introduced in orthopedic surgery, tantalum appears to provide a better force transfer to the central part of the iliac bone and thus possibly better preservation of pelvic bone stock. © 2008 Publi´ e par Elsevier Masson SAS.
Introduction
Matériel et méthodes
Le descellement aseptique reste, à l’heure actuelle, la principale complication à long terme d’une arthroplastie totale de hanche pour des composants, cimentés ou non [1]. Bien que l’ostéolyse périprothétique par granulome inflammatoire lié aux particules d’usure du couple de frottement reste la cause d’échec à long terme la plus importante [2], le remodelage osseux au contact des implants prothétiques a aussi été incriminé [3]. Au niveau acétabulaire, la cupule metal-back, dont les résultats à long terme semblent satisfaisants [4], a modifié la répartition des contraintes que l’on connaissait avec les cupules en polyéthylène cimenté. Alors qu’une cupule en polyéthylène cimenté augmente les contraintes au niveau de l’os sous-chondral dans la région polaire [5], un composant non cimenté, comprenant une cupule métallique metal-back, transfère les contraintes par la périphérie de l’anneau acétabulaire et diminue les contraintes au niveau de la partie médiale de l’acetabulum. Ce phénomène, appelé stress-shielding, observé avec les cupules non cimentées entraîne une diminution de la masse osseuse acétabulaire pouvant compliquer à terme la révision future [6]. Des articles récents rapportent des applications en chirurgie orthopédique pour un nouveau type de matériau constitué d’une céramique d’architecture trabéculaire recouverte de tantale (Trabecular MetalTM ). Ce matériau biocompatible fournit une excellente porosité permettant l’interpénétration os—tantale [7]. Son module d’élasticité, plus bas que celui du titane est beaucoup plus proche de celui de l’os sous-chondral, afin de réduire le phénomène de stress-shielding. Les applications cliniques du Trabecular MetalTM ont été définies en 2002 [8]. L’étude de la minéralisation osseuse périprothétique reste complexe en pratique quotidienne. Elle ne peut pas être déterminée précisément avec des radiographies conventionnelles du fait de changements de paramètres durant le suivi [9]. En absorptiométrie biphotonique DEXA (dual energy X-ray absorptiometry), la densité minérale osseuse (DMO, gramme par centimètre carré) après implantation d’une prothèse totale de hanche peut être déterminée avec une grande précision [10]. Le but de notre étude était d’étudier le remodelage osseux radiographique et la minéralisation périprothétique autour de cupules en tantale après deux ans d’implantation.
Patients Une étude continue rétrospective a été menée chez 50 patients entre octobre 2002 et décembre 2004. Il s’agissait de prothèses totales de hanche de première intention, chez des adultes âgés de plus de 25 ans au moment de l’implantation et dont le recul minimum était de deux ans. Huit patients ont été exclus car atteints d’ostéodystrophie, de maladie métabolique, de dysplasie de haut grade (indice de Crowe-Mani-Ranawat [11] supérieur ou égal à 3), ou sous traitement médical susceptible de modifier la densité minérale osseuse dans l’année précédant l’implantation (corticostéroïdes, calcium, vitamine D ou biphosphonates). Le groupe comprenait 42 patients opérés avec mise en place d’une cupule Trabecular MetalTM (Zimmer, Warsaw, IN, ÉtatsUnis).
Technique opératoire Il s’agit d’une étude mono-opérateur. La même voie, d’abord antérolatérale (Watson-Jones), patient en décubitus dorsal, a été utilisée. Après préparation de l’acétabulum à la fraise motorisée en exact-fit, le positionnement de la cupule était réalisé à l’aide de repères anatomiques, la qualité de la stabilité primaire obtenue était testée manuellement en peropératoire. Tous les patients ont bénéficié du même protocole postopératoire (antibioprophylaxie, héparine de bas poids moléculaire). La rééducation postopératoire incluait une remise en charge précoce, protégée par une paire de cannes anglaises pendant 45 jours.
Composants acétabulaire et fémoral Le composant acétabulaire était une cupule sans ciment monobloc de tantale (Trabecular MetalTM ,), avec un polyéthylène de ultra-haut poids moléculaire (UHMWPE) directement moulé en compression dans l’architecture trabéculaire de la cupule. Le diamètre moyen était de 52 mm (48—58). La tige était anatomique, sans ciment, entièrement recouverte d’hydroxyapatite avec un col modulaire (AncafitTM , Wright) dans 33 cas et une tige sur mesure sans ciment, entièrement recouverte d’hydroxyapatite (CustomTM , Symbios), dans neuf cas. La tête prothétique
742 Tableau 1 Âge (ans)
76 ± 13
J.-C. Grillo et al. Données démographiques. Sexe
Coté
IMC
Féminin
Masculin
Droit
Gauche
27
15
27
15
25,4 ± 4
IMC : indice de masse corporelle.
était en céramique (alumine) de diamètre 28 mm dans tous les cas.
l’origine ethnique du patient. La précision était de ± 0,09 à ± 0,11 S.D. pour le groupe 25—85 ans.
Évaluation des patients
Résultats
Le score de Harris (HHS) a été utilisé en préopératoire et postopératoire. Une analyse radiographique standardisée (bassin de face, hanche de face et de profil) a été réalisée en préopératoire, en postopératoire immédiat, à trois mois et au dernier recul. Toutes les mesures ont été réalisées par un observateur non opérateur. Les mesures réalisées étaient :
La série
• la position verticale du centre de rotation de la hanche par rapport à la ligne des U radiologiques ; • la position horizontale du centre de rotation de la hanche par rapport au U radiologique, exprimées en millimètres, selon Hirakawa [12] ; • le degré d’inclinaison de la cupule (angle entre le grand axe de l’ellipse et la ligne des U radiologiques) ; • le bras de levier, défini par Amstutz et Sakai. [13] ; • l’inégalité de longueur des membres inférieurs (position des petits trochanters par rapport à la ligne des U). La stabilité du composant acétabulaire a été analysée. La présence de zones de non-contact (radioclartés linéaires ou focales) entre la cupule et l’acetabulum a été notée en fonction des trois zones de DeLee et Charnley [14]. Le composant était considéré comme « suspect » de descellement en cas de radioclarté uniforme entre le composant et l’os adjacent de plus de 1 mm dans chacune des trois zones, et comme migré en cas de modification de sa position de plus de 3 mm et/ou 3◦ par rapport à la ligne des U radiologiques [15]. La présence d’ossifications ectopiques était notée et classée selon Brooker et al. [16]. Les mesures de DMO ont été réalisées en DEXA, (Fig. 1). L’analyse consistait à définir une région globale de mesure, global region of interest, (ROI), composée de l’os iliaque en haut, des branches ilio- et ischiopubiennes médialement et du grand trochanter latéralement, puis de réaliser une cartographie osseuse (bone mapping) dans cette région avec un agrandissement de 150 %, afin d’obtenir un pixel de 0,6mm × 0,6 mm. Trois ROI acétabulaires ont été définies selon DeLee et Charnley. ROI1 entourait la partie crâniolatérale, ROI2 la partie crâniomédiale, ROI3 la partie médiocaudale. Les ROI étaient limitées à une distance de cinq pixels de la limite du composant acétabulaire. La somme des DMO était ROI netto average (NETAVG) [17]. La précision de la méthode était contrôlée à l’aide d’une zone-test ROI4 au niveau du grand trochanter. Les DMO obtenues dans cette zone étaient comparées à des courbes définies pour cette zone en fonction de l’âge, du sexe et de
L’âge moyen des patients était de 76 ± 13 ans (26—92). Il y avait 27 femmes et 15 hommes. L’index de masse corporelle (IMC) était en moyenne de 25,4 ± 4 (18—37). Le recul moyen était de 30 mois (24—39). Les indications de l’arthroplastie étaient une coxarthrose primitive dans 33 cas, une ostéonécrose aseptique dans sept cas, une fracture dans deux cas. Le score de Harris moyen préopératoire était de 49,6 ± 12 points (18—83) en préopératoire, de 81 (20—100) au recul (Tableau 1).
Résultats radiographiques Le centre vertical de rotation était de 16,6 ± 4,2 mm, le centre horizontal de rotation était à 29,6 ± 4 mm. L’inclinaison du composant acétabulaire était en moyenne de 39 ± 9,5◦ . L’index d’Amstutz était de 0,67 ± 0,09. En moyenne, la différence de longueur des membres inférieurs était de —0,9 ± 9 mm. Des ossifications périprothétiques aymptomatiques de type Brooker 3 ou 4 ont été observées chez deux patients dans le groupe. Six hanches (14 %) présentaient une zone persistante de radioclarté focale (deux en zone 1 (Fig. 2), trois en zone 2, et une en zone 3). Cinq radioclartés continues sur l’interface os—implant ont été retrouvées sans migration. Nous n’avons
Figure 1 Modalités de l’étude DEXA : région globale de mesure, (global region of interest, [ROI]) : composée de l’os iliaque en haut, des branches ilio- et ischiopubiennes en dedans et du grand trochanter en dehors. ROI 1, 2, 3 : zones de DeLee et Charnley. ROI4 : zone-test dans le grand trochanter.
Étude du remodelage osseux autour de cupules non cimentées en tantale
Figure 2
Radioclarté focale en zone 1, à un an de recul.
pas observé, au recul, de variation significative de la position de la cupule (position du centre de rotation, inclinaison, rapport d’Amstutz ou différence de longueur de membre), de migration ou de descellement.
Résultats DEXA La DMO dans la ROI globale était en moyenne de 0,935 ± 0,157 g/cm2 En moyenne, le NETAVG moyen était de 1,130 g/cm2 . On retrouvait des DMO significativement plus importantes en zone 1 (en moyenne 1,290 ± 0,309 g/cm2 versus 0,827—2,071 g/cm2 dans la population appariée). En zone 2, les DMO moyennes étaient de 1,156 ± 0,241 g/cm2 et en zone 3, de 1,148 ± 0,282 g/cm2 .
Discussion La faillite d’une arthroplastie totale de hanche par l’ostéolyse liée à l’usure du couple de frottement reste la principale complication à long terme [18]. Néanmoins, le remodelage osseux périprothétique entraîne une perte de densité minérale osseuse pouvant aggraver cette ostéolyse. La densité minérale osseuse périacétabulaire décroît de manière significative dans les premiers mois suivant l’implantation. Sabo et al. [17], dans une étude longitudinale portant sur 53 patients ayant bénéficié d’une cupule sans ciment avec deux ans de suivi, concluent à une diminution significative chez l’homme et chez la femme dans les trois mois qui suivent la chirurgie. Cette diminution semble être freinée par l’administration postopératoire de bisphosponates, témoin d’une modification possible du remodelage osseux [19]. Cette observation est expliquée par un phénomène de stress-shielding, en rapport avec la modification du transfert de charges dans la hanche due à la rigidité de la partie metal-back de la cupule. Or cette partie de la cupule est indispensable dans la mesure où les traitements de surface réhabitables (titane poreux, hydroxyapatite ou fiber mesh) conventionnels n’ont pas les propriétés mécaniques suffisantes pour constituer à eux seuls la cupule [20], mais constituent un revêtement de surface de la cupule metalback. Quatre cas de radioclartés, continues ou liserées, ont été retrouvés sans corrélation avec le positionnement de l’implant. Selon Schmalzried et al. [21], une radioclarté de 1 à 2 mm était jugée acceptable si l’évaluation peropératoire de la stabilité de l’implant était bonne. Les radioclartés se distribuent en fonction de la technique
743
d’implantation (« taille pour taille » [exact-fit] ou press-fit, position des vis, inclinaison de la cupule et centre de rotation de la hanche) [21]. Une implantation de type press-fit permet un bon contact périphérique par une taille d’implant augmentée en périphérie de la cupule (de 1,4 mm dans le cas de la cupule Trabecular MetalTM ). Un fraisage de l’acetabulum une taille en dessous permet d’obtenir une plus grande surface de contact os—implant en périphérie de la cupule [22]. En conséquence, des radioclartés polaires (zone 2) sont fréquemment observées. Ces radioclartés ne dépassent pas 1 mm et sont non évolutives. La présence de zones d’ostéolyse focale est fréquente, concernant six patients de l’étude. Elles ont également été observées par Gruen et al. [23], dans une étude de 574 arthroplasties de hanche avec le même implant et il existait 100 % de comblement à un an. Notre méthode d’analyse DEXA a été définie selon Wright et al. [24]. Dans une analyse tomographique, les auteurs montraient que le plus grand intervalle de réduction de DMO en valeur absolue était retrouvé dans les 5 mm d’os immédiatement adjacents à l’implant, avec un maximum de significativité dans les 3 mm d’os sous-chondral. Une analyse DEXA fournit une preuve indirecte du schéma de transfert des charges par l’os [25]. La fiabilité de la méthode est comparable à celle d’une analyse scannographique [26], avec une irradiation 1000 fois moins importante. Dans notre étude, les DMO plus importantes en zone 1 de DeLee et Charnley [14] semblaient correspondre aux zones portantes de la hanche prothésée [27]. Il n’existe aucune étude densitométrique réalisée autour d’implant en tantale. Dans une étude portant sur cinq analyses in situ post-mortem avec un recul moyen de 60 mois, Bauer et al. [28] ayant retrouvé de l’hydroxyapatite et de l’os dans les zones de transfert de charges, ils concluent que l’os a possiblement disparu par remodelage dans les zones où la charge mécanique était moins importante. L’analyse en éléments finis de composants acétabulaires press-fit sans ciment avait prévu une concentration des forces à la périphérie de l’anneau avec un transfert de charges à l’os cortical pelvien et une relative mise en décharge de l’os trabéculaire autour de l’implant [29]. Ce phénomène conduit à une baisse marquée des DMO périacétabulaires dans les premiers mois suivant arthroplastie. Malgré l’absence de corrélations cliniques entre stress-shielding périacétabulaire et descellement aseptique de l’implant acétabulaire, les auteurs pensent que ce phénomène pourrait avoir un effet théorique péjoratif sur le stock osseux conditionnant ainsi une éventuelle révision. L’utilisation du tantale permet un meilleur transfert de charges grâce à son élasticité plus physiologique (3 Gpa) [30]. Celle-ci est comparable à celle de l’élasticité de l’os sous-chondral (os spongieux : 0,8 Gpa, os sous-chondral : 1,5 Gpa, os cortical : 15 Gpa), et très différente de celle du titane (110 Gpa) ou du chrome—cobalt (205 Gpa). Les implants en tantale ont, en outre, été dessinés pour éviter les pics de contraintes par contact focal en zone périphérique de l’interface os—implant comme cela a été retrouvé avec des matériaux plus rigides que l’os [31]. Shetty et al. [32], dans une étude densitométrique longitudinale sur 27 patients avec des composants acétabulaires en polyéthylène cimenté (Charnley), ont montré un comportement bimodal de l’os pelvien avec un transfert de
744 charges de type « appui en périphérie de l’anneau » la première année (diminution locale des DMO du mur médial de clarté), puis une remise en charge relative de cette zone avec un retour à la normale des DMO à deux ans. Dans notre étude, outre de bons résultats au recul minimum de deux ans en terme d’ancrage osseux, les implants en tantale semblent se comporter, sur le plan du transfert des charges comme des cupules cimentées en polyéthylène, avec un schéma de transfert des charges plus uniforme.
Conclusion Notre étude a analysé la DMO acétabulaire autour d’une cupule monobloc de tantale dans l’arthroplastie de première intention. Il s’agit d’un travail original décrivant pour la première fois le comportement en densitométrie des cupules Trabecular MetalTM . Ce travail a montré que les propriétés mécaniques d’un implant ont une influence spécifique sur le schéma de mise en charge de l’os pelvien et son stock osseux. Enfin, une amélioration de nos connaissances du comportement de l’os périprothétique face à différents composants dont le Trabecular MetalTM paraît nécessaire. Elle implique le développement de logiciels spécifiques, la création de tables de référence de DMO en fonction des implants, de l’âge, du sexe ou du recul, ainsi que des analyses de contraintes de cupules implantées lors d’autopsies.
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