histophysiologie ostéo-articulaire. articulations. cartilage

GTS501 Cours 3Histophysiologie ostéo-articulaire.

Articulations.Cartilage.

Histophysiologie ostéo-articulaire

Os et tissus osseux On distingue :

- la colonne vertébrale- le sternum et les côtes- la tête- les membres supérieurs- les membres inférieurs

Os et tissus osseux Suivant la forme de

l’os :Les os platsLes os courtsLes os irréguliersLes os longs :

Diaphyse Les épiphyses Les métaphyses

STAPS, 2002

Os et tissus osseux Éléments du tissus osseux :

Périoste et endosteOstéoblastes et ostéoclastesOstéocytesMatrice extracellulaire :

Substance fondamentale : liquide et protéines Fibres : collagène et élastiques Sels minéraux : calcium et phosphore

Rappel : tissus conjonctifs

Os et tissus osseux

Nordin & Frankel, 2001

Os et tissus osseuxMode de formation et de résorption du tissus

osseux :Ostéoblastes Tissus ostéoïde + Vit. D

Calcification du tissu

Hormone parathyroïdienne

OstéoclastesDestruction du tissu

Calcium + phosphore dans les liquides

interstitiels

Os et tissu osseuxStructure du tissu

osseux :Tissu osseux compact (os

cortical, cortical bone) =80% de la masse osseuse

Tissu osseux spongieux (cancellous bone, trabecular bone)

Différences os long vs. os courts, irréguliers, plats :Canal médullaire vs.

diploéMoelle jaune vs. rougeOstéon vs. travées

Nordin & Frankel, 2001

Os et tissu osseuxCroissance de d’os :

Épaisseur : ostéoblastesLongueur : cartilage de conjugaison

Facteurs d’influence :GénétiquesMécaniquesVasculairesMétaboliques = phosphore, calcium et

vitamine DHormonaux

Os et tissu osseuxRemodelage osseux :

Modulé par les contraintes mécaniques : loi de Wolff

Résistance et rigidité : Affectés par

l’immobilisation Affectés par les

implants Nordin & Frankel, 2001

Os et tissu osseux

Effet de l’âge :Réduction de l’os

spongieuxAmincissement de l’os

cortical

Nordin & Frankel, 2001

Os et tissu osseux - résuméL’os est un composite bi-phasiqueL’unité structurale de l’os est l’ostéonLe squelette est composé d’os cortical et

spongieuxRemodelage suivant les contraintes

appliquéesEffet de l’âge, du sexe, des hormones, de

l’alimentation, etc.

ArticulationsOrgane d’union de

deux ou plusieurs pièces osseuses :Fibreuses (sutures)Cartilagineuses

(symphyses)Synoviales (cartilage,

cavité articulaire, capsule articulaire, liquide synovial, ligaments)

STAPS, 2002

Cartilage

Cartilage articulaire (hyaline articular cartilage) Tissu très différentiéAvascularisé – physiologiquement isoléCellules : chondrocytesComposé de fibres collagène et de la

substance fondamentale2 fonctions :

(1) distribuer la charge sur une grande surface(2) permettre le mouvement relatif avec une

friction et une usure minimale

Cartilage articulaire Composition et structure :

Chondrocytes (1-10% du volume tissulaire)

Collagène (15-22%)Protéoglycanes (4-7%)Eau, sels, protéines, lipides (60-85%)

Nordin & Frankel, 2001

Cartilage articulaire Collagène :

Unité de base : tropocollagène

Nordin & Frankel, 2001

Cartilage articulaireCollagène :

Nordin & Frankel, 2001

Cartilage articulaire Collagène :

Distribution non homogène

Atlas de l'arthrose, J.P. Pujol, 1995

Hauteur

5-10%

40-45%

40-45%

5-10%

Parallèles

Obliques

Perpendi-culaires

Cartilage articulaire Collagène :

Type II : structure de base des fibrillesType XI : à l’intérieur des fibrilles lié de façon

covalente au collagène de type IIType IX : extérieur des fibrillesType VI : à la surface et dans l’espace

péricellulaireType X : tapis autour des chondrocytes

Cartilage articulairePropriétés mécaniques du collagène :

Résistance élevée en tensionRésistance faible en compressionAnisotropique :

Arrangements variés des fibres de collagène Variation des interactions entre PG et collagène

Cartilage articulaire Les chondrocytes :

Cartilage articulaireLes protéoglycanes :

Nordin & Frankel, 2001

Cartilage articulaireEau :

Concentré au niveau de la surface articulaireNa+, K+, Ca2+

Circulation des gaz, éléments nutritifs et déchets entre chondrocytes et fluide synovial

70% de déplacement d’eau sous charge : contrôle le comportement mécanique + lubrification

Cartilage articulaireInteractions

structurelles et physiques entre les composantes :Forces répulsives :

pressions de gonflement

Chargement : augmentation des forces répulsives

Nordin & Frankel, 2001

Cartilage articulaireInteractions :

Force compressiveDéformation des molécules PG

Pression interne excède la pression de gonflement

Liquide sort

Augmentation de la concentration en PG

Augmentation de la pression de gonflement

Équilibre avec la force externe

Cartilage articulaire Interactions :

La résistance à la compression du cartilage provient de deux sources

1. La pression osmotique de gonflement associés aux groupes ioniques fixés au GAG

2. La résistance à la compression du tissu collagénique en lui même

Cartilage articulaireComportement

mécanique :Viscoélasticité :

Fluage Relaxation de la

contrainte

stotal=ssolide+sfluide

Nordin & Frankel, 2001

Cartilage articulaireLubrification mixte :

Lubrification limite hors charges : glycoprotéineWeeping lubrification ou boosted lubrification en

charge

Nordin & Frankel, 2001

Cartilage articulaireHypothèses sur la biomécanique de la

dégénérescence du cartilage :Amplitude des contrainte imposéesNombre de pics de contraintesChangements dans la structure moléculaire et

microscopique de la matrice de collagène Changements dans les propriétés mécaniques

du tissu

Cartilage articulaire

Cartilage normal

Perte de PG

Dommage au collagène

Progression de l’arthrose

densité de charges fixes pression

traînée de friction perméabilité hydraulique

Agit pour diminuer les propriétés de support de charge du cartilage

déformation

Exudation de fluide

Arthrose Cartilage

Déformation de la matrice plus importante

Échanges de fluides plus importants

Cartilage articulaire - résuméFonction du cartilage : augmentation de la

distribution des charges (diminuant ainsi les contraintes) et fournir une surface de support lisse et résistante à l’usure

Matériau multiphasique ou triphasique ?Résistance à la friction au flux de fluide

interstitiel et propriétés intrinsèques de la matrice solide

Dommages causés au cartilage : altération des propriétés mécaniques

Cartilage articulaire - résumé

Nordin & Frankel, 2001

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