Michel P. PHILIPPE, Centre Hospitalier de Cavaillon (France)
Force est de reconnaître qu'actuellement la fixation d'une tige fémorale sans ciment a fait suffisamment de progrès, progrès suivis de résultats maintenant à long terme, pour que la classique opposition ciment / sans ciment ne soit plus de mise aujourd'hui.
La fixation d'une tige fémorale sans ciment reste cependant exigeante et les revers essuyés par ce type de fixation sont là pour nous rappeler que des principes simples n'ont pas toujours été observés lors des premiers pas de cette technique qui voulait s'affranchir de l'utilisation du ciment. La réussite dépend de la qualité de l'ancrage immédiat, condition de la stabilité primaire, et de la qualité de l'ancrage secondaire assuré par l'effet de surface.
Cependant, la manière d'arriver à une stabilité totale et immédiate, qui est le véritable but recherché, n'est pas envisagée de la même manière par tous les auteurs : à cet égard, la transmission adéquate des contraintes fait encore l'objet de réponses différentes.
Nous nous sommes fixé deux buts : obtenir une stabilité immédiate (i.e au cours du premier mois post-opératoire) et assurer une transmission en bonne place des contraintes observées lors de l'utilisation à la marche et à l'effort de cette hanche prothétique.
A la lumière de l'expérience de beaucoup d'entre nous, il est apparu que notre prothèse devait être anatomique, c'est à dire reprenant au plus près les caractéristiques de l'anatomie de l'extrémité supérieure du fémur notamment pour les angles d'inclinaison et d'antéversion ; elle devait donc comporter un modèle droit et un modèle gauche.
En outre, nous voulions à tout prix privilégier un ancrage purement métaphysaire, puisqu'il apparaît que c'est dans cette zone que s'exerce la transmission des forces de contraintes au reste du fémur. Enfin, le dessin de l'implant devait permettre de s'opposer à tout enfoncement endosté.
A l'opposé, et c'est le corollaire d'une fixation purement métaphysaire, la partie basse ou diaphysaire de l'implant ne devait en aucun cas participer à la fixation de l'implant.
Muni de cette base de réflexion, il nous est apparu opportun de se replonger avec délices dans l'anatomie du canal endosté, puisque c'est le manque d'adaptation des pièces au fémur qui permet bien souvent d'expliquer des migrations, des douleurs de cuisse, des phénomènes de stress shielding et même une fragilité surprenante de certaines prothèses massives, trop bien fixées au niveau diaphysaire et pas assez en métaphyse (Engh et al (1), Heydley et al (2), Bourne et al (3). Au fond, nous voulions savoir si cette anatomie endostée est aléatoire forçant à recourir aux implants sur-mesure ou s'il existe un morphotype standard autorisant l'usage d'implants en ligne dont seule la taille change. Bien sur, les travaux de Rubin (4,7), Trotter (5) et surtout NOBLE (6) nous étaient connus puisque c'est lui qui a introduit la notion de fémur en tuyau de poêle ou en flûte de champagne. Mais nous nous sommes attachés aux travaux de J.H. FESSY (8), qui a eu le mérite de comparer les mêmes fémurs à la fois en radiographie conventionnelle mais aussi en scannographie.
Ces données morphométriques trop souvent étudiées d'un point de vue purement " académique " par d'autres auteurs, nous sont apparues indispensables pour tenter de résoudre le dilemme contenant / contenu et pour apprécier l'adéquation os / implant. Autrement dit, faut-il adapter l'os à la prothèse ? Ne faut-il pas plutôt adapter la prothèse à l'os. C'est ce que nous avons appelé la MORPHOADAPTATION.
Cette morphoadaptation, si on parvient à la cerner de façon quasi-certaine, doit donc permettre de respecter le but énoncé plus haut en passant à la chirurgie : réaliser un ancrage purement métaphysaire, sans fixation diaphysaire pour distribuer les contraintes de façon harmonieuse ; la façon de le réaliser est affaire de technique, nous en reparlerons.
Il n'existait jusqu'à présent que deux voies pour résoudre ce problème d'adaptation : soit le recours à une prothèse sur mesure qui recherche un remplissage maximal et adapté au fémur rencontré soit la prothèse monocorps avec progression homothétique des tailles. La première solution a contre elle son coût et la nécessité d'un scanner ; bien sur, les coûts peuvent évoluer notablement à la baisse mais à l'heure actuelle, les prothèses sur mesure, selon différents auteurs, ne représentent que 5 à 10% des indications (dysmorphies fémorales, cals vicieux, séquelles d'ostéotomie). La deuxième solution pour s'adapter aux fémurs rencontrés consiste, dans un certain nombre de cas, à recourir à des biais, que ce soit par un alésage diaphysaire conséquent en cas de diaphyse étroite ou par un remplissage de ciment.
Il existe une troisième voie pour résoudre ce problème de morphoadaptation : c'est le concept ESOP-HA dont nous allons maintenant parler ; comme beaucoup d'innovations, il fallait seulement y penser ! cette idée a germé dans l'esprit d'André RAY et d'autres chirurgiens à la fin des années 80, pour aboutir à la prothèse fémorale en deux parties, introduisant la modularité métaphyso-diaphysaire pour les tiges fémorales sans ciment de première intention et autorisant la morphoadaptation.
La problématique ayant reçu une réponse, restait à réaliser l'implant.
Il s'agit donc d'une prothèse anatomique droite et gauche dont l'angle d'inclinaison est de 135,15° et l'angle d'antéversion de 10°. Elle comporte deux pièces :
La pièce métaphysaire, réalisée en alliage de Titane (TA16V4), a un dessin permettant un remplissage métaphysaire adapté grâce à son dessin qui lui permet de venir, lors de la pose, se caler sur la face latérale du grand trochanter mais aussi sur les faces antérieure et postérieure de la métaphyse ; sa surface est striée de sillons horizontaux destinés à s'opposer à l'enfoncement ; enfin la technique de pose permet de laisser près du calcar un triangle spongieux dit " de sécurité " facilitant là aussi la transmission des contraintes. Cette pièce métaphysaire, à surface rugueuse, est recouverte d'une couche d'hydroxyapatite de 50 microns destinée à faciliter la fixation secondaire. Il existe 10 tailles de pièces métaphysaires.
La pièce diaphysaire est également en Titane ; elle est au contraire lisse, sans hydroxyapatite, assez courte, et comporte 7 tailles ; dans notre esprit, elle ne joue qu'un rôle de centrage temporaire en attendant l'ancrage métaphysaire définitif.
70 combinaisons sont donc rendues possibles et devant représenter la grande majorité des fémurs rencontrés.
La solidarisation des deux pièces a fait l'objet d'études sérieuses puisqu'il est évident que cette union constitue, au moins sur un plan théorique, une zone de fragilité. Ceci n'est vrai que si les pièces sont sollicitées or nous avons privilégié la fixation purement métaphysaire. Cette solidarisation se fait d'une part grâce à un emmanchement cylindrique des deux pièces et d'autre part grâce à un vissage.
Une étude par éléments finis a été faite préalablement à la mise sur le marché. Le but de cette étude était d'étudier le comportement mécanique des deux pièces réunies en terme de déformations et contraintes essentiellement au niveau de l'assemblage métaphyse / diaphyse. Différents constituants ont été étudiés : la bille en céramique, la pièce métaphysaire, la pièce diaphysaire, l'os cortical, l'os spongieux " haut ", l'os spongieux " bas ". L'ensemble des 6 constituants a été mis sous charge par l'intermédiaire d'un effort de 2000 N appliqué sur la bille en céramique (diagramme de Pauwels). Les résultats ont monté que les niveaux de contrainte atteints étaient très faibles. Les valeurs maximales (15,4 daN/mm2) sont observées au niveau de la pièce métaphysaire, dans la zone de raccordement de la tige supportant la bille avec la partie massive. Au niveau de l'assemblage des deux pièces, celle qui nous intéresse, la valeur maximale de contrainte atteint 8 daN/mm2 et seulement par endroit. La Société indépendante qui a réalisé l'étude a conclu que les valeurs de contraintes maximales (15,4 daN/mm2) ne représentaient aucun danger pour la métaphyse et la diaphyse, puisque cette valeur est très inférieure à la limite élastique du matériau considéré. De même, le faible niveau de contrainte observé au niveau de l'assemblage métaphyse / diaphyse démontre la viabilité de cette configuration.
Cependant, lors des essais du Laboratoire National d'Essais, un test d'endurance modifié a été réalisé puisqu'il n'existait pas de normes ISO pour ce type de prothèse ; les prothèses ainsi testées ont résisté à 5 millions de cycles, confirmant que l'emmanchement cylindrique absorbait la majeure partie des contraintes arrivant encore à ce niveau, sans les transmettre au filetage lui-même.
Il a été ainsi démontré que cette modularité métaphyso-diaphysaire était réalisable à condition que la fixation immédiate stable puisse permettre un ancrage secondaire de qualité. Est-il encore utile de revenir sur les effets de l'hydroxyapatite ? En l'absence d'autres effets de surface performants, il s'avère que ce type de revêtement, depuis les travaux de Söballe (9), Geesink et Epinette (10), est indispensable : le " bone-on growth " permet une fixation secondaire rapide. De nombreux travaux sont venus confirmer ces données, que ce soit ceux d'Antonio (11), Onsten (12) et Donelly (13); en outre, il apparaît maintenant que l'HAP minimise le risque de migration des débris d'usure le long de la tige puisque ce revêtement ferait office de véritable barrière à la migration des débris (travaux de Yee et Schmalried (14 et 15.
Nous voulions une fixation purement métaphysaire, immédiatement stable ou presque, nous voulions respecter le morphotype endosté ; nous avons réalisé une prothèse modulaire permettant une morphoadaptation. Il faut alors se poser deux questions : la modularité offerte est-elle utilisée par le chirurgien ? Les tailles de chacune des deux pièces sont-elles adaptées aux fémurs rencontrés ?
Pour répondre à la première question, 3433 couples métaphyso-diaphysaires ont été étudiés. Il s'agissait de couples prothétiques parfaitement identifiés, i.e parfaitement appairés pour chaque malade. Le diagramme réalisé a montré que pour chaque taille de diaphyse (et il y en a 7) presque toutes les tailles de métaphyses ont été utilisé (et il y en a 10). Il en est de même &emdash; et forcément &emdash; pour chaque taille de métaphyse par rapport aux 7 tailles de diaphyse. La modularité offerte est donc bien utilisée pour s'adapter aux types de fémurs rencontrés.
Pour répondre à la deuxième question, une analyse par C.A.O a été faite., en observant les critères de FESSY sur le Taux d'Evasement fémoral, non plus du contenant comme l'avait fait FESSY pour le canal endosté, mais du contenu, c'est à dire de la prothèse elle-même, pour savoir s'il existait une adéquation contenant / contenu.
Cette étude a montré que pour un Taux d'Evasement Fémoral compris entre 25 et 35% (" morphotype standard "), 34 combinaisons métaphyse / diaphyse correspondaient à ce morphotype. Pour un Taux d'Evasement Fémoral supérieur à 35% (" morphotype en entonnoir "), 15 combinaisons correspondaient à ce critère. Enfin, pour un Taux d'Evasement Fémoral inférieur à 25% (" morphotype cylindrique "), 21 combinaisons correspondaient à ce critère. On peut donc conclure que les combinaisons offertes par la prothèse modulaire obéissaient aux critères de FESSY démontrant que la morphoadaptation pouvait être obtenue.
Muni de cette adéquation os / implant, nous avons repris l'étude des 3433 couples pour les intégrer dans les combinaisons offertes.
Les combinaisons du morphotype standard ont une progression harmonieuse à la fois de la pièce diaphysaire et de la pièce métaphysaire, puisque toutes les tailles des deux pièces ont été utilisées.
Pour les fémurs en entonnoir, les pièces métaphysaires de petite taille n'ont jamais été utilisées et ce n'est qu'à partir de la taille 13,75 qu'elles ont été mises en place, au nombre de 221.
Pour les fémurs cylindriques, au contraire, seules les tailles les plus grandes n'ont pas été utilisées ; en revanche, 659 tiges de taille " 5 " à " 15 " ont été mises en place.
Il apparaît donc que le contenu " colle " au contenant, confirmant que la morphoadaptation est bien réelle : en cas de morphotype standard, la prothèse ESOP se comporte comme une prothèse monocorps banale : chaque taille de diaphyse se marie avec une, deux, trois voire quatre tailles de métaphyse. En revanche, en cas de morphotype anormal, la prothèse ESOP devient modulaire : chaque diaphyse peut s'accoupler à chacune des 10 tailles de métaphyse.
Quels sont donc les avantages attendus de la modularité ? Ils sont directement liés à l'adaptation qu'elle autorise. Cela a été vérifié dans une étude récente publiée dans la RCO (juin 2001) : nous avons rapporté, avec G. Gacon, A. Ray, J. Hummer, H. Hourlier et A. Dambreville 124 observations parmi les plus anciennes et ayant un recul de plus de 9 ans : là aussi, il a été montré que les fémurs en entonnoir ont bénéficié des pièces métaphysaires les plus grandes (13,75, 15, 16,25, 17,5 et 20) couplées avec les pièces diaphysaires les plus petites (9, 10, 11 et 12). Les fémurs cylindriques ont au contraire bénéficié des pièces métaphysaires les plus petites (5, 7,5, 10, 11,25, 12,5) accouplées aux pièces diaphysaires les plus grandes (12, 13, 14 et 15). Dans le morphotype standard, le plus fréquent, les pièces diaphysaires et métaphysaires étaient harmonieusement mariées.
La lecture des radiographies au plus long recul, en utilisant les travaux de Engh (16), Gruen (17) et Brooker (18) montre un aspect souvent normal des radiographies de contrôle dont il est difficile à la simple lecture, de savoir lors de leur interprétation si elles ont été faites dans l'année qui a suivi la pose ou plusieurs années après.
Ces images radiographiques évoquent une " tolérance " prothétique qui peut être mise au compte du concept de la modularité métaphyso-diaphysaire ; celle-ci cherche, en effet, grâce à un ancrage purement métaphysaire, à assurer la transmission des contraintes en évitant toute fixation diaphysaire.
Le corollaire de cette fixation métaphysaire est l'absence de fixation diaphysaire : c'est la raison pour laquelle la pièce diaphysaire mise en place a un diamètre inférieur à celui du fût pour empêcher toute contrainte à ce niveau ; cette pièce diaphysaire tient lieu de guide pour la mise en place. Un travail récent de Laine (19) sur la diversité de l'anatomie proximale du fémur tire des conclusions proches concernant le contact en zone diaphysaire des tiges non cimentées ; il conclut, après étude de 50 fémurs de cadavre qu'il est pratiquement impossible d'obtenir un contact cortical à 100% avec une tige monocorps surtout en zone métaphysaire. Il confirme aussi la nocivité des tiges longues et rigides et recommandent un alésage surdimensionné (" over-reaming ") de la zone diaphysaire afin d'éviter toute contrainte à ce niveau. Dans notre série, l'absence de contrainte diaphysaire et la régularité d'un centrage satisfaisant peuvent expliquer l'absence habituelle de réaction osseuse en regard de l'implant.
L'introduction de cette modularité métaphyso-diaphysaire, pour tenir compte du morphotype fémoral est originale : nous n'avons pas retrouvé dans la littérature mention d'un implant utilisant ce concept dans les prothèses fémorales de première intention. De nombreux travaux portant sur le dessin des implants sans ciment ont été réalisés et la plupart des auteurs, Poss et al (20), Capello (21), Robertson (22), Summer (23), Walker (24) et Whiteside (25), insistent sur la nécessité d'un ancrage métaphysaire à la fois pour assurer une transmission haute des contraintes mais aussi pour optimiser la fixation primaire et éliminer notamment les douleurs de cuisse. Le dessin de la tige ESOP, légèrement tulipée en haut, sans collerette d'appui, correspond à ces conclusions.
Le recours à un effet de surface est indispensable pour obtenir l'ancrage secondaire de qualité : le revêtement d'HAP fait partie des effets de surface actuellement les plus utilisés et son efficacité est aujourd'hui (cf. supra). En outre, des travaux récents confirment la réalité du barrage aux débris d'usure par l'HAP.
Les inconvénients de la modularité font l'objet de discussions en raison des relargages de particules métalliques métalliques qu'elle peut entraîner. La prothèse ESOP présente à notre sens les garanties suivantes : il s'agit du même alliage métallique et la fixation des deux éléments est assurée par vissage. Des tests ont été réalisés pour s'assurer du bon fonctionnement de cette jonction vissée. De fait, après la pose de près de 20 000 tiges, aucune fracture ou démontage de la jonction métaphyso-diaphysaire n'a été rapporté dans les conditions normales de mise en place. Cette modularité par vissage ne paraît pas devoir entraîner de phénomènes de relargages de particules, le risque de fretting corrosion s'étant avéré faible ; en outre, ce vissage s'effectue sur la table d'instruments, loin du champ opératoire et de tout débris de sang ou de tissus (Chmell et Poss, 26).
En conclusion, le dessin prothétique et l'hydroxyapatite sont deux éléments qui ont fait beaucoup progresser la pratique des arthroplasties non cimentées. Nous avons voulu démontrer qu'il existe un troisième élément qui apporte une sécurité supplémentaire : la modularité métaphyso-épiphysaire qui constitue l'élément clé d'adaptation au variable que représente le fémur. C'est un élément de choix pour optimiser les indications du sans ciment en chirurgie prothétique de hanche. Cette modularité s'inscrit entre le " sur-mesure " et le " prêt-à-porter " grâce à la planification et aux 70 combinaisons offertes. Les résultats cliniques et radiologiques à plus de 10 ans maintenant ne permettent peut-être pas de tirer des conclusions sur l'avenir lointain mais seulement de faire état d'un concept original. Néanmoins, l'homogénéité des résultats observés sur le plan clinique et radiologique, la cohérence radio-clinique, la coïncidence effectivement observée entre l'adéquation anatomique et la qualité du résultat radiologique tendent à justifier l'utilisation de cette tige modulaire : elle a parfaitement rempli son rôle, permettant d'étendre en toute sécurité les indications du sans ciment à tous les types anatomiques de fémurs rencontrés.
Michel P. PHLIPPE
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