Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Intervention devenue courante, l’arthroplastie de la hanche doit son fort taux de succès à la pose de prothèses mécaniquement et chimiquement stables, assurant le rôle structurel et la fonctionnalité articulaire. Les matériaux utilisés doivent répondre pour cela à bon nombre de spécifications, dont l’absence de toxicité, une biocompatibilité, une résistance mécanique et une tenue à la corrosion. Après une description des aspects tribologiques de l’articulation synoviale naturelle, cet article détaille les avantages et inconvénients des prothèses à faible frottement et à faible usure.
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Now a common intervention, hip arthroplasty owes its high success rate to the mechanically and chemically stable prosthesis installation, ensuring a structural and joint functionality. The materials used must thus comply with a large number of specifications, including the absence of toxicity, biocompatibility, mechanical strength and corrosion resistance. After having described the tribological aspects of the natural synovial joint, this article describes the advantages and drawbacks of low-friction and low-wear prosthesis.
Auteur(s)
-
Stefano MISCHLER : Maître d'enseignement et recherche - Institut des matériaux, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
INTRODUCTION
L'implantation d'une prothèse d"articulation de hanche est devenue une opération courante en chirurgie orthopédique avec un fort taux de succès. Dans le monde, le nombre de prothèses de hanche implantées annuellement se chiffre désormais en centaines de milliers voire en millions. La réussite d'une opération d'arthroplastie de la hanche requiert, d'une part, des prothèses mécaniquement et chimiquement stables et, d'autre part, des procédures cliniques adaptées. Du point de vue de l'ingénierie, le challenge est très complexe et consiste à produire des prothèses de forme adaptée à l'anatomie humaine et qui assurent à la fois leur rôle structurel et de répartition des charges ainsi que la fonctionnalité articulaire. Les matériaux utilisés doivent répondre à une série de spécifications : absence de toxicité, bonne biocompatibilité, résistance mécanique, bonne endurance à la fatigue, résistance aux chocs, tenue à la corrosion par les fluides corporels. Pour les parties articulaires et d'ancrage avec l'os s'ajoute la nécessité d'un comportement tribologique approprié. Dans cet article, la thématique de prothèses de hanche sera considérée uniquement du point de vue tribologique avec l'intention d'illustrer l'application, dans l'ingénierie des implants, des concepts de base liés au frottement, à la lubrification et à l'usure. L'article se concentrera sur la tribologie du joint articulaire et ne traitera pas, pour des raisons d'espace, la thématique de l'ancrage de la prothèse dans l'os et des points de contact statiques dans les prothèses modulaires.
L'article comporte, après cette introduction, une section énonçant les principaux matériaux utilisés pour la réalisation de prothèses suivie d'une section décrivant les aspects tribologiques de l'articulation synoviale naturelle. On présentera par la suite les concepts, avantages et limitations des prothèses à faible frottement et à faible usure. L'article se concluera par un bref bilan et un aperçu de perspectives de développement.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
friction | wear | lubrication | hip joint implant
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Les matériaux pour prothèses de hanche
En anglais
5. Bilan et perspectives
L'effet des différentes améliorations apportées aux prothèses d'articulation de hanche peuvent être évalué grâce aux registres nationaux qui recensent les opérations d'arthroplasties. La figure 7, tirée du registre national australien , montre l'évolution du nombre de révisions avec les années successives à l'implantation d'hanches artificielles de différents types. Après cinq ans d'implantation seulement 2 à 3 % des prothèses requièrent une ré-intervention chirurgicale suite à différents problèmes pas nécessairement liés à des problèmes d'usure. À partir de 5 ans le taux de révision des prothèses métal-UHMWPE augmente de façon sensiblement plus marquée que les autres types d'implants. À partir de 9 ans les prothèses avec cupule acétabulaire en UHMWPE montrent un comportement nettement moins favorable suite essentiellement à l'ostéolyse activée par les particules d'usure. Notons que les prothèses à faible usure avec couple céramique-céramique ou métal-métal ou les prothèses à faible frottement avec cupule en HXLPE et tête en métal ou céramique se comportent sensiblement de la même façon au moins jusqu'à 11 ans. Ceci témoigne de l'efficacité des mesures tribologiques entreprises pour améliorer la durabilité des articulations artificielles de la hanche.
À noter en figure 7 le bon comportement à court terme de nouvelles têtes métalliques (en zirconium) avec durcissement de la surface par un traitement d'oxydation thermique. Ceci montre également que des améliorations ultérieures sont possibles et peuvent contribuer de façon significative à l'augmentation de la durée de vie des prothèses, un facteur de plus en plus important au vu de l'âge décroissant des patients nécessitants une arthroplastie. D'un point de vue tribologique, ces améliorations vont dans la direction d'une meilleure lubrification par des surfaces plus lisses, des jeux radiaux réduits et des têtes de diamètres plus importants....
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Bilan et perspectives
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZAMBELLI (G.), VINCENT (L.) - Matériaux et contacts : une approche tribologique, - PPUR (1998).
-
(2) - KURTZ (S.M.) - The UHMWPE Handbook : Principles and Clinical Applications in Total Joint Replacement, - Elsevier Academic Press. (2004).
-
(3) - NOBLE (P.), COLLIN (B.), LECOMTE-BECKERS (J.), MAGNÉE (A.), DENOIX (J.-M.), SERTEY (N.D.) - L'articulation synoviale : un système tribologique parfait - , Ann. Méd. Vét. 154, 83-93 (2010).
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(4) - BERGMANN (G.), DEURETZBACHER (G.), HELLER (M.), GRAICHEN (F.), ROHLMANN (A.), STRAUSS (J.), et al - Hip contact forces and gait patterns from routine activities. - J Biomech 34, 859–71 (2001).
-
(5) - ASM Handbook 18, Friction, lubrication and wear technology, - ASM International (1992).
-
(6) - ATHESIAN (G.A.) - The role...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Introduction à la tribologie
-
Corrosion et traitements de surface des biomatériaux
-
Usure des polymères – Étude expérimentale. Mécanique du contact
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Propriétés du titane et de ses alliages
-
Zircone – Céramique fonctionnelle
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