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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Bilan et perspectives
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4. La prothèse à faible usure
4.1 Concept de la prothèse
L'utilisation d'un couple de frottement impliquant deux surfaces dures, donc moins sujettes à l'usure par rapport à un contact impliquant un polymère mou, est en effet antérieure à la prothèse de Charnley. Déjà à la fin des années 1950 les prothèses McKee-Farrar, caractérisées par une tête fémorale en alliage CoCrMo en contact avec une cupule acétabulaire du même matériau, furent implantées. Malgré la défaillance rapide de certaines de ces prothèses, essentiellement due à un jeu insuffisant entre tête et cupule, certains de ces implants montrèrent une longévité remarquable de 20 à 30 ans . Ce type de prothèse fut néanmoins supplanté par le modèle de Charnley pendant les années 1970, mais fut à nouveau d'actualité dix ans plus tard suite aux problèmes d'usure du polyéthylène.
La figure 4 montre un exemple d'une prothèse moderne avec articulation métal-métal. Les alliages CoCrMo ont été retenus pour ce type de prothèse au vu de la forte tendance au grippage de l'acier inoxydable austénitique et du titane ainsi que ses alliages. Des couplages céramique-céramique à base d'alumine sont également utilisés de par leur grande résistance à l'usure. Les problèmes de fragilité et de rupture soudaine en cas de choc ont été résolu en grande partie par le développement de nouveaux matériaux composites à base d'alumine et d'oxyde de zirconium et en améliorant les techniques de mise en forme afin d'obtenir des microstructures plus fines et exemptes de défauts. Des études in vitro montrent que les prothèses avec joint métal sur métal ou céramique sur céramique présentent des taux d'usure 50 à 100 fois moins élevés que la prothèse avec composante en polyéthylène ...
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La prothèse à faible usure
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
-
Propriétés du titane et de ses alliages
-
Zircone – Céramique fonctionnelle
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