Bibliographie & annexes
Présentation
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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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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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La prothèse à faible frottement (métal-polymère)
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2. L'articulation synoviale naturelle
2.1 Structure et matières
La figure 2 montre schématiquement la structure d'une articulation synoviale de hanche dont la fonction est d'assurer le mouvement relatif entre le fémur et le bassin. Le joint comprend cinq éléments :
-
la tête du fémur ;
-
l'os coxal avec l'acetabulum (cavité articulaire) ;
-
le cartilage articulaire recouvrant la tête fémorale ;
-
l'acetabulum ;
-
le liquide synovial.
L'os se compose d'une partie centrale relativement molle (os spongieux) et d'une partie externe (os compact) plus dure grâce à l'enrichissement en éléments minéraux, en particulier le phosphate tricalcique (hydroxyapatite). Les propriétés mécaniques sont reportées dans le tableau 1. Sa rigidité et sa dureté se situent entre le UHMWPE et les métaux.
Dans un joint sain le cartilage articulaire évite le contact direct entre le fémur et l'os coxal. Le cartilage présente une structure poreuse remplie d'une phase liquide. D'un point de vue mécanique, il se comporte comme un matériau monophasé élastique, au moins dans les conditions de chargement typique d'un joint . Son très faible module d'élasticité (voir tableau 1) lui assure une grande capacité de déformation élastique sous charge et permet ainsi d'établir un contact homogène sur la totalité de la surface de l'acetabulum et donc d'atteindre une pression de contact très faible.
Le liquide synovial est un liquide dense produit et maintenu dans l'articulation par la membrane synoviale qui assure une lubrification du joint. Sa composition est complexe et fait intervenir de nombreuses espèces chimiques. Parmi ces espèces, certaines...
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L'articulation synoviale naturelle
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).
-
(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).
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(5) - ASM Handbook 18, Friction, lubrication and wear technology, - ASM International (1992).
-
(6) - ATHESIAN (G.A.) - The role...
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