Contribution à l'analyse du transport convectif dans le segment vertébral : étude de la perméabilité macroscopique du plateau vertébral

Contribution to the analysis of the convection phenomenon in spine : measurement of the permeability of vertebral end plate

• Auteur / Autrice : Franck Accadbled
• Direction : Pascal Swider
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Disques intervertébraux

Biomécanique

Mots clés libres

Biomécanique

Transport convectif

Perméabilité

Scoliose

Disque intervertébral

Résumé

Le comportement mécano-biologique du segment vertébral, sain et pathologique, est un problème complexe. La préoccupation clinique première de notre travail concerne la pathologie du rachis chez l'enfant et notamment la scoliose idiopathique de l'adolescent. L'hypothèse centrale a été que la modification de nutrition et d'homéostasie des disques pouvait être associée à une perturbation du transport convectif au niveau du plateau vertébral. Nous avons développé, à partir de modèles animaux, une démarche de recherche progressive, associée dans son questionnement à la problématique clinique chez l'enfant. L'étude bibliographique préliminaire a permis de mettre en évidence le rôle significatif des transports de masse (fluides, protéines, nutriments) dans le développement sain et pathologique du rachis. Ceci a abouti aux quatre points clés de la stratégie de recherche: variabilité topographique de la perméabilité, influence du sens de flux, rôle de la croissance et influence d'une perturbation mécanique associé à une courbure imposée. Dans la deuxième partie, une méthode originale de mesure de perméabilité macroscopique d'échantillons de tissus biologiques a été développée puis évaluée sur un modèle animal porcin. Cette étude a montré que la perméabilité macroscopique du plateau vertébral n'était pas uniforme, la zone centrale étant plus perméable que la périphérie. L'étude microscopique associée a montré une corrélation entre l'augmentation de la perméabilité et la diminution des épaisseurs de cartilage. Dans un troisième temps, l'évolution des perméabilités de plateaux vertébraux a été mesurée sur un modèle animal ovin en croissance normale. Il a été mis en évidence une diminution de la perméabilité macroscopique du plateau vertébral avec la maturation des tissus. Le flow-out, (exsudation de fluide hors du disque), a été associé à des perméabilités plus grandes qu'en flow-in (réhydratation du disque). Il est apparu que la séquence des tissus constitutifs et leurs propriétés intrinsèques (porosité, tortuosité évolutive) pouvaient modifier la perméabilité macroscopique du plateau vertébral. En dernier lieu, un modèle de croissance asymétrique de segment (épiphysiodèse en L1-L2) a été mis en place sur un modèle animal porcin. . .

The mechano-biological behaviour of the healthy or pathological vertebral segment is a complex problem. The clinical concern of our work related to the idiopathic scoliosis in adolescent. The central assumption was that the modification of nutrition and homeostasis of the intervertebral disc could be associated to a disorder of the convective transport through the vertebral end plate. We designed a progressive research based on experimental animal models keeping in mind the clinical relevance of our approach. The preliminary bibliographical study highlighted the significant role of mass transport (fluids, proteins, nutrients) in the physiological and pathological growth of the spine. This allowed four key points of our strategy to be defined: geometrical variability of the permeability, influence of the fluid-flow direction, role of the growth and influence of a mechanical disturbance associated to an imposed curve. In the second part of the study, an original method of measurement of the macroscopic permeability has been developed then evaluated in a porcine animal model. This study showed that the macroscopic permeability of the vertebral plate was not uniform, the central zone being more permeable than the periphery. Associated microscopic study demonstrated a correlation between the permeability increase and the reduction of cartilage thickness. Third, the variation of the vertebral plate permeability during growth was measured in the ovine animal model. We highlighted a decrease of the macroscopic permeability with tissue maturation. Flow-out, (exudation of fluid from the disc), showed greater permeability than flow-in (disc rehydration). It appeared that the sequence of constitutive tissue and their intrinsic properties (porosity, evolutive tortuosity) could modify the macroscopic permeability of the vertebral plate. . .