Covariation entre l'environnement de charge et la distribution de l'os cortical mandibulaire chez les humains modernes

Covariation between loading environment and mandibular cortical bone distribution in modern humans

• Auteur / Autrice : Pierre-Hadrien Decaup
• Direction : Christine Veschambre-Couture, Elsa Garot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Anthropologie biologique
• Date : Soutenance le 20/01/2025
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : De la Préhistoire à l'Actuel : Culture, Environnement et Anthropologie (Talence)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Fricain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Hublin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rémi Esclassan, Asier Gómez-Olivencia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomécanique

Mandibule

Morphométrie

Mots clés libres

Morphométrie géométrique

Analyse par éléments finis

Revue systématique de la littérature

Os cortical

Biomécanique

Geometric morphometrics

Finite element analysis

Systematic review

Cortical bone

Biomechanics

Résumé

En constituant l’élément mobile de l’appareil manducateur, la mandibule humaine joue un rôle clef dans les fonctions de ventilation, déglutition, mastication, préhension et phonation et supporte ainsi des régimes de charges complexes, s’exerçant à des intensités et fréquences variables. Bien que les interactions morphofonctionnelles liant cet environnement de charge et la forme externe de la mandibule humaine soient en partie documentées, l’approche morphofonctionnelle de l’anatomie osseuse mandibulaire interne demeure imprécise. Certains auteurs, tels que Demes et al. (1984) ont postulé que cette relation morphofonctionnelle entre l’environnement de charge et la distribution de l’os cortical mandibulaire pourraient être fondée sur l’existence d’une asymétrie faciolinguale. Dans ce contexte, le présent travail vise à interroger le paradigme « mécaniste » de Demes et al. (1984) à l’aune de nouvelles approches méthodologiques et ainsi répondre à la problématique suivante : « Est-ce que la distribution d’os cortical mandibulaire covarie avec l’environnement de charge chez les humains modernes ? ». À travers une revue systématique de la littérature (Decaup et al., 2023), une approche morphométrique comparative au sein de populations du passé (Decaup et al., 2024a) et une modélisation de cette problématique par la méthode des éléments finis (Decaup et al., 2024b, en révision) nous avons montré que la distribution de l’os cortical mandibulaire covarie, sous certaines conditions, avec la distribution des déformations dans le cadre d’un environnement de charge masticatoire unilatéral molaire. Cette covariation produit notamment des effets morphologiques plus marqués dans les groupes humains présentant un niveau de charge mandibulaire élevé. Cette covariation suit enfin un gradient antéropostérieur en faveur d’une relation moins marquée dans les régions antérieures symphysaires et plus marquée dans les régions postérieures du corpus mandibulaire. Le développement d’une approche couplant l’analyse morphométrique comparative et l’analyse par éléments finis en modélisation globale – locale permettrait de mieux interpréter l’impact biomécanique de la diversité biologique de distribution de l’os cortical mandibulaire au sein des populations humaines dans le cadre de recherches futures.

As the moving element of the manducatory system, the human mandible is central to the functions of ventilation, swallowing, mastication, prehension and phonation, and therefore must withstand complex loads of varying intensity and frequency. Although the morpho-functional interactions between this loading environment and the external human mandibular shape have been partially documented, the morpho-functional approach to internal mandibular bone anatomy remains unclear. Some authors, such as Demes et al. (1984) have postulated that this morpho-functional relationship could be based on a faciolingual asymmetry. In this context, the aim of the present work is to question the ‘mechanistic’ paradigm of Demes et al. (1984) considering new methodological approaches and thus answer the following question: ‘Does the distribution of mandibular cortical bone covary with the loading environment in modern humans?’. Through a systematic review of the literature (Decaup et al., 2023), a comparative morphometric approach within past populations (Decaup et al., 2024a) and modelling of this problem using the finite element method (Decaup et al., 2024b, under review) we found that the distribution of mandibular cortical bone covaries, under certain conditions, with the distribution of strain in unilateral molar masticatory loading conditions. Morphological effects of this covariation are particularly marked in human groups with a high level of mandibular load. Finally, this covariation follows an anteroposterior gradient towards a weaker relationship in the symphyseal anterior regions and a stronger relationship in the posterior regions of the mandibular corpus. The development of an approach combining comparative morphometric analysis and finite element analysis in global-local modelling could provide a better interpretation of the biomechanical impact of the biological diversity of mandibular cortical bone distribution within human populations in future research.