GTS812: Ingnierie des systmes humains

GTS501 Cours 3Histophysiologie osto-articulaire.Articulations.Cartilage.1Histophysiologie osto-articulaire Os et tissus osseux On distingue :- la colonne vertbrale- le sternum et les ctes- la tte- les membres suprieurs- les membres infrieurs

3Os et tissus osseux Suivant la forme de los :Les os platsLes os courtsLes os irrguliersLes os longs :DiaphyseLes piphysesLes mtaphyses

STAPS, 20024Os et tissus osseux lments du tissus osseux :Prioste et endosteOstoblastes et ostoclastesOstocytesMatrice extracellulaire :Substance fondamentale : liquide et protinesFibres : collagne et lastiquesSels minraux : calcium et phosphore

Rappel : tissus conjonctifs5Os et tissus osseux

Nordin & Frankel, 20016Os et tissus osseuxMode de formation et de rsorption du tissus osseux :Ostoblastes Tissus ostode + Vit. DCalcification du tissuHormone parathyrodienneOstoclastesDestruction du tissuCalcium + phosphore dans les liquides interstitiels7Os et tissu osseuxStructure du tissu osseux :Tissu osseux compact (os cortical, cortical bone) =80% de la masse osseuseTissu osseux spongieux (cancellous bone, trabecular bone)Diffrences os long vs. os courts, irrguliers, plats :Canal mdullaire vs. diploMoelle jaune vs. rougeOston vs. traves

Nordin & Frankel, 20018Os et tissu osseuxCroissance de dos :paisseur : ostoblastesLongueur : cartilage de conjugaisonFacteurs dinfluence :GntiquesMcaniquesVasculairesMtaboliques = phosphore, calcium et vitamine DHormonaux9Os et tissu osseuxRemodelage osseux :Modul par les contraintes mcaniques : loi de WolffRsistance et rigidit :Affects par limmobilisationAffects par les implants

Nordin & Frankel, 200110Os et tissu osseuxEffet de lge :Rduction de los spongieuxAmincissement de los cortical

Nordin & Frankel, 200111Os et tissu osseux - rsumLos est un composite bi-phasiqueLunit structurale de los est lostonLe squelette est compos dos cortical et spongieuxRemodelage suivant les contraintes appliquesEffet de lge, du sexe, des hormones, de lalimentation, etc.12ArticulationsOrgane dunion de deux ou plusieurs pices osseuses :Fibreuses (sutures)Cartilagineuses (symphyses)Synoviales (cartilage, cavit articulaire, capsule articulaire, liquide synovial, ligaments)

STAPS, 200213CartilageCartilage articulaire (hyaline articular cartilage) Tissu trs diffrentiAvascularis physiologiquement isolCellules : chondrocytesCompos de fibres collagne et de la substance fondamentale2 fonctions : (1) distribuer la charge sur une grande surface(2) permettre le mouvement relatif avec une friction et une usure minimale15Cartilage articulaire Composition et structure :Chondrocytes (1-10% du volume tissulaire)Collagne (15-22%)Protoglycanes (4-7%)Eau, sels, protines, lipides (60-85%)

Nordin & Frankel, 200116Cartilage articulaire Collagne :Unit de base : tropocollagne

Nordin & Frankel, 200117Cartilage articulaireCollagne :

Nordin & Frankel, 200118Cartilage articulaire Collagne :Distribution non homogne

Atlas de l'arthrose, J.P. Pujol, 1995 Hauteur5-10%

40-45%

40-45%

5-10%Parallles

Obliques

Perpendi-culaires

19Cartilage articulaire Collagne :Type II : structure de base des fibrillesType XI : lintrieur des fibrilles li de faon covalente au collagne de type IIType IX : extrieur des fibrillesType VI : la surface et dans lespace pricellulaireType X : tapis autour des chondrocytes

20Cartilage articulaireProprits mcaniques du collagne :Rsistance leve en tensionRsistance faible en compressionAnisotropique :Arrangements varis des fibres de collagneVariation des interactions entre PG et collagne21Cartilage articulaire Les chondrocytes :

22Cartilage articulaireLes protoglycanes :

Nordin & Frankel, 200123Cartilage articulaireEau :Concentr au niveau de la surface articulaireNa+, K+, Ca2+Circulation des gaz, lments nutritifs et dchets entre chondrocytes et fluide synovial70% de dplacement deau sous charge : contrle le comportement mcanique + lubrification

24Cartilage articulaireInteractions structurelles et physiques entre les composantes :Forces rpulsives : pressions de gonflementChargement : augmentation des forces rpulsives

Nordin & Frankel, 200125Cartilage articulaireInteractions :Force compressiveDformation des molcules PGPression interne excde la pression de gonflementLiquide sortAugmentation de la concentration en PGAugmentation de la pression de gonflementquilibre avec la force externe26Cartilage articulaireInteractions :La rsistance la compression du cartilage provient de deux sourcesLa pression osmotique de gonflement associs aux groupes ioniques fixs au GAGLa rsistance la compression du tissu collagnique en lui mmeCartilage articulaireComportement mcanique :Viscolasticit :FluageRelaxation de la contrainte

stotal=ssolide+sfluideNordin & Frankel, 200128Cartilage articulaireLubrification mixte :Lubrification limite hors charges : glycoprotineWeeping lubrification ou boosted lubrification en charge

Nordin & Frankel, 200129Cartilage articulaireHypothses sur la biomcanique de la dgnrescence du cartilage :Amplitude des contrainte imposesNombre de pics de contraintesChangements dans la structure molculaire et microscopique de la matrice de collagne Changements dans les proprits mcaniques du tissu

30Cartilage articulaireCartilage normalPerte de PGDommage au collagneProgression de larthrose densit de charges fixes pression trane de friction permabilit hydrauliqueAgit pour diminuer les proprits de support de charge du cartilagedformationExudation de fluideArthrose CartilageDformation de la matrice plus importantechanges de fluides plus importants31Cartilage articulaire - rsumFonction du cartilage : augmentation de la distribution des charges (diminuant ainsi les contraintes) et fournir une surface de support lisse et rsistante lusureMatriau multiphasique ou triphasique ?Rsistance la friction au flux de fluide interstitiel et proprits intrinsques de la matrice solideDommages causs au cartilage : altration des proprits mcaniques32Cartilage articulaire - rsum

Nordin & Frankel, 2001AffichesFormation des quipesDfinition du sujet