Influences des niveaux d’activité physique et de performance physique sur la densité minérale osseuse

Les prévalences de l’obésité et du surpoids chez les jeunes hommes augmentent au Liban et au Moyen-Orient (Sibai et coll. 2003; Nasreddine et coll. 2012). Une étude menée au Liban a montré que la prévalence du surpoids chez les hommes adultes est de 57,7% (Sibai et coll. 2003). Chez les hommes, le fait d’être en surcharge pondérale est associé à une augmentation de la DMO au niveau des sites osseux porteurs (Kang et coll. 2014 ; Rexhepi et coll. 2015). Cependant, plusieurs études ont montré que la DMO et la géométrie osseuse ne sont pas adaptées à l’excès de poids chez les sujets obèses (Rocher et coll. 2013 ; Chung et coll. 2016). C’est pour cela que la mise en place de stratégies visant à augmenter la DMO chez les hommes obèses et en surpoids peut être bénéfique pour prévenir les maladies osseuses dans cette population (El Khoury et coll. 2016a ; El Khoury et coll. 2016b). Plusieurs études longitudinales ont étudié les effets de différents types d’entrainements physiques sur la DMO chez les sujets obèses (Courteix et coll. 2015; El Hage et coll. 2009b). Mackelvie et coll. (2002) ont exploré les effets de 7 mois d’entrainement de sauts (3 séances par semaine; 10 minutes par séance) sur l’acquisition de la masse osseuse chez des enfants prépubères. L’intervention a permis d’augmenter les valeurs du CMO au niveau de plusieurs sites osseux chez les enfants ayant un IMC moyen ou faible alors que les effets de l’intervention sur l’acquisition du CMO n’étaient pas significatifs chez les enfants ayant un IMC élevé (Mackelvie et coll. 2002). Les auteurs de cet article ont énoncé deux hypothèses afin d’expliquer le manque de réponse ostéogénique aux exercices de sauts chez les enfants ayant un IMC élevé (Mackelvie et coll. 2002). En premier lieu, le squelette des enfants ayant un IMC élevé peut ne pas répondre aux stimuli mécaniques induits par l’entrainement physique car il est déjà sous le stress de la surcharge pondérale. En deuxième lieu, le fait d’avoir un IMC élevé peut affecter négativement la motivation lors de la réalisation de sauts; les enfants ayant un IMC élevé ont probablement éprouvé des difficultés à réaliser les exercices de sauts (Mackelvie et coll. 2002). A l’inverse, une autre étude a démontré que l’entrainement multidisciplinaire en endurance augmente significativement le CMO et la DMO chez des filles sédentaires obèses (El Hage et coll. 2009b).

Biologie du tissu osseux

Physiologie du tissu osseux

Caractéristiques générales
Le squelette fournit une charpente au corps. En effet, le squelette est le site d’insertion des muscles qui permettent le mouvement. Au contraire des tissus cartilagineux, le tissu osseux est vascularisé et innervé. Le tissu osseux participe à deux grandes fonctions: la fonction mécanique et la fonction métabolique. Concernant la fonction mécanique, le tissu osseux assure le soutien de l’organisme et participe par l’insertion des tendons et des muscles à la fonction de locomotion. Les os assurent la protection des organes vitaux; la cage thoracique protège les poumons et le cœur alors que la boite crânienne protège l’encéphale (Mosbah et Andreelli, 2012). En ce qui concerne la fonction métabolique, le tissu osseux joue un rôle primordial dans le métabolisme phosphocalcique. Il représente le principal réservoir d’ions minéraux de l’organisme renfermant près de 99% du calcium, 88% du phosphore, 80% des carbonates et 50% du magnésium (Karsenty et Ferron, 2012). En fonction des besoins, le tissu osseux stockera ces ions dans la fraction minérale de sa matrice extracellulaire ou les libèrera. Le squelette doit être puissant mais souple.

Les os longs

Comme leur nom l’indique, les os longs sont beaucoup plus longs que larges (Marieb et Hoehn, 2010).

Les os longs sont composés de trois parties distinctes:
– Des deux extrémités, les épiphyses
– La diaphyse est la partie centrale
– La métaphyse est la jonction entre les deux parties
La diaphyse est tapissée d’une membrane fibreuse et adhérente: le périoste qui recouvre les os, à l’exception des articulations (Baqué, 2008).

La diaphyse est la partie médiane des os longs. Elle est de forme cylindrique située entre la métaphyse et l’épiphyse. Dans cette partie, circule le canal médullaire central contenant les vaisseaux et la moëlle osseuse. Elle est entourée d’une membrane (le périoste) qui est riche en vaisseaux nourriciers qui participent à l’ossification en épaisseur. Les métaphyses sont composées d’os spongieux et comportent une fine couche de tissu osseux compact. La métaphyse est la zone de transition entre la diaphyse et l’épiphyse; le cartilage épiphysaire se trouve à cet endroit. Les épiphyses sont les extrémités des os longs. Elles sont formées de tissus spongieux, recouvertes de cartilage articulaire et très riches en moelle hématopoïétique (Baqué, 2008).

Les os plats

Un os plat est un os de forme mince et large, sa longueur et sa largeur sont à peu près égales. Il est constitué de deux tables d’os compact séparées par une mince couche de tissu osseux spongieux. Les os de la voûte crânienne comme le frontal, le temporal, l’occipital et l’os pariétal, sont reliés aux os voisins par des sutures élastiques chez l’enfant et des soudures fixes chez l’adulte. Il existe aussi d’autres os plats comme le sternum, le maxillaire inférieur, et les omoplates (Baqué, 2008).

Les os courts

Les os courts n’ont pas de dimensions prépondérantes sur les autres; longueur, largeur et épaisseur sont à peu près égales. Ils présentent ainsi plusieurs faces séparées par des bords et des angles. Un os court est constitué de tissu spongieux entouré par une fine couche de tissu compact. La forme des os courts peut être arrondie, pyramidale, ovoïde, cubique ou irrégulière. Les carpes et les tarses sont des os courts. Les os sésamoïdes sont un type particulier d’os court enchâssé dans un tendon comme la rotule et certains os du pouce et du gros orteil (Marieb et Hoehn, 2010).

Structure de l’os

Anatomiquement, on distingue deux types de tissus osseux: l’os cortical (compact) et l’os trabéculaire (spongieux).

L’os cortical ou compact 

Chez l’être humain, l’os compact ou os cortical constitue 80% de la masse totale des os. Il est très dense, uniforme, lisse et solide. Il présente une très faible porosité et occupe la périphérie de la diaphyse ou corps des os longs. Il est composé d’unités élémentaires cylindriques appelées systèmes de Havers ou ostéons, constitués de lamelles de fibres de collagène concentriques rondes ou ovales juxtaposées comme dans un rouleau de papier (Baqué, 2008). À l’intérieur de chaque canal de Havers, on trouve des nerfs et des vaisseaux sanguins. Chaque canal communique avec les canaux de Volkmann qui sont disposés de manière transverse entre les canaux de Havers (Rieger, 2011).

L’os trabéculaire ou spongieux 

L’os trabéculaire représente 20% de la masse osseuse. Il est composé d’un réseau tridimensionnel de trabécules de tissu osseux. Il est présent dans les extrémités des os longs (les épiphyses), les corps vertébraux et dans la zone de transition entre l’épiphyse et la diaphyse (la métaphyse). Grâce à la moelle emprisonnée dans les alvéoles, il joue un rôle d’amortisseur. Cet os est composé d’une phase organique (les fibres de collagène) qui représente 35% du poids de l’os, une phase minérale constituée de cristaux de calcium (45% du poids osseux) et le reste constitué essentiellement d’eau. Les os spongieux se situent aux endroits où les os ne subissent pas beaucoup de contraintes comme par exemple au niveau des os coxaux, les côtes, le sternum, la colonne vertébrale et les extrémités des os longs (Outila, 2001; Audran et coll. 2003; FarpourLambert et Rizzoli, 2003; Ducher et Blimkie, 2006) .

Table des matières

Introduction
Première partie : Revue de la littérature
1. Biologie du tissu osseux
1.1. Physiologie du tissu osseux
1.1.1. Caractéristiques générales
1.1.2. Composition du tissu osseux
1.1.2.1. Les différents types d’os
1.1.2.1.1. Les os longs
1.1.2.1.2. Les os plats
1.1.2.1.3. Les os courts
1.1.2.2. Structure de l’os
1.1.2.2.1 L’os cortical ou compact
1.1.2.2.2. L’os trabéculaire ou spongieux
1.1.2.3. Répartition des deux tissus dans le squelette
1.1.2.4. Composition chimique de l’os
1.1.2.5. Les cellules osseuses
1.1.2.5.1. Les ostéoblastes
1.1.2.5.2. Les cellules bordantes
1.1.2.5.3. Les ostéocytes
1.1.2.5.4. Les ostéoclastes
1.1.2.6. Le remodelage osseux
1.1.2.6.1. Modélisation mécanique du remodelage osseux
1.1.2.6.2. Différents types d’activités physiques et leurs effets sur le métabolisme osseux
1.1.2.6.3. Rôles du remodelage osseux
1.1.2.6.4. La régulation du remodelage osseux
1.1.2.6.4.1. Facteurs stimulant la formation osseuse
1.1.2.6.4.2. Facteurs stimulant la résorption osseuse
1.2. Physiopathologie de l’ostéoporose
1.2.1. Ostéoporose primitive
1.2.2. Ostéoporose secondaire
1.3. Epidémiologie de l’ostéoporose
1.4. Prévention de l’ostéoporose
1.4.1. Prévention non médicamenteuse
1.4.1.1. Maintien d’un IMC normal
1.4.1.2. Lutte contre le tabagisme et l’alcoolisme
1.4.1.3. Apports adéquats en calcium et vitamine D
1.4.1.4. Activité physique
1.4.2. Prévention médicamenteuse
2. Les méthodes d’évaluation de la densité minérale osseuse
2.1. Absorptiométriebiphotonique à rayons-X (DXA)
2.1.1. Caractéristiques générales
2.1.2. Les limites
2.1.3. Les paramètres osseux mesurés
2.1.3.1. Le CMO et la DMO
2.1.3.2. Le TBS
2.1.3.3. Les indices géométriques de résistance osseuse de la hanche
2.2. L’imagerie à résonnance magnétique (IRM)
2.3. Ultrasonométrie
2.4. La radiographie
2.5. La tomographie
3. Le pic de masse osseuse
3.1. Importance du pic de masse osseuse
3.2. Les déterminants du pic de masse osseuse
3.2.1. Les facteurs génétiques
3.2.2. Les facteurs hormonaux
3.2.3. Les facteurs mécaniques
3.2.3.1. Niveau de contraintes mécaniques par activité sportive
3.2.3.2. Facteurs mécaniques et DMO
3.2.3.2.1. Les études transversales
3.2.3.2.2. Les études longitudinales
3.2.3.3. Facteurs mécaniques et géométrie osseuse
3.2.3.4. Facteurs mécaniques et trabecular bone score (TBS)
3.2.3.4.1. Facteurs corrélables au TBS
3.2.3.5. Conséquences de la réduction des contraintes mécaniques
3.2.4. Facteurs nutritionnels
3.2.4.1. Apports caloriques
3.2.4.2. Le calcium
3.2.4.3. Les protéines
3.2.4.4. La vitamine D
4. Obésité et paramètres osseux
4.1. Aspects mécanistiques
4.1.1. Mécanismes mécaniques
4.1.2. Mécanismes hormonaux
4.1.3. Le sommeil
4.1.4. Les polluants organiques
4.2. Etudes in-vivo
4.2.1. Le CMO et la DMO
4.2.2. La densité minérale osseuse apparente (DMOA)
4.2.3. Les indices géométriques de résistance osseuse de la hanche calculés par la technique HSA
4.2.4. Les indices de résistance osseuse du col fémoral calculés par la méthode de Karlamangla et coll. (2004)
4.2.5. Le TBS
5. La réponse osseuse aux contraintes mécaniques chez les sujets obèses
5.1. Les principes d’action de l’activité physique sur la densité minérale osseuse
5.2. Les lois mathématiques qui régissent les adaptations osseuses aux contraintes mécaniques
5.3. La spécificité de la réponse osseuse à l’exercice physique en fonction du type d’activité physique chez les obèses
5.3.1. L’entrainement de la force avec charges
5.3.2. L’entrainement en endurance
5.3.3. L’entrainement pliométrique
6. Synthèse et objectifs
Deuxième partie : Contribution personnelle
Méthodologie générale
Etudes antérieures sur les relations entre les niveaux de performance
physique et les paramètres osseux chez de jeunes adultes
1a. Les déterminants de santé corrélables à la densité minérale osseuse appréciée par ultrasonométrie
1b. Performance physique et densité minérale osseuse chez de jeunes adultes libanais
1c. Étude observationnelle sur l’impact du type d’activité physique sur la densité
minérale osseuse, la géométrie osseuse de la hanche et le TBS chez des hommes adultes
Etudes antérieures sur l’influence du statut pondéral sur les paramètres
osseux chez de jeunes adultes Libanais
2a. Le Trabecular Bone Score chez des jeunes femmes en surcharge pondérale et normo-pondérées
2b. Le Trabecular Bone Score chez des jeunes hommes obèses, en surpoids et normo-pondérés
Troisième série d’études : Activité physique, performance physique et paramètres osseux chez des jeunes hommes en surpoids et obèses
3a. Influence du niveau d’activité physique sur les paramètres osseux chez des jeunes hommes en surcharge pondérale
3b. Paramètres osseux chez des jeunes hommes sportifs en surpoids ou obèses et des jeunes hommes sédentaires en surpoids ou obèses
3c. Etude de corrélation entre la consommation maximale d’oxygène et les indices de résistance osseuse du col fémoral chez des jeunes hommes en surpoids et obèses
Discussion générale
Conclusion et perspectives
Bibliographie
Annexes
Résumé

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