Interactions et mobilité des organes abdominaux sous sollicitations dynamiques

Rôle des parois musculaires

    D’un point de vue mécanique, la cavité abdomino-pelvienne dépend des parois qui la composent. Ces parois sont constituées d’un ensemble de muscles qui s’insèrent sur le rachis, le gril costal et le squelette du bassin. Ils existent sur tout le pourtour de la cavité abdominale sauf en bas où celle-ci communique avec la cavité pelvienne. Afin de faciliter la compréhension des parois abdominales, nous considérons que l’abdomen a la forme d’un cylindre qui présente quatre parois (Tableau 1).
Paroi crâniale Le diaphragme, à lui seul, forme la paroi crâniale qui sépare la cavité abdominale de la cavité thoracique. C’est un muscle strié, constitué de muscles digastriques avec un centre tendineux. La partie périphérique musculaire prend ses insertions sur le squelette de la cage thoracique, en ventral et latéral, et sur le rachis lombaire en dorsal (Figure 3). A part le rôle majeur qu’il joue dans la respiration, le diaphragme supporte le poids des poumons. Il est sollicité aussi par différents organes abdominaux qui sont suspendus par le biais des ligaments abdominaux.
Paroi ventro-latérale La paroi ventro-latérale est constituée d’une part de plusieurs muscles latéraux (oblique externe, oblique interne et transverse) et d’autre part de muscles antérieurs (Figure 4). Ils sont disposés en plusieurs couches de la superficie vers la profondeur et forment un système de maintien viscéral. Principalement, c’est le muscle transverse de l’abdomen qui recouvre la totalité de la paroi abdominale interne et joue le rôle de support et de maintien aux organes abdominaux et plus précisément au système digestif.
Paroi dorsale Appelée aussi paroi lombaire, elle constitue le plan de fond de la scène abdominale, la paroi abdominale postérieure est formée d’un plan profond. Elle est constituée par des muscles comme le grand psoas, le muscle carré des lombes et le muscle grand dorsal (Figure 5). Sur cette paroi cheminent les gros vaisseaux abdominaux (aorte et veine cave inférieure) et viennent s’accrocher les organes rétropéritonisés comme les reins.
Paroi caudale La paroi caudale de la cavité abdominale est composée par les organes de la cavité pelvienne et par le plancher (Figure 6). Appelé aussi diaphragme du pelvis, le plancher est constitué de trois couches musculaires dont les muscles releveurs de l’anus et les muscles Coccygiens. Ces deux muscles ont, respectivement, la fonction de supporter les viscères et élever le plancher pelvien. Leur tâche commune est de résister aux coups de pression abdominale. Les parois musculaires de la région abdominale possèdent une fonction très importante au regard des organes abdominaux. Elles jouent un rôle important (direct ou indirect) de maintien, de support et de protection. Pour comprendre la disposition des organes abdominaux et leurs interactions, il est également nécessaire d’assimiler la configuration complexe du péritoine.

Le foie

     Le foie est la plus grande glande du corps humain. Il se situe juste au-dessous du diaphragme, dans la partie supérieure droite de l’abdomen (Figure 12). Cet organe solide, plein de sang, possède quatre lobes séparés par des fissures. Il est en contact avec la paroi abdominale antérieure à l’intersection du muscle droit avec la 9ième côte thoracique. Dans la dépression de la surface inférieure du lobe droit du foie se situe la vésicule biliaire ; c’est un sac en forme de poire, possédant une capacité d’environ 50 cm3. Le foie est en majeure partie recouvert par le péritoine, sauf une zone dans sa partie supérieure et en arrière appelée Area nuda. Cette surface postérieure est incomplètement accolée au fascia sous-diaphragmatique. Par ailleurs, la vésicule biliaire n’a pas de feuillet viscéral. Elle est extra-capsulaire et incluse dans le feuillet du foie. La face diaphragmatique est de forme convexe. Elle présente une partie supérieure, horizontale, et une partie antérieure et latérale qui descend en courbe. La face inférieure est viscérale, est en rapport avec les viscères et reçoit le pédicule vasculaire hépatique.
i. Systèmes d’attache : Les fixités du foie sont représentées d’une part par l’amarrage du foie à ses pédicules vasculaires et principalement à la veine cave inférieure, et d’autre part par les différentes formations péritonéales qui le relient à la paroi (Figure 13). Au niveau de la face supérieure, on observe deux ligaments importants. Le foie est fixé au diaphragme par le ligament suspenseur et à la paroi antérieure de l’abdomen par le ligament rond.
 Ligament coronaire : C’est la réflexion péritonéale autour de l’area nuda. Ce ligament présente trois prolongements : deux latéraux, les ligaments triangulaires droit et gauche et le troisième inférieur le ligament hépatoveineux. Les ligaments triangulaires : Ils représentent la rencontre des deux feuillets du ligament coronaire. Le ligament hépato-veineux : La veine cave inférieure est en contact directe avec le foie au niveau de la Area nuda est maintenue contre sa face postérieure par ce ligament. Ce ligament correspond au prolongement inférieur que dessine la réflexion du feuillet inférieur du ligament coronaire autour de la veine cave inférieure.
 Ligament falciforme : Il relie le foie au diaphragme et à la paroi antérieure. Il subdivise la face antérieure du foie en lobe droit et lobe gauche. On peut lui distinguer deux parties, l’une antérieure qui comprend dans son bord inférieur libre un cordon fibreux ; l’autre postérieure qui se fixe à la face supérieure du foie.
 Ligament rond : Vestige de la veine ombilicale, il relie le foie à la paroi abdominale antérieure. Il est en continuité avec le ligament falciforme.
 Ligament phrénico-hépatique: Zone d’adhérence de la face postérieure du foie à la partie verticale du diaphragme. Cette zone est dépourvue de péritoine et se reconnait par la rugosité de sa surface.
 Le petit omentum : Il est formé par le ligament hépato-gastrique qui rattache la petite courbure de l’estomac au pédicule hépatique et le ligament hépatoduodénal qui relie le duodénum et le foie.
 Ligament hépato-rénal : Il est formé par densification et relie le foie à la capsule surrénale droite ; c’est le pli du péritoine qui s’étend de la face postérieure inférieure du foie à la face antérieure du rein droit et constitue la marge de droite du foramen omental.

Traumatisme contondant ou fermé

     Un traumatisme contondant est attribuable à des AVP comprenant le sous-marinage, à des impacts directs, et plus rarement à des chutes de grande hauteur. Quatre mécanismes lésionnels sont à l’origine des traumatismes fermés, seuls ou associés, comme nous le détaillons ci-après.
Les impacts directs : Ils engendrent des compressions ou écrasements qui sont à l’origine de lésions des organes intra-abdominaux. Ces forces de compression agissent sur les organes creux comme l’intestin grêle ou la vessie et entrainent des traumatismes lorsque la pression à l’intérieur de ces organes augmente brutalement (Eid H O 2007). Exemple : Compression abdominale par le volant d’une voiture. Par ailleurs, ces forces peuvent aussi agir sur les organes pleins en les comprimant contre les structures anatomiques fixes (la colonne vertébrale) et provoquer des lacérations ou des hémorragies (impact voiture-piéton). Des traumatismes contondants peuvent se manifester aussi par des lésions ou des ruptures vasculaires qui surviennent suite à des déformations au-delà de la limite tolérée et provoquées par un impact direct (Nigel Tai 2007).
La décélération brutale Ce mécanisme est observé lors de collision à grande vitesse ou des chutes d’une hauteur élevée. Les viscères pleins possèdent une masse non négligeable qui, couplée à des décélérations importantes, provoqueraient des tractions considérables sur les systèmes d’attache des organes, à savoir les vaisseaux, ligaments, mésos et omentums. Les lésions qui en résultent sont intra-péritonéales, souvent majeures et multiples sans localisation abdominale préférentielle (Mutter et al. 2005).
Le syndrome de sous-marinage La ceinture de sécurité peut être à l’origine de lésions graves qui sont décrites sous le nom de « syndrome de la ceinture de sécurité ». Ces atteintes sont liées au phénomène de « sous-marinage », c’est-à-dire au glissement de la région pelvienne sous la ceinture ventrale. Le syndrome de la ceinture de sécurité est caractérisé par la présence de lésions dans le plan de la zone de recouvrement de la ceinture, en particulier des lacérations des intestins (grêle et gros), occasionnellement de l’estomac, des lacérations du foie et de la rate et peu fréquemment les lésions du pancréas et des gros vaisseaux. (Rutledge et al. 1991)
Le blast : onde de choc Des traumatismes contondants peuvent être le résultat d’une onde de choc dont la source peut être mécanique, électrique ou chimique. Plus rarement observé suite à des AVP, ce mécanisme entraîne un phénomène d’éclatement lorsque l’onde rencontre un changement de densité du milieu. Les lésions sont liées à la transmission dans l’organisme des ondes de surpression créées par un chargement violent (Saissy 1998).

Modèles existants du corps humain : La région abdominale

    Grâce à l’amélioration des moyens de calcul, de plus en plus de modèles numériques notamment par éléments finis sont développés. Ces modèles plus complets et représentant mieux la complexité du corps humain ont comme enjeux de fournir une nouvelle approche pour évaluer l’efficience des systèmes de sécurité. Ces modèles sont utilisés pour analyser l’évolution des contraintes ainsi que les déformations de chaque organe et rendre ainsi possible la prédiction de lésions et leurs localisations  Avant de développer un modèle numérique de l’abdomen, il semble logique de présenter une synthèse des modèles numériques du corps humain en considérant les choix de modélisation opérés pour simuler leurs systèmes d’attache.  Ces modèles éléments finis correspondent à un homme 50ème percentile. La région abdominale est modélisée selon différents degrés de précision et intègrent les organes pleins, à savoir le foie, la rate et les reins. La modélisation des organes creux est simplifiée et le plus souvent les intestins sont représentés par un ou plusieurs sacs fermés. Selon le modèle, ces sacs sont modélisés par des éléments solides ou bien par un airbag (gaz incompressible). Les comportements mécaniques associés aux différents viscères sont pour les différents modèles très proches et utilisent un comportement élastique, viscoélastique, linéaire ou non. En revanche, une grande dispersion est relevée au niveau des propriétés mécaniques appliquées aux organes abdominaux. Généralement, pour gérer le contact entre les viscères, des interfaces glissantes sont appliquées. Les modèles qui intègrent quelques zones de cohésion sont Humos 2, THUMS v4 et GHBMC. La modélisation des systèmes d’attache se limite généralement à l’intégration de quelques branches du système vasculaire. C’est la veine cave et l’aorte qui sont le plus souvent représentées et modélisées par des lois élastiques. Les ligaments abdominaux sont rarement pris en compte. La biofidélité de ces modèles est évaluée à partir de corridors de réponse euxmêmes obtenus à partir d’essais expérimentaux. Ces essais présentent plusieurs configurations selon les conditions de maintien et l’énergie de chargement. Notons enfin que, dans le cadre d’une recherche antérieure conduite au LBA sur la région abdominale, un modèle numérique du segment abdomino-pelvien détaillé d’un homme 50ème percentile a été développé et validé par Labé (2008). Une description complète du modèle « MELBA » sera présentée ultérieurement dans la troisième partie.

Table des matières

 Remerciements
 Résumé
 Introduction générale
 Première partie
Anatomie et physiologie de l’abdomen
I. Généralité sur la cavité abdominale
II. Identification des systèmes d’attache
III. Les vaisseaux sanguins de l’abdomen
IV. Conclusion
Traumatologie et Epidémiologie de la région abdominale
I. Introduction
II. Traumatologie de l’abdomen
III. Revue des études d’accidentologie
IV. Conclusion
Biomécanique de la région abdominale
I. Introduction
II. Description du contact entre les viscères
III. Modèles existants du corps humain : La région abdominale
IV. Conclusion
Synthèse
 Deuxième partie
Mechanical Characterization of the human gastro-colic ligament until failure
Abstract
I. Introduction
II. Materials and Methods
III. Results
IV. Discussion
V. Conclusion
VI. Appendix A
Analyse biomécanique du mécanisme d’avulsion splénique
Résumé
I. Introduction
II. Matériels et méthodes
III. Résultats
IV. Discussion
V. Conclusion
VI. Annexe
 Troisième partie
Le modèle MELBA
I. Présentation du modèle MELBA
II. Les modifications apportées
III. Modèle final
Evaluation du modèle numérique
I. Introduction
II. La réponse globale de la région abdominale à faible énergie
III. Descriptions de la cinématique des organes
Synthèse
 Discussion générale
 Annexes
La membrane péritonéale
I. Membrane épithéliale
II. Structure du mésothélium
III. Intervention de la lame basale
IV. Le tissu conjonctif
V. Fonction

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