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Les surfaces articulaires
Les surfaces articulaires du fémur sont le condyle médial, le condyle latéral et la trochlée. La surface articulaire de la patella est sa face postérieure. Les surfaces articulaires du tibia sont les surfaces glénoïdes médiale et latérale situées sur sa face supérieure. Il est donc possible de distinguer trois compartiments : le compartiment fémoro-tibial médial, le compartiment fémoro-tibial latéral et le compartiment fémoro-patellaire.
Les ménisques (fig.4)
Les ménisques sont des fibrocartilages intra-articulaires semi-lunaires interposés entre les condyles fémoraux et les glènes tibiales. Ce sont des lames prismatiques triangulaires recourbées en forme de croissant. Ils sont au nombre de deux, le ménisque médial en forme de « C » et le latéral en forme de « O ». On leur reconnaît :
– une face supérieure concave en rapport avec les condyles fémoraux ;
– une face inférieure appliquée sur la périphérie de la cavité glénoïde correspondante ;
– une face latérale ou périphérique (base du prisme) convexe, très épaisse, adhérente à la capsule.
– un bord médial ou central, concave et tranchant ;
– deux extrémités ou cornes, fixées aux surfaces pré ou rétro-spinales.
Les ménisques sont reliés par des ligaments : transverse entre les deux cornes antérieures, ménisco-fémoral et ménisco-patellaire.
Les moyens d’union
La capsule articulaire
C’est un manchon fibreux qui relie les surfaces articulaires. Elle a la forme d’un cylindre et s’insère près du cartilage articulaire. Elle présente en avant une solution de continuité qui répond à la surface articulaire de la patella. Elle est mince et lâche sur presque toute son étendue, sauf sur la face postérieure des condyles, qu’elle coiffe d’une coque résistante : les coques condyliennes. Elle adhère latéralement à la face périphérique des ménisques.
Les ligaments passifs
Ils assurent la stabilité du genou, qui est une articulation superficielle fortement exposée aux traumatismes notamment chez les sportifs. On distingue trois systèmes :
Le système collatéral, constitué par le plan ligamentaire médial et latéral.
– Le plan ligamentaire médial (Fig.5)
Le ligament collatéral médial (LCM), est épiphyso-diaphysaire, constitué de deux plans : un plan profond fémoro-ménisco-tibial et un plan superficiel fémoro-tibial. C’est une bandelette large et nacrée, très résistante qui s’insère en haut sur la face latérale du condyle médial. Le LCM se dirige en bas et légèrement vers l’avant sur 12cm en s’élargissant. Il s’attache à la partie supérieure du bord médial du tibia jusqu’à la zone attenante de la face interne de l’os.
– Le plan ligamentaire latéral (Fig.5)
Le ligament collatéral latéral (LCL), est épiphyso-épiphysaire, court (6cm) et n’adhère ni à la capsule ni au ménisque latéral. Il a la forme d’un cordon arrondi et épais, tendu de la tubérosité du condyle latéral du fémur à l’extrémité proximale de la fibula.
– Les structures périphériques
Le point d’angle postéro-interne (PAPI) et le point d’angle postéro-externe (PAPE) sont des ensembles de structures anatomiques périphériques très résistantes. Ses structures sont situées en arrière des ligaments latéraux, qui empêchent non seulement le valgus et le varus, mais aussi les translations antérieures rotatoires : tiroir antérieur en rotation externe (PAPI) et en rotation interne (PAPE).
• Le PAPI est une zone complexe située entre le bord postérieur du LCM et les coques condyliennes. Il s’agit d’un renforcement capsulaire où se croisent les expansions du demi-tendineux et du LCM, le tendon réfléchi du semi-membraneux, les expansions des tendons direct et récurrent, et la corne postérieure du ménisque médial.
• Le PAPE situé en arrière du LCL, est une zone capsulaire renforcée par les trois tendons d’insertion du muscle poplité qui forment le ligament poplité arqué, la corne postérieure du ménisque latéral, le tendon terminal du biceps crural, et le tractus ilio-tibial.
Le pivot central, est l’ensemble des ligaments croisés (Fig.6).Ce sont deux cordons fibreux intracapsulaires, courts et très épais qui s’étendent de l’espace interglénoïdien du plateau tibial à l’espace inter-condylien du fémur. Ils assurent la stabilité antéro-postérieure du genou.
– Le ligament croisé antérieur
Il s’insère en bas sur la surface pré-spinale du plateau tibial. Il se dirige en haut, en arrière et en dehors, et se fixe suivant une zone d’insertion verticale sur la moitié postérieure de la face intercondylienne du condyle latéral du fémur.
– Le ligament croisé postérieur
Il naît de la surface rétro-spinale. Son attache se prolonge en bas et en arrière sur la partie supérieure de la dépression verticale qui fait suite à la surface rétro-spinale. Il se porte en haut, en avant et en dedans, et se termine suivant une ligne d’insertion horizontale, sur la partie antérieure de la face intercondylienne du condyle médial et sur le fond de l’échancrure intercondylienne.
Les ligaments croisés s’entrecroisent à la fois dans le plan sagittal et dans le plan frontal. Le LCA est antérieur en bas, latéral en haut tandis que le LCP est postérieur en bas, médial en haut.
Le système sagittal comprend :
– En avant le ligament patellaire (indissociable du tendon quadricipital). Il s’étend de l’apex de la patella à la tubérosité tibiale antérieure. L’ensemble tendon quadricipital – patella –ligament patellaire forme l’appareil extenseur du genou.
– Latéralement, les ailerons patellaires
La patella reçoit de chaque épicondyle un ligament, ce sont les ailerons patellaires. Le médial est plus large et plus résistant. La patella est liée aux ménisques par des ligaments ménisco-patellaires.
– En arrière, le plan fibreux postérieur constitué de nombreux faisceaux de formes et de directions différentes.
Les ligaments actifs
Ce sont les muscles qui contribuent à la stabilité du genou par leurs terminaisons tendineuses.
– En avant, le quadriceps fémoral composé de quatre chefs : le vaste intermédiaire, le droit antérieur, le vaste médial et le vaste latéral. Il se termine
sur la patella parle tendon quadricipital qui se continue par le ligament patellaire.
– En arrière, le demi-membraneux, le biceps crural, le poplité.
– Médialement, les muscles de la patte d’oie (sartorius, droit interne, Demi-tendineux). Ils se terminent sur la face médiale du 1/3 proximal du tibia.
– Latéralement, l’expansion du tenseur du fascia lata.
Les moyens de glissement
La synoviale
C’est la plus étendue de toutes les synoviales articulaires. Elle tapisse la face profonde de la capsule articulaire et se réfléchit sur les os, depuis la ligne d’insertion de la capsule jusqu’au revêtement cartilagineux. Elle forme un cul de sac sur le pourtour des surfaces articulaires fémorale et tibiale. Sur la face postérieure de l’articulation, la synoviale forme un repli qui se porte en avant et revêt les ligaments croisés, mais ne s’insinuent pas entre eux.
Les autres moyens de glissement
– Le paquet adipeux antérieur du genou ou graisse de HOFFA C’est une épaisse masse graisseuse rétro-patellaire et extra articulaire.
– Les bourses séreuses péri-articulaires
Elles représentent des sacs petits ou grands, minces, tapissés intérieurement par la membrane synoviale. Elles facilitent le glissement des organes auxquels elles sont annexées.
Vascularisation et Innervation (Fig. 7,8)
– La vascularisation
Les artères de l’articulation du genou sont les dix vaisseaux qui entrent dans la constitution du réseau anastomotique péri articulaire du genou : les artères du genou originaires des artères fémorale et poplitée ainsi que les branches récurrentes des artères récurrentes tibiales antérieures et circonflexes de la fibula. Les branches de l’artère moyenne du genou pénètrent dans la capsule fibreuse et irriguent les ligaments croisés, la membrane synoviale et la partie externe des ménisques.
Le système veineux est établi sur le même modèle que le réseau artériel.
Propriétés du LCA
Le LCA normal du sujet jeune possède une résistance maximale de 1725 à 1954 N et un module d’élasticité de 182 à 292 N/mm. La résistance du LCA décroit physiologiquement avec l’âge (179 N chez le sujet âgé) [13]. Sa résistance est moindre que celle du LCP.
L’allongement élastique du ligament croisé antérieur est de 25 à 30% mais le module d’élasticité diminue avec l’âge. Le LCA, comme tous les ligaments, est visco-élastique et ses propriétés mécaniques peuvent varier avec le temps.
Vascularisation et innervation du LCA [15]
Vascularisation
Le LCA est recouvert d’un repli synovial qui forme une enveloppe au ligament et cette enveloppe est richement pénétrée par des vaisseaux, issus eux même de façon prédominante de l’artère géniculée moyenne.
Quelques rameaux peuvent provenir de l’artère géniculée inférieure externe, créant une sorte de plexus péri-ligamentaire où les vaisseaux synoviaux forment un réseau réticulaire péri-ligamentaire. Ce réseau assure la nutrition de l’ensemble du ligament. Il représente l’apport nutritif le plus important car les vaisseaux issus des insertions osseuses sont quasiment inexistants pour le LCA. Ce qui explique les difficultés de cicatrisation spontanée ou après suture chirurgicale.
Innervation
Issue du nerf tibial, elle est représentée par des fibres qui pénètrent la capsule en arrière de l’articulation et suivent le trajet des vaisseaux péri-ligamentaires. Certaines fibres peuvent également être observées à l’intérieur même de la substance ligamentaire. Alors que la majorité des fibres nerveuses suivant les vaisseaux paraissent avoir surtout un rôle vasomoteur, d’autres situées parmi les fascicules pourraient jouer un rôle dans le maintien de la proprioception. De même des corpuscules de type RUFFINI ou PACINI ont été identifiés au sein de la substance tendineuse. Ils jouent un rôle de véritable jauge de contrainte intervenant dans la mise en tension ou la détente ligamentaire. Ils sont mis en jeu également pour le mouvement, le positionnement et la vitesse articulaires. Ces notions ont une application chirurgicale (conservation des vestiges de LCA autour de la greffe utilisée) et dans le domaine de la rééducation proprioceptive.
PHYSIOLOGIE ARTICULAIRE ET BIOMÉCANIQUE
La fonction normale du genou n’est possible que si le fémur, le tibia, la patella, les structures ligamentaires et les ménisques interagissent étroitement. Si un seul de ces intervenants est lésé, les contraintes générées par tout mouvement ou charge seront reportées sur les structures restées intactes.
Le genou doit au plan physiologique concilier deux impératifs contradictoires que sont la stabilité et la mobilité.
Physiologie de l’articulaire du genou [39]
Les mouvements du genou sont essentiellement la flexion et l’extension selon un axe transversal passant par les deux condyles, accessoirement la rotation axiale et de légers mouvements passifs de latéralité.
Flexion-extension
A partir de l’extension, la flexion active est de 130°, la flexion passive de 150°. Du fait de la différence de courbure des condyles, la flexion s’accompagne d’une rotation médiale du tibia et l’extension d’une rotation latérale. Lors de la flexion :
– les condyles fémoraux roulent d’avant en arrière et glissent d’arrière en avant ;
– les ménisques se déplacent d’avant en arrière ;
– le ligament collatéral tibial se relâche moins que le collatéral fibulaire ;
– les ligaments croisés se relâchent en demi-flexion et se tendent en flexion complète.
Lors de l’extension, les mouvements inverses se produisent.
Rotation axiale
C’est la rotation interne automatique du genou. Elle se fait suivant un axe vertical passant par les épines tibiales, dans l’articulation ménisco-tibiale. Elle n’est possible que sur le genou fléchi. La rotation active s’accompagne de flexion ou d’extension ; elle est toujours inférieure à 15°. La rotation passive peut atteindre 40° et est maximale dans la demi-flexion.
L’inclinaison latérale
Elle n’existe que dans la demi-flexion du genou. Elle est de faible amplitude et uniquement passive.
Biomécanique du ligament croisé antérieur [15, 32,39, 49, 14, 55]
Rôles du LCA
Le LCA est le principal stabilisateur des mouvements de translation antérieure du tibia lors de la flexion du genou. Il génère également une résistance majeure aux déplacements médians de l’articulation, notamment à l’extension complète. Un second rôle important du LCA est de limiter la rotation du tibia lors du mouvement de verrouillage du genou à l’extension, ainsi que de freiner les mouvements de rotation interne puis externe lors du passage en flexion [14, 55].
Rôle dans l’hyperextension
En extension, toutes les fibres du LCA sont tendues. En hyperextension, le fond de l’échancrure intercondylienne vient en contact du LCA qu’il tend à la manière d’un chevalet. Le LCA est donc est un des freins de l’hyperextension.
Rôle dans le roulement-glissement
Le mouvement des condyles sur les glènes combinent roulement et glissement. Or, si l’on conçoit facilement le roulement, on explique le glissement par des facteurs actifs (les muscles extenseurs et fléchisseurs) mais surtout par des facteurs passifs : les ligaments croisés. Ce sont les ligaments croisés qui rappellent les condyles et les font glisser sur les glènes dans le sens inverse de leur roulement.
Rôle dans la stabilité rotatoire
En rotation neutre, les ligaments croisés sont croisés l’un par rapport à l’autre et leur obliquité fait qu’ils amorcent un mouvement d’enroulement. En rotation interne, les ligaments croisés s’enroulent l’un par rapport à l’autre, se tendent mutuellement et rapprochent donc les surfaces articulaires. La rotation interne se trouve ainsi rapidement limitée. Le LCA est tendu. Le LCP est détendu car le centre de rotation des ligaments croisés est différent du centre de rotation de l’articulation.
En rotation externe, les ligaments croisés tendent à devenir parallèles, permettant ainsi un faible écartement des surfaces articulaires. La rotation externe n’est pas arrêtée par la mise en tension des ligaments croisés, mais par les ligaments latéraux. Le LCA est détendu, le LCP est tendu.
Rôle dans la stabilité sagittale du genou
Le LCA est le principal stabilisateur des mouvements de translation antérieure du tibia lors de la flexion du genou, fournissant 85% de la résistance totale avec un effet maximum à 30°.
Comportements du LCA
Comportement en traction
La microstructure du LCA détermine les propriétés qui caractérisent sa fonction physiologique. Histologiquement, les fibrilles ont un aspect de lignes en zigzag, ou de vagues, qui leur confèrent des propriétés biomécaniques propres. Les fibroblastes sont fusiformes, orientés longitudinalement et fortement imbriqués les uns aux autres. Le collagène extracellulaire est intimement lié au cytoplasme et suit l’aspect en vague des fibres. Cet arrangement sinusoïdal, nommé « crimp » en anglais, donne au LCA une capacité d’élongation minimale sans risque de dommage lorsqu’il est soumis à de faibles contraintes. Cet aspect ondulé disparaît lors de la mise en charge du ligament, sans modification initiale de sa longueur, et ce n’est qu’au moment où la charge atteint un certain niveau que les fibres s’allongent (charge élastique) d’environ 4%. Elles augmentent leur résistance proportionnellement à l’augmentation de la charge, par un recrutement croissant du nombre de fibrilles. La relation charge élongation devient alors progressivement linéaire jusqu’à la charge ultime (charge de rupture) entraînant la rupture.
Comportement visco-élastique
En cas d’application d’une charge répétée supérieure à la charge élastique mais inférieure à la charge de rupture, le ligament peut fluer c’est-à-dire s’allonger et perdre ses propriétés mécaniques progressivement avec le temps pour aboutir à une rupture de fatigue (ou transformation fibreuse sans valeur fonctionnelle).Ce phénomène est très important pour les greffes ligamentaires, (le tissu greffé est plus vulnérable que le tissu ligamentaire normal au fluage surtout pendant la phase de maturation de la greffe). Cela explique la détente progressive d’une greffe avec le temps, surtout si les sites d’insertion ne sont pas en position anatomique. Par ailleurs, soumise à une déformation donnée, la tension intrinsèque va peu à peu diminuer. C’est l’effet relaxation du ligament. En outre, si l’on contraint le ligament à des élongations cycliques, comme lors de la marche, la charge supportée va diminuer avec le nombre de cycles. Cette visco-élasticité du ligament croisé lui permet donc de mieux résister aux activités répétitives responsables des ruptures par fatigue, en diminuant continuellement la tension dans le ligament, après chaque cycle.
Plusieurs facteurs sont à même de modifier ces propriétés structurelles et biomécaniques. L’immobilisation prolongée et l’âge sont à l’origine d’une diminution de la charge maximale tolérée avant la rupture et d’une diminution de la résistance ligamentaire [61]. Un entraînement régulier bien mené peut très légèrement augmenter ces valeurs de charge et de résistance.
Les sollicitations mécaniques du LCA sont variables selon l’activité. La fonction journalière habituelle produit ainsi des charges estimées à 20% de la charge nécessaire pour entraîner la rupture [32].D’autre part, on estime que les forces qui s’appliquent sur le LCA à la marche sont de l’ordre de 400 à 500 newtons(N). Ces forces peuvent atteindre 1700 à 1800 N lors d’accélération ou de décélération rapides.
Comportement en flexion-extension
Du point de vue dynamique, il convient d’étudier le LCA en distinguant le faisceau antéro-médial (FAM) et le faisceau postéro-latéral (FPL). Une telle distinction est certes simpliste, car il n’y a pas d’entité propre, mais plutôt un ensemble de faisceaux fonctionnels qui subissent des forces variables en fonction de l’amplitude articulaire du genou. Néanmoins, ce modèle à deux faisceaux permet une meilleure compréhension du fonctionnement du LCA et, est accepté par la majorité des auteurs. Ainsi, genou fléchi, les fibres du FAM se tendent alors que les fibres du FPL se relâchent. De même, en extension, les fibres AM se relâchent partiellement et c’est au tour des fibres PL de se tendre (Fig.11) [15]. Ce modèle a notamment été confirmé par AMIS [7] dont l’étude a également démontré qu’aucune fibre du LCA ne reste isométrique en cas de flexion ou d’extension du genou, notion reprise par d’autres études plus récentes. Pour HOLLIS et al. [36], le FAM s’accroît de 1,9 mm (5%) avec une flexion de 30° et de 4 mm (12%) à 90°. Inversement, le FPL décroît de 3,2 mm (14%) lorsque le genou est fléchi passivement à 30° et de 7,1 mm (32%) jusqu’à 90°. Au-delà de 90°, AMIS et al. [7] ont montré que le FAM continue de s’allonger alors que le FPL se retend lorsqu’on approche la flexion complète. Selon cette même étude, contrairement à HOLLIS, le FAM subirait d’abord un léger raccourcissement jusqu’à 30° de flexion avant de s’allonger graduellement jusqu’à son maximum à 120° de flexion.
Cette notion revêt une certaine importance lors de la rééducation après plastie du LCA, car elle permet des exercices de type bicyclette stationnaire, rapidement après l’intervention. Par contre, lorsque le genou est mis en charge par des forces de compression axiale, le LCA doit faire face à une translation antérieure et une rotation interne du tibia, provoquant sa déformation. En réalité, la contraction musculaire, associée à l’action des ligaments latéraux, à la géométrie articulaire et méniscale, conduit à une stabilisation dynamique qui restreint fortement le rôle du LCA en rotation.
Si l’on considère le plan sagittal, les ligaments croisés antérieur et postérieur forment un pivot à géométrie variable, avec un déplacement du centre de rotation de ce pivot en fonction de la position du genou [27]. Dans ce genre de modèle, les deux ligaments croisés sont interdépendants et leur positionnement géométrique conditionne les contraintes qu’ils vont subir au moment de la flexion ou de l’extension du genou.
Lésions anatomiques primitives ou secondaires après une rupture du LCA
Lésions méniscales
Elles peuvent être contemporaines de l’accident ou secondaires à des épisodes répétés d’accidents d’instabilité du genou. Le taux de lésions méniscales aigues est proche de 70% au moment du traumatisme. Le ménisque latéral est plus fréquemment atteint.
Lésions cartilagineuses
On distingue les lésions cartilagineuses occultes sous forme de contusion osseuse (bone bruise) objectivée par l’IRM et des lésions chondrales traumatiques vraies primaires ou secondaires.
Lésions ligamentaires périphériques (médiales ou latérales)
Les lésions postéro-latérales (PAPE et LCL) peuvent survenir à la phase aigüe ou chronique, augmentant les contraintes sur le compartiment interne.
Les lésions médiales prédominent : à la phase aigüe il peut s’agir de la classique triade antéro-interne (LCA + LCM + ménisque médial), et à la phase chronique une désinsertion de la coque et du jumeau interne qui participent au PAPI [23].
Le terme ultime de l’évolution de la rupture du LCA est la gonarthrose avec apparition plus rapide en cas de lésion méniscale interne associée.
Conséquences de la rupture du LCA
La rupture du LCA entraîne une modification de la cinématique du genou avec trois conséquences principales :
Une perte de contrôle de la translation tibiale antérieure
La translation tibiale antérieure est un phénomène physiologique normal. Elle est favorisée par la contraction du quadriceps. De 0 à 30°, le premier frein est le LCA. Après 30°, les freins de la translation antérieure du tibia sont le LCA et le segment postérieur du ménisque médial. Après une rupture du LCA, cette translation tibiale antérieure est pathologique. Elle augmente dès le début de la flexion, atteint son maximum à 30% de flexion et son minimum à 90% de flexion.
Les méthodes cinématiques avec IRM dynamique et reconstruction 3D ont montré [29] trois éléments : un recul significatif des deux condyles fémoraux par rapport au côté sain, une subluxation permanente du condyle fémoral latéral quel que soit le degré de flexion du genou et une rotation interne tibiale de 20°.
L’autre élément qui participe au contrôle de la translation tibiale antérieure est la pente tibiale. La normale est entre 7 et 13°. Au-delà de 13°, cette pente est dite excessive [11]. Une augmentation de la pente tibiale de 5 ou 10° correspond à une augmentation de la translation tibiale de respectivement 3 ou 6 mm [11].
Déplacement du centre instantané de rotation du genou en dedans par hyper-rotation interne augmentant les contraintes médiales
La rupture de LCA entraine un déplacement médial du centre instantané de rotation du genou dès 30° de flexion avec augmentation des contraintes postéro-médiales.
Phénomène de ressaut
Il est lié à la perte de la synchronisation du condyle latéral et du plateau. Ce ressaut est à l’origine de l’instabilité perçue par le patient après rupture du LCA dans certaines activités de pivot. Il favorise les lésions méniscales et cartilagineuses.
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Table des matières
PREMIERE PARTIE : RAPPELS
I. ANATOMIE
1- Ostéologie
2- Arthrologie
3- Vascularisation et Innervation
4- Anatomie du LCA
II. PHYSIOLOGIE ARTICULAIRE ET BIOMECANIQUE
1- Physiologie de l’articulairedu genou
2- Biomécanique du ligament croisé antérieur
III. DIAGNOSTIC ETTRAITEMENT D’UNE RUPTURE DU LCA
1- Diagnostic
2- Traitement
DEUXIEME PARTIE
I. MATERIEL ET MÉTHODES
1- Matériel
2- Méthodes
II- RESULTATS
III- DISCUSSION
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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