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Physiologie de la circulation intra osseuse [23]
La circulation intra osseuse présente deux particularités:
la 1ère est que l’os est une cavité close et la pression intraosseuse (PIO) doit être constante. Ainsi, toute hyperpression liée à l’augmentation de la PIO est susceptible de provoquer une ostéonécrose. C’est par exemple le cas des états d’hyperviscosité. Le forage qui permet de diminuer cette PIO permet de soulager les patients.
La 2ème particularité, est que la circulation intraosseuse doit permettre le drainage des cellules hématopoïétiques vers le secteur sanguin et les échanges minéraux (calcium, phosphate, etc) entre tissu osseux et sérum.
o Régulation du débit intraosseux [23]
Le débit intraosseux (DIO) est régulé par l’intermédiaire de la vasodilatation ou de la vasoconstriction des artérioles et des capillaires par fermeture ou ouverture des sphincters précapillaires. De nombreux facteurs ont des actions sur la paroi vasculaire.
Les facteurs vasodilatateurs augmentent le DIO : ce sont le NO (monoxyde d’azote), la prostacycline (PGI2), l’IGF1, la PTH et le PTHrp.
Les facteurs vasoconstricteurs réduisent le DIO: ce sont l’endothéline, la vasopressine et les catécholamines.
o Angiogénèse
L’angiogénèse est la prolifération de néo-capillaires à partir de capillaires préexistants ou de veinules postcapillaires. Les cellules endothéliales se détachent et migrent à travers la membrane basale. Elles dégradent la MEC, prolifèrent et s’alignent elles-mêmes en un nouveau vaisseau. De nombreux facteurs de croissance régulent ce processus : VEGF, PDGF, FGF, TGF, angioprotéines.
VEGF ou vascular endothelial growth factor est induit par l’hypoxie et a pour principale cellule cible, les cellules endothélailes dont il stimule la prolifération.
PDGF ou platelet derived growth factor dérive des granules des plaquettes et macrophages, permet l’organisation des cellules endothéliales en microtubes et induit l’expression du VEGF.
FGF est nécessaire à la digestion des membranes basales, étape indispensable à la migration et prolifération des cellules endothéliales.
Relations entre circulation intraosseuse, ONA, remodelage osseux et hématopoïèse
ONA, infarctus osseux et ostéoporose sont-ils des maladies vasculaires ?
o L’ONA
Le terme de nécrose implique un processus vasculaire. Dans l’ONA le rôle des anomalies de la circulation intraosseuse est maintenant établi. Par exemple dans l’ONTF : l’augmentation de la pression intraosseuse y est constante, les données anatomopathologiques objectivent un processus ischémique (par oblitérations artérielles) responsable d’une nécrose d’abord médullaire puis osseuse. L’angiogénèse laisse percevoir la complexité de la physiopathologie de l’ONA où on peut envisager l’hypoxie qui induit la production de VEGF, les contraintes mécaniques qui stimulent la sécrétion de FGF et l’angiogénèse intraosseuse.
o Infarctus osseux
Les lésions sont identiques à celles de l’ONA à la différence qu’il siège surtout au niveau des métaphyses et diaphyses des os longs. Les études histopathologiques montrent des processus de sclérose et de condensation osseuse réactionnels à une nécrose initiale.
o Ostéoporose
Les relations entre pathologies vasculaires et ostéoporose sont étayées par plusieurs études : il existe une relation entre athérosclérose et ostéoporose : les femmes atteintes d’ostéoporose ont plus d’artériopathies des membres ; la mesure de la DMO prédit mieux le risque de mortalité par AVC ou IDM que la mesure la TA ; des relations ont été trouvées entre DMO et calcifications vasculaires. Les anciennes constations autopsiques montraient que les os des sujets artéritiques étaient déminéralisés.
o Autres pathologies associées à des modifications de la circulation intraosseuse :
Algodystrophie sympathique réflexe
Os pagétique : est hypervascularisé et peut être le siège d’un souffle et entraîner une insuffisance cardiaque à gros débit ;
Processus tumoraux : cancers et métastases
Hémoglobinopathies comme la drépanocytose où les anomalies osseuses sont surtout secondaires à des oblitérations vasculaires
Processus de consolidation des fractures
Le vaisseau osseux est au centre de la niche hématopoïétique
L’os est un tissu composite qui assure plusieurs fonctions, principalement : la locomotion, le métabolisme phosphocalcique par le biais du remodelage osseux (alternance d’une phase de résorption ou dégradation osseuse et d’une phase de formation osseuse), voire le métabolisme énergétique et l’hématopoïèse. La vascularisation osseuse constitue le lien physiologique entre certaines de ces fonctions [23, 24, 25,26].
La niche hématopoïétique, un sanctuaire pour les cellules souches.
La niche hématopoïétique est un site anatomique siège des cellules souches (CS) permettant à ces CS la survie, la quiescence, l’autorenouvellement et la différenciation. Deux types de niches hématopoïétiques sont individualisés : la niche endostale et la niche vasculaire.
La niche endostale :
Elle est au contact de l’os compact (os minéralisé) et est composée d’ostéoblastes, de fibroblastes et d’adipocytes ayant tous pour origine une CSM (cellules souches mésenchymateuses). Elle comporte aussi les ostéoclastes issus de la différenciation des cellules souches hématopoïétiques (CSH).
Dans l’os trabéculaire, le compartiment de remodelage osseux (ou BRC pour bone remodeling compartment) est isolé du reste de la moelle osseuse par un biais de cellules non vasculaires exprimant quelques marqueurs ostéoblastiques, qui sont probablement des cellules bordantes avec lesquelles les vaisseaux de la moelle sont en contact.
La niche vasculaire :
C’est un réseau de vaisseaux fenêtrés formés de cellules endothéliales provenant de cellules souches endothéliales (CSE). Les cellules différenciées traversent une fois matures la paroi des capillaires et passer dans la circulation générale. Les capillaires de la moelle portent sur leur paroi des précurseurs des ostéoblastes proches des péricytes. Ils peuvent aussi véhiculer des pré-ostéoblastes et des pré-ostéoclastes dans la circulation générale aux nouveaux sites de remodelage et participent ainsi au couplage résorption-formation que ce soit dans l’os trabéculaire ou cortical.
Régulation de la niche hématopoïétique :
Les CSH entretiennent un dialogue constant avec leurs niches où elles sont régulées par des contacts directs avec différentes cellules stromales ainsi que par des facteurs diffusibles et environnementaux : hormones, BMP, cytokines, chimiokines, protéases, calcium, oxygène, système nerveux sympathique.
Histologie du tissu osseux
Le tissu osseux est constitué de cellules osseuses et d’une matrice extra-cellulaire (MEC) calcifiée.
Les cellules sont constituées par les ostéoclastes, les ostéoblastes, les ostéocytes et les cellules bordantes.
Quant à la MEC, elle est composée d’éléments organiques (collagéniques et non collagéniques) et d’éléments minéraux.
Ostéoclaste.
o Origine et différenciation
Les ostéoclates sont d’origine hématopoïétique et dérivent de cellules souches appartenant à la lignée monocytes-macrophages sous l’influence de facteurs de transcription et de croissance dont deux sont essentiels : M-CSF (Macrophage Colony Stimulating Factor) et la triade RANK-RANKL-OPG.
RANK pour Receptor Activator of Nuclear Factor KB est une molécule protéique transmembranaire appartenant à la famille des récepteurs au TNF. RANK est exprimé seulement par l’ostéoclaste.
RANKL est le ligand de RANK. C’est une molécule protéique apparentée également à la famille des récepteurs au TNF transmembranaire ou secrétée. Alors que RANK est présent seulement sur l’ostéoclaste, RANKL quant à lui peut être produit par plusieurs cellules : les cellules osseuses (l’ostéoblaste et l’ostéocyte mais l’ostéocyte serait plus grand pourvoyeur de RANKL que l’ostéoblaste), les cellules de l’immunité innée (principalement les cellules du stroma médullaire, la cellule dendritique, le synoviocyte) et l’immunité adaptative (lymphocytes B, lymphocytes T) .
L’OPG (ostéoprotégérine) est aussi une molécule protéique apparentée aux récepteurs du TNF mais non transmembranaire et qui est de ce fait secrétée. Elle est produite par l’ostéoblaste et capable de se fixer le RANKL, agissant ainsi comme un récepteur leurre rendant toute interaction RANK-RANKL impossible. Ainsi, l’OPG est un inhibiteur de la différenciation ostéoclastique et de la résorption osseuse.
Ainsi, les principaux facteurs modulateurs de la résorption osseuse agissant par le biais du ratio RANKL/OPG en agissant principalement sur l’expression de l’un ou de l’autre.
Processus physiologiques de minéralisation de la MEC
Il s’agit d’un processus au cours duquel des dépôts de phosphate de calcium sous forme d’hydroxyapatite (Ca)10(PO4)6(OH)2 sont déposés au niveau des zones situées entre les fibres de collagène. L’os, le cartilage et la dent sont les seuls organes où cette minéralisation est prévisible (physiologique). Ainsi, toute autre calcification en dehors de ces tissus (dite calcification ectopique) est considérée comme pathologique. Toutefois, les mécanismes de minéralisation physiologique et pathologique seraient identiques.
Le remodelage osseux [31]
Le tissu osseux est composé d’une matrice extracellulaire calcifiée dont les propriétés permettent d’assurer trois fonctions principales : une fonction mécanique assurant le support du poids de l’organisme, une fonction de protection des organes essentiels, et une fonction métabolique liée à la capacité de stocker des minéraux, en particulier le calcium et le phosphate.
Pour assurer ces fonctions, le tissu osseux est continuellement renouvelé par un processus de remodelage assuré par deux types cellulaires : les ostéoclastes qui résorbent la matrice osseuse et les ostéoblastes qui synthétisent une nouvelle matrice.
Ce remodelage permet le maintien de la masse osseuse au cours de la vie adulte normale.
Le cycle de remodelage débute par une phase d’activation, caractérisée par la différenciation des ostéoclastes, suivie d’une phase de résorption de la matrice par les ostéoclastes mûrs.
A la suite de cette phase, les ostéoclastes se détachent, les précurseurs des ostéoblastes se différencient en pré-ostéoblastes puis en ostéoblastes mûrs qui synthétisent et déposent une nouvelle matrice qui comble la lacune de résorption. Le pré-ostéoblaste a une forme elliptique sans activité fonctionnelle alors que l’ostéoblaste différencié est une cellule de forme cuboïde, avec un noyau apical, un cytoplasme basophile et une synthèse protéique intense.
Une fois la matrice osseuse synthétisée et minéralisée, la majorité des cellules s’aplatissent et bordent la surface de l’os. Une partie des ostéoblastes subissent alors un phénomène d’apoptose, le reste se laissant inclure dans la matrice qu’ils ont synthétisées, devenant des ostéocytes reliés par un réseau d’extensions cytoplasmiques présentes dans des canalicules.
Physiopathologie de l’ONA
La physiopathologie de l’ONA a été surtout étudiée à la tête fémorale qui est la localisation la plus fréquente et la plus caractéristique des ONA.
Son mécanisme le plus communément admis est celui d’une ischémie d’un territoire osseux aboutissant à une ostéonécrose, véritable infarctus osseux.
Anatomie de la hanche [43] :
La coxofémorale est une énarthrose très emboîtée dotée d’une faible amplitude de mouvement et d’une très grande stabilité. Ses surfaces sont sphériques, composées de la surface semi-lunaire de l’acetabulum et de la tête fémorale, renforcées par le bourrelet acétabulaire
→ Tête fémorale :
Elle est constituée par les 2/3 d’une sphère de 40 à 50 mm de diamètre. Le mode d’ossification de l’extrémité supérieure du fémur comporte 2 points d’ossification épiphysaire, céphalique et trochantérien.
L’ossification épiphysaire céphalique intéresse seulement les 2 tiers périphériques, alors que la partie interne juxtacervicale de la tête est considérée comme métaphysaire. Le grand trochanter et le petit trochanter sont considérés comme des épiphyses accessoires, partageant certaines caractéristiques physiologiques et la même pathologie non articulaire que l’épiphyse céphalique principale.
La tête fémorale présente dans son quadrant postéro-inférieur une fossette où s’insère le ligament rond.
→ La cavité cotyloïdienne
Elle est située sur la face externe de l’ilium. Elle est constituée de 3 os (ilion, ischion, pubis)
→ Le labrum acétabulaire (bourrelet cotyloïdien)
C’un fibrocartilage annulaire et triangulaire. Il s’insère sur le limbus et l’échancrure ischio-pubienne où il forme le ligament transverse. Il présente 3 surfaces : une surface interne s’insérant sur le sourcil cotyloïdien, une surface périphérique donnant naissance à l’insertion de la capsule, une surface articulaire (centrale) encroûtée de cartilage et en continuité avec le cartilage du croissant articulaire.
L’ischémie osseuse par anomalie de vascularisation.
Elle incrimine surtout la drépanocytose, les dysmétabolismes, les coagulopathies intravasculaires, les vascularites, les dysbarismes. Ces facteurs interviennent par des mécanismes thrombo-emboliques, auxquels peuvent s’ajouter des compressions vasculaires (notamment les sinusoïdes médullaires) liées à une augmentation de la pression intra-osseuse due à l’expansion des adipocytes médullaires (responsable d’une « obésité intraosseuse » dans un volume clos et rigide comme la tête fémorale). Ensemble de facteurs ayant comme conséquence, une tamponnade des vaisseaux sanguins, une nécrose épiphysaire dont la plus fréquente et caractéristique est la tête fémorale.
o Diminution de l’activité ostéogénique de la moelle.
Elle a été observée à distance de l’ostéonécrose. Plusieurs mécanismes sont incriminés [24, 25, 26]
L’os comporte notamment au niveau médullaire deux sites de cellules souches, appelés niches.
Ces niches permettant aux cellules souches de se maintenir en quiescence et /ou de s’autorenouveler sous l’action de facteurs de contrôle intrinsèques et extrinsèques, humoraux et neuroendocriniens, en cellules souches mésenchymateuses puripotentes capables de se différencier soit en ostéoblastes (puis en ostéocytes), en adipocytes, en myocytes ou en ténocytes. La niche médullaire serait de 2 types : vasculaire et endostale et leurs cellules souches hématopoïétiques résideraient dans l’os spongieux des os longs, dans l’os compact dans les travées osseuses en formation et à la jonction épiphyso-métaphysaire. Dans ces niches, l’ostéoblaste est en contact avec les CSH et leurs interactions seraient à l’origine du renouvellement des ostéoblastes.
En cas d’ostéonécrose, on assisterait à une diminution de l’activité ostéogénique de la moelle et les facteurs de risque les plus incriminés dans ce mécanisme sont :
Les corticoïdes qui favorisent la différenciation des CSH vers la voie des adipocytes (lipogénèse) avec diminution ou inhibition de la différenciation vers les ostéoblastes (ostéogénèse).
Les phénomènes observés avec les corticoïdes seraient identiques à ceux notés en cas : d’éthylisme, l’anémie (liée à la drépanocytose), la maladie de Gaucher et le vieillissement.
Le stress hématologique ou hématopoïétique qui peut être d’origine multifactorielle induirait comme les corticoïdes la diminution ou l’inhibition de la différenciation des CSH en ostéoblastes. Ce stress hématopoïétique peut être lié à diverses pathologies : les hémorragies, les infections, les affections inflammatoires (connectivites, maladies systémiques auto-inflammatoires), les affections iatrogènes (la chimiothérapie et radiothérapie) et les affections tumorales.
L’interleukine 33 [6]
C’est un nouvel acteur dans la physiopathologie de l’ostéonécrose.
Expression de l’IL-33.
Expression constitutive de l’IL-33.
Elle a lieu dans l’os (par les ostéocytes, les ostéoblastes et les cellules bordantes), la moelle osseuse (adipocytes médullaires, adipocytes de la graisse blanche viscérale), ainsi que les cellules endothéliales, épithéliales (peau, tube digestif, poumons).
Expression pathologique de l’IL-33.
L’IL-33 est spécifiquement libérée au cours de la nécrose cellulaire essentiellement par la mort cellulaire par nécrose des ostéocytes, des ostéoblastes et des adipocytes médullaires. Il semble que l’IL-33 soit produit principalement lors de la nécrose que d’une manière constitutive et fonctionne comme une cytokine de signal de danger endogène ou alarmine. L’une des fonctions de l’IL-33 module l’angiogénèse et la perméabilité vasculaire, ainsi que l’ostéoclastogénèse et la résorption osseuse.
Effets de l’IL-33 au cours de la nécrose.
La principale source de l’IL-33 lors de la nécrose est due à la nécrose des lignées ostéoblatiques et adipocytaires. Les études sont contradictoires quant aux effets exacts de cette cytokine que certaines études considèrent comme une amie, alors que d’autres la considèrent comme ennemie.
Activités bénéfiques de l’IL-33 :
L’IL-33 inhiberait l’activité des ostéoclastes donc la résorption osseuse, stimulerait l’angiogénèse et la néovascularisation osseuse, conditions nécessaires à la réparation osseuse après ostéonécrose.
Activités néfastes de l’IL-33 :
L’IL-33 activerait l’ostéoclastogénèse, désactiver la réparation osseuse.
Lésions osseuses observées au cours de la nécrose et lors de la libération de l’IL-33.
L’ostéonécrose n’est pas classiquement considérée comme une pathologie inflammatoire, au contraire des données les plus récentes qui la rapprochent actuellement d’une maladie inflammatoire, en raison du fait que l’ostéonécrose s’associe :
Cliniquement à des signes inflammatoires comme la douleur
Histologiquement à des signes inflammatoires, comme l’oedème, une infiltration lymphoplasmocytaire des zones de nécrose osseuse, puis de fibrose.
Il est important de différencier les deux types majeurs de mort cellulaire : la nécrose et l’apoptose
– La nécrose est une mort cellulaire dite « accidentelle » qui survient lors d’un dommage. La cellule enfle, puis la membrane cellulaire éclate, déversant le contenu cellulaire dans le tissu environnant et provoquant l’inflammation. Les mitochondries gonflent et subissent des lésions irréversibles ; Elle intervient après une agression sévère de la cellule. Elle n’est pas determinée par des facteurs intrinsèques, mais uniquement par des perturbations de l’environnement.
Elle peut être induite par différents éléments tels que l’insuffisance d’apport en oxygène (hypoxie, ischémie), des agents physiques (traumatismes mécaniques, thermiques, radiations), chimiques et infectieux (virus, bactéries, champignons, parasites), des réactions immunologiques, des déséquilibres nutritionnels
TDD : ONTF de l’homme entre 30 et 50 ans
Période de début
C’est à ce stade qu’il faut faire le diagnostic, car la précocité diagnostique est un fait pronostique.
o Signes cliniques
Les signes cliniques sont en règle absents et l’examen clinique pauvre en dehors des signes en rapport avec l’étiologie.
o Signes paracliniques
Les signes biologiques
Ils sont normaux ou montrent des signes en rapport avec l’étiologie (dyslipidémie, éthylisme, anomalies de l’hémoglobine à l’électrophorèse de l’hémoglobine …).
Les signes radiologiques
o La radiographie standard du bassin avec un faux profil de Lequesne ou un profil dit de Cochin :
Elle permet une classification radiologique. La classification de Ficat et Arlet est simple d’emploi et distingue 4 stades.
A ce stade de début, la radiographie est strictement normale et répond au stade 1 de Ficat et Arlet.
Formes cliniques
Formes topographiques
o ONA de la tête humérale : c’est la seconde localisation en fréquence des ostéonécroses non traumatiques ; La classification en stades utilise habituellement une classification proche de celle de Arlet et Ficat pour les hanches et adaptée, pour la circonstance, à l’étude des épaules [44]
A : Stade I : radiographie normale mais présence d’anomalie de signal sur la tête humérale en imagerie par résonance magnétique (IRM).
B : Stade II : apparition de zone de condensation dans la tête humérale. Celle-ci reste néanmoins sphérique
C : Stade III : il existe une dissection sous-chondrale qui précède la perte de sphéricité.
D : Stade IV : la tête a perdu sa sphéricité, l’évolution se fait ensuite vers l’arthrose.
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Table des matières
PREMIERE PARTIE
I- RAPPELS
I.1 Historique
I.2 Squelette
I.3 Physiologie intra osseuse
I.4 Histologie du tissu osseux
I.5 Remodelage osseux
I.6 Physiopathologie de l’ONA
II- SIGNES
II-1Type de description
II-1.1Période de début
II-1.2 Période d’état
II-1.3 Evolution
II-2 Formes cliniques
III- DIAGNOSTIC
IV- TRAITEMENT
DEUXIEME PARTIE
I- PATIENTS ET METHODES
II- RESULTATS
II-1 Données épidémiologiques
II-2 Données cliniques
II-3 Données radiographiques
II-4 Données thérapeutiques
II-5 Données évolutives
III- DISCUSSION
III-1 Au plan épidémiologique
III-2 Au plan clinique
III-3 Au plan radiologique
III-4 Au plan pronostique
III-5 Au plan thérapeutique
III-6 Au plan évolutif
CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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