Evaluation de l’environnement mécanique du tissu osseux : une approche objective de l’ostéoporose de décharge

L’ostéoporose de décharge est un problème important qui concerne de nombreux patients, victimes de paralysie, d’alitement, immobilisés pour une période plus ou moins longue ou plus généralement dont l'activité physique est réduite par l'âge. Dans ce type d'ostéoporose, les traitements médicamenteux ou les régimes alimentaires n'offrent pas de solution satisfaisante. Si la relation entre sollicitation mécanique et masse osseuse est connue de longue date, les mécanismes précis reliant contraintes et métabolisme osseux restent à investiguer. L’étude de ces mécanismes fait l’objet de nombreux travaux utilisant des modèles simulant la décharge (ex.: rat suspendu, etc...) et des modèles de sollicitations mécaniques contrôlées (ex.: modèle de contrainte externe exercée sur le tibia). Depuis les travaux de Wolff en 1892, il est bien établi que la sollicitation mécanique de l'os régule l'équilibre entre la formation et la résorption osseuse. Malgré ce qui est considéré aujourd'hui comme une évidence, les caractéristiques de ce régime de sollicitation (amplitude, fréquence, gradient, etc,…) ne sont pas connues. La NASA, malgré ses tentatives empiriques d'imposer des programmes d'exercices aux astronautes, n'a pu prévenir la déminéralisation faute de pouvoir reproduire les cycles de contraintes efficaces. En microgravité, la valeur pondérale du corps et des membres s’annulant, les contraintes mécaniques au niveau du squelette sont minimes. Le simple maintien d’une position statique n’exige plus qu’une faible contraction des muscles antagonistes entraînant secondairement leur atrophie. La fonction de support mécanique disparaît quasi complètement. Si l’on compare ce nouvel environnement fonctionnel à celui de la pesanteur normale de 1G ont doit s’attendre à une chute très importante de l’amplitude des contraintes mécaniques locales. Cette différence est particulièrement sensible au niveau des membres inférieurs et est confirmée par une déminéralisation significativement plus importante des os porteurs à la suite de séjours prolongés en microgravité. Avant notre étude, aucune mesure directe des contraintes osseuses n’avait été réalisée en vol pas plus qu'en pesanteur normale. Ces mesures sont d’autant plus indispensable que les caractéristiques dynamiques des cycles de contraintes mécaniques au sein de la structure osseuse paraissent fondamentales. Le principe de notre approche est simple, il consiste à mesurer les déformations osseuses pour différents types d'activités dans le but de compenser, par des programmes bien déterminés, les carences de sollicitation propres à chaque situation entraînant la déminéralisation. Nous avons réalisé la mise au point d'un prototype de capteur de déformation osseuse qui nous permet de comparer la sollicitation de l'os pour différents types d'activité. Les mesures déjà réalisées lors de vols paraboliques permettent des observations intéressantes sur les différents niveaux de sollicitation. L'intégration de ces mesures à des modèles mathématiques de la diaphyse osseuse devrait permettre de déterminer quantitativement et qualitativement le régime de contrainte locale auquel est normalement soumis l'os diaphysaire. Les contraintes connues, elles pourront être simulées par des programmes d'exercices, par l'application d'impulsions ou de vibrations dont l'effet mécanique sur l'os pourra être lui-même validé par la méthode de mesure de déformation.