L’ostéodistraction en orthopédie

Les premières distractions ont été réalisées en orthopédie sur des os longs afin d’allonger les membres inférieurs trop courts de personnes de petite taille ou de corriger une inégalité de longueur.

L’idée d’allonger un cal osseux fracturaire par traction mécanique a été décrite par Codivilla qui, en 1905, a réalisé la première distraction osseuse d’un fémur trop court [1]. Par la suite, plusieurs auteurs (Ombredanne, 1913 ; Putti, 1926 [2] ; Abbott, 1927 [3]) ont entrepris avec plus ou moins de succès des allongements extemporanés ou progressifs. Mais la technique fut délaissée du fait du taux élevé de complications mécaniques (fractures, ossification incomplète, désaxation secondaire).

À partir de 1950, Ilizarov, isolé en Sibérie, développe un moyen de correction des déformations, malformations, inégalités de longueur et perte de substance des membres grâce à une méthode fondée sur « l’utilisation de manœuvres lentes et progressives, respectueuses de la fonction et de la vascularisation osseuse à l’aide d’un fixateur externe muni de broches en croix et d’anneaux » : c’est le principe de l’effet de stress en tension [4,5]. Il perfectionne l’intervention et définit les principes fondamentaux qui vont permettre la diminution des complications. En fait, les travaux d’Ilizarov n’ont été publiés en France qu’à partir de 1984, date à laquelle émergent les premières règles de l’ostéodistraction définissant : le délai préliminaire à respecter (phase de latence), le rythme optimal de l’élongation, et la durée de contention finale (phase de consolidation) pour garantir une bonne stabilité mécanique de l’os néoformé. Actuellement, en orthopédie, des distracteurs centromédullaires ont été mis au point et tendent à remplacer les distracteurs externes.

Ostéodistraction appliquée à la mandibule et ses évolutions

Avant l’avènement de l’ostéodistraction mandibulaire chez l’homme, les patients souffrant d’hypoplasie mandibulaire congénitale ou de perte de substance osseuse mandibulaire pouvaient bénéficier d’une interposition de greffon osseux. Mais cette technique nécessitait deux sites opératoires et sa morbidité était non négligeable.

En 1972, Snyder et al. [6] appliquent avec succès le principe de la distraction à une mandibule de chien ; l’évaluation radiologique de l’os néoformé était satisfaisante au terme de 6 semaines de contention. Le concept a ensuite été développé, toujours sur le modèle canin, par Michieli et Miotti qui, en 1977, ont réalisé une ostéotomie mandibulaire unilatérale avec un allongement par distraction de 15 mm [7]. Dans cette étude, un distracteur intraoral avait été utilisé, et un examen histologique réalisé sur le site de distraction montrait la consolidation osseuse à 5 semaines.

En 1990 et 1992, Karp et al. ont étudié l’histologie de l’os néoformé et le mécanisme chronologique histologique de la néosynthèse osseuse [8,9]. Quatre zones étaient alors identifiées au niveau du cal pendant la distraction : une zone centrale fibreuse ; une zone de transition dans laquelle des fibroblastes et des cellules indifférenciées étaient en contact avec des ostéoblastes ; une zone de remodelage osseux avec une importante concentration d’ostéoclastes ; et une zone d’os mature semblable à l’os adjacent non distracté.

Au vu de ces résultats, McCarthy réalise en 1992 la première application de l’élongation mandibulaire chez 4 enfants atteints de microsomie hémifaciale à l’aide de distracteurs externes monodirectionnels, pour un allongement moyen de 20 mm [10].

D’autres séries d’élongation mandibulaire par distracteurs externes monodirectionnels ont été publiées : Takato et al. en 1993 [11], Pensler et al. en 1995 [12]. L’indication de la technique est alors étendue aux malformations mandibulaires bilatérales (syndrome de Treacher-Collins).

L’équipe de Klein et al. [13] a mis au point en 1995 de nouveaux appareils distracteurs externes bidirectionnels afin d’améliorer le résultat sur l’articulé dentaire, l’intérêt étant d’allonger la mandibule tout en refermant l’angle mandibulaire grâce à une charnière centrale modulable.

Molina et al. [14] ont proposé en 1995 une élongation bidirectionnelle par double corticotomie de part et d’autre de l’angle mandibulaire, le fragment osseux central étant maintenu par une broche à la charnière de l’appareil distracteur.

L’équipe de McCarthy a ensuite développé ce concept de distraction pluridirectionnelle en introduisant des distracteurs tridimensionnels à double charnière, permettant de moduler la distraction non seulement dans un plan sagittal (angle mandibulaire), mais aussi dans un plan frontal (varus de la branche montante) (figure 17.1) [15].

Fig. 17.1 Distracteur externe multidirectionnel.

Les recherches ont ensuite porté sur la mise au point d’appareils distracteurs endobuccaux (McCarthy et al. en 1995 [16], Vasquez et al. en 1996 [17]) ; leur objectif était de réduire la morbidité pendant la distraction et d’améliorer les résultats cutanés. Ces distracteurs ont un caractère monodirectionnel et ne permettent pas une modulation aussi précise qu’avec un distracteur tridimensionnel.

Parallèlement aux recherches sur le matériel de distraction, Losken et al., en 1995, ont publié des formules permettant un calcul de la direction et de la longueur du vecteur de distraction pour améliorer la précision de la correction morphologique [18]. Ce vecteur n’était alors considéré que dans un plan sagittal et ne tenait pas compte d’une déformation dans le plan frontal (varus) de la branche montante. Ce calcul ne s’appliquait donc qu’aux distracteurs bidirectionnels et était inadapté aux distracteurs multiplans de McCarthy.

Les recherches actuelles portent sur la simulation et la modélisation préopératoire dans les trois plans de l’espace grâce aux progrès conjoints de l’imagerie et des logiciels informatiques.

Principes de l’ostéogenèse par distraction

Règles décrites par Ilizarov

L’idée de l’ostéogenèse par distraction avait séduit plusieurs orthopédistes avant Ilizarov, mais ceux-ci se sont heurtés à des complications mécaniques (fractures, ossifications incomplètes, désaxations secondaires) par défaut de règles techniques précises sur les moyens de contention et sur le rythme de l’allongement.

C’est en 1956 qu’Ilizarov décrivit les premières règles « biologiques » de l’effet stress en tension [4,5] :

• une préservation maximale de la moelle osseuse et de la vascularisation périosseuse en réalisant une corticotomie avec ostéoclasie ;

• une fixation externe suffisamment stable pour éliminer les mouvements au niveau du site fracturaire ;

• un délai de cicatrisation de 5 à 7 jours après corticotomie avant de débuter la distraction. Ce délai est en effet nécessaire à l’amorce du cal fracturaire ;

• un rythme de distraction de 1 mm par jour, de préférence fractionné. Ce rythme d’allongement est en effet un juste milieu entre un rythme plus rapide entraînant une pseudarthrose, et un rythme plus lent avec un risque de consolidation prématurée ;

• une période de fixation après la phase de distraction pour permettre une ossification complète du régénérat osseux ;

• une utilisation physiologique du membre allongé afin d’accélérer l’ossification du régénérat.

Ces règles garantissent au tissu osseux néoformé des propriétés mécaniques comparables à celles d’un tissu osseux normal.

Les trois types d’ostéogenèse par distraction

La distraction osseuse monofocale fut la première utilisée dans le cadre des malformations osseuses de type hypoplasique congénitales ou acquises.

Le principe de distraction osseuse bifocale mandibulaire a été décrit pour la première fois par Costantino et al. en 1990 [19], dans les indications de défect osseux d’origine traumatique ou séquellaire postinfectieuse.

La distraction de type trifocal dérive du principe de la distraction bifocale, et est indiquée dans le cas des pertes de substance importantes (figure 17.2).

• Distraction monofocale. Elle correspond à la description classique de l’élongation d’un cal osseux fracturaire créé artificiellement par ostéotomie : l’appareil distracteur placé de part et d’autre des deux berges de l’ostéotomie écarte celles-ci progressivement pour stimuler la régénérescence osseuse. Ce type de distraction est appelé monofocal car il existe un seul site de croissance osseuse.

• Distraction bifocale. Lorsqu’il existe une solution de continuité osseuse, un fragment osseux est isolé artificiellement (par une corticotomie) de l’une des deux extrémités. Ce disque osseux sera alors utilisé comme un « ascenseur » avec, du côté de la corticotomie, une zone d’élongation progressive avec régénérescence osseuse, puis de l’autre côté une zone de compression permettant une consolidation avec l’autre extrémité. L’appareil distracteur présente trois sites de fixation : un à chaque extrémité de la perte de substance, et un sur le disque ascenseur. Ce type d’élongation est appelé bifocal car il existe un site d’élongation, et un site de compression.

• Distraction trifocale. Lorsqu’il existe une large perte de substance osseuse, deux disques osseux peuvent être désolidarisés (un à chaque extrémité du défect) et utilisés comme des « ascenseurs » convergeant l’un vers l’autre. L’appareil distracteur présente quatre sites de fixation : un à chaque extrémité de la perte de substance, et un sur chaque disque ascenseur. Ce type d’élongation est appelé trifocal car il existe deux sites d’élongation, et un site central de compression.

Fig. 17.2 Les différents types de distraction.

Histologie du régénérat osseux

Mécanismes de l’ostéogenèse

Plusieurs études préliminaires histologiques d’ostéodistraction sur les os longs ont mis en évidence deux mécanismes d’ostéogenèse :

• ossification intramembraneuse, décrite par Aronson et al. [20]. Au cours de ce type d’ostéogenèse, il n’existe pas de tissu cartilagineux préalable. Ce mécanisme est prédominant au cours de l’ostéodistraction des os longs ;

• ossification enchondrale, décrite par Delloye et al. et Kojimoto et al. [21]. L’ossification se produit secondairement dans une structure cartilagineuse. Il est à noter que la synthèse de tissu cartilagineux est favorisée par une contention instable.

Chronologie de l’ostéogenèse

Karp et al. [9] ont étudié le mécanisme histologique de l’ostéogenèse dans l’ostéodistraction mandibulaire chez le chien : l’expérience a porté sur dix chiens ayant eu une corticotomie unilatérale suivie d’une distraction de 20 mm au rythme de 1 mm par jour, puis une contention de la mandibule par fixateur externe durant 6 semaines. Ils ont étudié l’histologie osseuse à J10 (milieu de la distraction), à J20 (fin de la distraction), à J34, J48 et J76 (respectivement 14, 28 et 56 jours après la fin de la distraction).

Les données chronologiques suivantes ont été rapportées :

• lors de l’initiation de la distraction, un tissu fibreux (composé de collagène et de fibroblastes) apparaît entre les deux extrémités de la corticotomie, avec une orientation longitudinale ;

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