Les outils d'investigation du système squelettique: Informations quantitatives et qualitatives, intérêt dans le suivi des sportifs

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    03-Jul-2016

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  • LES OUT1 LS INVESTIGATION DU SYSTiME SQUELETTIQUE :

    ORMATIONS QUA TITATIVES ET QUALITATIVES. RiT DAN UIVI DES SPORTIFS

    Stephanie Prouteau a,*, Daniel Courteix a

    R&sum&

    Dans le domaine des activites physiques, les divers outils dinvesti-

    gation du systeme squelettique connaissent un interet croissant de

    la part des acteurs du monde medical et sportif. En effet, il est

    admis que la resistance osseuse est influencee par de nombreux

    parametres tels que la taille, la geometric, la densite et le type

    dos present.

    Divers outils de mesure avec chacun leurs avantages et leurs

    limites sont a disposition pour investiguer ces differentes caracte-

    ristiques osseuses. Les plus communement utilises sont Iabsorp-

    tiometrie biphotonique a rayons x (DEXA), les ultrasons, la tomo-

    densitometrie et les biomarqueurs osseux qui offrent quant

    a eux un reflet du metabolisme osseux dans son ensemble.

    Ch%qe appareil mesure des proprietes distinctes, telles que

    la densite et le contenu mineral osseux, la part differenciee

    de 10s cortical et trabeculaire ainsi que des parametres refletant

    la microarchitecture. Toutes ces donnees sont impliquees

    dans les hypotheses sur les facteurs de risque fracturaire.

    Microarchitecture osseuse - carachkistiques anatomiques - densit et contenu min&a! osseux - activitk physique - absorptiomQrie biphotonique B rayons x.

    Summary

    When investigating physical activity and bone health, there is a surge of interest in the various imaging techniques as bone strength is influenced by the type of bone present, its size and shape, as well as the amount of mineral.

    Bone has many interesting attributes that need to be measured in order to preserve or reestablish its functions. Consequently, to study bone, investigators need to measure its complex proper- ties. Bone anatomy and caracteristics can be studied using diffe- rent forms of imaging, such as dual energy X-ray absorptiometry (DXA), quantitative ultrasound (CNJS), quantitative computerized tomography (QCT) and peripheral QCT (pQC77.

    a Laboratoire de la performance - Universitb dOrlBans IPROS INSERM ERIT - M 0101 (q Microarchitecture osseuse 8 Centre hospitaiier regional dOrleans 1, rue Porte-Madeleine - B.P. 2439 45032 Orbans cedex 1

    Correspondance stephanieprouteau@hotmail.com

    article rey le 7 janvier, accept6 le 21 janvier 2003

    @ Elsevier, Paris

    Revue Franqaise des Laboratoires, f&vriw 2003. N 350

    DXA is the most common measure of bone mineral content

    (BMC, g) and Bone Mineral Density (BMD, g/cm*). The modality

    of CNJS is said to reflect bone microarchitecture. QCT measures apparent volumetric density of trabecular or cortical bone, and

    QCTp permits evaluation of the peripheral squeleton.

    Eventually, bone biochemical markers provide information about

    bone metabolism.

    Imaging plays an important clinical role, for example, in predicting

    fracture risk. Bone measurements related to fracture risk include

    bone mineral content and density, cortical thickness, trabecular structure and its external geometry.

    Bone strength - bone mineral content and density - bone microarchitecture - dual energy X - ray absorptiometry - physical activity.

    L es outils devaluation du systeme squelettique ont connu une

    importante evolution au tours de ces dernieres annees. En effet,

    10s possede des caracteristiques biomecaniques (resistances aux dif- ferentes forces), anatomiques (taille et forme des OS), biochimiques

    et physiologiques (activites metaboliques du tissu osseux), ainsi que

    des capacites de developpement et dadaptation qui constituent autant de domaines dinvestigation pour la recherche scientifique.

    Certains de ces aspects peuvent etre investis en laboratoire en tra- vaillant soit sur le modele animal, soit chez Ihomme mais avec quelques

    limitations toutefois.

    Ainsi, Ianatomie dun OS peut etre etudiee grace a Iimagerie medicale,

    la force mecanique pouvant irtre estimee en appliquant les lois de la

    physique aux dimensions obtenues par ces techniques dimagerie. Le

    metabolisme osseux peut etre apprecie a partir des marqueurs bio-

    chimiques presents dans le sang et les urines.

    Les outils dinvestigation du systeme squelettique jouent un role cli- nique majeur dans la mesure ou ils permettent de deceler certaines

    alterations du systeme squelettique et de p&dire un risque de frac-

    ture chez les sujets dont les valeurs osseuses sont diminuees.

    Fractures de fatigue, baisse de la densite osseuse, fractures vraies,

    consolidation osseuse ralentie, troubles de la croissance sont autant daccidents pouvant survenir dans la pratique sportive, ou il sagit din-

    tervenir suffisamment tot pour identifier les causes de cette fragilitb osseuse et proposer des mesures adaptees.

    Cobjet de cet article est de passer en revue les divers outils dont on dispose pour investiguer le systeme squelettique, leurs inconvenients

    et avantages respectifs, ainsi que leur pertinence relative en fonction du sujet, de la pathologie, du diagnostic, mais egalement en termes

    de coat economique et de faisabilite.

    45

  • Biologic du sport

    ie tissu osseux represent5 99 % de la masse calcique totale de Iorga- nisme, sous form5 de cristaux ds calcium et de phosphates (cristaux dhy ~ra~a~atite).

    La mineralisation osseuse est un equilibre entre /es differents poles cal- ciques de Iorganisme. Los est un tissu vivant qui est en perpetuel rema- niement tout au long de la vie, car la masse osseuse est la resultante dun doubl5 processus de formation et de resorption. Les cellules responsables sent les ost~oblast~s qui construisent le tissu osseux et les osteoclastes qui le resorbent.

    ?os est un tissu dynamique qui reagit en permanence selon la Ioi de Wolff [34], cest-a-dire que sa 5timulation mecanique favorise Iosteogenese alors que sa 5~u~utilisstion favorise la perte osseuse, telle que Ion Iobserve chez les astronautes en rcjiponse a un sejour prolonge en apesanteur.

    Lorganisme va dans le 55115 dune augmentation de la solidite osseuse dans !es zone5 de c~ntraintes elevees liees au nouvel environnement m~~anique, il sagit dune adaptation fondamentale.

    En dautres termes; une activite sportive bien conduits favorise la mine- ralisation os5euse, maia de mauvaise5 condition5 de pratique peuvent, a contrario, induire un5 d~rn~n$ralisation et une augmentation de la fra- gilite osseuse, La ~r~n~i~ale cause de fragilisation du squelette est la maladie ~st~oporotique, mais il faut 5avoir quune activite physique avec lapport calcique journalier dau moins 1 000 mg represente le prin- cipal facteur de renf~r~e~lent de 105,

    Dou Iinteret primordial dune pratique sportive reguliere accompagnee dune bonne hygiene alimentaire, de5 le plus jeune age puis toute la vie durant.

    ~oat~op~ro55 5e dsfinit comme une pathologie earaoterisee par une ma5s5 o55~u5e ~~5~~5~5 et une deterioration de la mieroarchitesture du tissu os5eux oofldui5a~t a une fragilite osseu5e accrue et a une aug- ~entat~o~ du risque de fractures. Gette perte osseu5e est la cons& quenoe dun d~r~gl5m~nt pathclogique des evenements eellulaires du cycle de rern~d~lag~ ~555~~~ normal. Le 5quelette adulte est dynamique car il eet en ~ermane~~5 detruit et reoonstruit par action ooordonnee de5 ost&ob 5 et de5 ~~t~oolasfes, Cette reoonstruetion survient dan5 de pe lacunee 55 distribuant sur tout Ie squelette et appe- lees unites mult~~5ll~l~ire5 de remodelage, La 55quenoe est toujours la m&me, la r~sor~t~~~ o~~~u5e osteooaleique &ant une lacune qui e5t ensuite oombiee par une nouvelle formation osseuse osteoblas- tique et sinsi de euite:

    La perte osseuse se produit lorsque le oycle du remodelage est de&- ~u~l~br~ par l~augm5ntati~~ de la resorption os5eu5e, entraynant un d5fi- oit osseux au nivsau de chaque unite struoturale ds remodelage, si oet &at 5e prolonge, il y a risque doeteopenie.

    La d~min~r~li55tion ~5e5~~e ne5t pas Iapanage de la femme meno- pauses mai touohe Bg lement lea eportives presentant de5 troubles du oycle menstruel.

    En effet, le5 6tudee men&s par Drinkwater et al, [5] ont mis en evi- dence une relation lineairo entre densite osseus5 de5 vertebres lom-

    enstruelles, Lee eujete ayant eonnu 9e ou doligom5norrhee preeentaient

    une den&+ c~s~euse abai 4 7 % par rapport aux eujets nayant pa5 5u de ~e~urba~i~n5 du cycle.

    be5 sports d5ndur~noe (couree de fond, eyelisme, I -1, 15s sports esth& tiejules (gymna$tiq~~, dense, patinage artietique, ,.I, impotent une CBT-

    ~iirnent~ir~ din de maintenir un poids de corps rela 55 athl&se presentant par consequent une masse

    grasse faible, uns ~~~~5~~r~tion gonadique, ainsi quune alimentation carende en ~rotide~~ lipidee et calcium qui sent 15s facteurs res.

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    ponsables de Ialteration du capital osseux, Cette demineralisation est dautant plus alarmante que dans la plupart des cas, la perte osseuse est irreversible [I 41.

    Dans le domaine des activites physiques, los represente un tissu struc- turel fondamental et permet les mouvements du corps humain. Les medecins du sport sappliquent par consequent B preserver ou a reta- blir ces fonctions.

    Les outils dinvestigation du systeme squelettique vent permettre dob- jectiver les changements globaux et locaux induits par la pratique spor- tive. En clair, les outils dinvestigation actuels permettent de fournir de5 informations importantes sur le systeme squelettique. On comprend des lors tout Iinteret du bilan osseux dans la prevention de5 fractures de fatigue et de la demineralisation osseuse generale ou Iocalisee.

    Les pathologies pouvant resulter dun entra?nement physique 5xces- sif au regard des capacites de recuperation de Iorganisme sent mul- tiples et bien que certains examens soient cohteux, leur utilisation pre- coce permet deviter la 5urvenue de complications encore plus couteuses a long terme, II est capital que le diagnostic soit fait tot, car une erreur ou un retard devaluation entralne une morbidite prolongee, parfois une interruption tres longue des activites sportives, quand ce nest pas la fin de la carriere de Iathlete.

    Pas plus que les tendon5 et 15s muscles, 105 nest a Iabri des i&ions de surcharge, en particulier chez le sportif. Si Is tissu osseux est adapte aux sollicitations de la vie quotidienne, il nen est pas de m&me au-de& dun certain seuil de contrainte (fracture) ou de sommation des contraintes (fractures de fatigue).

    3.1. La triade de Iathl&te f&ninivle

    Dautres facteurs lies a une pratiqus sportive intense, tels quune duree de repos insuffisante, une alimentation carencee, la perturbation de Iaxe hypothalamo-hypophyso-gonadique, peuvent egalement exercer une influence cruciale sur 105. En effet, Ihypogonadisme, couple a une defi- cience calcique alimentaire, induit une diminution de la masse osseuse, pathologie susceptible de compromettre a court camme a long terme la sante et la carriere sportive de Iathlete.

    Ce phenomene touchant particulierement les athlete5 Ceminines dendu- rance, u IAmerican College of Sports fvledicine n acre&, en 1992, le terme de (1 female athlete triad H (ou ,triade de Iathlete feminine) pour designer un syndrome clinique qui comprend trois composantes en interrelation : - les troubles du comportement alimentaire ; - le deficit cestrogenique (amenorrhee) ; - Iosteoporose. Dou Iinteret de 5uivre lea adaptations et d&adaptation physiologiques des sportives afin de prevenir suffisamment tot la perte osseuse et le risque dosteoporose pr6coce.

    Capparition de fractures de fatigue chez le sportif est la resultante dun remodelage osseux perturbe air les contraintes appliquees a 10s depas- sent les capaoites dadaptation de celui-ci.

    Cette pathologie nest pas un evenement isol5 et anodin, mais semble &tre la consequence dun surmenage sportif, dune hyposecretion gonadique et dune alimentation ne couvrant pas /es besoins calciques journaliers,

    _____ .____ -.. ___ _I_ Costeoporose est une maladie diffuse du squelette caracterisee par une masse osseuse basse et des alterations mi~ro~rchitecturales du

    Rsvu~ Fianpaiss de6 khoratoiras, Fivrier 2003, NO 350

  • BMC 63)

    146.32 152.73 621,67 415.22 431.14

    1767.08 514.14

    Fat 0

    IOD6.1 1145.3 4X86.9 4196.6 4264.6

    15499.5 788.4

    Lean &.I

    1790.2 2112.7

    22163.4 6956.0 6995.5

    40017.9 3054.5

    Lean*SMC @

    1936.5

    Total Mass tiS)

    2942.7

    % Fat

    34.2 2265.5 3410.8 33.6

    22785 .D 27671.9 17.7 7371.3 11567.8 36.3 7426.7 11691.3 36.5

    4178S.ll 57284.5 27.1 3568.6 4357.0 18.1

    tissu osseux conduisant a une augmentation de la fragilite osseuse et du risque de fracture [2]. Les techniques non invasives de mesure de la densite osseuse permettent de faire le diagnostic des osteo- pathies et en particulier de Iosteoporose [25].

    La densite osseuse ainsi mesuree est fortement correlee a la resis- tance osseuse. In vitro, la densite explique 75 a 85 % de la variance de resistance vertebrale jugee par la force de resistance a la rupture en compression [18]. Plusieurs techniques de mesure sont possibles, permettant devaluer des OS peripheriques ou axiaux, des secteurs tra- beculaires ou corticaux.

    Nous allons done presenter les concepts fondamentaux de la DEXA comme outil pour la recherche, ainsi que pour la medecine clinique et egalement titer la litterature qui demontre le lien entre densite osseuse mesuree par DEXA et risque de fracture osteoporotique.

    5.1.1. Concept de base et dbfinition

    Le site osseux a mesurer depend de kge du sujet et du probleme cli- nique mais les mesures ne sont performantes que sous couvert dun strict controle de qualite.

    Labsorptiometrie bi-photonique considere le corps en deux compar- timents, OS et non-os et utilise pour cela deux sources photoniques denergies differentes qui permettent de differencier la composition relative de chaque compartiment. Les mesures de Iabsorptiometrie

    biphotonique reposent sur Iattenuation de lenergie photonique lorsque celle-ci traverse 10s et les tissus mous non mineralises. Certains den- sitometres sont capables de mesurer Iensemble de la masse osseuse

    corporelle et des tissus mous (figure 1). Chez le sportif, se sont les modalites de la blessure (baisse de densite osseuse, localisation et anciennete de la fracture de fatigue) ou Iobjectif de Iexamen (determination de la composition corporelle, de la densite osseuse totale, caracteristiques microarchitecturales de Ios, ratio OS cor- tical/OS trabeculaire) qui orientent le choix de Ioutil de mesure.

    Cest la raison pour laquelle la densite osseuse doit btre consideree comme un element de reflexion quil est judicieux denrichir par dautres mesures complementaires afin de mieux cerner les facteurs de risque de fracture.

    Pour determiner la densite minerale osseuse (DMO), le systeme sup- pose que le rayon X absorbe par les tissus mous est identique pour les sites osseux et non osseux [71, ce qui suppose que le rapport masse grasse/masse maigre reste constant [6]. Neanmoins, la verifi- cation de cette supposition a demontre que Iheterogeneite de la dis- tribution du tissu adipeux pouvait induire une certaine marge derreur,

    plus partic...

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