Contribution à la compréhension de la dégénérescence discale : interaction entre le comportement osmoticomécanique du disque intervertébral et le transport et le métabolisme de ses nutriments

par Carole Magnier

Thèse de doctorat en Sciences du mouvement humain

Sous la direction de Patrick Chabrand.

Soutenue en 2009

à Aix-Marseille 2 .


  • Résumé

    La dégénérescence du disque intervertébral est généralement considérée comme le résultat de l’insuffisance chronique de la nutrition de ses cellules. Le renouvellement de la matrice extracellulaire est alors déficitaire, ce qui par conséquent l’appauvrit en protéoglycanes, macromolécules hydrophiles jouant un rôle fondamental dans le fonctionnement biomécanique du disque. La voie métabolique est la glycolyse, majoritairement anaérobie. Du glucose et de faibles quantités d’oxygène sont donc consommés, tandis que le principal déchet est le lactate. Un modèle multiphasique est utilisé pour décrire le couplage entre le comportement osmoticomécanique du disque intervertébral et le transport et le métabolisme de ses nutriments. Le disque est représenté dans un premier temps en 2D sous l’hypothèse des déformations planes dans le plan sagittal et dans le plan frontal. Il est tout d’abord placé à l’état de non-chargement, un état d’équilibre dans lequel il est bloqué entre ses deux vertèbres adjacentes et libre de gonfler dans une solution saline de concentration physiologique. Son comportement osmoticomécanique et la distribution spatiale de ses nutriments sont alors étudiés. Puis, certaines de ses propriétés sont modifiées, afin d’examiner les conséquences biomécaniques et métaboliques de ces altérations. Les résultats numériques montrent que la distribution des nutriments est davantage affectée par la variation de la porosité, de la diffusivité des nutriments ou de la concentration cellulaire que par la variation de la rigidité du disque ou de la concentration de protéoglycanes. Ensuite, le disque intervertébral subit un cycle de charge diurne / décharge nocturne et la première étude est poursuivie avec l’analyse de l’influence du cycle nycthéméral. Des relations de dépendance sont ainsi mises en évidence entre la concentration des nutriments, le taux de métabolisme cellulaire et le chargement du disque. Enfin, le modèle 2D est comparé au modèle 3D équivalent à l’état de non-chargement, dans le but d’évaluer la pertinence de l’hypothèse des déformations planes. Ainsi, cette thèse a permis d’apporter quelques éléments de réponse sur le lien entre propriétés et chargement du disque intervertébral et transport et métabolisme de ses nutriments.

  • Titre traduit

    Contribution to the understanding of discal degeneration : interaction between the intervertebral discomomechanical behavior and its nutrient transport and metabolism


  • Résumé

    Intervertebral disc degeneration is generally taken to result from chronic insufficiency of the cell nutrition. The renewal of the extracellular matrix shows a deficit, which therefore leads to the loss of proteoglycans, hydrophilic macromolecules which play a fundamental role in the disc biomechanical behavior. The metabolic pathway is the glycolysis, mainly the anaerobic one. Consequently, glucose and small quantities of oxygen are consumed, while the main waste product is lactate. A multiphasic model is used to describe the coupling between the intervertebral disc osmomechanical behavior and the nutrient transport and metabolism. The disc is represented in 2-D using a plane strain formulation in the sagittal plane and in the frontal plane. It is first of all brought into the unloaded state, an equilibrium state where it is fixed to both adjacent vertebrae and free to swell in a physiological saline solution. Its osmomechanical behavior and the nutrient spatial repartition are yet studied. Then, some properties of the disc are modified in order to examine the biomechanical and metabolic consequences of these alterations. Numerical results show that the nutrient distribution is more affected by the variation of porosity, nutrient diffusivity or cell density than by the variation of disc stiffness or proteoglycan concentration. After, the intervertebral disc is submitted to a diurnal loading / nocturnal unloading cycle and the first study is continued with the analysis of the influence of this nycthemeral cycle. Dependence relations are highlighted between nutrient concentration, cell metabolism rate and disc loading. Finally, the 2-D model is compared to the 3-D equivalent one in the unloaded state in order to evaluate the pertinence of the plane strain hypothesis. Thus, this thesis has allowed bringing some answer elements about the link between intervertebral disc properties and loading and nutrient transport and metabolism.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (190 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.177-190

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Pôle pharmacie, biologie et cosmétologie.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MFTH 8861
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.