Caractérisation biomécanique et modélisation histologique des mécanismes de vieillissement et d’endommagement du système pelvien

par Pierre Chantereau

Thèse de doctorat en Gynécologie obstétrique

Sous la direction de Michel Cosson et de Mathias Brieu.

Soutenue le 06-07-2015

à Lille 2 , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) , en partenariat avec Thérapies Lasers Assistées par l'Image pour l'Oncologie (Lille) (laboratoire) et de Therapies Interventionnelles Assistees Par l'Image et la Simulation (laboratoire) .

Le jury était composé de Michel Cosson, Mathias Brieu.


  • Résumé

    Le système pelvien féminin est un système complexe jouant un rôle primordial dans la miction, la défécation et la reproduction. Il comprend de nombreux organes, muscles et ligaments tous interconnectés. Malheureusement le système pelvien peut subir de nombreuses pathologies l’une d’entre elle étant le prolapsus, ou la descente d’organe, se définissant comme déplacement anormal d’un ou plusieurs organes génitaux. Le prolapsus est une pathologie très répandue au sein de la population féminine. 1 femme sur 3 serait concernée, 1 sur 10 subissant un traitement chirurgical au cours de sa vie. Cette pathologie a d’importantes conséquences sur la qualité de vie des patientes. Son traitement se fait principalement par voie chirurgicale, mais de gros progrès doivent être faits dans ce domaine. En effet, les taux de récidive post-traitement peuvent atteindre des valeurs de 60% dans la littérature.Malgré la nécessité d’une amélioration des techniques chirurgicales celle-ci ne pourra avoir lieu sans une meilleure compréhension du comportement mécanique global de cette région très complexe et encore assez mal connue. Une connaissance approfondie de la mobilité du système pelvien sain par rapport au pathologique permettrait le développement de nouvelles techniques plus à même de soigner efficacement les patientes.Malgré de nombreuses études, un manque de compréhension mécanique est à noter. En effet très peu de données provenant de patientes jeunes et saines sont disponibles. De plus la plupart des tests réalisés sont des tests de tractions uniaxiales, qui sont par essence limités. Un manque cruel de relation entre les modèles phénoménologiques et cliniques est également à regretter.Dans ce travail nous avons donc réalisés des tests uniaxiaux sur différents tissus de cadavres jeunes (<40 ans). Cela nous a permis de prouver l’hyper-élasticité et la grande déformabilité des tissus pelviens jeunes et de mieux comprendre les phénomènes de vieillissement et d’endommagements de ces tissus en les comparants aux nombreuses données de la littérature. Nous avons ainsi pu monter que les ligaments et le vagin subissaient un vieillissement de nature différente à la vessie et au rectum. Ce vieillissement que nous avons nommé « traumatique » entraine un allongement et un raidissement non réversible des tissus à niveau en rien comparable à un vieillissement « naturel ».Notre étude mécanique s’est également élargie en testant les accolements entre organes (vésico-vaginal et recto-vaginal) en les soumettant à une contrainte de cisaillement. Ce genre de tests est, à notre connaissance, une première pour les tissus mous biologiques. Nous avons ainsi pu montrer que le comportement mécanique de ces accolements était linéaire pour les petites déformations et bien que de rigidité faible par rapport aux tissus eux même, tout de même à prendre en compte dans de prochains modèle.Suite à cette étude purement mécanique nous avons tenté de mettre nos modèles phénoménologiques, dur d’accès aux professionnels de la santé, en relation avec des modèles cliniques, histologiques dans ce cas précis. Nous avons donc réalisé un modèle histologiquement fondée du comportement mécanique des tissus pelviens, mettant en relation les taux d’élastine et de collagène d’un tissu à son comportement mécanique. A l’aide de ce modèle, inspiré de la physique des élastomères à plusieurs phases, nous avons pu corréler les taux d’élastine et de collagène d’un tissu à sa rigidité et ainsi rendre plus accessible un modèle complexe.Nous avons ensuite voulu faire le bilan de nos connaissances sur la compréhension des prolapsus et dans quelle mesure notre étude nous a permis de l’approfondir. Nous nous sommes évidemment concentrés sur les modes d’endommagements et leurs conséquences d’un point de vue mécanique et histologique. Dans un but de clarté nous avons traités d’exemples précis afin d’illustrer nos propos, comme le vieillissement, l’accouchement par voie basse ou la cystocèle.

  • Titre traduit

    Biomechanical and histological characterization and modeling of the ageing and damaging mechanism of the pelvic floor


  • Résumé

    The pelvic floor is a complex anatomical system involved in urination, defecation and reproduction. It is composed of several organs, muscles and ligaments, all interconnected. Unfortunately the pelvic floor can suffer from several pathologies like prolapses. Prolapses are defined as an abnormal displacement of one or more pelvic organs. Prolapses are widespread in the woman population. One woman out of three would be affected, one out of ten undergoing a surgical treatment in her life. This pathology has tremendous consequences on the patient quality of life. Its treatment is mainly surgical, but big improvements are needed. Indeed, the recurrence rate could reach up to 60% in the literature.The improvement of surgical technics will only be possible with a better global mechanical understanding of the pelvic floor. A deep understanding of the healthy pelvic floor mobility compared to the pathological would allow for the development of technics to better treat patients.Even though several studies have been done, a lack of mechanical understanding is to be noted. Indeed very few data coming from healthy young patients are available. Moreover most tests are uniaxial testing, which are by essence quite limited. A lack of relationship between phenomenological and clinical models is also to be noted.Within our study we have then realized uniaxial testing of different tissues from young cadavers (<40 years old). That allowed us to prove the hyper-elasticity and the great deformability of young pelvic tissues. It also helped us to better understand the ageing and damaging processes of those tissues by comparing them to data available in the literature. We could should that the ligaments and the vagina undergo a different ageing process than the rectum and the bladder. That ageing that we defined as “traumatic” induces much stronger non-reversible stretching and stiffening of the tissues than a “natural” ageing.Our mechanical study broadened up by looking at bindings between organs (vesico-vaginal and recto-vaginal). Those bindings have been, for the first time to our knowledge, under shear conditions. We could then show that those binding have a linear mechanical behavior for small displacements and that their stiffness even though limited should be taken into account in numerical models.Following that purely mechanical study we tried to accommodate our models to a public of medical professionals, by linking our phenomenological models to clinical ones, histological in that case. We then realized a histologically based model of the mechanical behavior of pelvic tissues, linking the rate of collagen and elastin of a tissue to its mechanical behavior. Thanks to that model, inspired by the physics of polymers we could correlate the collagen and elastin rates of a tissue to its rigidity and therefore make a complex model more accessible.We then gathered our knowledge on the understanding of prolapses and observed how our study could deepen it. We focused on the ageing and damaging processes and their consequences from a mechanical and histological point of view. To help the understanding we looked at precise examples like ageing, vaginal delivery or cystocele.


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  • Détails : 1 vol. (XV-122 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 113-118

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50.379-2015-17
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