Un nouvel implant pour les fractures de l’humérus proximal : la plaque à corbeille

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MÉMOIRE

Un nouvel implant pour les fractures de l’humérus proximal :la plaque à corbeille

Étude expérimentale

A new implant for proximal humeral fracture: experimental study of the basket plate

M. Ehlinger *, P. Gicquel **, P. Clavert *, F. Bonnomet *, J.-F. Kempf *

* Département d’Orthopédie et de Traumatologie,** Service de Chirurgie Infantile Orthopédique et Traumatologique, CHU Hautepierre, avenue Molière, 67098 Strasbourg Cedex.

ABSTRACT

Purpose of the studyWe conducted a comparative study of three ostheosynthesis systems for proximal humeral fractures. The conclusions

led to the elaboration of a rigid extramedullary osteosynthesis implant. This novel implant allows specific fixation of thetuberosities via six adjustable and removable hooks organized like a basket. There are two versions, with and without acentral cephalic locking screw. We report two static biomechanical studies conducted to analyze this material.

Material and methodsThe two studies were performed on fresh frozen cadaver specimens with known bone density and with an experimental

model of a four-fragment fracture of the proximal humerus. The first tests were designed to measure axial pressurereproducing the physiological movement applying the most stress on the head of the humerus. This allowed a globalanalysis of the mechanical behavior of the implant and an assessment of the contribution of the central cephalic lockingscrew. The second series of tests were traction tests used to analyze the behavior of the tuberosities fixed with the hooks.We assess the assemblies by measuring the mechanical resistance: rigidity of the fixation was recorded in mm/100N. Pre-and post-procedure x-rays and photographs were obtained to allow a subjective assessment of fragment displacement.

ResultsThe first series of tests demonstrated that the implant, with the central cephalic locking screw, presented good overall

mechanical properties. The notion of better stability of the tuberosities obtained with the hooks, as seen during the firsttests, was reinforced by the data from the second tests, although no statistically significant difference was demonstrated.We also noted that there was no statistically significant correlation between bone density and the slopes of theforce-resistance curves.

DiscussionThis prototype implant has an overall mechanical resistance equivalent to the reference implant, with at least equivalent

performance. Proof of the usefulness of the central locking screw was not established, even though improved toleranceto loading by better force distribution seemed apparent. The contribution of the hook basket was not demonstrated. Datafrom the observations do however suggest the expectations of the implant will be fulfilled. Tests conducted on a largerscale would probably demonstrate a difference. It is clear that the small number of implants used here limited the study.Comparison with data in the literature show that this new prototype is adapted to the mechanics of the proximal humerus.Resistant to physiological stress, the implant allows pendular movement and passive physical therapy during the earlypost-operative period.

Key words: Shoulder, internal fixation, proximal fracture, biomechanical study.

Tirés à part : P. GICQUEL, à l’adresse ci-dessus.

Acceptation définitive le : 8 août 2003

Revue de chirurgie orthopédique © Masson, Paris, 20042004, 90, 16-25

RÉSUMÉ

Nous avons réalisé une étude comparative de trois systèmes d’ostéosynthèse des fractures de l’humérus proximal dontles conclusions ont permis l’élaboration d’un implant d’ostéosynthèse rigide extra-médullaire. Cet implant tire son originalitéde la fixation spécifique des tubérosités par un système de griffes organisées en corbeille. Il existe sous deux versions,avec et sans verrouillage de la vis centrale céphalique.

Le travail que nous rapportons est l’étude de ce prototype par deux tests mécaniques statiques sur pièces cadavériquescongelées, sur la base d’un modèle expérimental de fracture à quatre fragments de l’humérus proximal. Les premiers testsont été réalisés en compression axiale permettant d’analyser le comportement mécanique global de l’implant et d’évaluerl’intérêt du système de verrouillage de la vis centrale céphalique. La seconde série de tests a été réalisée en traction,permettant l’analyse du comportement des tubérosités fixées par le système de griffes. Les deux versions de prototypesont été comparées à un implant connu. Nous avons évalué les montages par leur tolérance mécanique jugée sur la chargelimite notée à l’inflexion de la courbe, et leur rigidité jugée sur la pente de la courbe jusqu’à cette valeur.

Il résultait de la première étude que l’implant, amélioré du système de verrouillage de la vis centrale céphalique,présentait de meilleures caractéristiques mécaniques globales sans pour autant qu’une différence significative ait été miseen évidence. La notion de meilleure tenue des tubérosités par le système de griffes, que laissait présager la premièrepartie, était renforcée par les données de l’observation de la seconde étude, sans qu’il apparaisse pour autant de différencestatistiquement significative.

Mots clés : Épaule, fixation interne, fracture proximale, étude biomécanique.

INTRODUCTION

Les fractures de l’extrémité proximale de l’humérus sontextrêmement fréquentes. Elles tiennent le troisième rang del’ensemble des fractures avec 5 %, et représentent 50 % desfractures humérales selon Bigliani (1) et Rose et al. (2). Lamajeure partie de ces fractures sont simples tant du point devue physio-pathologique que du point de vue thérapeutique.Cependant 20 % d’entre elles sont dites complexes diffici-les à traiter et doivent bénéficier d’un traitement chirurgicalpour Gerber et al. (3). Les méthodes d’ostéosynthèse sontmultiples et variées prouvant la difficulté du choix thérapeu-tique. Dans ces fractures dites complexes le traitementconservateur le plus communément utilisé semble être laplaque selon Gerber et al. (3) et Esser (4), et depuis peu leclou pour Cuny et al. (5).

Un précédent travail expérimental a été réalisé dans notrelaboratoire par Gicquel et al. (6) consistant en l’étude com-parative de différents systèmes d’ostéosynthèse appliquésaux fractures complexes de l’humérus proximal. L’auteurconcluait que la plaque vissée et le bilboquet présentaientune résistance mécanique globale similaire et satisfaisantevis-à-vis d’une pression axiale, l’ostéo-suture étant bienplus déformable. Néanmoins ces résistances s’organisaientde façons variables si on considère les différents fragmentset leur déplacement respectif. L’implant qui semblait être leplus adapté mécaniquement était la plaque vissée. Elles’opposait au mieux à la latéralisation de la tête et à l’écar-tement des tubérosités, sans résoudre pour autant tous lesproblèmes, notamment le glissement céphalique. Il sem-blait alors légitime de prendre comme base de travail pourdes améliorations techniques l’implant rigide extra-médullaire.

Dans le cas de l’extrémité proximale de l’humérus, unedes difficultés thérapeutiques se situe au niveau des tubéro-sités, avec une atteinte fonctionnelle importante sous laforme d’une pseudo-sidération des muscles de la coiffe des

rotateurs secondaires le plus souvent à une lyse ou un dépla-cement tubérositaire. On peut logiquement penser qu’uneamélioration de la fixation des tubérosités ne peut qu’êtrebénéfique sur la récupération fonctionnelle, avec commepré-requis que la réduction soit possible et donc l’anatomiereconstruite, ce qui reste le garant d’un bon résultat fonc-tionnel pour Gerber et al. (3). Une revue de la littérature àpermis de mettre en évidence les différents types de plaquesles plus utilisées et les plus étudiées. Cependant aucun sys-tème d’ostéosynthèse ne présente un moyen de fixation spé-cifique des tubérosités, hormis le clou de Seidel (7) avec sa« marguerite ».

A partir des données de la littérature et du travail expéri-mental précédent, nous avons proposé des améliorations del’implant. Celles-ci correspondaient à une convergence desvis céphaliques dans un plan horizontal en restant perpen-diculaires au trait de fracture, associée à un dessin proximaléchancré pour éviter un conflit sous-acromial, fréquent dansles traitements conservateurs par plaque comme l’a souli-gné Esser (4). La modification essentielle consistait en unefixation spécifique des tubérosités par une corbeille de grif-fes, une morphologie adaptée à l’anatomie de l’extrémitéproximale de l’humérus, élément très important pour Esser(4) et enfin un système de blocage des vis céphaliques quiempêcherait un recul éventuel de ces vis. Le prototype créécorrespondait donc à une plaque vissée surmontée d’unecorbeille de six branches qui fixait les tubérosités. Une ver-sion améliorée a été mise au point avec un système deverrouillage de la vis centrale céphalique.

Le travail expérimental que nous rapportons consistait enl’évaluation mécanique de cet implant prototype. Une pre-mière étude comparative du prototype de base et amélioréversus un système classique d’ostéosynthèse par plaqueconnu la plaque Maconor2, a permis d’évaluer le compor-tement global de résistance mécanique. Dans la secondeétude, nous avons analysé spécifiquement le comportement

UN NOUVEL IMPLANT POUR LES FRACTURES DE L’HUMÉRUS PROXIMAL : LA PLAQUE À CORBEILLE 17

des tubérosités fixées par la corbeille. Ces études ont étéappliquées aux fractures à quatre fragments de l’humérusproximal.

MATÉRIEL ET MÉTHODES

Le matériel expérimental

Les tests ont été réalisés sur un matériel anatomique issude don du corps fait à l’Institut d’Anatomie Normale deStrasbourg. Vingt ceintures scapulaires fraîches congeléesont été disséquées. L’humérus a été scié sous leV deltoïdienpour obtenir des pièces osseuses brutes. Ces pièces étaientnon appariées, de sexe et d’âge inconnu.

Les pièces expérimentales ont été conservées dans dessachets numérotés dans les congélateurs de l’Institutd’Anatomie à – 30° Celsius. La décongélation se faisait àtempérature ambiante pendant une nuit dans du sérum phy-siologique salé.

Mesure de densité minérale osseuse (DMO)et répartition des pièces osseuses

Les pièces osseuses étaient non appariées, de sexe etd’age inconnu. Sachant par Currey (8) et Keller (9) que laDMO est corrélée à la résistance mécanique de l’os, nousavons isolé cette valeur objective pour la formation de grou-pes statistiquement homogènes. Ces mesures ont été réali-sées, après décongélation, selon la technique de l’absorp-tion biphotonique aux rayons X (DEXA) sur un appareilQDR 4500 C (Hologic Inc, Waltham, Ma, USA). La cali-

bration de la machine et l’ensemble des mesures ont étéréalisées le même jour pour éviter les variations temporellesqui sont de l’ordre de 1 % selon Sievanen et al. (10). Nousavons défini deux zones d’intérêt L1 (proximal) et L2 (dis-tal) (fig. 1), dont la séparation correspond au col chirurgicalqui était défini macroscopiquement par la jonction entre lesystème cortical diaphysaire et le système spongieuxcéphalo-tubérositaire. Seule L1 a retenu notre attention. Lesrésultats des DMO sont repris dans le tableau I.

Chaque pièce osseuse était définie par une valeur objec-tive. Nous avons pu former 5 groupes (ABCDE) forméschacun de 4 extrémités proximales d’humérus tirées au sort.Au hasard, 3 de ces groupes ont été attribués à la premièreétude (A, B, E) et 2 à la seconde (C, D). Enfin à chacun desgroupes a été associé par tirage au sort un implant chirurgi-cal : le groupe A (pièces 1-6-14-15) correspondait à la pla-que Tornier1, le groupe B (pièces 4-9-18-20) à la plaqueMaconor2, le groupe C (pièces 2-11-12-13) à la plaqueTornier2, le groupe D (pièces 5-7-16-21) à la plaque Maco-nor2 et enfin le groupe E (pièces 3-817-22) à la meilleuredes deux plaques Tornier selon la première étude. L’homo-généité des groupes a été vérifiée par l’Analyse de laVariance de la moyenne des DMO des groupes (A, B, E) et(C, D). Celle-ci n’a pas révélé de différence, pour (A, B, E)« p = 0,877 », et pour (C, D) « p = 0,833 ».

Les implants d’ostéosynthèse

L’implant prototype que nous avons testé a été fabriquéen Inox M25W (Norme ISO 5832-1 1997) par le laboratoireTORNIER. Il était composé d’un corps principal de 3 mm

FIG. 1. − Définition des zones L1 et L2 pour les mesures de densitéminérale osseuse (zones délimitées par le col chirurgical).L1 : zone épiphyso-métaphysaire au-dessus du col chirurgical,L2 : zone diaphysaire en-dessous du col chirurgical.

FIG. 2. − Plaque prototype avec sa « corbeille » de griffes asso-ciée au système Numelock2t de verrouillage de la vis centralecéphalique. Avec l’autorisation du laboratoire Tornier.

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d’épaisseur avec 3 trous proximaux pour des vis spongieu-ses gros fragment à filetage court (diamètre 6,5 mm) et3 trous distaux pour des vis corticales gros fragment (dia-mètre 4,5 mm). La partie toute proximale était échancréepour éviter un éventuel conflit sous-acromial. Le trou cen-tral était oblong pour un placement optimal sagittal de laplaque. Le corps était surmonté d’une corbeille qui faisaittoute l’originalité de cet implant. Elle était composée de6 griffes malléables, ajustables à la morphologie des tubé-rosités, et sécables fixées par des vis de diamètre 2,7 mm. Laplaque était polyvalente, adaptée au coté droit comme aucôté gauche. L’ajustement se faisait par simple section desgriffes postérieures. Cet implant prototype existait sous2 formes, avec ou sans système de verrouillage de la viscéphalique centrale. Le système utilisé a été le systèmeNumelock 2t (fig. 2). Il avait pour but d’éviter un éventuelrecul de la vis et de permettre une meilleure tenue céphali-que.

Notre implant prototype a été comparé à un implantd’ostéosynthèse rigide extra-médullaire connu, la plaqueMaconor2 (Howmedicat). Cette plaque était fabriquée enacier inoxydable 316L. Elle présentait un corps unique avec3 trous proximaux pour des vis spongieuses gros fragment àfiletage court (diamètre 6,5 mm) et 3 trous distaux pour desvis corticales gros fragment (diamètre 4,5 mm). La fixationdes tubérosités était assurée par une vis bicorticale bitubé-rositaire gros fragment comme l’avaient décrit Saragaglia etal. (11). Cet implant servait d’élément de référence à l’étudedu prototype.

Le modèle expérimental

L’anatomie macroscopique met en évidence 4 fragmentsau niveau de l’humérus proximal (la tête, le tuberculemineur, le tubercule majeur, la diaphyse), qui correspon-dent aux fragments fracturaires. L’anatomie microscopiquedistingue 3 lignes de faiblesse : le col anatomique (zone deraréfaction osseuse), le sillon inter-tuberculaire (zone dejonction de 2 systèmes spongieux) et le col chirurgical(zone de transition entre de l’os cortical et spongieux). Laconfrontation de ces données a permis d’obtenir notremodèle expérimental à partir des pièces osseuses brutesdécongelées, par des coups de scie le long de ces lignes defaiblesse, obtenant 4 fragments et reproduisant une fracturecomplexe à 4 fragments selon Neer (12) (fig. 3).

Les tests mécaniques

Notre étude était basée sur des tests mécaniques statiquesde rupture dont le protocole était identique pour les2 séries : décongélation, fracture, ostéosynthèse, radiogra-phies pré-procédure pour le contrôle de la bonne position dumatériel, tests mécaniques, photographies et radiographiespost-procédure pour les résultats de l’observation.

La première série de tests concernant l’analyse du proto-type correspondait à l’étude du comportement mécaniqueglobal de l’implant prototype. L’objectif de cette étude étaitd’évaluer la résistance globale de l’implant et de vérifierl’intérêt ou non du système de verrouillage de la vis cépha-lique centrale. En faisant abstraction de sa spécificité, lepostulat de base imposait qu’il soit au moins aussi résistantqu’une plaque d’ostéosynthèse existante. Le montage expé-rimental reproduisait les conditions de l’effort physiologi-que maximum exercé sur la tête humérale, à savoir lorsd’une abduction de 90° de l’articulation scapulo-humérale

TABLEAU I. − Mesure de densité minérale osseuse (DMO) des pièces anatomiques.

Pièces anatomiques 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

DMO zone L1 (10–3 gr/cm2) 507 437 368 534 521 365 545 481 365 375 534

Pièces anatomiques 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

DMO zone L1 (10–3 gr/cm2) 533 503 501 461 439 422 404 409 437 473 562

FIG. 3. − Modèle expérimental : fracture à quatre fragments. A :tête humérale, B : tubercule mineur, C : tubercule majeur, D :diaphyse humérale. Trait plein : col anatomique. Trait enpointillé : sillon inter-tuberculaire. Trait discontinu : col chi-rurgical.


dans le plan de la scapula comme l’ont défini Poppen etWalker (13) et Karlsson et Peterson (14). Il s’agissait d’unepression exercée sur la partie supérieure de la tête humérale,dans l’axe de la diaphyse. La section diaphysaire reposaitsur la machine d’essais, maintenue solidement par 2 piècesde bois échancrées qui épousaient la forme de la diaphyse,elles mêmes fixées à la machine par un étau. La compres-sion était réalisée par une presse hydraulique type INS-TRON 8500 plus (Instron corporation, High Wycomb, Buc-kinghampshire, UK), pilotée par le programme INSTRONMAX2, version 4,2 pour Windows 3,11, avec une cellule decharge de 5kN à la vitesse constante de 50N/s (fig. 4).

La deuxième série de tests concernait l’étude du compor-tement spécifique des tubérosités après fixation par la cor-beille de griffes. L’objectif de cette étude était d’évaluer larésistance et le comportement mécanique des tubérosités etdu système de corbeille. Ainsi nous avons comparé à laplaque Maconor2 le plus résistant des 2 implants prototypesau vu de la première étude. Le montage reprenait le mouve-ment physiologique d’abduction de l’humérus sur la sca-pula par la traction du supra-spinatus. Pour ce faire étaitfixée sur la facette d’insertion du supra-spinatus du tuber-cule majeur une drisse tressée de type Dyneestart en poly-éthylène de haut module (COUSIN Trestec, France) par unecolle ultra-forte cyanocrilate monomère (SUPER GLUE3,Henkel France SA, Boulogne, France) après avoir dégagé lasurface osseuse de tous tissus mous et l’avoir dégraissée. La

pièce anatomique ainsi préparée était fracturée, ostéosyn-thèsée et placée horizontalement sur la machine, la drisseétant tirée au zénith formant un angle de 80 à 90° avec ladiaphyse. La pièce osseuse était fixée à la machine à traversun anneau métallique, bloquée par deux broches anti-rotatoires et une barre de contre-appui pour lutter contre laforce de traction. Ces tests en traction ont été égalementréalisés sur une presse hydraulique type INSTRON 8500réglée selon les mêmes paramètres de cellule de charge et devitesse que précédemment (fig. 5).

Outils statistiques

La comparaison des variables quantitatives se faisait paranalyse de la variance, après vérification de l’homogénéitéde la variance. En cas de différence significative entre lesgroupes, la localisation des différences faisait appel à laméthode de Newman-Keuls.

L’étude des corrélations était faite par évaluation ducoefficient de corrélation de Pearson. En cas de corrélationentre 2 paramètres, la comparaison de 2 variables quantita-tives se faisait par analyse de la covariance.

Critères d’évaluation

Les critères d’évaluation de notre étude étaient double :résultats objectifs (mathématiques/statistiques), et subjec-tifs par les données de l’observation.

FIG. 4. − Montage expérimental de la première étude. Contraintes de compression exercées sur la partie supérieure de la tête huméraledans l’axe de la diaphyse. a) Aspect général du montage. b) Schéma des contraintes appliquées en compression, les pointilléscorrespondant aux traits de fractures.

a b


Les résultats obtenus ont été représentés sous la formed’une courbe contrainte/déformation (fig. 6), en compres-sion ou en traction selon l’étude. Ces courbes nous permet-taient de mettre en évidence 2 données objectives :

— la pente (P) en mm/100N qui résumait la rigidité (R)de l’implant et la déformation osseuse à son contact. Plusune pente était faible plus l’implant était rigide, la penteétant inversement proportionnelle à la rigidité (R = F/D, or P= D/F, D étant le déplacement, donc P = 1/R) ;

— la charge limite en Newton qui reflétait la tolérance auchargement.

Les radiographies et les photographies post-procédureont permis d’analyser les mouvements fragmentaires et lesmouvements du matériel d’ostéosynthèse. Ces donnéesd’observation illustraient et amélioraient la compréhensiondes résultats chiffrés.

FIG. 6. − Exemple de courbe contrainte/déformation (X : chargeen Newton/ Y : déplacement en mm). Sont représentées les deuxvaleurs objectives utilisées : (1) la pente et (2) la charge limite.

TABLEAU II. − Résultats des pentes et des charges limites et analyse statistique, de chaque groupe A, B et E, de la première étude.

Implant Moyenne pente enmm/100N

Moyenne chargelimite en N

Moyenne DMO(10–3 gr/cm2)

R : DMO/pente R : DMO/charge

Groupe A = Tornier1 0,87 ± 0,14 649,75 ± 429,44 458,5 ± 65,59 0,44 = NS 0,58 = NS

Groupe B = Maconor2 1,36 ± 0,58 794 ± 439,18 435 ± 72,26 0,72 = NS 0,93 = NS

Groupe E = Tornier2 1,02 ± 0,5 879,5 ± 290,24 458 ± 83,15 0,28 = NS 0,89 = NS

FIG. 5. − Montage expérimental de la seconde étude. Contraintes de traction exercées par l’intermédiaire d’une drisse collée sur letubercule majeur, mimant l’action du supra-spinatus lors d’un mouvement d’abduction. a) Aspect général du montage. b) Schémades contraintes appliquées en traction, les pointillés correspondant aux traits de fracture.

a b


RÉSULTATS

Les résultats objectifs

Les résultats des tests concernant l’étude mécanique glo-bale de l’implant prototype sont rapportés dans le tableau IIpour les différents groupes.

Les valeurs moyennes des pentes étaient de l’ordre de0,87 mm/100N pour la plaque Tornier1, de 1,02 mm/100Npour la plaque Tornier2 et de 1,36 mm/100N pour la plaqueMaconor2. Les plaques prototypes étaient plus rigides quel’élément de référence. Cependant il n’existait aucune dif-férence statistiquement significative entre ces 3 groupes auniveau des pentes, l’analyse de la Variance donnant unevaleur de p = 0,328. Les valeurs moyennes des chargeslimites donnaient 649,75N pour la plaque Tornier1,879,50N pour la plaque Tornier2 et 794N pour la plaqueMaconor2. La tolérance au chargement de la plaque Tor-nier2 était fortement supérieure à celle de la plaque Tor-nier1. Le système de verrouillage semblait efficace puis-qu’il permettait de pallier une certaine faiblesse duprototype de base, obtenant même une meilleure toléranceque l’élément de référence. Cependant aucune différencestatistique n’a été mise en évidence puisque l’Analyse de laVariance pour les charges limites de ces 3 groupes donnaitp = 0,713. Notons par ailleurs qu’aucune corrélation statis-tique n’a été mise en évidence entre les DMO et les pentes,et entre les DMO et les charges limites.

Concernant l’étude du comportement mécanique spéci-fique des tubérosités après ostéosynthèse par l’implant pro-

totype les résultats obtenus sont rapportés dans letableau III pour les groupes C (Maconor2) et D (Tornier2).L’implant prototype qui a été choisi pour cette secondeétude était la plaque améliorée, puisque sur les bases de lapremière partie elle semblait présenter une meilleure tolé-rance au chargement en valeur absolue, pour une pentestatistiquement comparable.

Les valeurs moyennes des pentes étaient de l’ordre de5,41 mm/100N pour la plaque Maconor2, et de 6,09mm/100N pour l’implant Tornier2. Cependant aucune dif-férence statistique n’a été mise en évidence, l’Analyse de laVariance retrouvant p = 0,437.

L’existence des deux faillites diaphysaires pour les mon-tages Tornier2 nous a empêché d’effectuer une analyse sta-tistique, cependant la moyenne des montages retenus étaitéquivalente à la moyenne des charges limites de la plaqueMaconor2.

Les résultats subjectifs d’observation

L’étude du comportement mécanique global de l’implantprototype mettait en évidence différents mouvements frag-mentaires. La calotte céphalique était sujette au glissementtangentiel, les mouvements tubérositaires correspondaientgénéralement à l’écartement et à l’affaissement, enfin lamobilisation du matériel se faisait sous la forme du recul etde l’horizontalisation des vis céphalo-tubérositaires.

Notons que le glissement céphalique était constant pourles 3 montages, que les mouvements tubérositaires n’étaientprésents que 2 fois sur 8 pour les implants Tornier alors qu’ilétait constant pour la plaque Maconor2. Le matériel a pré-senté une horizontalisation constante des vis pour les 3types de montages. Un seul recul apparaissait pourl’implant Tornier1 et aucun pour l’implant Tornier2, alorsqu’il était présent 3 fois sur 4 pour la plaque Maconor2. Letableau IV fait la synthèse de ces résultats d’observation.Sur la base de ces données, la corbeille de griffes semblaitsubjectivement jouer son rôle de maintien des tubérosités.

Les résultats de l’observation de la seconde étude concer-nant le comportement spécifique des tubérosités aprèsostéosynthèse par l’implant prototype étaient très expres-sifs. Les mouvements observés étaient essentiellementtubérositaires sous la forme d’arrachement du tubercule

TABLEAU III. − Résultats des pentes et des charges limites, etanalyse statistique des deux groupes C et D de la secondeétude.

Implant Pente enmm/100N

Chargelimite en N

DMO (10–3

gr/cm2)

Groupe C =Maconor2

5,41 ± 1,19 754 ± 374,4 501,7 ± 45,5

Groupe D =Tornier2

6,09 ± 1,12 766,5 +2 faillites

diaphysaires

494,5 ± 47,6

TABLEAU IV. − Synthèse des résultats d’observation de la première étude.

Groupes Mouvement céphalique :Glissement tangentiel

Mouvement tubérositaire :Ecartement/affaissement

Mouvement des vis :Recul et/ou horizontalisation

A : Tornier1 4 Non : 3Oui : 1

Recul : 1Horizontalisation : 4

B : Maconor2 3+ 1 pénétration du vérin

Oui : 4 Hecul : 3Horizontalisation : 4

E : Tornier2 4 Non : 3Oui : 1

Horizontalisation : 4


majeur (véritable fracture), d’arrachement périosté (équiva-lent de rupture distale de la coiffe des rotateurs à nos yeux).Le matériel quant à lui n’avait pas souffert de ces contrain-tes de traction.

La plaque Maconor2 a présenté 2 arrachements du tuber-cule majeur dont 1 avec écartement et ascension des tubé-rosités, et 2 arrachements périostés dont 1 également avecécartement et ascension tubérositaire.

La plaque Tornier2 a présenté une fracture du tuberculemajeur par arrachement osseux d’un fragment délimité parles griffes, une fracture-impaction d’un fragment osseuxmaintenu en place par la corbeille, et enfin deux faillitesdiaphysaires sans déplacement tubérositaire. Le détail desrésultats de l’observation est consigné dans le tableau V.

Il y a finalement 3 déplacements tubérositaires sur 4 mon-tages Maconor2, et 2 mouvements tubérositaires par frac-ture du tubercule majeur dont une fracture-impaction pourles montages Tornier2.

DISCUSSION

Le matériel expérimental que nous avons utilisé étant despièces anatomiques fraîches conservées par congélation, ilnous paraissait obligatoire de vérifier dans la littératurel’effet de la congélation sur les résistances mécaniquesosseuses. Pour Laforest et al. (16) la congélation n’induitpas de variation des propriétés mécaniques de l’os cortical,pour Linde et al. (17) l’os trabéculaire ne souffre pas de cetype de conservation. Il est par ailleurs important de préciserque selon Panjabi et al. (18) le temps de congélation n’a pasd’influence, et que pour Linde et al. (17) lescongélations/décongélations itératives ne modifient pas lespropriétés mécaniques de l’os. Sur ces bases un protocolede congélation/décongélation a été établi.

Les statistiques ne mettant pas en évidence de différence,les 3 types d’implants sont comparables. Nous avons doncrépondu à la première interrogation sur la résistance globalede l’implant prototype. Il est au moins aussi résistant quel’élément de référence.

Le système de verrouillage de la vis centrale céphalique apour but d’éviter un éventuel recul de la vis et de permettreune meilleure tenue céphalique. En effet, Gicquel et al. (6)ainsi que Instrum et al. (15), lors de leurs tests mécaniquescadavériques d’évaluation du système de fixation par pla-que, avaient mis en évidence une mobilité à la jonctionplaque-vis ayant pour conséquence un déplacement secon-daire des vis lors de la mise en charge de la tête humérale.

Qu’en est-il alors de l’intérêt du système de verrouillagede la vis centrale ? La confrontation des résultats objectifset subjectifs permet peut-être d’apporter une réponse.L’analyse détaillée des résultats mathématiques en valeurabsolue montre que les implants prototypes présentent unemeilleure rigidité, leur pente étant plus faible. La moyennedes charges limites, en valeur absolue, est sensiblement plusimportante pour l’implant Tornier2 que pour la plaqueMaconor2, et beaucoup plus que pour la plaque Tornier1.

Ainsi le montage Tornier1, qui apparaît plus rigide que lemontage Maconor2, tolère moins la charge. Par ailleurs, lesdonnées de l’observation nous apprennent que les mouve-ments tubérositaires sont presque absents pour le montageTornier1. Par conséquent pour les montages Tornier1, toutse passe comme si les contraintes appliquées à la calottecéphalique, au lieu de se dissiper vers les tubérosités etd’être absorbées par elles (d’où les déplacements), étaientréfléchies vers la calotte entraînant ainsi localement uneplus grande force de compression. La relative meilleurerigidité du montage Tornier1 se fait aux dépens de la tolé-rance au chargement. Le montage Tornier2 présente unerigidité semblable au montage Tornier1 mais une toléranceplus importante à la charge, ainsi le système de verrouillagede la vis centrale céphalique apparaît utile pour améliorer latolérance au chargement par une meilleure répartition descontraintes. Malheureusement la différence n’étant pas sta-tistiquement établie ceci ne reste que pure impression.

Selon Karlsson et Peterson (14), la force maximale exer-cée au niveau de l’extrémité proximale de l’humérus saindans le domaine physiologique est de l’ordre de 600N pourun mouvement d’abduction de 90° au sein de l’articulationscapulo-humérale dans le plan de la scapula. Or la résis-tance moyenne de nos fractures « fraîches » pour les mon-tages Tornier est de l’ordre de 750N. Par conséquent, mêmes’il est hasardeux de comparer des données expérimentalesà des conditions cliniques, ces montages prototypes sem-blent adaptés mécaniquement au traitement chirurgical del’extrémité proximale de l’humérus.

Enfin, notons l’absence de corrélation statistique dansnotre étude entre les DMO et les pentes, et les DMO et lescharges limites. Ceci peut s’expliquer par une mesure deDMO insuffisamment précise, tant au niveau de la résolu-tion informatique que des zones d’intérêts. Il est importantde souligner que tout traitement chirurgical conservateur estassujetti à une bonne qualité osseuse. Ceci est d’autant plusvrai pour l’humérus proximal comme l’ont souligné Gerberet al. (3). Cependant un système de verrouillage des vis

TABLEAU V. − Synthèse des résultats d’observation de la secondeétude.

Groupe Mvt tubérositaire

C : Maconor Arrachement partiel du trochiter : 2

Arrachement périosté : 2

Ecartement et ascension : 2

D : Tornier2 Faillite diaphysaire : 2

Fracture du trochiter avec impactiondu fragment : 1

Arrachement partiel du trochiter : 1


céphaliques peut pallier une mauvaise qualité osseuse.Ainsi le traitement chirurgical conservateur par plaque quiest légitime chez les sujets jeunes pour les fractures com-plexes, peut être une alternative à l’arthroplastie chez lespersonnes âgées compte tenu du système de verrouillage.

Pour ce qui est du comportement spécifique des tubéro-sités, les statistiques montrent qu’il n’y a pas de différenceentre les 2 montages. Cependant les différences de compor-tement macroscopique sont telles que nous avons pousséplus avant l’analyse des résultats en confrontant les donnéeschiffrées et les données de l’observation, et que nous noussommes permis d’avancer certaines explications.

La rigidité des 2 implants pour un effort de traction estsemblable. L’analyse de Variance pour les charges limitesn’a pas été recherchée compte tenu des 2 faillites diaphysai-res, mais la moyenne de ces 2 montages est comparable àcelle des implants Maconor2.

Les données de l’observation nous rapportent que 2 mon-tages Maconor2 ont présenté un arrachement du tuberculemajeur dont 1 avec mouvement tubérositaire complémen-taire par ascension et écartement, et 1 arrachement périostéprésentant les mêmes mouvements tubérositaires associés.Ainsi 3 des 4 montages Maconor2 ont subi une mobilisationtubérositaire.

A contrario, les montages Tornier2 n’objectivent qu’unmouvement tubérositaire par arrachement du tuberculemajeur, fragment limité par l’espace entre 2 griffes. La frac-ture impaction est à mettre au bénéfice de la corbeille degriffes puisqu’elle a empêché le déplacement du fragment.Enfin, le fait que les deux faillites diaphysaires ne soientassociées à aucun déplacement montre que le système tubé-rositaire a résisté au minimum à cette charge de rupture del’ordre de 600N, et laisse penser que les contraintes ne fontque passer pour aller s’épuiser au niveau du point de fai-blesse suivant. Cette observation plaide la cause du rôle demaintien des tubérosités par la corbeille. En résumé, lesmontages Tornier2 présentent un seul mouvement tubérosi-taire contre 3 pour les plaques Maconor2. Même si la diffé-rence statistique n’existe pas, il est légitime de penser au vudes observations que les griffes sont efficaces et que leurintérêt en clinique peut être important, même s’il est hasar-deux de tirer des conclusions sur des données subjectives.

Les données de la littérature rapportent par Karlsson etPeterson (14) que les forces maximales exercées par le ten-don du supra-spinatus lors d’un mouvement d’abduction de60° sont de l’ordre de 120N. L’infra-spinatus présente uneforce maximale de 80N pour 60° d’abduction et le sub-scapularis de 120N pour une abduction de 90°. Ainsi cenouveau système d’ostéosynthèse est adapté à la bioméca-nique de l’humérus proximal, comme l’est l’élément deréférence, cependant sur les bases de l’observation le main-tien des tubérosités semble meilleur pour la plaque proto-type.

Les limites de notre étude sont claires. Les différencesqui apparaissent à l’observation ne sont pas confirmées parles statistiques, la raison en est certainement les faibleseffectifs. Un effectif plus important par groupe aurait pro-bablement permis de mettre en évidence cette différence sipalpable.

Il s’agit de tests reprenant des situations extrêmes soumi-ses à des contraintes supra-physiologiques et il est toujourshasardeux d’extrapoler à la clinique des résultats obtenus defaçon expérimentale.

Notre modèle expérimental reprend certes une fracturecomplexe, mais dont les traits de fracture sont nets et lesfragments bien individualisés. La réduction est donc aiséeet le positionnement de la plaque et des vis n’en est que plusfacile, permettant une meilleure stabilité mécanique dumontage comparée aux conditions cliniques.

La plaque prototype a été conçue pour être indifférem-ment droite ou gauche. Pour cette adaptation, les pattes ontété prévues sécables afin d’épouser l’anatomie de l’humé-rus proximal. L’expérience d’ostéosynthèse de ces « frac-tures artificielles », nous apprend que les 2 premières griffespermettent la fixation du tubercule mineur et que les 2 sui-vantes permettent la synthèse du tubercule majeur, en pas-sant en pont au-dessus du sillon inter-tuberculaire, les 2griffes les plus postérieures étant de ce fait facultatives. Surces bases nous préconisons une voie d’abord delto-pectorale, plus ou moins élargie en fonction des cas.L’adaptation de l’implant se faisant par section des pattespostérieures, permettant ainsi une voie d’abord unique avecpour effet de minimiser l’agression chirurgicale des partiesmolles, tant chez le sujet jeune qui veut récupérer rapide-ment, que chez le sujet âgé qui a besoin de toutes ses capa-cités pour récupérer au mieux une fonction.

CONCLUSION

L’implant prototype présente une résistance mécaniqueglobale équivalente statistiquement à l’élément de réfé-rence, il est donc au moins aussi performant. La preuve duverrouillage de la vis centrale céphalique n’a pas pu êtreétablie, même si son intérêt est fortement pressenti surl’amélioration de la tolérance au chargement par unemeilleure répartition des contraintes. L’apport du systèmede corbeille de griffes n’a pas été démontré, cependant lesdonnées de l’observation vont dans le sens des espoirs quiont été portés sur elle, et laissent à penser que des testsréalisés sur une plus grande série auraient permis probable-ment de mettre en évidence cette différence si palpable.

La comparaison des données de la littérature montre quele prototype est adapté à la mécanique de l’humérus proxi-mal. Il résiste aux contraintes physiologiques auxquellesseraient soumis un humérus proximal ostéosynthésé, per-mettant de ce fait la mobilisation par mouvement pendulaireet kinésithérapie passive en postopératoire immédiat.

Il est important de rappeler que la DMO est reliée théori-quement sur les bases de la littérature à la résistance méca-


nique osseuse, ainsi l’ostéosynthèse stable par plaque peuts’étendre à toute la population des fractures complexes del’humérus proximal mais est probablement mieux adaptée àune population dont l’os est de bonne qualité.

Malgré des résultats subjectifs encourageants, nous nepouvons conclure statistiquement sur l’intérêt de cetimplant prototype. Cependant la résistance mécanique glo-bale est comparable aux implants utilisés et les chiffres sontconformes aux données de la littérature. Ces résultats nousautoriseraient à réaliser une étude clinique prospective quipourrait permettre de valider l’apport de cette corbeille degriffes.

Remerciements

Les auteurs remercient le laboratoire Tornier pour son soutien etson aide pour la réalisation de cet implant prototype et de cetteétude expérimentale. Publication avec l’autorisation du labora-toire Tornier.

Références1. BIGLIANI LU : Fractures of the proximal humerus. In: ROC-

KWOOD CA, MATSEN FA III : The Shoulder. Philadelphia,WBSaunders, 1990, 1, 278-334.

2. ROSE SH, MELTON LJ, MORREY BF, ILSTRUP DM, RIGGS BL :Epidemiologic features of humeral fractures. Clin Orthop,1982, 168, 24-30.

3. GERBER C, HERCHE O, WARNER JJP : Place de l’ostéosyn-thèse dans les fractures complexes. In: Traumatismes récentsde l’épaule, Cahiers d’enseignement de la SOFCOT no 56,Paris, éd. Expansion Scientifique Française, 1996, 104-117.

4. ESSER RD : Ostéosynthèse par plaque des fractures à trois etquatre fragments. In : Traumatismes récents de l’épaule,Cahiers d’enseignement de la SOFCOT no 56, Paris, éd.Expansion Scientifique Française, 1996, 81-87.

5. CUNY C, PFEFFER F, IRRAZI M, CHAMMAS M, EMPEREUR F,BERRICHI A, METAIS P, BEAU P : Un nouveau clou verrouillépour les fractures proximales de l’humérus. Rev Chir Orthop,2002, 88, 62-67.

6. GICQUEL P, BONNOMET F, BOUTEMY P, SCHLEMMER B,KEMPF JF : Étude comparative expérimentale de trois systè-mes d’ostéosynthèse des fractures de l’humérus proximal. RevChir Orthop, 1999, 85, 811-820.

7. SEIDEL H : Humeral locking nail: a preliminary report. Ortho-pedics, 1989, 12, 2, 219-226.

8. CURREY JD : The mechanical consequence of variation in themineral content of bone. J Biomechanics, 1969, 2, 1-11.

9. KELLER TS : Predicting the compressive mechanical behaviorof bone. J Biomechanics, 1994, 27, 1159-1168.

10. SIEVANEN H, KANNUS P, OJA P, VUORI I : Precision of dualenergy x-ray in the upper extremities. Bone Miner, 1993, 20,235-243.

11. SARAGAGLIA D, LEROY JM, TOURE Y : Ostéosynthèse parplaque vissée des fractures de l’extrémité supérieure del’humérus. In : BONNEL F, BLOTMAN F, MANSAT M :L’épaule. Springer-Verlag, France, 1993, 542-547.

12. NEER CS II : Displaced proximal humeral fractures. Part I.Classification and evaluation. J Bone Joint Surg (Am), 1970,52, 1077-1089.

13. POPPEN NK, WALKER PS : Forces at the glenohumeral jointin abduction. Clin Orthop, 1978, 135, 165-170.

14. KARLSSON D, PETERSON B : Towards a model for forcepredictions in the human shoulder. J Biomechanics, 1992, 25,189-199.

15. INSTRUM K, FENNELL C, SHRIVE N, DAMSON E, SONNABENDD, HOLLINSHEAD : Semitubular blade plate fixation in proxi-mal humeral fractures: a biomechanical study in a cadavericmodel. J Shoulder Elbow Surg, 1998, 7, 462-466.

16. LAFOREST P, KEMPF JF, FOLLEA G, KARGER C, KEMPF I :Comparaison des qualités mécaniques de l’os cortical debanque suivant la méthode de congélation. Rev Chir Orthop,1991, 77, 389-395.

17. LINDE F, SORENSEN HCF : The effect of different storagemethods on the mechanical properties of trabecular bone. JBiomechanics, 1993, 26, 1249-1252.

18. PANJABI MM, KRAG M, SUMMERS D, VIDEMAN T : Biome-chanical time-tolerance of fresh cadaveric human spine spe-cimens. J Orthop Res, 1985, 3, 292-300.


Documents

Un nouvel implant pour les fractures de l’humérus proximal : la plaque à corbeille