Des ingénieurs américains de l’université de Rice sont parvenus à modéliser et prédire la durée de vie des implants de hanche. Pour cela, ils ont intégré la dynamique des fluides et la rugosité des surfaces articulaires, en plus des facteurs que les cliniciens utilisent généralement pour prédire dans quelle mesure les implants résisteront à leurs attentes. L'objectif immédiat de l'équipe de chercheurs est de concevoir des prothèses plus robustes. 

Une prothèse classique, une durée de vie estimée à 15 ans

Les ingénieurs ont estimé que les bases de référence utilisés antérieurement pour déterminer l’espérance d’une vie d’une prothèse de hanche sont limitées puisqu'elles se fondent uniquement sur la marche. “Lorsque nous parlons aux chirurgiens, ils nous disent que beaucoup de leurs décisions sont basées sur leur riche expérience, poursuit Nia Christian, auteure de l’étude qui paraîtra dans le numéro de mars de la revue Bitrobiology. Mais certains ont exprimé le souhait de disposer de meilleurs outils de diagnostic pour prédire la durée de vie d'un implant.” Le nouveau modèle développé par les chercheurs pourrait non seulement mieux prédire la durée de vie d’un implant mais également aider les cliniciens à personnaliser les articulations de la hanche pour les patients en fonction du sexe, du poids, de l'âge et des variations de la démarche.

La durée de vie d’une prothèse est estimée à environ 15 ans. “Quinze ans me semblent longs, mais si vous avez besoin de mettre une hanche artificielle dans une personne jeune et active, vous voulez qu'elle dure plus longtemps afin qu'elle ne subisse pas plusieurs chirurgies”, a avancé la chercheuse. Les simulateurs physiques, actuellement utilisés pour prédire la durée de vie des prothèses, doivent exécuter des millions de cycles pour déterminer les points d'usure et de défaillance et peuvent prendre des mois pour obtenir des résultats. Le modèle développé par les chercheurs simplifie le processus en analysant des données de capture de mouvement réelles.

Des débris de la prothèse dans l’organisme

La nouvelle étude intègre les quatre modes distincts de la physique en jeu dans le mouvement de la hanche : mécanique des contacts, dynamique des fluides, usure et dynamique des particules. “Aucune étude précédente n'a considéré les quatre simultanément”, selon les chercheurs. Un problème que d'autres n'ont pas envisagé, notent-ils, est le changement de composition du lubrifiant entre les os. Les articulations naturelles contiennent du liquide synovial, un liquide extracellulaire sécrété par la membrane synoviale, tissu conjonctif qui tapisse l'articulation. Lors du remplacement d'une hanche, la membrane est préservée et continue d'exprimer le fluide. “Dans les articulations naturelles saines, le fluide génère suffisamment de pression pour que vous n'ayez pas de contact, donc nous marchons tous sans douleur, a précisé Fred Higgs de la Brown School of Engineering. Mais une articulation artificielle de la hanche subit généralement un contact partiel, ce qui s'use et détériore de plus en plus votre articulation implantée avec le temps. Nous appelons ce type de lubrification mixte par frottement.”

Ce frottement peut entraîner des débris d'usure, en particulier à partir de la matière plastique, un polyéthylène de poids moléculaire ultra élevé, couramment utilisé comme emboîture dans les articulations artificielles. Ces particules se mélangent au liquide synovial et peuvent parfois s'échapper de l'articulation. “Finalement, ils peuvent desserrer l'implant ou provoquer la dégradation des tissus environnants, poursuit Nia Christian. Et ils sont souvent transportés vers d'autres parties du corps, où ils peuvent provoquer de l'ostéolyse. Il y a beaucoup de débats sur leur destination, mais vous voulez éviter qu'ils n'irritent le reste de votre corps.” 

Selon les chercheurs, utiliser des douilles en métal plutôt qu'en plastique peut être une solution. “Il y a eu une forte poussée vers les hanches métal sur métal parce que le métal est durable, a justifié Nia Christian. Mais certains d'entre eux provoquent la rupture des copeaux de métal. À mesure qu'ils s'accumulent avec le temps, ils semblent être beaucoup plus dommageables que les particules de polyéthylène.”