Influence du module d'élasticité des tiges fémorales de prothèses totales de hanche et de la collerette sur la répartition des déformations du fémur

Summary

Experiments have shown that stress shielding resulting from implantation of a prosthesis is related to the stiffness of the implant. Stiffness depends on the Young's modulus of the material used and the design of the implant. Most published studies have not attempted to define the relative importance of these two components. We have studied the influence of the elastic modulus only in an experiment using implants of a uniform design. Strain gauges were attached to the calcar in five femurs, three of which also had gauges placed on their medial, lateral and anterior aspects. Surface strain was measured in the intact femur and after implantation of cemented prostheses of the same design but manufactured with or without a collar in stainless steel or titanium alloy. The highest level of calcar strain was recorded with the titanium alloy prosthesis, and the presence of a collar appeared to increase the stress transfer of bone. This effect on stiffness was statistically significant, but was limited to the proximal part of the upper femur. It was not significant in the sub-trochanteric area, due to individual variations in bone geometry and cortical thickness. These results indicate that stress shielding can be directly related to the Young's modulus of the material used, independent of the design of the prosthesis.

Résumé

Il est acquis sur des bases expérimentales que le phénomène de déviation des contraintes (stress shielding) secondaire à la mise en place d'une prothèse articulaire est fonction de sa rigidité. Ce paramètre dépend simultanément de la nature du matériau utilisé et de la géométrie de l'implant. La plupart des études qui ont été réalisées dans ce domaine ont fait varier simultanément ces deux facteurs, aussi le but de cette étude est-il d'évaluer uniquement l'influence du module d'élasticité du matériau, sans faire varier la géométrie de la prothèse. Cinq fémurs ont été instrumentés avec des jauges de contrainte réparties sur l'éperon de Merckel et trois d'entre eux ont en plus été instrumentés sur leurs faces interne, externe et antérieure. Les déformations des os ont été mesurées sur l'os intact et après mise en place d'une prothèse cimentée en acier ou en alliage de titane, avec ou sans collerette. Le plus haut niveau de déformation de l'éperon de Merckel est obtenu avec les prothèses en alliage de titane; l'adjonction d'une collerette améliore la transmission des contraintes à l'os. L'effet rigidité est statistiquement significatif mais limité à la partie toute proximale du fémur; il n'est plus significatif dès la région sous-trochantérienne pour des raisons qui tiennent aux variations individuelles de géométrie et d'épaisseur corticale des os. Ces résultats montrent que la déviation des contraintes peut être directement liée au module d'élasticité du matériau utilisé, indépendamment de la géométrie de la prothèse.