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Etude clinico-expérimentale sur l'efficacité de l'utilisation d'implants avec revêtements à base de composés extradurs

iplant-rat-cuivre
Auteur : Dr Manirambona Jean Claude, docteur vétérinaire
Des études portant sur la biocompatibilité des implants faits de cuivre, d’acier médical simple 12XI8H9T, d’acier médical 12XI8H9T revêtu de nitrures de Titanium et de Hafnium, et d’acier médical  12XI8H9T revêtu de nitrures de Titanium et de Zirconium ont été menées.
 

Manirambona Jean Claude1, Shakirova F.V.2, Аchtyamov I.F.3 ,Gatina E.B4.  

1 Aspirant au PhD au Département de chirurgie Vétérinaire;  
2 Docteur de Sciences Vétérinaires au Département de chirurgie Vétérinaire à l’Académie d’Etat de Médecine Vétérinaire de Kazan, Russie;              
3 Docteur de Sciences Médicales, Professeur et Directeur du Département de Traumatologie, orthopédie et de chirurgie des cas d’urgence à l’Université d’Etat de Médecine de Kazan, Russie;                                
4 PhD. chercheur au Département de Traumatologie, orthopédie et de chirurgie des cas d’urgence.


Résumé

Des études portant sur la biocompatibilité des implants faits de cuivre, d’acier médical simple 12XI8H9T, d’acier médical 12XI8H9T revêtu de nitrures de Titanium et de Hafnium, et d’acier médical  12XI8H9T revêtu de nitrures de Titanium et de Zirconium ont été menées. Des études expérimentales sur des rats blancs ont montré qu’en utilisant des implants faits d’acier médical  12XI8H9T revêtu de nitrures de Titanium et de Hafnium, les réactions inflammatoires des tissus mous autour de l’implant étaient moins sévères. Par contre, les implants en acier médical 12XI8H9T avec revêtements de nitrures de Titanium et de Zirconium ont occasionné  sur l’organisme des rats en expérimentation un impact local et général négatif  (inflammations locales et générales, alopécies, perte de poids). Cependant, au terme de l’expérience, la valeur moyenne de poids la plus élevée a été observée dans ce même groupe.


Mots-clés

rats, implants, nitrures de Titan et de Hafnium, nitrures de Titan et de Zirconium.  


Introduction

L’actualité du thème est conditionnée par la quête et la mise en place des implants d’ostéosynthèse qui répondraient aux critères du moment, à savoir la non-toxicité et la non-oxydabilité [1]. Aussi l’aspect le plus important est l’utilisation des méthodes expérimentales qui permettent d’apprécier de manière la plus correcte et fiable l’interaction de ces implants avec les tissus environnants [3]. La durée d’utilisation des endoprothèses est limitée par la lyse de l’os autour de l’élément métallique en raison de l’activité biologique du métal, ce qui provoque une déstabilisation de l’implant [2]. La plus grande lacune que présente la majorité des implants est le fait qu’ils sont susceptibles de subir une corrosion, ce qui diminue la solidité/résistance mécanique des implants et intoxique l’organisme, par la suite, par le passage des ions métalliques en solution [4]. Les revêtements qui sont potentiellement fiables et qui constituent les techniques d’avenir sont ceux contenant du nitrure de Hafnium qui sont caractérisés par leur neutralité chimique.
L’objectif de ce travail était de mener une étude comparée de l’impact des implants faits de cuivre (Cu), d’acier médical simple 12XI8H9T, d’acier médical 12XI8H9T revêtu de nitrures de Titane et de Hafnium (TiN+NHf) et d’acier médical 12XI8H9T revêtu de nitrures de Titane et de Zirconium (TiN+ZrN) sur l’état clinique de l’organisme des rats de laboratoire après ostéosynthèse transosseuse avec l’utilisation des implants cités plus haut. 

Matériel et Méthode

Les recherches ont été menées selon les normes ISO 10993(Р). Les expériences ont été conduites sur des rats blancs mâles. Les implants étaient introduits chez les rats (sous anesthésie générale après prémédication dans des conditions stériles) au niveau de la partie centrale de la diaphyse de l’os tibial après alésage préalable. Les implants se présentaient comme des pointes de longueur de 8-10 cm et d’un diamètre de 2mm. La surface des échantillons correspondait aux standards utilisés  en  traumatologie. Les  rats ont été sélectionnés et subdivisés en 4 groupes selon les implants à introduire aux rats: groupe 1 (n=20) –introduction d’implants faits de cuivre(Cu), groupe 2 (n=20 )- introduction d’implants faits d’ acier médical simple 12XI8H9T, groupe 3 (n=20)– introduction d’implants faits d’ acier médical 12XI8H9T , mais revêtus de nitrures de Titane et de Hafnium (TiN+NHf), groupe 4(n=20) – introduction d’implants faits d’acier médical 12XI8H9T revêtus de nitrures de Titane et de Zirconium (TiN+ZrN).


Méthodes de traitement statistique des données

Pour toutes les données quantitatives, il a été calculé la moyenne  arithmétique collective pour chaque groupe (M), l’erreur (m), les valeurs maximales et minimales de la moyenne arithmétique. Les résultats obtenus ont été traités statistiquement à l’aide de logiciels informatiques appropriés SPSS V.13.0. Afin de mener une appréciation de la significativité des différences, une analyse de variance  a été utilisée. Pour des comparaisons multiples, le critère t-Student avec une modification Bonferroni a été utilisé. Les différences étaient reconnues significatives pour des valeurs de p<0, 05.


Résultats et Discussion

L’état général des rats en expérimentation pendant la période postopératoire était relativement satisfaisant, l’appétit était maintenu. Chez les rats du 4ème groupe (revêtements au nitrure de Titane et de Zirconium) la période postopératoire était compliquée par la présence d’écoulements hémorragiques nasaux et conjonctivaux, d’ulcérations des muqueuses nasales et buccales ainsi que d’orchites.
Les implants se trouvaient en contact direct avec les entités suivantes: tissus mous entourant la diaphyse de l’os tibial, le périoste et la substance lamellaire de l’os. Ainsi au sein des tissus mous, tout autour de l’implant fait de cuivre(Cu) on pouvait observer une capsule faite de tissu conjonctif contenant un exsudat épais et purulent de couleur jaunâtre. Chez les rats portant des implants aux revêtements en nitrures de Titane et de Zirconium, on observait une tuméfaction locale sans démarcation des contours de l’implant. Dans d’autres groupes (acier médical simple 12XI8H9T et acier médical 12XI8H9T revêtu de nitrures de Titane et de Hafnium) on a enregistré aucun changement des tissus mous entourant l’implant.
Dans le groupe où l’on a utilisé des implants faits de cuivre, le poids des animaux augmentait constamment: Ainsi, au 10ème jour de l’expérience l’augmentation du poids était de 5, 1%. Au 30ème jour l’augmentation était égale à 15, 3%. Au terme du 60ème jour de l’expérience le poids des rats avait augmenté de 25, 7%, tandis qu’au 90ème jour l’augmentation totale en poids atteignait 39, 9%. Chez les rats du groupe 12ХI8Н9Т au 10ème  jour l’augmentation du poids était égale à 5,6% , au 30ème jour : 21,4% , au 60ème jour : 42,4%, et au 90èmejour : 44,6%.
Dans le groupe TiN+NHf au 10ème jour de l’expérience l’augmentation du poids était de 2, 3 %. Au 30ème jour l’augmentation était égale à 10, 8%. Au terme du 60ème jour de l’expérience le poids des rats avait augmenté de 28, 7 %, tandis qu’au 90ème jour l’augmentation totale en poids atteignait 28, 4 %. Dans le groupe TiN+ZrN, au 10ème jour de l’expérience l’augmentation du poids était de 8,5%. Au 30ème jour l’augmentation était égale à 24,1%. Au terme du 60ème jour de l’expérience, le poids des rats avait augmenté de 44, 2 %, tandis qu’au 90ème jour l’augmentation totale en poids atteignait 33,8 %.
En analysant les résultats obtenus, on peut classer les différents groupes par ordre décroissant du poids des rats.

tableau 1
Fig.1. Changement de poids des rats dans le temps et selon le type d’implant.    

La comparaison au sein du même groupe donne les résultats suivants: dans le groupe 12ХI8Н9Т l'augmentation totale en poids chez les rats depuis le début jusqu’à la fin de l’expérience s’élève à 44,03%. Par rapport au poids initial, une différence statistiquement significative ne commence à s’observer qu’à partir du 60ème  (p=0,046), puis au 90ème jour (p=0,001).  
L’augmentation du poids des rats du groupe Cu pendant toute la période expérimentale est égale à 38,09%. De même une différence statistiquement significative ne commence à s’observer qu’à partir du 60ème (p=0,003), puis au 90ème jour (p=0,001).  
Dans le groupe TiN+NHf cette augmentation est de 27,8%. La différence s’observe également à partir du 60ème jour (p=0,001) et continue au 90ème jour (p=0,0001). Les rats du groupe TiN+ZrN présentent une augmentation générale en poids de 33,9%. La différence statistique entre poids initial et final des rats dans ce groupe s’observe également à partir du 60ème jour (p=0,021) puis au 90ème (p=0,005). Chez les animaux de tous les groupes la température change indépendamment de l’implant et de la durée de l’expérience, restant ainsi dans les limites des normes physiologiques. Une différence statistiquement significative par rapport à cet indicateur (température) n’est pas détectée.

tableau


Conclusion

Chez les rats du 4èmegroupe (TiN+ZrN), la période postopératoire était compliquée par la présence d’écoulements hémorragiques nasaux et conjonctivaux, d’ ulcérations des muqueuses nasales et buccales et d’orchites. Ainsi, en plus de l’impact négatif local (inflammations dans la région de l’implant), les implants portant des revêtements en nitrures de Titane et de Zirconium engendrent des effets négatifs dans l’organisme des rats de l’expérience (blépharites, orchites, perte de poils). Toutefois, c’est dans ce même groupe que l’on obtient la moyenne de poids la plus élevée. Mais le simple gain de poids ne permet pas de conclure de l’impact positif  de ces implants sur l’organisme, étant  donné que sur des cultures cellulaires in vitro, ces implants présentent un index de prolifération élevé[5]. Chez les animaux des autres groupes (acier médical simple 12ХI8Н9Тet acier médical 12ХI8Н9Т avec revêtement en nitrures de Titane et de Hafnium), on a enregistré aucun changement significatif des tissus entourant ces implants.    


Références bibliographiques

1.Аbdullin I. CH., Мironov M. М. Garipova G. I. Revêtements bactéricides et biologiquement stables pour des implants et instruments médicaux // Меd.теchnika.-2004.-№4, p.20-22;
2. Horowitz SM, Purdon MA. Mechanisms of cellular recruitment in aseptic loosening of prosthetic joint implants. Calcif Tissue Int 1995; 57:301-5;
3. Amstutz HC, Campbell P, Kossovsky N, Clarke IC. Mechanism and clinical significance of wear debris induced osteolysis. Clin Orthop. 1992; 276:7-18;  
4. G. Sovak, A. Weiss, I. Gotman Osseointegration of Ti6Al4V alloy implants coated with titanium nitride by a new method. British editional society of bone and joint surgery, 2000, №2,Р.290-296;  
5. Steinemann SG. Metal implants and surface reactions. Injury1996;27:Suppl 3:SC16-22.

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