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Apr 29, 2023

Croissance excessive des os longs chez le lapin par stimulation de la croissance par la création d'un trou métaphysaire

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9284 (2023) Citer cet article

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Une croissance excessive des os longs a été notée chez les patients pédiatriques ayant subi une reconstruction du ligament croisé antérieur. L'hyperémie lors de la création d'un trou métaphysaire et la micro-instabilité créée par le trou de forage peuvent induire une prolifération. Cette étude visait à déterminer si la création d'un trou métaphysaire accélère la croissance et augmente la longueur osseuse et à comparer les effets de la stimulation de la croissance entre la création d'un trou métaphysaire et la résection périostée. Nous avons sélectionné des lapins blancs mâles de Nouvelle-Zélande âgés de 7 à 8 semaines. La résection périostée (N = 7) et la création de trous métaphysaires (N = 7) ont été réalisées sur les tibias de lapins au squelette immature. Sept témoins fictifs supplémentaires ont été inclus en tant que témoins appariés selon l'âge. Dans le groupe trou métaphysaire, le trou a été réalisé à l'aide d'une broche de Steinman au même niveau de résection périostée, et l'os spongieux sous la physe a été retiré par curetage. L'espace vacant dans la métaphyse sous la physis était rempli de cire osseuse. Les tibias ont été prélevés 6 semaines après la chirurgie. Le tibia opéré était plus long dans le groupe trou métaphysaire (10,43 ± 0,29 cm vs 10,65 ± 0,35 cm, p = 0,002). La prolifération était plus élevée dans le groupe trou métaphysaire (3,17 ± 1,16 mm) que dans le groupe fictif (− 0,17 ± 0,39 mm, P < 0,001). La prolifération dans le groupe trou métaphysaire était comparable à celle du groupe résection périostée (2,23 ± 1,52 mm, P = 0,287). Chez les lapins, la création d'un trou métaphysaire et l'interposition avec de la cire osseuse peuvent stimuler la prolifération des os longs, et la quantité de prolifération est similaire à celle observée dans la résection périostée.

Une croissance excessive des os longs a été rapportée dans les populations pédiatriques1,2,3,4. En raison de la prolifération après une fracture, la stimulation de la croissance par le décapage ou la division du périoste a été mentionnée comme l'une des causes, et l'effet des lésions périostées circonférentielles sur la prolifération a été prouvé par diverses études animales5,6,7,8. Cependant, la prolifération d'un os long est également notée sans dommage périosté large. Une croissance excessive a également été notée chez les patients pédiatriques qui avaient subi une reconstruction du ligament croisé antérieur (LCA)3,9. Lors de la reconstruction du LCA, il n'y avait pas de lésion périostée circonférentielle ; au lieu de cela, le trou de forage a été fait de la métaphyse à l'épiphyse, et le trou a été rempli d'une greffe de tendon. La prolifération a également été signalée chez les enfants présentant une fracture métaphysaire proximale en tant que phénomène de Cozen, et la prolifération après une rupture corticale proximale sans dommage périosté étendu a été confirmée dans une étude animale10,11. Il est possible qu'en plus des lésions périostées, il existe un autre mécanisme lié à la prolifération osseuse.

Une activité métabolique accrue au niveau de la physis ou une instabilité osseuse a été suggérée comme l'autre cause possible de la prolifération12,13. Le trou cortical réalisé par forage au niveau de la métaphyse pourrait augmenter l'activité métabolique au niveau de la physis par hyperhémie et le grand trou cortical serait lié à l'instabilité osseuse. Lors de la reconstruction du LCA, un trou cortical réalisé au niveau de la métaphyse de la phyis et l'interposition de l'espace vacant avec le tendon peuvent favoriser l'hyperhémie et la micro-instabilité osseuse3,14.

Nous avons émis l'hypothèse que la création d'un trou métaphysaire et l'interposition avec un matériau différent de l'os, tel qu'un tendon, peuvent induire une prolifération. Cette étude visait à déterminer si la création d'un trou métaphysaire accélère la croissance osseuse et augmente la longueur osseuse et à comparer les effets de la création d'un trou métaphysaire sur la stimulation de la croissance avec la résection périostée.

Dans le groupe témoin factice, il n'y avait pas de différence de longueur du tibia entre le côté témoin (107,1 ± 2,3 mm) et le côté opération (106,7 ± 2,3 mm, P = 0,166). Cependant, dans le groupe trou métaphysaire, le côté opératoire était plus long (104,3 ± 2,9 mm vs 106,5 ± 3,5 mm, p = 0,002). La prolifération moyenne était de 3,17 ± 1,16 mm dans le groupe trou métaphysaire (P < 0,001) contre -0,17 ± 0,39 mm dans le groupe fictif (Fig. 1a).

Croissance excessive des tibias de lapin dans les groupes de trous factices et métaphysaires. ( a ) Analyse de quantification des longueurs de prolifération des groupes de trous factices et métaphysaires à l'aide d'images radiographiques de tibias de lapin (n = 7 par groupe). Les longueurs de prolifération ont été mesurées par le logiciel Image J. ( b ) Analyse de quantification des groupes de faux taux d'apposition minérale (MAR) et de trous métaphysaires à l'aide des images de marquage à double calcéine (n = 3 par groupe). MAR (µm/jour) = double espacement des lignes de fluorescence/jours entre les deux lignes. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001 par rapport au simulacre.

Dans la coloration H&E, la hauteur de la plaque de croissance était plus significative dans le groupe trou métaphysaire (273,1 ± 15,9 µm) que dans le groupe fictif (206,6 ± 13,4 µm) (P < 0,001). Le taux de croissance du marquage osseux à la calcéine était également plus élevé dans le groupe du trou métaphysaire (12, 5 ± 4, 94 µm / jour) par rapport au groupe fictif (0, 66 ± 0, 55 µm / jour) (P <0, 01) (Fig. 1b).

Dans le groupe résection périostée, le côté opéré était plus long que le côté non opéré (107,5 ± 2,0 mm vs 105,3 ± 2,2 mm, P = 0,008), et la prolifération (2,23 ± 1,52 mm) était significativement plus élevée par rapport au simulacre groupe (− 0,17 ± 0,39 mm, P < 0,001). Cependant, il n'y avait pas de différence dans la longueur de la prolifération entre les groupes de résection périostée et de trou métaphysaire (P = 0,219) (Fig. 2).

Images radiographiques de tibias de lapin à 6 semaines après la chirurgie. La chirurgie a été réalisée sur le tibia gauche.

Dans le groupe résection périostée, la hauteur de la plaque de croissance (258,0 ± 14,1 µm) et le taux de croissance (11,73 ± 2,51 µm/jour) étaient supérieurs à ceux du groupe fictif (P = 0,017, P < 0,05, respectivement) ( figure 3). Cependant, il n'y avait aucune différence dans la hauteur de la plaque de croissance et le taux de croissance (P = 0,287 et P = 0,661, respectivement) entre les groupes de résection périostée et de trou métaphysaire (Tableau 1).

Analyse histologique de la croissance osseuse après chirurgie. ( a ) Coloration à l'hématoxyline et à l'éosine pour la prolifération osseuse à l'aide de tissus osseux décalcifiés. La distance entre les lignes pointillées rouges et noires représente une nouvelle barre d'échelle de la zone osseuse, 2 mm. ( b ) Analyse d'histomorphométrie dynamique osseuse pour l'évaluation du taux de croissance sur le tibia à l'aide d'échantillons d'os non décalcifiés. Pour l'analyse histomorphométrique dynamique, de la calcéine (15 mg/kg) a été injectée par voie sous-cutanée aux lapins 3 et 7 jours avant le sacrifice. Les doubles marqueurs de calcéine ont été mesurés en utilisant la microscopie à fluorescence. La distance entre les lignes pointillées rouges et jaunes représente une nouvelle zone osseuse.

La prolifération des os longs est rencontrée dans la population pédiatrique. La prolifération fémorale après une fracture est un phénomène bien connu, et on pense que le décollement ou la blessure du périoste est l'une des causes de la prolifération. Cependant, une prolifération a également été observée après reconstruction du LCA. Dans ces procédures, il n'y a pas de décollement ou de division du périoste. Au lieu de cela, la pénétration de l'os cortical, l'élimination de l'os spongieux et le remplissage de l'espace vacant avec du tendon sont les éléments clés. Nous avons émis l'hypothèse que la création d'un trou métaphysaire et l'interposition avec d'autres matériaux de l'os pourraient stimuler la prolifération. Le tibia des lapins a démontré une prolifération significative après la création d'un trou métaphysaire et l'interposition avec de la cire osseuse, la quantité de prolifération étant comparable à celle de la procédure périostée.

La longueur de l'os dans le groupe du trou métaphysaire était significativement plus grande que celle du côté opposé. La prolifération dans le groupe trou métaphysaire était de 3,17 ± 1,16 mm, soit environ 2,9 % de la longueur du membre opéré. Cohen et al. ont revu 26 cas de reconstructions transphysaires du LCA14. Ils ont signalé une prolifération moyenne de 1,2 ± 3,2 mm, la prolifération maximale étant de 7 mm. Calvo et al. ont revu 27 patients âgés en moyenne de 13 ans et ont rapporté une prolifération moyenne de 1,6 mm (extrêmes, - 4 à 8 mm)15. Ces études ont estimé la sécurité de la reconstruction transphysaire du LCA dans l'os immature, de sorte qu'aucune prolifération quantifiable n'a été trouvée dans leurs résultats. Seuls Zimmerman et al. ont rapporté une prolifération du tibia de 1 cm et une prolifération du fémur de 1,8 cm, qui représentaient environ 2,4 % et 3,5 % de chaque os après reconstruction transphysaire du LCA, chez un garçon de 10 ans3. Ce taux de prolifération du tibia était similaire à notre découverte. Cependant, nous n'avons pas fait de trou au niveau de la physis pour éviter les dommages directs ; par conséquent, l'effet des dommages physaires était difficile à prédire directement.

Si les lésions physaires et l'interposition avec le ligament stimulent la prolifération pendant la reconstruction du LCA, la prolifération peut ne pas se produire dans cette étude car nous avons fait le trou sous la physe. Cependant, nous avons noté une prolifération après la création du trou métaphysaire et l'interposition avec de la cire osseuse sans violation de la physe. Une prolifération a également été rapportée après toutes les reconstructions épiphysaires du LCA2,16,17. Lors de toutes les reconstructions épiphysaires du LCA, il n'y a pas de lésion physaire, mais une hyperémie peut survenir par forage épiphysaire. Dans une précédente étude chez le lapin, lorsque l'apport sanguin métaphysaire à la plaque épiphysaire était interrompu, la partie centrale de la plaque était épaissie et la croissance était stimulée par l'hyperémie18. La restauration de la croissance supprimée a également été notée après résection de la barre physaire ou croissance guidée. Yuan et al.19 ont rapporté une prolifération de 0,8 cm dans le fémur et de 0,3 cm dans le tibia proximal après résection de la barre physaire. La résection de la barre physaire est similaire à notre protocole de recherche en termes de création de trou métaphysaire et d'interposition de cire osseuse à l'exception de la pénétration de la physis. Dans cette procédure, il n'y avait pas de dommages périostés étendus, de sorte que l'hyperémie ou la diminution de la tension au niveau de la physis serait la cause d'une prolifération excessive. Un article de revue a commenté le phénomène de rebond comme une prolifération après le retrait de l'implant20. Il n'y a pas de dommage physaire lors de l'insertion des huit plaques. Le rebond pourrait résulter de la restauration de la fonction physaire ; cependant, la plaque en huit augmente la tension ou la stabilité du périoste au niveau de la physis, et ainsi, la prolifération après le retrait de l'implant peut être liée à la diminution de la tension ou de la stabilité du périoste. Par conséquent, à notre avis, le trou de forage lui-même et l'instabilité due au trou peuvent être liés à une prolifération par hyperémie et à une diminution de la tension autour de la physis.

La prolifération dans le groupe du trou métaphysaire (3,17 ± 1,16 mm) était significative par rapport à celle du groupe fictif, et la quantité de prolifération était comparable à celle du groupe de résection périostée (2,23 ± 1,52 mm). Les procédures périostées (stripping, division, transection et résection) sont des procédures chirurgicales connues qui ont démontré leur capacité à accélérer la croissance1,7,8,21,22,23. Wilde et al.24 ont rapporté que la libération périostée circonférentielle diminuait l'inégalité de longueur des jambes par stimulation de la croissance. Limpapahayom et al.1 ont effectué un stripping et/ou une division du périoste au niveau du membre le plus court de 11 enfants, où huit patients ont obtenu une égalisation de la longueur des membres. Cependant, cette procédure nécessite une large incision et la prolifération significative n'a été signalée que dans trois cas, soit 2,3, 2,7 et 4,2 cm de gain de longueur. De plus, nous ne savons toujours pas quelle procédure est la plus efficace contre la prolifération. La résection périostée a créé une accélération immédiate et soutenue de la croissance dans une étude sur l'agneau, résultant de l'allongement axial du chondrocyte hypertrophique8. Halanski et al.7 ont comparé toutes les procédures périostées rapportées chez les lapins, y compris la résection périostée. Ils ont conclu que la transsection des fibres périostées orientées longitudinalement semble essentielle pour accélérer la croissance dans un modèle de lapin. La procédure critique au niveau du périoste n'est pas la largeur mais la section transversale de la fibre. De plus, la division hémicirconférentielle du côté médial provoque régulièrement une angulation en valgus chez les lapins5,6. Lors de la création du trou métaphysaire, le périoste est partiellement endommagé par la broche de Steinman. À notre avis, ces petites lésions périostées peuvent également être associées à une prolifération.

Cette étude avait plusieurs limites. Premièrement, bien que l'utilisation d'un modèle de lapin soit une option économiquement rationnelle et optimale pour effectuer une opération reproductible, elle soulève également la question de savoir si ces résultats s'appliquent à la pratique clinique. Les conclusions de cette étude devraient être limitées aux lapins, jusqu'à ce que les résultats soient confirmés dans des études sur des animaux plus grands. Deuxièmement, nous pensons que l'hyperhémie due à la création d'un trou métaphysaire par rupture corticale, l'instabilité due au grand trou et les lésions partielles du périoste lors d'une rupture corticale sont les causes de la prolifération. Cependant, nous n'avons pas pu déterminer la circonstance maximale de la prolifération. D'autres études portant sur différents matériaux d'interposition tels qu'un vrai tendon, différentes tailles de trous métaphysaires ou un emplacement différent du trou métaphysaire doivent être menées. Malgré ces limites, il convient de noter que cette étude a été la première à évaluer la cause de la prolifération après reconstruction du LCA.

La création de trous métaphysaires et l'interposition avec de la cire osseuse chez les lapins pourraient stimuler la prolifération de l'os long. La quantité de prolifération était comparable à celle de la résection périostée.

Nous avons choisi un modèle de lapin, car la taille du lapin dans une étude précédente était la plus petite parmi les mammifères de laboratoire facilement disponibles qui permettaient d'effectuer différentes procédures chirurgicales de manière reproductible. Nous avons sélectionné des lapins blancs mâles de Nouvelle-Zélande âgés de 7 à 8 semaines. Toutes les expériences sur les lapins ont été approuvées par le Comité d'éthique des expérimentations animales et ont été réalisées conformément aux directives et réglementations en vigueur. Tous les lapins ont été acclimatés à l'animalerie pendant une moyenne de 7 jours, approuvés pour une utilisation dans l'étude par le vétérinaire de l'établissement, et ont subi l'intervention chirurgicale désignée. Vingt et un lapins blancs de Nouvelle-Zélande ont été obtenus auprès de fournisseurs commerciaux (mâles, 2 à 2,5 kg).

La résection périostée (N = 7, groupe de résection périostée) et la création de trous métaphysaires (N = 7, groupe de trous métaphysaires) ont été réalisées sur les tibias de lapins au squelette immature. Sept témoins fictifs supplémentaires ont été inclus en tant que témoins appariés selon l'âge (groupe fictif). Au total, 21 lapins ont été répartis au hasard.

Une incision cutanée médiale longitudinale d'environ 1 à 2 cm de longueur a été pratiquée sur la région tibiale proximale gauche pour chaque procédure. Les muscles étaient surélevés du tibia, causant une perturbation minimale du périoste sous-jacent (simulacre). Dans le groupe de résection périostée, le périoste a été retiré sous l'insertion distale visible du ligament collatéral médial sous la forme d'une bande périostée circonférentielle de 10 mm de largeur. Dans le groupe trou métaphysaire, le trou a été réalisé à l'aide d'une broche de Steinman au même niveau sous l'amplificateur de brillance et l'os spongieux sous la physe a été retiré par curetage (Fig. 4). L'espace vacant dans la métaphyse sous la physis a été rempli de cire osseuse à la place du tendon car le tendon est difficile à absorber et pourrait causer d'autres dommages liés à la croissance. Les tibias ont été prélevés 6 semaines après la chirurgie.

La chirurgie a été réalisée sur le tibia gauche de lapins pesant 2,5 à 3 kg. Une incision cutanée médiale longitudinale a été pratiquée sur les régions tibiales proximales gauches, d'environ 1 à 2 cm de longueur, dans chaque groupe. Lors de la création du trou métaphysaire, une broche Steinman a été utilisée à la place d'une perceuse pour éviter les dommages thermiques. L'espace vacant était rempli de cire d'os.

Notre objectif principal était de déterminer si la création du trou métaphysaire accélérait la croissance et augmentait la longueur de l'os. Nous avons comparé la longueur du tibia entre les côtés opérés et non opérés dans le trou métaphysaire et les groupes témoins fictifs. Nous avons calculé la surcroissance par rapport à celle du membre controlatéral. Nous avons calculé le taux de croissance de l'os nouveau en utilisant une double coloration avec Calcein Blue. La prolifération et le taux de croissance dans le groupe du trou métaphysaire ont été comparés à ceux du groupe témoin factice.

Notre objectif secondaire était de comparer les effets de la création d'un trou métaphysaire sur la stimulation de la croissance avec la résection périostée. Nous avons comparé la longueur du tibia, la prolifération et le taux de croissance entre les groupes de trou métaphysaire et de résection périostée.

Après la récolte, les tissus mous entourant les tibias ont été retirés. Les os ont ensuite été positionnés de manière optimale et imagés à l'aide d'un système à rayons X haute résolution REX-650R (Listem, Gangwon-do, Corée) et du logiciel CS-7 (Konica Minolta, Osaka, Japon). La longueur a été déterminée en mesurant la distance entre les éminences tibiales en amont du plafond tibial distal à l'aide du logiciel Image J (Aspire Software International, Leesburg, VA, USA). La mesure a été réalisée en aveugle pour minimiser les effets de biais subjectifs.

Pour l'histomorphométrie osseuse du tibia de lapin, un double marquage, par administration sous-cutanée de 25 mg/kg de calcéine (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA), 3 et 7 jours avant le sacrifice, a été réalisé. Tous les lapins ont été sacrifiés 6 semaines après la chirurgie. Les deux tibias par lapin ont été utilisés pour l'analyse histologique. A température ambiante, les tibias ont été fixés pendant 1 semaine dans une solution de formaldéhyde à 3,7 %. Des échantillons de tibia non décalcifiés ont été intégrés dans un bloc de résine plastique et des sections de 50 ± 5 μm ont été produites à l'aide d'un système de broyage (EXAKT 400CS, KULZER, Norderstedt, Allemagne). Les images de fluorescence de l'os marqué ont été capturées à l'aide d'un système Pannoramic 250 Flash III (Histech, Budapest, Hongrie) et analysées à l'aide du logiciel Caseviewer (3DHistech, Hongrie). Après analyse d'histomorphométrie osseuse, les tibias ont été extraits du bloc de résine et décalcifiés avec 0,5 M EDTA pendant 6 semaines. Après inclusion en paraffine, des coupes de 5 μm d'épaisseur ont été réalisées à l'aide d'un microtome rotatif. Les sections ont été colorées séquentiellement en utilisant de l'hématoxyline et de l'éosine (H&E) et du trichrome de Masson.

Les analyses statistiques ont été réalisées à l'aide du logiciel SPSS version 23 (IBM, Armonk, NY, USA). Le test de Shapiro-Wilks a été appliqué pour vérifier la distribution des données. Le test t apparié ou le test de rang signé de Wilcoxon a été utilisé pour comparer la longueur du tibia entre les côtés opérés et non opérés. Un test t indépendant ou un test U de Mann-Whitney a été utilisé pour comparer la prolifération, la hauteur de la plaque de croissance ou le taux de croissance entre les groupes. La signification statistique a été fixée à P < 0,05.

Toutes les expériences sur les lapins ont été approuvées par le Comité d'éthique des expérimentations animales de l'Institut de recherche biomédicale de Yonsei, Faculté de médecine de l'Université de Yonsei (permis n° 2020-0102). Les études animales ont été menées conformément aux directives ARRIVE.

Les ensembles de données générés pendant et/ou analysés pendant l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Ce travail a été soutenu par le programme de recherche à mi-carrière et le programme de recherche scientifique fondamentale par l'intermédiaire de la National Research Foundation of Korea (NRF), financé par le ministère de l'Éducation (NRF-2020R1A2C1006454 et NRF-2022R1F1A1072583).

Département de chirurgie orthopédique, Yonsei University College of Medicine, Séoul, 03722, République de Corée

Kyoung-Mi Lee, Eun Ae Ko et Jin Woo Lee

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Seung Eun Oh et Jin Woo Lee

Département de chirurgie orthopédique, Inje University Haeundae Paik Hospital, Busan, République de Corée

Parc Byoung Kyu

Division de chirurgie orthopédique pédiatrique, Severance Children's Hospital, Yonsei University College of Medicine, 50-1 Yonsei-Ro, Seodaemun-Gu, Séoul, 03722, République de Corée

Mudit Shah, Hyun Woo Kim et Kun Bo Park

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Correspondance au parc Kun-Bo.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Lee, KM., Ko, EA, Shah, M. et al. Croissance excessive des os longs chez le lapin par stimulation de la croissance par la création d'un trou métaphysaire. Sci Rep 13, 9284 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36278-y

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Reçu : 08 octobre 2022

Accepté : 31 mai 2023

Publié: 07 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-36278-y

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