PROTHESE TOTALE DE CHARNLEY
Où en est aujourd’hui le «Gold-Standard»
de l’arthroplastie primaire de la hanche

Christian DELAUNAY
Clinique de l’Yvette - 91160 Longjumeau


INTRODUCTION

La «Low Friction Arthroplasty» de John Charnley (1911-1982) est née en 1962

C’est en novembre 1962, à la suite de multiples travaux sur la fixation cimentée des implants dans l’os et sur les couples de friction, puis fort de l’expérience malheureuse des cupules en téflon (1959-62), que John Charnley implantait sa première prothèse totale de hanche (PTH) à faible friction. Pour la première fois, il cimentait dans la cavité acétabulaire une cupule en polyéthylène de haute densité («HDPE») dans laquelle venait s’articuler une bille d’acier de calibre 22,25 mm (7/8 de pouce), définissant ainsi la «Low Friction Arthroplasty» (LFA) que l’on connaît bien (?) aujourd’hui (Fig. 1).

Le premier article du concepteur fût publié en 1972 dans le JBJS-British (1). Il y détaillait les résultats radio-cliniques de 379 PTH sur un total de 582 premières implantations primaires réalisées à Wrightington de novembre 1962 à décembre 1965 (déjà près de 200 prothèses par an !), soit 65% de l’effectif initial à un recul de 4 à 7 ans seulement (ce qui serait difficilement admis aujourd’hui !). Si toutes les tiges utilisées dans cette série princeps étaient du modèle classique «flat-back» monobloc en acier, et cimentées, il n’en était pas de même pour les implants cotyloïdiens dont 159 (29%) étaient d’un modèle «metal-back press-fit» non cimenté, susceptible de roter dans le cotyle osseux fraisé autour d’un plot axial («spigot») de HDPE. Leur évolution moins brillante à court terme que celle des cupules cimentées concomittentes conduisit à leur abandon dès la fin de l’année 1965. Ce dernier échec relatif a d’ailleurs été présenté par les élèves de Charnley comme l’argument ultime du recours au cimentage systématique des implants acétabulaires (2).

Trente-six ans plus tard, cette LFA reste encore considérée de par le monde comme le «Gold-Standard» inégalé en arthroplastie totale de hanche. Inégalé, il l’est certainement de par son universalité et sa longévité. Son succès fut immédiat, son développement massif, et l’on estime à 1 million probablement le nombre d’implantations réalisées de par le monde à ce jour. Mais les copies furent multiples, les combinaisons nombreuses (Charnley-Müller, Charnley-Kerboull, etc ...), si bien qu’il n’est pas toujours aisé aujourd’hui de savoir de quelle LFA parle-t-on ?
Nous avons tenté d’y voir un peu plus clair par un travail de compilation d’articles et d’abstracts publiés au cours de ces 5 dernières années (liste en index). Nous nous sommes volontairement limités aux résultats des grandes séries générales en excluant de principe les études concernant des populations de patients particulières (polyarthrite rhumatoïde, sujets de moins de 50 ans) qui justifieraient à elles seules un travail spécifique. C’est avec humilité, un souci d’objectivité et un respect absolu des auteurs et de leurs opinions que nous présentons cette petite méta-analyse 1993-98 sur la LFA et ses évolutions.

Figure 1 : LFA classique	Figure 2 : CMK 2

RESULTATS A LONG TERME DE LA LFA
ORIGINALE DE CHARNLEY

Le Symposium International de Lyon (1995)

Ce Jubilee «Charnley Total Hip Arthroplasty : 33 years of World-wide Experience», organisé par l’Association de Chirurgiens Orthopédistes de Rhône-Alpes (A.C.O.R.A) sous la présidence de Ch. Picault, permit de faire un tour d’horizon international de la LFA. Pas moins de 15 nationalités y étaient représentées, dont 10 Européennes, mais aussi Nord-Américaines (USA, Canada), Japonaise, Australienne, Mexicaine, etc ...

Les sujets de consensus

A la lecture du livre des abstracts (3), il se dégage un certain nombre de points de concensus fort, que nous résumerons ainsi :
- Les résultats cliniques de la «LFA-originale» à 20-25 ans de recul sont universellement satisfaisants aux yeux des utilisateurs ;
- La tige doit être en acier à haute résistance ;
- Les descellements aseptiques sont globalement plus fréquents au fémur qu’au cotyle (à 1 exception près : p: 67, Munuera et Garcia-Cimbrelo, Hôpital La Paz, Espagne) ;
- Ces descellements sont souvent et longtemps cliniquement silencieux ou bien tolérés ;
- Les facteurs de descellement sont représentés par l’age plus jeune, et à un moindre degré par le sexe masculin et le niveau d’activité ;
- L’usure du polyéthylène (PE) représente l’évènement clé conditionnant la longévité de l’arthroplastie ;
- L’espoir commun de faire reculer la production des débris d’usure, et l’ostéolyse qui en découle, repose essentiellement sur la mise au point d’un PE de qualité supérieure ;
- La conclusion finale étant apportée par M. Porter (UK) qui, fort d’un taux d’échec estimé à 1/1000 par an, conseillait la LFA cimentée à tige en Ortron avec «flange» dorsal («Elite») et cupule à collerette («Ogee flanged configuration») à tout jeune chirurgien !

Les sujets de controverse

- La voie d’abord : la technique originale avec trochantérotomie chère à Charnley (Wroblewski, Clarac, Kerboul) n’est plus utilisée par tous; voie antéro-externe (Picault, Hardinge), voie Postéro-externe (Michel, Durandeau et Coll., Nixon et Coll.) ;
- Le remplissage fémoral : respectueux de l’os spongieux (Draenert et Coll., Picault, Brady et Coll.), ou moins uniforme sur des implants plus volumineux (Kerboul) ;
- La technique de cimentage : «à l’ancienne» (Picault), avec du ciment à viscosité standard (Hernigou et Coll., Hodgkinson), ou cimentage de seconde génération (Johnston, Callaghan et Coll., Kawai et Coll., Carlsson et Coll.), voire sous dépression (Draenert) ;
- La modularité des tiges : pronée par certains (Wroblewski, Le Saout et Coll.), dangereuse pour d’autres (Johnston et Callaghan, Clarac, Salvatti, De Nayer et Coll.) ;
- La nature de la bille avec l’apparition des céramiques d’alumine (Wroblewski) ou de Zircone (Cales, Le Saout et Coll.) ;
- La fixation des cupules : cimentée «classique» (Clarac, Kerboul), cimentée avec flange (Hodgkinson, Wroblewski, Porter), cimentée avec «spacers» (Caton), voire non cimentée (Prudhon, Callaghan).
On le voit, les questions étaient encore nombreuses, et les solutions extrêmement variées.
Si, à une très grande majorité, les séries cliniques présentées à Lyon avaient déjà été publiées dans la littérature internationale (et nous y sommes peu revenu), qu’en est-il 3 ans plus tard ? Il nous a semblé intéressant de rechercher si certaines réponses se sont faites jour à la lecture d’autres résultats plus récents, soit publiées depuis 1995 par des auteurs présents au Symposium, soit provenant d’autres écoles non représentées à Lyon.

Résultats publiés depuis le symposium

Présente à Lyon, l’Ecole de Cochin présentait à la SO.F.C.O.T de 1995 une série de LFA originales implantées de 1970 à 1973 par un seul opérateur (4). Cette étude indiquait une survie globale de 93% à 20 ans et concluait à la régularité des résultats fonctionnels dont l’avenir était menacé à long terme par l’ostéolyse granulomateuse induite par l’usure du PE. Quant au Groupe A.C.O.R.A., organisateur du symposium, la thèse Lyonnaise de MS Marduel-Picault résumait en 1996 plus de 20 années d’expérience des membres fondateurs, plus empreinte de tranquille sérénité que de convaincantes statistiques (5).

Les résultats des «Absents» de Lyon

Nous avons retenu 7 publications procurant des résultats à long terme de la LFA originale de Charnley. Si Salvatti représentait à Lyon l’ Hospital for Special Surgery (HSS) de New-York, les résultats de la LFA originale provenant de cette institution avaient déjà été présentés 3 ans plus tôt à la SO.F.C.O.T de 1992 par Msika (6). Avec une survie de 82% à 17 ans, les auteurs recommandaient de cimenter les PTH des patients de plus de 65 ans ayant une espérance de vie d’une quinzaine d’années. Hartofilakidis (KAT Hospital d’Athène) a publié en 1993 ses résultats à 12-18 ans de 95 LFA originales implantées de 1973 à -79 (7). Il insistait sur le rôle du positionnement de la cupule dans la genèse de son déscellement. Grande absente du Symposium de Lyon, la Mayo clinic de Rochester a abondamment publié les résultats de la série originale des 333 premières LFA de Coventry, Kavanagh et Coll.. La dernière mise à jour de 1994 (8) indiquait une survie globale qui, de 89% à 15 ans, passait à 84% à 20 ans (résultat très voisin de celui du HSS de New-York). Les auteurs insistaient par ailleurs sur le rôle de l’age, le taux de révision de 12% pour les patients de plus de 70 ans faisant plus que doubler pour atteindre 27% chez les moins de 60 ans. Grand absent de Lyon lui aussi, Lars Neumann (Odense, Danemark) rapportait en 1994 une survie globale de 89% à 20 ans sur une série de 241 LFA effectuées par lui-seul de 1968 à -74 (9). Les résultats Suédois personnels de Herberts et Malchau (10) rendaient compte d’une série de 95 LFA originales opérées de 1973 à -77 dont la survie globale chutait de 92% à 10 ans à 83% à 16 ans (comme au HSS). En France, P. Gardes, à propos d’une série de 100 LFA (sur 223 PTH initiales implantées de 1974 à -76 par 1 opérateur unique), insistait surtout sur l’usure du PE chez les sujets jeunes (11). L’école de Philadelphie (Rothman et Hozack) présentait en 1996 (AAHKS, 6th annual meeting) leurs résultats de 1157 LFA originales, avec à 20 ans une probabilité de non-révision globale de 81% (tige, 87% : cup, 87%), mais des probabilités de déscellement confirmé de 23% et 30%, respectivement pour la tige et la cupule (12). En 1997, Kobayashi et Coll. (13) publiaient les résultats de 296 LFA primaires implantées à l’université Shinshu de 1972 à -84. A 16 ans, la survie de l’implant fémoral était de 95,6% pour l’événement révision, et de 91% pour le descellement radiographique. La présence d’un canal fémoral large était l’un des facteurs de risque retenu. Enfin, le rapport annuel-1998 du Registre National Suédois (14) indique une probabilité de révision globale pour descellement aseptique de 14% à 17 ans sur 11.880 PTH de Charnley (originales et «Evolution») implantées en Suède de 1979 à -86 pour coxarthrose.

Sans modifier fondamentalement les conclusions du symposium, ces études montrent cependant une variation dans la détérioration des résultats aux alentours de 20 ans allant du simple au double. Il se dégage donc indéniablement une distorsion entre les résultats des études à opérateurs multiples plus ou moins expérimentés, et celles à opérateurs chevronés ou unique, dont les résultats sont régulièrement meilleurs. Nous retrouvons donc une probabilité de révision globale «gold-standard» qui varie de 10 à 20 % à 15-20 ans de recul, ainsi que les rôles péjoratifs de l’age plus jeune et de l’usure du PE à long terme.

EVOLUTION
de la TIGE FEMORALE de CHARNLEY

Résultats à long-terme de la Tige originale «flat-back»

Les résultats précédemment décrits concernaient tous la tige originale «flat back» de John Charnley. Cette tige monobloc en acier était relativement plate dans le plan frontal avec une section aux arêtes angulaires plutôt vives. Depuis le symposium de Lyon, 2 des participants ont communiqué les résultats spécifiques de cette tige. L’expérience du CHU de Poitiers a été rapporté par Soyer et Coll. en 1997 (15). A partir de 309 implantations primaires réalisées de 1972 à -75 par un seul opérateur (JP Clarac) suivant la technique originales de Charnley (trochantérotomie, cimentage de 1ère génération), les auteurs rapportaient une probabilité de survie de la tige à 20 ans de 66% pour la révision quelle qu’en soit la raison, et de 84% pour le descellement fémoral (migration, liserés complets ou fracture de tige). Les facteurs péjoratifs retenus étaient l’implantation en varus, le sexe masculin et un bon niveau d’activité. La même année, Garcia-Cimbrelo et Coll. (16) rapportaient, à partir de 680 LFA réalisées de 1971 à -79, une probabilité d’ostéolyse fémorale de 11% à 20 ans, mais aussi 4,3% de fractures de tiges. Par contre dans cette étude, ni l’age, ni l’activité mais seule l’implantation en varus montrait une valeur péjorative statistiquement démontrée. C’est dans cette seule expérience aussi que le devenir global des cupules a été meilleur que celui des tiges (11,5% de probabilité de révision versus 14%, respectivement).

De la Tige originale à «l’Elite»

A partir de 1969, toutes les tiges de la lignée Charnley fabriquées par Thackray (Leeds, UK) n’étaient plus lisses, mais microbillées («Vaquasheen finition»), leur conférant un aspect mat («matt finish»). Mais, ce sont avant tout les fractures de tiges fémorales qui conduisirent John Charnley à modifier la forme de sa tige «flat back» originale. En effet, bien qu’en 1975 il ne rapportait que 17 tiges fracturées sur 6500 implantations (0,26%), c’est l’évidence de l’augmentation de la survenue de ce risque avec le temps (1962-72: 2 fractures; 1972-74: 8 fractures) qui déclanchât en 1974 la naissance de la gamme «Evolution». Les taux de fracture rapportés dans la litterature allant de 0,23% à 19%, les élèves de Charnley se virent suffisemment fréquemment confrontés au problême pour publier en 1994, les résultats de 152 révisions de PTH originales de Charnley pour fracture de la tige «flat back», avec une survie de 90% à 11 ans (17).

Afin d’augmenter la résistance à la fatigue de sa tige, l’idée de base de Charnley consistât essentiellement à en augmenter le volume et la section, ce qui aboutît en 1974 à la tige «round back» : ceci augmentait considérablement la rigidité de la tige. Mais l’évidence du déscellement sous-jacent à la fracture n’échappait pas aux yeux du concepteur qui rapidement décidait d’améliorer la qualité du cimentage fémoral par l’introduction dès 1975 d’ailerons antéro-postérieurs («flanges») destinés à s’opposer à la fuite du ciment par la tranche de section cervicale tout en le pressurisant. Le remplacement de l’acier par l’ortron 90 en 1982, puis la réduction de la circonférence du col à 10mm vinrent compléter en 1984 la gamme «Charnley-Evolution», aboutissant finalement à la tige «Elite» modulaire en 1986 (Fig. 3). Charnley était déjà décédé depuis 4 ans alors, et ce furent ses élèves, en particulier Mike Wroblewski, qui endossèrent la responsabilité des dernières innovations (18).

Quel fût le résultat de cette «rigidification» des tiges. Nous n’avons retrouvé qu’une seule étude Américano-Sud-Africaine s’intéressant spécifiquement à ce point (19). Elle comparait le devenir de 264 LFA avec tige de 1ère génération (1970-77) avec 402 LFA avec tiges de 2de à 4ème génération (1975-86), et le résultat était plutôt mitigé. En ce qui concerne le risque fracturaire, l’amélioration était nette, avec une probabilité de survenue à 10 ans de 5,4% pour la «flat back» et de 0,4% pour les tiges plus grosses. Par contre, la probabilité à 10 ans de révision fémorale pour descellement aseptique passait de 0,7% pour la tige originale à 13,2% pour les tiges volumineuses. Cette différence est logique si l’on considère la fracture des tiges plates comme la conséquence d’un déscellement, mais elle paraît cependant anormalement élevée, et ce d’autant que les tiges «Evolution» avaient été cimentées avec des techniques de 2 de génération. Il est peu probable que la finition de surface finement irrégulière («matt-finished») des tiges plus volumineuses, alors que les tiges originales étaient polies, puisse expliquer la distorsion observée entre fracture et descellement ?

LES TIGES «TYPE-LFA»
ISSUES D’AUTRES CONCEPTEURS

A Wrightington

Après le décès de sir John, et pendant que Wroblewski développait la gamme Evolution fidèle aux principes fémoraux du maître, c’est dans le sein même de Wrightington que se trâmait une trahison «Shakespearienne». Ainsi naquit en 1981 la tige Wrightington FC «frustro-conical» (WFC) développée par Kevin Hardinge, qui avait déjà abandonné la sacro-sainte «trochantérotomie». Les résultats de 2 séries fratricides de 260 tiges chacune comparant la tige LFA-Evolution encore monobloc (Ortron, flange) et la tige WFC (à section cruciforme plus large et à géométrie conique) vient d’être présentée par Hardinge à Beaune (EHS-98) et publiée par Sochart et Hardinge en juillet-98 (20). Si à 10 ans, les probabilités de non-révision pour déscellement aseptique sont de 99% pour les 2 tiges, à 15 ans, la «Charnley» est poignardée dans le dos avec une probabilité de révision de 13% contre seulement 2% pour la WFC. Cependant, d’autres facteurs ont pu interférer dans cette différence comme la voie d’abord et la technique de cimentage: trochantérotomie et pas de bouchon fémoral pour la Charnley ; voie de Hardinge et cimentation de 2de génération pour la WFC: ceci mérite réflexion.

En France

Si de par le monde ont pu fleurir des copies ou pseudo-imitations de la tige de Charnley originale ou de la famille «Evolution», le marché Français se distinguait avec plusieurs tiges fémorales dérivées du concept de la «LFA».

Les tiges de Charnley- Kerboul

Elles sont apparues en 1972 pour les versions monobloc CMK I puis CMK II (Fig. 2). Les options choisies étaient un angle prothétique de 130° (au lieu des 125° des tiges de Charnley) et surtout une augmentation du calibre des tiges de haut en bas afin d’obtenir un remplissage fémoral plus important avec introduction à frottement dur. Ceci avait pour conséquences une diminution du manteau de ciment qui pouvait devenir quasi virtuel dans certaines zones anatomiques fémorales, et la création de nombreux modèles afin de s’adapter au mieux aux diverses formes anatomiques. Le lecteur désireux d’apronfondir l’argumentaire à l’origine de la conception des tiges de Charnley-Kerboul pourra se reporter au livre publié par l’école de Cochin en 1985 (21). Par contre, les flanges ne furent jamais ajoutés ni sur la tige, ni sur la cup. Les résultats communiqués par Dejean à la SO.F.C.O.T de 1994 (22) concernaient 70 PTH implantées par le seul concepteur de 1975 à -77 avec un recul moyen de 15 ans et demi. Deux tiges étaient fracturées (2,8%) mais 1 seule était révisée, et 2 autres étaient considérées comme déscellées, mais n’avait pas été jugée à l’époque suffisamment symptomatiques pour légitimer une révision. Le taux de descellement fémoral observé était donc de l’ordre de 5,7% à 15-16 ans. Le modèle CMK III monobloc en inox 306 LVM poli apparût en 1987.

Les tiges modulaires Françaises

Celle de Kerboul CMK III avec tige et bille en titane apparut chez Benoist Girard en 1988. Le recours au titane afin de réaliser des tiges cimentées de type Charnley et des billes n’était pas sans risque comme cela a été montré par Langlais en 1993 (23). Cette option titane avec billes 22,2 mm en titane ou chrome-cobalt, avait été choisie par le groupe 3M pour leur tige Capital. Le résultat fut rapidement catastrophique, avec 26% de déscellement fémoral après un recul moyen de seulement 2,2 ans ! (24). Nous n’avons retrouvé aucun résultat publié avec la PTH CMK III. Depuis 1994, la tige modulaire «Legend» (Howmedica) en ortinox accepte des billes 22,2 métalliques ou en céramique de zircone.
La tige Modulor en Inox M30 NW est apparue en 1990. Elle fût développée par un groupe de 8 chirurgiens Français, jusque-là utilisateurs de tiges de Charnley-Kerboul, mais déjà désireux d’y adjoindre une friction en céramique de Zircone, indisponible à l’époque dans la lignée CMK. Il en est de même pour la tige modulaire A.C.O.R.A. en acier M30 NW microbillé (matte) développée depuis 1992 par le groupe de Rhone Alpes. Ces tiges sont trop jeunes pour avoir encore donné des résultats publiés.
Quoiqu’il en soit, il convient d’être prudent quant à l’extrapolation trop rapidement faîte des résultats excellents des tiges «Charnley-evolution» à ceux de ces implants fémoraux modifiés. L’histoire de l’orthopédie démontre que certaines modifications apparemment «bénéfiques» (commercialement parlant «dans le vent»), pouvaient s’avérer finalement catastrophique et parfois lourdement iatrogènes, voire poser un problême de santé publique. Ainsi, la tige Capital fait actuellement l’objet en Angleterre d’une campagne Nationale de convocation systématique des patients, première du genre, témoignant d’une véritable catastrophe médico-commerciale.

LE CIMENTAGE FEMORAL

Le complexe Ciment-Tige

Ciment et grosses tiges

Des tiges «heavy» et «extraheavy» (SR2 et SR3) furent produites par Thackray à la demande des membres du groupe A.C.O.R.A. afin de mieux remplir certains fûts fémoraux très larges. Malgré (à cause d’?) une technique de cimentage de 2de génération, l’échec fût rapide, avec des déscellements fémoraux proximaux après 3 à 7 ans, et ces tiges furent abandonnées. Au symposium de Lyon, F. Michel résumait ainsi l’expérience du groupe : «...dans une grande cavité fémorale, mieux vaut du ciment que du métal».

Ciment et tiges de Charnley «standard»

Cette conception d’un cimentage épais et aussi harmonieux que possible est actuellement considérée aux Etats-Unis comme une nécessité absolue. Les auditeurs présents à la première session de la Hip Society de la Nouvelle Orleans en mars 1998 (25) ont pu apprécier la qualité scientifique de l’argumentaire US en faveur de la pressurisation, de la centralisation, etc... (Padgett et Coll. ; Bartel et Coll. ; Maloney, Jasty, Harris et Coll. ; Noble). Seul Ling suggérait le rôle peut être finalement néfaste de la suppression de toute porosité dans le ciment, ce qu’Hernigou avait déjà argumenté au symposium de Lyon. Récemment, Joshi et Coll. (26) ont démontré cliniquement ce retentissement entre qualité du cimentage et survenue d’une ostéolyse autour de tiges de LFA originales ou «Evolution» implantées par Eftekhar (New-York) de 1970 à -85. L’ostéolyse globale (3 fois plus fréquente chez les hommes que chez le femmes), était surtout 3 fois moins fréquente lorsque l’épaisseur du manteau de ciment fémoral était partout supérieure à 3 mm. Ces auteurs préconisent donc un rapport tige/canal médullaire «idéal» de 60-70%, et un rapport complexe ciment-tige/canal médullaire de 99% minimum.

Avec les tiges Charnley-Kerboul

Ces arguments sont donc opposables au concept qui prévalût au développement des tiges de type Charnley-Kerboul (CMK), plus remplissantes, donc moins enveloppées de ciment. Cependant, l’étude rapportée à la SO.F.C.O.T par Sedel et Coll. (27) ne montrait pas de différences significatives entre les remaniements osseux essentiellement distaux observés à long terme au contact de tiges de Charnley-originales et de tiges de Charnley-Kerboul, toutes bien scellées à au moins 10 ans de recul. Ce résultat peut surprendre du fait du moment d’inertie en flexion des tiges CMK plus épaisses, augmenté de 50% par rapport à celui d’une tige de Charnley, et probablement aussi d’un manteau de ciment plus épais avec cette dernière. Tout se passait comme ci le complexe tige-ciment se comportait finalement de façon identique, quelque soit le rapport établi entre ses 2 composants, du moins à 10 ans et pour ces 2 modèles de tiges en acier.
On peut donc considérer que le débat reste encore ouvert malgré la force de conviction de l’argumentaire scientifique puissant exposé par les nombreux tenants du cimentage maximal.

Les techniques de cimentage fémoral

Technique classique dîte «de 1ère génération»

«A la papa» en France, «thumb technique» en Grande-Bretagne, c’est ainsi que les pionniers ont cimenté les tiges originales «flat-back» de Charnley. Cette technique respectait au maximum le tissu osseux spongieux. Au symposium de Lyon, Picault en reconnaissait à posteriori l’empirique valeur. Draenert apportait une argumentation plus scientifique en faveur de cette conservation médullaire osseuse. C’est avec cette technique que furent implantées les 333 premières LFA de la série de la Mayo Clinic. Tout récemment, cette équipe vient de publier une étude corrélant le devenir à long terme de la tige en fonction de la qualité du cimentage initial, jugé essentiellement sur l’interface ciment-implant en zone 1 de Gruen («debonding») dans les 5 premières années après l’implantation (28). La présence d’un liseré à ce niveau, traduisant une descente précoce de la tige, était notée dans 1/3 des cas (297 tiges étudiées). La survie de la tige pour l’évènement «survenue d’un échec radiographique» (révision fémorale pour descellement aseptique, fracture du manteau de ciment et/ou liseré complet os-ciment) était statistiquement corrélée avec le «debonding» initial. Lorsque ce dernier était absent, la probabilité d’échec radiographique était de 9% à 15 ans; elle passait à 50% lorsque le liseré initial en zone 1 était de plus de 2mm. Aucune corrélation clinique ne pût être mise en évidence entre le «debonding» et la douleur. Les auteurs précisaient bien que ces résultats s’appliquaient à des tiges lisses, coniques («tapered»), à section angulaire et sans collerette importante, et ne sauraient être extrapolés à d’autres modèles de tiges fémorales cimentées.

Cimentage fémoral de 2 de génération

Pour Johnston et Coll. (29), l’usage d’un bouchon fémoral, osseux ou synthétique, et l’introduction rétrograde du ciment a nettement amélioré le devenir des tiges de Charnley originales de la série de l’Iowa university. 5% seulement des 116 tiges controlées à 15 ans minimum étaient déscellées. Par contre, cette technique de cimentage additionnée d’un lavage fémoral pulsé n’a que très peu amélioré le devenir des tiges de Charnley (pour coxarthrose) dans le rapport annuel 1998 du Registre National Suédois (14). Les auteurs expliquent ce faible progrès par l’utilisation fréquente d’une instrumentation démodée utilisée jusqu’en 1994, et du recours quasi exclusif en Suède à un abord postérieur qui favoriserait la fréquence d’un malpositionnement de la tige. Dans la série de Kobayashi (13), ces techniques de cimentation de 2de génération étaient incapables d’améliorer le résultat lorsque le canal fémoral était de grande taille.

Techniques fémorales modernes (3ème génération et au-delà)

L’application aux PTH de type LFA de la centrifugation du ciment, de la centralisation par «spacer» distal (disponible sur l’«Elite-plus»), du pré-coating proximal, de la dépression canalaire par aspiration trans-fémorale (Draenert), n’ont pas encore donné lieu, à notre connaissance, à des travaux publiés.

Nature du ciment

Par contre, les effets du type de ciment utilisé sur le devenir des PTH de Charnley ont déjà été étudiés. Dans le Registre Norvégien des PTH (30), c’est avec un ciment aux antibiotiques et à haute viscosité que sont obtenus les meilleurs résultats, avec une probabilité de non-révision fémorale de 98,7% à 5,5 ans (97,7% si sans antibiotique). Par contre, c’est avec le ciment Boneloc que le résultat fémoral se dégrade le plus vite, mais ceci ne se vérifie pas pour les cupules de Charnley, ni pour les tiges Exeter (31). Là encore, l’extrapolation des résultats des tiges de Charnley à d’autres modèles de tiges cimentées s’avère dangereuse.

Figure 3 : Elite	Figure 4 : Ogee Cup

CUPULE de CHARNLEY :
EVOLUTION ET CIMENTAGE

Les implants acétabulaires de Charnley

La cupule «Press-fit» non cimentée de Charnley

336 cupules de ce modèle furent utilisés par Charnley de 1962 à-65. Sur les 169 étudiées dans l’article princeps du maître (1), 6,5% avaient capoté à 4 ans de recul contre 1% de déscellement pour les 210 cupules en PE cimentées. Elles furent donc définitivement abandonnées.

Résultats de la Cupule standard cimentée

Ceux de Wrightington rapportés à Lyon étaient basés sur la série publiée par Hodgkinson en 1993 (32), en appliquant selon les 3 zones acétabulaires de face de DeLee et Charnley la classification de l’auteur pricipal. A 10 ans, sur une série de 152 cupules LFA standard, seules 30% des cups avaient un interface parfait, et 17% présentaient un descellement avéré (grade III et IV). Eftekhar présentait à Lyon les résultats qu’il venait de publier avec Kobayashi (33) : 17% des 328 cups de Charnley originales présentaient un liseré complet (grade III) ou une migration (grade IV) après 10 à 20 ans de recul. Les facteurs de risque étaient représentés par la suppression de l’os sous chondral du toît et le positionnement à «angles larges» dans la coxarthrose, et le jeune age dans la polyarthrite rhumatoïde. Aussi présent à Lyon, Clarac détaillait en 1996 (34) les résultats acétabulaires de 309 cupules personnelles. Pour l’événement «présence d’un liseré», la survie de l’implant acétabulaire passait de 81,5% à 10 ans, à 58% à 20 ans. Avec l’événement «migration», la survie passait de 92,6% à 10 ans, à 75,2% à 20 ans. Après commnication à Lyon, Garcia-Cimbrelo et Coll. (35) détaillaient en 1997 leurs résultats. A 20 ans, la survie des cups originales LFA étaient de 79% pour l’événement migration (grade IV de Hodgkinson) et de seulement 67% pour l’événement descellement (grades III et IV). Comme dans l’étude fémorale de la Mayo Clinic (28), une forte corrélation existait entre l’aspect radiographique précoce et l’évolution. Ainsi, le taux de migration de la cupule au dernier recul passait de 5% lorsque les interfaces cotyloïdiens post-opératoires étaient parfaits, à 35% et 72% lorsqu’il existait un liseré précoce respectivement de grade II (zones 1 et 2) ou complet (grade III). Enfin, la série de Kobayashi (13) rapportait à 16 ans une probabilité de révision acétabulaire de 92,3% et de descellement (grade III et IV) de 83,6%, au sein d’une série de 293 LFA panachant cupules standard et Ogee.
Globalement, ces résultats de la cupule originale sont concordants. Ils sont 2 à 3 fois inférieurs à ceux des tiges avec lesquelles ils étaient apairés au recul égal de 15-20 ans, et les descellements acétabulaires sont unanimement corrélés avec l’état du stock osseux acétabulaire.

La cupule «high-posterior wall» - 1972

Nous n’avons pas retrouvé dans la litterature d’article consacré spécifiquement à cette modification apparue en 1972 et qui est restée depuis systématiquement associée à toutes les cupules de la lignée «Charnley-Evolution».

La cupule «Offset-bore» - 1975

Introduite par Charnley en 1975, cette cupule en PE à friction excentrée vers le bas était destinée à remédier à la faible épaisseur du PE en zone de charge dans les cotyles de petite taille (40, 43 mm) ou en cas de stock osseux déficient (36). A wrightington, cette cupule fut utilisée dans seulement 1,6% des cas. Dans la série de Ioannidis, Hartofilakidis et Coll. (37), sur 58 «offset-bore» cups utilisées sur des dysplasies et dans quelques cas de révision, 5,2% étaient révisées pour migration aseptique à un recul moyen de 9,8 ans.

La cupule à collerettes «flanged Ogee configuration» - 1977

Simultanément à l’introduction des ailerons de pressurisation du ciment sur ses tiges de la lignée «Evolution», Charnley introduisait en 1977 le concept de la collerette cotyloïdienne en PE, qui aboutît en 1982 à la version «Ogee» (Fig. 4). Destinés à pressuriser le ciment en s’opposant à son extrusion de la cavité acétabulaire lors de l’implantation de la cup, ces «flange» étaient par la suite découpés à la demande par l’opérateur. Les résultats de Wrightington publiés en 1993 (32) rendaient compte d’un taux de descellement (grade III et IV) de 7,3% avec l’Ogee cup à 10 ans, soit plus de 2 fois inférieur à celui simultanément observé avec la cupule standard. Par contre, dans la série de Wrightington présentée par Sochart en 1998 (20), la probabilité de révision pour descellement aseptique de 260 cups Ogee qui n’était que de 1% à 10 ans, chutait fortement en 5 ans pour atteindre 16% à 15 ans. Ces résultats encore imparfaits conduisirent Mulier et Coll. (38) à mettre au point depuis 1984 une technique de cimentage sous forte pression («hydraulic cementing technique») de ces cotyles Ogee. Les flange sont utilisés pour visser la cupule en place, permettant d’injecter «par succion» le ciment qui polymérise «au calme» sur un implant parfaitement stabilisé.

LES CUPULES CIMENTÉES
de «type-LFA»

Les cupules de Wrightington : «flanged and high posterior wall»

Après l’abandon de la trochantérotomie et de la tige Charnley-Evolution pour la Wrightington FC, Hardinge ne pouvait pas faire moins que de modifier la cupule cimentée. Il dessina sa propre cupule à flange en 1981, dont les résultats apparaissent supérieurs à ceux de la cupule Ogee. En effet, l’étude comparative 1981-85 (20) rapporte une probabilité de révision pour descellement aseptique de 99% à 10 ans qui se maintient encore à 95% à 15 ans (contre 84% pour l’Ogee cup). En fait, ce résultat est à partager entre 193 cupules de Hardinge tout-PE et 67 cupules dotées d’un mince arrière fond métallique partiel et cimenté («thin section metal-backing»). Ces dernières furent introduites en 1985, sans doute conçues sous l’influence des travaux de Harris et collaborateurs, pour une meilleure répartition des contraintes acétabulaires et afin de prévenir la déformation du PE. Aucune de ces 67 cups n’avait encore été révisée en 1997.

La cupule Charnley- Kerboull

Apparemment, la gent orthopédique Française adepte de la LFA ne fut pas séduite par les implants acétabulaires développés par Charnley outre Manche. Les «flanges» acétabulaires n’ont pas fait école dans l’Hexagone. L’implant acétabulaire des PTH CMK ne présente pas à notre connaissance de profonde modification par rapport à la cupule standard de la LFA originale. Dans la série de Dejean et Coll. (22), la cupule indiquait 45,7% de liserés, évolutifs dans un 1/3 des cas, et aboutissait finalement à 5 révisions (2 pour descellement et 3 pour usure), soit un taux de révision acétabulaire de 7% (avec 1 tige fracturée non révisée et 6 hanches révisées, le taux d’échec mécanique global de cette série était donc de l’ordre de 10% à 15-16 ans).

La cupule Acoplot

Introduite en 1992 par le groupe A.C.O.R.A., elle présente des plots de PMMA qui, en association à un fraisage supérieur de 2 mm à la taille de la cupule finalement utilisée, permettent d’obtenir une épaisseur de ciment de l’ordre de 5mm. Caton à Lyon en présentait les premiers résultats avec aucune révision à 5 ans sur 58 cupules Acoplot. Les travaux déjà anciens de Oh et Coll. (39) n’étaient pas en faveur de ce type d’artifice, susceptible pour les auteurs d’avoir un effet plutôt néfaste sur la pressurisation du ciment et d’augmenter la production de débris de PE à l’interface. C’est sur cet argumentaire que reposait le choix de la cupule Ogee pour Hodgkinson et Coll. (32). Quoiqu’il en soit, les travaux récents de Joshi et Coll. (26) plaident pour une épaisseur harmonieuse de ciment de l’ordre de 6 mm.

Les cupules non cimentées - 22,2 mm

Séduits par le concept de PTH hybride défendu par Harris depuis le milieu des années 80, et sans doute déçus par les résultats des cupules cimentés LFA, globalement inférieurs à ceux des tiges, plusieurs adeptes de la friction 22,2 ont expérimenté des versions hybrides associant une tige de Charnley ou de type-Charnley avec divers cotyles non cimentés. A Lyon, Prudhon présentait plusieurs combinaisons (Saint-Nabor, Aura, Alto, B2C) et en particulier avec des cupules de Harris-Galante, association aussi utilisée par Önsten et Coll. (40) et par Callaghan chez les patients jeunes. C’est avec un cotyle Duraloc que De Puy présente une version hybride de l’Elite. En France, le groupe A.C.O.R.A. expérimente depuis 1995 un cotyle modulaire en titane pur sablé avec un traitement de surface par pulvérisation-plasma d’une poudre de titane.
En fait, la grande majorité des fabriquants propose actuellement des versions en calibre 22,2 mm de leurs implants cotyloïdiens modulaires non cimentés.

USURE, OSTEOLYSE
et DEBRIS

La «Low friction» 22,2 inox-PE

Les participants du symposium de Lyon étaient unanimes pour reconnaître l’usure du PE comme l’élément majeur compromettant la longévité de la Charnley-LFA. Les méthodes de mesure d’usure sont surtout radiographiques (Charnley, Livermore, etc ...) et toutes sujettes à caution.
n Cupules standards, «High-posterior wall» et «Ogee»
L’usure annuelle moyenne du PE de la LFA-originale 22,2 acier-PE mesurée dans les séries originelles de Wrightington variait de 0,07 mm à 0,21 mm (36). En France, elle était de 0,12 mm par an en moyenne dans la série de LFA de Cochin (4), mais elle dépassait cette valeur dans 50% des cas de la série de LFA de Clarac (34). Avec une méthode de mesure plus précise par radiostéréométrie, Önsten et Coll. (40) retrouvent une usure annuelle moyenne de 0,09 mm après un recul moyen de 5 ans. Une valeur identique est rapportée par Dejean et Coll. (22) dans leur étude de 70 PTH de Charnley-Kerboull après un recul moyen de 15,6 ans, cette friction étant à l’époque identique à une LFA originale. Un chiffre moyen de 0,1 mm d’usure annuelle du PE peut donc être retenu comme le «gold-standard» des frictions 22,2 acier-PE sur tige monobloc.
Cependant, cette usure peut atteindre des valeurs plus importantes. Lors de leur étude tribologique de LFA-originales, reprises essentiellement pour problèmes mécaniques (luxation, descellement), Isaac et Coll. (41) ont noté que 25% des cupules présentaient des usures globales pouvant atteindre jusqu’à 3,5 mm en 2 à 7 ans de fonctionnement in vivo. Wroblewski et Siney (42) incriminaient la détérioration du poli de surface des têtes acier par les particules dures des produits de contraste ajoutés au ciment pour le rendre radio-opaque. A l’extrême, cette usure du PE peut conduire à la fracture de la cupule, ce qui a été observé dans 7 cas de révision de LFA par Wroblewski (43) avec une usure moyenne annuelle de 0,6 mm.
La relation entre l’usure du PE et le descellement des implants de la LFA de Charnley ne fait aucun doute pour Kobayashi, Eftekhar et Coll. (13, 33). Ces auteurs individualisent au sein des facteurs de risque d’une usure excessive, donc du descellement : l’âge plus jeune, le sexe masculin, le type de coxarthrose (normo- ou atrophique) et le cimentage acétabulaire (épaisseur de ciment «insuffisante» en zones I et II).
La relation entre usure du PE et ostéolyse est tout aussi évidente. Joshi et Coll. (26) rapportent un taux d’ostéolyse de 15% pour 249 Charnley-LFA ayant plus de 10 ans de recul. Ce taux tombe à 5,2% lorsque l’épaisseur du manteau de ciment est uniformément de 6 mm au cotyle et de 3 mm au fémur. Ce travail rejoint tout à fait celui de Garcia-Cimbrelo et Coll. (16) étudiant la survenue d’une ostéolyse fémorale autour de 680 tiges de Charnley-LFA à 16 ans de recul moyen. Par analyse de survie, ces 2 derniers travaux chiffrent la probabilité de survenue de l’ostéolyse à : 1% (fémur seul) & 3% (fémur et cotyle) à 5 ans ; 6% à 10 ans ; 10% (f) & 11,3% (f+c) à 15 ans ; et 11% (f) & 17% (f+c) à 20 ans. Ces ostéolyses, dont le délai moyen d’apparition post-opératoire est de 9,3 ans dans la série de Garcia-Cimbrelo, sont toujours évolutives.

Cupules «offset-bore»

Dans la série de Wrightington rapportée par Izquierdo-Avino et Coll. (36), l’usure annuelle moyenne des 54 cupules étudiées était de 0,04 mm par an, après un recul moyen de 8,1 an. Des chiffres voisins de 0,06 mm en zone I et 0,04 mm en zone II étaient calculés dans la série de 58 cupules étudiées par Ioannidis et Coll. (37). Ces chiffres sont environ 2 fois inférieurs à ceux rapportés avec les cupules de la LFA standard décrites au chapitre précédent.

Les frictions 22,2 sur cônes Morse

L’apparition de la modularité fémorale avec un cône Morse de 10 mm fût un des derniers développements apporté chez Thackray sur la tige Elite Plus. Depuis l’acquisition de cette Société par De Puy en 1991, comme sur toutes les tiges modulaires de type-Charnley, d’autres calibres de billes sont aussi disponibles (26, 28 et 32 mm). Du fait d’une usure du PE environ 2 fois moindre avec des billes de céramique par rapport à des billes de taille identique en métal (titanium exclu), des frictions céramique-PE sont apparues en calibre 22,2 mm.

Céramique d’alumine-PE

De fabrication réputée impossible par beaucoup, c’est bien pourtant une bille en céramique d’alumine 22,2 que Wroblewski et Coll. (44) expérimentent depuis 1988 en face d’un polyéthylène à liaisons de réticulation augmentées («cross-linked»). Cette combinaison comprend un cône Morse affiné et l’interposition entre ce dernier et la bille d’un manchon de UHDPE de 0,2 mm d’épaisseur. Après une phase de rodage avec pénétration moyenne de 0,3 mm par an (18 mois, 1,5 millions de cycles), l’usure s’atténue nettement et se stabilise aux environs de 0,022 mm par an, soit 3 à 4 fois moins qu’avec la friction classique 22,2 acier-PE.

Céramique de zircone-PE

De fabrication plus répandue du fait de leur dureté, des têtes en céramique de zircone de calibre 22,2 mm sont disponibles avec les tiges Elite Plus, A.C.O.R.A. et Modulor. Nous n’avons pas trouvé de publications rendant compte de résultats cliniques avec mesures d’usure in vivo permettant des comparaisons avec la friction 22,2 acier-PE.
Enfin, nous ne reviendrons pas sur les frictions titane 22,2-PE de la CMK III (aucun résultat publié) ou de la prothèse Capital (dont nous avons déjà décrit les malheurs).

Les débris d’usure et leur toxicité

Débris métalliques

Leur production n’est pas réservée aux PTH à friction métal-métal. Ces débris sont surtout observés à partir d’implants métalliques descellés ou usés, mais non exclusivement. Des aberrations chromosomiques ont été mises en évidence par Case et Coll. (45) dans les cellules de la moelle osseuse adjacente à des prothèses descellées dont 27 (sur 71) étaient des PTH de Charnley. Ces mêmes auteurs ont même répertorié en 1997, 4 nouveaux cas de tumeurs osseuses développées au contact de PTH dont 1 léiomyosarcome de haut grade autour d’une LFA de révision (46).
De plus, les particules d’acier ou de chrome-cobalt peuvent diffuser par voie sanguine et s’accumuler à distance dans les organes du système lympho-réticulaire. Ainsi, des débris d’acier inoxydable ont été retrouvés dans les ganglions, le foie, la rate et la moelle osseuse de 2 patients autopsiés porteurs de PTH de Charnley (47). Les conséquences à long terme de ces dépôts sont mal connues mais ne peuvent pas être négligées, en particulier pour les patients dont l’espérance de vie est longue (48).

Débris de polyéthylène

Leur nocivité loco-régionale, par le biais de la cascade d’évènements cyto-chimiques qui conduit de la phagocytose à l’ostéolyse, est maintenant bien connue. Mais des débris de PE ont pu être mis en évidence dans des ganglions (49), en particulier dans les chaînes pelviennes homolatérales à une arthroplastie à friction métal-PE (50). Là encore, les éventuelles conséquences de ces dépôts sont inconnues et justifient pour le moins des travaux approfondis. La nécessité de la mise au point d’un PE plus résistant n’en est que d’autant plus fondamentale.

CONCLUSIONS

Ce travail avait pour but de répertorier les développements et modifications apportées au cours de ces 35 années à la PTH low-friction de Charnley. Il permet donc de bien définir ce qu’est la «LFA gold standard», qui ne recouvre que les implants ayant au moins 20 années de recul, et quels en sont les résultats dans la population générale. Tout ce qui a été fait au-delà de 1986 doit encore faire la preuve d’une équivalence de qualité de résultats à recul égal, ce qui sous-entend quelques années de suivi supplémentaires et surtout des publications à l’appui. Toute modification apportée au concept original est susceptible d’avoir des conséquences imprévisibles, et l’on ne peut allègrement extrapoler les résultats à long terme de la LFA originale à tout ce qui porte, à plus ou moins juste titre, le vocable de PTH de «type Charnley», dont parfois la filiation ne tient plus qu’à ... 7/8ème de pouce !

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