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HISTORIQUE DES PROTHÈSES D'ÉPAULES INVERSÉES
D. Katz*, Ph. Valenti**
Sommaire de l'article

INTRODUCTION
1) LES PREMIERES PROTHESES INVERSEES :" L’AVANT P. GRAMMONT " :
2) LA PROTHÈSE INVERSÉE SELON LE CONCEPT DE GRAMMONT
3) LA PROTHÈSE INVERSÉE APRÈS GRAMMONT :
*Clinique du Ter-56270-Ploemeur-France, **Clinique Jouvenet-Square Jouvenet-75016-Paris


INTRODUCTION

   L’arthroplastie totale d’épaule anatomique et non contrainte a acquis sa place dans l’arsenal thérapeutique des lésions dégénératives et traumatiques de l’épaule où les parties molles péri articulaires et en particulier la coiffe des rotateurs sont de bonne qualité, à même d’assurer la stabilité prothétique.

   Il est intéressant de constater que le premier et le plus célèbre concepteur de ce type d’implant, Charles Neer a été également le premier à chercher des solutions pour les cas où les structures péri articulaires sont fragilisées ou absentes(30)

   Jusqu’aux travaux de Grammont, ce problème a été un véritable challenge pour le chirurgien. De nombreuses tentatives de prothèses semi contraintes ou contraintes, anatomiques ou inversées, ont vu le jour mais se sont soldées par des échecs par fracture de l’implant soumis à des contraintes excessives, descellement glénoïdien facteur de mauvais résultat fonctionnel (45).

   Paul Grammont  en 1985(21) développe le concept de l’inversion et  définit les principes biomécaniques de la médialisation et de l’abaissement du centre de rotation.Ces principes de base font actuellement le succès de ces implants qui sont aujourd’hui  reconnus comme la meilleure solution pour traiter les lésions dégénératives de l’épaule associées à une rupture irréparable de la coiffe des rotateurs.

   Il paraît intéressant de faire le point sur l’histoire des premiers déboires du principe de l’inversion, des succès de la prothèse de Grammont et des propositions  récentes pour pallier ses défauts.

   On ne peut étudier l’histoire de l’arthroplastie d’épaule sans citer la 1ère conçue et posée au monde. C’était une prothèse contrainte conçue par le français Jules Emile Péan (fig. 1). En 1893, il a implanté une tige humérale en platinite relié à  un système de cardan, articulé sur une tête en caoutchouc enduite de paraffine dans un cas de tuberculose (28,45). Les résultats fonctionnels ne furent pas si mauvais jusqu'à son ablation à 2 ans pour reprise du sepsis.

Fig 1 :1ère prothèse posée au monde par Jules Emile Péan en 1893.

   Puis, après un demi siècle sans publication, c’est à Charles Neer que revient la première prothèse humérale simple non contrainte sur un cas de fracture, en vitallium, monobloc, reproduisant l’anatomie de l’épiphyse humérale avec une tête de taille 44 (Neer I).

   Entre 1950 et 1970, les indications de prothèses s’élargissant, en raison des échecs des prothèses non contraintes dans les arthropathies à coiffe rompue, c’est encore à Charles Neer que revient l’idée de proposer un nouveau concept.

   En effet,dans les cas où l’absence de coiffe autorise la migration supérieure de la prothèse avec conflit supérieur il faut comme le résume Severt en 1993(40) augmenter la stabilité de l’implant en augmentant conformité et contrainte :

      - soit par une acétabulisation de la glène comme dans un des modèles de la Neer 2(30,31), la prothèse English-Mac Nab(29) ou la prothèse DANA shoulder(2). La survenue d’un taux élevé de descellement glénoïdien à court et moyen terme rendait ces prothèses non contraintes peu fiables. Elles furent donc abandonnées.

      - soit par une prothèse à centre de rotation fixe, le " fixed fulcrum " des anglo saxons, totalement contrainte mais respectant l’anatomie, c’est à dire avec une cupule glénoïdienne et une tête humérale.

      - soit par une prothèse inversée où la tête est fixée sur la glène.

L’objet  de cette revue est de retracer les 3 grandes périodes de l’histoire de l’inversion :

      - la 1ère période de déboires
      - l’avènement du principe de Grammont
      - et " l’après "  Grammont.

 

1) LES PREMIERES PROTHESES INVERSEES :" L’AVANT P. GRAMMONT " :

L’histoire de l’inversée commence en 1970 avec la prothèse de Neer-Averill (fig. 2).

Fig. 2 : Mark 1 et Mark 3 de NEER

   Charles Neer (31) met au point un 1er modèle " Mark 1 ".

   L’idée de l’inversion était d’assurer une bonne stabilisation empêchant la migration vers le haut. Un implant glénoïdien anatomique stabilisateur lui paraissait trop volumineux et difficile à fixer dans une glène de stock osseux insuffisant.

   Le modèle Mark 1 avait une grosse glénosphère et ne permettait pas de rattacher la coiffe ou ce qu’il en restait. Ce geste de réparation de la coiffe lui paraissait d’ailleurs essentiel. (C’est dire combien il était loin encore du concept de pallier l’absence de coiffe par un deltoïde renforcé parl’abaissement et la médialisation du centre de rotation).

   Pour faciliter cette réparation éventuelle de la coiffe il a donc développé la Mark 2 avec une glénosphère plus petite permettant  une meilleure reconstruction péri prothétique. Mais le plus petit rayon de courbure de la sphère limitait le débattement et augmentait donc les contraintes de descellement.

   A noter que ce 2ème modèle était une prothèse à 3 éléments selon la classification de Huten(24). La sphère est en fait une pièce intermédiaire entre la glénosphère et la prothèse humérale.

   Neer développe alors une Mark 3 (fig. 2). Pour limiter les contraintes sur l’implant glénoidien il utilise une plus petite glénosphère que la Mark 1 et pour pallier le débattement limité de la Mark 2 il introduit une rotation axiale dans le fourreau huméral.

   Neer abandonne ses essais de prothèse contrainte en 1974 en précisant que la contrainte n’élimine pas la nécessité de réparer la coiffe et surtout le sous épineux pour avoir une mobilité de bonne qualité.

 

- 1972 : La prothèse de Reeves (fig. 3) : C’est une prothèse restée expérimentale, avec un centre de rotation à sa place anatomique(36,37).

Fig. 3  : prothèse de Reeves

- 1972 : La prothèse de Gérard et Lannelongue (fig. 4) : Elle a fait l’objet de 2 publications avec 22 cas (17,18). Les nombreuses complications (3 luxations, 4 fractures de l’axe de la bille, 2 sepsis) ne sont pas forcément uniquement à mettre sur le compte du dessin prothétique. Il s’agissait d’indications difficiles, tumeurs, reprises, post traumatiques …

Fig. 4 : prothèse de Gérard et Lannelongue

- 1973 : La prothèse de Kölbel (fig. 5) s’adressait surtout à des pertes de substance osseuse séquelles d’exérèses carcinologiques (10, 25,26). Il est décrit 6 cas de résection plus ou moins large tant du coté de la tête humérale que de la glène.

Fig. 5, 6, 7 : différents modèles de la prothèse de Kölbel

La prothèse glénoïdienne est fixée par une vis centrale mais il existe aussi 2 pattes allant chercher appui vers le pied de la coracoïde (fig. 6) ou le pilier de l’omoplate (fig. 7).

- 1973 : La prothèse de Kessel (fig. 8). Prothèse très latéralisée avec une grosse vis centrale qui autorise 180° de flexion mais seulement 90° d’abduction, privilégiant les rotations considérées comme essentielles dans la vie courante.(5,8)

Dans l’article de Brostrom (8), 23 malades, essentiellement des polyarthrites rhumatoïdes, sont analysés. 17 sont revus avec 87 mois de recul. Les résultats sont très limités, la flexion passe de 90° à 105°, l’abduction ne s’améliore pas, la RE de 20 à 45°.

Mais surtout des liserés apparaissent autour de la vis glénoïdienne dans tous les cas avant 1 an, ce que confirme  Wretenberg (44) sur la même série 7 ans plus tard .

Fig. 8 : prothèse de Kessel

- 1973 : La prothèse de Bayley-Walker (fig. 9), est dérivée de la Kessel(1) avec un traitement de surface sur la vis glénoïdienne par hydroxyapatite.
Ahir(1) fait une étude en éléments finis et sur une prothèse extraite chez un patient désarticulé après récidive d’un sarcome.

Il insiste sur la nécessité d’abaisser le centre de rotation et de le médialiser.

Cette prothèse aurait été utilisée depuis 1994 pour 81 cas non tumoraux et 43 cas tumoraux. Avec 5 ans de recul il n’y aurait aucun liseré mais aucun résultat précis n’est cependant fourni.

Fig. 9 : prothèse de Bayley – Walker

- 1975 : La prothèse " Jefferson " de Fenlin (fig10). Comme on peut le voir sur les dessins tirés de l’article(14), Fenlin insiste sur la nécessité d’avoir une volumineuse glénosphère pour que le deltoide puisse pallier l’absence de coiffe!!! Il la veut tellement volumineuse qu’il est obligé de fabriquer  la glénosphère en polyéthylène et la cupule humérale en métal.

Il présente 5 malades et en conclue que les meilleures indications sont les arthropathies à coiffe détruite.

Dans un  article de 1985(15) soit 10 ans plus tard, il détaille de nombreux échecs, descellements, ruptures mécaniques, et instabilité.

Fig.10 : prothèse de Fenlin

- 1975 : La prothèse Liverpool de Beddow (fig. 11 et 11 bis). Elle reste anecdotique : c’est en fait une prothèse de hanche où la queue est scellée dans le pilier de l’omoplate.

Les 2 prothèses suivantes ne sont pas à proprement parler des prothèses inversées. Elles s’en rapprochent cependant car il existe effectivement une glénosphère ; mais il existe aussi une tête humérale avec entre les 2 un élément mobile. Ce sont des prothèses à 3 éléments selon Huten(24) :

Fig. 11et 11bis : prothèse Liverpool

- 1978 : la prothèse de Buechel-Pappas-De Palma (fig. 12) : C’est une prothèse qui comme la Mark 3 de Neer, présente une petite glénosphère s’articulant avec une cupule mobile en polyéthylène, intermédiaire avec la cupule humérale (9,42)

Fig. 12 : prothèse de Buechel-Pappas

 

- 1978 : la prothèse trisphérique de Gristina (fig. 13) : C’est une prothèse dite trisphérique car présentant elle aussi une sphère solidaire de la glène, une sphère solidaire de l’humérus et une sphère intermédiaire en polyéthylène où s’emboitent les 2 précédantes(42).

Fig. 13 : prothèse trisphérique de  Gristina

En fait toutes ces prothèses n’ont donné que peu d’amélioration fonctionnelle ou ont été abandonnées pour échec. Et il a fallu attendre le travail de Grammont pour obtenir enfin une solution fiable de traitement des arthropathies à coiffe détruite.

 

2) LA PROTHÈSE INVERSÉE SELON LE CONCEPT DE GRAMMONT

En 1985 s’ouvre une nouvelle période avec le développement du concept de médialisation et d’abaissement selon le principe de Grammont.
C’est l’aboutissement d’une série de réflexions de Paul Grammont sur le moment deltoidien :

   - une médialisation de 10 mm du centre de rotation entraîne une augmentation du moment de 20%.

   - un abaissement du centre de rotation de 10 mm entraîne une augmentation du moment de 30% et accessoirement diminue le conflit supérieur.

   - Physiologiquement la coiffe contraint l’épaule en empêchant la luxation lors de l’élévation ; c’est à dire que la coiffe transforme les forces luxantes en forces centripètes.

   - La disposition inversée de la prothèse permet d’appliquer les forces résultantes vers le centre de la sphère glénoidienne qui s’exercent sur le col de l’omoplate.

   - La médialisation du centre de rotation augmente le bras de levier deltoidien et diminue les contraintes en cisaillement sauf au début de l’élévation, d’où la nécessité d’un vissage en triangulation. (fig. 14)

fig 14 : dessins de Grammont

- 1985 : la prothèse de Grammont 1er modèle (fig. 15) : Ce 1er proto est à 2 éléments :

   - L’implant glénoidien est une glénosphère de 2/3 de sphère qui s’emboite sur la glène préalablement préparée avec une scie cloche. L’implant est cimenté. Quant à la partie humérale, c’est une trompette cimentée en polyéthylène  dont la partie haute évasée représente 1/3 de sphère.

En 1987 les résultats de ce prototype utilisé 8 fois sont publiés(21) dans des indications plutôt hétéroclites.

La glénosphère de 2/3 de sphère met le centre de rotation un peu en dehors du milieu de la glène. Cette latéralisation implique des contraintes de cisaillement élevées qui ont conduit Grammont à l’évolution vers le dessin de la Delta 3.

Fig. 15 : prothèse Grammont 1er modèle

- 1989 : la prothèse de Grammont 2ème modèle : C’est la Delta 3 (" delta " pour deltoide, seul moteur de cette prothèse) disponible à partir de 1991.

La 1ère génération de métaglène est une platine avec un plot central impacté en press fit et un vissage en triangulation (vis 3.5) supérieur et inférieur s’opposant aux forces de cisaillement. Cette platine comporte un pas de vis périphérique où venait se visser la glénosphere. Ce concept fut abandonné en raison de vissage incomplet et de dévissage.

Dans la 2ème génération,la périphérie de la métaglène est lisse et conique et la glénosphère vient s’encastrer dans la métaglène comme sur un cone morse. La métaglène est recouverte à sa face profonde d’hydroxyapatite permettant une meilleure fixation osseuse. De plus le centre de la métaglène est fileté pour permettre un vissage de la glénosphère assurant sa compression et son verrouillage.

La prothèse humérale était monobloc avec une cupule standard d’épaisseur 0.

Une 3ème génération apparaît en1994 (fig. 16) correspondant à la prothèse actuelle. Les changements se sont faits du coté huméral :

Afin d’obtenir un meilleur remplissage huméral, une tige diaphysaire se visse sur un bloc métaphyso-épiphysaire (3 tailles). La cupule (1/3 sphère) initialement de taille 0 venant s’enclaver dans l’épiphyse était trop fine et s’usait  rapidement en dedans (conflit médial). Elle a été remplacée par une + 6 latéralisée en 2 diamètres 36 et 42.

Un réhausseur métallique placé sous la cupule de 6 mm permet de régler les problèmes de hauteur lors de perte de substance métaphysaire. Une cupule rétentive est utilisable en cas d’instabilité majeure.

La prothèse DELTA III (Depuy International Ltd, Leeds, England) est donc posée depuis 15 ans et ses résultats sont maintenant bien connus(6,7,38,39,41,43). Toutes les séries montrent une récupération de l’élévation active de l’ordre de 120 à 130 °. Aucune autre technique ne permet actuellement un tel gain d’amplitude dans l’indication type d’arthropathie glénohumérale sur rupture massive de coiffe des rotateurs(6).

Fig. 16 : Delta III

Cela dit ses défauts commencent aussi à être bien répertoriés(6,12,32,33,41,43) :

- l’encoche interne est présente très précocément, dans 74% (45 cas) des cas de la série de Nice(6), 65% dans celle de Sirveaux(41) (77 cas).
Un récent article de Gerber(33) étudie la mobilité passive permise par la prothèse sur des spécimens où la glénosphère est placée plus ou moins haute. Conformément aux conclusions d’ articles plus anciens(12,32) cette expérience confirme le conflit entre la cupule humérale et le pilier de l’omoplate, d’autant plus important que la métaglène est vissée haute sur la glène.

- la décoaptation supérieure est induite par l’abaissement voulu de l’humérus car utile au bras de levier deltoidien. Cela génère un aspect plus ou moins inesthétique du moignon de l’épaule (coup de hache externe) (fig. 17).

Fig. 17 : Dessin emprunté à Boileau(6) montrant l’abaissement et la médialisation du centre de rotation et le résultat sur le galbe du moignon de l’épaule

- Le réglage de la tension du deltoide peut être d’ailleurs source de complication :

• instabilité en cas d’insuffisance de tension du deltoide

• fracture de l’acromion en cas de tension excessive

- La faible rotation externe  peut s’expliquer de 4 façons(6,12,32) :

• le lateral offset faible limite la RE par conflit interne avec  le pilier de l’omoplate. C’est aussi la cause de l’encoche

• la médialisation du centre de rotation diminue la force du deltoide postérieur (fig. 18)

• l’état du teres minor. La série de Nice montre très bien que les cas où le petit rond est intact ont une meilleure RE.

• Lésion possible du nerf supra scapulaire lors du forage du plot central de la métaglène(32)

- La faiblesse de la rotation interne a peut-être 3 causes :

• le dessin de la prothèse

• la médialisation diminue la force du deltoide antérieur (fig. 18)

• L’état du sous scapulaire, peut-être mieux préservé par  voie supérieure que par voie delto pectorale.

Fig. 18 : dessin emprunté à Boileau(6) montrant le moindre recrutement des fibres musculaires du deltoide antérieur et postérieur limitant ainsi rotation interne et externe

 

3) LA PROTHÈSE INVERSÉE APRÈS GRAMMONT :

Forts de ces enseignements un certain de prothèses sont actuellement en développement(13,16,22,)

      - La société Tornier propose une prothèse inversée respectant les concepts biomécaniques décrits par Grammont. Les vis assurant la fixation de la métaglène se bloquent dans un filetage mobile au sein des trous supérieur et inférieur.

De plus il est possible de régler la tension du deltoide et les pertes de substance métaphysaire à l’aide de réhausseurs et de cupules en polyéthylène de différentes épaisseurs.

Conformément aux travaux récents de Gerber(33) il a été recommandé par les poseurs de DELTA ou de TORNIER de les implanter bas sur la glène.

De plus le vissage en triangulation verrouillé s’avère efficace sur la qualité de la fixation.

      - La prothèse REVERSE (Encore Medical-Austin-Texas-USA).

En 1998 Frankle a dessiné une prothèse inversée moins médialisée que la DELTA et dont le centre de rotation se rapproche de la normale(16).

Sur 60 cas avec plus de 2 ans de recul il obtient une élévation moindre qu’avec la DELTA mais des rotations meilleures.

Mais le dessin prothétique avec une sphère de 2/3 augmente les contraintes sur la métaglène vissée d’où une série de complications à ce niveau.Il relève 7 descellements glénoidiens avec arrachage de la platine et fracture de vis. Il conclue d’ailleurs en souhaitant faire une métaglène à fond concave et non pas plat ce que confirme son  étude biomécanique publié par Harman(22).

Fig. 19 : prothèse Duocentric(Aston Medical-
St Etienne-France)

Fig. 20 : Prothèse ARROW inversée dite universelle car le même implant huméral  et la même métaglène peuvent servir de support pour une prothèse anatomique ou pour une inversée. Notez la patte antérieure de la glène susceptible de servir de support à une greffe antérieure,par exemple  en cas de reprise avec perte du stock osseux cortical antérieur.

Fig. 21 : prothèse SMR (Lima-France sas-Mougins-France)

   D’autres prothèses se rapprochant plus ou moins de la DELTA apparaissent. (fig. 19-20-21) mais aucune publication n’est actuellement disponible :

      - Pour lutter contre le risque d’encoche interne,Duocentric propose une glénosphere plus englobante vers le bas tout en respectant un centre de rotation au niveau de la glène. (fig19)

   Afin d’améliorer les rotations défectueuses dans le dessin de Grammont et supprimer le risque d’encoche interne, les auteurs de cet article, concepteurs de la prothèse universelle ARROW (fig. 20) (Implant industrie-St Etienne-France) commercialisée depuis 2002 ont choisi une moindre médialisation et un moindre abaissement. De plus la cupule humérale présente dans son dessin une encoche interne pour éviter le frottement avec le pilier de l’omoplate. La métaglène est concave, s’adaptant à la courbure normale de la glène osseuse.

   170 prothèses inversées ARROW ont été posées à ce jour dont 42 ont été revues avec au moins 6 mois de recul.

   Cela permet de confirmer cliniquement l’efficacité de leur cahier des charges et les résultats expérimentaux de De Wilde(13) à savoir que la moindre médialisation et le moindre abaissement retentissent sur le moment deltoidien mais améliorent les rotations jugées essentielles dans la vie courante :

   En effet dans notre série l’élévation antérieure active est de 111° ce qui est plus faible qu’avec la DELTA.

   Mais les rotations sont nettement meilleures, comme Frankle, avec une RE moyenne à 37° et une RI moyenne à 7,5 selon Constant soit presque à D12.

   De plus, à notre connaissance, aucune encoche interne n’a été constatée à ce jour.

   En conclusion, la prothèse inversée est née dans les années 1970 mais les 1ers essais  ne furent pas concluants. Ils essayaient de reproduire une anatomie la plus normale possible avec un centre de rotation très externe et pas ou peu d’abaissement ce qui a généré de nombreux déboires.

   Elle a connu un développement exceptionnel depuis les travaux de Paul Grammont et de l’avènement de la prothèse DELTA III.

   Mais cela reste perfectible  et ce d’autant que les échecs par descellement glénoïdien commencent, à plus de 10 ans d’ancienneté, à poser des problèmes très difficiles en raison d’une perte considérable du stock osseux glénoïdien.

   Des idées surgissent et nul doute que les années à venir verront de nouveaux progrès dans l’approche thérapeutique des arthropathies à coiffe détruite. 


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Maîtrise Orthopédique n°149 - décembre 2005
 
 
 
 
 
 
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