L'arthrose du genou est une maladie dégénérative fréquente dont l'incidence augmente avec l'âge. Aujourd'hui encore, la nature exacte des mécanismes aboutissant à la destruction cartilagineuse n'est pas complètement élucidée. Bien que la biologie chondrocytaire occupe un rôle central dans la pathogenèse de l'affection, les contraintes biomécaniques anormales constituent l'un des facteurs aggravants principaux. Historiquement, les anomalies de la morphologie axiale des membres inférieurs ont constitué l'hypothèse la plus fréquemment évoquée pour expliquer l'apparition d'une gonarthrose de type «mécanique». La seule mesure de l'angle fémoro-tibial à longtemps constitué la base de référence permettant des classifications de la gonarthrose basées sur le sens de la déformation (varus, valgus, recurvatum et flexum). A l'usage, cette évaluation effectuée dans les seuls plans frontaux et sagittaux s'est avérée insuffisante, notamment pour la prise en charge chirurgicale, nécessitant dès lors une analyse tridimensionnelle de la déformation prenant en compte le morphotype torsionnel.
La gonarthrose est une maladie rhumatologique fréquente atteignant un sujet sur cent entre 55 et 64 ans puis 2% des hommes et 6,6% des femmes entre 65 et 75 ans.
Malgré un nombre très important de travaux publiés, la nature exacte des mécanismes aboutissant à la destruction cartilagineuse n'est pas complètement élucidée. L'influence des facteurs de risque habituellement cités dans son développement reste controversée. Distinguer les gonarthroses primitives où le cartilage structurellement fragile s'use précocement, même en l'absence de sollicitations biomécaniques anormales, des gonarthroses secondaires de type «mécanique», où le cartilage structurellement normal se dégrade sous l'influence de contraintes mécaniques excessives, est une démarche utile mais simplificatrice. Elle ne tient pas compte de l'interdépendance de mécanismes complexes aboutissant progressivement à la destruction cartilagineuse où la biologie chondrocytaire occupe un rôle central et où les anomalies du morphotype des membres inférieurs ne constituent qu'un des facteurs aggravants. Toutefois, un défaut d'axe en varus ou en valgus, pouvant favoriser l'usure d'un des compartiments du genou et inversement, l'usure asymétrique du cartilage étant susceptible de faire progresser une déviation, l'étude de cette morphologie tridimensionnelle reste d'un grand intérêt, à la fois sur le plan théorique et plus particulièrement thérapeutique.
Actuellement, les traitements préventifs ou curatifs de l'arthrose font toujours défaut. Essentiellement symptomatique, le traitement médical associant anti-inflammatoires, infiltrations stéroïdiennes, visco-supplémentation par l'acide hyaluronique, physiothérapie, perte pondérale et ménagement sélectif n'ont qu'un effet limité dans le temps.
Guère plus durable, le résultat des nettoyages articulaires par arthrotomie ou par arthroscopie est variable, ne faisant que repousser l'échéance d'une arthroplastie.
L'ostéotomie par contre tient encore une place importante dans l'arsenal chirurgical, ceci malgré les progrès des arthroplasties unicompartimentales ou totales dont les indications respectives restent sujettes à discussion. Même si les prothèses du genou ont une survie de 95% à dix et quinze ans, leurs performances à l'effort et les altérations progressives que la charge et le mouvement leur font subir ne sont pas suffisantes pour que l'on propose régulièrement cette solution à des sujets jeunes et actifs. Ainsi, loin d'être une technique dépassée, l'ostéotomie prend actuellement de l'importance, souvent couplée à des réparations ligamentaires ou à des autogreffes de cartilage, tellement la demande est importante chez les sujets jeunes.
Aussi, le dépistage des déviations angulaires ainsi que le perfectionnement de leurs mesures, si nécessaire à l'aide de la navigation informatique, est un sujet d'actualité, tant les procédés classiques de planification pré-opératoire et de contrôles peropératoires restent imprécis.
Les animaux vivant sur terre ferme devant porter eux-mêmes le poids de leur corps, l'évolution a conditionné un appareil de soutien capable de s'opposer à la force de gravitation (G). Le passage à la station verticale quant à lui, a diminué la base de sustentation, le centre de gravité du corps s'élevant par contrecoup au niveau du promontoire lombo-sacré. L'homme est ainsi en constant déséquilibre postural qu'il doit corriger en faisant intervenir son appareil neuromusculaire.
S'il existe des repères très précis définissant la posture normale du rachis et des membres inférieurs dans le plan frontal (ligne des apophyses épineuses suivant le fil à plomb ; aucune incurvation latérale ; épaules et bassin horizontaux ; taille et plis fessiers symétriques) (fig. 1), il est pratiquement impossible de trouver des critères semblables pour le plan sagittal. En fait, la «normalité» n'est pas définie selon des repères anatomiques mais repose uniquement sur des normes fonctionnelles, le critère étant de permettre à l'individu de se maintenir debout sans solliciter sa musculature (fig. 2).
La statique du genou quant à elle s'apprécie dans un espace à trois dimensions en projection sur les trois plans de l'espace : frontal, sagittal et horizontal.
Dans le plan frontal, la notion d'axe est fondamentale. L'articulation du genou est une articulation à deux degrés de liberté qui permet la flexion dans un plan sagittal passant entre les condyles fémoraux et la rotation axiale dans un plan vertical passant par l'épine tibiale médiane. Le compartiment fémoro-tibial latéral est le compartiment mobile du genou. Elle occupe une position intermédiaire dans la chaîne articulaire du membre inférieur. Ses possibilités d'adaptation sont liées à la fois au «carrossage» (forme) de ses surfaces articulaires ainsi qu'au morphotype.
Le morphotype est le résultat d'une adaptation au cours de la croissance des différents segments osseux du membre inférieur. Il détermine le positionnement des différents groupes musculaires ainsi que de leur moment d'action, en particulier celui du système extenseur de la rotule.
En phase d'appui monopodal, le membre inférieur peut être assimilé à une colonne chargée excentriquement. Le poids du corps s'applique au niveau du centre de gravité qui se situe au voisinage du promontoire lombo-sacré. La ligne gravitaire est une droite joignant le centre de ce promontoire (S2) au milieu de la mortaise tibio-péronière (fig. 3).
En raison du porte-à-faux du col fémoral, l'axe anatomique de la diaphyse fémorale n'est pas strictement situé dans le prolongement de l'axe du squelette jambier ; il forme avec ce dernier un angle fémoro-tibial anatomique (SKA) obtus ouvert en dehors de 170-175° réalisant le valgus physiologique du genou.
Par contre, les trois centres articulaires de la hanche (H), du genou (K) et de la cheville (A) sont alignés sur une même droite (HKA) qui est l'axe mécanique du membre inférieur. Au niveau de la jambe, cet axe est confondu avec l'axe anatomique du tibia (KA) ; par contre, à la cuisse, cet axe mécanique (HK) forme un angle de 6 avec l'axe anatomique du fémur (SK) (fig. 4).
D'autre part, du fait de l'écartement plus grand des hanches par rapport aux chevilles, l'axe mécanique du membre inférieur est légèrement oblique en bas et en dedans, formant un angle de 3° avec la verticale. Cet angle est d'autant plus ouvert que le bassin est plus large, comme c'est le cas chez la femme. Cela explique aussi pourquoi le valgus physiologique du genou est plus marqué chez la femme que chez l'homme.1 La mesure de ces angles est toutefois insuffisante pour apprécier les contraintes s'exerçant sur les différentes surfaces articulaires du genou nécessitant l'introduction de la notion d'écart varisant.2 Dérivé du schéma proposé par Maquet, l'étude des écarts varisants cherche à quantifier le bras de levier des contraintes gravitaires. Elle consiste à mesurer, à la hauteur du genou, la distance qui sépare la ligne gravitaire du centre du genou. Sur un membre inférieur normo-axé, cet écart est faiblement dépendant de la morphologie du bassin (angle a) et qualifié de ce fait d'extrinsèque (fig. 5A).
Lorsque le genou est dévié en varus, l'incurvation du membre éloigne le centre du genou en dehors de l'axe mécanique en majorant l'écart varisant d'une valeur proportionnelle à l'angulation. Ce supplément d'écart lié à la morphologie du membre est qualifié d'intrinsèque. Il s'ajoute à l'écart extrinsèque pour former l'écart varisant global constituant un bras de levier majoré pour les forces gravitaires (fig. 5B).
Lorsque le genou est dévié en valgus, l'incurvation du membre rapproche le centre du genou de la ligne gravitaire en faisant passer le centre du genou en dedans de l'axe mécanique global. La morphologie du membre crée cette fois un écart intrinsèque valgisant qui vient théoriquement en déduction de l'écart varisant extrinsèque pour diminuer le bras de levier des forces gravitaires. L'écart varisant extrinsèque peut se trouver seulement réduit si la déformation est peu importante (fig. 6A). Si la déformation est marquée, le centre du genou se déplace au-dedans de la ligne gravitaire et les forces normalement varisantes deviennent valgisantes à la faveur de l'apparition de cet écart valgisant extrinsèque (fig. 6B).
En résumé, la notion d'écart varisant permet de bien appréhender les contraintes qui s'exercent au niveau du genou lors de la marche. L'écart varisant intrinsèque est plutôt un reflet de la morphologie du membre inférieur (genou normo-axé, genu varum, genu valgum) alors que l'écart varisant extrinsèque est plus un reflet dynamique induit par la marche. Si cette mesure géométrique permet d'expliquer par un surpoids et par une insuffisance du hauban musculaire externe l'apparition progressive d'une gonarthrose interne à prédominance en varus sur genou préalablement normo-axé (gonarthrose varisante essentielle) sur écart varisant extrinsèque normal, l'importance de ces bras de levier n'offre aucune base théorique sûre au calcul de l'angulation, la correction angulaire se faisant donc sur des bases purement empiriques.
Deux notions essentielles peuvent par contre être dégagées de ce chapitre théorique :
I La prévalence normale des forces varisantes qui s'appliquent à tout genou même normo-axé du fait des contraintes gravitaires.
I Une asymétrie de contrainte mécanique existe entre les deux compartiments fémoro-tibiaux au détriment de l'externe.
Ces considérations expliquent ainsi la nécessité d'une légère surcorrection en valgus lors d'une ostéotomie tibiale pour gonarthrose fémoro-tibiale interne.
La résultante du poids du corps passe en dedans du centre articulaire du genou du membre inférieur en appui. Elle est équilibrée par une force de sens opposé exercée en dehors du centre articulaire le long des haubans externes de la cuisse (fig. 7). Au niveau du quadriceps, du fait de l'angle existant entre le tendon quadricipital et le tendon rotulien (angle Q), cette force se décompose en plusieurs vecteurs et notamment en une force de subluxation rotulienne externe qui comprime la facette articulaire latérale rotule contre la joue externe de la trochlée (force subluxante due à l'angle Q : syndrome d'hyperpression externe). Celle-ci est en théorie compensée par les éléments musculo-capsulo-ligamentaires internes (muscle vaste interne). Cette force augmente en présence d'un valgus ainsi que lors d'une latéralisation de la tubérosité antérieure du tibia (TAT).
L'appréciation morphologique des axes de la cuisse et de la jambe ne permet qu'une mesure approximative, surtout chez le sujet obèse où il y a un risque de pseudo-valgus par abondance du pannicule adipeux crural. La distance intermalléolaire (DIM) ou intercondylienne (DIC) en position couchée ou plus volontiers en charge donne un critère moins imprécis.
Si une correction chirurgicale est envisagée, il est impérieux de procéder à une goniométrie statique sur un cliché des membres totaux en charge (30 x 90 cm) en veillant à positionner le genou strictement de face. Des clichés dynamiques appréciant la laxité latérale doivent également être exécutés.
En projection sur le plan sagittal, la ligne de gravité tombant du conduit auditif externe passe en arrière de la hanche puis légèrement en avant du genou pour atteindre le sol en avant de la cheville. Ici, la notion d'axe mécanique global n'existe plus. Par contre, les projections des positions relatives des axes anatomiques du tibia et du fémur permettent, après analyse de l'importance de la pente tibiale, de quantifier le recurvatum et le flexum.
On parle de genu recurvatum lorsque, dans le plan sagittal, il y a fermeture de l'angle fémoro-tibial, l'articulation dépassant ainsi sa position d'extension. Cliniquement, cet angle est mesuré sur le sujet couché. Son fémur est appliqué sur le plan de la table, le pied relevé au maximum, l'angle de recurvatum étant donné par le plan de la table et la diaphyse tibiale. Cette possibilité pour le genou d'aller au-delà de l'extension est retrouvée fréquemment dans la population normale. Ce genu recurvatum constitutionnel bilatéral et symétrique peut aller jusqu'à 15° d'hyperextension.
Le genu recurvatum acquis de l'adulte peut être démembré en trois entités distinctes :
I Un genu recurvatum d'origine osseuse, qu'il soit extra-articulaire ou intra-articulaire. Dans les cas extra-articulaires il y a le plus souvent présence d'un cal vicieux du tibia ou du fémur, celui-ci étant à l'origine d'une inversion de l'angle de flexion fémoro-tibial. Le recurvatum d'origine osseuse intra-articulaire impose la définition de la pente tibiale, mesure exprimée en degrés qui quantifie l'inclinaison postérieure des plateaux. Définie différemment selon différents auteurs, sa valeur est de 10° ± 3° en prenant l'angle formé par la tangente au plateau interne et l'axe anatomique du tibia en projection de profil (fig. 8). Son inclinaison exagérée favorise l'instabilité antéro-postérieure allant jusqu'à la subluxation tibiale antérieure en appui monopodal lors de ruptures du ligament croisé antérieur. A contrario, les plateaux tibiaux peuvent être inclinés vers l'avant (inversion de la pente) créant alors un recurvatum d'origine tibiale, par fracture de la margelle antérieure par exemple. Plus difficile à étudier est le recurvatum osseux lié aux asymétries des condyles fémoraux, l'hypotrophie condylienne externe (genou dysplasique) créant non seulement un recurvatum dans le plan sagittal mais également un valgum dans le plan frontal faisant apparaître le plateau tibial externe comme étant subluxé postérieurement par rapport aux condyles.
I Le genu recurvatum d'origine ligamentaire se rencontre lors de ruptures ou de distension des formations capsulaires postérieures permettant un bâillement en arrière des surfaces articulaires. Les coques condyliennes sont en première ligne, le ligament croisé postérieur pouvant rester normal jusqu'à 25° d'hyperextension.
I Le genu recurvatum mixte implique à la fois une composante osseuse et une composante ligamentaire. Généralement observé lors des graves traumatismes articulaires en hyperextension avec fracture/tassement des plateaux tibiaux et lésion ligamentaire postérieure associée, on le rencontre également lors des séquelles de poliomyélite avec paralysie du quadriceps, l'hyperextension du genou étant alors la seule position de stabilité du membre en appui monopodal. Cet excès de pression antérieure entraîne chez le jeune poliomyélitique des troubles de croissance inclinant peu à peu les plateaux tibiaux vers l'avant, ainsi que des sollicitations excessives des formations capsulo-ligamentaires postérieures. Une situation analogue est rencontrée lors d'une atteinte de la partie antérieure du cartilage de conjugaison tibial supérieur, qu'elle soit d'origine traumatique ou iatrogène (curetage pour tumeur bénigne, prise de greffon tibial, transposition de la tubérosité tibiale antérieure réalisée avant la fin de la croissance ou mise en place d'une traction transtibiale par broche).
Le genu recurvatum apparaît donc comme une des composantes de la stabilité du genou en appui monopodal. Rarement opéré, sa correction est chirurgicalement nécessaire lorsqu'il dépasse 20° où il constitue à la fois un handicap fonctionnel ainsi qu'un facteur de pronostic défavorable dans le développement d'une gonarthrose secondaire.
La diminution de la surface d'appui entre les condyles et les plateaux tibiaux lors de la flexion est une donnée connue de la biomécanique du genou en charge. La surcharge localisée résultant d'un genu flessum devrait donc avoir une influence néfaste sur le devenir à long terme de la gonarthrose. Pourtant, cette constatation théorique est rarement rencontrée en clinique, un flessum persistant ¾ à 10° restant indolent dans deux cas sur trois.
C'est dans le plan horizontal que se matérialise les anomalies de torsion du squelette du membre inférieur. La torsion squelettique se définit comme une déformation de l'os autour de son axe longitudinal. Elle est à opposer à la rotation qui représente le mouvement possible de cet os autour de cet axe.
Bien qu'étudiée depuis la fin du XIXe siècle, la problématique des torsions essentielle en terme d'arthrose et critère d'alignement rotatoire des implants prothétiques est un sujet encore mal connu, ceci malgré les récentes acquisitions de l'ostéo-densitométrie.
Deux index de mesure ont été proposés pour l'essai d'une classification des différents morphotypes rencontrés dans ces anomalies de torsion :
I L'index de torsion tibio-fémoral de Lerat3 mesurant la différence entre la torsion tibiale externe et l'antéversion fémorale (20° en moyenne).
I L'index de cumul des torsions de Duparc et Thomine4 qui est la somme algébrique des torsions fémorales et tibiales (11,7° en moyenne).
Cliniquement, les méthodes de mesure sont très imprécises. Au niveau du fémur, l'antéversion fémorale s'apprécie en comparant la prévalence de la rotation interne sur la rotation externe de la hanche, le patient étant en décubitus ventral, sa hanche en extension et le genou fléchi à 90°. La torsion tibiale s'apprécie en déterminant l'angle formé par l'axe bimalléolaire par rapport au plan sagittal de symétrie du corps. Il est également utile d'apprécier la mesure de l'angle du pas.
En fait, seules les mesures tomo-densitométriques sont actuellement les plus fiables et les plus utilisées, le scanner pouvant être réalisé selon l'angle du pas.5
Les torsions se modifient avec l'âge et évoluent jusque vers la fin de la croissance. Au niveau fémoral, il se produit chez l'humain une torsion puis une détorsion fémorale, l'antétorsion de l'extrémité supérieure du fémur diminuant progressivement jusqu'à l'âge adulte. A la naissance, elle est de 35 à 41° pour diminuer vers une antétorsion moyenne définitive de 12 à 15° à 14 ans (fig. 9). L'évolution de la torsion tibiale passe d'une torsion tibiale interne à la naissance vers une torsion tibiale externe de 19,5° en moyenne avec une importante marge de variation de 20° (fig. 10).
Compte tenu de cette importante variabilité, on parlera d'antétorsion fémorale exagérée si les valeurs angulaires sont supérieures de 10 à 15° à la valeur moyenne. Les torsions tibiales sont considérées quant à elles comme anormales si une torsion tibiale interne persiste après 4 ans ou si la torsion tibiale externe est supérieure à 40° à l'âge adulte.6
Les troubles du morphotype torsionnel affectent un grand nombre d'enfants et d'adolescents et constituent une importante cause de consultation en orthopédie pédiatrique. Ces problèmes sont parfois associés à une anomalie dans le plan frontal (genu valgum ou genu varum) ou a un problème de pieds plats. Il s'agit là de troubles du développement liés à la croissance qu'il faut distinguer des troubles secondaires acquis.
Les cas les plus fréquents sont ceux où la démarche se fait en rotation interne. Dans la première année de vie, ce trouble est en général secondaire à un metatarsus varus isolé ou associé à une torsion tibiale interne. L'évolution naturelle est le plus souvent favorable, ne requérant que rarement un traitement orthopédique fait d'attelles, plâtres correcteurs puis chaussures adaptées. Dès l'âge de la marche, une attitude «pieds en dedans» est en général liée à un excès d'antétorsion fémorale qui va être progressivement contre-balancée par une torsion jambière externe exagérée compensatrice. A l'examen clinique, on constate une prévalence de la rotation interne sur la rotation externe de la hanche en extension accompagnée d'un axe bimalléolaire exagéré. La position assise en W (position en grenouille) est souvent incriminée dans cet excès d'antétorsion sans que l'on sache si elle est la cause ou la conséquence de l'anomalie. Plus tard la situation se cristallise sous forme d'un «strabisme rotulien» qui se normalise le plus souvent à l'âge adulte, ne laissant la place à une indication chirurgicale qu'à des sujets souffrant de troubles fonctionnels sévères.
Chez l'adulte, les anomalies secondaires de torsion peuvent être soit malformatives (luxation congénitale de hanche, malformation fémorale ou tibiale, pied-bot, varus équin ou metatarsus adductus). Elles peuvent être secondaires à une pathologie neurologique (infirmité motrice cérébrale, poliomyélite antérieure aiguë, spina bifida, etc.). D'autres origines sont plus rares (maladie de Calvé-Legg-Perthes, arthrogryphose, etc.). La cause la plus fréquente reste toutefois la séquelle traumatique aboutissant à la consolidation fracturaire en cal vicieux.
A l'âge adulte, les anomalies torsionnelles sont essentiellement préjudiciables à l'articulation du genou, les retentissements sur la hanche, la cheville et le pied étant plus modestes, les amplitudes articulaires en rotation leur permettant d'échapper aux conséquences de ces anomalies de torsion.
La persistance de cals vicieux rotatoires fémoraux ou tibiaux constitue pour le genou un modèle expérimental démontrant les liens unissant «trouble de torsion» et «arthrose». Le délai d'apparition des troubles dégénératifs est de l'ordre de vingt ans. Sans entrer dans les détails, il convient de retenir qu'une détorsion fémorale interne surchargera le compartiment externe alors qu'une torsion fémorale externe surchargera le compartiment fémoral interne, et inversement pour le tibia. Le seuil de tolérance est heureusement variable d'un individu à l'autre, la limite d'erreur d'alignement restant bien tolérée en dessous de 20°, la proximité de l'interligne articulaire étant un facteur défavorisant.
Les anomalies torsionnelles sont également génératrices de pathologies fémoro-patellaires, le plus souvent par latéralisation de la tubérosité antérieure du tibia. Enfin, l'opérateur peut également en provoquer lors d'une arthroplastie par prothèse totale en commettant une erreur d'alignement rotatoire de l'un des composants, une luxation de rotule par exemple signant le plus souvent une malposition en rotation interne du composant fémoral.7
Les morphotypes sont surtout caractérisés par la position du tibia en appui par rapport au fémur.
Dans le plan frontal, varus ou valgus, dans le plan horizontal, torsion interne ou externe et dans le plan sagittal, recurvatum ou flexum. En théorie, toutes les combinaisons peuvent exister entre ces différents plans. En clinique toutefois, les morphotypes les plus couramment rencontrés sont :
I Le genu varum, torsion tibiale externe où le varum siège soit dans l'ensemble du tibia ou uniquement dans l'épiphyse tibiale proximale, souvent associé à une torsion fémorale interne (fig. 11 A et B).
I Le genu valgum, torsion tibiale interne. Le valgum peut être d'origine tibiale ou fémorale. Le genu valgum est souvent associé à une torsion fémorale externe et un recurvatum (fig. 12 A et B).
I Le genu recurvatum. Il aboutit à un hyper-verrouillage en rotation interne fémorale et rotation externe tibiale. La forme de l'axe anatomique du tibia laissera apparaître un varum ou un valgum (fig. 12 C).
Ces différents morphotypes modifient la cinématique du genou par une variation de l'inclinaison du plan des axes de flexion et de rotation axiale. La tension ligamentaire et le jeu musculaire subiront les conséquences de ces variantes anatomiques aboutissant à long terme à l'apparition de troubles dégénératifs.
