INTRODUCTION

La seconde moitié du 20e siècle a vu, parmi toutes les importantes inventions et développements scientifiques et techniques l’arrivée et le perfectionnement des ordinateurs qui sont de plus en plus puissants et efficaces. L’imagerie médicale est de moins en moins invasive avec le développement des tomodensitométries, et surtout de l’imagerie par résonance magnétique.

On constate aussi l’amélioration du contrôle de l’infection par le développement de l’antibiothérapie qui devient de plus en plus spécifique et performante, en même temps que la réalisation plus rigoureuse de l’asepsie en salle d’opération. Parallèlement la montée en puissance de l’anesthésie et de la réanimation permet de s’attaquer à des situations de plus en plus complexes, en particulier sur le plan chirurgical.

C’est dans ce superbe bouquet d’améliorations médicales que l’explosion de l’ostéosynthèse et de l’arthroplastie est survenue pendant la même période.

Les conséquences de ces développements pour la chirurgie rachidienne ont été tout à fait parallèles grâce à divers facteurs.

D’abord la prise en compte des 3 dimensions de l’espace a permis d’interpréter de manière beaucoup plus réaliste les projections radiologiques qui pendant un certain temps ont fait errer les stratégies thérapeutiques. C’est grâce à l’observation clinique corrélée aux reconstructions volumétriques 3D rendues possibles par les ordinateurs que la compréhension des déformations rachidiennes en 3 dimensions a pu être améliorée.

Grâce aux progrès de l’anesthésie réanimation, la possibilité d’interventions longues et difficiles sur des terrains de plus en plus complexes, en particulier chez l’adulte, a pu se réaliser. C’est dans ce contexte que le développement et la diffusion de plus en plus vaste de l’instrumentation rachidienne s’est produite, source de
progrès dans les soins apportés aux malades, mais aussi comme on le verra, révélatrice d’écueils.

LES PROGRÈS

Le progrès fondamental a répondu à l’invention et au développement simultané d’une instrumentation devenue de plus en plus segmentaire en même temps que de plus en plus solide et fiable dans ses caractères métallurgiques, mécaniques, tout autant que dans la sécurité de mise en place. Ainsi ces techniques dispensent d’une immobilisation externe par plâtre ou corset, qui autrefois était la règle. En effet, une immobilisation postopératoire par plâtre de tout le tronc, voire et y compris la tête, pendant des périodes de six mois à un an était nécessaire, lorsqu’il n’y avait pas de matériel ou que celui-ci était biomécaniquement de trop faible résistance.

Grâce aux systèmes modernes, segmentaires, il a été prouvé que l’immobilisation plâtrée n’était plus nécessaire et que l’on obtenait des résultats tout aussi bons, voire meilleurs que les précédents, sans passer par l’immobilisation postopératoire.

Cette instrumentation segmentaire a permis de faire découvrir à beaucoup de chirurgiens et de thérapeutes le caractère tridimensionnel de la plupart des déformations rachidiennes, avec ses conséquences quant aux stratégies de correction possibles. En effet les premières instrumentations avaient tendance à ne s’appuyer que sur la simple vue de face du rachis et dans un effort simple de redressement ignoraient les courbures sagittales, comme dans l’opération de Harrington [1], pourtant pionnier en la matière, qui s’est largement diffusée à partir des années 60.

C’est ainsi que l’on obtenait une réduction apparemment satisfaisante sur le plan de la projection frontale, mais que de profil on constatait une perte des courbures physiologiques. Il a fallu presque 20 ans pour reconnaître que la perte de la lordose physiologique dans la région lombaire pouvait être très néfaste à long terme et nécessitait des ré-interventions difficiles, voire périlleuses pour le malade pour rétablir un équilibre sagittal plus normal.

C’est la prise en compte de cette troisième dimension qui a permis le développement de nouvelles techniques corrigeant ces déformations en essayant de se rapprocher des trois dimensions. Ce passage s’est fait progressivement entre les années 60 et 80 par le développement des instrumentations de Luque et Resina [2] où le caractère segmentaire s’est nettement affirmé, mais certains inconvénients sont apparus, par exemple dans la technique de Luque le passage intra rachidien du matériel d’ostéosynthèse (fils sous-lamaires) pouvait avoir des conséquences neurologiques néfastes aussi bien lors de la mise en place que lors de l’extraction de ces fils, lorsqu’elle s’avérait nécessaire, ce qui a conduit progressivement à son abandon. Par ailleurs, le développement des fixations segmentaires s’est matérialisé par la large diffusion de l’usage des vis pédiculaires mises au point par Raymond Roy Camille [3] dans notre pays depuis les années 60. Tout ceci a permis une dernière génération d’instrumentation mélangeant vis, crochets et tiges et rendant possibles des fixations depuis le crâne jusqu’au bassin. Les stratégies se sont multipliées pour obtenir les résultats
escomptés, comme cela a été le cas avec l’instrumentation Cotrel-Dubousset et ses nombreux dérivés [4] qui ont nettement marqué un tournant dans l’instrumentation rachidienne par voie postérieure.

Le 3e progrès majeur est la chirurgie rachidienne par voie antérieure, d’abord timide sur 1 ou 2 niveaux pour des lésions très localisées, elle s’est affirmée sur des niveaux de plus en plus nombreux à partir des années 70. Elle a permis le contrôle mécanique circonférenciel des déformations rachidiennes. On a assisté simultanément au développement des instrumentations antérieures d’abord par vis, agrafes et câbles souples [5], [6], puis par vis et tiges ou plaques rigides [7] qui ont permis des corrections fusions par voie antérieure. Leur avantage majeur est de n’entraîner aucune agression sur la musculature postérieure, ce qui est l’inconvénient majeur des instrumentations postérieures.

Enfin la mise au point des voies mini invasives par laparo-rétro-péritonéo ou thoracoscopie a diminué l’agression pariétale d’une chirurgie classique et a amélioré les résultats sur la douleur postopératoire et sur la fonction avec des indications bien précisées maintenant.

La prise en compte des trois dimensions [8-10] et l’application de ces principes de correction segmentaire, aussi bien sur l’avant des corps vertébraux que sur l’arrière, les arcs postérieurs associées à la puissance de correction et la solidité du matériel développé par tiges, vis, et crochets, ont permis de s’attaquer aux déformations de l’adulte, jeune d’abord, moins jeune ensuite, qui jusque-là n’étaient guère opérées du fait de la nécessité d’un plâtre postopératoire du tronc pendant plusieurs mois. Cette disparition de l’immobilisation externe postopératoire a étendu largement les indications à des affections rachidiennes jusque-là restées en dehors des possibilités chirurgicales. Bon nombre de malades ont bénéficié jusqu’à un âge avancé de cette chirurgie rachidienne.

Ces progrès n’ont pu être obtenus que par l’apport de l’ anesthésie réanimation dans la prise en charge pré, per et postopératoire, des risques vitaux respiratoires, cardiaques et transfusionnels. Le développement des techniques de transfusion, hémodilution, auto-transfusion, prédonation, récupération de sang postopératoire…, a permis de rendre cette chirurgie de plus en plus fiable et sûre.

Il en est de même des monitorages pré, per et postopératoires de la fonction médullaire par l’usage des potentiels évoqués, moteurs et sensitifs. Ceci a permis de diminuer les risques de cette chirurgie qui reste cependant une chirurgie relativement lourde et délicate.

En conclusion, les résultats ont été nettement améliorés quant au confort du malade immédiatement en postopératoire et dans les suites, quant à la qualité des résultats orthopédiques et fonctionnels obtenus tout autant que dans la qualité des résultats esthétiques. En effet un certain nombre de ces malades, en particulier adultes, avaient comme principale raison de se faire opérer un désordre esthétique auquel ils n’avaient pas osé s’attaquer jusque-là.

Mais ces progrès se heurtent à des écueils dont il ne faut pas cacher l’existence.

LES ÉCUEILS

Première série d’écueils, ceux venant des indications

Il y a trois groupes d’indications de la chirurgie rachidienne :

— les unes sont la correction des désordres neurologiques (compression radiculaire, compression médullaire, …) consécutifs aux déformations rachidiennes.

Ces indications s’imposent ;

— d’autres sont de nature fonctionnelle lorsque les déséquilibres, qu’ils soient dans le plan frontal ou dans le plan sagittal, deviennent gênants pour la station érigée (debout ou assise) ou en raison de leurs conséquences respiratoires, mais aussi digestives, urinaires, … Lorsque ces troubles sont en relation avec une anomalie de la colonne vertébrale, il est logique de les corriger ;

— les troisièmes enfin sont des indications d’ordre purement esthétique. Celles-ci sont en plus grand nombre que l’on pense et c’est bien là qu’il faut évaluer le rapport bénéfices-risques avant de prendre une décision opératoire.

En effet, mis à part les risques de complications infectieuses, neurologiques, il est des conséquences fonctionnelles parfois gênantes de cette chirurgie qui sont dues au fait que pour corriger la déformation on est obligé de souder les vertèbres les unes aux autres sur une étendue plus ou moins grande. Ceci limite la mobilité restante du rachis ou plus exactement la concentre sur un plus petit nombre d’unités fonctionnelles. Les disques et les apophyses articulaires postérieures laissés libres subissent un surmenage local avec risque de dégénérescence à plus long terme. Cette dégéné- rescence arthrosique ayant des conséquences sur la largeur du canal et les sténoses (lombaires par exemple) qui peuvent en découler, elles-mêmes créatrices de douleurs voire de complications neurologiques.

De même, si la correction de la déformation oblige à étendre l’arthrodèse jusqu’à la base du cou, des cervicalgies peuvent survenir avec des conséquences aussi bien douloureuses que dégénératives préjudiciables à long terme.

Donc toute décision de chirurgie rachidienne doit être prise de manière très réflé- chie, d’autant qu’il est rare que, quelle que soit la technique, on puisse redonner une morphologie normale au dos dès lors que la gibbosté, par exemple, est un peu importante.

Par ailleurs, les personnes âgées sont devenues de plus en plus demandeuses d’où une prise de risque supplémentaire sur le plan vital pour cette catégorie de patients.

Enfin, si l’on est amené à intervenir par voie antérieure en même temps que par voie postérieure, il peut y avoir des complications. Ce n’est pas l’amélioration de la capacité vitale que l’on espérait que l’on observera, mais parfois une dégradation ou une stagnation en période de croissance, là encore les indications doivent en tenir compte.

La deuxième série d’écueils répond au fait que jusqu’à maintenant les stratégies de correction opératoire ont été fondées sur la comparaison de cas jugés voisins de celui à traiter. En réalité, je n’ai jamais rencontré deux fois exactement la même courbure.

Les références sont donc basées sur l’expérience de cas jugés identiques ou proches, ce qui peut conduire à des surprises désagréables. La stratégie n’est pas basée jusqu’à maintenant sur les caractères statiques, dynamiques et tissulaires propres à l’individu lui-même. Le but est de personnaliser la stratégie préopératoire, cela vient avec les premiers essais de simulation chirurgicale préopératoire effectuée grâce à l’ordinateur.

La troisième série d’écueils résulte de la non appréciation en préopératoire de la mobilité et de la fonction restantes que l’on peut espérer au-dessus et au-dessous de la zone qui sera fusionnée. Il en découle des déséquilibres et des surmenages localisés menant à des détériorations structurales plus ou moins rapides ou à l’apparition de phénomènes douloureux obligeant à des reprises chirurgicales pour étendre la correction et donc la zone fusionnée.

Un autre écueil corollaire du précédent est venu de la puissance de correction obtenue par les techniques modernes, en particulier segmentaires. Cette puissance entraîne un risque de déséquilibre immédiat en postopératoire ou secondaire , du fait de l’insuffisance des contrôles per-opératoires qui ne sont pas tridimensionnels. Ces contrôles per-opératoires, même s’ils deviennent beaucoup plus performants et dans les trois dimensions, sont réalisés sur un malade en décubitus, alors que le résultat ne se jugera que sur un malade debout. C’est un écueil qui n’est pas encore surmonté.

En conclusion , les écueils rencontrés par cette chirurgie rachidienne moderne viennent essentiellement, une fois les contrôles des risques vitaux, infectieux et neurologiques assurés, de la prévention des déséquilibres statiques et dynamiques dans les trois dimensions avec le risque majeur de surmenages locaux ou à distance entraî- nant des dégénérescences localisées, facteurs eux-mêmes de pathologie propre.

SOLUTIONS ET PROPOSITIONS POUR L’AVENIR — Les simulations préopératoires [11, 12]. Elles peuvent être obtenues grâce aux reconstructions 3D à l’ordinateur . Elles deviennent de plus en plus personnalisées et voient leurs résultats grandement améliorés du fait de l’introduction dans les données, non seulement des éléments statiques, mais surtout des éléments dynamiques que l’on peut repérer sur chaque individu en préopératoire. Cette caractérisation individuelle est réalisée grâce aux mesures en inclinaison latérale, droite, gauche, mais bientôt aussi antéro-postérieures et en rotation. L’introduction de ces données a amélioré de manière considérable la fiabilité de ces simulations.

— C’est en tenant compte de la morphologie tridimensionnelle individuelle des caractéristiques personnelles (poids, taille, élasticité des tissus, réductibilité) que
l’on peut simuler ces interventions pour essayer d’obtenir la meilleure solution possible dans l’étendue de l’arthrodèse, tout autant que dans la quantité de correction qui est nécessaire en fonction des exigences des segments sus et sous-jacents non arthrodésés.

— Le récent développement de la stéréo-radiographie à basse dose utilisant le système inventé par notre collègue Georges Charpak [13] permet d’une part d’obtenir des radiographies (avec une irradiation 10 fois moindre que la normale) du rachis en entier en position debout simultanément de face, de profil, sans modifier la position. Ces données numériques vérifiées fiables, traitées à l’ordinateur, permettent d’obtenir une représentation 3D du rachis, du bassin et de la cage thoracique, ainsi que l’équivalence d’une tomodensitométrie grâce à une seule stéréo-radiographie à basse dose. Ceci va réellement entraîner une autre révolution dans l’imagerie médicale.

— Ensuite, le contrôle per-opératoire tridimensionnel des actes de correction [14] effectués et la mesure de ceux-ci pour pouvoir les ajuster en fonction de la stratégie préopératoire commence à entrer dans l’usage non pas routinier mais encore expérimental. Des mesures de moins en moins invasives vont permettre de réaliser cette étape sans prolonger de manière excessive l’acte opératoire.

Restera bien sûr toujours la difficulté que ces mesures sont effectuées sur un malade couché, alors que l’on souhaite prévoir ce qu’il sera debout. Mais le travail conjoint des cliniciens et des ingénieurs informaticiens et biomécaniciens laisse à penser que l’on n’est pas très loin de la solution.

— Un autre chapitre de progrès pour l’avenir réside dans la biologie , premièrement osseuse puisque jusqu’à présent il faut utiliser des greffes osseuses, soit d’origine locale, soit d’origine autologue à distance (crête iliaque, …) pour obtenir la soudure des éléments vertébraux maintenus par l’instrumentation. Mais il est sûr que l’utilisation des facteurs de croissance, BMP et autres substituts osseux céramique bio-active, hydroxyapatite pour remplacer les autogreffes, se développe.

— Enfin les tentatives de régénération discale biologique n’en sont encore qu’à leurs ébauches.

— Un autre espoir réside dans les instrumentations permettant d’éviter l’arthrodèse et de conserver la mobilité qui ont deux sujets d’applications :

• chez l’enfant, la chirurgie sans fusion osseuse permettant de corriger une scoliose infantile par exemple, tout en conservant la croissance ;

• chez l’adulte, les arthroplasties de l’unité fonctionnelle vertébrale.

— Chez l’enfant en croissance, le défi est grand : en effet, l’acte chirurgical entraîne une cicatrice des parties molles avec son contingent fibreux rétractile. De plus lorsqu’on est obligé d’approcher l’os, un simple dépériostage nécessaire pour l’implantation des moyens de fixation sur l’os peut entraîner des fusions osseuses plus ou moins importantes. En effet si la rigidité des éléments d’ostéosynthèse
entre les divers segments vertébraux est trop grande (et elle est parfois nécessaire pour s’opposer aux déformations), elle ne permet plus la croissance et favorise l’arthrodèse spontanée.

Mais en agissant : — soit sur la colonne antérieure au niveau des corps vertébraux (agrafes à mémoire de forme par exemple destruction localisée des zones de croissance anormales, …), — soit sur la colonne postérieure avec instrumentations postérieures souples à glissières et à appui pédiculaire sans dépérioster par exemple, on peut espérer parvenir au but recherché (corriger tout en conservant la mobilité).

La difficulté est d’agir dans les 3 dimensions et en respectant les zones physiologiques de mobilité (disques et articulaires postérieures) de l’unité fonctionnelle rachidienne tout au long de la période d’implantation des éventuelles instrumentations, ce qui représente un défi technologique et biologique considérable.

Chez l’adulte , la conservation de la mobilité passe par le développement des arthroplasties de l’unité fonctionnelle rachidienne : arthroplasties discales en avant, arthroplasties articulaires postérieures en arrière, voire lorsque la combinaison des deux peut être réalisée, arthroplastie totale.

Les premières tentatives ont eu lieu, pour les disques depuis plus d’une dizaine d’années et commencent à se développer après une période d’essais relativement et volontairement limitée [15, 16]. Plusieurs versions de prothèses discales existent tant au niveau lombaire que cervical, mais leurs indications restent limitées et sont essentiellement dépendantes de la bonne qualité des éléments postérieurs, nécessaire pour espérer un résultat satisfaisant. Par ailleurs les modèles existants et ayant été expérimentés avec un certain recul conservent une certaine mobilité, aussi bien antéro-postérieure que lors des inclinaisons latérales. Ils font disparaître dans un bon nombre de cas les phénomènes douloureux qui ont justifié leurs implantations, mais ne répondent pas encore à la 3e fonction biomécanique du disque intervertébral, sa fonction d’amortisseur et d’anti vibrateur. Néanmoins c’est un courant de recherche qui s’amplifie de manière très importante de par le monde entier.

Il en va de même, mais avec un plus grand retard, pour les arthroplasties articulaires postérieures : les premières tentatives ont été réalisées par l’implantation de ligaments artificiels en dacron enroulés autour des épineuses ou implantés par l’intermédiaire de vis pédiculaires qui avaient seulement l’intérêt de travailler en tension limitant les mouvements extrêmes. Ils permettent de redonner de la lordose du fait de leur tension. Ils se sont avérés non fiables à la longue après des résultats précoces assez prometteurs. De là sont à l’étude des dispositifs permettant vraiment un contrôle dans les 3 dimensions dont les conditions d’implantations ne sont pas encore parfaitement mises au point, de même que la conception mécanique définitive (ressorts, glissières, …).

Enfin des travaux sont en cours concernant l’arthroplastie totale remplaçant à la fois disques et éléments postérieurs au même niveau.

Dans tous les cas, les exigences biologiques et mécaniques doivent être respectées. La plus importante me paraît être la sécurité lors des manœuvres d’ablation ou de
changement de matériel qu’il faut toujours prévoir lorsqu’on implante un matériel étranger dans les tissus d’un individu. Par exemple lorsqu’on implante un matériel par voie antérieure, en particulier vers la charnière lombo-sacrée, une première ré-intervention par la même voie est toujours possible avec une petite augmentation de risque de complications liées à la voie d’abord. Lorsqu’il s’agit d’une seconde ré-intervention, les risques sont multipliés par 3 plutôt que par 2 et ainsi de suite.

C’est un point fondamental qui doit entrer en ligne de compte pour la conception de tout implant étranger.

Il en va de même lorsqu’on s’aide pour la jonction implant — tissu osseux d’un élément biologique (Hydroxyapatite par exemple). Dans ces cas, l’expérience des prothèses de hanche est là pour nous le montrer, les ré-interventions sont très hasardeuses et délabrantes. Mais cela ne doit pas freiner le développement des initiatives, cela demande seulement la prise en compte d’un élément supplémentaire dans le cahier des charges du concepteur.

CONCLUSION

On se rend compte aujourd’hui des progrès considérables qui ont eu lieu durant cette 2e moitié de la 2e moitié du siècle précédent, mais aussi des limites rencontrées et des espoirs et solutions d’avenir. On peut cataloguer les grands problèmes biologiques relatifs à la pathologie rachidienne à surmonter et l’on s’aperçoit qu’ils recoupent parfaitement des problèmes tout à fait généraux de la médecine tout entière : par exemple et de manière non limitée :

— neurologie de la station érigée et posture, — croissance et vieillissement, — état de malignité : compréhension et contrôle, — la douleur et la souffrance où par exemple le facteur psychologique des lombalgiques n’est toujours pas élucidé, — enfin et bien sûr la place de la génétique, entre autres, dans tout cela.

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Bull. Acad. Natle Méd., 2003, 187, n° 3, 523-533, séance du 25 mars 2003