Biomechanical Response of the Epiphyseal Vertebral Growth Plate under Static and Cyclic Compression: A Finite Element Study

La scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA), qui implique une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale, affecte 1 à 3% des adolescents, principalement des filles. Les influences mécaniques sur la croissance du rachis jouent un rôle important dans la progression de la courbure chez les patients SIA, notamment pendant les périodes de croissance rapide comme l'adolescence. Les traitements sans fusion du rachis, via la modulation mécanique locale de la croissance osseuse, ont montré des avancées prometteuses pour le traitement précoce des déformations modérées de la colonne vertébrale. Des études in vivo récentes sur les plaques de croissance de rats, utilisant des chargements statiques et dynamiques équivalents au niveau de la contrainte moyenne appliquée, ont montré que les chargements dynamiques étaient aussi efficaces que les chargements statiques en termes de modulation de croissance, mais moins dommageables pour l'intégrité de la plaque de croissance en comparaison aux chargements statiques [1, 2]. Cependant, il a été montré que la combinaison de hautes fréquences et d'amplitudes d'oscillations conduit à des inflammations tissulaires. Comme approche complémentaire à l'approche expérimentale pour investiguer la biomécanique du rachis, la modélisation numérique fournit une plateforme pour approfondir nos connaissances sur les structures du rachis et leurs comportements mécaniques [3]. En utilisant les simulations numériques, un paramètre peut aisément être modifié afin d'investiguer son effet spécifique en maintenant les autres paramètres constants. La modélisation par éléments finis constitue l'une des méthodes numériques couramment utilisées ; elle se base sur une méthode numérique rapide pour des analyses de contraintes et de déformations de problèmes complexes, en évitant les limites et difficultés associées aux études expérimentales. Bien que les modèles poroélastiques aient été développés pour investiguer la réponse dépendante du temps des tissus rachidiens, le comportement biomécanique comparatif de tissus cartilagineux, tels que les plaques de croissance sous chargements statiques vs. dynamiques, n'a pas encore été clairement déterminé [3, 4] et pourrait apporter des connaissances sur la compréhension de l'interaction entre les chargements mécaniques et le métabolisme tissulaire. L'objectif principal de ce projet était d'étudier la réponse biomécanique de la plaque de croissance soumise à des compressions statique et dynamique, en utilisant des modèles par éléments finis. Afin d'atteindre cet objectif, un modèle axisymétrique poroélastique de la plaque