Étude comparative in vivo de la compression statique et dynamique sur des vertèbres caudales de rat : effets sur le taux de croissance et sur l'histomorphométrie de la plaque de croissance

La croissance longitudinale des os a lieu au droit des plaques de croissance, tissus conjonctifs situés à l'extrémité des os et histologiquement divisés en trois zones (réserve, proliférative et hypertrophique). Alors que les chargements mécaniques sont essentiels pour la croissance normale des os, un chargement excessif peut mener à une croissance anormale. Ce phénomène réfère à la modulation mécanique de la croissance osseuse, impliquée dans la progression de nombreuses déformations musculosquelettiques et dans le développement de nouvelles approches minimalement invasives pour leur traitement. Ces nouvelles techniques sont basées sur la modulation de croissance locale et visent à préserver la croissance et la mobilité segmentaire. De nombreuses études in vivo ont investigué la réponse mécanobiogique de la plaque de croissance. Alors que les effets du chargement statique sur la croissance sont bien caractérisés, les études comparant les effets du chargement statique versus dynamique sont peu nombreuses et utilisent des chargements non contrôlés, non normalisés ou non équivalents. Ces limites méthodologiques pourraient être la cause des résultats contradictoires reportés dans la littérature. Basé sur nos connaissances, il n'est donc pas possible de déterminer quel type de régime, statique ou dynamique, offre le meilleur potentiel de modulation mécanique de croissance et présente le moins de dommages pour la plaque de croissance. L'objectif de cette étude est de caractériser et comparer les effets d'un chargement in vivo en compression statique et dynamique sur le taux de croissance osseuse et sur l'histomorphométrie de la plaque de croissance dans un modèle animal de rat. Vingt-quatre rats ont été aléatoirement répartis en quatre groupes: contrôle, sham, statique et dynamique. Aucune manipulation n'a été effectuée sur les rats du groupe contrôle tandis que les rats des autres groupes ont été opérés à l'âge de 28 jours, suite à une période d'acclimatation d'une semaine. Une compression normalisée a été appliquée sur la 7ème vertèbre caudale (Cd7), de manière soutenue pour le groupe statique (0,2 MPa - 0,0 Hz) et sinusoïdale (0,2 MPa ± 30% - 0,1 Hz) pour le groupe dynamique. Afin d'évaluer l'effet de la procédure chirurgicale, le groupe sham a également été opéré mais sans aucune application de charge. Deux injections de calcéine (marqueur de minéralisation active) ont été effectuées, cinq jours et deux jours avant le sacrifice. Les rats ont été euthanasiés à l'âge de 43 jours, après 15 jours d'expérience. Les vertèbres ont été

Abstract

Longitudinal bone growth occurs at the end of bones, in growth plates, a connective tissue histologically divided into three zones (reserve, proliferative and hypertrophic). Loads are essential to normal bone growth, yet, if too elevated, these loads can result in abnormal growth. This phenomenon refers to the mechanical modulation of bone growth and is involved in the progression of several musculoskeletal deformities. This process also plays a key role in the development of new minimally invasive approaches for their treatment. These new techniques locally target the modulation of growth while preserving growth and segment motion. Several in vivo studies have examined the mechanobiological response of growth plates. While the effects of static loading are well characterized, the few reported static/dynamic comparative studies are using load parameters which are not well controlled, normalized or matched. These methodological limitations could explain inconsistent results currently reported in the literature. Based on our knowledge, it is not possible to determine which regimen, static or dynamic, provides the best growth modulation potential and the less detrimental effect on the growth plate histomorphometry. The aim of this in vivo study is to characterize and compare the effects of static versus dynamic compression on the growth rate and on the growth plate histomorphometry using a rat animal model. Twenty-four rats were randomly divided into four groups: control, sham, static and dynamic. Control rats underwent no manipulation while other rats were operated at 28 days old, following one week of acclimatization. A normalized compression was applied on the seventh caudal vertebra (Cd7). The load was sustained (0.2 MPa, 0.0 Hz) in the static group and sinusoidally oscillating (0.2 MPa ± 30%, 0.1 Hz) in the dynamic group. To determine the effects of the surgical procedure, sham rats were also operated but no load was applied. All rats were injected with calcein (a mineralizing bone label) five days and two days prior to euthanasia. The rats were euthanized at 43 days old, after a 15-day period. Vertebrae were immediately collected, processed and embedded in methylmetacrylate. The growth rate (measured between the two calcein labels) and the histomorphometry of the growth plate (toluidine blue staining) were evaluated and compared in a statistical study.