Comportement biomécanique de la paroi abdominale et de ses composants musculaires

La paroi abdominale protège la cavité abdominale et les organes qu’elle contient. En chirurgie digestive et viscérale, il est nécessaire de l’inciser pour intervenir sur les organes. Le concept de la chirurgie miniinvasive apparaît dans les années 90 avec la laparoscopie . Les stratégies opératoires se développent dans ce sens pour limiter le traumatisme lié aux incisions : La mini-laparoscopie utilise des trocarts de quelques millimètres seulement, la laparoscopie « single-port » introduit les instruments par un seul trocart, et les méthodes laparoscopiques utilisant les orifices naturels du corps (natural orifice tranluminal endoscopic surgeries) (Lamm et al. 2012). Malgré ces avancées, les opérations par laparotomie restent les plus communes. En France, le programme de médicalisation des systèmes d’information rapporte, pour l’année 2009, 361 004 laparotomies contre 288 224 laparoscopies (Le Huu Nho et al. 2012). La formation d’éventration, suite à des chirurgies de l’abdomen, est une complication post-opératoire fréquente. Il s’agit de la protrusion de viscères sous la peau par une cicatrice chirurgicale. L’incidence de cette pathologie de la paroi abdominale est de 9.9% après laparotomie (Le Huu Nho et al. 2012). Après laparoscopie classique, l’incidence est de 2.1 % et de 1.9% après laparoscopie « single-port » (Gangl et al. 2011). Le traitement des éventrations par pose d’implant a grandement amélioré le succès de cette chirurgie par rapport aux techniques de suture. Toutefois, le taux de récidive après réparation chirurgicale de l’éventration reste important (de 5 % à 20% Awad et al. 2005) .

Les progrès dans le traitement de l’éventration peuvent passer par l’amélioration des prothèses en les rendant plus adaptées à chaque cas. La modélisation numérique paraît être un outil important pour améliorer de tels développements. Elle pourrait permettre, à plus long terme, d’orienter les solutions thérapeutiques vers un traitement individualisé et spécifique à chaque cas. L’entreprise Covidien conçoit et produit, entre autres, des implants et des modes de fixation d’implant de la paroi abdominale. Leur équipe de recherche et développement se dirige également dans la direction de solutions personnalisées. Elle souhaite développer un outil numérique permettant de simuler le comportement de la paroi abdominale réparée. Ainsi, des implants de tailles et de formes différentes, des modes de fixation d’implant ou encore des poses différentes pourraient être évalués par simulation numérique.

Dans ce contexte, une collaboration a été mise en place entre Covidien et le LBMC (Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs) IFSTTAR-UCBL qui a une expertise en biomécanique des tissus mous et biomécanique de l’abdomen. Un programme de recherche sur quatre ans, s’articule autour de deux thèses : la thèse de Florence Podwojewski soutenue en 2012, et la thèse présentée dans ce manuscrit. La première thèse a considéré la paroi comme une structure homogène. Dans cette seconde thèse, l’approche choisie se focalise sur les composants.

Les rappels anatomiques qui suivent sont extraits du Gray’s anatomie pour les étudiants (Drake et al. 2006), Anatomie médicale (Moore et Dalley, 1999), des feuillets d’anatomie (Brizon et Castaing, 1985). La paroi abdominale est constituée de muscles qui viennent s’insérer sur des éléments osseux. Les cinq vertèbres lombaires et leurs disques intervertébraux, la partie supérieure des os pelviens, le rebord costal, les 5èmes aux 12èmes côtes et le processus xiphoïde délimitent la paroi abdominale . La partie antérolatérale de la paroi abdominale sera principalement étudiée ici. La paroi antérolatérale est composée de cinq muscles pairs. Au niveau médian, on retrouve deux muscles verticaux : le muscle grand droit de l’abdomen et le muscle pyramidal. Au niveau latéral, on retrouve trois muscles larges : le muscle oblique externe, le muscle oblique interne et le muscle transverse de l’abdomen. L’ensemble de ces muscles constitue une paroi qui participe au maintien et à la protection des viscères abdominaux dans la cavité abdominale. Ils contribuent au maintien de la posture. La contraction de ces muscles joue un rôle dans la respiration et lors de l’expiration forcée (par exemple la toux, l’éternuement, le vomissement). Ils sont également impliqués dans la mobilisation du tronc, les actions où la pression intra-abdominale est augmentée, comme l’accouchement, la miction ou la défécation.

Le muscle droit de l’abdomen, aussi appelé grand droit (de l’abdomen) ou rectus abdominis est un muscle long et épais qui s’étend le long de la ligne médiane, de la partie antéro-inférieure du thorax à la symphyse pubienne. Son corps musculaire est interrompu par trois à quatre bandes fibreuses transversales appelées intersections tendineuses  . Il est impliqué dans la compression des viscères abdominaux, le fléchissement de la colonne vertébrale et la tension de la paroi abdominale. Le second muscle vertical est le muscle pyramidal. Ce petit muscle, qui peut être absent, est situé en avant du rectus abdominis. De forme triangulaire, il s’insère par la base du pubis et se termine par son sommet supérieur, sur la linea alba. Sa fonction est de tendre la linea alba.

Le muscle oblique externe, appelé aussi grand oblique ou obliquus externus abdominis, est le plus superficiel des trois muscles larges. Ses fibres musculaires s’insèrent depuis les 5èmes aux 12èmes côtes jusqu’à la linea alba, l’os iliaque et l’arcade crurale . Elles ont une direction oblique en bas et en avant, et se prolongent dans la partie médiane par une large aponévrose pour participer à la linea alba. Le muscle oblique interne (petit oblique ou obliquus internus abdominis), est situé sous le muscle obliquus externus . Triangulaire, il rayonne de la crête iliaque aux dernières côtes, à la linea alba et au pubis. Son corps musculaire se prolonge vers l’avant par une aponévrose qui contribue à former la linea alba. Le muscle transverse de l’abdomen (transversus abdominis) est situé sous l’obliquus internus . Il est tendu de la colonne vertébrale à la linea alba. Chacun des trois muscles larges est enveloppé de son aponévrose, un feuillet cellulo-fibreux très fin. Les trois muscles larges sont impliqués dans la compression des viscères abdominaux. La contraction bilatérale des obliquus externus et internus permet la flexion du tronc. En contraction unilatérale, l’obliquus externus permet la rotation du thorax, portant sa face antérieure vers le côté opposé. La contraction unilatérale de l’obliquus internus permet la rotation du thorax, portant sa face antérieure du côté du muscle.

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Table des matières

Introduction
1.1. Introduction
1.2. Anatomie
1.2.1. Les muscles verticaux
1.2.2. Les muscles larges
1.2.3. Les structures membranaires
1.3. L’éventration, une pathologie de la paroi abdominale
1.3.1. Définition
1.3.2. Traitement des éventrations
1.3.3. Conclusion intermédiaire
1.4. Caractérisation mécanique ex vivo de la paroi abdominale et de ses composants
1.4.1. Essais mécaniques sur paroi entière
1.4.2. Composants musculaires de la paroi abdominale
1.4.3. Composants membranaires de la paroi abdominale
1.4.3.1. La linea alba
1.4.3.2. La gaine des rectus abdominis
1.4.3.3. Le fascia transversalis
1.4.3.4. Comparaison entre les structures membranaires dans des études appariées
1.4.3.5. Anisotropie et variations inter-individuelles
1.4.3.6. Loi de comportement
1.4.4. Conclusion intermédiaire
1.5. Caractérisation in vivo de la paroi abdominale
1.5.1. Activation des muscles de la paroi abdominale
1.5.2. Déformation et élasticité de la paroi abdominale
1.5.3. Mesures de raideur locale
1.5.4. Conclusion intermédiaire
1.6. Élastographie ultrasonore par onde de cisaillement
CONCLUSION

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