LES OUT1 LS ‘INVESTIGATION DU SYSTiME SQUELETTIQUE :

ORMATIONS QUA TITATIVES ET QUALITATIVES. RiT DAN UIVI DES SPORTIFS

Stephanie Prouteau a,*, Daniel Courteix a

R&sum&

Dans le domaine des activites physiques, les divers outils d’investi-

gation du systeme squelettique connaissent un interet croissant de

la part des acteurs du monde medical et sportif. En effet, il est

admis que la resistance osseuse est influencee par de nombreux

parametres tels que la taille, la geometric, la densite et le type

d’os present.

‘Divers outils de mesure avec chacun leurs avantages et leurs

limites sont a disposition pour investiguer ces differentes caracte-

ristiques osseuses. Les plus communement utilises sont I’absorp-

tiometrie biphotonique a rayons x (DEXA), les ultrasons, la tomo-

densitometrie et les biomarqueurs osseux qui offrent quant

a eux un reflet du metabolisme osseux dans son ensemble.

Ch%qe appareil mesure des proprietes distinctes, telles que

la densite et le contenu mineral osseux, la part differenciee

de 1’0s cortical et trabeculaire ainsi que des parametres refletant

la microarchitecture. Toutes ces donnees sont impliquees

dans les hypotheses sur les facteurs de risque fracturaire.

Microarchitecture osseuse - carachkistiques anatomiques - densit et contenu min&a! osseux - activitk physique - absorptiomQrie biphotonique B rayons x.

Summary

When investigating physical activity and bone health, there is a surge of interest in the various imaging techniques as bone strength is influenced by the type of bone present, its size and shape, as well as the amount of mineral.

‘Bone has many interesting attributes that need to be measured in order to preserve or reestablish its functions. Consequently, to study bone, investigators need to measure its complex proper- ties. Bone anatomy and caracteristics can be studied using diffe- rent forms of imaging, such as dual energy X-ray absorptiometry (DXA), quantitative ultrasound (CNJS), quantitative computerized tomography (QCT) and peripheral QCT (pQC77.

a Laboratoire de la performance - Universitb d’OrlBans IPROS INSERM ERIT - M 0101 (q Microarchitecture osseuse 8’ Centre hospitaiier regional d’Orleans 1, rue Porte-Madeleine - B.P. 2439 45032 Orbans cedex 1

’ Correspondance stephanieprouteau@hotmail.com

article rey le 7 janvier, accept6 le 21 janvier 2003

@ Elsevier, Paris

Revue Franqaise des Laboratoires, f&vriw 2003. N” 350

’ DXA is the most common measure of bone mineral content

(BMC, g) and Bone Mineral Density (BMD, g/cm*). The modality

of CNJS is said to reflect bone microarchitecture. QCT measures apparent volumetric density of trabecular or cortical bone, and

QCTp permits evaluation of the peripheral squeleton.

Eventually, bone biochemical markers provide information about

bone metabolism.

Imaging plays an important clinical role, for example, in predicting

fracture risk. Bone measurements related to fracture risk include

bone mineral content and density, cortical thickness, trabecular structure and its external geometry.

Bone strength - bone mineral content and density - bone microarchitecture - dual energy X - ray absorptiometry - physical activity.

L es outils d’evaluation du systeme squelettique ont connu une

importante evolution au tours de ces dernieres annees. En effet,

1’0s possede des caracteristiques biomecaniques (resistances aux dif- ferentes forces), anatomiques (taille et forme des OS), biochimiques

et physiologiques (activites metaboliques du tissu osseux), ainsi que

des capacites de developpement et d’adaptation qui constituent autant de domaines d’investigation pour la recherche scientifique.

Certains de ces aspects peuvent etre investis en laboratoire en tra- vaillant soit sur le modele animal, soit chez I’homme mais avec quelques

limitations toutefois.

Ainsi, I’anatomie d’un OS peut etre etudiee grace a I’imagerie medicale,

la force mecanique pouvant irtre estimee en appliquant les lois de la

physique aux dimensions obtenues par ces techniques d’imagerie. Le

metabolisme osseux peut etre apprecie a partir des marqueurs bio-

chimiques presents dans le sang et les urines.

Les outils d’investigation du systeme squelettique jouent un role cli- nique majeur dans la mesure ou ils permettent de deceler certaines

alterations du systeme squelettique et de p&dire un risque de frac-

ture chez les sujets dont les valeurs osseuses sont diminuees.

Fractures de fatigue, baisse de la densite osseuse, fractures vraies,

consolidation osseuse ralentie, troubles de la croissance sont autant d’accidents pouvant survenir dans la pratique sportive, ou il s’agit d’in-

tervenir suffisamment tot pour identifier les causes de cette fragilitb osseuse et proposer des mesures adaptees.

Cobjet de cet article est de passer en revue les divers outils dont on dispose pour investiguer le systeme squelettique, leurs inconvenients

et avantages respectifs, ainsi que leur pertinence relative en fonction du sujet, de la pathologie, du diagnostic, mais egalement en termes

de coat economique et de faisabilite.

45

Biologic du sport

ie tissu osseux represent5 99 % de la masse calcique totale de I’orga- nisme, sous form5 de cristaux ds calcium et de phosphates (cristaux d’hy ~ra~a~atite).

La mineralisation osseuse est un equilibre entre /es differents poles cal- ciques de I’organisme. Los est un tissu vivant qui est en perpetuel rema- niement tout au long de la vie, car la masse osseuse est la resultante d’un doubl5 processus de formation et de resorption. Les cellules responsables sent les ost~oblast~s qui construisent le tissu osseux et les osteoclastes qui le resorbent.

?‘os est un tissu dynamique qui reagit en permanence selon la Ioi de Wolff [34], c’est-a-dire que sa 5timulation mecanique favorise I’osteogenese alors que sa 5~u~utilisstion favorise la perte osseuse, telle que I’on I’observe chez les astronautes en rcjiponse a un sejour prolonge en apesanteur.

L’organisme va dans le 55115 d’une augmentation de la solidite osseuse dans !es zone5 de c~ntraintes elevees liees au nouvel environnement m~~anique, il s’agit d’une adaptation fondamentale.

En d’autres termes; une activite sportive bien conduits favorise la mine- ralisation os5euse, maia de mauvaise5 condition5 de pratique peuvent, a contrario, induire un5 d~rn~n$ralisation et une augmentation de la fra- gilite osseuse, La ~r~n~i~ale cause de fragilisation du squelette est la maladie ~st~oporotique, mais il faut 5avoir qu’une activite physique avec l’apport calcique journalier d’au moins 1 000 mg represente le prin- cipal facteur de renf~r~e~lent de 1’05,

D’ou I’interet primordial d’une pratique sportive reguliere accompagnee dune bonne hygiene alimentaire, de5 le plus jeune age puis toute la vie durant.

~oat~op~ro55 5e dsfinit comme une pathologie earaoterisee par une ma5s5 o55~u5e ~~5~~5~5 et une deterioration de la mieroarchitesture du tissu os5eux oofldui5a~t a une fragilite osseu5e accrue et a une aug- ~entat~o~ du risque de fractures. Gette perte osseu5e est la cons& quenoe dun d~r~gl5m~nt pathclogique des evenements eellulaires du cycle de rern~d~lag~ ~555~~~ normal. Le 5quelette adulte est dynamique car il eet en ~ermane~~5 detruit et reoonstruit par action ooordonnee de5 ost&ob 5 et de5 ~~t~oolasfes, Cette reoonstruetion survient dan5 de pe lacunee 55 distribuant sur tout Ie squelette et appe- lees unites mult~~5ll~l~ire5 de remodelage, La 55quenoe est toujours la m&me, la r~sor~t~~~ o~~~u5e osteooaleique &ant une lacune qui e5t ensuite oombiee par une nouvelle formation osseuse osteoblas- tique et sinsi de euite:

La perte osseuse se produit lorsque le oycle du remodelage est de&- ~u~l~br~ par l~augm5ntati~~ de la resorption os5eu5e, entraynant un d5fi- oit osseux au nivsau de chaque unite struoturale ds remodelage, si oet &at 5e prolonge, il y a risque d’oeteopenie.

La d~min~r~li55tion ~5e5~~e n’e5t pas I’apanage de la femme meno- pauses mai touohe Bg lement lea eportives presentant de5 troubles du oycle menstruel.

En effet, le5 6tudee men&s par Drinkwater et al, [5] ont mis en evi- dence une relation lineairo entre densite osseus5 de5 vertebres lom-

enstruelles, Lee eujete ayant eonnu 9e ou d’oligom5norrhee preeentaient

une den&+ c~s~euse abai 4 7 % par rapport aux eujets n’ayant pa5 5u de ~e~urba~i~n5 du cycle.

be5 sports d’5ndur~noe (couree de fond, eyelisme, I -1, 15s sports esth& tiejules (gymna$tiq~~, dense, patinage artietique, ,.I, impotent une CBT-

~iirnent~ir~ din de maintenir un poids de corps rela 55 athl&se presentant par consequent une masse

grasse faible, uns ~~~~5~~r~tion gonadique, ainsi qu’une alimentation carende en ~rotide~~ lipidee et calcium qui sent 15s facteurs res.

‘46

ponsables de I’alteration du capital osseux, Cette demineralisation est d’autant plus alarmante que dans la plupart des cas, la perte osseuse est irreversible [I 41.

Dans le domaine des activites physiques, l’os represente un tissu struc- turel fondamental et permet les mouvements du corps humain. Les medecins du sport s’appliquent par consequent B preserver ou a reta- blir ces fonctions.

Les outils d’investigation du systeme squelettique vent permettre d’ob- jectiver les changements globaux et locaux induits par la pratique spor- tive. En clair, les outils d’investigation actuels permettent de fournir de5 informations importantes sur le systeme squelettique. On comprend des lors tout I’interet du bilan osseux dans la prevention de5 fractures de fatigue et de la demineralisation osseuse generale ou Iocalisee.

Les pathologies pouvant resulter d’un entra?nement physique 5xces- sif au regard des capacites de recuperation de I’organisme sent mul- tiples et bien que certains examens soient cohteux, leur utilisation pre- coce permet d’eviter la 5urvenue de complications encore plus couteuses a long terme, II est capital que le diagnostic soit fait tot, car une erreur ou un retard d’evaluation entralne une morbidite prolongee, parfois une interruption tres longue des activites sportives, quand ce nest pas la fin de la carriere de I’athlete.

Pas plus que les tendon5 et 15s muscles, 1’05 nest a I”abri des i&ions de surcharge, en particulier chez le sportif. Si Is tissu osseux est adapte aux sollicitations de la vie quotidienne, il n’en est pas de m&me au-de& d’un certain seuil de contrainte (fracture) ou de sommation des contraintes (fractures de fatigue).

3.1. La triade de I’athl&te f&ninivle

D’autres facteurs lies a une pratiqus sportive intense, tels qu’une duree de repos insuffisante, une alimentation carencee, la perturbation de I’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique, peuvent egalement exercer une influence cruciale sur 1’05. En effet, I’hypogonadisme, couple a une defi- cience calcique alimentaire, induit une diminution de la masse osseuse, pathologie susceptible de compromettre a court camme a long terme la sante et la carriere sportive de I’athlete.

Ce phenomene touchant particulierement les athlete5 Ceminines d’endu- rance, u I’American College of Sports fvledicine n acre&, en 1992, le terme de (1 female athlete triad H (ou ,triade de I’athlete feminine) pour designer un syndrome clinique qui comprend trois composantes en interrelation : - les troubles du comportement alimentaire ; - le deficit cestrogenique (amenorrhee) ; - I’osteoporose.

D’ou I’interet de 5uivre lea adaptations et d&adaptation physiologiques des sportives afin de prevenir suffisamment tot la perte osseuse et le risque d’osteoporose pr6coce.

Capparition de fractures de fatigue chez le sportif est la resultante d’un remodelage osseux perturbe air les contraintes appliquees a 1’0s depas- sent les capaoites d’adaptation de celui-ci.

Cette pathologie n’est pas un evenement isol5 et anodin, mais semble &tre la consequence d’un surmenage sportif, d’une hyposecretion gonadique et d’une alimentation ne couvrant pas /es besoins calciques journaliers,

_____ .____ -.. ___ _I_ Costeoporose est une maladie diffuse du squelette caracterisee par une masse osseuse basse et des alterations mi~ro~rchitecturales du

Rsvu~ Fianpaiss de6 khoratoiras, Fivrier 2003, NO 350

BMC 63)

146.32 152.73 621,67 415.22 431.14

1767.08 514.14

Fat 0

IOD6.1 1145.3 4X86.9 4196.6 4264.6

15499.5 788.4

Lean &.I

1790.2 2112.7

22163.4 6956.0 6995.5

40017.9 3054.5

Lean*SMC @

1936.5

Total Mass tiS)

2942.7

% Fat

34.2 2265.5 3410.8 33.6

22785 .D 27671.9 17.7 7371.3 11567.8 36.3 7426.7 11691.3 36.5

4178S.ll 57284.5 27.1 3568.6 4357.0 18.1

tissu osseux conduisant a une augmentation de la fragilite osseuse et du risque de fracture [2]. Les techniques non invasives de mesure de la densite osseuse permettent de faire le diagnostic des osteo- pathies et en particulier de I’osteoporose [25].

La densite osseuse ainsi mesuree est fortement correlee a la resis- tance osseuse. In vitro, la densite explique 75 a 85 % de la variance de resistance vertebrale jugee par la force de resistance a la rupture en compression [18]. Plusieurs techniques de mesure sont possibles, permettant d’evaluer des OS peripheriques ou axiaux, des secteurs tra- beculaires ou corticaux.

Nous allons done presenter les concepts fondamentaux de la DEXA comme outil pour la recherche, ainsi que pour la medecine clinique et egalement titer la litterature qui demontre le lien entre densite osseuse mesuree par DEXA et risque de fracture osteoporotique.

5.1.1. Concept de base et dbfinition

Le site osseux a mesurer depend de kge du sujet et du probleme cli- nique mais les mesures ne sont performantes que sous couvert d’un strict controle de qualite.

L’absorptiometrie bi-photonique considere le corps en deux compar- timents, OS et non-os et utilise pour cela deux sources photoniques d’energies differentes qui permettent de differencier la composition relative de chaque compartiment. Les mesures de I’absorptiometrie

biphotonique reposent sur I’attenuation de l’energie photonique lorsque celle-ci traverse 1’0s et les tissus mous non mineralises. Certains den- sitometres sont capables de mesurer I’ensemble de la masse osseuse

corporelle et des tissus mous (figure 1). Chez le sportif, se sont les modalites de la blessure (baisse de densite osseuse, localisation et anciennete de la fracture de fatigue) ou I’objectif de I’examen (determination de la composition corporelle, de la densite osseuse totale, caracteristiques microarchitecturales de I’os, ratio OS cor- tical/OS trabeculaire) qui orientent le choix de I’outil de mesure.

C’est la raison pour laquelle la densite osseuse doit btre consideree comme un element de reflexion qu’il est judicieux d’enrichir par d’autres mesures complementaires afin de mieux cerner les facteurs de risque de fracture.

Pour determiner la densite minerale osseuse (DMO), le systeme sup- pose que le rayon X absorbe par les tissus mous est identique pour les sites osseux et non osseux [71, ce qui suppose que le rapport masse grasse/masse maigre reste constant [6]. Neanmoins, la verifi- cation de cette supposition a demontre que I’heterogeneite de la dis- tribution du tissu adipeux pouvait induire une certaine marge d’erreur,

plus particulierement chez les sujets ages.

ues I_..- _ .- . ..- - --... ..-. --...

5.1, Fes rayons x

Les techniques d’absorptiometrie reposent sur la mesure de I’ab- sorption de photons X. Cette absorption depend de la quantite d’ener- gie emise et de la nature et de I’epaisseur du milieu traverse.

II existe differents modes de fonctionnement : le single beam qui uti- lise un faisceau unique et le fan beam (array) qui utilise un faisceau conique. Cassociation d’un faisceau conique et des systemes a mul- tidetecteurs diminue beaucoup le temps d’examen : quelques secondes sont suffisantes pour la mesure au niveau du rachis ou g I’extremite superieure du femur.

Dans la derniere moitie du siecle precedent, des systemes de plus en plus sophistiques ont evolue de I’absorptiometrie photonique (SPA) vers I’absorptiometrie bi-photonique (DEXA). La seconde methode est aujourd’hui la methode de reference qui permet la mesure de sites pri- vilegies de I’osteoporose (rachis, femur et radius), mais aussi I’examen du squelette complet et de la composition corporelle (masse grasse et masse maigre).

Cabsorptiometrie bi-photonique mesure le contenu mineral osseux d’une aire don&e, mais ne permet neanmoins pas de determiner

I’orientation spatiale ou I’alignement de cette aire.

Ce concept est tres important dans la mesure ou, si I’absorptiometrie bi-photonique permet une evaluation precise de la masse osseuse, elle n’evalue pas I’architecture de la region mesuree ni les proprietes mate- rielles de 1’0s qui sont toutes des composantes importantes de la resis-

tance osseuse.

Les regions osseuses pertinentes pour I’etude clinique sont la region lombaire (Ll -L4 ou L2-L4), le femur proximal et ses regions, ainsi que le radius. Cimage permet d’avoir des rep&es anatomiques simples (c&es, Crete iliaque) permettant de comparer les examens en cas de repetition.

51.2. Interpr&ation des r&u/tats

Les resultats de I’absorptiometrie biphotonique a rayons X sont le contenu mineral osseux en grammes totaux d’hydroxyapatite pour la region osseuse mesuree (CMO) ; la surface osseuse (aire en cm2) et

la densite osseuse (DMO) en g/cm2.

Ces valeurs sont interpretees en fonction de la machine, du site et de l’age du sujet. On peut exprimer les resultats de deux manieres : - le Z score : mesure de I’ecart entre la valeur du patient et la va- leur moyenne des sujets normaux de meme age et de meme sexe ;

Revue Franpke des Laboratoires, f&&r 2003, N’ 350 47

Biologic dl; sport

normal

T score : -2,5 i- fracture osteoporose severe

95 % des valeurs de la population se distribuent par definition entre Z = + 2 et Z = -2. Par definition, encore 14 O/o des sujets conside- r&s comme normaux ont une densite sit&e entre I et 2 deviations stan- dard au-dessous de la moyenne ; - le Tscore : mesure de Y&art entre le patient et la valeur moyenne des ad&es de 20 ans de meme sexe ; il represente la reference la plus employee.

Suivant Ie site osseux mesure, ii a ete demontre que le risque de fracture es! multiplie par I,5 a 2 fois pour chaque deviation standard de la DMO du sujet de I ,O en dessous de la moyenne [3, 13, 17, 23, 24, 32,331.

Compte tenu du lien stab:i entre diminution de la densite osseuse et augmentation du risque de fracture par des etudes epidemiologiques, !‘Organisation mondiale de ia sante (OMS) a propose une definition de l’os- teoporose reposant sur le I score, la rendant ainsi independante de l’age

et remplapant la notion de gradient de risque par un seuil (tableau I).

Ainsi on observe une augmentation continue de la prsvalence de l’os- teoporose avec l’age.

Le T score permet de simplifier et de standardiser les comptes ren- dus d’absorptiometrle, mais necessile surtout une standardisation par- faite des appareils et de /our utilisation.

II est par consequent indispensable de maitriser la valeur de reference, c’est-a-dire la valeur moyenne de la densito osseuse des adultes de 20 ans, et l’ecatt-type correspondant. Or, il apparait des discordances importantes entre les valeurs de reference des constructeurs entre eux, mais aussi entre celles des constructeurs et celles des investigateurs. Si ces discordances ont ete mises en evidence a propos de I’ab- sorptiometrie biphotonique, elles necessitent une certaine retenue

quant aux don&es fournles par les nouvelles techniques. II est indis- aensable d’exiger des constructeurs des garanties sur les vaieurs de refersnce fournies avec les nouvelles machines de densitometrie peri- pherique et par ultrasons.

Notons au passage que les resultats fournis par les autres techniques de mesure (i.e., ultrasons) ne sont pas standardises par ces normes, ce qui limite done leur utilite dans I’estimation du risque de fracture.

Ce sont des etudes prospectives qui ant permis de connaitre la rela- tion entre densite osseuse et survenue de fractures 13, 15, 19, 291. Elles montrent que le risque est double a chaque fois que la DMO dimi- we d’un &art-type (IQ a 15 O/o).

51.3. Ava~ta~e~ de I%bsorptiom&rie bi-photonique

Ce systeme ne determine inon seulement le minoral osseux mais aussi, par l’examen du corps eniier, !a masse maigre et la masse grasse du sujet [16, 221, don&es d’un grand inter&t dans tous les sports ou le rapport poids/puissance represente un determinant certain de la per- formance.

,Qe plus, cette estimation de la composition corporelle du sujet revet un inter& d’autant plus grand que l’on sait que la masse maigre et

!a masse grasse sont des determinants de la mineralisation osseuse

E4, 261. Ces resultats obtenus par DEXA presentent une bonne cor- relation avec /es donnees obtenues par d’autres methodes telles que la mesure hydrostatique 122, 311,

48

La dose de radiation de I’absorptiometrie bi-photonique & rayons X est de 10 a 30 $v (I f&v = 0,l mrem), ainsi une seule osteodensitometrie represente environ 0,03 a/o de la dose naturelle de radiation que nous subissons chaque annee. Ce qui, a titre comparatif, est considera- blement moins que I’exposition a la radiation que represente une radio-

graphie pulmonaire (4 Yo de la radiation annuelle) ou une mammo- graphie (25 e/o).

Concretement, I’absorptiometrie bi-photonique presente l’avantage important d’exposer le sujet a une radiation relativement faible tout en &ant un outil precis et fiable qui permet a la fois d’obtenir des don- n&es relatives a la composition des tissus mous ainsi que du mineral

osseux. Cet examen indolore, accessible, rapide, non invasif est faci- lement accepte par les patients et permet des mesures rep&es.

Cabsorptiometrie bi-photonique est precise et possede une bonne reproductibilite a long terme (stabilite) a condition que l’operateur veilie

a maintenir des standards de controle quake &eves. La procedure de controle qualite consiste en la realisation journaliere d’un fantome anthropometrique avant utilisation.

Les resultats de la DEXA sont numeriques et standardises, facilitant ainsi l’evaluation et I’interpretation de I’image obtenue {figure 2).

5.1.4. Inconv6nient.s de i’absorptiom&rie b~-~bQtQn~qu~

Precisons qu’il est important de saisir la difference entre CM0 et DMO, notamment lorsque l’on compare des OS de tailles differentes. En effet,

si l’on compare le contenu minoral osseux de deux athletes, le plus grand des deux va avoir un CM0 plus Bleve meme si sa DMO est plus faible.

De plus, durant leur croissance, les enfants augmentent leur solidite osseuse a travers des changements de la taille de 1’0s ainsi que du contenu mineral de celui-ci. Par consequent, mesurer seulement la DMO

lors d’otudes pediatriques ne permettrait pas d’identifier I’ensemble des facteurs responsables de I’augmentation de !a solidite osseuse.

De plus, la DEXA integre dans sa mesure des calcifications qui n’in- terviennent pas dans la solidite osseuse et enfin, elle fournii I’estima- tion bi-dimensionnelle d’une structure osseuse tri-dimensionnelle.

La densite est exprimee en physique comme une masse par unite de volume, mais la DEXA mesure la masse par I’unite de surface. C’est pour- quoi le terme de ct densite * pour le quotient de DMO et de surface n’est

litteralement pas correct. Notez que les publications dans les journaux

techniques anglo-saxons emploient d’ailleurs de plus en plus les termes de fc area/ BMD p et de densite surfacique afin de pallier I’inappropria- tion du terme a densite osseuse bh pourtant fortement ancre.

Enfin, I’inconvenient majeur de I’absorptiometrie bi-photonique reside

dans le manque d’uniformito des osteodensitometres.

En effet, au jour d’aujourd’huiT les resultats obtenus sur un appareil

don& ne sont pas comparables aux mesures real&es sur un autre. Le seul moyen d’evaluer des changements de densite chez un sujet est de Iui faire subir les mesures sur le meme appareil, de preference par le mbme technicien. Sachant que des changements ne seront

apparents qu’apres un intervalle de 24 mois, on comprend qu’en pra- tique, cela comporte ses limites.

La DEXA ne renseigne pas sur la microarchitecture osseuse (nombre des travees, connectivite et orientation de celies-ci) fQ], et confond les

valeurs de 1’0s cortical et de 1’0s trabeculaire! ne permettant done pas leur differentiation respective. Or, c’est 1’0s trabeculaire qui possede la plus grande activite metabolique et interesse par consequent tout particulierement les chercheurs.

Costeoporose implique un changement de densite osseuse [20] tout

comme un changement de I’architecture osseuse.

C’est parce que la QCT permet cette distinction entre OS cortical et trabeculaire qu’elle possede une plus grande sensibilite a detecter la

perte osseuse, compare a la DEXA [I, ! Oj.

Revue Franqaise des Laboratoires, f&&r 2503, N” 350

La tomodensitometrie determine la densite voluminique (en mg/cm2) de 1’0s trabeculaire ou cortical [18]. Neanmoins, meme avec la tomo-

densitometrie, les informations sur la section mesuree se referent aux

dimensions anatomiques de 1’0s et incluent !es espaces occupes par

la moelle de 1’0s. Le calcul de la densite osseuse requiert que la moelle soit exclue de la mesure. C’est pourquoi le terme de c‘ densite appa-

rente n est souvent employe pour les mesures tomodensitometriques.

La tomodensitometrie fut, dans un premier ?emps, employee pour mesurer la densite de 1’0s trabeculaire des corps vertebraux. Les frac-

tures vertebrates &ant frequentes, cette region presente un inter& par-

ticulier. L’avantage de la tomodensitometrie pour l’etude des vertebres

reside dans sa capacite a exprimer les mesures en trois dimensions,

de distinguer entre OS cortical et OS trabeculaire et de pouvoir exclure

des mesures d’eventuelles calcifications

Nous avons deja mention& precedemment que 1’0s trabeculaire pos-

&de une activite metabolique elevee et est, par consequent, plus sen-

sible aux variations hormonales que 1’0s cortical. On comprend done I’utilite de ce systeme de mesure dans le suivi des vertebres osteo- porotiques sujettes a fractures. La tomodensitometrie peut egalement s’averer utile dans la mise en evidence de fracture de fatigue dans

divers sites, a condition que les coupes soient fines et tombent sur

le trait de fracture. Un des principaux avantages de la TDM est de pou-

voir mettre en evidence les localisations mal accessibles a la radio- graphie comme le tarse ou le sacrum. Inversement, la direction de cer- tains traits de fracture rend leur analyse tres difficile car des coupes perpendiculaires a ce trait ne peuvent pas toujours etre obtenues.

La TDM compotie certaines limitations par rapport a la DEXA. En effet, cet outil ne permet pas de mesurer le femur en raison de la complexite de son architecture ainsi que de ses importantes variations tridimen- sionnelles.

LaTDM a une precision plutot mod&e in vivo avec une marge d’erreur allant de 2 a 4 ‘70 et une erreur de reproductibilite de 5 a 15 O/o [9].

Enfin, la quantite de radiation pour un examen lombaire est de

200 mrem, ce qui est tres eleve compare g celle obtenue en DEXA (I,6 mrem pour un examen lombaire). On comprend done que cet outil ne peut etre utilise en routine et encore moins sur des jeunes sujets.

Notons que dans le domaine de I’etude de I’influence de I’activite phy sique, la TDM peripherique peut presenter un certain inter& dans la mesure ou son emploi pour les phalanges ou le radius est relativement facile et permet de mesurer 1’0s cortical et 1’0s trabeculaire separement, d’evaluer la DMO ainsi que le CMO.

La recherche en physiologie demontre un inter& croissant pour cet outil car il est admis que la resistance d’un OS est influencee non seu- lement par sa DMO mais egalement par le type d’os, sa taille et son anatomie.

Revue Franpise des Laboratoires, f&w 2003, N” 350 49

Biologic du sport

Cette technique d’imagerie concerne surtout la detection de lesions osseuses, type fractures ou arthropathies. La scintigraphie osseuse utilise generalement I’hydroxymethylene diphosphonate (HMDP) ou je methylene diphosphonate (MDP) marques au technetium-QQm. Cet isotope est incorpore par les osteoblastes qui assurent la regenera- tion osseuse sur les cristaux d’hydroxyapatite recents et les fibres de coilagene immatures. Les resultats obtenus dependent du renouvel- iement osseux et de la vascularisation. Une lesion osseuse se traduit done par une hyperfixation qui traduit souvent une fracture de fatigue, mais peut egalement signifier une arthropathie ow encore d’autres phe- nomenes de contraintes osseuses sans fracture vraie. La prudence vaut done dans I’interpretation du resultat.

La scintigraphie a t&s longtemps et& consideree comme l’examen de reference dans la detection de fractures de fatigue, bien que son hege- monie sort actuellement temperee par les progres de I’IRM.

Elle permet en theorie une analyse osseuse quantitative et qualitative, en particulier grace aux possibilites de traitement d’images. CIRM per- met une etude dans tous les plans de la corticale, du perioste, de la medullaire et du spongieux.

Cette methode semble pieine d’avenir, mais son utilisation actuelle reste limitee en raison du manque de disponibilite et du coot eleve de ces appareiis. Les radiologues tentent d’exploiter au mieux les differentes sequences d’acquisition afin d’augmenter la fiabilite de I’examen.

Capport de I’IRM dans la detection des fractures de fatigue a fait I’ob- jet de nombreuses recherches prometteuses qui devraient sous peu aboutir a la possibilite d’estimer le degre d’avancement de la reaction osseuse de stress grace $1 ia classification en differents grades des

oedemes apparents. En effet, la bonne analyse des parties molles grace a I’IRM semble promettre we plus grande precocite dans le diagnostic

des fractures de fatigue.

50

5.5. La thei-rnograpiie

Elle a et6 utilisee, il y a de cela une vingtaine d’annees, mais fut aban- donnee en raison de son manque de fiabilite ainsi que son incapacite

B distinguer 1’0s des tissus mous.

5.6. Le scanner

Le scanner est la seule methode capable de fournir un resultat exprime par unite de volume done de densite vraie. ll est possible par cette

methode de &parer les compartiments trabeculaires et cortical. Cette technique est tres utile en recherche, mais ne peut etre utilisee

en routine.

5.7. Les ultrasons

Les ultrasons suscitent depuis ces dernieres an&es un inter& crois- sant pour l’evaluation du statut osseux. En effet, cette technique parait prometteuse dans la mesure ou elle permet d’obtenir des informations sur I’architecture osseuse qui semble etre un determinant du risque de fracture. Sans compter que les techniques d’ultrasons sont bien moins onereuses que la DEXA et que certains de ces instruments sont portatifs et done utilisables dans le cadre d’experimentations sur ter- rain, ce qui est un attrait considerable pour les chercheurs. Enfin, son autre inter& majeur reside dans l’absence de radiation, ce qui permet

son utilisation dans le cadre d’etudes pediatriques.

Plusieurs appareils permettent aujourd’hui de mesurer les variations de parametres ultrasonores mew&s en transmission, lors de la tra- versee d’un tissu osseux peripherique (caicaneum, phalange). La mesure est tres rapide et non irradiante.

II existe une t&s grande diversite technologique, rendant impossible la comparaison de resultats obtenus avec des appareils differents. Etien que le calcaneum, la rotule, le radius et les doigts puissent tous etre mesures par ultrasons, c’est le plus souvent le calcaneum qui est eva- lue, done 1’0s trabeculaire (alors que 1’0s cortical predomine au niveau

des phalanges).

Deux parametres sont mesures en routine : I’attenuation et la vitesse

du faisceau. Cattenuation depend de I‘absorption (fonction de ia struc- ture physique et chimique du milieu) et de la dispersion (fonction de la longueur d’onde et du milieu traverse). Contrairement a la densite osseuse, l’attenuation des ultrasons est dependante de l’orientation des travees osseuses, done de l’anisotropie. Ces resultats sont obte- nus lors de mesures pluridimensionnelles ex-vivo.

De nombreux travaux experimentaux ont montre que les ultrasons pou- vaient mesurer certains parametres qualitatifs osseux reftetant les pro- prietes microarchitecturales de 1’0s. Plusieurs etudes ont en effet demontre que les mesures ultrasonores du calcaneum permettent de predire un risque de fracture [l 1, 12, 21, 27, 281.

Bien que des etudes recentes commencent a clarifier le role des ultrasons dans l’evaluation des qualites mecaniques de 1’0s trabeculaire [30], ces systemes d’imagerie presentent quelques resultats contra-

dictoires [8].

En pratique, les ultrasons permettraient d’identifier les individus qui necessitent une evaluation supplementaire plus approfondie, comme c’est le cas pour les sujets osteoporotiques. Des etudes supple- mentaires sont necessaires afin de mieux cerner les parametres ainsi que I’utilite de ce mode d’evaluation.

5.8. !-es tsiomarqueurs osseux

Au tours de la resorption et de la formation osseuse, le tissu osseux lib&e certaines molecules dans les liquides bioiogiques de I’organisme.

Grbe a ces temoins des activites anabolisantes et catabolisantes osseuses (dits u marqueurs *), on peut evaluer le niveau global du remo-

delage osseux, mais ils ne permettent toutefois pas de detecter les

Revue Franpise des Lahratoires, Mvrier 2003, No 350

deficits elementaires au niveau de chaque unite du remodelage ni les

regions osseuses demineralisees.

58.1. Biochimie du remodelage osseux

Le remodelage osseux est essentiel au maintien de la quake de 1’0s.

II commence avec la resorption de 1’0s ancien par les osteoclastes puis

se poursuit par la formation d’os nouveau par les osteoblastes. Ces

deux processus sont couples. Les activites enzymatiques des cellules

ainsi que plusieurs composes lib&es au tours de la synthese de la

matrice proteique ou lors de la degradation de 1’0s constituent, a

I’echelle du squelette, des marqueurs biochimiques qui reflbtent le

remodelage ; ils peuvent etre actuellement mesures dans le sang ou

I’urine.

Ces marqueurs incluent pour la formation l’osteocalcine (OC), la phos-

phatase alcaline osseuse (PAO) ainsi que les propeptides du pro-

collagene de type I (PICP).

Pour la resorption osseuse, ce sont principalement I’hydroxyproline

(HYP) et les molecules de pontage du collagene, pyridinoline (PYR)

et desoxypyridinoline (DPD), ainsi que leurs derives associes, pour le

fragment C-telopeptidique, le cross-lapsTM (CTX) et, pour le fragment

N-telopeptidique, I’osteomark (NTX).

Ces mesures permettent I’obtention d’un reflet precis des differentes

phases du remodelage osseux ainsi que ses modifications &court et

51 long terme.

__- -_______-

L a DEXA semble s’etre imposee comme outil de reference pour eva- luer la densite osseuse dont une large litterature soutient les cor-

relations avec un risque fracturaire. Toutefois, dans le domaine des acti-

vi& sportives, les atteintes du systeme osseux revetent des formes

variees et divers outils specifiques se pretent a une analyse plus fine

et localisee presentant chacun leurs avantages et leurs inconvenients

en termes de faisabilite, d’accessibilite, de specificite et de pertinence

au regard du parametre que I’on cherche & mesurer.

La pratique sportive est la Pierre angulaire du renforcement du sque-

lette par stimulation de sa mineralisation aux zones subissant des contraintes.

Neanmoins, I’adequation activite physique = mineralisation osseuse

ne peut se realiser sans supports calcique et hormonal adapt&. En effet, les apports calciques et energetiques totaux ainsi que les secre- tions hormonales steroidiennes doivent etre suffisants au regard de

la pratique sportive du sujet.

Ainsi, une attention toute particuliere doit etre portee & I’hygiene de

vie des populations a risque, tels les enfants en periode de croissance

ou les athletes avec troubles du cycle.

A titre preventif, il est par consequent judicieux devaluer regulierement

le systeme squelettique de cette population et de veiller & une ali- mentation qualitativement et quantitativement adaptee aux depenses

de ces sportifs.

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