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Anatomie, histologie et biomécanique d'un tendon

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Anatomie, histologie et biomécanique d’un tendon
 
Exemple du tendon rotulien
 
Introduction
         Les enjeux sont de comprendre le fonctionnement d'un genou à partir de l'analyse anatomique des différents éléments le constituant. Le tendon rotulien n’est qu’un des éléments de l'appareil extenseur du genou. Cet appareil extenseur est indispensable au bon fonctionnement articulaire du genou. Il est constitué, de proximal en distal, du tendon quadricipital issu des quatre chefs du muscle quadriceps, de la rotule et du ligament patellaire, qui se termine sur la tubérosité tibiale antérieure.
 
 
ANATOMIE D’UN TENDON
 
Structure et fonction d’un tendon
         La fonction d’un tendon est de mobiliser une articulation. C’est à dire de transmettre la force créée par la contraction de ce muscle.
         La structure d’un tendon est composée de collagène et de fibres élastique dans une matrice acqueuse et de protéo-glycanes. Ces produits sont synthétisés par des ténocytes et ténoblastes.
Le tendon à une texture fibro-élastique dont la forme peut être variable (plat, cylindrique ou en ruban).
Le tendon rotulien va de la pointe de la rotule à la tubérosité tibiale antérieure en avant et au sommet du tibia.
 
De la micro à la macrostructure
         La structure interne du tendon rotulien connait une organisation hiérarchique qui va d'un élément microscopique qui sont les fibres collagéniques, qui mesurent entre 20 et 150 nanomètre jusqu’au tendon qui lui a une circonférence de 2 à 12 mm. Du plus petit au plus grand élément qui constitue le tendon, on note une organisation : des fibres constituées en un faisceau primaire puis plusieurs faisceaux primaires qui constituent un faisceau secondaire qui est appelé fascicule, l'ensemble de ces fascicules constitue le faisceau de fibres tertiaires, l'ensemble de ces fibres tertiaires constitue donc le tendon.
L'enveloppe des faisceaux primaires, secondaires et tertiaires est appelée endotendon, l'enveloppe du tendon lui même est appelée épitendon. Le microscope électronique avec un grossissement de 4000 permet de visualiser les structures collagéniques. Un microscope électronique avec un grossissement de x100 permet de repérer le faisceau des fibres secondaires de collagène.
A l’échelle cellulaire
         Les cellules sont observées au microscope électronique à partir d'une coloration hémato éosine avec un grossissement de x200. Elles s’appellent ténoblastes. Elles sont larges avec un noyau ovoïde, la structure cellulaire avec un rétinaculum endoplasmique granuleux très riche et très développés, qui synthétise intensément les protéïnes du tissu tendineux.
Les structures environnantes
         Le tendon connait deux enveloppes importantes:
- Le paratendon qui correspond à une membrane de glissement, qui est également richement vascularisée.
 - L’épitendon qui est un réseau fibrillaire localisé sous le para tendon tout autour du tendon d'une épaisseur de 10 nanomètres. Au cours de l'étirement du tendon, la trame de l’épitendon modifie son obliquité est de 60 à 30° qui permet également d'augmenter la rigidité du tendon.
 
BIOMECANIQUE
         Les caractéristiques biomécaniques d'un tendon sont :
- Force contractile dû à l'organisation moléculaire et supra moléculaire du collagène
- Flexibilité due à la présence des fibres élastines
- Inextensibilité dû à la capacité de transmission de la force du muscle à l'os.
- Résistance à l'étirement et aux forces de compression.
L'adaptation du tendon à des tensions dans toutes les directions se fait grâce à un réseau plutôt désorganisé alors qu'une résistance à une tension dans un axe se fait grâce à une organisation parallèle des fibres.
En modifiant les dimensions d’un tendon soumis à une force en traction, on obtient :
- l'augmentation de la section de ce tendon augmente la résistance de ce tendon ainsi que sa raideur.
- l'augmentation de la longueur à force égale d'un tendon permet de diminuer sa raideur mais de préserver la même force.
         Au cours de l'exercice d'un stress sur un tendon, c'est à dire en exerçant une force aux deux segments de celui-ci, on observe un comportement biomécanique :
1- une zone d'accroissement linéaire d'allongement du tendon en fonction de la force exercée que l'on appelle comportement élastique du tendon. Il n'y a pas de déformation macro moléculaire de ce tendon mais un étirement progressif. La déformation est réversible après relâchement de la force.
2- une déformation dite plastique du tendon si la tension augmente encore. Il y a une altération des structures microscopiques, le tissu est altéré dans sa structure en cas de cession du stress, il y a des dommages irréversibles. Au delà des capacités de résistance du tendon, il connaît un point de rupture.
 
Les fibres constituant le tendon ont des propriétés différentes qui caractérisent ce tendon. En premier lieu, le collagène qui permet une résistance à la tension très importante.
A noter que 1cm2 de section de fibres de collagènes peut permettre de résister à une force de 1000 Newton.
Le collagène peut se déformer de 8 à 10%, cependant il est très faible en torsion et en inclinaison latérale. En revanche, l'élastine connait une grande extensibilité avec une capacité d’augmentation de sa taille de 200%.
         Par comparaison, le comportement biomécanique d'un tendon ou d'un ligament dépend de leur architecture, le tendon à une organisation unidirectionnelle qui permet des contraintes en tension très importante alors que le ligament à une organisation multidirectionnelle ce qui permet une moins importante contrainte dans une direction mais au contraire dans différentes directions.
 
Rôle de la rotule
         La présence de la rotule dans l'appareil extenseur est un élément biomécanique majeur :
 il augmente le bras de levier c'est à dire que le centre de rotation du genou situé dans le fémur dans le condyle fémoral est excentré grâce à ce bras de levier de la rotule situé quelques centimètres en avant de celui ci. Les forces exercées ainsi sur le genou sont prises en charges partiellement par le tendon quadricipital. Les contraintes exercées sur le cartilage entre la rotule et le fémur sont telles que l'épaisseur de ce cartilage est le plus important de l'ensemble de l'organisme pour pouvoir y résister.
D'un point de vue anatomique, au cours de la contraction du quadriceps il y a une tendance naturelle à l'excentration vers le côté c'est à dire latéralement de cette rotule, la forme en V de la rotule qui épouse celle de la face antérieure du fémur appelée trochlée permet de préserver un glissement de cet appareil extenseur dans l'axe du genou. Il y a donc un rôle de poulie de la partie antérieure du fémur appelée trochlée dans lequel glisse l'appareil extenseur du genou, en premier lieu la rotule.
Applications in vivo et pathologiques
         Les forces exercées sur le tendon rotulien :
-         un shoot dans un ballon est de 5 200 Newton
-         la réception d’un saut 8 000 Newton
-         un sprint 9 000 Newton
-         soulevé de terre (haltérophilie) 14 500 Newton
 
Les lésions d'étirement du tendon surviennent au cours :
- d'un traumatisme direct
- d'une contraction musculaire rapide, d'un tendon excessive soit dans une direction anormale soit avec une vitesse anormale. Il n'y a pas eu de pré activation de ce tendon ("échauffement").
A noter qu'au cours de l'âge, la capacité cellulaire de régénération du tendon et la capacité de distension des fibres collagéniques et d'élastine diminue, ce qui explique une augmentation de la rupture tendineuse notamment du tendon d'Achille au cours de la quatrième décennie.
 
La jonction ostéo tendineuse
Il y a deux types de jonction :
-  Jonction Directe : une jonction à angle droit avec l'os qui entraîne 4 zones transitionnelles distinctes qui deviennent progressivement vont de l'os à une zone fibro cartilagineuse minéralisée vers une zone fibro cartilagineuse avec des chondrocytes puis une zone similaire au tendon.
- Jonction indirecte : Les fibres du tendon vers l'os avec une zone de transition qui s'appelle les fibres de "sharpey" où l'os fait continuité avec un périoste sur lequel se fixe des fibres collagèniques particulière.
 
PHYSIOPATHOLOGIE DE LA POINTE DE LA ROTULE
         Cet élément explique un phénomène de mécanisme mis en cause dans les tendinopathies de la pointe de la rotule :
- 1er mécanisme : conflit entre l'os et le tendon rotulien au cours de la flexion extension.
- 2ème mécanisme : lésion de la face profonde du tendon rotulien à type de désinsertion sur la face profonde au niveau des fibres de sharpey.
Ces deux mécanismes en théorie expliquent l'aspect clinique de douleurs de pointe de la rotule chez les sports type de saut ou de réception comme le Volley ou le Basket ou le tennis. Ce qui explique que cette tendinopathie s’appelle également « Jumper’s knee » en anglais.
Nous savons que la compliance des jonctions ostéo tendineuse, myo tendineuse et à stress égal supérieur en zone myo tendineuse, supérieure à la zone ostéo tendineuse et supérieure à la résistance au stress d'un tendon isolé. Ceci est dû à la propriété élastique du muscle qui est transmise au complexe myo tendineux.
 
CONCLUSION
         La connaissance anatomique, histologique et biomécanique du tendon rotulien nous permet d'expliquer les pathologies rencontrées. Au cours de la pratique sportive, les situations de stress soient par répétition de micro traumatismes soit au cours d'un traumatisme très violent dépassent les capacités anatomiques et biomécaniques de ces structures.

Docteur Yoann BOHU, Docteur Nicolas LEFEVRE, Docteur Serge HERMAN. - 24 octobre 2013.

Conflits d'intérêts : l'auteur ou les auteurs n'ont aucun conflits d'intérêts concernant les données diffusées dans cet article.

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