Évaluation de la qualité osseuse en pratique quotidienne et en recherche clinique

Évaluation de la qualité osseuse en pratique quotidienne et en recherche clinique


En pratique clinique, la qualité osseuse s'apprécie en fonction du risque fracturaire, dont l'évaluation repose essentiellement sur la densitométrie osseuse, les facteurs de risque cliniques et les marqueurs du remodelage osseux. Cette analyse certes facile à utiliser ne donne qu'une vision imparfaite de la fragilité osseuse. Les nouvelles méthodes de mesure permettent aujourd'hui de connaître avec précision les modificationsarchitecturales de l'os qui sont indépendantes de la DMO.

Entretien avec le Dr Éric LESPESSAILLES. Service de Rhumatologie, CHR d'Orléans

Pendant longtemps l'ostéoporose était synonyme de fracture. Depuis l'avènement de la DMO (densité minérale osseuse) ce concept est battu en brèche, la DMO mesurée par ostéodensitométrie permettant d'évaluer indirectement le risque fracturaire et de prendre en charge les patientes avant les fractures. Des études prospectives ont montré qu'il existe un gradient de risque entre la diminution de la densité osseuse et le risque de fracture1. Aussi, depuis 1994 l'ostéoporose répond à une définitionprécise de l'OMS reposant sur le T-score obtenu par l'analyse de la DMO et la confrontation aux courbes de référence. Ainsi, L'OMS a défini un seuil de DMO en dessous duquel le risque de fracture est considéré comme élevé : ce seuil correspond à -2,5 écarts-type par rapport à la moyenne de la population adulte jeune (T-score = -2,5). L'ostéopénie est définieentre -2,5 et -1,0 (T-score). Au-dessus de -1,0, le T-score correspond à une densité minérale osseuse normale.

Plusieurs études ont montré que cette mesure de la DMO avait une faible sensibilité dans la prédiction du risque de fracture : la sensibilité de la DMO est mauvaise (30 % environ) chez les femmes les plus à risque2. Parmi les femmes présentant des fractures ostéoporotiques, la moitié d'entre elles avaient une DMO signifiantune ostéopénie voire une DMO normale. La DMO expliquerait une fracture sur deux. Par ailleurs, la DMO n'explique que très imparfaitement la réduction des fractures vertébrales et non vertébrales obtenue chez des femmes ménopausées ostéoporotiques traitées par bisphosphonates ou raloxifène. La DMO montre ses limites pour juger de la fragilité osseuse : elle donne une mesure quantitative surfacique de l'os et non volumétrique. Ces données ont conduit à la recherche d'autres facteurs susceptibles de contribuer à la fragilité osseuse et au risque fracturaire... le concept de qualité osseuse est alors né. Aujourd'hui, au-delà de l'aspect quantitatif, la qualité osseuse est un paramètre crucial pour comprendre les propriétés qui président à la résistance d'un os à la fracture.

Qualité osseuse : pilier de la résistance osseuse

En effet, aujourd'hui, au-delà des mesures quantitatives utilisées en clinique quotidienne, il est possible d'apprécier les données qualitatives de l'os avec des techniques non vulnérantes d'évaluation utilisées pour l'instant en recherche clinique. La connaissance de la qualité osseuse permet de « décrypter » la micro-architecture osseuse. L'altération de la micro-architecture est actuellement reconnue comme étant un facteur de fragilité en soi, indépendamment de la diminution de la masse osseuse ; de fait, la micro-architecture osseuse a un impact important sur la résistance biomécanique.


Les déterminants de la qualité osseuse

La réduction de la compétence biomécanique de l'os rend l'os fragile susceptible de se fracturer. Cette compétence biomécanique dépend de la masse osseuse, de la géométrie et de la macrostructure des os, et de la qualité osseuse. Cette dernière comprend un certain nombre d'aspects de la composition et de la structure de l'os, incluant le niveau de remodelage osseux, le degré de minéralisation de l'os, la composition de la matrice et du minéral, les phénomènes de microfatigue et de propagation des microcracks, et enfinla micro-architecture de l'os trabéculaire et de l'os cortical.


L'appréciation de la qualité de l'os trabéculaire

Des données montrent que la dégradation de l'architecture trabéculaire est l'altération osseuse la plus précoce à la ménopause, et qu'elle précède la perte minérale osseuse quantifiable3.Un tiers de la perte osseuse trabéculaire observée au cours de la vie survient avant l'âge de 50 ans dans les deux sexes4. Le tissu osseux trabéculaire peut-être assimilé à un biomatériau constitué de plaques disposées parallèlement aux contraintes mécaniques, connectées entre elles par des piliers transversaux.


L'histomorphométrie

C'est la méthode de référence. Outre le caractère vulnérant de l'examen (biopsies de crête iliaque), les résultats obtenus ne reflètentla micro-architecture qu'en deux dimensions, l'étude se faisant sur des coupes finesd'os. Depuis les années quatre-vingt, la microtomodensitométrie à rayons X est une méthode d'analyse non destructrice dont le principe est identique à celui du scanner. Cet outil de mesure est important pour quantifierin vitro la morphologie des structures osseuse en 3D. La microtomodensitométrie à rayons X peut se substituer aux sections histologiques pour l'évaluation d'une structure osseuse?


Utilisation des scanners haute résolution et de l'IRM

Différentes techniques d'imagerie ont été proposées pour évaluer la micro-architecture osseuse. Les techniques d'imagerie 3D, telles que l'Imagerie par un scanner haute résolution (HR-pQCT pour High Resolution-peripheral Quantitative Computer Tomography) permet une évaluation directe de la micro-architecture osseuse avec une résolution isotopique de 100 µm environ et des doses d'irradiation à peine supérieures à une ostéodensitométrie classique. Ce système permet l'acquisition simultanée de 110 plans de coupes en parallèles délivrant une représentation 3D d'approximativement 9 mm dans la direction axiale. Cette technique permet d'obtenir l'équivalent de biopsies osseuses virtuelles.

L'IRM a l'avantage d'être une technique non ionisante mais, contrairement à la tomographie, elle ne permet pas de quantifierla densité minérale osseuse volumétrique des diff érentscompartiments osseux.


Analyse de la texture de l'os

Une autre technique de mesure indirecte de l'organisation de l'os est la méthode 2D réalisée à partir de clichés radiographiques numériques haute résolution permettant de regarder la texture de l'os trabéculaire avec une résolution de 80-100 µm.

Au cours du vieillissement, la diminution du volume trabéculaire osseux est similaire dans les deux sexes. En revanche, elle correspond à des diff érencesarchitecturales analysées par HR-pQCT : chez les femmes, on observe essentiellement une perte de travées osseuses et donc une perte de connectivité, alors que chez l'homme, il s'agit plutôt d'un amincissement des travées osseuses. Ces résultats pourraient expliquer la survenue plus tardive des fractures chez l'homme - une diminution des travées ayant un plus grand impact sur la résistance osseuse qu'un amincissement5.


L'appréciation de la qualité de l'os cortical

Chez la femme, la perte osseuse corticale évaluée par microscanner périphérique commence à partir de la ménopause, alors qu'elle devient significativechez l'homme à partir de 75 ans. Chez la femme, il existe une perte osseuse endostée, ainsi qu'une apposition périostée, bien inférieure à la résorption périostée, si bien que l'augmentation de la largeur de l'os ne suffitpas à compenser l'amincissement de la corticale au plan mécanique6.

Une étude récente a montré que chez les femmes ménopausées que les fractures vertébrales étaient associées à une DMO faible et à une altération de l'os trabéculaire et cortical mesurée au niveau du radius et du tibia par HR-pQCT, indépendamment de la DMO mesurée par ostéodensitométrie au niveau du rachis. De plus, les fractures vertébrales sévères et multiples étaient associées à des altérations plus importantes de l'os cortical.


L'outil FRAX ou calcul du risque absoluL'intervention de ces facteurs de risque a conduit au développement d'un outil permettant de définirun score de risque composite : l'outil FRAX7, facilement accessible sur Internet (http://www.shef.ac.uk/FRAX/index.htm). Il établit un score de probabilité de fracture à 10 ans ou risque absolu à 10 ans. Il a été développé à partir d'une étude de cohorte de 60 000 individus suivis pendant plusieurs années. Cet outil prend en compte plusieurs facteurs tels que l'âge, le sexe, l 'IMC, les antécédents personnels de fracture, familiaux (au niveau de la hanche), l'intoxication tabagique en cours, la prise de glucocorticoïdes pendant plus de trois mois. Son calcul intègre les risques cliniques, biologiques ou radiologiques. Le calcul du risque absolu donne une appréciation du risque encouru au plan individuel et sa diminution permet d'évaluer plus précisément le bénéficethérapeutique qui est évidemment un critère majeur dans le choix d'un traitement. Cet outil n'est pas utilisable chez les patientes déjà traitées. En outre, son intégration dans la pratique clinique ne bénéficiepas encore de recommandations officiellesde la part de la HAS.

Facteurs de risque cliniques

Parmi les facteurs cliniques qui doivent être pris en compte pour évaluer le risque fracturaire, figurent:
- l'âge, facteur de risque non modifiable, prépondérant de la fragilité osseuse : à densité minérale osseuse égale, le sujet âgé a un risque fracturaire plus élevé que le sujet jeune.
- les antécédents personnels de fracture ;
- l'indice de masse corporelle ;
- la notion même de risque de chute ;
- certaines pathologies ou traitements (corticothérapie, hypogonadisme, hyperparathyroïdie) ;
- les consommations excessives de tabac et d'alcool.

Références
1. Cummings SR et al. Bone mass measurement and risk of fracture in caucasian women : a review of findingsfrom prospective studies. Am J Med. 1995 ; 98 (suppl. 2A) : 245-85.2. Dargent -Molina P. et al. Separate and combined value of bone mass and gait spead measurements in screening for hips fracture risk : results from the EPIDOS study. Osteoporos. Int 1999 ; 9 (2) : 188-92).3. Parfitt AM, et al. Relationship between surface, volume and thickness of iliac trabecular bone in aging and in osteoporosis. Implications for the microanatomic and cellular mechanisms of bone loss. J Clin Invest 1983 ; 72 : 1396-1409.4. Riggs B.L., et al. A population based assessment of rates of bone moss at multiple skeletal sites : evidence for substantial trabecular bone loss in young adult women and men. J Bone Miner Res. 2008 ; 23 : 205-214.5. Khosla S. et al. Eff ectsof sex and age on bone microstructure at the distal radius : a population-based non invasive in vivo assessment. J Bone Miner Res. 2006 ; 2006 : 124-131.6. Szulc P. ; et al. Bone fragility : failure of periosteal apposition to compensate for increased endocortical in postmenopausal women. J Bone Miner Res. 2006 ; 21 : 1856-1863.7. Kanis JA. Et al. FRAX and the assessment of fracture probability in men and women for the UK. Osteoporos. Int. 2008 ; 19 : 385-97).