Depuis les dernières années, la prévalence de personnes souffrant de dégénérescence des cartilages articulaires, communément appelée ostéoarthrite (OA), ne cesse d’augmenter. Les douleurs articulaires et les raideurs musculaires associées à cette pathologie mènent à des limitations des capacités fonctionnelles, à une perte de mobilité et d’autonomie affectant grandement la qualité de vie de ces personnes. Afin de soulager les personnes souffrant de cette pathologie, l’arthroplastie de la hanche est une procédure chirurgicale fréquemment utilisée. À la suite de cette chirurgie, une amélioration de la qualité de vie et une reprise des capacités fonctionnelles sont souvent observées. Cependant, comparativement à des sujets sains, la vitesse de marche est diminuée, une faiblesse des muscles abducteurs de la hanche est constatée et des mouvements compensatoires au niveau du tronc sont persistants. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le patron locomoteur chez des patients qui subiront une arthroplastie de la hanche. Plus spécifiquement, les adaptations locomotrices pré et post-opératoires seront quantifiées dans le but d’apporter des modifications aux programmes de réhabilitation pour ainsi favoriser un patron locomoteur sans déficit. Afin de répondre à cet objectif, trois études distinctes ont été effectuées. Dans le cadre de la première étude, l’impact de l’implantation d’une prothèse totale de la hanche avec une tête fémorale de large diamètre et une prothèse de resurfaçage a été évalué par rapport aux sujets sains lors de la locomotion. Au cours de cette étude, le contrôle du tronc a été analysé en utilisant la distance entre le centre de masse corporel et le centre articulaire de la hanche opérée. Suite aux résultats obtenus, aucune différence majeure n’existe entre les deux types de prothèses en ce qui a trait au contrôle du tronc et ce, à un an post-opératoire. Lors de la deuxième étude, la symétrie des paramètres biomécaniques des membres inférieurs lors de la locomotion chez des patients ayant bénéficié de l’implantation d’une prothèse de la hanche a été caractérisée suite à un programme d’exercices péri-opératoires (pré et post-opératoire). Lors de cette étude, le programme d’exercices péri-opératoires était complémentaire au protocole de réadaptation du centre hospitalier. D’après les résultats obtenus lors de cette étude exploratoire, ce programme d’exercices péri-opératoires semble permettre d’améliorer la symétrie de la puissance et du travail musculaire au niveau de la hanche, du genou et de la cheville favorisant ainsi un patron de marche avec de minimes compensations. Finalement, dans le cadre de la troisième étude, l’approche prédictive et l’approche fonctionnelle, utilisées pour localiser le centre articulaire de la hanche, ont été comparées aux mesures radiographiques, chez des patients à la suite d’un remplacement articulaire de la hanche. À la suite de cette étude, les résultats démontrent que l’utilisation de l’approche fonctionnelle est plus appropriée chez des patients ayant bénéficié d’une arthroplastie de la hanche. En effet, cette approche individualisée est plus précise ce qui, par conséquent, permettra d’obtenir des résultats de plus grande qualité lors d’analyses biomécaniques de la locomotion. / In recent years, the prevalence of people suffering from joint cartilage degeneration, called osteoarthritis (OA), still increases. The joint pain and muscle stiffness related to this pathology have an impact on patients’ quality of life by limiting their functional capacities, mobility and autonomy. In order to relieve these patients, hip arthroplasty is a frequently used surgical procedure. Even if there is an improvement in quality of life and a restoration of functional capacities in these patients, some impairment seem to persist during the post-operative period. The walking velocity is slower when compared to healthy subjects, a hip abductor muscle weakness is observed and trunk compensations lasted during the post-operative period. The aim of this thesis is to evaluate patients undergoing hip arthroplasty during locomotion. More specifically, gait pattern adaptations will be quantified pre and post-operatively to revise rehabilitation programs in order to promote a healthy gait pattern. Three separate studies were conducted to meet this objective. The first study compared the effect of a large femoral head hip prosthesis and a hip resurfacing prosthesis to healthy subjects. During this study, the trunk control was analyzed using the distance between the body center of mass and the hip prosthetic joint center. The results obtained show no major difference between the two types of prosthesis and the healthy control one year post-operatively. During the second study, biomechanics parameter symmetry of the lower limb of gait pattern in patients undergoing hip arthroplasty was characterized following a peri-operative (pre and post-operatively) exercise program. The exercise program was complementary to the medical center standard rehabilitation program. Based on the results of this exploratory study, the peri-operative exercise program seems to improve the symmetry of the muscular power and work of the hip, knee and ankle which promote a healthy gait pattern without compensations. Finally, for the third study, the predictive and the functional approaches, used to locate the hip joint center, were compared to radiographic measurements in patients undergoing hip arthroplasty. The results of this study demonstrated that the functional approach was more appropriate for these patients. This individualized approach is more accurate which leads to quality improvement during biomechanical analysis of gait pattern.

Les arthroplasties totales de la hanche (ATH) et du genou (ATG) sont souvent offertes aux patients atteints de dégénérescence articulaire sévère. Bien qu’efficace chez la majorité des patients, ces interventions mènent à des résultats sous-optimaux dans de nombreux cas. Il demeure difficile d’identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux à l’heure actuelle. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser la gamme de soins et de services offerts et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. Ce mémoire a comme objectifs : 1) de réaliser une revue systématique des déterminants associés à la douleur et aux incapacités fonctionnelles rapportées par les patients à moyen-terme suivant ces deux types d’arthroplastie et 2) de développer des modèles de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles suivant l’ATH et l’ATG. Une revue systématique de la littérature identifiant les déterminants de la douleur et de la fonction suivant l’ATH et l’ATG a été réalisée dans quatre bases de données jusqu’en avril 2015 et octobre 2014, respectivement. Afin de développer un algorithme de prédiction pouvant identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux, nous avons aussi utilisé des données rétrospectives provenant de 265 patients ayant subi une ATH à l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (HMR) de 2004 à 2010. Finalement, des données prospectives sur 141 patients recrutés au moment de leur inclusion sur une liste d’attente pour une ATG dans trois hôpitaux universitaires à Québec, Canada et suivis jusqu’à six mois après la chirurgie ont permis l’élaboration d’une règle de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles. Vingt-deux (22) études d’une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été incluses dans la revue. Les principaux déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH incluaient: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, un indice de la masse corporelle plus élevé, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, une scolarité plus faible, une arthrose radiographique moins sévère et la présence d’arthrose à la hanche controlatérale. Trente-quatre (34) études évaluant les déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATG avec une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été évaluées et les déterminants suivant ont été identifiés: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, un plus grands niveau d’anxiété et/ou de symptômes dépressifs, la présence de douleur au dos, plus de pensées catastrophiques ou un faible niveau socioéconomique. Pour la création d’une règle de prédiction clinique, un algorithme préliminaire composé de l’âge, du sexe, de l’indice de masse corporelle ainsi que de trois questions du WOMAC préopératoire a permis l’identification des patients à risque de résultats chirurgicaux sous-optimaux (pire quartile du WOMAC postopératoire et percevant leur hanche opérée comme artificielle avec des limitations fonctionnelles mineures ou majeures) à une durée moyenne ±écart type de 446±171 jours après une ATH avec une sensibilité de 75.0% (95% IC: 59.8 – 85.8), une spécificité de 77.8% (95% IC: 71.9 – 82.7) et un rapport de vraisemblance positif de 3.38 (98% IC: 2.49 – 4.57). Une règle de prédiction clinique formée de cinq items du questionnaire WOMAC préopratoire a permis l’identification des patients en attente d’une ATG à risque de mauvais résultats (pire quintile du WOMAC postopératoire) six mois après l’ATG avec une sensibilité de 82.1 % (95% IC: 66.7 – 95.8), une spécificité de 71.7% (95% IC: 62.8 – 79.8) et un rapport de vraisemblance positif de 2.9 (95% IC: 1.8 – 4.7). Les résultats de ce mémoire ont permis d’identifier, à partir de la littérature, une liste de déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH et l’ATG avec le plus haut niveau d’évidence à ce jour. De plus, deux modèles de prédiction avec de très bonnes capacités prédictives ont été développés afin d’identifier les patients à risque de mauvais résultats chirurgicaux après l’ATH et l’ATG. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser leur prise en charge et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. / Total joint arthroplasties (TJA) are commonly performed procedures for patients afflicted with hip and knee osteoarthritis (OA), and although successful, these surgeries can yield suboptimal results in a non-negligible proportion of patients. In order to improve surgical outcomes, patients at risk of poor results could be targeted with focused interventions. However, the evidence regarding the ability to identify which patients are at risk of poor outcomes is scarce. The objectives of this memoir were 1) to systematically review the literature of preoperative determinants of medium-term patient-reported pain and physical function after total hip arthroplasty (THA) and total knee arthroplasty (TKA) and 2) to develop clinical prediction models allowing the individual identification of patients at risk of poor outcomes following THA and TKA. Systematic literature searches targeting studies evaluating all studied determinants of pain and function following THA and TKA were performed in four important databases until April 2015 and October 2014 respectively. Moreover, retrospective data from 265 patients having undergone THA at the Hôpital Maisonneuve-Rosemont from 2004 to 2010 was used to develop a preliminary prediction algorithm (PA) to identify patients at risk of poor surgical results. Finally, prospective data from 141 patients recruited at their inclusion on a preoperative waitlist for TKA in three hospitals in Québec City, Canada and followed 6 months postoperatively was used to develop a clinical prediction rule (CPR) to identify patients at risk of poor outcomes Twenty-two (22) studies evaluating determinants of poor pain and function after THA with moderate-to-excellent methodological quality found that preoperative levels of pain and function, higher body mass index (BMI), greater medical comorbidities, worse general health, lower education level, lower OA radiographic severity and contralateral hip OA were consistently associated with poor THA outcomes. Thirty-four (34) studies evaluating determinants of poor pain and function after TKA with moderate-to-excellent methodological quality identified preoperative levels of pain and function, greater medical comorbidity, lower general health, greater levels of depression and/or anxiety, presence of back pain, greater pain catastrophizing and greater socioeconomic deprivation as consistently associated with worse outcomes. A preliminary PA consisting of age, gender, BMI and three items of the preoperative Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index (WOMAC) was able to identify patients at risk of suboptimal outcomes (worst quartile of the postoperative WOMAC score and perceiving their operated hip as artificial with minor or major limitations) on an average±standard deviation (SD) of 446±171 days after THA with a sensitivity of 75.0% (95% CI: 59.8 – 85.8), a specificity of 77.8% (95% CI: 71.9 – 82.7) and a positive likelihood ratio of 3.38 (98% CI: 2.49 – 4.57). A CPR consisting of five items of the preoperative WOMAC was able to predict the identity of patients awaiting TKA at the highest risk of poor outcomes (worst quintile of the postoperative WOMAC score) six months postoperatively with a sensitivity of 82.1 % (95% CI: 66.7 – 95.8), a specificity of 71.7% (95% CI: 62.8 – 79.8) and a positive likelihood ratio of 2.9 (95% CI: 1.8 – 4.7). This memoir led to the identification of a list of determinants of pain and disability following TKA and THA with the highest level of evidence to date. Moreover, two clinical prediction models with good predictive capabilities were developed in order to allow the identification of patients at risk of poor outcomes following TKA and THA. These findings could help target the patients most likely to benefit from interventions aimed at diminishing their risk profile and improving surgical outcomes of hip or knee arthroplasties. External validation of these rules is warranted before clinical implementation.

Depuis les dernières années, la prévalence de personnes souffrant de dégénérescence des cartilages articulaires, communément appelée ostéoarthrite (OA), ne cesse d’augmenter. Les douleurs articulaires et les raideurs musculaires associées à cette pathologie mènent à des limitations des capacités fonctionnelles, à une perte de mobilité et d’autonomie affectant grandement la qualité de vie de ces personnes. Afin de soulager les personnes souffrant de cette pathologie, l’arthroplastie de la hanche est une procédure chirurgicale fréquemment utilisée. À la suite de cette chirurgie, une amélioration de la qualité de vie et une reprise des capacités fonctionnelles sont souvent observées. Cependant, comparativement à des sujets sains, la vitesse de marche est diminuée, une faiblesse des muscles abducteurs de la hanche est constatée et des mouvements compensatoires au niveau du tronc sont persistants. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le patron locomoteur chez des patients qui subiront une arthroplastie de la hanche. Plus spécifiquement, les adaptations locomotrices pré et post-opératoires seront quantifiées dans le but d’apporter des modifications aux programmes de réhabilitation pour ainsi favoriser un patron locomoteur sans déficit. Afin de répondre à cet objectif, trois études distinctes ont été effectuées. Dans le cadre de la première étude, l’impact de l’implantation d’une prothèse totale de la hanche avec une tête fémorale de large diamètre et une prothèse de resurfaçage a été évalué par rapport aux sujets sains lors de la locomotion. Au cours de cette étude, le contrôle du tronc a été analysé en utilisant la distance entre le centre de masse corporel et le centre articulaire de la hanche opérée. Suite aux résultats obtenus, aucune différence majeure n’existe entre les deux types de prothèses en ce qui a trait au contrôle du tronc et ce, à un an post-opératoire. Lors de la deuxième étude, la symétrie des paramètres biomécaniques des membres inférieurs lors de la locomotion chez des patients ayant bénéficié de l’implantation d’une prothèse de la hanche a été caractérisée suite à un programme d’exercices péri-opératoires (pré et post-opératoire). Lors de cette étude, le programme d’exercices péri-opératoires était complémentaire au protocole de réadaptation du centre hospitalier. D’après les résultats obtenus lors de cette étude exploratoire, ce programme d’exercices péri-opératoires semble permettre d’améliorer la symétrie de la puissance et du travail musculaire au niveau de la hanche, du genou et de la cheville favorisant ainsi un patron de marche avec de minimes compensations. Finalement, dans le cadre de la troisième étude, l’approche prédictive et l’approche fonctionnelle, utilisées pour localiser le centre articulaire de la hanche, ont été comparées aux mesures radiographiques, chez des patients à la suite d’un remplacement articulaire de la hanche. À la suite de cette étude, les résultats démontrent que l’utilisation de l’approche fonctionnelle est plus appropriée chez des patients ayant bénéficié d’une arthroplastie de la hanche. En effet, cette approche individualisée est plus précise ce qui, par conséquent, permettra d’obtenir des résultats de plus grande qualité lors d’analyses biomécaniques de la locomotion. / In recent years, the prevalence of people suffering from joint cartilage degeneration, called osteoarthritis (OA), still increases. The joint pain and muscle stiffness related to this pathology have an impact on patients’ quality of life by limiting their functional capacities, mobility and autonomy. In order to relieve these patients, hip arthroplasty is a frequently used surgical procedure. Even if there is an improvement in quality of life and a restoration of functional capacities in these patients, some impairment seem to persist during the post-operative period. The walking velocity is slower when compared to healthy subjects, a hip abductor muscle weakness is observed and trunk compensations lasted during the post-operative period. The aim of this thesis is to evaluate patients undergoing hip arthroplasty during locomotion. More specifically, gait pattern adaptations will be quantified pre and post-operatively to revise rehabilitation programs in order to promote a healthy gait pattern. Three separate studies were conducted to meet this objective. The first study compared the effect of a large femoral head hip prosthesis and a hip resurfacing prosthesis to healthy subjects. During this study, the trunk control was analyzed using the distance between the body center of mass and the hip prosthetic joint center. The results obtained show no major difference between the two types of prosthesis and the healthy control one year post-operatively. During the second study, biomechanics parameter symmetry of the lower limb of gait pattern in patients undergoing hip arthroplasty was characterized following a peri-operative (pre and post-operatively) exercise program. The exercise program was complementary to the medical center standard rehabilitation program. Based on the results of this exploratory study, the peri-operative exercise program seems to improve the symmetry of the muscular power and work of the hip, knee and ankle which promote a healthy gait pattern without compensations. Finally, for the third study, the predictive and the functional approaches, used to locate the hip joint center, were compared to radiographic measurements in patients undergoing hip arthroplasty. The results of this study demonstrated that the functional approach was more appropriate for these patients. This individualized approach is more accurate which leads to quality improvement during biomechanical analysis of gait pattern.

La révision d’arthroplastie de la hanche en cas d’important déficit osseux acétabulaire peut être difficile. Les reconstructions avec cupule de très grand diamètre ou cupule « jumbo » (≥ 62 mm chez la femme et ≥ 66 mm chez l’homme) sont une option thérapeutique. Nous voulions évaluer la préservation et la restauration du centre de rotation de la hanche reconstruite en la comparant au coté controlatéral sain ou selon les critères de Pierchon et al. Nous voulions également évaluer la stabilité du montage à un suivi d’au moins 2 ans. Il s’agissait de 53 cas consécutifs de révision acétabulaire pour descellement non septique avec implantation d’une cupule jumbo sans ciment à l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont. Le déficit osseux évalué selon la classification de Paprosky et al. Les cupules implantées avaient un diamètre moyen de 66 mm (62-81) chez les femmes et 68 mm (66-75) chez les hommes. L’allogreffe osseuse morcelée et massive était utilisée dans 34 et dans 14 cas respectivement. La cupule a été positionnée avec un angle d’inclinaison moyen de 41.3° (26.0-53.0). Le centre de rotation de la hanche reconstruite a été jugé satisfaisant dans 78% de cas sur l'axe médiolatéral, 71% sur l'axe craniopodal et amélioré dans 27% dans cet axe. Au recul moyen radiologique de 84.0 mois (24.0-236.4) et clinique de 91.8 mois (24.0 – 241.8): 6 cas étaient décédés, 3 perdus au suivi. On a observé le descellement radiologique dans un 1 cas, la luxation récidivante dans 5 cas et l’infection dans 4 cas. Le retrait de la cupule a été effectué dans 2 cas pour infection. L’ostéointégration des greffons osseux était complète dans tous les cas sauf 3. Les scores cliniques étaient pour le HHS de 82 +/-17, le WOMAC de 86 +/- 14 et le SF-12 physique de 46 +/- 12 et mental 53 +/-13. La cupule jumbo peut être considérée comme un moyen fiable pour gérer le déficit osseux dans les révisions acétabulaires. Elle permet de conserver ou d’améliorer la position du centre de rotation physiologique de la hanche. La fixation sans ciment favorise l’ostéointégration de la cupule et permet une stabilité à moyen terme. Le taux de complications est comparable ou inférieur à d'autres procédures de reconstruction. / Acetabular implant revision with large bone defects, can be challenging. One of the reconstruction options is a large outer diameter cup or “jumbo cup” (≥62 mm in women and ≥66 mm in men). We hypothesized that cementless jumbo cups is a reliable technique to preserve or reconstruct hip center of rotation. We also evaluated stability at least 2 two years follow up. Fifty-three consecutive non septic loosening acetabular arthroplasty revisions at Hopital Maisonneuve-Rosemont where a cementless jumbo cup was used were assessed. Bone defect was evaluated according to Paprosky classification. Mean implanted component size was 66 mm (62-81) in women and 68 mm (66-75) in men. Cancelous bone chips allograft was used in 34 cases and bulk bone allograft in 14. Immediate postoperative AP view showed a mean abduction cup angle of 41.3° (26.0-53.0). Hip centre were found at satisfy position in 78% on mediolateral axis, in 71% on craniopodal axis and it was improved in 27% in this late axis. At the mean follow up of 84.0 months (24.0-236.4) radiologically and 91.8 months (24.0-241.8) clinically: 6 patients were died and 3 were lost of follow up. Complications were: dislocation in 5 cases (4 revisions with constrained liner), infection in 4 cases (2 treated conservatively and 2 revised in 2 times procedure) and radiographic loosening in 1 case. Bone graft integration was completed in all except in 3 cases. Clinically, the mean HHS was 82% +/- 17, WOMAC 86 +/- 14, physical SF-12 46 +/- 12 and mentally SF-12 53 +/- 13. Jumbo cups appear as a reliable procedure to manage bone loss in acetabular revision. It allows conservation or improvement of physiologic hip center. Also, cementless fixation promote bone integration. with subsequent cup stabilitity. The complication rate is comparable or may be less than others reconstruction procedures .

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