L’évaluation classique de la posture rachidienne chez les patients porteurs d’une scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) se fait habituellement dans une position contrainte et statique en radiographie standard. Les conséquences sur la fonction rachidienne dynamique de ces déformations sont mal connues. Par ailleurs, les changements de la posture rachidienne au cours de la croissance et avec l’acquisition d’une marche stable n’ont encore jamais été explorés. L’analyse quantifiée du mouvement (AQM) d’une cohorte d’enfants sains a permis de mettre en évidence des modifications de la posture rachidienne dynamique au cours de la croissance, avec une augmentation de la gîte du tronc vers l’avant. Ces modifications s’accompagnaient de modifications anatomiques, en particulier au niveau des facettes articulaires cervicales. En AQM, les patients porteurs d’une SIA avaient des modifications du schéma de marche avec un décalage de phase à la marche entre la rotation des épaules et du bassin chez les patients scoliotiques. Il n’y avait pas de différence dans le schéma de marche entre les patients ayant une courbure thoracique droite et ceux ayant une courbure lombaire gauche. L’analyse de ces patients à 11 mois postopératoire a montré une restauration de certains paramètres grâce à la fusion vertébrale. Notamment, l’arthrodèse rachidienne postérieure de la courbure scoliotique a pour effet de faire disparaître le décalage de phase dans le plan transversal. L’AQM permet de mettre en évidence des modifications de la posture rachidienne chez ces patients et apparait comme un outil d’évaluation fondamental, qui pourrait nous permettre de mieux évaluer les traitements de la SIA. / In adolescent idiopathic scoliosis (AIS) patients, spinal posture is usually assessed in a constraint position with radiographic evaluation. However, the consequences of spinal deformity in these patients on the daily functioning of the spine remains unclear. On the other hand, spinal posture changes with normal growth and mature gait achievement have never been explored.A gait analysis was performed on a cohort of healthy children and highlighted changes in dynamic spinal posture with growth, showing that the trunk was increasingly leaning forward with mature gait achievement. These modifications were associated with anatomical changes, especially in the cervical spine.Changes in gait pattern were also observed in AIS patients thanks to gait analysis. In particular, there was a modification of upper trunk and pelvic rotation during gait. There was no difference in gait pattern according to major curve location. Eleven month postoperatively, our results showed that spinal fusion allowed restoration of a normal gait pattern, especially in the transversal plane.Gait analysis was able to highlight changes in dynamic spinal posture that occur in AIS patients, and thus appears as a major tool for spinal posture assessment in these patients. It could help us to improve the evaluation of the treatments that are proposed for spinal deformity correction.

La scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale qui se développe entre l’âge de 10 et 18 ans et dont la cause est inconnue. Cette maladie touche 2-3 % des adolescents et majoritairement les jeunes filles. Certaines études ont révélé des différences au niveau des paramètres anthropométriques chez les jeunes filles atteintes de la SIA par rapport à des sujets contrôles du même âge, tels qu’un poids, un indice de masse corporelle (IMC) et une densité minérale osseuse (DMO) plus faibles. Les raisons de ces différences demeurent inexpliquées, mais des anomalies au niveau du métabolisme énergétique pourraient y contribuer. En ce sens, certaines hormones impliquées dans le métabolisme énergétique ont été sommairement étudiées dans la SIA, mais cela de manière individuelle alors que ces processus nécessitent l'interaction d'une panoplie d'autres hormones. L’hypothèse centrale de cette thèse est que le métabolisme énergétique est altéré dans la SIA. Les objectifs de nos travaux sont de : (1) Étudier l’association entre la mutation A316T du gène du récepteur de l’incrétine glucagon-like peptide 1 (GLP1-R A316T) et la SIA; (2) Dans des ostéoblastes de patients atteints de la SIA et de contrôles, examiner la régulation de protéines impliquées dans le métabolisme énergétique à l’état basal et suite à des traitements par des effecteurs métaboliques; (3) Étudier le profil métabolique des jeunes filles atteintes de la SIA comparativement à des contrôles du même âge; (4) Étudier la composition et la diversité du microbiote intestinal ainsi que ses métabolites dans la SIA et les comparer à des contrôles. Pour ce faire, nous avons génotypé la mutation GLP1R A316T chez des patients avec SIA et des contrôles. Ensuite, des ostéoblastes ont été incubés avec divers effecteurs métaboliques pour étudier leurs effets sur l’expression de protéines impliquées dans le métabolisme énergétique. Aussi, une étude clinique pilote a été réalisée auprès de 20 patientes adolescentes avec la SIA et 20 contrôles appariées pour l’âge. Nous avons évalué le profil métabolique et anthropométrique des participantes, ainsi que leur alimentation et leur niveau d’activité physique. Un échantillon de selle a également été collecté sur une base volontaire afin d’étudier le microbiote intestinal des patientes et des contrôles. Pour l’étude génétique, dans notre cohorte, la présence de la mutation GLP1R A316T augmentait de 3,4 fois le risque de développer la maladie. Au niveau cellulaire, les ostéoblastes dérivés de patients avec SIA présentaient une expression génique et protéique de la dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4) inférieure à celle des contrôles. De plus, les traitements avec les effecteurs métaboliques n’ont pas régulé l’expression de la DPP-4 de la même manière dans les ostéoblastes de sujets avec SIA que dans ceux des contrôles. L’étude clinique pilote a montré que les patientes atteintes de la SIA avaient des niveaux moyens d’adiponectine supérieurs aux contrôles, et un ratio leptine/adiponectine inférieur. De plus, les participantes qui avaient un angle de Cobb supérieur à 25° présentaient des taux plus élevés de résistine comparativement aux contrôles. L’étude du microbiote intestinal a révélé des tendances, telles qu’une plus faible alpha-diversité et abondance relative de Lachnospira et de Bacteroides, ainsi qu’une plus grande abondance relative de Blautia dans le groupe avec SIA. En conclusion, les résultats de nos études génétique, cellulaire et clinique démontrent la présence d’altérations du métabolisme énergétique dans la SIA. Ces travaux soutiennent que les mécanismes possibles peuvent inclurent la mutation d’un gène impliqué dans le métabolisme énergétique, une régulation différente des adipokines et des incrétines ainsi que différentes réponses à des effecteurs métaboliques et une altération du microbiote intestinal et de ses métabolites. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional deformity of the spine that develops between the ages of 10 and 18, the cause of which is unknown. The disease affects 2-3% of adolescents, mostly girls. Some studies have revealed differences in anthropometric parameters in girls with AIS compared to control subjects of the same age, such as lower weight, body mass index (BMI) and bone mineral density (BMD). The reasons for these differences remain unexplained, but abnormalities in energy metabolism may contribute. In this regard, certain hormones involved in energy metabolism have been briefly studied in SIA, but only individually, whereas these processes require the interaction of a panoply of other hormones. The central hypothesis of this thesis is that energy metabolism is altered in AIS. The aims of our work are to: (1) Investigate the association between the A316T mutation in the incretin glucagon-like peptide 1 receptor gene (GLP1-R A316T) and AIS; (2) In osteoblasts from AIS patients and controls, examine the regulation of proteins involved in energy metabolism in the basal state and following treatment with metabolic effectors; (3) To study the metabolic profile of girls with AIS compared with controls of the same age; (4) To study the composition and diversity of the intestinal microbiota and its metabolites in AIS and compare them with controls. To this end, we genotyped the GLP1R A316T mutation in AIS patients and controls. Then, osteoblasts were incubated with various metabolic effectors to study their effects on the expression of proteins involved in energy metabolism. Also, a clinical pilot study was carried out in 20 adolescent female patients with AIS and 20 age-matched controls. We assessed the participants' metabolic and anthropometric profile, as well as their diet and level of physical activity. A stool sample was also collected on a voluntary basis to study the intestinal microbiota of patients and controls. For the genetic study, in our cohort, the presence of the GLP1R A316T mutation increased the risk of developing the disease by 3.4-fold. At the cellular level, osteoblasts derived from patients with AIS showed lower gene and protein expression of dipeptidyl peptidase-4 (DPP-4) than controls. Furthermore, treatments with metabolic effectors did not regulate DPP-4 expression in the same way in osteoblasts from subjects with AIS as in controls. The clinical pilot study showed that AIS patients had higher mean adiponectin levels than controls, and a lower leptin/adiponectin ratio. In addition, participants with a Cobb angle greater than 25° had higher levels of resistin compared with controls. Study of the intestinal microbiota revealed trends such as lower alpha-diversity and relative abundance of Lachnospira and Bacteroides, and greater relative abundance of Blautia in the AIS group. In conclusion, the results of our genetic, cellular, and clinical studies support the presence of alterations in energy metabolism in AIS. Possible mechanisms may include mutation of a gene involved in energy metabolism, different regulation of adipokines and incretins, different responses to metabolic effectors, and alteration of the gut microbiota and its metabolites.

La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA) est une déformation tridimensionnelle complexe du rachis affectant majoritairement les filles. L’atteinte progressive est surtout esthétique avec, notamment, une déformation de la cage thoracique résultante. L’asymétrie mammaire est une préoccupation fréquente chez ces jeunes filles. Se définissant comme une différence de forme, de position ou de volume des seins ou des complexes aréolo-mamelonnaires, l’asymétrie mammaire est courante chez les femmes, mais habituellement mineure et non visible. Il demeure incertain dans la littérature si l’asymétrie mammaire est plus fréquente chez les scoliotiques. De plus, très peu d’études ont évalué la relation entre la scoliose et l’asymétrie mammaire. De façon instinctive, on serait porté à croire que ce ne sont pas les seins qui sont asymétriques, mais plutôt la déformation du thorax en rotation qui donne cette impression. Les seins représentent un des organes les plus difficiles à mesurer étant donné leur grande variabilité. Plusieurs méthodes de mesure ont été décrites. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est considérée l’outil le plus précis pour définir la glande mammaire et plus particulièrement, sa délimitation sur la cage thoracique. Ce projet consiste à quantifier l’asymétrie mammaire, représentée par une différence de volume entre les deux seins, chez une cohorte de jeunes filles présentant une SIA significative, en utilisant l’IRM comme outil de mesure. Ensuite, une méthode de mesure automatisée, à partir de la topographie surfacique 3D, est proposée. Les résultats obtenus avec cette méthode sont confrontés à ceux de l’IRM. L’influence de la posture sur le volume mammaire est également étudiée à partir de ces deux modalités différentes. Pour réaliser ces objectifs, une cohorte de 30 patientes scoliotiques a été recrutée sur la base de leur courbure thoracique et de leur maturité osseuse et mammaire. Deux imageries de tronc ont été effectuées : la topographie surfacique 3D et la résonance magnétique. Dans un premier temps, la sommation des images segmentées acquises par IRM nous a permis de mesurer de façon très précise le volume mammaire. Notre cohorte présente une asymétrie mammaire moyenne statistiquement significative de 8.32%. 66.6% des patientes présentent une asymétrie ≥ 5%. Par ailleurs, le sein gauche est plus volumineux chez 65.5% des patientes. Une faible corrélation non-significative existe entre les volumes mammaires et l’angle de Cobb ainsi que la gibbosité thoracique. Par la suite, une méthode de mesure automatisée, développée à partir de l’environnement mathématique Matlab, est appliquée directement sur les reconstructions 3D. En bref, elle consiste à identifier les contours des seins pour les exciser afin d’exposer la cage thoracique puis, à soustraire le thorax complet du thorax sans seins pour déterminer les volumes mammaires. Les volumes mammaires acquis par la méthode automatisée sont, de manière attendue, de plus petites tailles que ceux obtenus à l’IRM. Une forte corrélation est établie entre les volumes mammaires obtenus par les deux différentes techniques de mesure. Bien que statistiquement significatives, les asymétries mammaires (r= 0.614, p< .001) ne sont pas aussi fortement corrélées entre elles que les volumes. Le sein droit (r=0.805) présente une corrélation plus élevée que le sein gauche (r=0.747). Finalement, l’influence de la posture est étudiée à partir des maillages 3D de l’IRM (décubitus ventral) et de la topographie surfacique 3D (position debout). D’excellentes corrélations sont confirmées entre les volumes mammaires ; r= 0.896 et r= 0.939, respectivement pour les volumes mammaires gauches et droits. Ce projet a permis de démontrer, pour la première fois, qu’il est possible de calculer le volume mammaire de façon objective et précise avec l’IRM, chez une cohorte scoliotique. Grâce à la précision des repères anatomiques, l’IRM nous a permis de revisiter une croyance populaire dans la communauté de la scoliose. Celle soutenant que l’asymétrie mammaire ressentie par les patientes n’est qu’une perception. Ces nouvelles données nous permettrons de conseiller les jeunes filles avec la SIA, concernant leurs préoccupations sur l’asymétrie de leurs seins. Nous avons confirmé que la méthode de mesure automatisée est réalisable cliniquement et pourrait être utilisée pour prédire les volumes obtenus à l’IRM. Par ailleurs, c’est le premier outil de mesure de volumétrie mammaire complètement automatisé à notre connaissance. Les volumes mammaires obtenus debout et en décubitus ventral sont comparables. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a complex tridimensional deformation of the spine affecting primarily girls. The progressive course is mostly aesthetic with, in particular, a resulting rib cage deformity. Breast asymmetry is a frequent concern expressed by these girls. Defined as a difference in shape, position or volume of the breasts or the nipple complex, breast asymmetry is common in women but usually minor and not visible. It remains unknown in the literature if breast asymmetry is more frequent in scoliotics. Moreover, very few studies have evaluated the relationship between scoliosis and breast asymmetry. It is commonly believed that it is not the breasts that are asymmetric, but rather the trunk rotation giving this perception. The breasts represent one of the most challenging organs to measure due to their great variability. Many measuring methods have been described. Magnetic resonance imaging (MRI) is considered the most precise tool to define the mammary gland and its delimitation on the rib cage. This study aims at measuring objectively breast asymmetry, as described by a volume difference between the breasts, in a cohort of young girls presenting with significant AIS, using the MRI as a measuring tool. Then, an automated measuring method, applied on the 3D surface topography, is proposed. The results obtained with this method are confronted to those of the MRI. The influence of posture on breast volume is also examined from the two different modalities. To achieve these objectives, a cohort of 30 scoliotic patients was enrolled on the basis of their thoracic curvature and their bone and breast maturity. Two torso imaging were performed: 3D surface topography and MRI. Initially, the sommation of segmented images acquired by MRI enabled us to measure very precisely breast volume. The statistically significant mean breast asymmetry was found to be 8.32%. 66.6% of the patients presented an asymmetry ≥ 5%. A weak positive non-significant correlation exists between breast volumes and Cobb angle as well as thoracic gibbosity. Thereafter, an automated measuring method, developed from the numeric environment Matlab, is applied directly on the 3D reconstructions. In short, it consists in identifying the breasts contours to excise them in order to expose the rib cage, then subtracting from the complete thorax, the thorax without breasts to determine the breast volumes. The breast volumes acquired by the automated method are, as expected, smaller than those obtained with MRI. A strong correlation is established between breast volumes obtained from the two different techniques. Although statistically significant, breast asymmetries (r= 0.614, p< .001) are not as strongly correlated therebetween as are breast volumes. The right breast (r=0.805) presents a higher correlation than the left breast (r=0.747). Finally, the influence of posture is studied from the meshes obtained from MRI (prone) and 3D surface topography (standing position). Excellent correlations are confirmed between breast volumes; r= 0.896 and r= 0.939, respectively for the left and right breast volumes. This project enabled us to demonstrate, for the first time, that it is possible to measure breast volume objectively and accurately in a cohort of scoliotic patients. As a result of the anatomic landmarks precision, the MRI allowed us to revisit a common belief in the scoliosis community, which states that breast asymmetry expressed by patients, is in fact a perception. These new data will help us counsel our young girls with AIS, regarding their concerns with the asymmetry of their breasts. We have confirmed that the automated measuring method is clinically feasible and could be used to predict MRI volumes. Furthermore, it is the first breast volumetric measuring tool completely automatic, to our knowledge. Also, the breast volumes obtained in standing and in prone are comparable.

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La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA) est une déformation de la colonne vertébrale d’origine inconnue. Bien qu’elle soit encore aujourd’hui mesurée et classifiée en utilisant des radiographies bidimensionnelles (2D), il est largement rapporté dans la littérature qu’il s’agit d’une affection dans les trois plans de l’espace. Aussi, il semble que le bassin soit impliqué dans la déformation scoliotique, puisqu’il constitue l’assise de la colonne vertébrale et que son orientation influe sur l’équilibre postural. Ainsi, l'asymétrie du bassin et son attitude posturale pourraient être des mécanismes compensatoires de la scoliose idiopathique ou encore être les agents qui déclenchent la déformation du rachis. L’objectif de ce travail est de déterminer la relation entre la morphologie tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale et du bassin et les déformations scoliotiques groupées selon la méthode de Lenke et de connaître les liens entre ces paramètres morphologiques et l’angle de Cobb. Pour ce faire, 80 filles atteintes de la SIA ont participé à l’étude. Plus précisément, 32 sujets étaient atteintes d’une scoliose thoracique, 23 d’une scoliose thoraco-lombaire et 25 d’une scoliose lombaire. Des radiographies simultanées des plans postéro-antérieur et latéral en position debout ont été prises au moyen du système EOS. Quinze repères anatomiques sur chacune des vertèbres entre T1 à L5 et vingt-et-un sur le bassin ont été identifiés sur les paires de radiographies. La reconstruction tridimensionnelle de la colonne vertébrale et du bassin a été faite à partir des repères anatomiques. Au total, cinq paramètres sur la colonne vertébrale et trois sur le bassin ont été calculés afin d’identifier la morphologie des déformations scoliotiques thoraciques, thoraco-lombaires et lombaires. L’algorithme de classification non-supervisée de la logique floue ou fuzzy c-means (FCM) a été utilisé pour classifier les sujets. Des classifications à deux et trois classes ont été faites avec les données normalisées et non-normalisées, c’est-à-dire en faisant ou en ne faisant pas abstraction au niveau de la courbure scoliotique. Des analyses de variances à un facteur (ANOVA) avec post-hoc ont été menées sur les classifications à deux groupes et deux classes, alors que des analyses multivariées (MANOVA) avec post-hoc ont été réalisées sur les classifications à trois groupes et trois classes non-normalisés et normalisés. L’angle de Cobb du segment thoracique principal est significativement différent pour les trois types de scolioses. Cependant, ces différences pourraient être associées aux segments analysés et à la sévérité de la courbure. Avec les données normalisées, les scolioses thoraciques L1 se regroupent ensemble pour la classification à deux classes et se divisent en deux pour la classification à trois classes. Les paramètres de la cyphose (p = 0,000), de la lordose (p = 0,000) et de l’orientation du plan de courbure maximale (PCM) (p = 0,000) sont ceux qui divisent ces sujets. Quant aux L5 et L6, peu importe la classification, ils se rassemblent généralement dans une même classe. Aussi, des corrélations de Pearson ont été réalisées en fonction de l’angle de Cobb, afin de déceler des liens entre les types de déformation et les paramètres morphologiques. Le bassin ne semble pas avoir d’impact sur l’issu des classifications, mais il est corrélé avec les déviations scoliotique des sujets lombaires. En effet, la version pelvienne (r = -0,433; p = 0,031) est en relation inverse, tandis que la pente sacrée est en relation directe (r = 0,419; p = 0,037). En résumé, les résultats de cette étude indiquent que l’apport de la morphologie 3D de la colonne vertébrale et du bassin aux déformations scoliotiques thoraciques (L1), thoraco-lombaires (L5) et lombaires (L6) apporte des informations cliniquement pertinentes. Nos résultats obtenus par logique floue concernant les sujets thoraciques appuient ceux de la littérature, à savoir que ces sujets ne sont pas tous hypocyphosés. De nouveaux paramètres, tels que la lordose et l’orientation du PCM, viennent renforcer l’idée qu’il existe des sous-groupes parmi les scoliotiques thoraciques. Finalement, bien que d’un point de vue visuel, les sujets thoraco-lombaires et lombaires soient différents, du côté de la morphologie tridimensionnelle, ces sujets sont inséparables. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a deviation of the spine of unknown origin. Although it is still classified and measured using two-dimensional X-ray, it is widely reported in the literature that scoliosis is a deviation in the three planes of space. Also, it seems that the pelvis is involved in the scoliosis deformity, as it is the foundation of the spine and its orientation influence on postural balance. Thus, the asymmetry of the pelvis and postural attitude could be compensatory mechanisms of idiopathic scoliosis or be agents that trigger this disease. The aim of this work is to determine the relationship between the three-dimensional morphology of the spine and pelvis of scoliosis grouped according to Lenke’s classification and to know the links between morphological parameters and the Cobb angle. Eighty girls with the SIA participated in this study. Specifically, 32 subjects were suffering from thoracic scoliosis, 23 thoracolumbar scoliosis and 25 lumbar scoliosis. Simultaneous radiographs of posterior-anterior and lateral planes in standing position were taken with the EOS system. Fifteen anatomical landmarks on each of the vertebrae between T1 and L5 on the spine and twenty-one on the pelvis, have been identified on the pairs of radiographs. The three-dimensional reconstruction of the spine and pelvis was made from the two radiographs and the anatomic landmarks. A total of five parameters on the spine and three on the pelvis were calculated to identify the morphology of thoracic, thoracolumbar and lumbar deformations. The unsupervised classification algorithm of fuzzy c-means (FCM) was used to classify subjects. Classifications with two and three classes were made with non-standardized and normalized data, i.e. by omitting the level of the scoliosis curve. Analysis of variance (ANOVA) with post-hoc was conducted on classifications with two groups and classes and multivariate analysis (MANOVA) with post-hoc were made on classifications with three groups and classes. The Cobb angle of the main thoracic segment was significantly different for the three types of scoliosis. However, these differences might be attributed to the analyzed segment and severity of the curve. With the normalized data, the thoracic scoliosis L1 subjects regroup in classification with two classes and divides into two classes in the classification with three classes. These classes are divided according to the kyphosis (p = 0.000), lordosis (p = 0.000) and the orientation of plane of maximum curvature (PMC) (p = 0.000) parameters. Regardless of classification, L5 and L6 usually gather in the same class. Also, Pearson correlations were made according to the Cobb angle, in order to detect the relationship between the types of deformation and morphological parameters. Finally, the pelvis had no impact on classifications, but it is correlated with the scoliotic deviation of the lumbar scoliosis. The pelvic tilt (r = -0.433; p = 0.031) is inversely correlated, while the sacral slope has a direct relationship (r = 0.419; p = 0.037). In conclusion, the results of this study indicate that the contribution of the 3D morphology of the spine and pelvis to the thoracic (L1), thoracolumbar (L5) and lumbar (L6) scoliosis provides clinically relevant information. Our results gained by fuzzy-c-means support those in the literature, according to which these subjects are not all hypokyphotic. New parameters such as lordosis and orientation of the PMC, reinforce the idea that there are subgroups within the thoracic scoliosis. Finally, although the thoracolumbar and lumbar subjects appear to differ from a visual standpoint, these subjects are inseparable according to the three-dimensional morphology parameters.

La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA) est une pathologie de cause inconnue impliquant une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique. Cette pathologie affecte, entre autres, les vertèbres ainsi que les muscles paraspinaux. Ces composantes de la colonne vertébrale jouent un rôle important lors de la marche. Dix sujets témoins et neuf sujets SIA ont effectué dix essais de marche à vitesse normale sur un corridor de marche de dix mètres dans lequel était inséré deux plates-formes de force. De plus, un système de huit caméras (VICON) a permis de calculer les coordonnées tridimensionnelles des 30 marqueurs utilisés afin d’analyser la cinématique des sujets. Les variables faisant l’objet de cette étude sont les amplitudes totales, minimales et maximales des rotations des ceintures pelvienne et scapulaire dans les plans transverse et frontal de même que les coefficients de corrélation et de variation de ces segments. Des tests de Student ont été utilisés pour l’analyse statistique. Malgré le fait qu’aucune différence significative n’a été observée, dans aucun des plans, entre les amplitudes des rotations des ceintures pelvienne et scapulaire entre les groupes témoin et SIA, une différence significative en ce qui a trait aux minimums de rotations pelviennes et scapulaires, dans le plan transverse, a été observée. Cette différence suggère une asymétrie dans les rotations effectuées par ces segments à la marche à vitesse naturelle chez une population atteinte de SIA. / Idiopathic scoliosis is a tridimensional deformation of the spine and of the rib cage. The cause of this pathology is still unknown but its consequences affected different structures including vertebras and spinal muscles. These structures are essential in locomotion activities and this is why it is important to understand well consequences of having a scoliosis on walking. Ten control subjects and nine scoliotic subjects were asked to do ten walking trials at natural speed on a ten-meter walkway with two embedded force-plates. A 3D system (VICON) was also used to record kinematics of 30 body markers. Total, minimal and maximal range of motion (ROM) of pelvic and shoulder rotations, coefficients of variation and correlation were points of interest of this study. Student tests were used to compare groups. No statistically significant difference was observed between group’s total ROM in any planes but some differences were noticed between minimal ROM in coronal plane for pelvis and shoulders. That suggests an asymmetric rotation during natural speed walking in scoliotic group.

La mesure du déjettement du tronc est un élément important pour évaluer la posture en ce qui a trait à la scoliose idiopathique. Cependant, il y a peu d'informations quant à sa mesure et les associations entre le déjettement du tronc et d'autres indicateurs ou facteurs pertinents. Les objectifs de cette étude sont : 1) d’évaluer la validité et la fiabilité de test-retest du fil à plomb pour mesurer le déjettement du tronc de C7 à S1 chez les personnes atteintes de scoliose idiopathique; et 2) d'étudier l'association entre le déjettement du tronc et les facteurs suivants : la douleur, l’angle de Cobb, le type de scoliose, la santé mentale et l’image de soi chez les personnes atteintes de scoliose idiopathique. Nous avons recruté 55 sujets âgés de 10 à 21 ans atteints de scoliose idiopathique (angle de Cobb : 15º à 60º) de la clinique de scoliose dans un hôpital pédiatrique de soins tertiaires. Le déjettement a été mesuré directement sur les sujets à deux reprises par la même physiothérapeute de même que sur les radiographies prises ce jour-là. Deux mesures ont été prises à chaque fois : une les pieds joints (FT) et l’autre en écartant les pieds (FA). Les sujets ont répondu au questionnaire adressé au patient de la Scoliosis Research Society-22, qui traite de la douleur, de l'image de soi et de la santé mentale. Le type de scoliose et l'angle de Cobb ont été mesurés sur les radiographies prises ce jour-là. Nous avons utilisé la théorie de la généralisabilité pour calculer la fidélité de test-retest pour les mesures FT et FA, en rapportant les coefficients de fiabilité (f) et les erreurs types de mesure (SEM). La validité de la mesure du fil à plomb a été calculée en comparant les mesures prises directement sur les radiographies en utilisant le coefficient de corrélation de Pearson. Les corrélations de Pearson ont été calculées entre le déjettement du tronc et la douleur, l'angle de Cobb, l'image de soi et la santé mentale. Les corrélations de Spearman ont été calculées entre le déjettement du tronc et le type de scoliose. Nous avons ensuite utilisé des modèles de régression linéaire multiple pour déterminer les associations entre ces variables. Nos résultats indiquent que les mesures de déjettement du tronc en utilisant un fil à plomb ont une forte corrélation (r = 0,87) avec la mesure obtenue par radiographie. La mesure du déjettement du tronc en utilisant un fil à plomb a démontré une excellente fidélité de test-retest (f: 0,98 pour la mesure FT et 0,99 pour la mesure FA) et les SEM étaient de 2,0 mm pour la mesure FT et 1,8 mm pour la mesure FA. Le déjettement du tronc est corrélé positivement avec l'angle de Cobb (r = 0,32, p = 0,02), mais il n'est pas corrélé à la douleur, la santé mentale, l'image de soi ou le type de scoliose. Les conclusions de notre étude ont montré que la mesure clinique du déjettement du tronc en utilisant un fil à plomb est une méthode fiable et valide et que le déjettement du tronc est associé à l'angle de Cobb. Une étude longitudinale est nécessaire pour déterminer si le déjettement du tronc est un indicateur pronostique de la progression de la scoliose. Mots-clés: la scoliose idiopathique, le déjettement du tronc, fil à plomb, posture, déplacement latéral du tronc / Measurement of trunk list is an important component of an evaluation of posture in idiopathic scoliosis. However, there is little information regarding its measurement and the associations between trunk list and other relevant indicators or factors. The objectives of this study were to: 1) evaluate the validity and test-retest reliability of the plumbline to measure trunk list from C7 - S1 in persons with idiopathic scoliosis and 2) to explore the association between trunk list and the following factors: pain, Cobb angle, type of scoliosis, mental health and self-image, in persons with idiopathic scoliosis. We recruited 55 participants aged from 10 to 21 years old with idiopathic scoliosis (Cobb angle: 15º to 60º) from the scoliosis clinic at a tertiary care pediatric hospital. Trunk list was measured directly on participants on two occasions by the same physiotherapist and also on radiographs taken that day. Two measurements were taken each time: with feet together (FT) and feet apart (FA). The participants answered the Scoliosis Research Society-22 patient questionnaire, which addresses pain, self-image and mental health. Type of scoliosis and Cobb angle were measured on radiographs taken that day. We used generalizability theory to calculate test-retest reliability for FT and FA, reporting Dependability Coefficients (f) and Standard Errors of Measurement (SEM). Validity of the plumbline measurement was calculated by comparing to measurements taken directly on radiographs using the Pearson correlation coefficient. Pearson correlations were calculated between trunk list and pain, Cobb angle, self-image and mental health. Spearman correlations were calculated between trunk list and type of scoliosis. We then used multiple linear regression models to determine associations between these variables. Our results indicated that the plumbline measurements of trunk list correlated highly (r=0.87) with the measure obtained via radiograph. Plumbline measurements of trunk list demonstrated excellent test-retest reliability (f: 0.98 for FT and 0.99 for FA) and SEMs were 2.0 mm for FT and 1.8mm for FA. Trunk list was positively correlated with Cobb angle (r=0.32, p=0.02) but it was not correlated with pain, mental health, self-image, or type of scoliosis. The conclusions of our study were that the clinical measurement of trunk list using a plumbline is both reliable and valid and that trunk list was associated with Cobb angle. A longitudinal study is needed to determine whether trunk list is a prognostic indicator of scoliosis progression. Keywords: idiopathic scoliosis, trunk list, plumbline, posture, lateral trunk shift

Les médecins de famille, les pédiatres, les chiropraticiens et les physiothérapeutes sont parmi les professionnels de la santé les plus susceptibles de rencontrer des patients atteints d’une scoliose idiopathique adolescente. Les recherches démontrent que certaines lacunes existent à l’égard des connaissances acquises, par ces professionnels, dans le domaine musculosquelettique, incluant la scoliose. De plus, il ne semble pas exister d’informations sur le niveau de connaissances et la démarche clinique de ces professionnels en matière de scoliose, bien que les bonnes pratiques actuelles dictent une détection hâtive de cette condition pour en optimiser la gestion thérapeutique. Les objectifs de notre étude visaient donc à évaluer les connaissances ainsi que les aptitudes en matière de démarche clinique des professionnels les plus susceptibles à traiter des patients atteints d’une scoliose idiopathique adolescente. À l’aide d’un questionnaire semi-structuré, 51 professionnels de la santé ont été interviewés. Parmi ces professionnels recrutés par l'entremise de leur ordre professionnel respectif, on retrouvait 21 médecins de famille, 10 pédiatres, 10 chiropraticiens et 10 physiothérapeutes. Les entrevues évaluaient les connaissances en matière de signes cliniques, de facteurs de risque, de démarche clinique et de processus référentiel vers les soins spécialisés. De plus, les préférences des professionnels à l’égard des guides de bonne pratique ont été abordées. Parmi les professionnels interviewés, 59 % étaient des femmes, 43 % étaient âgés de moins de 40 ans et la moyenne d’années de pratique était de 20,3 ans. Les résultats démontrent qu’il existe des lacunes à l’égard des connaissances des signes cliniques et des facteurs de risque : moins du tiers des professionnels interviewés pouvaient mentionner au moins 2 signes cliniques et 31 % d’entre eux ne pouvaient se souvenir des facteurs de risque associés à la scoliose idiopathique adolescente; les médecins de famille étaient les moins connaissants dans ces domaines. De plus, en présence d’une mise en contexte nécessitant une référence urgente en soins spécialisés, 70 à 90 % des professionnels auraient référé le patient en dépit du fait que seulement 38 à 60 % d’entre eux considéraient cette situation comme urgente. Près de 40 % des professionnels mentionnaient qu’ils seraient inconfortables à gérer un patient atteint d’une scoliose. Néanmoins, la majorité d’entre eux reconnaissaient qu’il existe un problème en ce qui a trait à l’accessibilité aux soins spécialisés en orthopédiatrie. Presque la totalité c’est-à-dire, 98 % étaient favorables à la production de guides de bonne pratique et les accueilleraient positivement dans leur pratique quotidienne. Les conclusions de cette étude ont montré qu’il existe des vides en matière de connaissances de signes cliniques et de facteurs de risque de progression de la scoliose idiopathique adolescente; ces lacunes ont particulièrement été remarquées chez les médecins de famille. La majorité des professionnels reconnaissent l’importance de référer les conditions urgentes en soins spécialisés. Néanmoins, tous semblent souligner des difficultés dans ce processus référentiel. Une meilleure collaboration interprofessionnelle semble prometteuse en ce qui concerne la gestion de patients atteints d’une scoliose idiopathique adolescente. / Family physicians, peadiatricians, chiropractors and physical therapists are among health professionals most likely to encounter and treat patients with adolescent idiopathic scoliosis. Research shows that there are gaps in musculoskeletal knowledge among professionals but no studies assess knowledge of scoliosis among professionals most likely to treat patients with scoliosis. Best current practice dictates that early detection of adolescent idiopathic scoliosis leads to better decision-making regarding optimal course of management. The objectives of our study were to evaluate basic knowledge and the management skills of professionals most likely to encounter adolescent idiopathic scoliosis. We developed a semi-structured questionnaire and interviewed 51 health professionals. Among these professionals, who were recruited through their professional regulatory board registries, were 21 family physicians, 10 peadiatricians, 10 chiropractors and 10 physical therapists. The interview assessed knowledge of clinical signs and risk factors, management options, including referral to specialized care. We also discussed preferences and acceptability of clinical guidelines in regard to scoliosis. Among interviewed professionals, 59 % were female, 43 % were under 40 and mean years of practice was 20.3. Our results demonstrated gaps in knowledge with respect to clinical signs and risk factors. Less than a third of professionals were able to mention at least 2 clinical signs and 31 % were unaware of any risk factors associated with scoliosis progression. Family physicians appeared least knowledgeable in these areas. When presented with a situation where urgent referral was indicated, 70 – 90 % said that they would refer the patient although only 38 – 60 % rated this case as urgent. Close to 40 % of professionals indicated that they would not be comfortable doing the follow-up of a patient with a scoliosis. Nevertheless, the majority felt that accessibility to specialized care was a problem. Almost all (98 %) mentioned that the development of clinical guidelines would positively affect their daily practice. In conclusion, our study shows that knowledge gaps exist among professionals regarding clinical signs and risk factors of curve progression in adolescent idiopathic scoliosis. Most professionals recognize the importance of referring urgent cases to specialized care although there may be problems with access to peadiatric orthopedic specialists. Interprofessional collaboration may be a promising approach to improve management of patients with adolescent idiopathic scoliosis.

La recherche de nouvelles voies de correction de la scoliose idiopathique a une longue histoire. Le traitement conventionnel de la scoliose idiopathique est présenté par le port du corset ou par la correction opératoire de la déformation. Depuis leur introduction, les deux méthodes ont prouvé leur efficacité. Cependant, malgré des caractéristiques positives évidentes, ces méthodes peuvent causer un nombre important d'effets indésirables sur la santé du patient. Les techniques sans fusion pour le traitement de la scoliose semblent être une alternative perspective de traitement traditionnel, car ils apportent moins de risques et des complications chirurgicales que les méthodes conventionnelles avec la conservation de la mobilité du disque intravertébral. Cependant, l'utilisation de techniques mentionnées exige une connaissance profonde de la modulation de croissance vertébrale. L'objectif principal de la présente étude est d'estimer le potentiel d'agrafes à l’AMF de moduler la croissance des vertèbres porcines en mesurant la croissance osseuse sur la plaque de croissance de vertèbres instrumentées en comparaison avec le groupe contrôle. La méthode est basée sur la loi de Hueter-Volkmann. Nous avons choisi NiTi agrafes à l’AMF pour notre étude et les porcs de race Landrace comme un animal expérimental. Les agrafes ont été insérés sur 5 niveaux thoracique de T6 à T11. En outre, les radiographies ont été prises toutes les 2 semaines. La présence d'agrafes en alliage à mémoire de forme a produit la création de courbes scoliotiques significatives dans 4 de 6 animaux chargés et le ralentissement considérable de la croissance osseuse (jusqu'à 35,4%) comparativement aux groupes contrôle et sham. L'étude a démontré in vivo le potentiel d'agrafes en alliage à mémoire de formes de moduler la croissance des vertèbres en créant des courbes scoliotiques sur les radiographies et en ralentissant le taux de croissance sur les plaques de croissance instrumenté. La position précise de l'agrafe est essentielle pour la modulation de croissance osseuse et le développement de la scoliose expérimentale. / The search for a new ways of correction of idiopathic scoliosis was started long ago. Conventional treatments of idiopathic scoliosis comprise predominantly bracing and open correction of the deformity. Since their introduction, both methods have proven effective. However, despite evident positive characteristics, these methods can pose a significant number of undesirable effects to patient health.. There for fusionless techniques for the treatment of scoliosis seems to be a perspective alternative of traditional treatment as it presents less surgical risks and complications then conventional methods including maintenance of disc mobility. However the use of mentioned techniques demands a deep knowledge of vertebral growth modulation. The principal objective of present study is to estimate the potential of SMA staples to modulate the growth of porcine vertebrae by measuring bone growth on the growth plate of instrumented vertebrae in comparison with the control group. The method is based on the Hueter-Volkmann law. We choose NiTi SMA staples for our study and Landrace domestic pigs as an experimental animal. The staples were inserted on 5 thoracic levels from T6 to T11. Additionally, radiographs were taken every 2 weeks. The presence of shape memory alloy staples led to creation of significant scoliosis curves in 4 of 6 loaded animals and considerable slowing of bone growth (up to 35.4.%) comparatively to control and sham groups. The study has demonstrated in vivo the potential of the shape memory alloy staples to modulate the growth of vertebrae by creating scoliotic curves on radiographs and by slowing the growth rate on the instrumented growth plates. Accurate position of the staple is essential for the bone growth modulation and the development of experimental scoliosis.

À ce jour, la scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est la déformation rachidienne la plus commune parmi les enfants. Il est bien connu dans le domaine de recherche sur la SIA que les forces mécaniques, en particulier les forces biomécaniques internes dans le système musculosquelettique, pourraient jouer un rôle majeur dans l’initiation et le développement de la maladie. Cependant, les connaissances sur la transformation des forces et des stimulations mécaniques en activité biochimique sont peu abondantes. Cet axe de recherche est très prometteur et peut nous fournir de nouvelles idées dans le dépistage et le traitement de la SIA. Dans le cadre de cette étude, nous visons à caractériser la mécanotransduction chez les patients atteints de la SIA en employant des techniques novatrices aux niveaux in vivo et in vitro. Antérieurement dans notre laboratoire, nous avons démontré que les niveaux d’Ostéopontine (OPN) plasmatique chez l’humain corrèlent avec la progression et la sévérité de la maladie, et que ces changements sont observables avant le début de la scoliose. En plus, selon la littérature, l’OPN est une molécule sensible à la force mécanique, dont l’expression augmente en réponse dans de nombreux types de cellules chez plusieurs espèces. Toutefois, il n’existe aucune preuve que ce résultat soit valide in vivo chez l’humain. L’hétérogénéité physique et biochimique de la SIA pose un gros défi aux chercheurs. Souvent, il est très difficile de trouver des résultats ayant une grande applicabilité. Les études portant sur les facteurs biomécaniques ne font pas exception à cette tendance. En dépit de tout cela, nous croyons qu’une approche basée sur l’observation des contraintes de cisaillement présentes dans le système musculosquelettique pourrait aider à surmonter ces difficultés. Les contraintes de cisaillement physiologique sont générées par des courants de fluide en mouvement à l’intérieur des os. Aussi, elles sont omniprésentes et universelles chez l’humain, peu importe l’âge, le sexe, la condition physique, etc., ce qui veut dire que l’étudier pourrait fort bien avancer nos connaissances en formant une base fondamentale avec laquelle on pourra mieux comprendre les différences quant à la mécanotransduction chez les patients atteints de la SIA par rapport aux sujets sains. Pour ce projet, donc, nous proposons l’hypothèse que les sujets atteints de la SIA se différencient par leurs réponses respectives à la force mécanique au niveau cellulaire (en termes de l’expression génique) ainsi qu’au niveau in vivo (en termes du marqueur OPN et son récepteur, sCD44). Afin de vérifier la partie de notre hypothèse de recherche concernant l’aspect in vivo, nous avons recruté une cohorte de patients âgés de 9-17 ans, y compris i) des cas pré-chirurgicaux (angle de Cobb > 45°), ii) des cas modérément atteints (angle de Cobb 10-44°), iii) des témoins, et iv) des enfants asymptomatiques à risque de développer la scoliose (selon nos dépistages biochimiques et fonctionnels) d’âge et sexe appariés. Une pression pulsatile et dynamique avec une amplitude variant de 0-4 psi à 0.006 Hz a été appliquée à un des bras de chacun de nos sujets pour une durée de 90 minutes. Au tout début et à chaque intervalle de 30 minutes après l’initiation de la pression, un échantillon de sang a été prélevé, pour pouvoir surveiller les niveaux d’OPN et de sCD44 circulants chez les sujets. Nous avons découvert que le changement des niveaux d’OPN plasmatique, mais pas des niveaux de sCD44, corrélaient avec la sévérité de la difformité rachidienne chez les sujets, ceux ayant une courbe plus prononcée démontrant une ampleur de réponse moins élevée. Pour vérifier la partie de notre hypothèse de recherche concernant la réponse mécanotransductive cellulaire, des ostéoblastes prélevées à 12 sujets ont été mis en culture pour utilisation avec notre appareil (le soi-disant « parallel plate flow chamber »), qui sert à fournir aux ostéoblastes le niveau de contraintes de cisaillement désiré, de manière contrôlée et prévisible. Les sujets étaient tous femelles, âgées de 11-17 ans ; les patients ayant déjà une scoliose possédaient une courbe diagnostiquée comme « double courbe majeure ». Une contrainte fluidique de cisaillement à 2 Pa, 0.5 Hz a été appliquée à chaque échantillon ostéoblastique pour une durée de 90 minutes. Les changements apportés à l’expression génique ont été mesurés et quantifiés par micropuce et qRT-PCR. En réponse à notre stimulation, nous avons trouvé qu’il n’y avait que quelques gènes étant soit différentiellement exprimés, soit inchangés statistiquement dans tous les groupes expérimentaux atteints, en exhibant simultanément la condition contraire chez les témoins. Ces résultats mettent en évidence la grande diversité de la réponse mécanotransductive chez les patients comparés aux contrôles, ainsi qu’entre les sous-groupes fonctionnels de la SIA. Globalement, cette œuvre pourrait contribuer au développement d’outils diagnostiques innovateurs pour identifier les enfants asymptomatiques à risque de développer une scoliose, et évaluer le risque de progression des patients en ayant une déjà. Aussi, dans les années à venir, les profils mécanotransductifs des patients pourraient s’avérer un facteur crucial à considérer cliniquement, particulièrement en concevant ou personnalisant des plans de traitements pour des personnes atteintes. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is the most commonly occurring musculoskeletal deformity among children today. It is generally well accepted in scoliosis research that mechanical forces, especially the internal biomechanical forces of the musculoskeletal system, could well have a major role in the induction and pathogenesis of the disease. However, the process by which mechanical loads or stimuli are converted into biochemical activity (mechanotransduction) has not been explored so deeply. This emerging facet of research in AIS holds much promise for new insights into the disease. Here, we aim to characterize mechanotransduction in scoliosis patients using some novel techniques at both the in vivo and in vitro levels. Previously in our lab, we demonstrated that the level of plasma osteopontin (OPN) and sCD44 in the human body is a strong indicator of disease progression and severity, and that these changes are observable before scoliosis onset. In the literature, OPN in vitro is known to be mechanosensitive, showing upregulation in response to mechanical stress in a variety of cell types across many species. However, to the best of the author’s knowledge, no literature exists as to whether this behaviour carries over in vivo in humans. A major difficulty in AIS research is the heterogeneity of the disease, both physically and biochemically. Because of this, many times it is difficult to find results with wide applicability to patients. Study of biomechanical factors in AIS is no exception. We believe, however, that study of fluid shear stress in the musculoskeletal system may be able to solve this problem for mechanotransduction-related issues in AIS. Native physiological fluid shear stresses in humans are experienced in the musculoskeletal system, caused by fluid movement over cells therein. These fluid shear stresses are omnipresent and universal in all humans, regardless of age, gender, fitness level, etc., which means that studying it could very well go a long way towards establishing a fundamental basis of understanding the differences as to mechanotransduction in scoliosis patients as opposed to normal cases. In this project, then, we advanced the hypothesis that AIS patients are distinguishable in the way they respond to mechanical force at both the cellular level (in terms of gene expression) as well as globally at the in vivo level (in terms of the scoliosis marker OPN and its receptor sCD44). To test the in vivo portion of our hypothesis, we recruited a cohort of patients between the ages of 9-17, each one of which fell into one of 4 subject groups: i) surgical cases (pre-surgery, Cobb angle > 45°), ii) moderately affected cases (Cobb angle 10-44°), iii) controls, or iv) asymptomatic children at risk of developing scoliosis matched for age and gender against healthy controls. A dynamic, pulsatile, compressive pressure of variable amplitude from 0-4 psi at 0.006 Hz was applied to the arm of each subject for a period of 90 minutes. Initially and at intervals of 30 minutes after the start of force application, blood samples were taken in order to monitor circulating plasma OPN and sCD44 levels in subjects. We found that the change of circulating OPN levels, but not sCD44 levels, measured in vivo in response to our mechanical stimulation was statistically significantly correlated to status of spinal deformity severity, with more severely affected subjects demonstrating lower magnitudes of ΔOPN. To test the cellular portion of our hypothesis, osteoblasts from severely affected AIS patients and unaffected controls were cultured for use with our parallel plate flow chamber (PPFC) apparatus setup, which permits application of fluid shear stress patterns to cells in a predictable, controllable manner. Subjects were all females who fell into the 11-17 years age range, with scoliotic patients presenting with double major curves. A dynamic, sinusoidal and oscillatory fluid shear stress pattern was applied to osteoblasts at 2 Pa, 0.5 Hz for 90 minutes. Overall gene expression changes across RNA samples as a result of our stimulation were measured using microarray and qRT-PCR approaches. In response, only a very small number of genes are either mutually differentially expressed or statistically unchanged across all functional scoliotic subgroups while having the opposite condition in the control group, indicating a great degree of difference in terms of mechanotransductive response as compared internally between AIS functional subgroups, as well as between control and AIS patients. Globally, this project’s work may contribute to the development of innovative diagnostic tools to identify asymptomatic children at risk of developing scoliosis, and to assess the risk of curve progression at an early stage in those already affected. Also, in years to come, the mechanotransductive profile of a patient could be another integral factor to weigh, clinically, when considering or designing treatment plans for affected persons.