京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13636号 / 論医博第2327号 / 新制||医||1074(附属図書館) / (主査)教授 川上 浩司, 教授 森本 尚樹, 教授 安達 泰治 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

INTRODUÇÃO: A ressonância magnética (RM) e artro-ressonância magnética (artro-RM) vêm sendo rotineiramente empregadas para o estudo das estruturas ligamentares do tornozelo. Os processos talares posterior e lateral constituem locais de várias inserções ligamentares, sendo algumas praticamente desconhecidas e não demonstradas por métodos de imagem. OBJETIVOS: Demonstrar o papel da artro-RM combinada do tornozelo e da articulação subtalar posterior para avaliação dos ligamentos dos processos posterior e lateral do tálus, caracterizar o melhor plano de imagem por RM para análise ligamentar, e correlacionar os aspectos por imagem com aqueles provenientes da análise anatômica e histológica. MÉTODOS: Radiografia e imagem por RM foram inicialmente realizadas em dez tornozelos de cadáveres. Artro-RM do tornozelo e da articulação subtalar posterior seguidas de análise anátomo-histológica foram então realizadas para permitir uma melhor avaliação dos ligamentos dos processos posterior e lateral do tálus. RESULTADOS: Em todos os espécimes, a artro-RM permitiu uma melhor caracterização das estruturas ligamentares. Os ligamentos talocalcâneo lateral e medial foram melhor avaliados nos planos axial e coronal, respectivamente. O plano axial foi o melhor para visualizar o ligamento fibulotalocalcâneo, e o plano sagital foi o melhor para a avaliação do ligamento talocalcâneo posterior. Os ligamentos talofibular anterior e posterior, e o ligamento tibiotalar posterior (porções superficial e profunda) foram melhor demonstrados no plano axial. A correlação anátomo-histológica mostrou os locais das inserções ligamentares. CONCLUSÃO: A artro-RM combinada do tornozelo e da articulação subtalar posterior possibilitou a caracterização das inserções ligamentares nos processos talares posterior e lateral, incluindo os ligamentos talocalcâneo posterior, medial e lateral, e fibulotalocalcâneo. A RM e artro-RM com correlação anatômica mostrou o melhor plano para análise destes ligamentos. O estudo histológico confirmou os locais das inserções ligamentares. / INTRODUCTION: MR imaging and MR arthrography have been routinely used in the ankle ligaments study. The posterior and lateral talar processes are sites of many ligaments insertions, some of which are practically unknown and not shown in imaging methods. OBJECTIVES: To demonstrate the role for combined ankle and posterior subtalar MR arthrography in the assessment of the ligaments of the posterior and lateral talar processes, to establish the best MR imaging plane to analyze the ligaments, and correlate the imaging aspects with those delineated through anatomic inspection and histologic analysis. METHODS: Routine radiography and MR imaging were initially performed in ten cadaveric ankles. Ankle and posterior subtalar MR arthrography, followed by anatomic and histologic analysis, was then performed to allow better assessment of the ligaments of the lateral and posterior talar processes. RESULTS: In all specimens, MR arthrography provided better delineation of the ligaments structures. The lateral talocalcaneal and medial talocalcaneal ligaments were best seen in the axial and coronal planes, respectively. The axial plane was best to visualize the fibulotalocalcaneal ligament, and the sagittal MR plane was best for evaluating the posterior talocalcaneal ligament. The anterior and posterior talofibular ligaments, and posterior tibiotalar ligament (superficial and deep portions) were best demonstrated in the axial plane. Histologic analysis was correlated to anatomic sectioning and showed the attachment sites of these ligaments. CONCLUSION: Combined ankle and posterior subtalar MR arthrography allowed the characterization of the ligaments attaching to the posterior and lateral talar processes, including the posterior, lateral and medial talocalcaneal and fibulotalocalcaneal ligaments. Anatomic correlation with MR and MR arthrography showed the best plane to analyze these ligaments. Histologic study confirmed the insertions of these ligaments.

INTRODUÇÃO: A ressonância magnética (RM) e artro-ressonância magnética (artro-RM) vêm sendo rotineiramente empregadas para o estudo das estruturas ligamentares do tornozelo. Os processos talares posterior e lateral constituem locais de várias inserções ligamentares, sendo algumas praticamente desconhecidas e não demonstradas por métodos de imagem. OBJETIVOS: Demonstrar o papel da artro-RM combinada do tornozelo e da articulação subtalar posterior para avaliação dos ligamentos dos processos posterior e lateral do tálus, caracterizar o melhor plano de imagem por RM para análise ligamentar, e correlacionar os aspectos por imagem com aqueles provenientes da análise anatômica e histológica. MÉTODOS: Radiografia e imagem por RM foram inicialmente realizadas em dez tornozelos de cadáveres. Artro-RM do tornozelo e da articulação subtalar posterior seguidas de análise anátomo-histológica foram então realizadas para permitir uma melhor avaliação dos ligamentos dos processos posterior e lateral do tálus. RESULTADOS: Em todos os espécimes, a artro-RM permitiu uma melhor caracterização das estruturas ligamentares. Os ligamentos talocalcâneo lateral e medial foram melhor avaliados nos planos axial e coronal, respectivamente. O plano axial foi o melhor para visualizar o ligamento fibulotalocalcâneo, e o plano sagital foi o melhor para a avaliação do ligamento talocalcâneo posterior. Os ligamentos talofibular anterior e posterior, e o ligamento tibiotalar posterior (porções superficial e profunda) foram melhor demonstrados no plano axial. A correlação anátomo-histológica mostrou os locais das inserções ligamentares. CONCLUSÃO: A artro-RM combinada do tornozelo e da articulação subtalar posterior possibilitou a caracterização das inserções ligamentares nos processos talares posterior e lateral, incluindo os ligamentos talocalcâneo posterior, medial e lateral, e fibulotalocalcâneo. A RM e artro-RM com correlação anatômica mostrou o melhor plano para análise destes ligamentos. O estudo histológico confirmou os locais das inserções ligamentares. / INTRODUCTION: MR imaging and MR arthrography have been routinely used in the ankle ligaments study. The posterior and lateral talar processes are sites of many ligaments insertions, some of which are practically unknown and not shown in imaging methods. OBJECTIVES: To demonstrate the role for combined ankle and posterior subtalar MR arthrography in the assessment of the ligaments of the posterior and lateral talar processes, to establish the best MR imaging plane to analyze the ligaments, and correlate the imaging aspects with those delineated through anatomic inspection and histologic analysis. METHODS: Routine radiography and MR imaging were initially performed in ten cadaveric ankles. Ankle and posterior subtalar MR arthrography, followed by anatomic and histologic analysis, was then performed to allow better assessment of the ligaments of the lateral and posterior talar processes. RESULTS: In all specimens, MR arthrography provided better delineation of the ligaments structures. The lateral talocalcaneal and medial talocalcaneal ligaments were best seen in the axial and coronal planes, respectively. The axial plane was best to visualize the fibulotalocalcaneal ligament, and the sagittal MR plane was best for evaluating the posterior talocalcaneal ligament. The anterior and posterior talofibular ligaments, and posterior tibiotalar ligament (superficial and deep portions) were best demonstrated in the axial plane. Histologic analysis was correlated to anatomic sectioning and showed the attachment sites of these ligaments. CONCLUSION: Combined ankle and posterior subtalar MR arthrography allowed the characterization of the ligaments attaching to the posterior and lateral talar processes, including the posterior, lateral and medial talocalcaneal and fibulotalocalcaneal ligaments. Anatomic correlation with MR and MR arthrography showed the best plane to analyze these ligaments. Histologic study confirmed the insertions of these ligaments.

A central concept in Evolutionary theory is the character trait. It provides a context in which to explore differences and similarities among taxa, both extant and extinct. It is expanded in scope in Evolutionary Developmental theory to functional units with a biological role, "evolutionarily stable configurations." The talo-crural joint is such a configuration, a highly canalized structural unit in primates forming the interface between organism, and foot and substrate. It is a microcosm in which to examine the relationship of shape with environment and function and the interplay of genetics, ontogeny, and use. Geometric Morphometric analysis of landmark data was employed in studying the articular surfaces of the talus in a diverse sample of adult specimens in nine catarrhine taxa. The influence of four factors on talar shape was examined: superfamily, a proxy for phylogeny; size and mass, a proxy for physical attributes; and substrate preference, a proxy for behavior. All significantly affected shape, and substrate preference was unrelated to the others. Appositional articular morphology, the shape of the subchondral bone surfaces of the talo-crural joints in an expanded sample of 12 taxa, showed a significant effect of the four proxies on the tibial and talar components, and substrate preference was weakly related to the other proxies in each. Singular Warp analysis of the cross-covariance matrices of the joints demonstrated sorting of taxa by substrate use and signals of convergent and divergent evolution among hominoids and cercopithecoids in joint shape. The ontogeny of the appositional articular shape was examined using adult and subadult specimens grouped by molar eruption. Singular Warp analysis demonstrated a genetic signal in the subadults, strongest in the slowly maturing African hominoids, and an epigenetic signal across taxa to substrate use in the adults. The talo-crural joint, a highly canalized, modular, and integrated "evolutionarily stable configuration," provides a model for the study of the evolution of shape. The epigenetic signal observed is consistent with plasticity or developmental plasticity in response to the interaction of the joint complex with the environment due to a behavioral effect, substrate use. This dissertation included previously unpublished, co-authored material.

Les mesures de végétalisation ou de restauration écologique nécessitent de comprendre les mécanismes qui sous-tendent les changements de composition et de structure de la végétation au cours de la succession écologique. Des perturbations, d’intensité et fréquence variables, naturelles ou causées par l’Homme, agissent souvent en interaction sur la dynamique temporelle de la végétation. Cependant, l’influence d’une perturbation récurrente combinée aux changements écologiques au cours de la succession est restée peu étudiée jusqu’à présent.Les communautés végétales de talus routiers représentent un modèle pertinent pour étudier cette problématique. L’historique d’aménagement et de gestion des talus est particulièrement bien renseigné ; on a donc une connaissance précise de l’âge des communautés et de leur régime de perturbation par la fauche. Les talus routiers fournissent ainsi un plan quasi-expérimental in situ permettant l’étude des processus qui affectent l’assemblage des communautés au cours de la succession sous l’influence d’une perturbation récurrente.L’objectif principal de cette étude est de caractériser la dynamique successionnelle initiée par la mise en place d’un talus routier en région méditerranéenne et de déterminer les processus écologiques et les facteurs environnementaux influençant cette dynamique. On s’intéresse en particulier à l’influence de la fauche récurrente sur cette dynamique.Pour cela, nous avons étudié la composition floristique et la diversité des traits fonctionnels (traits foliaires et de phénologie de floraison principalement) de la végétation de talus routiers de l’Hérault (France). Chaque talus inclut une partie fauchée et une partie non fauchée, l’ensemble formant une chronoséquence sur près de 70 ans.L’analyse des variations taxonomiques entre les communautés végétales de talus routiers montre un large remplacement des espèces au cours de la succession. Ce turnover floristique est associé à des changements fonctionnels au sein des communautés. Ces derniers sont structurés par des filtres environnementaux qui influent (1) sur la synchronie de floraison entre espèces au sein des communautés au cours du temps et (2) sur la diversité de combinaisons de traits fonctionnels entre communautés d’âge similaire. Ces changements de filtres environnementaux au cours du temps semblent liés à des changements pédologiques et à l’augmentation de l’hétérogénéité spatiale des conditions de lumière et de température (avec la fermeture progressive de canopée). La fauche altère les trajectoires floristiques et fonctionnelles, notamment en provoquant un ralentissement du changement de stratégie d’utilisation des ressources au cours de la succession par rapport à la trajectoire naturelle, sans fauche. De plus, cette perturbation récurrente induit une augmentation de la diversité taxonomique et fonctionnelle au sein des communautés alors qu’elle la réduit entre communautés d’âge similaire. Finalement, la fauche agit comme un filtre environnemental supplémentaire sur l’assemblage des communautés au cours de la succession et induit une homogénéisation de la végétation entre communautés d’âge similaire.Les conclusions de cette étude contribuent à la connaissance écologique fondamentale. En termes d’implications pour la gestion des communautés végétales de talus routiers, nos conclusions suggèrent, entre autres, que l’association de végétation fauchée et non fauchée au sein des mêmes sites pourrait servir d’habitat pour une plus grande diversité de faune associée. Cette association permettrait de plus d’avoir un rendu paysager agréable aux usagers de la route, tout en garantissant une bonne visibilité pour la sécurité routière. / The success of revegetation or ecological restauration highly depends on our knowledge of mechanisms underlying changes in composition and structure of the vegetation along the ecological succession. Natural or human-induced disturbances of varying intensity and frequency often occur simultaneously to influence vegetation temporal dynamics. However, the influence of a recurrent disturbance combined with ecological changes along plant succession remains poorly documented.Plant communities growing on road slopes are particularly appropriate to study this issue. Construction work and management history are well documented, so that the age of the vegetation and its disturbance regime by mowing can be precisely informed. Thus, road slopes plant communities represent an in situ quasi-experimental framework particularly adapted to study processes affecting community assembly along the ecological succession under the influence of a recurrent disturbance.The principal objective of this study is to characterise the successional dynamic initiated after road slope construction in the Mediterranean area, and to identify the ecological processes and environmental factors influencing this dynamic. We particularly focused on the influence of recurrent mowing on this dynamic.We studied the floristic composition and the diversity of functional traits (mainly leaf traits and flowering phenology traits) in a 70-year long chronosequence of French Mediterranean (Hérault, France) road slopes, each including both mown and unmown vegetation.The analysis of taxonomical variations between road slopes plant communities reveals a large species turnover along the ecological succession. This floristic turnover relates with functional changes within communities. These functional changes are structured by environmental filters influencing flowering synchrony within communities on one hand, and the diversity of a combination of functional traits between communities of similar age on the other hand. These environmental filters changing along the succession relate with changing soil parameters and increasing spatial heterogeneity of light and temperature conditions with canopy closure.Mowing alters floristic and functional trajectories along the succession, notably through the decrease of speed in resource-use strategy changes along the succession in mown communities compared to unmown communities. In addition, this recurrent disturbance increases taxonomic and functional diversity within communities, while it decreases taxonomic and functional turnover between communities of the same age. Finally, mowing acts as an additional environmental filter on community assembly along the succession and homogenises vegetation between communities of the same age.The conclusions of this study provide basic knowledge in ecology. It also has implications for the management of road slopes plant communities in the perspective of their revegetation after construction work. Our conclusions suggest, amongst others, that combining mown and unmown vegetation could provide habitats for a higher diversity of associated fauna. In addition, it would allow vegetation to be pleasant to road users, while still ensuring a good visibility for road safety.

Sa construction achevée (prévue pour fin 2003), l'écluse à bateaux permanente du Barrage des Trois<br />Gorges mesurera environ 1 600 mètres de long, avec des pentes pouvant dépasser par endroits les 150<br />mètres de hauteur.<br />Afin de modéliser le comportement mécanique d'une section de cette imposante structure (le profil 17-<br />17'), une double étude a été réalisée et a permis, dans un premier temps, de déterminer les mécanismes<br />de rupture susceptibles d'affecter la stabilité des hautes pentes (DEGRÉS – calcul à l'équilibre limite)<br />puis, dans un second temps, d'évaluer la déformation des parois inclinées (FLAC – code aux différences<br />finies).<br />La complémentarité de ces deux méthodes numériques a contribué à une vision plus globale et bien plus<br />complète du comportement mécanique complexe du massif granitique au niveau du profil 17-17'.<br />Notamment, l'étude de stabilité préliminaire a permis une meilleure compréhension du rôle respectif<br />des grandes discontinuités et de la petite fracturation, des conditions de drainage hydraulique et du<br />facteur sismique dans les mécanismes de rupture potentiels détectés. Ces résultats ont été pris en<br />considération lors de la préparation des modèles numériques utilisés avec FLAC.<br />L'étude de déformabilité s'appuie sur une méthodologie structurée, caractérisée par une évolution<br />progressive des simulations numériques, depuis le modèle élastoplastique continu jusqu'au modèle<br />viscoélastoplastique discontinu avec renforcements mécaniques. La comparaison des résultats de calcul<br />avec une partie des données d'instrumentation – principalement les déplacements mesurés au niveau de<br />11 bornes topographiques installées sur les parois du profil 17-17' – a été l'élément essentiel permettant<br />de valider le passage d'un modèle numérique à l'autre.

Parmi l'ensemble des différentes parties composant une digue à talus maritime, la carapace représente l'élément clé de la stabilité de la structure. Elle se compose soit d'enrochements naturels soit de blocs artificiels en béton lorsque l'intensité de la houle requiert des poids d' éléments naturels que les carrières disponibles ne sont pas en mesure de fournir. Le developpement des blocs artificiels performants a fait l'objet de multiples travaux de la part de chercheurs du monde entier. Il s'agissait principalement de proposer des formes optimisées conduisant a une grande stabilité hydraulique autorisant par l a de faibles consommations de béton et donc des économies substantielles. L'objective principale de ces travaux de recherche est de mettre au point de nouveaux blocs artificiels de protection des digues a talus soumis a l'action des houles. Le travail contribuera à développer des méthodes d'optimisation des formes des blocs. Les enseignements recueillis à l'issue de la thèse doivent permettre de proposer des formes plus performances que celles aujourd'hui disponibles sur le marche. L'analyse de la performance de ce bloc sur modèle réduit nous apporte des résultats satisfaisants en termes de stabilité, malgré le franchissement restant à améliorer. Une étude approfondie, d'une part sur la cinématique de l' écoulement proche de la carapace et d'autre part les efforts subis par le bloc, nous permet de proposer une nouvelle formulation de la vitesse longitudinale liée au run-up. L'influence du caractère de l'onde (déferlement, claque) est déterminante pour les coêfficients hydrodynamiques.

Trabecular bone forms the internal scaffolding of most bones, and consists of a microscopic lattice-like structure of interconnected bony struts. Experimental work has demonstrated that trabecular bone adapts its structural rigidity and orientation in response to the strains placed upon the skeleton during life, a concept popularly known as “Wolff’s Law” or “bone functional adaptation”. Anthropological work has focused on correlating variation in primate trabecular bone to locomotor and masticatory function, to provide a context for the interpretation of fossil morphology. However, intraspecies variation and its underlying mechanisms are still poorly understood. In this thesis, variation in trabecular bone structure is examined in the human foot in four archaeological populations. The aim is to tease apart the factors underlying variation in human trabecular microstructure to determine whether it may be a suitable proxy for inferring terrestrial mobility in past populations. μCT scanning is used to image the three-dimensional trabecular structure of the talus, calcaneus, and first metatarsal in samples from four archaeological populations. Trabecular structure is quantified in seventeen volumes of interest placed throughout the foot. Trabecular bone is influenced by a variety of factors including body mass, age, diet, temperature, genetics, sex, and mechanical loading. Before trabecular structure can be used to infer habitual behaviour, the effects of these factors need to be understood and ideally statistically accounted for. Therefore, the effects of variation in bone size and shape, body mass, age, and sex on human trabecular structure are examined in four populations. Significant effects of body mass and age are reported, but little sexual dimorphism was found within populations. Taking these results into account, variation in trabecular structure is compared between archaeological populations that were divided into high and low mobility categories. Results demonstrate that the four populations show similar patterns of trabecular variation throughout the foot, with a signal of terrestrial mobility level superimposed upon it. Terrestrial mobility is associated with greater bone volume fraction and thicker, more widely spaced, and less interconnected trabeculae. Ontogeny of trabecular bone in the human calcaneus is investigated in two archaeological populations in the final chapter of the thesis. Results indicate that calcaneal trabecular bone adapts predictably to changes in loading associated with phases of gait maturation and increases in body mass. This opens the possibility of using trabecular structure to serve as a proxy of neuromuscular development in juvenile hominins. This work demonstrates that trabecular bone may serve as a useful proxy of habitual behaviour in hominin fossils and past populations when all contributing factors are carefully considered and ideally statistically controlled for.

La simulation numérique est un outil essentiel pour mieux comprendre la réalité des phénomènes qui se produisent au sein des milieux discrets, en particulier des milieux rocheux fracturés. Notre travail a pour objectif d'étudier le comportement mécanique et dynamique des milieux rocheux en réalisant des modèles discontinus dans lesquels les mesures de l'orientation et l'espacement interfractura, effectuées sur le terrain, sont intégrées au modèle de façon stochastique. Pour la génération des milieux fracturés numériques des algorithmes basés sur les méthodes statistiques et géostatistiques sont développés. Le comportement mécanique de modèles académiques et de structures réelles en maçonnerie est étudié grâce à la méthode Non Smooth Contact Dynamics (NSCD). Des structures en maçonneries telles que le monument historique de l'amphithéâtre de Nîmes et l'aqueduc d'Arles sont étudiées, à échelle réelle, en deux et trois dimensions pour leurs comportements dynamiques pendant une sollicitation sismique. Les modèles de milieux rocheux fracturés engendrés à partir d'études de cas sont analysés selon deux axes : l'étude de la stabilité de pentes rocheuses et la conception de travaux souterrains par la méthode NSCD en utilisant le code LMGC90. La stabilité de ces modèles est étudiée en deux et trois dimensions. Les analyses effectuées sur ces modèles ont permis de proposer des recommandations pour l'installation d'éventuels soutènements. Elles ont également permis la distinction des familles des fractures jouant un rôle prépondérant dans l'instabilité de ces massifs. La modélisation de certaines méthodes de protection en travaux au rocher telles que le boulonnage et les filets pare-pierres est ensuite abordée dans les perspectives envisagées comme développement de nos travaux.

Considérons une boite remplie de grains et inclinons la progressivement. Au-dessus d'un angle critique, un écoulement de surface se déclenche. Cette avalanche, d'amplitude et de durée finies, fait relaxer l'angle du tas de quelques degrés. Ce processus intervient fréquemment dans la nature, notamment sous la forme d'écoulements de débris qui se produisent aussi bien à la surface de la Terre que dans les fonds marins. Cependant, les écoulements denses de granulaires immergés dans un liquide ont été peu étudiés. Ainsi, le travail expérimental rapporté dans ce manuscrit s'attache à déterminer l'influence d'un fluide environnant, gaz ou liquide, sur l'amplitude et la dynamique des avalanches. Nous mettons en évidence trois régimes d'avalanches contrôlés par deux paramètres sans dimension : le rapport r entre la densité des grains et celle du fluide, et le nombre de Stokes St qui compare l'inertie d'un grain aux effets visqueux du fluide. Dans un gaz (grandes valeurs de r et de St), l'effet du fluide est négligeable. Dans les liquides (petites valeurs de r), l'amplitude des avalanches diminue tandis que leur durée augmente lorsque St diminue. Dans une deuxième partie, nous étudions l'effet d'un confinement du tas entre deux parois latérales sur sa stabilité. Maximale quand l'écart entre parois est minimum, la valeur des angles diminue sur une longueur caractéristique B lorsque l'écart entre parois augmente. Cet effet peut s'expliquer par la redirection d'une partie des contraintes internes au tas vers les parois, ce qui y induit des forces de frottement prévenant ou bloquant l'écoulement. Deux lois d'échelles dépendantes de la taille des grains sont mises en évidence pour la longueur B : l'effet des parois est géométrique pour les gros grains alors qu'un régime cohésif est observé pour les petits grains. Enfin, nous rapportons les résultats de premières expériences dans l'air où la vitesse des grains est mesurée et apparaÎt exponentiellement décroissante avec la profondeur.