PROTHÈSES

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Pour soigner les organes déficients, les médecins disposent de plusieurs méthodes : administrer des médicaments par différentes voies (orale, cutanée, musculaire, vasculaire, méningée, péritonéale) en essayant de rechercher une efficacité maximale au niveau de l'organe traité ; recourir à la chirurgie pour enlever les organes malades, les « restaurer » ou mettre à leur place un autre organe issu du malade lui-même ou d'une autre personne, ce qui constitue le vaste domaine des greffes et des transplantations ; se servir de différents types de rayonnements pour supprimer ou stimuler certaines cellules, ou bien encore utiliser des substitutions artificielles de fonctions ou d'organes – prothèses, pour remplacer un organe qui a disparu, et orthèses, pour assister un segment ayant perdu ses capacités de motorisation. Les problèmes techniques sont différents s'il s'agit de suppléances placées à l'extérieur du corps ou s'il s'agit d'organes artificiels implantés. Ces deux catégories ont fait d'énormes progrès, du fait de l'introduction de matériaux nouveaux, des progrès de l'électronique et de l'informatique et, avant tout, d'une meilleure connaissance du mode de fonctionnement du corps humain. Nous envisagerons successivement les problèmes techniques généraux posés par les organes artificiels, leur classification, les aspects économiques et les limites des progrès futurs.

Prothèse de la hanche

Photographie : Prothèse de la hanche

La chirurgie orthopédique permet désormais de soulager et de donner une nouvelle indépendance à ses bénéficiaires. Chez les patients atteints d'arthrose, la pose d'une prothèse est souvent l'ultime solution. L'intervention chirurgicale est lourde. Elle permet la pose d'une prothèse... 

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Problèmes techniques généraux

D'une façon générale, remplacer un organe déficient ou disparu par un système artificiel impose de bien connaître le cahier des charges de la structure biologique qu'on souhaite remplacer. L'homme est une machine complexe, qu'il n'a ni conçue ni réalisée. Il lui a fallu décrypter les programmes et tenter d'en comprendre le fonctionnement. D'une façon didactique, on peut ranger toutes les fonctions de l'homme en quatre sous-programmes : la communication, la locomotion, la maintenance biologique et la reproduction.

La communication comporte des organes d'entrée, représentant les systèmes sensoriels de la vision, de l'audition, de l'olfaction, de la gustation et du sens tactile, un processeur mental, l'encéphale, qui est une véritable boîte noire, capable de stocker des informations et de les traiter, et des effecteurs permettant de transmettre des messages sous forme parlée, écrite ou gestuelle. Environ 80 p. 100 du potentiel cérébral gère des automatismes, des servomécanismes, des exécutions de programme, des accès à la mémoire, et environ 20 p. 100 représente l'aire de décision ou de réflexion consciente, utilisant un langage global.

La locomotion est assurée par des systèmes polyarticulés, dont les déplacements sont rendus possibles par des moteurs musculaires à commande proportionnelle. Deux paires d'appendices peuvent autoriser toute forme de locomotion. En régime bipède, qui est une des spécifications de la locomotion humaine, deux fonctions interagissent : la propulsion, utilisant des poussées au sol, et la stabilisation, faisant appel à de nombreux capteurs pour boucler les automatismes de correction d'équilibre.

La maintenance biologique regroupe les fonctions permettant à l'homme de survivre en consommant de l'énergie, nécessaire au fonctionnement des organes. La pompe cardiaque travaille 24 heures sur 24, ce qui représente, pour un homme de soixante-dix ans ayant vécu sans émotions, deux milliards et demi de pulsations, véhiculant quelque trois cents millions de litres de sang. Le circuit d'oxygénation pulmonaire travaille également en régime permanent. L'alimentation en énergie est fournie par le tube digestif dont l'homme contrôle constamment l'entrée et la sortie, le reste s'opérant fort heureusement de façon entièrement automatique, en faisant intervenir tous les systèmes glandulaires et le laboratoire hépatique. Les erreurs d'utilisation conduisent fréquemment à des surcharges. L'épuration des déchets des métabolismes se fait par le filtre rénal et par le tube digestif. Le système immunologique de défense protège efficacement l'identité tissulaire individuelle.

La reproduction est basée sur le mélange de deux plans génétiques, permettant de créer un individu nouveau. L'homme, grâce à la rigidification de son organe sexuel, instille, dans les voies génitales de la femme, les spermatozoïdes mobiles qui vont à la rencontre de l'ovule pour la fécondation.

Enfin, l'intégration des fonctions biologiques se fait principalement par un vecteur humoral, le sang, capable de transporter vers des organes choisis des messagers hormonaux sécrétés par les glandes endocrines. Ces interactions complexes sont régulées par le système nerveux.

Le survol de ces quatre sous-programmes montre combien la liste des déficiences d'organes susceptibles d'être compensées par des prothèses ou des implants est longue. Il est clair, cependant, que les organes artificiels ne peuvent pas prétendre remplacer des cellules sécrétrices ou des produits spécifiques dont les médicaments s'efforcent de pallier la déficience.

Sur le plan technique, la conception d'un organe artificiel, quel qu'il soit, nécessite de bien connaître l'organisation de la fonction à remplacer. Le cahier des charges d'une prothèse doit tenir compte de tous les paramètres biologiques pour avoir quelque chance de jouer son rôle de suppléance. Il doit également prendre en considération les besoins réels des patients et la bonne adéquation entre ce qu'ils souhaitent et ce qu'on veut valablement leur proposer, compte tenu de leurs spécifications individuelles. Ce dernier point rend difficile l'industrialisation des prothèses, qui peut cependant se faire en tenant compte des variations individuelles, ce qui justifie, dans certains domaines comme les implants articulaires, les modes d'approche C.A.O. (conception assistée par ordinateur).

Enfin, l'un des points clés de l'utilisation d'organes artificiels nécessitant un système de commande est l'interface vivant-artificiel. À titre d'exemple, les prothèses de la main n'auront jamais l'habileté de la main humaine pour des raisons d'ordre mécanique liées à la complexité des petits mouvements digitaux qui font la souplesse de l'adaptation à la forme variable des objets. Si on leur donne plusieurs fonctions, en plus de la simple ouverture ou fermeture des doigts, l'interface de commande devient d'un degré de complexité largement supérieur à celui de la commande naturelle et le plus souvent la prothèse est rejetée, surtout s'il s'agit d'amputation unilatérale, ce qui est statistiquement le cas le plus fréquent.

On doit donc s'attacher à rendre l'interface de commande d'un organe artificiel le plus simple possible, ce qui n'exclut pas, dans certains cas, d'introduire des automatismes de fonctionnement, travaillant en b [...]

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Pour citer l’article

Pierre RABISCHONG, « PROTHÈSES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/protheses/