Anatomie Physiologie dans la collection LES CAHIERS INFIRMIERS

Voici la première section, Histologie, du chapitre 2 Squelette et appareil locomoteur

Squelette et appareil locomoteur

plan du chapitre 2

• Histologie

  • Os et tissu osseux

    • Généralités

    • Tissu osseux

  • Articulations

    • Deux structures caractéristiques

    • MMobilité articulaire

  • Muscles et nerfs de l'appareil locomoteur

• Notions de physiologie neuromusculaire squelettique

  • Neurones

  • Fibres musculaires

    • Anatomie du muscle squelettique

    • Contraction musculaire

  • Unité motrice ou plaque motrice

  • Sources d'énergie de la contraction musculaire

    • L'ATP, source d'énergie

    • Voies énergétiques de la contraction musculaire

  • Tension et contraction musculaire

    • Contraction ou relâchement d'une fibre musculaire

    • Tonus réflexe de la musculature squelettique

• Anatomie descriptive

  • Anatomie des membres supérieurs

    • Os

    • Articulations

    • Muscles

    • Tendons et gaines Nerfs

  • Anatomie des membres inférieurs

    • Os

    • Articulations

    • Muscles

    • Nerfs

  • Anatomie de la tête

    • Crâne

    • Massif facial

  • Anatomie du rachis

    • Anatomie de la vertèbre

    • Articulations du rachis

    • Muscles du rachis

    • Moelle spinale et méninges

    • Nerfs du rachis

L'appareil locomoteur représente un ensemble fonctionnel comprenant des os unis entre eux par des ligaments constituant des articulations, et mis en mouvement par des muscles via leur liaison aux tendons (figure 2.1).

Figure 2.1. Vue générale des muscles et des os. © Cyrille Martinet.

Les muscles se contractent grâce aux nerfs qui les innervent, mais la bonne exécution du mouvement, c'est-à-dire la coordination de la fonction locomotrice, est sous la dépendance de l'ensemble du système nerveux central.

Histologie

Os et tissu osseux

Généralités

Les os sont des tissus durs résistants qui s'articulent entre eux pour constituer le squelette, véritable charpente de l'appareil locomoteur. Ils donnent insertion aux muscles, tendons et ligaments. On distingue :

• dans le squelette :

  • la colonne vertébrale, ou rachis, formée par la superposition des vertèbres,

  • le sternum et les côtes articulées avec les vertèbres correspondantes, constituant le thorax ou cage thoracique,

  • la tête articulée sur l'extrémité supérieure de la colonne vertébrale,

  • les membres supérieurs rattachés au thorax par la clavicule et la scapula (anciennement omoplate), qui constituent la ceinture scapulaire,

  • les membres inférieurs rattachés à la partie inférieure du rachis (appelée sacrum) par la ceinture pelvienne formée par la réunion du sacrum et des deux os iliaques. Ces os délimitent le bassin ;

• suivant la forme des os : – les os plats, caractérisés par la prédominance de la longueur et de la largeur sur l'épaisseur (scapula), – les os courts où les trois dimensions sont quasi égales (os du carpe), – les os longs dans lesquels la longueur l'emporte nettement sur les autres dimensions (humérus, fémur, etc.).

Un os long est constitué de trois parties (figure 2.2) :

Figure 2.2. Constitution d'un os long.

• la diaphyse :

  cylindre de tissu osseux dur et compact et dont la cavité centrale est remplie de moelle osseuse. C'est là que sont formées les cellules sanguines. Chez le petit enfant, tous les os sont remplis de moelle osseuse élaborant des cellules sanguines (moelle rouge ou tissu hématopoïétique). À partir de 6 ans, se produit une transformation progressive de la moelle rouge en une moelle jaune graisseuse ne formant plus de cellules sanguines. Ainsi, chez l'adulte, la synthèse des cellules du sang est limitée à quelques os plats principalement (sternum, vertèbres, côtes, etc.) ;

• les

  épiphyses

   

  situées aux deux extrémités de la diaphyse. Ce sont deux excroissances osseuses renflées et recouvertes de cartilage. Elles sont constituées de tissu osseux spongieux ;

• enfin, les

  métaphyses

  , situées entre la diaphyse et l'épiphyse. Elles correspondent au cartilage de conjugaison, encore appelé cartilage de croissance, qui disparaît à l'âge adulte.

Les trois éléments sont vascularisés par des artères nourricières, métaphysaires et épiphysaires. Les nombreux petits orifices situés à la surface des os donnent accès aux canaux nourriciers.

Le périoste est une membrane fibroélastique qui recouvre tous les os, sauf au niveau des surfaces articulaires.

Tissu osseux

Le tissu osseux est un tissu conjonctif hautement spécialisé composé de cellules particulières capables de sécréter une substance protéique sur laquelle se déposent du calcium et du phosphore, conférant à l'os sa dureté caractéristique.

Architecture (figure 2.3)

Figure 2.3. Formation d'un os lamellaire. À l'extérieur se trouve la corticale composée d'ostéons cylindriques entourant l'os spongieux situé au centre. Les lamelles circonférentielles externes de grande taille entourent l'ensemble des os longs et forment la limite avec le périoste. Les vaisseaux sanguins traversent les os en passant dans les canaux de Volkmann et se rencontrent au niveau des canaux de Havers. Huch, Mensch Körper Krankheit, 8. Edition 2019 © Elsevier GmbH, Urban & Fischer, Munich.

Le tissu osseux est fait de lamelles osseuses accolées, mais l'agencement de ces lamelles diffère et permet de distinguer :

• le tissu osseux cortical ou compact

  . Il représente 80 % du squelette et il est constitué de plusieurs lamelles cylindriques dont la structure d'ensemble est comparable à des tubes emboîtés les uns dans les autres. Le centre du système ainsi formé est un canal étroit, le canal de Havers. Le tissu compact forme la corticale de la diaphyse des os longs ;

• le tissu osseux trabéculaire ou spongieux

  , qui représente 20 % du squelette. Il est aussi formé de lamelles osseuses, mais irrégulièrement disposées ; ces travées limitent des espaces qui communiquent entre eux et qui contiennent le « tissu hématopoïétique », lieu d'élaboration des cellules sanguines. Le tissu spongieux occupe les métaphyses et les épiphyses des os longs.

Composition

Le tissu osseux est composé :

• d'une matrice osseuse, constituée d'une fraction organique et d'une fraction minérale, qui confère à l'os sa dureté et sa résistance. La matrice osseuse est synthétisée par les ostéoblastes qui régulent également sa minéralisation. La fraction organique est composée de collagène (90 %) et d'autres protéines et la fraction minérale de cristaux d'hydroxyapatite de calcium (qui comporte également du phosphore) ;

• de cellules osseuses des lignées ostéoblastiques et ostéoclastiques :

  • les ostéoblastes et les ostéoclastes

    , respectivement responsables des phénomènes de construction et de résorption osseuse au niveau des surfaces de contact entre les travées osseuses et la moelle ;

  • les ostéocytes

    , cellules allongées dérivées des ostéoblastes, se trouvant dans des cavités creusées dans la matière osseuse, et autour desquelles se produisent aussi une apposition et une résorption.

Croissance des os

• L'accroissement en

  épaisseur

  est assuré par les ostéoblastes qui occupent la partie la plus superficielle de l'os.

• L'accroissement en

   

  longueur

  est dû à la prolifération des cellules qui forment le

  cartilage de conjugaison

  , zone située entre la métaphyse et l'épiphyse. Le cartilage de conjugaison, à ne pas confondre avec le cartilage articulaire, une fois formé, se calcifie et se transforme en os.

Durant toute la croissance, les deux processus, prolifération des cellules et ossification, s'équilibrent. Peu après la puberté, c'est le deuxième processus qui l'emporte, si bien que tout le cartilage de conjugaison s'ossifie et la croissance s'arrête. La transformation en os des pièces cartilagineuses du squelette (encore appelée maturation) obéit à une chronologie précise. Sur des radiographies, il est possible d'évaluer « l'âge osseux » d'un enfant (figure 2.4).

Figure 2.4. Radiographies de mains d'enfants d'âges différents (filles en haut, garçons en bas). © Société belge d'endocrinologie et de diabétologie pédiatrique.

Formation et remodelage du tissu osseux

Contrairement à ce que l'on pourrait penser, le tissu osseux est dynamique, en remodelage permanent pour :

• réguler le métabolisme du calcium et du phosphore ;

• adapter le squelette à son environnement, à ses contraintes mécaniques ;

• renouveler les tissus pour limiter le vieillissement et de réparer les lésions.

Ce remodelage fait intervenir des unités multicellulaires de remodelage qui associent formation et résorption osseuse.

• La formation du tissu osseux comprend tout d'abord l'édification d'une substance dite pré-osseuse, le tissu ostéoïde, édifiée par les ostéoblastes. Sous l'influence de la vitamine D, également appelée calcitriol, le tissu ostéoïde est alors très rapidement calcifié (on ne le retrouve pratiquement plus dans l'os normal) et devient le tissu osseux définitif. Les ostéoblastes sont capables de sécréter une enzyme particulière, la phosphatase alcaline, dont le dosage a un grand intérêt en pratique médicale courante.

• La résorption osseuse est un processus qui aboutit à la destruction des différents constituants du tissu osseux normal. Elle est due à l'action des ostéoclastes et elle est stimulée par l'hormone parathyroïdienne. Le phosphore et le calcium ainsi libérés retournent dans les liquides interstitiels.

• Ainsi, l'os est en perpétuel remaniement : formation osseuse d'une part, résorption osseuse d'autre part. Un état d'équilibre entre ces deux phénomènes est indispensable pour obtenir le maintien d'un os de bonne qualité. De nombreux facteurs influencent la formation, la croissance et la maturation des os.

Facteurs génétiques

On connaît des maladies osseuses d'origine génétique (comme l'ostéogenèse imparfaite ou maladie de Lobstein), des chondrodysplasies génotypiques dont la plus fréquente est l'achondroplasie ; dans cette maladie, le trouble porte sur l'activité des cartilages de conjugaison et entraîne un nanisme micromélique (petits membres) et macrocéphalique (grosse tête).

Facteurs mécaniques

L'immobilisation favorise la diminution du tissu osseux (ostéoporose d'immobilisation, comme lors des fractures du rachis avec paraplégie ; état d'apesanteur comme on l'a remarqué chez les cosmonautes). À l'opposé, la marche et l'activité physique en charge stimulent la formation osseuse.

Facteurs vasculaires

L'interruption de la vascularisation du tissu osseux entraîne une ostéonécrose (mort du tissu osseux). Il en est ainsi dans l'ostéonécrose de la tête fémorale qui complique certaines formes de fractures du col du fémur.

Facteurs métaboliques et moléculaires

• Le calcium est indispensable à l'organisme en général et au tissu osseux en particulier. Les besoins sont généralement satisfaits dans nos contrées par les produits laitiers de l'alimentation. Ils sont de 700 mg/j chez l'adulte, 1 000 mg/j chez l'enfant, 1 200 mg/j chez la femme enceinte et 1 500 mg/j chez la femme qui allaite. Le calcium est absorbé dans le duodénum et dans l'intestin grêle ; la vitamine D est indispensable à son absorption. La carence en calcium et en vitamine D chez l'enfant est responsable du rachitisme.

• Le phosphore est indispensable au tissu osseux ; il se trouve en abondance dans l'alimentation, et sa carence d'apport ne s'observe pas. Il est absorbé dans l'intestin grêle sous l'influence indirecte de la vitamine D et du calcium.

Le défaut d'absorption intestinale du calcium et du phosphore, tel qu'on peut le rencontrer dans les suites de certaines opérations chirurgicales pour ulcère (gastrectomies avec exclusion duodénale), est responsable d'une grande partie des ostéomalacies de l'adulte.

• La vitamine D (calcitriol) est fondamentale (figure 2.5). Elle est formée principalement dans la peau sous l'influence des rayons ultraviolets (exposition solaire) : le 7-déhydrocholécalciférol est ainsi transformé en cholécalciférol ou vitamine D₃. L'apport alimentaire est faible (lait, beurre, jaune d'oeuf, etc.). Dans l'organisme, la vitamine D₃  est ensuite métabolisée dans le foie en 25-OHcholécalciférol, puis repasse dans le sang pour gagner ses organes cibles : l'intestin, les os, les reins. Dans les reins, elle est encore métabolisée en 1-25-dihydroxycholécalciférol. Les deux métabolites ont une activité plus forte que celle de la vitamine D₃.

  • Au niveau de l'intestin, elle favorise l'absorption du calcium et indirectement du phosphore.

  • Au niveau de l'os, elle entraîne une calcification rapide du tissu ostéoïde, et elle exalte aussi la résorption osseuse.

Figure 2.5. Métabolisme de la vitamine D (vit D). La vitamine D est fabriquée dans la peau ou absorbée par voie intestinale. Attachée à sa protéine porteuse, elle passe dans la circulation sanguine et est ensuite hydroxylée au niveau du foie en C25. Dans le rein, elle est captée par un récepteur, la mégaline, puis hydroxylée en C1. D'autres tissus sont aussi capables de catalyser l'hydroxylation en C1. Le calcitriol ainsi formé (ou vitamine D biologiquement active) peut exercer son action cellulaire. ADN : acide désoxyribonucléique ; VDBP : Vitamin D-Binding Protein ; UV : ultraviolets. D'après Lafage-Proust MH. Ostéomalacies. EMC Appareil locomoteur [14-024-B-10]. © 2013, Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Facteurs hormonaux

• L'hormone parathyroïdienne est responsable de la résorption osseuse normale par les ostéoclastes. Son excès de sécrétion dans les adénomes parathyroïdiens (hyperparathyroïdie primaire) entraîne une décalcification du squelette.

• L'hormone thyroïdienne est indispensable à la croissance et à la maturation du squelette. Dans l'hypothyroïdie du nourrisson (myxœdème congénital), le retard de croissance s'apprécie sur les radiographies osseuses.

• La thyrocalcitonine a un effet opposé à celui de l'hormone parathyroïdienne et freine la résorption osseuse.

• L'hormone somatotrope hypophysaire stimule la croissance en longueur et en épaisseur des os. Son excès de sécrétion est responsable des troubles morphologiques osseux de l'acromégalie. Sa carence favorise certaines formes de nanisme.

• Les hormones surrénaliennes (cortisol, cortisone) et les médications dérivées de la cortisone favorisent une déminéralisation osseuse en freinant l'activité des ostéoblastes : il s'agit de l'ostéoporose cortisonique. Elles provoquent aussi, à forte dose, un retard de croissance ; leur emploi doit donc être limité chaque fois que possible chez l'enfant.

• Les androgènes et les œstrogènes ont également une action sur l'os. L'ostéoporose postménopausique est très fréquente, liée à l'arrêt de la sécrétion œstrogénique.

Cytokines pro-inflammatoires

Le Tumor Necrosis Factor alpha (TNF-α) et certaines interleukines régulent aussi le remodelage osseux en stimulant sa résorption par les ostéoclastes.

Articulations

Une articulation est l'organe d'union de deux ou plusieurs pièces osseuses.

Sa fonction principale est de permettre la mobilité entre ces pièces. Il existe plusieurs types d'articulations :

• les synarthroses qui n'ont aucune mobilité. Ce sont des articulations fibreuses, comme les articulations des os du crâne ;

• les amphiarthroses ayant une mobilité restreinte. Ce sont des articulations cartilagineuses, comme l'articulation entre les corps des vertèbres (disque intervertébral) ou bien la symphyse pubienne ;

• les diarthroses, enfin, qui ont une grande mobilité et contiennent un liquide appelé synovie ou liquide synovial.

La plupart des articulations des membres sont des diarthroses.

Les extrémités osseuses sont revêtues d'un cartilage articulaire lisse et brillant. Des ménisques (ou bourrelets) améliorent éventuellement l'adaptation des deux pièces osseuses (figure 2.6). La capsule articulaire, renforcée par des ligaments puissants, maintient en contact les deux os. La membrane synoviale recouvre l'intérieur de la capsule, délimitant une cavité remplie de liquide.

Les muscles et les tendons qui s'insèrent au voisinage de l'articulation en restent séparés par des bourses séreuses dont le rôle est de faciliter le glissement des muscles et des tendons (figure 2.6).

Figure 2.6. Schéma d'une diarthrose en coupe.

Deux structures caractéristiques

Cartilage articulaire

Il recouvre les extrémités osseuses au niveau de toutes les diarthroses, c'est un tissu blanc laiteux, brillant et lisse ; son épaisseur est variable suivant les endroits.

Le cartilage articulaire est un tissu très différencié, avasculaire, pauvre en cellules qui sont appelées chondrocytes et dont le rôle est de fabriquer le tissu cartilagineux. Ce dernier se compose de fibres collagènes et de la substance fondamentale (constituée de complexes d'hydroxyproline et de glycosaminoglycanes, les protéoglycanes), auxquelles le cartilage doit l'essentiel de ses propriétés physiques d'élasticité  et de résistance mécanique. Au cours de la vie, le cartilage se modifie (notamment la substance fondamentale) avec une perte de son élasticité et de sa résistance.

Les possibilités de réparation du cartilage sont réduites car il n'est pas vascularisé et car les chondrocytes ne se renouvellent que très peu à l'âge adulte.

Membrane synoviale

Elle recouvre, à l'exclusion du cartilage et des ménisques, la totalité de la cavité articulaire.

Sa fonction essentielle est d'élaborer le liquide synovial, ou synovie.

Ce liquide synovial permet d'apporter des produits nutritifs au cartilage ; il joue également un rôle de premier plan dans la « lubrification » des surfaces cartilagineuses en contact. Il contient un corps particulier (qui n'existe pas dans le sang), l'acide hyaluronique, responsable de sa viscosité.

La membrane synoviale joue aussi un rôle dans l'élimination des débris anormaux que pourrait contenir la cavité articulaire.

Mobilité articulaire

Les articulations et les muscles permettent l'exécution de certains mouvements. Ceux-ci s'effectuent dans des plans différents que l'on peut classer en :

• mouvements de flexion-extension

  autour d'un axe transversal (horizontal) : la flexion rapproche les deux segments de l'articulation, alors que l'extension les éloigne (figure 2.7) ;

• mouvements d'abduction et d'adduction

   

  autour d'un axe sagittal (vertical) : l'abduction écarte le membre (ou le segment du membre) de l'axe médian du corps ; c'est un mouvement de latéralité externe. L'adduction est un mouvement inverse, c'est un mouvement de latéralité interne (figure 2.8) ;

• mouvements de rotation

  autour d'un axe passant par la diaphyse de l'os. La rotation interne est le mouvement de rotation du segment du membre en dedans (c'est-à-dire vers l'axe médian du corps). La rotation externe est le mouvement opposé (figure 2.9) ;

• mouvements de pronosupination

  . Ils se font uniquement à l'avant-bras dans les articulations du coude et du poignet, autour d'un axe passant par la tête du radius et par la tête de l'ulna (anciennement cubitus). La pronation est le mouvement de rotation par lequel le pouce est porté en dedans et la paume de la main en arrière. La supination est le mouvement inverse qui porte le pouce en dehors et la paume de la main en avant. Trois articulations permettent ce type de mouvement de la main : la radio-ulnaire supérieure, la radio-ulnaire inférieure et l'huméroradiale (figure 2.10).

Figure 2.7. Les mouvements de flexion-extension de la hanche.

Figure 2.8. Les mouvements d'abduction et d'adduction de la hanche.

Figure 2.9. Les mouvements de rotation interne et externe de la hanche.

Figure 2.10. Les articulations du coude et les mouvements de pronation-supination. La supination est le mouvement inverse de la pronation.

Muscles et nerfs de l'appareil locomoteur

Les muscles de l'appareil locomoteur sont des muscles rouges ou striés, les seuls capables de se contracter volontairement. Ils assurent le mouvement.

Ils sont composés de deux parties :

• l'une épaisse et charnue représente le segment contractile : c'est le corps ;

• l'autre, plus étroite, très résistante, s'appelle tendon et forme les extrémités du muscle (figure 2.11).

Figure 2.11. Schéma d'un muscle rouge.

Certains tendons sont courts, d'autres sont très longs ; ils sont alors entourés par une gaine qui permet leur protection, mais aussi facilite leur glissement.

Les fascias (anciennement aponévroses) sont les gaines recouvrant les muscles et les séparant les uns des autres.

Le muscle est composé d'une multitude de fibres dont chacune reçoit un rameau d'un nerf moteur en un endroit appelé plaque motrice ; c'est là que se produisent les phénomènes permettant la contraction de la fibre musculaire.

Les muscles de l'appareil locomoteur sont commandés essentiellement par les nerfs spinaux (anciennement rachidiens), en relation avec la moelle spinale (anciennement moelle épinière). On en compte 31 paires : les nerfs cervicaux (8), dorsaux ou thoraciques (12), lombaires (5), sacrés (5) et coccygien (1) (cf. infra « Anatomie du rachis »).

Chaque nerf spinal sort du canal vertébral par un défilé situé latéralement, entre deux vertèbres, appelé foramen intervertébral (anciennement trou de conjugaison), et se divise alors en une branche postérieure qui se distribue à la région dorsale du corps, et une branche antérieure.

Toutes les branches antérieures des nerfs spinaux naissant au niveau des vertèbres cervicales, lombaires et sacrées se réunissent (on dit aussi s'anastomosent) pour former des plexus. Ces plexus se divisent à leur tour en branches collatérales et terminales destinées à l'innervation motrice et sensitive des membres supérieurs (figure 2.12) et inférieurs (figure 2.13).

Figure 2.12. Trajet des principaux nerfs du membre supérieur.

Figure 2.13. Innervation sensitive du membre inférieur.