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n exosquelette est une sorte d’armure composée de plaques protectrices articulées. Pour grandir, un insecte ou un crustacé doit se dépouiller de cette carapace et en fabriquer une plus grande : c’est la mue. La croissance est discontinue car le corps de l’animal ne peut grandir que pendant la mue. Les êtres vivants pourvus d’un squelette interne ont une croissance continue. Les os ainsi que les muscles, les tendons… s’allongent lentement lors de la croissance.
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Chez les vertébrés, il existe aussi des mues. Mais elles correspondent simplement à un changement de pelage ou de plumage.
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es os longs composent principalement les membres (bras et jambes). Leur constitution est complexe (cartilage, tissus osseux divers…). Ils servent de point d’ancrage aux tendons des muscles qui assurent leur mise en mouvement.
B
es types de mouvements possibles au niveau articulaire sont déterminés par la forme de l’extrémité des os longs. Au niveau du coude, les mouvements sont identiques à ceux autorisés par une charnière. Au niveau de l’épaule, la forme en rotule de l’articulation permet d’effectuer des mouvements plus variés.
HUMÉRUS
VERTÈBRE LOMBAIRE
Les os plats ont plutôt un rôle de protection. On les trouve au niveau du crâne (constitué d’os plats soudés entre eux), au niveau du bassin et au niveau du dos (omoplates). Il existe enfin des os de forme variable comme les vertèbres. Ces os courts possèdent des appendices et jouent un rôle important de protection de la moelle épinière. Ils constituent la colonne vertébrale, axe autour duquel le reste du squelette est organisé.
ARTICULATION À PIVOT
CULATION EN SELLE SELL ARTICULATION
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FÉMUR
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TENDON
ARTICU U O EN PLAN ARTICULATION
LLIGAMENTS LIG LI IGAM ARTICULATION
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es os soudés du crâne assurent une protection optimale du cerveau, alors que la cage thoracique abrite le cœur et les poumons.
BRAS DE LEVIER AXE DE ROTATION MUSCLE TENDON
D
Les ligaments maintiennent fermement les os en place lors des déplacements. Pour cela, ils sont souples, mais très résistants.
ous pouvons nous déplacer grâce aux leviers constitués par les os et les articulations. Ce sont les muscles qui assurent la mise en mouvement des parties articulées. Mais ce sont les os qui conditionnent les types de mouvements possibles.
Chez l’homme, la rigidité du squelette ainsi que la forme particulière du bassin autorise la station debout. C’est ce qui nous différencie, entre autres, des grands singes.
BASSIN DE SINGE
Chez l’homme, 206 os constituent le squelette.
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OS SPONGIEUX CONTENANT LA MOELLE OSSEUSE
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3 MOELLE 4 CARTILAGE ARICULAIRE
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hez les individus adultes, le cartilage n’est présent qu’aux extrémités des os longs, au niveau des articulations. Chez les individus en croissance, il existe une zone cartilagineuse dans l’extrémité des os, le cartilage de conjugaison (ou de croissance). C’est à cet endroit que l’os s’allonge.
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OS IRRÉGULIERS OS PLATS OS LONGS
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Entre deux os en contact, on trouve la capsule articulaire. Elle renferme un liquide lubrificateur, la synovie.
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CARTILAGE DE CONJUGAISON
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endant la croissance, les os s’allongent et s’épaississent. Pour cela, les ostéoblastes forment des dépôts minéralisés plus épais et plus importants près des cartilages de conjugaison, c’est le modelage.
Le tissu osseux, qu’il soit compact ou spongieux comporte des cellules. C’est un tissus vivant irrigué par des vaisseaux sanguins qui pénètrent jusqu’au cœur de l’os. Des nerfs innervent aussi les os.
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Il existe aussi un remodelage de l’os ainsi formé avec des ostéoclastes qui érodent le tissu osseux et des ostéoblastes qui fabriquent du tissu nouveau. Ce processus est très important chez l’adulte car suite aux contraintes mécaniques qu’ils subissent, les os se fatiguent. Le remaniement vise à remplacer le tissu osseux vieillissant par de l’os néoformé.
Le périoste est une fine peau qui entoure l’os compact et joue un rôle important dans l’épaississement des os et la réparation des fractures.
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Os compact observé en lumière polarisée.
Auteurs : INSERM / LBTO
Os spongieux observé en lumière polarisée.
Activité de d formation f osseuse (os de d rat). Dans un premier temps, les ostéoblastes (cellules rouges) synthétisent une matrice organique (liseré rouge entre l’os coloré en bleu et l’alignement d’ostéoblastes).
La moelle osseuse des petites cavités de l’os spongieux est le lieu où se forment à partir de cellules souches, les globules rouges et les globules blancs du sang.
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TRACHÉE
Auteurs : INSERM / LBTO
Auteurs : ROUX J.P. © INSERM
Auteurs : BOIVIN G. © INSERM
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THYROÏDE
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a parathormone est sécrétée par les glandes parathyroïdes enchâssées dans la glande thyroïde. Elle agit sur les ostéoclastes et active la destruction du tissu osseux lors du remodelage. La calcitonine, sécrétée par la glande thyroïde, s’oppose par ses effets à la parathormone. Elle conduit à l’intensification de la fabrication de tissu osseux. Grâce à une action en retour, la synthèse de ces deux hormones permet un ajustement de la calcémie même lors d’un apport important d’ions calcium (par exemple lors d’un repas).
Ostéoclastes l de d rat (en rouge), en train dde résorber b lla matrice osseuse (en bleu)
Le tissu osseux est largement constitué d’ions calcium. En fonction des besoins de l’organisme, l’os peut être détruit pour fournir cet ion à l’organisme ou au contraire, il peut y avoir construction d’os pour stocker des ions calcium.
PARATHYROÏDE
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En cas de déficit d’ions calcium apportés par l’alimentation, le squelette sert de source d’approvisionnement et devient plus fragile. Les risques d’accident osseux sont alors élevés.
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’os doit sa résistance à sa structure (ensemble de cylindres creux, les ostéons, accolés) et à sa composition chimique (matrice de protéines imprégnées de sels de phosphate et de calcium). Cet ensemble est très résistant et relativement léger.
OSTÉONS
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La résistance de l’os est cependant limitée et lors d’une traction ou d’une compression trop forte, il peut se rompre. Ce peut être aussi le cas lorsqu’il est sollicité de manière trop intensive (fracture de fatigue). 3 ANS
ADULTE
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Radiographie d’une fracture de l’avant bras chez l’adulte. Ceci va nécessiter une réduction chirurgicale pour réaligner les fragments osseux.
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Au cours de la croissance, l’os s’allonge au niveau des cartilages de conjugaison et s’épaissit grâce à l’ossification au niveau du périoste.
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Auteurs : CAILLAT VIGNERON N.DR © INSERM
Fracture du métatarse, due au surentraînement chez un marathonien (scintigraphie).
Radiographie de l’avant-bras avec ostéosynthèse (réparation du radius à l’aide d’une plaque vissée)
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Pour assurer une bonne cicatrisation osseuse, il peut être nécessaire de consolider l’os brisé à l’aide de plaques métalliques ou de clous, de vis. C’est surtout le cas lorsque la fracture est multiple ou s’est produite au niveau de l’articulation. En cas de mauvaise ré-ossification (infection, maladie), une greffe osseuse peut se révéler nécessaire.
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n cas de greffe osseuse, il est possible de réaliser : • une autogreffe, on prélève un morceau d’os sur le patient lui-même que l’on place au niveau de la zone malade ; • une allogreffe, on récupère un greffon osseux chez un donneur compatible avec le receveur ; • une xénogreffe, on utilise alors un greffon provenant d’une autre espèce animale (le porc par exemple). Dans tous les cas, la pose de la greffe doit permettre une cicatrisation de la zone affectée.
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1
Auteurs : DROITS RÉSERVÉS
6 HUMÉRUS
Auteurs : DROITS RÉSERVÉS
4 6
5 RADIUS
En France, près de deux millions de personnes vivent avec une prothèse articulaire. Il s’agit de remplacer une zone articulaire par une prothèse métallique. C’est ce qui se pratique en cas de fracture du col du fémur chez les personnes âgées.
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4
4 CUBITUS
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Auteurs : CNRS Photothèque - SEDEL Laurent
Auteurs : INSERM / LBTO.
Auteurs : Hôpital p Pontchaillou / Rennes.
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’examen du plan d’organisation du membre supérieur des vertébrés montre une grande unité. Celui-ci est constitué de 3 segments. Le premier comporte un seul os, l’humérus, le second deux (radius, cubitus) et le troisième un nombre variable qui constituent les carpes, les métacarpes et les doigts. L’altération de certains gènes architectes aboutit à des malformations osseuses plus ou moins sévères. La maladie dite des os de verre (ou maladie de Lobstein) est la conséquence d’un dérèglement génétique qui aboutit à une ostéogénèse imparfaite. C’est, en fait, une ostéoporose sévère qui se traduit par une grande fragilité des os qui deviennent cassants.
Métaphyse Mé h dde rat : NNormall à gauche h et ostéoporotique é i à ddroite, i il présente plus de trous et moins de zones osséifiées (en bleu).
Ingénieurs et chirurgiens recherchent le meilleur compromis entre fixation et usure des implants : dans cet exemple une prothèse scellée, céramique aluminealumine avec un recul de 10 ans depuis sa mise en place.
L’ostéopétrose, ou maladie des os de marbre, est causée par un développement excessif d’os cortical qui aboutit à une forte diminution de la cavité contenant la moelle osseuse. L’os devient plus dense mais il est fragile et ses extrémités peuvent se déformer.
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2 MÉTACARPIENS
La prévention de l’ostéoporose passe par : • une alimentation équilibrée riche en calcium et en protéines ; • une activité physique régulière ; • une absorption suffisante de vitamine D qui favorise l’ossification. Chez les femmes ménopausées, la prévention de l’ostéoporose est facilitée par le recours à des traitements hormonaux à base d’œstrogènes (traitement hormonaux substitutifs ou THS) qui ne sont pas sans risques.
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1 PHALANGES
’ostéoporose est principalement due au vieillissement. Après 40 ans, notre capital osseux s’amenuise progressivement. Les travées osseuses de l’os spongieux se raréfient, la tête des os longs est fragilisée. Les risques de fracture augmentent. Cette altération est favorisée par la carence en hormones sexuelles (ménopause), par le manque d’exercice physique, par la prise de certains médicaments, l’abus d’alcool et par une alimentation trop pauvre en calcium. Dans les pays occidentaux, les fractures du col du fémur dues à l’ostéoporose constituent un vrai problème de santé publique.
Pendant plusieurs mois, le cal osseux subit un remaniement, qui régénère l’os manquant et élimine l’os supplémentaire. L’os reconstruit retrouve sa forme.
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3 CARPIENS
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REMANIEMENT OSSEUX ANIEMENT OSS SEUX
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Les cellules osseuses de construction ou ostéoblastes et de destruction ou ostéoclastes, transforment le cal fibrocartilagineux en un cal osseux, en 2 à 3 mois. Les deux extrémités de l’os se soudent.
a réparation d’une fracture impose que les extrémités brisées soient face à face. Aucun tissu mou ne doit empêcher ce contact. Sous l’action des ostéoblastes, un cal fibro-cartilagineux est fabriqué en 3 semaines environ. Ce cal est fragile. Il faut à tout prix empêcher qu’il ne se mobilise. C’est pourquoi un plâtre est posé. Peu à peu, le cal fibro-cartilagineux va être ossifié grâce aux otéoblastes et aux ostéclastes (remaniement osseux). Au bout de 2 à 3 mois, les extrémités de l’os sont soudées. Pendant plusieurs mois, ensuite, il va y avoir d’autres remaniements osseux pour remodeler l’os et lui redonner sa forme initiale.
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FORMATION CAL RMATION D’UN CA OSSEUX
La production de fibres, la formation de cartilage et des premières travées d’os spongieux, constituent le cal fibrocartilagineux. Il unit les fragments d’os. Cette étape dure environ 3 semaines.
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FORMATION RMATION DU CAL FIBROCARTILAGINEUX
6 à 8 heures après la fracture, un hématome se forme. Le site de la fracture subit une inflammation qui dure environ 4 jours.
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Des études ont montré que l’activité sportive, qui sollicite activement les éléments du squelette, provoque un épaississement des os. Pratiquer une activité physique régulière et s’alimenter correctement permet donc de renforcer la structure des os.
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Auteurs : FERRERA R. & CARO D. © INSERM
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Auteurs : U335 © INSERM
VAISSEAUX SANGUINS
e sont les ostéoblastes et les ostéoclastes qui interviennent dans les remaniements osseux. L’ostéoblaste fabrique du tissu osseux et il finit par être entouré de matière minérale. Il devient alors un ostéocyte en perdant sa capacité à construire de la matière osseuse. Ainsi, même l’os compact, le plus dur, est formé de cylindres creux, les ostéons, dans lesquels les ostéocytes sont reliés les uns aux autres par de fins prolongements. La disparition progressive des ostéoblastes est compensée par l’apparition de nouvelles cellules constructrices, notamment au niveau du périoste.
FORMATION D’UN HÉMATOME
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Comme le membre supérieur, le membre inférieur est aussi constitué de 3 unités (cuisse, jambe, pied).
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Auteurs : DEPARDIAU M. © INSERM
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PERIOSTE
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Prothèse de hanche en alliage.
A long terme, une prothèse s’use. Les débris d’usure s’accumulent et déclenchent des réactions inflammatoires qui aboutissent au descellement de la prothèse. Les prothèses de hanche et de genou, très sollicitées, ont une durée de vie de 15 à 20 ans. Elles peuvent être remplacées plusieurs fois, mais de plus en plus difficilement.
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ucun matériau actuel ne peut mimer parfaitement le comportement d’un tissu vivant comme le tissu osseux. Les recherches se poursuivent pourtant en ce sens. Faudra-t-il trouver des matériaux ostéoinducteurs qui permettront de stimuler la reconstruction osseuse ? La solution viendra-t-elle de matériaux hybrides composés de biomatériaux et de cellules osseuses vivantes ? Autant de pistes qui sont actuellement explorées par les spécialistes de la recherche en biomatériaux orthopédiques.
Auteurs : D. Clément SMB Lourdes
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Zone anormale (chondrome) (h Radiographie pré-opératoire
Radiographie post-opératoire
Radiographie post-opératoire à 6 mois.
Des biomatériaux osseux actuels sont vecteurs de médicaments. On leur associe des antibiotiques, des anti-inflammatoires, ...
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Radiographie post-opératoire à 1 an.
La cavité résultant de l’ablation du chondrome a été comblée avec un biomatériau. Il favorise la cicatrisation osseuse.
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