Anatomie générale du système squelettique

(Avertissement : Nous n’exposerons pas la description de la partie cartilagineuse du squelette

et la description d’un os type est celle d’un os long des membres.)

1 Définition :

Le système squelettique comprend l’ensemble des structures rigides qui contribuent au

maintien de l’organisme. Il peut être osseux ou cartilagineux. Chez l’homme, il s’agit d’un

endosquelette, c’est à dire situé à l’intérieur du corps, à l’inverse d’un exosquelette (ex :

insecte) situé en surface de l’organisme. Il est plurisegmentaire, divisé en squelette axial (où

l’on retrouve les vertèbres, le thorax, le bassin, la face et le crâne constitué de la voûte ou

calvaria et de la base du crâne) et en squelette appendiculaire pour les membres. Il existe

ainsi 206 os constants. L’étude du système squelettique osseux constitue l’ostéologie.

Les os de la tête regroupent les os du crâne (pariétaux, temporaux, frontal, ethmoïde,

sphénoïde, occipital), les osselets de l’oreille moyenne (malleus, incus, stapès) et les os de la

face (vomer, maxillaire, lacrymal, palatin, cornet nasal inférieur, nasal, zygomatique,

mandibule). A la limite supérieure du cou se situe l’os hyoïde. La colonne vertébrale est

constituée de sept vertèbres cervicales, douze vertèbres thoraciques, cinq vertèbres

lombaires, le sacrum et le coccyx. Le thorax est composé de douze paires de côtes et du

sternum. Le squelette du membre supérieur comprend la clavicule, la scapula (qui forment la

ceinture du membre supérieur), l’humérus, l’ulna, le radius, le carpe (scaphoïde, lunatum ,

triquetrum, pisiforme, trapèze, trapézoïde, capitatum et hamatum), cinq métacarpiens, et

quatorze phalanges. Le squelette d’un membre inférieur comprend un os coxal (qui forme

avec son homologue controlatéral la ceinture du membre inférieur), le fémur, la patella, le

tibia, la fibula, le tarse (calcaneus, talus, naviculaire, cuboïde, trois cunéiformes), les cinq

métatarsiens et quatorze phalanges.

Il existe par ailleurs des os surnuméraires, inconstants, comme les sésamoïdes et des os

doubles, en deux parties comme la patella bipartite.

2 Rôles :

En plus du rôle de maintien de l’organisme, l’appareil squelettique permet la mobilisation

des différents segments les uns par rapports aux autres au sein des articulations. Il permet

les attaches musculaires et ligamentaires. Les os ont aussi un rôle métabolique important,

notamment dans les échanges et le stockage du calcium (près de 99% de la totalité du

calcium de l’organisme est contenu dans les os). Ils ont un rôle essentiel dans

l’hématopoïèse formation de cellules sanguines (surtout au niveau du sternum ou de l’os

iliaque chez l’adulte) (fig 1). Certains os ont aussi un rôle de protection (exemple du crâne

protégeant le cerveau).

Figure 1 : Rôles mécaniques, métaboliques et hématopoïétique du système squelettique osseux

3 Pathologies :

Les fractures sont fréquentes. Les infections osseuses (ostéite suppurée, ostéomyélite)

existent. L’ostéoporose est l’une des maladies épidémiques chez la personne âgée. Le

rachitisme est fréquent dans pays sous-développés. Les cancers osseux primitifs sont

heureusement rares, mais les cancers secondaires (métastases osseuses) sont fréquents. Les

localisations osseuses de maladies du sang (myélome par exemple) sont classiques.

L’ostéogenèse imparfaite (maladie des os de verre) touche les enfants. L’achondroplasie

explique certains nanismes.

4 Organogenèse :

Le système squelettique dérive d’un mésenchyme totipotent, le mésoderme qui se sépare

en dermotome pour le revêtement cutané, en myotome pour les muscles et en sclérotome

pour le tissu conjonctif et le squelette. En dehors de la formation du crâne et de la face, le

mésoderme est situé soit en position para-axial (à côté de l’axe du corps, centré par la tige

notochordale antérieure au tube nerveux primitif), soit dans les bourgeons des membres qui

apparaissent lors de la quatrième semaine de vie in utero (fig 2). A ce moment, l’embryon

présente des bosselures dorso-latérales ou somites qui définiront les futurs étages

(dermatomes, nerfs spinaux, vertèbres dont sept cervicales, douze thoraciques, cinq

lombaires, cinq sacrées et trois à cinq coccygiennes). Les bourgeons des membres crâniaux

(qui deviendront les membres supérieurs) se localisent entre le cinquième somite cervical et

le premier somite thoracique. Les bourgeons des membres caudaux (qui deviendront les

membres inférieurs) se localisent entre le quatrième ou le cinquième somite lombaire et le

troisième somite sacré. Des variations d’un étage somitique sont possibles.

Il existe deux types de transformation du mésoderme en squelette osseux, l’ossification de

membrane et l’ossification endochondrale.

Figure 2 : Schéma en vue latérale d’un embryon à 4 semaine de vie intra-utérine

4.1 L’ossification de membrane :

Des cellules ostéoblastiques envahissent du centre vers la périphérie le mésoderme.

L’envahissement se produit en « tâche d’huile ». Le plus souvent, l’os ainsi formé est un os

plat appelé diploïque, composé d’une table interne et d’une table externe entre lesquelles

se trouve de l’os spongieux appelé diploé. Cette formation intéresse essentiellement le

crâne et certains os de la face (fig 3).

Figure 3 : Principes de l’ossification de membrane. A : Envahissement du mésenchyme totipotent par un tissu

osseux. B : Ossification en tâche d’huile. C : Os plat issu d’une ossification de membrane

4.2 L’ossification endochondrale :

Dans l’ossification endochondrale, ce sont des cellules cartilagineuses (chondroblastes) qui

envahissent le mésoderme jusqu’à former dans un premier temps un noyau cartilagineux.

Ce noyau cartilagineux est entouré d’une gaine fibreuse appelé virole périchondrale. Des

ostéoblastes envahissent le centre de ce noyau cartilagineux pour former le noyau

d’ossification primaire. Cette transformation osseuse est centrifuge jusqu’à la virole

périchondrale qui devient alors le périoste. La couche osseuse située juste en profondeur du

périoste est responsable de la croissance de l’os en largeur. C’est la croissance périostée. Le

noyau d’ossification primaire est ensuite creusé par un pédicule vasculaire dont l’artère

nourricière de l’os.

Le plus souvent et pour l’exemple du squelette appendiculaire, les extrémités du noyau

restent cartilagineuses. Ces extrémités sont ensuite envahies par d’autres noyaux osseux

appelés noyaux d’ossification secondaires. Il reste une surface chondrale recouvrant les

noyaux d’ossification secondaires dont une partie forme le cartilage articulaire et dont

l’autre partie est au contact du noyau d’ossification primaire. Ce cartilage compris entre les

noyaux d’ossification primaire et secondaire est appelé cartilage de croissance, ou cartilage

de conjugaison. Il est responsable de la croissance en longueur de l’os. Ils disparaissent au

fur et à mesure de la croissance par soudure des noyaux d’ossification pour ne laisser qu’une

pièce osseuse unique (fig 4).

Figure 4 : Schémas de l’ossification endochondrale

La différenciation cartilagineuse débute à la cinquième semaine de la vie in utéro et

l’ossification proprement dite (noyau d’ossification primaire) débute à la fin de la période

embryonnaire. Les noyaux d’ossification secondaire apparaissent après la naissance. La

croissance osseuse est sous la dépendance de nombreux facteurs génétique, hormonal

(hormone de croissance, hormones sexuelles, hormone thyroïdienne) nutritionnel (vitamine

D), et mécanique (sport, activités physiques, …). Pour chacun des os des membres, les

cartilages de croissance les plus actifs sont situés près des genoux et loin des coudes.

Le cartilage de croissance n’est pas visible sur des radiographies, contrairement aux noyaux

d’ossification. Il est alors possible de définir un âge osseux en fonction (fig 5).

Cette croissance liée au cartilage de conjugaison est déficitaire dans le nanisme

achondroplasique. Elle peut être atteinte (par décollement épiphysaire traumatique, par

exemple) sur tout ou partie du cartilage de croissance, c’est l’épiphysiodèse qui peut se

compliquer ultérieurement d’une désaxation de l’extrémité osseuse (fig 6).

Figure 5 : Exemple d’évaluation de l’âge osseux et du potentiel de croissance restante selon Risser.

Il est réalisé à partie d’une radiographie standard de l’os coxal et s’intéresse à l’ossification de la crête iliaque

Au stade 0, il n’existe pas d’ossification de la crête iliaque. Au stade 1, le noyau d’ossification secondaire

apparaît dans la portion latérale. Au stade 2, le noyau d’ossification a envahi plus de la moitié du cartilage

primitif. Au stade 3, la crête est complètement ossifiée. Au stade 4, le noyau d’ossification se soude de dedans

en dehors à l’aile iliaque par disparition du cartilage de croissance. Au stade 5, il est pratiquement

complètement fusionné. Au stade 6, il est d’aspect adulte.

Figure 6 : Schéma montrant le cartilage de croissance distal de l’humérus atteint par un traumatisme de type

décollement épiphysaire (« étoile ») et l’évolution possible avec une désaxation en valgus de l’épiphyse (axe

« B ») par rapport à l’axe d’une croissance normale (axe « A »).

5 Structure :

Dans l’exemple type (fig 7), un os du squelette appendiculaire est donc recouvert de

cartilage articulaire à chaque extrémité. Dans sa partie centrale, il est formé d’un os

périphérique appelé os cortical entouré d’un périoste et d’un os central appelé os

spongieux au sein de laquelle se trouve une cavité appelée cavité médullaire.

Le périoste est une membrane fibreuse périosseuse très résistante, surtout chez l’enfant. Il

contribue aux attaches musculaires, tendineuses ou ligamentaires par sa couche externe et

contribue à l’ostéogenèse par sa couche interne.

L’os cortical est très dur et très résistant. L’os spongieux est moins résistant et de disposition

plus éparse.

Hormis quelques os qui possèdent une moelle hématopoïétique ou moelle rouge dans l’os

spongieux, la cavité médullaire contient surtout des lobules graisseux décrivant la moelle

jaune. Mais la cavité médullaire contient aussi le pédicule vasculo-nerveux nourricier de

l’os.

L’os est aussi vascularisé aux extrémités par les artères péri-articulaires nombreuses et par

les artères musculaires qui donnent des branches au périoste alors très vascularisé. Enfin,

les vaisseaux lymphatiques existent surtout à la surface du périoste.

En cas de fracture, l’os saigne. Par exemple, une fracture de la diaphyse fémorale peut

entraîner une hémorragie de plus d’un litre de sang. Cependant, certaines parties de

quelques os comme la tête fémorale possède une vascularisation dite terminale. L’atteinte

des vaisseaux nourriciers entraîne alors une nécrose osseuse. L’existence de vaisseaux

intramédullaires explique la possibilité de métastases. L’innervation explique les douleurs

osseuses.

Figure 7 : Schéma de la structure générale d’un os du squelette appendiculaire

6 Classifications morphologiques :

Les os peuvent être décrits de différents types selon leur forme.

S’il existe des variations de dimensions d’un individu à l’autre, les os d’un même individu ont

des rapports proportionnels avec la taille et entre eux, en fonction de l’âge, du sexe ou

parfois d’appartenance à un groupe ethnique.

6.1 Les os longs :

Les os longs sont définis par une longueur nettement supérieure à la largeur ou à l’épaisseur

(fig 8). Ce type concerne la plupart des os du squelette appendiculaire (par exemple au

membre supérieur : humérus, radius, ulna). Pour ces os, les extrémités sont appelées

épiphyses, proximale ou distale. La partie centrale, où se trouve l’essentiel de l’os cortical

est appelée diaphyse. La diaphyse est divisée en tiers proximal, moyen et distal. La partie

intermédiaire, reliant la diaphyse à l’épiphyse est appelée métaphyse.

Figure 8 : Schéma d’un os long – exemple du fémur droit

6.2 Les os courts :

Ils sont définis par des dimensions sensiblement identiques (par exemple : la patella ou les

os du carpe) (fig 9).

Figure 9 : Exemples d’os courts.

A gauche : la patella en vue antérieure et en vue latérale droite.

A droite : les os du carpe droit en vue antérieure

6.3 Les os plats :

Ils sont définis par une faible épaisseur. La plupart d’entre eux dérivent d’une ossification de

membrane, mais pas tous. Il s’agit essentiellement des os de la calvaria, des os de la face,

mais aussi du sternum, par exemple (fig 10). Certains os, très minces, sont appelés

papyracés, comme la lame perpendiculaire de l’ethmoïde ou le vomer dans les fosses

nasales.

Figure 10 : Exemples d’os plats. A gauche : le crâne en vue latérale droite. A droite : Le sternum en vue

antérieure et en vue latérale droite

6.4 Les os irréguliers :

Ils sont ainsi appelés car leurs formes ne correspondent à aucune des descriptions

précédentes. L’exemple type est la vertèbre (fig 11).

Figure 11 : Exemple d’un os irrégulier : la vertèbre type. A gauche : vue supérieure.

A droite : Vue latérale gauche

6.5 Autres :

Certains os sont creux et contiennent un organe (par exemple, l’os pétreux contient l’oreille

interne). D’autres sont pneumatiques et contiennent de l’air (par exemple, l’os maxillaire (fig

12), l’os frontal, l’ethmoïde, le sphénoïde, le temporal sont creusés de sinus ou de cellules).

Figure 12 : Exemple d’un os pneumatique : le maxillaire droit en vue antérieure, montrant la présence d’une

cavité, le sinus maxillaire, qui communique avec les fosses nasales.

7 Caractères morphologiques externes

Les os ne possèdent pas de surface strictement lisse et régulière. Ils sont formés de reliefs

(pour les insertions musculaires, tendineuses ou ligamentaires, par exemple) et de

dépressions (pour laisser cheminer un tendon, un muscle, un vaisseau ou un nerf, par

exemple) (fig 13).

7.1 Les reliefs :

Ils sont appelés tête lorsqu’il s’agit d’une portion nettement détachée et articulaire, condyle

lorsqu’il s’agit d’une portion articulaire mais nettement moins détachée, processus lorsqu’il

s’agit d’une excroissance osseuse volumineuse nettement détachée de l’os et non

articulaire, tubérosité lorsqu’il s’agit d’une saillie non articulaire moins développée et moins

détachée de l’os, à base plus large, tubercule lorsque la saillie est peu étendue, épine

lorsqu’elle a une forme globale de pointe, crête lorsqu’elle a d’aspect linéaires. Les crêtes

peuvent être mousse (à bord arrondi) ou aigu (à bord pointu).

7.2 Les dépressions :

Elles sont appelées fosse lorsqu’elle situe une insertion musculaire étendue, sillon

lorsqu’elle laisse un passage étroit à un tendon, un nerf ou une vaisseau, incisure lorsqu’il

s’agit d’une encoche sur un bord de l’os, foramen lorsqu’il s’agit d’un véritable trou dans

l’os.

Figure 13 : Exemples de pièces osseuses montrant des reliefs et des dépressions. A : Vue antérieure de la

symphyse pubienne. B : Vue antérieure de l’extrémité supérieure du fémur. C : Vue latérale droite d’un os coxal.

D : Vue antérieure de la scapula et de l’extrémité supérieure de l’humérus

8 Aspects fonctionnels :

L’os se doit d’être à la fois léger, rigide, résistant et élastique.

8.1 Rappels histologiques :

L’unité histo-physiologique de base est l’ostéon. Elle est constituée par un canalicule

vasculaire et des lamelles concentriques (fig 14). Les ostéoblastes produisent la substance

osseuse composée de substance fondamentale (mucoprotéines imprégnées de sels minéraux

sous forme de cristaux) dans laquelle sont noyées des fibres collagènes et élastiques.

L’activité de ces ostéoblastes diminue lorsque ces cellules sont englobées au sein de l’ostéon.

A l’inverse, les ostéoclastes résorbent la substance osseuse. Il y a donc un remodelage, c’est à

dire une balance formation - résorption de matière osseuse permanente tout le long de la vie,

mais ralentissant avec un âge avancé.

A la coupe, l’os présente de l’extérieur vers l’intérieur de l’os compact ou cortical, de l’os

spongieux et une cavité médullaire (fig 15). L’indice d’épaisseur cortico-médullaire définit le

rapport du diamètre de la cavité médullaire sur le diamètre externe de l’os. Il est variable

selon l’âge, de 0,34 chez l’enfant à 0,50 chez l’adulte (fig 16).

Figure 14 : Ostéon Figure 15 : Schéma de l’organisation structurelle des ostéons.

Figure 16 : Mesure de l’indice cortico-médullaire défini par M/C

8.2 Forces exercées :

Même dans des conditions normales, l’os est soumis à des contraintes permanentes. Il

existe ainsi des contraintes en compression axiale (comme le poids s’opposant à la réaction

du sol) contre lesquelles l’os à une résistance approximative de 2000 kgs/cm². Il existe aussi

des contraintes en traction (résistance de 1000 kgs/cm²), des contraintes en torsion, en

cisaillement ou en flexion. Il résiste beaucoup mieux aux contraintes en compression et en

traction qu’aux contraintes en torsion, cisaillement ou flexion. L’excès d’intensité de ces

contraintes ou la répétition de ces contraintes peut aboutir à une rupture de l’os, c’est à dire

à une fracture (fig 17).

Figure 17 : Principales contraintes exercées sur un os long. A : en compression (tibia). B : en traction (humérus).

C : en torsion (humérus). D : en cisaillement (tibia). E : en flexion (radius)

8.3 Os compact :

Il constitue la coque externe et comprend des lamelles concentriques et des ostéons disposés

de façon dense et orienté dans l’axe général de l’os. La disposition en lamelles concentriques

permet d’absorber une partie des forces entre chaque lamelle et ainsi de protéger d’une

fracture complète (fig 18). La disposition très dense de l’os compact permet de supporter

l’essentiel des contraintes axiales soumises à l’os.

Figure 18 : Lors d’un mécanisme de fracture, une partie de l’énergie traumatique est absorbée entre les lamelles

de l’os cortical.

8.4 Os spongieux

Il est plus friable. Il est aussi composé de lamelles et d’ostéons plus éparses, mais parfois

regroupés en trabécules dont l’orientation répond aux contraintes mécaniques qui s’y

exercent. L’os spongieux s’adapte à la fonction de l’os. Ainsi, des dispositions particulières de

ces trabécules sont retrouvées aux épiphyses et métaphyses de façon à diriger les forces

exercées soit d’une surface articulaire vers l’os compact, soit de l’os compact vers la surface

articulaire. Il est ainsi décrit un système trabéculaire classique ogival (par exemple au tibia

proximal) (fig 19). Ces travées peuvent expliquer l’existence d’éperon osseux (par exemple au

fémur proximal) ou l’existence de zone de fragilité intraosseuse (par exemple au col du fémur

ou entre les massifs trochantériens fémoraux expliquant la fréquence des fractures du col du

fémur chez la personne âgée dont l’os est devenue ostéoporotique, c’est à dire moins dense,

ou encore au sein du corps vertébral expliquant la fréquence des tassements vertébraux de la

même personne âgée).

Figure 19 : Schémas montrant les dispositions des trabécules de l’os spongieux. A : au tibia proximal avec un

système ogival classique (P : poids du corps). B : au fémur proximal avec un renforcement cortical médial très

dense et des points de fragilité expliquant les fractures (P : poids du corps et F : traction des muscles fessiers). C :

au sein d’une vertèbre montrant la répartition des trabécules entre le corps vertébral et les processus

articulaires.