Cours d'Ostéologie UNILU 2023-2024

Module d'Ostéologie : Étude Détaillée du Squelette Humain

L'ostéologie est la science qui se consacre à l'étude des os. C'est une branche de l'anatomie qui décrit les différentes pièces osseuses composant le corps humain. Un enseignement approfondi de l'ostéologie exige des connaissances en biologie, chimie, mathématiques et logique pour comprendre la complexité structurelle, fonctionnelle et développementale du squelette.

Objectifs d'Apprentissage en Ostéologie

Il est attendu de l'étudiant qu'il soit capable de :

• Décrire chaque os du squelette humain avec précision.
• Établir les relations anatomiques entre les différents os d'un segment corporel.
• Localiser et identifier les structures spécifiques sur un os (saillie, cavité, orifice, etc.).
• Reconnaître et légender les os sur des schémas, dessins ou images, y compris les parois de l'orbite et des fosses nasales.
• Dessiner un os ou une de ses faces et légender les structures pertinentes.
• Connaître les implications cliniques et médicales associées aux os étudiés, notamment en lien avec des pathologies.

1. Généralités sur les Os

Les os sont des organes durs et blanchâtres qui, reliés entre eux par des articulations, forment le squelette et soutiennent les parties molles du corps des vertébrés.

1.1. Nombre, Taille et Poids des Os

Le squelette humain adulte est habituellement constitué de 206 os, sans compter les petits os sésamoïdes supplémentaires et les os wormiens (petits os situés dans les sutures crâniennes). Si l'on omet les osselets de l'ouïe (marteau, enclume, étrier dans chaque oreille), on compte environ 200 os. Il est important de noter qu'un nouveau-né possède plus de 300 os, car beaucoup d'entre eux fusionnent au cours de la croissance et du développement.

Le squelette pèse en moyenne 17 kg chez l'adulte.

• Le plus long et le plus lourd des os est le fémur, avec une longueur moyenne de 50 cm, bien que des records puissent atteindre 76 cm.
• Le plus petit os est l'étrier (situé dans l'oreille), mesurant environ 3 mm pour un poids de 2 à 4 mg.

1.2. Types de Squelette et Répartition des Os

Le squelette humain est divisé en deux grandes catégories :

• Squelette axial : Il forme l'axe central du corps et comprend :
  • La tête osseuse : 23 os (excluant les osselets de l'ouïe et l'os hyoïde). Les os du crâne incluent le frontal, les pariétaux (2), les temporaux (2), l'ethmoïde, le sphénoïde et l'occipital. La face est composée d'autres os.
  • Le tronc (colonne vertébrale, cage thoracique) : 51 os.
• Squelette appendiculaire : Il correspond aux membres et se fixe sur le squelette axial. Il est symétrique et comprend :
  • Les os des membres supérieurs : 64 os (32 par membre).
  • Les os des membres inférieurs : 62 os (31 par membre, le pied étant une structure complexe avec de nombreux petits os). Le pied seul, comme le montre la Figure 273, est composé d'une multitude d'os agencés de manière complexe.

1.3. Composition Cellulaire des Os

Le tissu osseux est dynamique et constamment renouvelé grâce à l'action coordonnée de trois types de cellules :

• Les ostéocytes : Ce sont les cellules matures du tissu osseux, piégées dans la matrice extracellulaire minéralisée qu'elles ont contribué à former. Elles jouent un rôle clé dans le maintien de la matrice osseuse.
• Les ostéoblastes : Ce sont les cellules responsables de la synthèse de la nouvelle matrice osseuse, composée de fibres de collagène et de substance fondamentale. Elles sont essentielles à la croissance et à la réparation osseuse.
• Les ostéoclastes : Ces grandes cellules multinucléées sont chargées de la résorption de la matrice osseuse vieillissante ou endommagée. Elles libèrent des enzymes et des acides qui dissolvent les composants minéraux et organiques de l'os.

L'équilibre entre l'activité des ostéoblastes (formation) et des ostéoclastes (résorption) assure le remodelage osseux continu et le maintien de l'intégrité du squelette.

1.4. Constitution des Os : Tissu Compact et Tissu Spongieux

Les os sont formés de deux types de tissu osseux distincts :

• Tissu compact (ou cortical) :
  • Localisation : Il forme une couche dense et continue à la périphérie de l'os.
  • Structure : Il est constitué de lamelles osseuses très serrées, organisées en ostéons (systèmes de Havers).
  • Fonction : Il confère à l'os sa solidité et sa résistance aux contraintes mécaniques.
• Tissu spongieux (ou trabéculaire) :
  • Localisation : Il est enveloppé par le tissu compact et se trouve principalement à l'intérieur des épiphyses des os longs et dans la plupart des os plats et courts.
  • Structure : Il est formé de lamelles osseuses organisées en travées (aréoles) qui délimitent des espaces interconnectés. Ces espaces sont remplis de moelle osseuse (rouge ou jaune).
  • Fonction : Il allège l'os tout en lui conférant une résistance aux contraintes venant de différentes directions. Les travées sont orientées selon les lignes de force.

1.5. Le Périoste

Le périoste est une membrane fibreuse blanchâtre et résistante qui recouvre la surface externe de la plupart des os, à l'exception des surfaces articulaires (qui sont recouvertes de cartilage articulaire).

• Adhérence : Il adhère fortement à l'os qu'il gaine.
• Insertion : Autour des surfaces articulaires, le périoste est unit aux capsules articulaires.
• Rôle : Le périoste est crucial pour :
  • La croissance osseuse en épaisseur grâce à sa couche ostéogénique interne qui contient des ostéoblastes.
  • Le développement et la réparation osseuse suite à une fracture en apportant les cellules nécessaires à la formation de nouveau tissu osseux.
  • La vascularisation de l'os car il contient des vaisseaux sanguins qui pénètrent dans l'os.
  • La fixation des tendons et ligaments.

1.6. Composition Chimique des Os

La composition chimique de l'os est essentielle pour ses propriétés mécaniques :

• Substances organiques (20-40%) : Elles confèrent de l'élasticité à l'os.
  • L'osséine est la substance organique essentielle, une protéine (principalement du collagène de type I) qui constitue la matrice sur laquelle se déposent les minéraux. Elle représente environ 1/3 du poids de l'os sec. On l'obtient en déminéralisant l'os avec de l'acide chlorhydrique.
  • Autres composants : élastine, composants biochimiques cellulaires, et lipides du tissu adipeux de la moelle.
• Substances inorganiques (50-70%) : Essentiellement des sels minéraux qui apportent la solidité à l'os. Ils représentent environ 2/3 du poids de l'os sec et peuvent être isolés par calcination.
  • Phosphate de calcium : 80% (sous forme d'hydroxyapatite cristalline).
  • Carbonate de calcium : 14%.
  • Fluorure de calcium : 4%.
  • Phosphates de magnésium et de zinc : Pourcentage restant.
• Eau (5-10%) : Contribue à l'hydratation des tissus et aux échanges métaboliques.

Le calcium est le constituant chimique prépondérant. Une perturbation de son apport ou de son métabolisme (régulé par la calcitonine et la parathormone) a un impact direct sur le squelette.

1.7. Rôle du Squelette

Le squelette remplit plusieurs fonctions vitales :

1. Soutien : Il constitue la charpente rigide du corps, supportant les tissus mous et les organes.
2. Protection : Il protège les organes vitaux et les structures délicates :
   • Le crâne protège l'encéphale.
   • La colonne vertébrale protège la moelle épinière.
   • La cage thoracique protège le cœur et les poumons.
   • La ceinture pelvienne protège les organes abdominopelviens.
3. Mouvement : Les os servent de leviers auxquels s'attachent les muscles. La contraction musculaire induit un mouvement articulaire.
4. Hématopoïèse : La moelle osseuse rouge, située dans le tissu spongieux, est le site principal de production des cellules sanguines (globules rouges, globules blancs et plaquettes).
5. Stockage de substances minérales et d'énergie :
   • Les os sont un réservoir majeur de calcium (Ca) et de phosphore (P). Ils stockent également du magnésium (Mg), du zinc (Zn) et du fluor (F) en plus faibles quantités.
   • Les lipides stockés dans les cellules adipeuses de la moelle osseuse jaune représentent une importante réserve énergétique.

1.8. Développement et Croissance des Os (Ostéogenèse)

L'ostéogenèse est le processus de formation du tissu osseux. Il existe deux principaux modes d'ossification :

• Ossification enchondrale (ou endochondrale) : C'est le processus le plus fréquent, où l'os est précédé d'une ébauche cartilagineuse.
  • Déroulement : Chez l'embryon, les cellules conjonctives se transforment en chondrocytes, formant une ébauche cartilagineuse. L'ossification de cette ébauche se fait en plusieurs étapes :
    1. Des vaisseaux sanguins envahissent l'ébauche cartilagineuse, accompagnés d'ostéoclastes qui résorbent le cartilage.
    2. Des ostéoblastes se déposent dans les zones de résorption et élaborent la substance fondamentale osseuse définitive.
  • Points d'ossification : Cette ossification débute en des points spécifiques :
    • Pour les os longs, il y a un point d'ossification diaphysaire (primitif ou principal) au centre de la diaphyse.
    • Un ou plusieurs points d'ossification épiphysaires (secondaires ou complémentaires) apparaissent dans les épiphyses.
  • Cartilages de conjugaison : Entre la diaphyse et l'épiphyse des os longs, persiste une zone de cartilage appelée cartilage de conjugaison (ou plaque épiphysaire). Ce cartilage permet l'allongement de l'os long grâce à la prolifération des chondrocytes et à leur remplacement progressif par du tissu osseux. Ce cartilage persiste jusqu'à ce que l'os ait atteint sa longueur adulte. La fusion des points d'ossification diaphysaire et épiphysaire vers 18-25 ans marque l'arrêt de la croissance en longueur.
• Ossification membraneuse (ou fibreuse ou intramembraneuse) : L'os se forme directement à partir de membranes de tissu conjonctif, sans passer par un stade cartilagineux. Ce mode est caractéristique des os plats du crâne et de la clavicule.

1.9. Accroissement en Épaisseur des Os

L'accroissement en épaisseur (ou largeur) des os est principalement assuré par le périoste.

• Processus : La couche profonde du périoste, riche en ostéoblastes, élabore de nouvelles couches d'os qui s'apposent les unes sur les autres à la surface externe de la diaphyse.
• Remodelage : Simultanément, au centre de la diaphyse, des ostéoclastes résorbent le tissu osseux, formant et agrandissant le canal médullaire. Ce double processus d'apposition et de résorption permet l'augmentation du diamètre de l'os sans excès de poids.

1.10. Vascularisation des Os

La nutrition complexe de l'os est assurée par plusieurs sources vasculaires :

• L'artère nourricière : C'est la principale artère de l'os long. Elle traverse la corticale par le trou nourricier et se ramifie dans la moelle osseuse. Ses branches vascularisent la moelle, la partie interne de la corticale diaphysaire et les métaphyses.
• Les vaisseaux métaphysaires : Ils naissent de l'artère nourricière et d'artères musculaires environnantes. Chez l'enfant, ils ne s'anastomosent pas avec les vaisseaux épiphysaires tant que le cartilage de conjugaison est présent, ce qui rend cette zone vulnérable aux infections. À l'âge adulte, après la fusion des cartilages de croissance, des anastomoses se forment.
• Les vaisseaux périostés : Ils forment un réseau capillaire dense dans le périoste. Leurs branches pénètrent la diaphyse par les canaux de Volkmann et vascularisent la plus grande partie de la corticale externe.
• Les vaisseaux épiphysaires : Ils proviennent du cercle artériel péricapsulaire (entourant l'articulation). Ils sont largement anastomosés entre eux, ce qui explique que les ostéites épiphysaires sont souvent diffuses plutôt que localisées.
• Les capillaires artériels : Ils se continuent par des sinusoïdes veineux très larges, formant de véritables lacs sanguins, ce qui ralentit la circulation sanguine dans l'os.

2. Le Cartilage

Le cartilage est un tissu conjonctif spécialisé, lisse et non vascularisé (avasculaire) et non innervé, qui joue un rôle crucial dans le soutien et la fonction articulaire. Il est composé de cellules appelées chondrocytes, logées dans des cavités appelées chondroplastes, au sein d'une matrice extracellulaire riche en glycosaminoglycanes et en collagène. Les chondrocytes reçoivent leurs nutriments par diffusion à partir des tissus environnants.

2.1. Types de Cartilage

Il existe trois principaux types de cartilage, différenciés par la proportion de leurs constituants :

1. Le cartilage hyalin (ou cartilage articulaire) :
   • Localisation : Il recouvre les extrémités des os longs dans les articulations mobiles (ex: genou), les côtes, le nez, la trachée.
   • Composition de la matrice : 60 à 85% d'eau, collagène de type II, protéoglycanes (aggrécan), protéines (COMP, CPL, biglycan, fibronectine, fibromoduline, décorine), et acide hyaluronique.
   • Rôle : Il distribue les charges et assure la lubrification des zones de contact entre les os, permettant un mouvement articulaire fluide et sans friction.
   • Chondrocytes : Ils ne représentent que 2 à 10% du volume et sont responsables de l'homéostasie du cartilage, synthétisant le collagène, les protéoglycanes et l'acide hyaluronique.
2. Le fibrocartilage :
   • Localisation : Il est présent dans des structures soumises à de fortes contraintes mécaniques, comme les ménisques du genou, les disques intervertébraux, la symphyse pubienne, et l'insertion de certains tendons.
   • Structure : Il contient une forte proportion de fibres de collagène (majoritairement de type I) organisées en faisceaux parallèles, ce qui lui confère une grande résistance à la traction et à la compression.
3. Le cartilage élastique :
   • Localisation : On le trouve dans des structures nécessitant flexibilité et élasticité, comme l'oreille externe (pavillon), les trompes auditives (trompes d'Eustache), l'épiglotte et certaines parties du larynx.
   • Structure : Il contient de nombreuses fibres élastiques en plus du collagène, lui permettant de se déformer et de reprendre sa forme initiale.

3. Étude Systématique des Os du Squelette Humain

Cette partie se concentre sur la description détaillée des os, segment par segment, en se basant sur la subdivision du squelette en axial et appendiculaire.

3.1. Le Squelette des Membres (Squelette Appendiculaire)

Le squelette appendiculaire est composé des os des membres supérieurs et inférieurs, reliés au squelette axial par des ceintures osseuses.

3.1.1. Ceinture Scapulaire (Membre Supérieur)

La ceinture scapulaire assure la liaison entre le membre supérieur et le tronc. Elle est formée de deux os principaux :

• La clavicule
• L'omoplate (ou scapula)

3.1.2. La Clavicule

La clavicule est un os long, situé à la partie antéro-supérieure du thorax, horizontalement.

• Forme : Elle a la forme d'un S italique, présentant deux courbures : une courbure interne convexe vers l'avant et une courbure externe convexe vers l'arrière.
• Description détaillée :
  • Face supérieure : Convexe et lisse en dedans, plane en dehors. Elle présente des rugosités pour l'insertion de muscles : sterno-cléido-mastoïdien et grand pectoral en dedans ; deltoïde en dehors et en avant ; trapèze en dehors et en arrière.
  • Face inférieure : Creusée d'une dépression allongée appelée gouttière du muscle subclavier, où s'insère ce muscle.
    • À l'extrémité interne : Une surface rugueuse, la tubérosité costale, pour l'attache du ligament costo-claviculaire.
    • Près de l'extrémité externe : La tubérosité coracoïde pour l'insertion des ligaments trapézoïde et conoïde (ligaments coraco-claviculaires).
  • Bord antérieur : Donne insertion au muscle deltoïde en dehors et au grand pectoral en dedans. L'aponévrose clavi-pectorale superficielle s'y insère sur toute sa longueur.
  • Bord postérieur : Donne insertion au muscle trapèze en dehors (avec la saillie du tubercule conoïde). Son segment moyen est en rapport avec la veine sous-clavière. Le muscle sterno-cléido-hyoïdien et l'aponévrose clavi-pectorale moyenne s'y attachent également.
  • Extrémité externe (acromiale) : Aplatie de haut en bas, elle possède une facette articulaire elliptique destinée à s'articuler avec l'acromion de l'omoplate.
  • Extrémité interne (sternale) : C'est la partie la plus volumineuse. Elle porte une facette triangulaire qui s'articule avec le sternum et la première côte. Au-dessus et en arrière de cette surface articulaire, une zone rugueuse permet l'insertion du fibrocartilage et des ligaments sterno-claviculaires.

3.1.3. L'Omoplate (Scapula)

L'omoplate est un os plat, large et triangulaire, appliqué sur la partie postéro-latérale et supérieure du thorax, généralement de la 2ᵉ à la 7ᵉ côte. Elle possède deux faces, trois bords et trois angles.

• Face antérieure (ou costale) :
  • Description : Elle est excavée et forme la fosse subscapulaire, où s'insère le muscle subscapulaire.
• Face postérieure (ou dorsale) :
  • Description : Elle est divisée en deux fosses par une saillie osseuse majeure, l'épine de l'omoplate.
    • Au-dessus de l'épine : La fosse supra-épineuse, où s'insère le muscle supra-épineux.
    • Au-dessous de l'épine : La fosse infra-épineuse, où s'insère le muscle infra-épineux.
• Épine de l'omoplate :
  • Description : C'est une lame osseuse triangulaire implantée obliquement sur la face postérieure de l'omoplate.
  • Faces : Ses deux faces (supérieure et inférieure) contribuent à former les fosses supra- et infra-épineuses.
  • Continuité : Latéralement, l'épine se continue par une apophyse large et aplatie, l'acromion.
  • Bords : L'épine présente trois bords :
    • Bord antérieur : Il s'unit à la surface de l'omoplate.
    • Bord externe : Concave et lisse, il se continue avec la face inférieure de l'acromion.
    • Bord postérieur : Épais et rugueux, palpable sous la peau.
• L'Acromion :
  • Description : Il est l'extension latérale de l'épine de l'omoplate, formant le sommet de l'épaule.
  • Faces :
    • Face supérieure : Rugueuse, elle prolonge le bord postérieur de l'épine.
    • Face inférieure : Concave et lisse.
  • Bord médial : Il présente une facette pour l'articulation avec la clavicule.
• Bords de l'Omoplate :
  • Bord interne (ou spinal ou médial) : Dessine un angle dont le sommet est l'extrémité interne de l'omoplate. Il donne insertion aux muscles angulaire, rhomboïdes (petit et grand) et grand dentelé.
  • Bord externe (ou axillaire ou latéral) : Le long de ce bord s'insèrent la longue portion du triceps brachial, le petit rond et le grand rond.
  • Bord supérieur : Il se termine latéralement par l'échancrure supra-scapulaire (ou coracoïdienne), où passe le nerf supra-scapulaire. En dehors de cette échancrure, on trouve une forte apophyse, l'apophyse coracoïde, qui donne insertion à plusieurs muscles (petit pectoral, coraco-brachial, chef court du biceps brachial) et ligaments. Ce bord donne également insertion au muscle omo-hyoïdien.
• Angles de l'Omoplate :
  • Angle supérieur : Situé à la jonction des bords supérieur et interne.
  • Angle inférieur : Situé à la jonction des bords interne et externe. Il donne insertion au petit faisceau du grand dorsal.
  • Angle externe (ou antérieur) : Il est occupé par une dépression articulaire, la cavité glénoïde, qui s'articule avec la tête de l'humérus. Au-dessus de cette cavité se trouve la tubérosité supra-glénoïdienne, sur laquelle se fixe la longue portion du biceps brachial.

3.1.4. Le Bras

Le squelette du bras est composé d'un unique os : l'humérus.

• Description générale : L'humérus est un os long, s'articulant en haut avec l'omoplate au niveau de la cavité glénoïde, et en bas avec le radius et l'ulna (cubitus) pour former l'articulation du coude.
• Extrémité supérieure : Elle est composée de la tête humérale (arrondie, s'articule avec la glène), du col anatomique, des tubercules majeur (trochiter) et mineur (trochin) pour les insertions musculaires, et du col chirurgical (zone de fracture fréquente).
• Diaphyse : Corps de l'humérus, triangulaire en coupe transversale proximale, arrondi distalement. Présente le sillon du nerf radial (sillon de torsion).
• Extrémité inférieure : Aplanit d'avant en arrière, elle est constituée de la trochlée (articulation avec l'ulna), du capitulum (articulation avec le radius), des épicondyles médial et latéral pour les insertions musculaires.

3.2. Le Squelette du Tronc

Le squelette du tronc englobe la colonne vertébrale, le sternum et les côtes, formant une structure de soutien et de protection essentielle.

3.3. Les Os de la Tête

Les os de la tête se divisent en os du crâne et os de la face, ayant des fonctions de protection cérébrale et de support des organes sensoriels et de la mastication.

Références Bibliographiques

Plusieurs ouvrages de référence sont utilisés pour l'étude de l'ostéologie, offrant des descriptions descriptives, topographiques et fonctionnelles :

• Kamina, Anatomie Générale • Membres, Tome 1 (4ᵉ édition).
• Kamina, Tête • Cou • Dos, Tome 2 (3ᵉ édition).
• Rouvière H., Delmas A., Anatomie Humaine Descriptive, Topographique et Fonctionnelle :
  • Tome 1. Tête et Cou (12e et 14e éditions).
  • Tome 2. Tronc (14e édition).
  • Tome 3. Membres, Système Nerveux Central (11e édition).
  • Tome 5. Membres, Système Nerveux Central (14e édition).

Implications Cliniques des Pathologies Osseuses et Cartilagineuses

La compréhension des propriétés chimiques et des mécanismes de développement des os est cruciale pour appréhender diverses pathologies :

• Ostéoporose : Affection caractérisée par une diminution de la densité osseuse et une détérioration de la microarchitecture osseuse, rendant les os plus fragiles et sujets aux fractures. Elle est souvent liée à un déséquilibre entre l'activité des ostéoblastes et des ostéoclastes, ou à des carences en calcium.
• Ostéomalacie (chez l'adulte) et Rachitisme (chez l'enfant) : Maladies caractérisées par une minéralisation insuffisante de la matrice osseuse, généralement due à un déficit en vitamine D ou un trouble du métabolisme du calcium et du phosphore. Les os deviennent mous et déformables.
• Fractures osseuses : Les traumatismes peuvent entraîner des ruptures de la continuité de l'os. Le mécanisme de réparation implique une séquence complexe impliquant le périoste, les ostéoblastes et les ostéoclastes.
• Arthrose : Maladie dégénérative des articulations caractérisée par la détérioration progressive du cartilage articulaire. Elle entraîne douleur, raideur et limitation fonctionnelle.
• Ostéites : Infections de l'os, souvent bactériennes, pouvant être aiguës ou chroniques. Leur traitement est complexe à cause de la faible vascularisation de l'os et de la difficulté des antibiotiques à pénétrer le tissu osseux.

Récapitulatif des Points Clés

Le squelette humain est une structure complexe et dynamique, essentielle au soutien, à la protection, au mouvement, à l'hématopoïèse et au stockage minéral. Sa composition de tissus compact et spongieux, ainsi que l'activité équilibrée des ostéoblastes et ostéoclastes, garantissent sa solidité et sa capacité de remodelage. Le cartilage, malgré son absence de vascularisation, joue un rôle vital dans la fonction articulaire. La vascularisation osseuse assure sa nutrition, tandis que l'ossification enchondrale et membraneuse gère sa formation et sa croissance. La connaissance détaillée de chaque os et de leurs interactions est fondamentale pour comprendre l'anatomie fonctionnelle et les pathologies du système musculo-squelettique.