38.1 : Types de systèmes squelettiques
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Compétences à développer
- Discutez des différents types de systèmes squelettiques
- Expliquer le rôle du système squelettique humain
- Comparez et opposez différents systèmes squelettiques
Un système squelettique est nécessaire pour soutenir le corps, protéger les organes internes et permettre le mouvement d'un organisme. Il existe trois modèles de squelette différents qui remplissent ces fonctions : squelette hydrostatique, exosquelette et endosquelette.
Squelette hydrostatique
Un squelette hydrostatique est un squelette formé par un compartiment rempli de liquide à l'intérieur du corps, appelé coelom. Les organes du coelom sont soutenus par le fluide aqueux, qui résiste également à la compression externe. Ce compartiment est soumis à une pression hydrostatique à cause du liquide et soutient les autres organes de l'organisme. Ce type de système squelettique se retrouve chez les animaux à corps mou tels que les anémones de mer, les vers de terre, les cnidaires et d'autres invertébrés (Figure\(\PageIndex{1}\)).
Le mouvement d'un squelette hydrostatique est assuré par les muscles qui entourent le coelom. Les muscles d'un squelette hydrostatique se contractent pour modifier la forme du coelom ; la pression du fluide dans le coelom produit du mouvement. Par exemple, les vers de terre se déplacent par vagues de contractions musculaires du muscle squelettique du squelette hydrostatique de la paroi corporelle, appelées péristaltisme, qui raccourcissent et allongent alternativement le corps. L'allongement du corps étend l'extrémité antérieure de l'organisme. La plupart des organismes possèdent un mécanisme qui leur permet de se fixer dans le substrat. Le raccourcissement des muscles entraîne ensuite la partie postérieure du corps vers l'avant. Bien qu'un squelette hydrostatique soit bien adapté aux organismes invertébrés tels que les vers de terre et certains organismes aquatiques, il ne s'agit pas d'un squelette efficace pour les animaux terrestres.
Exosquelette
Un exosquelette est un squelette externe constitué d'une enveloppe dure à la surface d'un organisme. Par exemple, les carapaces de crabes et d'insectes sont des exosquelettes (Figure\(\PageIndex{2}\)). Ce type de squelette fournit une défense contre les prédateurs, soutient le corps et permet des mouvements grâce à la contraction des muscles attachés. Comme chez les vertébrés, les muscles doivent traverser une articulation à l'intérieur de l'exosquelette. Le raccourcissement du muscle modifie la relation entre les deux segments de l'exosquelette. Les arthropodes tels que les crabes et les homards possèdent des exosquelettes composés de 30 à 50 % de chitine, un polysaccharide dérivé du glucose qui est un matériau solide mais flexible. La chitine est sécrétée par les cellules épidermiques. L'exosquelette est encore renforcé par l'ajout de carbonate de calcium dans des organismes tels que le homard. Comme l'exosquelette est acellulaire, les arthropodes doivent périodiquement perdre leur exosquelette car l'exosquelette ne se développe pas au fur et à mesure de la croissance de l'organisme.
Endosquelette
Un endosquelette est un squelette constitué de structures dures et minéralisées situées dans les tissus mous des organismes. Les spicules d'éponges sont un exemple de structure endosquelettique primitive. Les os des vertébrés sont composés de tissus, alors que les éponges n'ont pas de véritables tissus (Figure\(\PageIndex{1}\)). Les endosquelettes soutiennent le corps, protègent les organes internes et permettent le mouvement grâce à la contraction des muscles attachés au squelette.
Le squelette humain est un endosquelette composé de 206 os chez l'adulte. Il a cinq fonctions principales : fournir un soutien à l'organisme, stocker les minéraux et les lipides, produire des cellules sanguines, protéger les organes internes et permettre les mouvements. Le système squelettique des vertébrés est divisé en un squelette axial (composé du crâne, de la colonne vertébrale et de la cage thoracique) et un squelette appendiculaire (composé des épaules, des os des membres, de la ceinture pectorale et de la ceinture pelvienne).
Squelette axial humain
Le squelette axial forme l'axe central du corps et comprend les os du crâne, les osselets de l'oreille moyenne, l'os hyoïde de la gorge, la colonne vertébrale et la cage thoracique (cage thoracique) (Figure\(\PageIndex{1}\)). Le squelette axial a pour fonction de soutenir et de protéger le cerveau, la moelle épinière et les organes de la cavité ventrale. Il fournit une surface pour la fixation des muscles qui déplacent la tête, le cou et le tronc, effectue des mouvements respiratoires et stabilise certaines parties du squelette appendiculaire.
Le crâne
Les os du crâne soutiennent les structures du visage et protègent le cerveau. Le crâne se compose de 22 os, qui sont divisés en deux catégories : les os crâniens et les os du visage. Les os crâniens sont composés de huit os qui forment la cavité crânienne, qui entoure le cerveau et sert de site de fixation aux muscles de la tête et du cou. Les huit os crâniens sont l'os frontal, deux os pariétaux, deux os temporaux, l'os occipital, l'os sphénoïde et l'os ethmoïde. Bien que les os se soient développés séparément chez l'embryon et le fœtus, chez l'adulte, ils sont étroitement liés au tissu conjonctif et les os adjacents ne bougent pas (Figure\(\PageIndex{5}\)).
Les osselets auditifs de l'oreille moyenne transmettent les sons de l'air sous forme de vibrations à la cochlée remplie de liquide. Les osselets auditifs se composent de six os : deux os de malléus, deux incus et deux étriers de chaque côté. Ce sont les plus petits os du corps et sont uniques aux mammifères.
Quatorze os faciaux forment le visage, créent des cavités pour les organes sensoriels (yeux, bouche et nez), protègent les entrées des voies digestives et respiratoires et servent de points d'attache aux muscles du visage. Les 14 os du visage sont les os nasaux, les os maxillaires, les os zygomatiques, les os palatin, vomer, lacrymal, les conques nasales inférieures et la mandibule. Tous ces os se présentent par paires, à l'exception de la mandibule et du vomer (Figure\(\PageIndex{6}\)).
Bien qu'il ne se trouve pas dans le crâne, l'os hyoïde est considéré comme un composant du squelette axial. L'os hyoïde se trouve sous la mandibule, à l'avant du cou. Il agit comme une base mobile pour la langue et est relié aux muscles de la mâchoire, du larynx et de la langue. La mandibule s'articule avec la base du crâne. La mandibule contrôle l'ouverture des voies respiratoires et de l'intestin. Chez les animaux qui ont des dents, la mandibule met la surface des dents en contact avec les dents maxillaires.
La colonne vertébrale
La colonne vertébrale, ou colonne vertébrale, entoure et protège la moelle épinière, soutient la tête et sert de point d'attache pour les côtes et les muscles du dos et du cou. La colonne vertébrale adulte comprend 26 os : les 24 vertèbres, le sacrum et les os du coccyx. Chez l'adulte, le sacrum est généralement composé de cinq vertèbres qui fusionnent en une seule. Le coccyx est généralement composé de 3 à 4 vertèbres qui fusionnent en une seule. Vers l'âge de 70 ans, le sacrum et le coccyx peuvent fusionner. Nous commençons notre vie avec environ 33 vertèbres, mais au fur et à mesure que nous grandissons, plusieurs vertèbres fusionnent. Les vertèbres adultes sont ensuite divisées en 7 vertèbres cervicales, 12 vertèbres thoraciques et 5 vertèbres lombaires (Figure\(\PageIndex{7}\)).
Chaque corps vertébral possède un grand trou au centre par lequel passent les nerfs de la moelle épinière. Il y a également une encoche de chaque côté par laquelle les nerfs spinaux, qui desservent le corps à ce niveau, peuvent sortir de la moelle épinière. La colonne vertébrale mesure environ 71 cm (28 pouces) chez les hommes adultes et est incurvée, visible de côté. Les noms des courbes de la colonne vertébrale correspondent à la région de la colonne vertébrale dans laquelle elles apparaissent. Les courbes thoracique et sacrée sont concaves (courbées vers l'intérieur par rapport à l'avant du corps) et les courbes cervicales et lombaires sont convexes (courbées vers l'extérieur par rapport à l'avant du corps). La courbure cintrée de la colonne vertébrale augmente sa résistance et sa flexibilité, ce qui lui permet d'absorber les chocs comme un ressort (Figure\(\PageIndex{7}\)).
Des disques intervertébraux composés de cartilage fibreux se situent entre les corps vertébraux adjacents, de la deuxième vertèbre cervicale au sacrum. Chaque disque fait partie d'une articulation qui permet un certain mouvement de la colonne vertébrale et agit comme un coussin pour absorber les chocs causés par des mouvements tels que la marche et la course. Les disques intervertébraux agissent également comme des ligaments pour lier les vertèbres entre elles. La partie interne des disques, le noyau pulpeux, durcit avec l'âge et devient moins élastique. Cette perte d'élasticité diminue sa capacité à absorber les chocs.
La cage thoracique
La cage thoracique, également appelée cage thoracique, est le squelette de la poitrine et comprend les côtes, le sternum, les vertèbres thoraciques et les cartilages costaux (Figure\(\PageIndex{8}\) .8). La cage thoracique entoure et protège les organes de la cavité thoracique, y compris le cœur et les poumons. Il soutient également les ceintures scapulaires et les membres supérieurs et sert de point d'attache pour le diaphragme, les muscles du dos, de la poitrine, du cou et des épaules. Les modifications du volume du thorax permettent de respirer.
Le sternum, ou sternum, est un os long et plat situé à l'avant de la poitrine. Il est formé de trois os qui fusionnent chez l'adulte. Les côtes sont constituées de 12 paires d'os longs et incurvés qui se fixent aux vertèbres thoraciques et se courbent vers l'avant du corps, formant la cage thoracique. Les cartilages costaux relient les extrémités antérieures des côtes au sternum, à l'exception des paires de côtes 11 et 12, qui sont des côtes flottantes.
Squelette appendiculaire humain
Le squelette appendiculaire est composé des os des membres supérieurs (qui ont pour fonction de saisir et de manipuler des objets) et des membres inférieurs (qui permettent la locomotion). Elle comprend également la ceinture pectorale, ou ceinture scapulaire, qui attache les membres supérieurs au corps, et la ceinture pelvienne qui attache les membres inférieurs au corps (Figure\(\PageIndex{9}\)).
La ceinture pectorale
Les os de la ceinture pectorale constituent les points d'attache des membres supérieurs au squelette axial. La ceinture pectorale humaine est constituée de la clavicule (ou clavicule) dans la partie antérieure et de l'omoplate (ou omoplate) dans la partie postérieure (Figure\(\PageIndex{10}\)).
Les clavicules sont des os en forme de S qui positionnent les bras sur le corps. Les clavicules s'étendent horizontalement à l'avant du thorax (poitrine), juste au-dessus de la première côte. Ces os sont assez fragiles et sont sujets aux fractures. Par exemple, une chute avec les bras tendus provoque la transmission de la force aux clavicules, qui peuvent se briser si la force est excessive. La clavicule s'articule avec le sternum et l'omoplate.
Les omoplates sont des os plats et triangulaires situés à l'arrière de la ceinture pectorale. Ils soutiennent les muscles qui traversent l'articulation de l'épaule. Une crête, appelée colonne vertébrale, traverse l'arrière de l'omoplate et peut être facilement ressentie à travers la peau (Figure\(\PageIndex{10}\)). La colonne vertébrale de l'omoplate est un bon exemple de protubérance osseuse qui facilite la fixation d'une large zone de fixation des muscles aux os.
Le membre supérieur
Le membre supérieur contient 30 os répartis dans trois régions : le bras (de l'épaule au coude), l'avant-bras (cubitus et radius), et le poignet et la main (Figure\(\PageIndex{11}\)).
Une articulation est un endroit où deux os sont joints. L'humérus est l'os le plus gros et le plus long du membre supérieur et le seul os du bras. Il s'articule avec l'omoplate au niveau de l'épaule et avec l'avant-bras au niveau du coude. L'avant-bras s'étend du coude au poignet et se compose de deux os : le cubitus et le radius. Le radius est situé le long du côté latéral (pouce) de l'avant-bras et s'articule avec l'humérus au niveau du coude. Le cubitus est situé sur la face médiale (côté petit doigt) de l'avant-bras. Il est plus long que le rayon. Le cubitus s'articule avec l'humérus au niveau du coude. Le radius et le cubitus s'articulent également avec les os carpiens et entre eux, ce qui, chez les vertébrés, permet un degré variable de rotation du carpe par rapport à l'axe longitudinal du membre. La main comprend les huit os du carpe (poignet), les cinq os du métacarpe (paume) et les 14 os des phalanges (doigts). Chaque chiffre est composé de trois phalanges, à l'exception du pouce, lorsqu'il est présent, qui n'en a que deux.
La ceinture pelvienne
La ceinture pelvienne se fixe aux membres inférieurs du squelette axial. Parce qu'elle est chargée de supporter le poids du corps et de se déplacer, la ceinture pelvienne est solidement fixée au squelette axial par de solides ligaments. Il possède également des alvéoles profondes avec des ligaments robustes pour fixer solidement le fémur au corps. La ceinture pelvienne est encore renforcée par deux gros os de la hanche. Chez l'adulte, les os de la hanche, ou os coxaux, sont formés par la fusion de trois paires d'os : l'ilium, l'ischion et le pubis. Le bassin se joint à la partie antérieure du corps au niveau d'une articulation appelée symphyse pubienne et aux os du sacrum situés à la partie postérieure du corps.
Le bassin de la femme est légèrement différent du bassin de l'homme. Au fil des générations, les femelles ayant un angle pubien plus large et un canal pelvien de plus grand diamètre se sont reproduites avec plus de succès. Par conséquent, leur progéniture avait également une anatomie pelvienne qui permettait un accouchement réussi (Figure\(\PageIndex{12}\)).
Le membre inférieur
Le membre inférieur comprend la cuisse, la jambe et le pied. Les os du membre inférieur sont le fémur (os de la cuisse), la rotule (rotule), le tibia et le péroné (os de la jambe), les tarses (os de la cheville), les métatarsiens et les phalanges (os du pied) (Figure\(\PageIndex{13}\)). Les os des membres inférieurs sont plus épais et plus solides que ceux des membres supérieurs en raison de la nécessité de supporter tout le poids du corps et les forces de locomotion qui en résultent. En plus de leur aptitude évolutive, les os d'un individu réagiront aux forces qui s'exercent sur lui.
Le fémur, ou fémur, est l'os le plus long, le plus lourd et le plus solide du corps. Le fémur et le bassin forment l'articulation de la hanche à l'extrémité proximale. À l'extrémité distale, le fémur, le tibia et la rotule forment l'articulation du genou. La rotule, ou rotule, est un os triangulaire situé en avant de l'articulation du genou. La rotule est encastrée dans le tendon des extenseurs fémoraux (quadriceps). Il améliore l'extension du genou en réduisant les frottements. Le tibia, ou tibia, est un gros os de la jambe situé directement sous le genou. Le tibia s'articule avec le fémur à son extrémité proximale, avec le péroné et les os du tarse à son extrémité distale. C'est le deuxième plus gros os du corps humain et il est responsable de la transmission du poids du corps du fémur au pied. Le péroné, ou os du mollet, est parallèle au tibia et s'articule avec lui. Il ne s'articule pas avec le fémur et ne supporte pas de poids. Le péroné sert de site de fixation musculaire et forme la partie latérale de l'articulation de la cheville.
Les tarses sont les sept os de la cheville. La cheville transmet le poids du corps du tibia et du péroné au pied. Les métatarsiens sont les cinq os du pied. Les phalanges sont les 14 os des orteils. Chaque orteil est composé de trois phalanges, à l'exception du gros orteil qui n'en a que deux (Figure\(\PageIndex{14}\)). Des variations existent chez d'autres espèces ; par exemple, les métacarpiens et les métatarsiens du cheval sont orientés verticalement et n'entrent pas en contact avec le substrat.
Evolution Connection : évolution de la conception corporelle pour la locomotion sur terre
La transition des vertébrés vers la terre ferme a nécessité un certain nombre de modifications de la conception corporelle, car les déplacements sur terre présentent un certain nombre de défis pour les animaux qui sont adaptés aux mouvements dans l'eau. La flottabilité de l'eau fournit une certaine portance, et les ondulations latérales de l'ensemble du corps constituent une forme courante de mouvement chez les poissons. Ce mouvement de va-et-vient pousse le corps contre l'eau, créant ainsi un mouvement vers l'avant. Chez la plupart des poissons, les muscles des nageoires appariées se fixent aux ceintures du corps, ce qui permet un certain contrôle de la locomotion. Lorsque certains poissons ont commencé à se déplacer vers la terre ferme, ils ont conservé leur forme de locomotion latérale ondulée (anguilliforme). Cependant, au lieu de pousser contre l'eau, leurs nageoires ou leurs nageoires sont devenues des points de contact avec le sol, autour desquels ils ont fait pivoter leur corps.
En raison de l'effet de la gravité et du manque de flottabilité sur terre, le poids corporel a été suspendu sur les membres, ce qui a entraîné un renforcement et une ossification accrus des membres. L'effet de la gravité a également nécessité des modifications du squelette axial. Les ondulations latérales des colonnes vertébrales des animaux terrestres provoquent une tension de torsion. Une colonne vertébrale plus ferme et plus ossifiée est devenue courante chez les tétrapodes terrestres, car elle réduit la tension tout en fournissant la force nécessaire pour supporter le poids du corps. Dans les tétrapodes ultérieurs, les vertèbres ont commencé à permettre un mouvement vertical plutôt qu'une flexion latérale. Une autre modification du squelette axial a été la perte d'un attachement direct entre la ceinture pectorale et la tête. Cela a permis de réduire les secousses à la tête causées par l'impact des membres sur le sol. Les vertèbres du cou ont également évolué pour permettre le mouvement de la tête indépendamment du corps.
Le squelette appendiculaire des animaux terrestres est également différent de celui des animaux aquatiques. Les épaules se fixent à la ceinture pectorale par l'intermédiaire des muscles et du tissu conjonctif, réduisant ainsi les secousses du crâne. En raison d'une colonne vertébrale latérale ondulée, chez les premiers tétrapodes, les membres étaient écartés sur le côté et le mouvement s'effectuait en effectuant des « pompes ». Les vertèbres de ces animaux devaient se déplacer côte à côte de la même manière que les poissons et les reptiles. Ce type de mouvement nécessite de gros muscles pour déplacer les membres vers la ligne médiane ; c'était presque comme marcher en faisant des pompes, et ce n'est pas une utilisation efficace de l'énergie. Plus tard, les membres des tétrapodes sont placés sous leur corps, de sorte que chaque foulée nécessite moins de force pour avancer. Cela a entraîné une diminution de la taille des muscles adducteurs et une augmentation de l'amplitude des mouvements des omoplates. Cela limite également le mouvement principalement à un plan, créant un mouvement vers l'avant plutôt que de déplacer les membres vers le haut et vers l'avant. Le fémur et l'humérus ont également été pivotés, de sorte que les extrémités des membres et des doigts soient pointées vers l'avant, dans le sens du mouvement, plutôt que vers l'extérieur vers le côté. En les plaçant sous le corps, les membres peuvent se balancer vers l'avant comme un pendule pour produire une foulée plus efficace sur la terre ferme.
Résumé
Les trois types de modèles de squelettes sont les squelettes hydrostatiques, les exosquelettes et les endosquelettes. Un squelette hydrostatique est formé par un compartiment rempli de liquide maintenu sous pression hydrostatique ; le mouvement est créé par les muscles qui exercent une pression sur le liquide. Un exosquelette est un squelette externe dur qui protège la surface extérieure d'un organisme et permet le mouvement à travers les muscles attachés à l'intérieur. Un endosquelette est un squelette interne composé de tissu dur et minéralisé qui permet également le mouvement en s'attachant aux muscles. Le squelette humain est un endosquelette composé du squelette axial et du squelette appendiculaire. Le squelette axial est composé des os du crâne, des osselets de l'oreille, de l'os hyoïde, de la colonne vertébrale et de la cage thoracique. Le crâne est composé de huit os crâniens et de 14 os faciaux. Six os constituent les osselets de l'oreille moyenne, tandis que l'os hyoïde est situé dans le cou, sous la mandibule. La colonne vertébrale contient 26 os et entoure et protège la moelle épinière. La cage thoracique comprend le sternum, les côtes, les vertèbres thoraciques et les cartilages costaux. Le squelette appendiculaire est composé des membres supérieurs et inférieurs. La ceinture pectorale est composée des clavicules et des omoplates. Le membre supérieur contient 30 os du bras, de l'avant-bras et de la main. La ceinture pelvienne attache les membres inférieurs au squelette axial. Le membre inférieur comprend les os de la cuisse, de la jambe et du pied.
Lexique
- squelette appendiculaire
- composé des os des membres supérieurs, qui ont pour fonction de saisir et de manipuler des objets, et des membres inférieurs, qui permettent la locomotion
- articulation
- tout endroit où deux os sont joints
- osselet auditif
- (également, oreille moyenne) transforme les sons de l'air en vibrations dans la cochlée remplie de liquide
- squelette axial
- forme l'axe central du corps et comprend les os du crâne, les osselets de l'oreille moyenne, l'os hyoïde de la gorge, la colonne vertébrale et la cage thoracique (cage thoracique)
- carpe
- huit os qui composent le poignet
- clavicule
- Os en forme de S qui positionne les bras latéralement
- os coxal
- os de la hanche
- os crânien
- l'un des huit os qui forment la cavité crânienne qui entoure le cerveau et sert de site de fixation aux muscles de la tête et du cou
- endosquelette
- squelette de cellules vivantes qui produisent un tissu dur minéralisé situé dans les tissus mous des organismes
- exosquelette
- un squelette externe d'un produit cellulaire sécrété qui consiste en une enveloppe dure à la surface d'un organisme
- os du visage
- l'un des 14 os qui forment le visage ; fournit des cavités pour les organes sensoriels (yeux, bouche et nez) et des points de fixation pour les muscles du visage
- fémur
- (également, fémur) os le plus long, le plus lourd et le plus solide du corps
- péroné
- (également, os du mollet) est parallèle et s'articule avec le tibia
- avant-bras
- s'étend du coude au poignet et se compose de deux os : le cubitus et le radius
- humérus
- seul os du bras
- squelette hydrostatique
- squelette constitué d'un liquide aqueux maintenu sous pression dans un compartiment corporel fermé
- os hyoïde
- se trouve sous la mandibule, à l'avant du cou
- disque intervertébral
- composé de cartilage fibreux ; situé entre les vertèbres adjacentes, de la deuxième vertèbre cervicale au sacrum
- membre inférieur
- comprend la cuisse, la jambe et le pied
- métacarpe
- cinq os qui composent la paume
- métatarsien
- l'un des cinq os du pied
- rotule
- (également, rotule) os triangulaire situé en avant de l'articulation du genou
- ceinture pectorale
- os qui transmettent la force générée par les membres supérieurs au squelette axial
- phalange
- un des os des doigts ou des orteils
- ceinture pelvienne
- os qui transmettent la force générée par les membres inférieurs au squelette axial
- rayon
- os situé le long de la face latérale (pouce) de l'avant-bras ; articulé avec l'humérus au niveau du coude
- côte
- l'une des 12 paires d'os longs et incurvés qui se fixent aux vertèbres thoraciques et se courbent vers l'avant du corps pour former la cage thoracique
- omoplate
- os plat et triangulaire situé au niveau de la ceinture pectorale postérieure
- crâne
- os qui soutient les structures du visage et protège le cerveau
- sternum
- (également, sternum) os long et plat situé à l'avant de la poitrine
- tarse
- l'un des sept os de la cheville
- cage thoracique
- (également, cage thoracique) squelette de la poitrine, qui comprend les côtes, les vertèbres thoraciques, le sternum et les cartilages costaux
- tibia
- (également, tibia) gros os de la jambe situé directement sous le genou
- cubitus
- os situé sur la face médiale (côté petit doigt) de l'avant-bras
- colonne vertébrale
- (également, colonne vertébrale) entoure et protège la moelle épinière, soutient la tête et sert de point d'attache pour les côtes et les muscles du dos et du cou