Système musculosquelettique

Structure

D'un point de vue structurel, les muscles squelettiques sont constitués de cellules musculaires squelettiques appelées les myocytes (fibres musculaires ou myofibrilles). Les fibres musculaires sont des cellules spécialisées dont la principale caractéristique est la capacité de contraction. Ce sont des cellules allongées, cylindriques, multinucléées, délimitées par une membrane cellulaire appelée sarcolemme. Le cytoplasme des fibres musculaires squelettiques (sarcoplasme) contient des protéines contractiles appelées actine et myosine. Ces protéines adoptent des configurations particulières, formant les unités du micro-appareil contractile appelées sarcomères.

Chaque fibre musculaire est enveloppée d'une fine membrane de tissu conjonctif lâche appelée endomysium. Plusieurs fibres musculaires sont regroupées en faisceaux musculaires, entourés par leur membrane de tissu conjonctif appelée périmysium. En fin de compte, un ensemble de faisceaux musculaires forme un muscle complet, enveloppé à l'extérieur par une couche supplémentaire de tissu conjonctif appelée épimysium. Cette couche est en continuité avec une autre couche de tissu conjonctif appelée le fascia profond du muscle squelettique, qui isole les muscles des autres tissus et organes.

Cette structure confère au tissu musculaire squelettique quatre principales propriétés physiologiques :

• Excitabilité : la capacité de détecter les stimuli neuronaux (potentiel d'action).
• Contractilité : la capacité de se contracter en réponse à un stimulus neuronal.
• Extensibilité : la capacité d'un muscle à s'étirer sans se déchirer.
• Élasticité : la capacité du muscle à reprendre sa forme initiale après son étirement.

Contraction musculaire

La propriété la plus importante des muscles squelettiques est leur capacité à se contracter. La contraction musculaire résulte de l'interaction des myofibrilles à l'intérieur des cellules musculaires. Ce processus raccourcit le muscle ou augmente sa tension, générant une force qui facilite ou ralentit le mouvement.

Il existe deux types de contractions musculaires : isométrique et isotonique. Une contraction musculaire est considérée comme isométrique si la longueur du muscle ne change pas pendant la contraction, et isotonique si la tension ne change pas tandis que la longueur du muscle change. Il existe deux types de contractions isotoniques :

• Contraction concentrique : le muscle se raccourcit (les extrémités du muscle se rapprochent) en générant suffisamment de force pour surmonter la résistance lui étant imposée. Ce type de contraction facilite les mouvements perceptibles, tels que soulever une barre de musculation ou marcher en montée.
• Contraction excentrique : les extrémités du muscle s'éloignent lors de sa contraction en raison d'une résistance supérieure à la force générée par le muscle. Pendant une contraction excentrique, le muscle maintient une tension élevée. Ce type de contraction sert généralement à ralentir un mouvement, par exemple, abaisser une barre de musculation ou marcher en descente.

La séquence d'événements qui aboutit à la contraction d'une cellule musculaire commence lorsque le système nerveux génère un signal appelé potentiel d'action. Ce signal se propage à travers les neurones moteurs pour atteindre la jonction neuromusculaire, le site de contact entre le nerf moteur et le muscle. Un groupe de cellules musculaires innervées par les rameaux d'un même nerf moteur est appelé “unité motrice”.

Le potentiel d'action provenant du nerf moteur déclenche la libération d'acétylcholine (ACh) du nerf dans la fente synaptique, située entre l'extrémité du nerf et le sarcolemme. L'acétylcholine (ACh) se fixe aux récepteurs du sarcolemme, déclenchant une réaction chimique à l'intérieur de la cellule musculaire. Cela implique la libération d'ions calcium du réticulum sarcoplasmique, induisant ainsi une réorganisation des protéines contractiles à l'intérieur de la cellule musculaire. Les principales protéines impliquées sont l'actine et la myosine. En présence d'ATP, elles glissent l'une sur l'autre, provoquant ainsi la contraction musculaire en tirant sur les extrémités de chaque cellule musculaire. Lorsque le signal nerveux diminue, le processus chimique s'inverse, et le muscle se relâche.

Tendons

Un tendon est une bande robuste et flexible de tissu conjonctif dense qui sert à attacher les muscles squelettiques aux os. On trouve des tendons aux extrémités distales et proximales des muscles, les reliant au périoste des os à leur point d'attache proximal (origine) et distal (insertion) sur l'os. Lorsque les muscles se contractent, les tendons transmettent la force mécanique aux os, les tirant et provoquant ainsi le mouvement.

Composés de tissu conjonctif régulier dense, les tendons possèdent une abondance de fibres de collagène parallèles, ce qui leur confère une grande résistance à la traction (résistance à la force longitudinale). Les fibres de collagène à l'intérieur d'un tendon sont organisées en fascicules, et chaque fascicule est enveloppé par une fine couche de tissu conjonctif dense appelée endotendon. À leur tour, des groupes de fascicules sont enveloppés par une couche de tissu conjonctif dense irrégulier appelée épitendon. Enfin, l'épitendon est entouré d'une gaine synoviale et attaché à celle-ci par une fine bande de tissu conjonctif appelée mésotendon.

Os

Les os sont des structures rigides composées de tissu conjonctif dense calcifié. Le tissu osseux est composé d'une matrice osseuse minéralisée contenant des fibres de collagène de type 1 dispersées dans la substance fondamentale. Les cellules spécialisées des os comprennent trois types de cellules : les ostéocytes, les ostéoblastes et les ostéoclastes.

Les os sont constitués de deux couches distinctes présentant des caractéristiques histologiques différentes :

• L'os compact, également appelé os cortical, représente la couche extérieure, plus dense, de l'os, lui conférant son aspect lisse, blanc et solide. La surface externe de l'os compact est enveloppée d'une couche de tissu conjonctif dense appelée périoste. Sur sa surface interne, l'os compact est recouvert de l’endoste (ou membrane médullaire), qui constitue la limite entre l'os compact et l'os spongieux.
• L'os spongieux, également appelé os trabéculaire, constitue la couche profonde et aérée de l'os. Contrairement à l'os compact, l'os spongieux est fortement vascularisé et plus actif sur le plan métabolique. On le trouve généralement à l'intérieur des extrémités des os longs et dans les vertèbres. Dans certains os, tels que l’os coxal, le sternum ou le fémur, la partie centrale de l'os spongieux abrite de la moelle osseuse, qui est le site de l'hématopoïèse chez l'adulte.

Types d’os

Les os du corps humain peuvent être classés en fonction de leur forme comme suit :

• Les os longs présentent une forme tubulaire, avec un diamètre longitudinal plus important que le diamètre transversal. Ils sont principalement composés d'os compact, tandis que l'os spongieux et la moelle osseuse remplissent les extrémités des os. Des exemples d'os longs incluent l'humérus, l'ulna, le tibia et la clavicule.
• Les os courts présentent une forme approximativement cuboïde ou ronde, et ils ne contiennent qu'une fine couche d'os compact entourant l'os spongieux. Parmi ces os, on cite les os du tarse et les os du carpe.
• Les os plats sont généralement minces, aplatis et souvent courbés. Ils comprennent deux couches parallèles d'os compact entourant une couche d'os spongieux. Des exemples incluent la plupart des os du crâne, la scapula, le sternum et le sacrum.
• Les os sésamoïdes sont de petits os arrondis et uniques qui sont incorporés dans les tendons musculaires là où le tendon passe au-dessus d'une articulation. Le plus grand os sésamoïde du corps est la patella (anciennement appelée rotule), mais on peut également trouver plusieurs autres os sésamoïdes plus petits dans la main et le pied, généralement à proximité des articulations.
• Les os irréguliers ne font partie d'aucune des précédentes catégories. En général, les os irréguliers contiennent des foramens à travers lesquels passent les tissus mous et les structures neurovasculaires. Des exemples incluent les vertèbres, l'os coxal et certains os du crâne.

Un os long typique se compose d'une partie centrale allongée appelée diaphyse, qui se prolonge en un col (métaphyse) et une tête (épiphyse) à ses extrémités proximale et distale. Il présente également diverses structures et reliefs qui servent de passages pour les structures neurovasculaires, ainsi que des sites d'attachement pour les ligaments et les tendons. Certaines de ces caractéristiques comprennent :

• Sillon (sulcus) : une gouttière peu profonde à la surface de l'os (par exemple, le sillon du nerf radial de l'humérus)
• Condyle : une zone articulaire arrondie (par exemple, le condyle latéral du tibia)
• Épicondyle : une éminence supérieure à un condyle (épicondyle médial du fémur)
• Crête : une éminence osseuse (par exemple, la crête iliaque)
• Facette : surface lisse et plate, généralement recouverte de cartilage (par exemple, facette articulaire sur les vertèbres)
• Foramen : passage à travers un os (par exemple, le foramen magnum “trou occipital” sur l'os occipital)

Cartilage

Le cartilage est un tissu conjonctif souple présent dans plusieurs systèmes organiques du corps. Il est constitué de cellules spécialisées appelées chondrocytes, de fibres de collagène, ainsi que d'une substance fondamentale abondante riche en protéoglycanes et en fibres d'élastine.

Le cartilage est classé en plusieurs types en fonction de sa composition :

• Le cartilage hyalin est constitué de collagène de type II et d'une abondance de substance fondamentale, lui conférant une apparence lisse et brillante. Il s'agit du type de cartilage le plus répandu que l'on trouve au niveau des articulations (cartilage articulaire), ainsi que dans le nez, le larynx, la trachée et les côtes.
• Le cartilage élastique ressemble au cartilage hyalin, mais il contient plus de fibres élastiques. On le trouve dans des structures telles que le pavillon de l'oreille, la trompe auditive (d'Eustache) et l'épiglotte.
• Le fibrocartilage est composé d'une grande quantité de fibres de collagène de type I et d'une moindre quantité de substance fondamentale. Des exemples de fibrocartilage incluent les disques intervertébraux, la symphyse pubienne et d'autres symphyses.

Le système musculosquelettique contient spécifiquement le cartilage articulaire, un type de cartilage qui recouvre les surfaces articulaires des os. Le cartilage articulaire assure la congruence des os articulés et leur permet de supporter le poids et de glisser les uns sur les autres avec très peu de friction.

Articulations

Chaque os du système musculosquelettique est connecté à un ou plusieurs os par le biais d'une articulation. Les articulations offrent un pivot aux os, permettant ainsi des mouvements fluides des parties du corps. Cependant, le mouvement n'est pas une caractéristique indispensable pour définir une articulation, car certaines, comme celles entre les os du crâne, restent immobiles. L'intégrité ou la stabilité d'une articulation est assurée par plusieurs facteurs, notamment la congruence osseuse et les structures qui traversent l'articulation, telles que les tendons et les ligaments.

En fonction du type de tissu maintenant les os adjacents et de l'amplitude de mouvement qu'ils autorisent, les articulations peuvent être classées comme suit :

• Les articulations synoviales sont des articulations mobiles où les os ne sont pas en contact direct, mais sont séparés par un espace appelé “cavité synoviale”. Cette cavité est revêtue d'une membrane synoviale qui sécrète le liquide synovial, nourrissant et lubrifiant les surfaces articulaires afin de réduire la friction. Les os en contact dans la plupart des articulations synoviales sont revêtus de cartilage hyalin. Ces articulations présentent généralement une grande amplitude de mouvement (un grand degré de liberté), déterminée par la capsule articulaire, les ligaments de soutien et les muscles traversant l'articulation. Des exemples d'articulations synoviales incluent le genou, l'épaule (scapulohumérale), l'articulation sternoclaviculaire et le coude.
• Les articulations fibreuses sont des articulations où les os sont reliés par un tissu conjonctif fibreux dense. Les os dans ces articulations sont solidement maintenus ensemble, limitant ainsi les mouvements. On trouve des articulations fibreuses entre les sutures crâniennes, ainsi qu'au niveau des articulations tibiofibulaire distale et cuboïdonaviculaire.
• Les articulations cartilagineuses sont des articulations où les os sont reliés par du cartilage. Elles permettent des mouvements d’une amplitude intermédiaire par rapport aux articulations synoviales et fibreuses. Ces articulations cartilagineuses se subdivisent en synchondroses (par exemple, les articulations costochondrales) et en symphyses (comme la symphyse pubienne).

Selon les mouvements qu'elles permettent et/ou la forme de leurs surfaces articulaires, les articulations synoviales peuvent être subdivisées en 6 grands types :

• Les articulations sphéroïdes (exemple : articulation coxofémorale)
• Les articulations condyliennes ou ellipsoïdes (exemple : articulations métacarpophalangiennes)
• Les articulations trochléennes ou ginglyme (exemple : articulation du coude)
• Les articulations trochoïde ou articulations à pivot (exemple : articulation atlanto-axoïdienne médiane)
• Les articulations en selles (exemple : articulation carpométacarpienne du pouce)
• Les articulations planes ou arthrodies (exemple : articulation acromioclaviculaire)

Ligaments

Les ligaments sont des bandes fibreuses constituées de tissu conjonctif dense et régulier, partageant une structure similaire à celle des tendons. À la différence des tendons qui unissent les muscles aux os, les ligaments assurent la liaison entre les os. En dehors du système musculosquelettique, on les retrouve également dans de nombreuses autres parties du corps, où ils ont généralement pour rôle de stabiliser et de maintenir en place les organes internes, tout en transmettant des structures neurovasculaires.

Dans le système musculosquelettique, les ligaments stabilisent les os articulés et renforcent les articulations. En fonction de leur rapport anatomique à la capsule articulaire, les ligaments sont classés en :

• Ligaments capsulaires qui sont essentiellement des épaississements de la capsule articulaire et forment soit des bandes allongées, soit des structures triangulaires. Ces ligaments servent à renforcer l'intégrité de la capsule articulaire. Un exemple de ligament capsulaire est le ligament iliofémoral de l'articulation coxofémorale (hanche).
• Ligaments intracapsulaires qui se trouvent à l'intérieur de la capsule articulaire. Ils renforcent la connexion entre les surfaces articulaires tout en permettant une amplitude de mouvement bien plus importante que d'autres ligaments. Des exemples comprennent les ligaments croisés antérieur (LCA) et postérieur (LCP) de l'articulation du genou.
• Ligaments extracapsulaires se trouvent à l'extérieur de la capsule articulaire. Ils assurent une stabilité maximale aux os qui s'articulent, jouant ainsi un rôle crucial dans la prévention des luxations. Certains de ces ligaments peuvent être situés très près de la capsule articulaire, comme le ligament collatéral médial de l'articulation talocrurale de la cheville, tandis que d'autres peuvent être légèrement plus éloignés, tels que les ligaments vertébraux.

Bourses synoviales

Les bourses sont de petites poches en forme de sac, présentes dans la cavité articulaire et tapissées par une membrane synoviale. Elles se situent autour des articulations, fournissant un amortissement essentiel aux os, tendons et muscles associés, tout en minimisant la friction entre les structures adjacentes.

La plupart des bourses synoviales se situent près des grandes articulations des bras et des jambes. Par exemple, une des bourses du genou est la bourse suprapatellaire, positionnée au-dessus de la patella, entre le fémur et le tendon du muscle quadriceps femorale. Elle permet un glissement fluide de ces structures les unes sur les autres, réduisant ainsi le frottement lors de la flexion et de l'extension de l'articulation du genou.

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