Les os d'une personne remplissent non seulement une fonction locomotrice, mais aussi une fonction de protection, de formation du sang et de stockage du calcium. Grâce aux articulations, une personne peut effectuer des mouvements souples qui lui permettent de se déplacer.
Les os, les articulations et les muscles, ainsi que les tendons, le cartilage et le tissu conjonctif, constituent le système musculo-squelettique.
Quelle est la fonction biomécanique des os et des articulations ?
Le squelette est le support du corps, non seulement de l'homme mais aussi de tous les vertébrés. Le squelette se compose d'os, d'articulations et de ligaments.
Les os donnent au corps sa forme, le maintiennent en position verticale et protègent les organes internes tels que le cœur, les poumons et le foie.
Ils stockent des minéraux tels que le calcium et créent une réserve d'ions essentiels à la vie, à savoir le calcium, le phosphore, le magnésium et le sodium.
La moelle osseuse fabrique de nouvelles cellules sanguines.
L'os et sa structure
L'os est un matériau biologique complexe dont les différentes propriétés mécaniques dépendent de sa structure.
L'os est constitué de tissu osseux composé de calcium, de phosphore, de magnésium et de sodium et de moelle osseuse. Les globules rouges, les globules blancs, les plaquettes et les monocytes sont formés dans la moelle osseuse.
À la surface de l'os se trouve une membrane fibreuse, le périoste, richement pourvue en vaisseaux sanguins et en nerfs.
À la base du périoste se trouvent des cellules osseuses actives qui assurent la solidité de l'os.
L'os est un tissu vivant capable de se réparer et de se remodeler sous l'influence de facteurs externes.
Le tissu osseux
Le tissu osseux est la base de l'os. Il s'agit d'un tissu conjonctif résistant dont la caractéristique principale est la force. Sa substance est minéralisée.
Le tissu osseux proprement dit est constitué de cellules et de masses intercellulaires contenant des minéraux.
Il se compose de tissus osseux spongieux et compacts, de tissus conjonctifs, de vaisseaux et de fibres nerveuses.
La structure et les propriétés mécaniques de l'os spongieux et de l'os compact sont très différentes.
L'os compact est constitué de la masse osseuse et ressemble à des tubes insérés les uns dans les autres.
L'os compact forme la couche superficielle et l'os spongieux se trouve à l'intérieur de l'os.
L'os compact peut être
fibreux
lamellaire
L'os fibreux est présent chez l'homme au cours de la première année de vie. Il est ensuite remplacé par l'os lamellaire. L'os fibreux n'est présent à l'âge adulte qu'au niveau des tendons et des sutures du crâne.
L'os spongieux est soit disposé en faisceaux, soit irrégulièrement spongieux.
Le tissu osseux se remodèle constamment en fonction de la charge exercée sur l'os.
Si l'os n'est pas sollicité, par exemple chez les personnes qui restent longtemps allongées, sa résistance et sa souplesse diminuent.
En revanche, une mise en charge intensive permet d'éviter l'échec du remodelage osseux et d'éventuelles fractures dues à la diminution de la résistance.
L'ostéoporose est une maladie osseuse qui se caractérise par une perte pathologique d'une partie de l'os, ce qui entraîne des modifications de sa microstructure et de sa fonction.
Les os longs (fémur, humérus) ont pour but de supporter le poids du corps et de faciliter les mouvements.
Les os plats, minces et légèrement incurvés (côtes, os du crâne, omoplate), servent à protéger les organes internes.
Les os courts, les maillons des doigts, les os du carpe assurent la stabilité des articulations du poignet et de la cheville et facilitent les mouvements.
Les os irréguliers ont des formes différentes (vertèbres, os du bassin, os du visage).
Les os sésamoïdes sont petits et ronds. Ils se forment à l'intérieur des tendons et des os entourés de tendons auxquels s'attachent les muscles. Ces os protègent les tendons de l'usure et réduisent la pression lors de l'utilisation de l'articulation.
Le squelette adulte se compose de 206 os et représente 20 % du poids d'une personne.
Cellules osseuses
Les ostéoblastes sont les éléments constitutifs de l'os. Ils forment la matrice osseuse organique contenant des récepteurs pour les facteurs hormonaux impliqués dans le métabolisme osseux. Ils produisent des facteurs qui influencent l'activité des cellules osseuses. Ils produisent un matériau riche en collagène - l'ostéoïde. Ils sont responsables de la formation de l'os.
Les ostéocytes sont des cellules matures issues des ostéoblastes. Ils produisent du collagène et des substances formant la matrice osseuse. Ils maintiennent la masse osseuse.
Les ostéoclastes participent au remodelage osseux avec les ostéoblastes.
Fonctions de l'os
L'os remplit de nombreuses fonctions vitales dans l'organisme :
Soutien - Le squelette est solide et soutient d'autres parties du corps. Par exemple, les os des membres inférieurs soutiennent la partie supérieure du corps lorsque l'on se tient debout.
Mouvement - Les os transmettent la force des contractions musculaires pendant le mouvement. Les muscles sont attachés aux os par des tendons. Lorsqu'un muscle se contracte, l'os se déplace et les articulations forment un point de pivot.
Protection - Les os protègent les organes internes : la cage thoracique entoure le cœur, les poumons, le crâne, le cerveau, les vertèbres et la moelle épinière.
Elle forme et maintient les cellules sanguines formées dans les os, telles que les globules rouges, les globules blancs et les plaquettes.
Stockage - Les os stockent des minéraux tels que le calcium, le phosphore et la vitamine D. L'os est constitué non seulement de moelle rouge, mais aussi de moelle jaune, laquelle stocke les tissus adipeux qui sont décomposés et utilisés comme source d'énergie en cas de besoin.
Malgré sa dureté, l'os est léger.
Il est très solide, mais sa solidité diminue avec l'âge.
L'activité physique pendant l'enfance et l'adolescence permet de mieux construire le tissu osseux, d'augmenter la solidité des os et de prévenir l'ostéoporose à un âge plus avancé.
Le calcium rend les os durs et cassants.
Dans le corps humain, le calcium est stocké à 99 % dans le squelette.
Les os déficients en ce minéral sont mous et flexibles.
Un manque de protéines dans les os les rend durs et cassants, mais ils ne peuvent résister qu'à une faible charge de traction.
C'est en compression que l'os atteint sa plus grande force.
Il peut résister à des charges statiques dans la direction de l'os long :
humérus - 600 kg
fémur - 760 kg
tibia - 1 350 kg
La colonne vertébrale est le support central du corps. Elle aide à marcher, à se déplacer et à se tourner.
Les fonctions du squelette humain
Avec les muscles, il assure le mouvement du corps.
Il soutient les parties molles du corps.
Il est un réservoir de minéraux.
Représentation anatomique du squelette humain. Source : Getty Images
Les articulations et leurs fonctions
Une articulation se compose d'une tête et d'une cavité articulaires, recouvertes de cartilage, qui sécrète du sébum articulaire pour améliorer le glissement de l'articulation.
Les articulations sont situées à l'endroit où deux os ou plus se rejoignent. Elles facilitent le mouvement et assurent la stabilité.
Le fonctionnement normal d'une articulation est le suivant
supporter le poids
la capacité de l'articulation à bouger dans toute l'amplitude de ses mouvements.
La liberté de mouvement d'une articulation est déterminée par la forme de la surface qu'elle forme. Une articulation avec une surface sphérique a le plus grand degré de liberté.
Le mouvement de rotation de l'articulation n'est pas possible chez l'homme.
Le cartilage articulaire est constitué de fibres de collagène, d'élastine et de liquide interstitiel.
Le cartilage est un tissu qui a des propriétés différentes selon les directions.
Il transfère les charges de compression à la jonction entre l'articulation et l'os et absorbe les chocs. Il joue un rôle important dans la réduction des frottements à la jonction de l'articulation.
Les articulations relient les os, assurent la stabilité du squelette et permettent les mouvements.
Types d'articulations
Fonctionnelles - Elles tiennent ensemble et sont immobiles (sutures des os du crâne). Également appelées articulations fibreuses. Elles ne permettent aucun mouvement, mais assurent seulement la stabilité.
Légèrement mobiles - Les articulations cartilagineuses sont maintenues ensemble par du cartilage et permettent un léger mouvement. Les articulations cartilagineuses de la colonne vertébrale, du bassin, entre les côtes et le sternum assurent la stabilité et ne permettent qu'un léger mouvement.
Articulations libres - Également appelées articulations synoviales, elles permettent le mouvement (articulation de l'épaule, de la hanche, du genou). Il s'agit d'articulations libres situées à l'extrémité de l'os et recouvertes de cartilage articulaire qui protège le bas de l'os et permet un mouvement indolore et régulier de l'articulation.
Représentation d'une articulation du genou librement mobile. Source : Getty Images
L'altération de la fonction articulaire peut être causée par une blessure ou une inflammation et se manifeste par une douleur, éventuellement une rougeur, une ecchymose, un gonflement et une incapacité à effectuer des mouvements tels que se plier, s'étirer et se tourner.
En courant, une personne soumet l'articulation du genou à une charge égale à cinq fois son poids.
Quelles sont les vitamines et minéraux indispensables à la santé des os et des articulations ?
Avec l'âge, les soins des os et des articulations font l'objet d'une attention croissante.
Un apport adéquat en vitamines et en minéraux peut jouer un rôle important dans le maintien de la santé des os et des articulations.
Le minéral le plus important pour la santé des os est le calcium, mais la vitamine D est importante pour son absorption.
La vitamine D aide à absorber le calcium et contribue à la solidité des os. Elle peut être apportée par la lumière du soleil, mais aussi par l'alimentation ou sous forme de comprimés. Les aliments contenant de la vitamine D sont le poisson et les œufs.
La vitamine C n'est pas seulement importante pour l'immunité. Elle contribue également à la formation du collagène, nécessaire à la minéralisation des os. On la trouve dans les agrumes, les tomates, les pommes de terre, les brocolis et les choux de Bruxelles.
La vitamine K contribue à l'apport de calcium aux os.
La vitamine E favorise la synthèse du collagène.
Les vitamines A et E ont des propriétés antioxydantes et se trouvent dans les baies, la grenade, le thé vert, le raisin rouge, la pastèque, l'ail, les tomates et le brocoli.
La vitamine B12 est nécessaire à la formation des os, en particulier chez les enfants et les femmes ménopausées souffrant de perte osseuse. On la trouve dans les produits laitiers, les œufs, le bœuf, le foie, les rognons, les sardines, le thon, la truite, le saumon et les moules.
Le magnésium est un minéral qui contribue à la santé des os et aide l'organisme à utiliser la vitamine D et le calcium.
Les acides gras oméga-3, présents dans le poisson, les graines, les noix, le soja et les avocats, contribuent à la formation de cellules saines, soulagent les douleurs musculo-squelettiques et sont anti-inflammatoires.
La glucosamine et la chondroïtine renforcent la santé des articulations.
Le collagène est un élément essentiel du tissu conjonctif et contribue à la santé des os, des articulations, du cartilage et des tendons.
Avec l'âge, le corps cesse de produire du collagène. Il est donc judicieux de le compléter sous une autre forme pour prévenir les douleurs et les problèmes articulaires. Une carence en collagène peut entraîner une dégénérescence du cartilage articulaire.
Il peut être obtenu par des compléments alimentaires ou par l'alimentation, le bouillon d'os (sulc, aspic, bouillon de bœuf), mais aussi par des aliments tels que les graines (chia, lin, citrouille), le saumon, la chlorella, les légumes, les avocats, les œufs, l'ail, les agrumes, le soja.
Il existe également un grand nombre de compléments de collagène en vente libre en pharmacie.
Les médicaments pour la santé des articulations et des os peuvent être achetés en pharmacie. Les compléments alimentaires pour leur nutrition contiennent un mélange complet de médicaments nécessaires à la nutrition des articulations.
Aliments pour renforcer les os et les articulations
Les maladies osseuses telles que l'ostéoporose peuvent être évitées en consommant suffisamment de calcium et de vitamine C.
Quels sont les aliments nutritifs pour les os et les articulations ?
Céréales enrichies en calcium
Le saumon est une excellente source de vitamine D
Feuilles vertes et légumes tels que les épinards, les tomates, les poivrons rouges et les carottes
Produits laitiers, yaourt
Produits laitiers de substitution tels que le lait de soja, d'amande et de noix de cajou, qui sont enrichis en vitamine D et en calcium
Suppléments de collagène que l'on trouve dans la gélatine, comme le sulc, le bouillon d'os de porc et la peau.
les poissons de mer pour leur teneur en acides gras oméga-3
Graines de lin, noix, avocats riches en acides gras oméga-3
Un apport suffisant en liquide et, en particulier, beaucoup d'exercice sont également importants pour la santé des os et des articulations. Plus les os sont sollicités, plus ils deviennent solides et moins les minéraux sont dégradés.
Le surpoids et l'obésité ont des effets néfastes sur les os et les articulations en raison des contraintes et du port de poids extrême.
Biophysique pour les étudiants en médecine : Jozef Rosina, Hana Kolářová, Jiří Staněk
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