Anatomie du système musculo-squlettique humain

Anatomie du squelette

Le squelette

Le squelette constitue la charpente de l’anatomie humaine, sans lequel nous serions incapables d’adopter une une posture verticale avec un systéme musculo squelettique basé sur le principe des leviers. Il est constitué d’environ 206 os de différents types mais aussi de cartilages osseux. Il est commode de diviser l’étude du squelette en deux parties :
– Le squelette axial qui définit l’axe longitudinal du corps humain. Il est composé de 80 os comprenant ceux de la tête, la colonne vertébrale ainsi que la cage thoracique.
– Le squelette appendiculaire inclut quant à lui les 126 os des membres (inférieurs et supérieurs), et les ceintures (épaules et hanches) qui fixent les membres au squelette axial.

Fonctions du squelette

Le squelette assurent plusieurs fonctions vitales, on peut citer :
– Soutien. De par sa nature solide, le squelette constitue une structure qui supporte l’ensemble de notre corps, en priorité les organes mous.
– Protection. Le squelette sert d’ancrage aux organes mais les protége aussi des chocs extérieurs. Le crâne par exemple recouvre étroitement l’encéphale.
– Mouvement. Le squelette ainsi que les muscles squelettiques (les deux reliés à l’aide des tendons) sont les deux protagonistes principaux du mouvement, grâce à un système de levier permettant de déplacer les différentes parties du corps.

Les os 

Les os sont les principaux composants du squelette humain. Faits principalement de tissu osseux solide, ils sont considérés malgré tout comme des organes, car constitué de différents types de tissus. Il existe une multitude de tailles et de formes d’os, chacune dédiée à un besoin anatomique particulier. Les os sont classés communément selon leur forme, en quatre catégories :

– Os longs. On retrouve les os longs, tel que le femur, dans les membres supérieurs et inférieurs. Ils sont composés de deux extrémités et d’un corps cylindrique muni d’une cavité centrale remplie de moelle.

– Os courts. Les os courts sont plus ou moins de forme cubique. On les retrouve dans les articulations du poignet et de la cheville mais aussi la rotule. Ils fournissent beaucoup de force au squelette en dépit de leur compacité. Les os sésamoides sont un type particulier d’os court, telle que la patella. Ce sont des os courts entourés de tendons, qui transmettent la force de traction de ces derniers.

– Os plats. Les os plats servent en particulier à protéger les parties les plus sensibles du corps, comme le cerveau entouré par les os plats du crâne, ou le coeur par le sternum.

– Os irréguliers. Il y a des os qui ne présentent pas de forme géométrique simple et ne peuvent être catégorisés selon leur forme, tel que l’os du coccyx.

Le cartilage 

Parmi les composants du squelette, le cartilage osseux. C’est un tissu constitué principalement d’eau, ce qui lui confêre son élasticité et donc sa capacité à reprendre sa forme initiale. Son rôle principal est de siéger dans les régions subissant de fortes pressions comme les articulations, ou fortes déformations telles que les oreilles. Le cartilage est dépourvu de nerfs et vaisseaux sanguins, il se développe donc et se répare beaucoup plus lentement que les autres tissus du corps humain. Il est entouré d’une membrane de tissu conjonctif dense (périchondre), qui contient son expansion lorsqu’il subit une compression.

Les articulations

Les articulations sont les jonctions entre deux ou plusieurs os, dont le rôle est de permettre au corps une certaine mobilité ainsi que la protection des os à travers le cartilage. Les articulations sont les composantes de notre squelette les plus sujettes aux blessures, malgré une grande résistance aux forces subies durant le mouvement telle que l’écrasement et le cisaillement.

Articulations synoviales

Il existe trois types d’articulations, qui sont les articulations fibreuses, les articulations cartilagineuses et les articulations synoviales. Ces dernières permettent la majorité des mouvements du corps, grâce aux caractéristiques suivantes :
– Le cartilage articulaire protège les os joints par l’articulation synoviale des compressions subies durant le mouvement.
– La cavité articulaire est un espace qui renferme le liquide synovial.
– La capsule articulaire permet de fermer hermétiquement et donc de circonscrire le volume de la cavité articulaire.
– Le liquide synovial occupe l’espace de la cavité articulaire. C’est un liquide visqueux dont la viscosité diminue avec l’augmentation de la température proportionnellement au mouvement de l’articulation.

– Les ligaments sont des bandes de tissu fibreuses, légêrement élastiques qui relient les os contigus, à travers les articulations. Ils participent à l’orientation du mouvement des os et imposent des butées articulaires.

Types d’articulations synoviales

Les articulations synoviales possèdent toutes des caractéristiques anatomiques en commun, pourtant, elles se différencient de par la forme de leur surface articulaire, qui définit les dégrés de liberté (DOFs) que possède une articulation. Ainsi, selon leur forme, on peut subdiviser les articulations synoviales en six catégories (voir figure a faire) :

Articulations planes. (3 DOFs) 2 translations et une rotation. On retrouve cette articulation par exemple entre les os du carpe et du tarse. Elle permet une large variété de mouvement mais de petites amplitudes.

Articulations trochléennes. (1 DOF) cette articulation agit comme une charniêre de porte, ou la saillie cylindrique d’un os s’ajuste dans la surface concave d’un autre. L’articulation du coude en est un exemple entre l’humérus et l’ulna.

Articulations trochoïdes. (1 DOF) cette articulation permet une rotation autour d’un axe parallel à l’os. On trouve cette articulation sur l’avant bras.

Articulations condylaires. (2 DOFs) Comme sur le genou, sont l’union d’un sommet et d’une cavité de forme ovale, conduisant à deux degrés de liberté en rotation dont aucune n’est axiale.

Articulations en selle. (2 DOFs) Comme sur le pouce, entre le métacarpien et le carpien, les articulations en selle sont semblables aux condylaires, ceci dit elles autorisent une plus grande liberté de mouvement.

Articulations sphéroïdes. (3 DOFs) Les articulations de l’épaule et de la hanche sont les seules articulations sphériques du corps, elles autorisent la plus grande liberté de mouvement de toutes les articulations, car elles peuvent effectuer des rotations le long de chaque axe de l’espace.

Table des matières

1 Anatomie du système musculo-squlettique humain
1.1 Introduction
1.2 Anatomie du squelette
1.2.1 Le squelette
1.2.2 Fonctions du squelette
1.2.3 Les os
1.2.4 Le cartilage
1.2.5 Les articulations
1.2.5.1 Articulations synoviales
1.2.5.2 Types d’articulations synoviales
1.3 Anatomie du systême musculaire
1.3.1 Les muscles
1.3.2 Les muscles squelettiques
1.3.3 Propriétés fonctionnelles des muscles squelettiques
1.3.4 Anatomie du muscle
1.3.4.1 Activation des muscles (stimulus nerveux)
1.3.5 Contraction d’un muscle squelettique
1.3.5.1 Phénomène de l’escalier
1.3.5.2 Contractions isotoniques et isométriques
1.3.5.3 Types de fibres et fatigue musculaire
1.3.6 Architecture des muscles
1.3.6.1 Agencement parallele et fusiformes
1.3.6.2 Agencement penné
1.3.6.3 Agencement convergent
1.3.6.4 Agencement circulaire
1.3.7 Angle de pennation
1.3.8 Méthodes de reconstruction de l’arrangement fasciculaire
1.3.8.1 Dissection de cadavres
1.3.8.2 Ultrasonographie
1.3.8.3 Imagerie par résonance magnétique (IRM)
1.3.9 Tendons
1.3.9.1 Aponévroses
1.4 Conclusion
2 Modélisation du système musculo-squelettique
2.1 Introduction
2.2 Mécanique des milieux continus
2.2.1 Representations Lagrangienne et Eulériennes
2.2.2 Déformations
2.2.2.1 Invariants du tenseur des déformations
2.2.3 Contraintes
2.2.4 Lois de comportement
2.2.4.1 Le comportement élastique
2.2.4.2 Le comportement hyper-élastique
2.2.4.3 Le comportement viscoélastique
2.2.4.4 Le comportement plastique
2.2.5 Modèles de Hill
2.2.6 Modèles de Huxley (cross-bridge)
2.3 Modélisation volumique du muscle basée masses-ressorts
2.4 Modélisation volumique du muscle basée éléments finis
2.4.1 Méthode des éléments finis basée déplacement
2.4.1.1 Equation d’équilibre en termes de déformations
2.4.1.2 Discrétisation
2.4.1.3 Exprimer l’énergie potentielle comme une fonction de déplacement des nœuds
2.4.2 Méthode des éléments finis basée déformations dynamiques
2.4.3 Modélisation volumique du muscle basée volumes finis
2.5 Modèles géométriques de simulation du muscle
2.5.1 Modèles unidimensionnels
2.5.1.1 Représentation par ligne droite
2.5.1.2 Représentation par barycentres
2.5.1.3 Représentation par courbes et surfaces d’enveloppement
2.5.1.4 Représentation par modèle de Cosserat
2.6 Conclusion
3 Modélisation découplé des elements passifs et actifs du muscle
3.1 Introduction
3.2 Principe du couplage cinématique
3.3 Modèlisation volumique des tissus musculaires isotropes
3.3.1 Fonction de densité d’énergie de déformation du tissu musculaire isotrope
3.3.2 Fonction de densité d’énergie de déformation du tissu isotrope des tendons et aponévroses
3.4 Intègration de l’anisotropie musculaire par renforcement de fibres
3.5 Modèlisation des tendons et aponèvroses
3.6 Validation de la production de force
3.6.1 Validation sur un seul hexaèdre
3.6.2 Poutre
3.6.3 Géométrie complexe
3.6.4 Validation de la force pour un muscle entier
3.6.5 Influence de la résolution des fibres sur la force
3.7 Validation des déformations
3.8 Etude des performances
3.9 Conclusion
4 General Conclusion

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