Anatomia I - Apparato locomotore, sistema cardiaco e circolatorio

Corso di anatomia I (II semestre)

Apparato locomotore

I movimenti

I movimenti avvengono su diversi piani:

• Piano sagittale (direzione anteroposteriore), su cui si individua un piano mediale (o piano di simmetria).
• Piano frontale (parallelo alla fronte) → ventrale e dorsale.
• Piano trasversale.

I movimenti includono: flessione/estensione, abduzione/adduzione, prono/supinazione, rotazione. Un movimento complesso è effettuabile combinando estensione/flessione e abduzione/adduzione ed è la circumduzione del braccio.

Le parti del corpo

• Testa
• Tronco (direzione cranio - caudale)
  • Collo
  • Torace
  • Addome
  • Pelvi
  • Perineo (regione ano-genitale; zona romboidale delimitata dal sacro, dalle due tuberosità ischiatiche e dall'osso del pube)
• Arti
  • Superiori (spalla, braccio, avambraccio e mano)
  • Inferiori (anca, coscia, gamba e piede)

Gli organi possono essere cavi (es. stomaco) o pieni o parenchimatosi (es. fegato). L'anatomia umana ha vari livelli di organizzazione (apparati → organi → tessuti).

Principali cavità corporee

A livello della testa è presente la cavità encefalica rivestita dalle ossa del neurocranio; nella colonna vertebrale il canale vertebrale contiene il midollo spinale; nel tronco sono presenti la cavità toracica e infine la cavità addominale, alla cui base c'è lo scavo pelvico.

Le ossa

Funzioni

• Sostegno del corpo, scaricando sul terreno il peso dell'organismo.
• Eseguire dei movimenti.
• Proteggere gli organi vitali (es. cervello con la scatola cranica o polmoni e cuore con la cassa toracica).
• Costituire un deposito di calcio e fosfati grazie alla matrice inorganica (regolazione calcemia), elemento fondamentale per le cellule eccitabili (conduzione impulso nervoso, contrazione muscolare).
• Contenere midollo osseo fondamentale per ematopoiesi.

Suddivisione macroscopica

• Ossa lunghe (uno dei tre assi predomina sugli altri due); costituito dalla diafisi centrale (con cavità midollare per il midollo osseo) e dalle epifisi (una prossimale e una distale) → es. omero.
• Ossa brevi (nessuna delle tre dimensioni è prevalente) → es. ossa del carpo o vertebre.
• Ossa piatte (due dimensioni che prevalgono sullo spessore) → es. scapola e coste (non ossa lunghe perché non contengono la cavità midollare).

All'interno dell'osso troviamo un'organizzazione con vari livelli di compattezza:

• Osso compatto (sezione trasversale delle ossa lunghe).
• Osso spugnoso (superficie compatta e interno spugnoso).

Le ossa si sviluppano su un abbozzo cartilagineo, di eredità filogenetica.

Alcune ossa "a semi di sesamo" sono inserite a livello dei legamenti e dei tendini (ossa sesamoidi) come la rotula, posta davanti al ginocchio, dentro al tendine del muscolo quadricipite.

Caratteristiche del tessuto osseo

Il tessuto osseo è un tessuto connettivo specializzato, che presenta:

• Una matrice ossea calcificata.
• Tre tipi di cellule:
• Osteociti: osteoblasti "incarcerati" nell'osso che producevano.
• Osteoblasti: producono nuova matrice e mantengono quella vecchia.
• Osteoclasti: riassorbono la matrice, sono derivati da elementi del sangue (cellule giganti multinucleate).

Le ossa sono poi rivestite da una membrana esterna innervata (periostio) e una membrana interna (endostio). Il periostio contiene uno strato interno ricco di osteoblasti, importanti per la riproduzione dell'osso in caso ad esempio di fratture.

Il midollo osseo può essere rosso (ematopoiesi) e giallo (infarcito di tessuto adiposo). In caso di emorragia il midollo osseo giallo può essere ripopolato dalle cellule del rosso e quindi produrre le componenti del sangue. Il midollo osseo rosso perdura in zone come sterno e creste iliache (da qui si preleva in caso di diagnosi di leucemia o per trapianti di midollo).

Gli osteoblasti sono quindi fondamentali per mantenere la matrice ossea organica, producendo collagene, proteoglicani e glicoproteine. Sono situati soprattutto nell'endostio, e sono cellule cuboidi semplici (organizzati in un unico strato). Quando queste cellule hanno prodotto solo la matrice organica (non calcificata) si parla di osteoide.

Gli osteociti sono osteoblasti sequestrati all'interno della matrice ossea che hanno prodotto. Essi sono localizzati all'interno delle lacune. Se prepariamo un preparato istologico che evidenzia la parte inorganica dell'osso (sali di calcio) possiamo individuare una struttura 3D (osteoni) in cui i sali di calcio (chiamate lamelle ossee) si dispongono in modo concentrico, lasciando però delle fessure (lacune) in cui troviamo appunto gli osteociti; dalle lacune si dipartono dei canalicoli che contengono dei prolungamenti cellulari e che si dirigono verso la zona centrale degli osteoni, dove troviamo il canale di Havers. I canali di Havers possono essere uniti da un canale trasversale chiamato canale di Volkmann.

Osteoclasti

Gli osteoclasti sono grandi cellule multinucleate mobili, derivate dai monociti del sangue fusi assieme e si riconoscono per il citoplasma acidofilo, ricco di lisosomi e mitocondri; essi secernono delle sostanze acide e degli enzimi che servono a demolire la componente organica dell'osso (proteasi e collagenasi). Queste cellule permettono, assieme agli osteoblasti, un continuo rimodellamento nel tessuto osseo, in modo da permettere un maggior adattamento dell'osso in seguito a cambio di andature, di scarpe o a fratture.

Matrice ossea

La matrice ossea ha una grossa componente inorganica (50% del peso) costituita da cristalli ordinati di fosfati e calcio. Il resto è costituito da matrice organica (collagene, proteoglicani). L'osso neoformato ha una struttura prettamente concentrica, ma durante lo sviluppo il continuo rimodellamento determina una modifica nella conformazione, in cui rimangono solo dei pezzi degli osteoni originali.

A seconda della disposizione e della compattezza degli osteoni possiamo avere due tipi di organizzazione (compatto o spugnoso), in cui gli osteoni si dispongono seguendo delle linee; le cavità lasciate sono poi riempite da midollo osseo. In superficie, le ossa presentano tutte una consistenza compatta, mentre in particolare nella diafisi delle ossa lunghe è presente un anello di tessuto compatto al cui interno scorre il midollo, e nelle epifisi è presente del tessuto spugnoso.

Il tessuto osseo può essere suddiviso in:

• Tessuto osseo maturo o secondario o lamellare (disposizione delle fibre di collagene – formazione lamelle); caratterizzato dalla presenza di sistemi haversiani.
• Tessuto osseo immaturo o primario (no specifico orientamento delle fibre di collagene – no lamelle ossee); viene successivamente rimpiazzato dal secondario tranne che nelle suture (articolazione ossa cranio) e nelle aree di inserzione di alcuni tendini.

Istogenesi dell'osso

L'osso non si forma direttamente, ma sono presenti due sistemi principali mediante cui l'osso si forma su un abbozzo cartilagineo:

• Ossificazione intramembranosa, che sfrutta un abbozzo di tessuto mesenchimale; questo è osservabile nei neonati in cui le ossa del cranio non sono completamente calcificate (fontanelle), in modo da permettere un'ulteriore espansione del cervello; di questa tipologia fa parte anche l'ossificazione mantellare, come nella mandibola, dove l'osso si sviluppa al di sopra dell'abbozzo cartilagineo.
• Ossificazione endocondrale, in cui l'osso si forma all'interno dell'abbozzo cartilagineo che viene pian piano rimpiazzato dal tessuto osseo. La cartilagine è di tipo ialina, dove i condrociti si gonfiano (ipertrofizzano) e poi muoiono; negli spazi liberati dai condrociti, i progenitori ossei entrano formando l'osso primario, che pian piano si calcifica. Se facciamo dei preparati istologici decalcificati, si può distinguere la parte cartilaginea basofila (ematossilina - colore blu) e la parte ossea neosintetizzata acidofila (eosina - colore blu).

Nelle ossa lunghe, l'allungamento avviene nella zona della cartilagine metafisaria, tra la diafisi e l'epifisi, in cui da una parte troviamo la cartilagine, e dall'altra l'osso in formazione. Finché la cartilagine metafisaria è presente (si visualizza con una radiografia), l'osso può crescere. Mentre la diafisi si allunga, le epifisi si ossificano grazie a degli isolotti (presenti anche nelle ossa brevi del carpo); questo particolare è importante per determinare ad esempio la maggior età di una persona.

All'interno della cartilagine metafisaria si possono riconoscere cinque strati tra l'epifisi e la diafisi (placca epifisaria):

1. Zona a riposo (verso l'epifisi – cartilaginea).
2. Zona di proliferazione (condrociti che si dividono rapidamente formando delle colonne).
3. Zona di cartilagine ipertrofica (condrociti giganti).
4. Zona della cartilagine calcificata (morte condrociti).
5. Zona di ossificazione (deposito cristalli, inserzione vasi sanguigni, completa calcificazione della matrice).

L'osso cresce durante lo sviluppo, e la presenza di questa placca epifisaria permette l'allungamento continuo delle ossa; l'osso è comunque in continuo rimodellamento in risposta a stress meccanici (cambiamento postura) che quindi cambia le traiettorie delle linee di forza mediante cui noi scarichiamo il peso; lo scheletro inoltre serve come magazzino di calcio, su cui agiscono gli ormoni calcitonina e paratormone (antagonisti) che rispettivamente inibisce l'attività degli osteoclasti, diminuendo la calcemia e attiva gli osteoclasti aumentando la calcemia.

Nell'osso troviamo i fori nutrizi, in cui passano i vasi sanguigni che forniscono il nutrimento al tessuto. Il tessuto spugnoso si distribuisce secondo le linee di forza, dove le cellule dispongono i cristalli di calcio formando gli osteoni proprio nei punti sottoposti a maggior trazione.

La cartilagine

È un tessuto connettivo con matrice extracellulare consistente; essa fornisce supporto per i tessuti molli (naso, padiglione auricolare, trachea). La cartilagine serve inoltre da scheletro primario su cui si forma lo scheletro osseo, in modo da permettere la crescita delle ossa lunghe. La matrice cartilaginea è formata da acido ialuronico, proteoglicani e glicoproteine.

Tipologie

• Cartilagine ialina: è la più comune, formata da collagene di tipo II (articolazioni); color bianco, importante nell'embrione di cui costituisce lo scheletro. Forma la placca epifisaria nella fase dello sviluppo, mentre nell'adulto è situata a livello del naso, nella laringe, nelle superficie articolari, nella trachea e nei bronchi (tiene aperte le vie aeree) e nella parte terminale delle coste (inserzione sternale). I condrociti vivono a gruppi, chiamati isogeni, perché sono degli elementi che, per duplicazione, derivano dalla stessa cellula. Essa è avvolta dal pericondrio, che manca a livello della cartilagine articolare.
• Cartilagine elastica: ricca di fibre elastiche (orecchio, epiglottide), formata da collagene di tipo II; situata nel padiglione auricolare, nel canale uditivo esterno, nella tuba di Eustachio, nell'epiglottide e nella cartilagine cuneiforme della laringe. È molto simile alla ialina, ma contiene più fibre elastiche, conferendo alla struttura una spiccata elasticità.
• Cartilagine fibrosa: ricca di collagene di tipo I, sopporta bene gli stress meccanici e il peso; situata nei dischi intervertebrali, nei tendini, nei punti di attacco dei legamenti all'osso e nella sinfisi pubica. Costituita oltre dal tessuto cartilagineo, anche da tessuto connettivo denso, che conferisce più consistenza. Questa cartilagine può cambiare nel tempo il suo stato di idratazione (imbibizione della sinfisi pubica che aumenta durante il parto).

Caratteristiche

• Priva di vasi (avascolare), che si concentrano invece nella membrana esterna (pericondrio). Non ha grosse esigenze metaboliche, poiché viene nutrita e ossigenata per capillarità dai tessuti circostanti.
• In assenza di pericondrio (articolazioni) è bagnata dal fluido sinoviale.
• Spesso non è innervata (articolazioni).
• Non presenta vasi linfatici.

Le articolazioni

Le articolazioni sono dispositivi giunzionali tra due ossa. Vengono divise in sinartrosi e diartrosi; nelle prime abbiamo una continuità, con un tessuto interposto, mentre le seconde presentano delle discontinuità. Le sinartrosi saranno quindi più statiche, mentre le diartrosi saranno più mobili.

Gonfosi: articolazione che articola la radice del dente all'alveolo. Suture: articolazione tra le ossa del cranio; possono essere seghrettate (sutura sagittale – tra le parietali), dentate (sutura lamboidea – tra occipitale e parietale), squamose (tra temporale e parietale), armoniche (tra palatino e mascellare) e schindelesi (cresta inserita in un solco – tra il rostro dello sfenoide e le ali del vomere).

Tipi di articolazioni

• Enartrosi
• Condiloartrosi
• A sella
• Ginglimo laterale
• Ginglimo angolare
• Artrodia

Nelle diartrosi è presente la cavità laterale, ma le due superfici ossee vengono a contatto; sono rivestite da cartilagine ialina che minimizza l'attrito. Le ossa sono mantenute in sede da una capsula articolare fibrosa che tiene uniti i due capi ossei. Sulla superficie interna della capsula troviamo delle cellule che costituiscono la sinovia, una membrana che serve a produrre un sottile velo di liquido (sinoviale) che minimizza ulteriormente l'attrito, oltre a nutrire e ossigenare la cartilagine. In condizioni di infiammazione, il liquido aumenta di volume. Non sempre i due capi ossei sono concordanti tra loro, per cui sono necessari dei dispositivi fibro-cartilaginei che li rendono concordi, come dei dischi (a tutto spessore) o dei menischi. Oltre alla capsula, sono necessari i legamenti intrarticolari o a distanza che mantengono salde le due ossa. Le articolazioni devono il loro movimento ai muscoli, che avvolgono le articolazioni e aumentano la stabilità.

I muscoli

Il muscolo è costituito generalmente da un ventre muscolare centrale e due tendini alle estremità che si inseriscono sull'osso. Il ventre è costituito da tessuto muscolare contrattile striale, avvolto da membrane connettivali che mantengono insieme tutte le fibre muscolari. In superficie abbiamo le lamine connettivali (dal più superficiale) epimisio, perimisio ed endomisio. Il tessuto muscolare striato è volontario, in quanto agisce sotto un impulso cosciente dell'individuo.

Tipologie di muscoli

• Fusiforme
• Bicipite
• Digastrico
• Nastriforme
• Piatto
• Orbicolare

Il tendine intermedio del digastrico ha la funzione di rinforzare il muscolo. Il muscolo nastriforme corrisponde ad esempio al muscolo retto dell'addome, dove le iscrizioni tendinee interrompono le fibre muscolari. Nel muscolo piatto è presente una lamina tendinea chiamata aponevrosi. Il muscolo orbicolare permette invece di chiudere gli occhi e la bocca.

Spesso sotto i tendini ci sono delle borse mucose, cuscinetti che riducono l'attrito del tendine che altrimenti sfregherebbe sull'osso; se si infiammano provocano le borsiti. Alcuni tendini presentano una guanina sierosa (es. mano) come un involucro contenete liquido, facilitandone lo scorrimento; un'eventuale infiammazione può causare delle cisti.

Tessuto muscolare

Una caratteristica delle fibre muscolari è la fusione di più cellule, che da origine ad una fibra multinucleata in cui i nuclei si dispongono in periferia. Eventuali patologie sono caratterizzate da un accentramento dei nuclei. Attorno al sistema di miosina-actina, c'è un sistema di sarcotubuli disposti alla periferia delle miofibrille e vengono a costituire dei tubuli trasversali detti "a T"; all'interno dei sarcotubuli abbiamo del calcio, che fuoriesce con il cambio delle cariche elettriche, determinando la contrazione.

Le fibre muscolari scheletriche sono innervate da fibre nervose che, in seguito ad un impulso volontario; l'assone dei motoneuroni attraverso i nervi periferici, arriva in prossimità del muscolo, si ramifica e contatta la fibra muscolare: il punto di attacco è chiamata placca muscolare o giunzione neuromuscolare, dove la parte terminale dell'assone è detto piede, e la membrana della fibra muscolare è detta suola. Il terminale nervoso della placca fa sinapsi con la fibra muscolare; quando l'assone arriva alla placca perde l'involucro di mielina e si suddivide in ramificazioni ricche di mitocondri e vescicole contenenti un neurotrasmettitore; nel caso della placca motoria il neurotrasmettitore è acetilcolina. Quando l'impulso arriva al terminale, le vescicole si fondono con la membrana e rilasciano il neurotrasmettitore, trasformando il segnale elettrico in segnale chimico. La placca costituisce la sinapsi, mentre il terminale dell'assone viene detto elemento presinaptico, e la fibra muscolare quello postsinaptico. La membrana della fibra muscolare presenta delle invaginazioni, aumentando enormemente la superficie, dove sono presenti dei recettori canale specifici per l'acetilcolina; qui il segnale chimico viene riconvertito in impulso elettrico, procedendo con la liberazione del calcio che provvede alla contrazione.

Ogni muscolo ha un mix di fibre, con rapporti vari a seconda dello sforzo che il muscolo deve eseguire. Un singolo motoneurone può innervare più fibre muscolari, ma ogni fibra muscolare è innervata da un solo motoneurone; l'insieme di un motoneurone e delle fibre muscolari che innerva è chiamato unità motoria, che varia a seconda del tipo di muscolo e quindi del tipo di movimento (fine o grosso).