Les systèmes musculosquelettiques dans le règne animal

Les animaux diffèrent des plantes puisqu’ils peuvent se déplacer d’un endroit à l’autre. Deux systèmes qui fonctionnent ensemble rendent cela possible. Il s’agit du système musculaire et du système squelettique. Lorsqu’ils sont combinés, ils portent le nom de système musculosquelettique.

Les exosquelettes

Les animaux ont différents types de système musculosquelettique. Les arthropodes, ou animaux articulés, comprennent les insectes et les araignées ainsi que les crustacés comme les crabes et les homards. Ces animaux ont un exosquelette. Cela signifie qu’une forme de coquille durcie, ou un squelette externe (exo), recouvre leurs organes et systèmes internes. Des cellules spécialisées de la peau produisent ces coquilles de la même façon que nos ongles poussent. Les exosquelettes sont constitués de chitine, un type de sucre complexe.

Les mollusques, comme les escargots et les palourdes, ont aussi un exosquelette. C’est leur coquille! La coquille des mollusques contient du carbonate de calcium (CaCO₃). Cela aide à renforcer les coquilles. L’inconvénient du carbonate de calcium est qu’il peut se dissoudre dans les eaux chaudes ou acides. C’est la raison pour laquelle les récifs coralliens et les mollusques sont sensibles à l’acidification des océans.

L’un des principaux inconvénients des exosquelettes est qu’ils doivent être remplacés à mesure que l’animal grandit. Ce processus s’appelle la mue. Pendant la mue, l’animal n’est pas bien protégé parce que le nouvel exosquelette n’est pas dur comme l’ancien. Le squelette durcit avec le temps.

Les squelettes hydrostatiques

Un deuxième type de système musculosquelettique est le squelette hydrostatique. Il s’agit d’un système qu’utilisent les méduses, les pieuvres et les vers de terre. Dans ce système, la pression de l’eau, appelée pression hydrostatique, est utilisée pour rendre différentes parties du corps plus dures ou plus molles. Pour ce faire, il pompe de l’eau dans une section appelé le cœlome à l’aide de « pompes à eau » musculaires. Ces pompes à eau sont également celles qui font bouger les ventouses des pieuvres!

Le savais-tu?

La pression hydrostatique n’est pas seulement pour les vers et les pieuvres. Ta propre langue utilise également la pression hydrostatique pour bouger!

Le troisième et le dernier type de système musculosquelettique est celui avec lequel tu dois être familier. Les endosquelettes sont situés à l’intérieur du corps. Le mot endo signifie « à l'intérieur ». Les scientifiques considèrent que quelques animaux, comme l’étoile de mer, ont aussi un endosquelette parce que la peau recouvre les éléments du squelette. Cependant, la majorité des animaux portant un endosquelette sont des vertébrés, des animaux dotés d’une colonne vertébrale.

L’endosquelette des vertébrés

Les animaux vertébrés constituent un groupe qui comprend les poissons, les amphibiens, les reptiles, les mammifères et les oiseaux. Tous ces animaux ont un squelette fait d’os, à l’exception des poissons cartilagineux comme les requins et les raies, dont le squelette est fait de cartilage.

Le squelette a plusieurs fonctions importantes. La première consiste à protéger les organes internes. Ta cage thoracique en est un bon exemple. Les os de ta cage thoracique protègent ton cœur et tes poumons, ainsi qu’une partie de ton foie et de ton estomac. Peux-tu penser à d’autres os qui protègent des parties importantes du corps?

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Cette image représente une cage thoracique superposée au cœur, aux poumons, à l'estomac et au foie, les flèches pointant vers chacun d'eux.

Une autre fonction importante du squelette est de fournir un appui pour le corps et de permettre le mouvement à l’aide des muscles attachés aux os.

Les squelettes et l’évolution

Si tu as déjà visité un musée d’histoire naturelle, tu as probablement vu des squelettes d’animaux. Est-ce que tu t’es déjà questionné pourquoi les gens s’intéressent autant aux squelettes? L’étude des squelettes d’animaux est un élément important de la compréhension de l’évolution des espèces. Elle aide également les scientifiques à classer différents groupes d’animaux. Pour certaines espèces disparues, comme les dinosaures, les squelettes fossilisés sont tout ce qui reste. Comparer les squelettes fossilisés aux squelettes d’animaux vivants nous aide à comprendre des choses très intéressantes, comme l’évolution des oiseaux à partir des dinosaures!

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Photographie d’une exposition de squelettes de primates au Musée d’ostéologie d’Oklahoma City. Sur une maquette d’arbre se trouvent les squelettes de nombreux petits primates grimpant aux arbres, présentés comme s’ils étaient soit en train de grimper, soit assis ou suspendus à l’arbre.

Les parties du squelette d’un vertébré

Même si les animaux vertébrés se présentent sous de nombreuses formes et de tailles, leurs squelettes ont des parties en commun.

Les vertébrés ont tous un crâne osseux qui protège leur cerveau. La plupart d’entre eux ont aussi des mâchoires qui fonctionnent avec les os du crâne pour les aider à obtenir et à transformer les aliments. Le crâne et les mâchoires contiennent parfois des dents, mais pas toujours.

Le bas du crâne est relié au premier os de la colonne vertébrale.

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Dessin d’un crâne humain. Le crâne et les os faciaux sont montrés séparément. Le crâne, les os faciaux et la mandibule d’un adulte sont composés de 22 os.

Le savais-tu?

Le plus petit os du corps humain est l’étrier, qui se trouve dans l’oreille interne.

Tous les vertébrés ont une colonne d’os le long de leur dos appelé vertèbre. C’est d’ailleurs de là que vient le nom de ce groupe d’animaux! Nous appelons ce groupe de vertèbres la colonne vertébrale, ou épine dorsale ou rachis. Les vertèbres aident à protéger la moelle épinière, qui fait partie du système nerveux.

Les vertèbres peuvent être classées en fonction de leur emplacement.

Les vertèbres cervicales sont situées dans la région du cou.

En dessous des vertèbres cervicales se trouvent les vertèbres thoraciques. Les côtes ainsi que les os de l’épaule sont reliés à ces vertèbres.

Suivant celles-ci se trouvent les vertèbres lombaires. Nous appelons cela le bas du dos.

Suivant les vertèbres lombaires se trouve le sacrum. Chez l’humain, c’est un os triangulaire qui se forme lorsque cinq vertèbres se fusionnent dès l’âge adulte. Les os du bassin sont reliés au sacrum.

Le coccyx forme l’extrémité de la colonne. Les humains ont un coccyx formé à partir de quatre os fusionnés. Au lieu d’avoir un coccyx, les animaux ayant une queue ont plus de vertèbres connues sous le nom de vertèbres caudales, ou coccygiennes.

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Dessin de la colonne vertébrale humaine montrant l’emplacement des vertèbres cervicales, des vertèbres thoraciques, des vertèbres lombaires, du sacrum et du coccyx. La colonne vertébrale humaine comprend 33 os.

Le savais-tu?

Les mammifères, y compris les girafes et les baleines, ont tous 7 vertèbres dans leur cou. Les lamantins et les paresseux sont l’exception. Ils ont tendance à avoir une ou deux vertèbres cervicales de plus.

Comme tu l'as appris dans ce texte, les os des côtes aident à protéger les organes internes importants. Ils se rattachent également à de nombreux muscles.

Les humains ont 12 côtes de chaque côté du corps. Les 7 os proches de la tête sont appelés vraies côtes. Ces os sont directement reliés à un os appelé sternum. Nous l’appelons généralement l’os de la poitrine. Les 5 autres côtes sont appelées fausses côtes parce qu’elles ne sont reliées qu’indirectement au sternum. Les côtes 11 et 12 sont appelées côtes flottantes parce qu’elles ne sont pas du tout reliées au sternum.

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Dessin de la cage thoracique humaine montrant l’emplacement du sternum, des vraies côtes, des fausses côtes et des côtes flottantes. La cage thoracique humaine compte 22 os.

La plupart des vertébrés, mais pas tous, ont des membres.

Peux-tu penser à un vertébré qui n’a pas de membres? Si ta réponse est le serpent, tu as raison!

Les membres antérieurs ou supérieurs, aussi appelés pattes avant ou bras, sont reliés à la partie supérieure de la colonne vertébrale.

Tous les vertébrés ont les mêmes os dans leurs membres antérieurs ou supérieurs. Ce sont l’humérus, le radius, le cubitus, les os carpiens (ou carpe), les métacarpiens et les phalanges. Il s’agit des os du bras, du poignet et de la main.

Même s’ils ont les mêmes os, leurs membres antérieurs ou supérieurs peuvent être très différents. Ces différences permettent aux animaux de se déplacer dans différents environnements, comme sur la terre, dans l’eau et dans l’air.

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Dessin des omoplates et des membres supérieurs humains montrant l’emplacement de l’omoplate, de la clavicule, de l’humérus, du radius, du cubitus, du carpe, des métacarpiens et des phalanges. Il y a 64 os dans les épaules ainsi que les bras et les mains de l’humain.

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Dessins des os des membres antérieurs ou supérieurs de différents animaux, y compris un humain, un cheval, un chat, une taupe, une baleine, une grenouille, une chauve-souris et un oiseau. Pour chaque type d’animal, le fémur est de couleur bleue, le radius et le cubitus sont de couleur jaune, et le carpe, les métacarpiens et les phalanges sont de couleur rouge afin de montrer les os homologues.

Les animaux qui ont des membres antérieurs ou supérieurs ont aussi tendance à avoir des membres postérieurs ou inférieurs. Les baleines, les dauphins, les marsouins et les salamandres sirènes, qui n’ont que des membres antérieurs, font exception à cette règle.

Les os de la hanche, avec le sacrum et le coccyx, forment le bassin. Le fémur est relié à la partie supérieure de chaque os de la hanche.

Le fémur est relié à l’os du genou, appelé rotule, ainsi qu’aux parties supérieures du tibia et du péroné (ou fibula). Comme pour les membres supérieurs, aux extrémités de ces os se trouvent les os tarsiens (ou tarse), les métatarsiens et les phalanges, mieux connus comme étant tes chevilles et tes pieds.

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Dessin du bassin et des membres inférieurs humains montrant l’emplacement de l’os de la hanche, du fémur, de la rotule, du tibia, du péroné, du tarse, des métatarsiens et des phalanges. Il y a 62 os dans la hanche ainsi que les jambes et les pieds de l’humain.

Le savais-tu?

Le plus grand os du corps humain est le fémur. Le plus grand os jamais trouvé était un fémur d’un dinosaure sauropode qui mesurait 2 mètres (6,5 pieds) de long!

Le nombre d’os que tu auras à l’âge adulte n’est PAS le même que celui que tu avais à ta naissance. Le squelette d’un nouveau-né est composé de 270 os. Pendant la croissance, certains os, comme ceux du crâne, fusionnent. Les adultes ont généralement 206 os.

Essaie ceci!

Peux - tu identifier l’animal qui appartient à chacun des squelettes ci-dessous AVANT de lire la légende de l’image ?

Les os

Comme tu l’as appris plus tôt, les squelettes sont faits d’os. Regardons d’abord la structure des os.

Les os sont constitués de quatre différents types de tissus :

1. Périoste
2. Os compact
3. Os spongieux
4. Moelle osseuse

Le périoste est la couche dure externe de l’os. Cette couche contient les vaisseaux sanguins, comme les artères, ainsi que les nerfs. Sous le périoste se trouve l’os compact. Cette couche dure protège les os plus mous situés en dessous. Sous l’os compact se trouve l’os spongieux. Comme son nom l’indique, ce type d’os est plein de trous. Cela permet à l’os d’être léger tout en étant solide. À l’intérieur de certains os se trouve la moelle osseuse. La moelle osseuse est un tissu gélatineux qui se trouve dans la cavité médullaire.

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Il s’agit d’un dessin d’un os représenté en coupe transversale. La partie externe de l’os, appelée périoste, est représentée par une fine couche beige. À l’intérieur de cette couche, représentée par un contour foncé, se trouve l’os compact. À l’intérieur du contour de l’os compact se trouve l’os spongieux, qui semble plein de petits trous. La cavité médullaire s’étend au milieu de l’os spongieux. Dans cet espace se trouve la moelle osseuse, qui est représentée par un cylindre jaunâtre.

Le savais-tu?

La moelle osseuse d’un humain adulte pèse environ 2,7 kg (6 livres)!

La moelle osseuse produit tous les globules rouges et plaquettes et environ 60 à 70 % des lymphocytes chez l’adulte humain. La production de cellules sanguines est appelée hématopoïèse. La moelle osseuse rouge produit tous les types de cellules sanguines. La moelle osseuse jaune produit des globules rouges en cas d’urgence et emmagasine également des graisses.

Le savais-tu?

Ta moelle osseuse produit 200 milliards de nouvelles cellules sanguines quotidiennement.

Les os des oiseaux

On a longtemps pensé que les os des oiseaux comprenaient plus d’espaces d’air afin de les rendre plus légers pour le vol. Mais nous savons maintenant que ce n’est qu’une partie de l’histoire. Les os des oiseaux sont des os pneumatiques ou des « os qui respirent ». C’est parce que l’air circule à travers. Les os pneumatiques des oiseaux sont reliés à leurs sacs aériens. On croit que le fait que ces os soient reliés aux sacs aériens permet à la pression de l’air de renforcer les os.

Les squelettes d’oiseaux sont-ils donc plus légers que ceux des mammifères de taille similaire? Non! En fait, les os des oiseaux sont plus denses que les os des mammifères. Même s’ils comportent des espaces d’air, ils ont aussi beaucoup de matières internes, un peu comme les barreaux sur une échelle.

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Dans ce dessin d’une coupe transversale d’un os d’oiseau, la structure interne ressemble à un tube creux entrecroisé de traverses dentelées et angulaires.

Le savais-tu?

La structure interne des os d’oiseaux fait qu’ils se brisent plus facilement que les os des mammifères. C’est pourquoi tu ne dois jamais donner des os de poulet ou de dinde à un chien. Ils peuvent se casser et créer des petits morceaux qui peuvent rester coincés dans la gorge de l’animal.

Les tissus osseux sont formés de deux éléments principaux :

1. le tissu conjonctif (voir ci-dessous) qui est renforcé par le calcium;
2. des cellules osseuses spécialisées.

T’es tu déjà fait recommandé de boire du lait parce que c’est bon pour tes os? C’est vrai! Les os contiennent beaucoup de phosphate de calcium (Ca₃(PO₄)₂). C’est ce qui rend les os solides. En plus du phosphate de calcium, les os contiennent aussi de l’eau et de petites quantités de différents minéraux comme le magnésium et le sodium.

Le savais-tu?

L’un des rôles des os est de garder une réserve de calcium. Lorsque d’autres fonctions du corps ont besoin de calcium, elles peuvent l’obtenir à partir des os.

La plupart des vertébrés ont des os vivants. Les tissus osseux sont constitués de trois principaux types de cellules :

1. Les ostéoblastes construisent de nouveaux tissus osseux.
2. Les ostéocytes maintiennent la santé des tissus osseux.
3. Les ostéoclastes décomposent le vieux tissu osseux.

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Un ostéoblaste a la forme d’un rectangle aux coins arrondis. Chaque cellule possède un seul grand noyau. Un ostéocyte a une partie centrale arrondie avec de nombreux prolongements ramifiés et un seul noyau. Un ostéoclaste ressemble à une goutte avec de nombreuses projections courtes partant de sa partie inférieure. Les ostéoclastes contiennent plusieurs noyaux par cellule.

Le savais-tu?

Tes cellules osseuses sont constamment remplacées par de nouvelles cellules osseuses. Il faut environ 10 ans pour renouveler l’ensemble de ton squelette.

Pour conserver des os en bonne santé, tu dois avoir une alimentation équilibrée et faire régulièrement de l’exercice. L’exercice favorise la régénération osseuse. En microgravité, les os ont tendance à perdre de la masse. C’est la raison pour laquelle les astronautes doivent faire de l’exercice plusieurs heures par semaine.

Les tissus conjonctifs et le système musculosquelettique

Les tissus conjonctifs sont présents partout dans notre corps. Ces tissus permettent de séparer les parties les unes des autres et de les relier entre elles.

Il existe trois principaux types de tissu conjonctif :

1. le tissu conjonctif lâche;
2. le tissu conjonctif dense;
3. le tissu conjonctif spécialisé.

Le tissu conjonctif lâche maintient tes organes en place. C’est aussi ce qui relie ta peau aux tissus sous-jacents. Le tissu conjonctif dense permet d’attacher les muscles aux os et de relier les os à tes articulations. Le tissu conjonctif spécialisé comprend les tissus dotés de cellules spécialisées qui relient des parties entre elles. Les os, le cartilage, le sang et la lymphe sont tous des exemples de ces tissus spécialisés.

Le tissu conjonctif dense est très important pour le mouvement. Par exemple, les os sont reliés aux muscles par des tissus conjonctifs regroupés en tendons. Les tendons sont solides, mais suffisamment souples pour empêcher les muscles de trop s’étirer. Le tendon le plus facile à voir dans ton corps est le tendon d’Achille. Il relie les muscles du mollet à l’os du talon, et sans lui, tu ne peux pas marcher.

Lorsque les tissus conjonctifs maintiennent deux os ensemble, ils portent le nom de ligaments. Les ligaments servent de protection supplémentaire. Ils empêchent les os de s’écarter les uns des autres ou de se tordre dangereusement.

Le cartilage est une autre forme de tissu conjonctif. C’est lui qui forme notre squelette lorsque nous sommes encore dans l’utérus. Au cours de notre croissance, certains cartilages se transforment en tissus osseux par un processus de minéralisation. Ce processus consiste en l’ajout de minéraux, comme le calcium, à l’os. Une partie du cartilage demeure au cours de notre croissance. Tu peux le sentir comme la partie flexible de tes oreilles et de ton nez. Notre cage thoracique tire également sa flexibilité du cartilage. C’est le cartilage qui relie les côtes au sternum.

Une forme plus rigide de cartilage recouvre les extrémités des os et se trouve entre les vertèbres de notre colonne vertébrale. Cette forme de cartilage protège les os des impacts, comme lorsque tu portes des genouillères ou des protège-coudes!

Les jointures, aussi appelées articulations, sont l’endroit où les os se rencontrent. Les articulations ne sont pas toutes mobiles. Certaines articulations sont immobiles. Il s’agit notamment de l’endroit où l’os rencontre ton crâne ainsi que ce qui retient tes dents dans ta mâchoire. Ces articulations sont aussi appelées articulations fibreuses, car elles sont reliées par des tissus fibreux.

D’autres articulations peuvent avoir un certain mouvement, mais pas beaucoup. Il s’agit des articulations entre les vertèbres ainsi qu’entre les os de la hanche. Ces articulations sont reliées par du cartilage. C’est pourquoi on les appelle articulations cartilagineuses.

Enfin, les articulations qui permettent le plus de mouvements des os sont les articulations synoviales. Il existe plusieurs types de ces articulations, notamment :

• les articulations à charnière que l’on trouve dans les coudes et les genoux;
• les articulations sphériques que l’on trouve dans les hanches et les épaules;
• les articulations en selle que l’on trouve dans les poignets et les chevilles;
• les articulations à pivot que l’on trouve dans le cou.

Toutes ces articulations ont des choses en commun. Dans chaque articulation, il y a un espace entre les deux os de connexion appelé espace synovial. Dans cet espace se trouve le liquide synovial. Ce liquide agit comme un lubrifiant pour réduire la friction entre les os. Le liquide est contenu dans une membrane appelée membrane synoviale située juste à l’intérieur de la capsule articulaire. La capsule articulaire maintient tout en place et fournit un certain support structurel à l’articulation.

Visionne cette vidéo pour obtenir un résumé des articulations et de leur fonctionnement, ainsi que pour en apprendre davantage sur les différents types de blessures articulaires.

Les muscles

Les humains ont trois types de muscles :

1. le muscle cardiaque;
2. les muscles lisses;
3. les muscles squelettiques.

Tu as peut-être déjà entendu le mot « cardiaque ». Ce terme fait référence au cœur, et le muscle cardiaque constitue la grande partie du cœur. C’est le muscle qui pompe le sang dans le corps.

Les muscles lisses sont impliqués dans les mouvements automatiques des parties du corps. Dans le tube digestif, ces muscles se détendent et se contractent lentement pour faire avancer les aliments. Ils sont également présents dans les vaisseaux sanguins et sont les muscles qui contrôlent la quantité de lumière que ton iris laisse entrer dans ton œil.

Les muscles squelettiques sont impliqués dans les mouvements. Ils représentent de 30 à 40 % de la masse corporelle totale. Les muscles squelettiques se trouvent sur la majeure partie du corps. Le plus gros muscle de ton corps est le glutéal (ou fessier), le muscle principal de ton derrière. Le muscle le plus fort est le muscle masséter. Il relie ton crâne et ta mandibule. Il t’aide à ouvrir et à fermer ta mâchoire.

Le savais-tu?

La plupart des sources indiquent qu’il y a plus de 650 muscles squelettiques nommés dans le corps humain, bien que certaines sources en comptent jusqu’à 840! Pour connaître certains de leurs noms, consulte la vidéo dans la section En savoir plus.

Le mouvement : le travail d’équipe en action

Une fonction très importante du squelette des vertébrés est le mouvement. Mais comment fonctionne-t-il? Pour le mouvement, tu as besoin d’une équipe de tissus et de systèmes qui travaillent ensemble.

Disons que tu veux lever le bras. Regarde la vidéo ci-dessous pour voir ce qui se passe.

Ton cerveau doit d’abord envoyer un signal à ton bras par l’intermédiaire de ton système nerveux. C’est le signal blanc dans l’animation. Le signal déclenche ensuite les muscles du bras. La plupart de nos muscles travaillent en paires. Pendant qu’un muscle se contracte, l’autre se détend. Tu peux observer cela dans la flexion du bras. Le muscle du dessus se raccourcit et celui du dessous s’étend. Lorsque tu veux faire le mouvement inverse, ils échangent les rôles. Les muscles tirent sur les tendons, qui à leur tour tirent sur les os. L’articulation du coude aide aussi en agissant comme un levier.

Ainsi, la prochaine fois que tu bouges, tu peux remercier ton système musculo-squelettique pour ce formidable travail d’équipe!