Lo scheletro umano

Atlante di anatomia umana e comparata online: www.eskeleton.org (in inglese...)

Lo scheletro umano (adulto)* è composto da circa 206 ossa (80% peso corporeo)

* Questo conteggionon vale per i subadulti che hanno normalmente un numero di ossa superiore a quello citato, poiché ogni osso è formato da più segmenti che si saldano conl’accrescimento

Il tessuto osseo: struttura e funzioniL’osso è un tessuto connettivo con funzioni protettive, meccaniche e metaboliche.

Come tutti i tessuti connettivi è formato da due componenti:

E’ il tessuto costitutivo di quasi tutto lo scheletro e inoltre forma la dentina e il cemento dei denti.

Cellule (osteociti, osteoblasti, osteclasti …)

Matrice intercellulare(in cui sono immerse le cellule), organica e inorganica.

Matrice organica (ca. 30%):fibre collageneproteine non collagenicheproteoglicaniglicoproteine

Matrice inorganica (ca. 70%):fosfato e carbonato di calciosotto forma di idrossiapatite

E’ la matrice usata per le datazioni al C14 e

per altre indagini chimiche sulle ossa

Processo di accrescimento delle ossaL’ accrescimento osseo avviene tramite un processo di sostituzione del tessuto cartillaginosomediante l’attività degli osteoblasti.Le ossa si formano quindi mediante centri di ossificazione dove avviene la congiunzione di più segmenti fino a saldatura completa

Centri di ossificazione dell’omero

Il tessuto osseo: struttura e funzioni

Dal punto di vista macroscopico si distinguono due tipi di tessutoosseo: osso spugnoso e osso compatto

Osso compatto: le lamelle si associano parallelamente formando strutture compatte molto regolari.

Entrambi i tipi di osso hanno una struttura lamellare: ciascuna lamella è formata da cellule (osteociti) e sostanza intercellulare. Gli osteociti sono accolti in cavità scavate nella matrice calcificata. Osso spugnoso: le lamelle si aggregano formando trabecole irregolari, disposte disordinatamente, che delimitano un sistema di spazi intercomunicanti occupati da midollo osseo, con funzione emopoietica.

L’osso è avvolto da una membrana connettivale esterna detta periostio e da una interna detta endostio: queste membrane, molto vascolarizzate, assicurano il nutrimento alle cellule e intervengono nei processi di formazione e riparazione dell’osso.

Istologia dell’osso

L'osso compatto è costituito , per la maggior parte da una sostanza interstiziale calcificata detta matrice; questa è organizzata in lamelleche disponendosi in forme concentriche delimitano il canale di Havers. Nella sostanza fondamentale sono distribuite cavità a forma di lente biconvessa dette lacune ossee ciascuna delle quali è occupata dalla cellula ossea: osteocita, l'insieme prende nome di osteone.

I canali di Havers contengono vasi sanguigni e linfatici, fibre nervose e tessuto connettivo, sono disposti in modo parallelo tra di loro, comunicano con la superficie libera dell'osso e la cavità midollare nonché tra di loro con dei canali disposti trasversalmente e obliquamente detti canali di Wolkmann.

Lo scheletro ha diverse funzioni:

• sostiene i tessuti muscolari (permettendo la locomozione)

• protegge gli organi interni(encefalo, cuore…)

• ha funzioni emopoietiche(da origine alle cellule del sangue)

Si differenzia in:

•Scheletro assile

•Scheletro appendicolare

Scheletro assile:Cranio16 ossa per il neurocranio e lo splancnocranio1 mandibola

Colonna vertebrale24 vertebre 24 costole

1 sterno2 scapole2 clavicole

Scheletro appendicolare:Arti superioriOmeroUlnaRadioOssa della mano (carpo, metacarpo, falangi)

Arti inferioriFemoreTibiaPeronerotulaOssa del piede (tarso, metatarso, falangi)

Cinti:Pelvico (2 ossa coxali, sacro)Toracico (sterno, clavicole, scapole)

Più ossa sono tenute insieme da:

- articolazioni (ginocchio, gomito…)- sinfisi (pelvi)- cinti (pelvi, torace)

Classificazione dei tipi di ossa:

Lunghe: quelle ossa la cui lunghezza supera la larghezza e lo spessore. Sono di solito quelle degli arti, suddivise in una diafisi e due epifisi (distale e prossimale).

Piatte: quelle ossa hanno lunghezza e larghezza pressochè equivalenti. Un esempio di osso piatto è l’osso del bacino.

Brevi e/o irregolari: quelle ossa in cui lunghezza, larghezza e spessore si equivalgono. Rientrano nella categoria delle ossa rregolari quelle per le quali non è possibile stabilire con certezza il rapporto tra le varie dimensioni.

1. Prossimale2. Distale3. Frontale o anteriore4. Dorsale o posteriore5. Laterale6. Mediale7. Ulnare8. Radiale9. Tibiale10. Fibulare11. Volare12. Dorsale

Piani di orientamento dello scheletro

Piano sagittale

Piani frontale (A) e trasversale (B)

Cranio Il cranio conta circa 24 ossa distribuite nel neurocranio (cranio neurale) e nello splancnocranio(cranio facciale o viscerale)

Neurocranio:FrontaleParietaleOccipitaleTemporaleSfenoide Ossa accessorie:Etmoide Ossa dell’orecchio

Osso ioide

Splancnocranio:MascellaNasaleLacrimaleVomereTurbinatoPalatinoMalareMandibola

Anatomia dello scheletro – CRANIO (norme)

Funzioni:

• protezione dell’encefaloe degli organi di senso

• substrato per i muscoli della faccia

Variabili metriche, morfologiche e degenerative

• diagnosi di sesso• diagnosi di età• patologie (cranio e dei denti)

Anatomia dello scheletro – CRANIO (norme)

Frontale Laterale

Superiore Inferiore

Posteriore

CRANIO: le suture principali

Il cranio: le suture principalisutura coronaletra l’osso frontale e le ossa parietali

sutura sagittaletra le due ossa parietali

sutura lambdoideatra l’osso occipitale e le ossa parietali

sutura squamosatra le ossa parietale, temporale e sfenoide

In base allo stato di saldatura delle suture è possibile stabilire

l’età alla morte di un individuo

Il cranio

Mascellare Mandibola

Colonna vertebrale Vertebre cervicali (7)Vertebre dorsali (12)Vertebre lombari (5)Sacro (5)Coccige (ca. 3)

La colonna vertebrale

Ogni vertebra è composta da un corpo, da cui si dipartono due prolungamenti (dx e sx) che formano l’arco vertebrale. Tale arco delimita il foro vertebrale, all’interno del quale decorre il midollo spinalemidollo spinale. Posteriormente all’arco vertebrale è presente un processo spinoso (o apofisi spinosa) mentre lateralmente sono presenti due processi detti processi traversi.

Vertebre

Le vertebre cervicali hanno un corpo piccolo e basso, con apofisi bifide e fori postilateralmente al corpo (arteria vertebrale). Le prime due vertebre cervicali (atlante ed epistrofeo si distinguono dalle altre per la loro morfologia.

Le vertebre dorsali hanno il corpo più grande delle cervicali, e si distinguono dalle toraciche per le faccette articolari poste sui lati del corpo. La spina o apofisi non è bifida come nelle cervicali.

Le vertere lobari sono le più grandi che aumenta di grandezza dalla prima alla quinta. Sono prive delle faccette articolari sui lati del corpo e hanno le apofisi trasverse verticalizzate e la spina rettangolare.

Le vertebre sacrali (nell’adulto) sono fuse in un unico osso che si articola con le due ossa del bacino.

La colonna vertebrale

L’articolazione di una vertebra all’altra è assicurata da spazi appositi dette faccette articolari, localizzati sui processi articolari superiore e inferiore.

I corpi vertebrali sono separati tra loro da dischi intervertebrali, fibrocartilaginei, che ammortizzano i movimenti di flessione ed estensione della colonna.

La degenerazione del disco intervertebrale che si verifica con il progredire dell’età, o a seguito di stress biomeccanici, può causare

patologie osservabili sulle vertebre (atropatie, ernie del disco o ernie di

Schmörl).

Costole e sterno – cinto toracico

Le costole sono in numero di 12 paia.Le prime sette si articolano direttamente con lo sterno (vere); le successive 3 si articolano allo sterno ancorandosi alla cartilagine della costola precedente (false); le ultime 2 sono fluttuanti.

Le vertebre della regione toracica sono articolate con le costole, le quali si portano ventralmente a costituire la gabbia toracica.

Costole e sternoLo sterno è formato da 3 parti:

manubrio,

corpo,

processo xifoideo.

Cinto toracicoL’elemento di raccordo tra lo scheletro assile e lo scheletro appendicolare superiore (vale a dire l’arto superiore) è il cinto toracico o scapolarecinto toracico o scapolare.

Esso è formato da due ossa pari: la scapola e la clavicola.La scapola è un osso piatto triangolare, formato soprattutto da tessuto osseo compatto. Si articola con l’omero a livello della cavitàglenoidea e con la clavicola a livello della faccia acromiale.

La clavicola è un osso lungo a forma di S. Si articola con la scapola (a livello dell’acromion) e con lo sterno.

Scapola e clavicola concorrono ai movimenti articolari della spalla: di abduzione, cioè di allontanamento del braccio dall’asse del corpo, e di elevazione dello stesso al di sopra del capo.

Arto superiore

OMERO (braccio)L’omero, come tutte le ossa lunghe è composto da una diafisi e due epifisi. La diafisiha sezione più o meno cilindrica che mostra una tuberosità detta deltoideaposta a circa metà sezione. L’epifisi prossimale viene detta testa e si affianca a due tuberosità dette trochite e trochine. L’epifisi distale presenta anteriormente una fossa radiale (per l’articolazione con il radio) e posteriormente la fossa olecranica con il condilo e la troclea. Lateralmente sono visibili l’epicondilo(lateralmente) e l’epitroclea(medialmente)

Arto superiore

RADIO E ULNA (avambraccio)Il radio è formato da una diafisi a sezione prismatico-triangolare. L’epifisi prossimale è costituita da un capitello e da una tuberosità, mentre quella distale ha forma triangolare e presenta un processo stiloideo.

L’ulna ha una diafisi con sezione triangolare con margini più acuti. L’epifisi prossimale presenta l’olecrano che si articola con l’omero (fossa olecranica) mentre l’epifisi distale è piccola e leggermente appuntita; anche essa presenta un processo stiloideo.

Arto superioreMANOLe ossa che compongono la mano sono 2, divise in: carpo, metacarpo e falangi. Le ossa del carpo sono 8, disposte in due linee parallele e corrispondonoall’articolazione del polso. Sono: scafoidescafoide, semilunaresemilunare, piramidalepiramidale, pisiformepisiforme, trapeziotrapezio, trapezoidetrapezoide, grandgrand’’ossoosso e uncinatouncinato

Metacarpo:5 ossa (I-V)

FalangiSono tre per dito:ProssimaliIntermedieDistali

Il pollice ne hasolo 2

BACINO

Il bacino o pelvi è formato dalle due ossa dell’anca e dal sacro e il coccige. L’osso dell’anca è composto da tre segmenti (che corrispondono a quelli che si saldano durante l’accrescimento) che sono ileo, ischio e pube.

L’ileo è composto da un segmento inferiore (corpo) dove si trova la faccetta di inserzione della testa del femore (acetabolo) e da uno superiore (ala).L’ischio è formato da un ramo, che si estende verso il pube e da un corpo che presenta il forame otturato e termina nella tuberositàischiatica.Il pube è composto da due rami che terminano nella sinfisi pubica.

Il bacino è l’osso maggiormente diagnostico per la determinazione

del sesso.

Sviluppo del bacino

La fusione delle 3 ossa dell’anca (ileo, ischio e pube) si completa entro i 13-15 anni

La valutazione dello stato di saldatura delle ossa dell’anca consente una stima dell’età alla morte nei soggetti subadulti

Morfologia del bacino

La valutazione della morfologia del bacino è importante per la diagnosi di sesso degli individui adulti

Arto inferiore

FEMORE

Il femore ha la diafisi a sezione più o meno circolare, che presenta lungo la superficie posteriore una inserzione muscolare detta linea aspra.L’epifisi prossimale è formata da una testa (che si articola con il bacino tramite l’acetabolo) e da aree di inserzione muscolare dette grande trocantere e piccolo trocantere.L’epifisi distale è data da due aree distinte dette condili (mediale e laterale) intervallati da una fossadetta intercondiloidea.

La misura della testa del femore viene usata nella diagnosi di sesso

Arto inferiore

TIBIA E PERONE (o fibula)La tibia ha una diafisi con sezione triangolare. L’epifisi prossimale presenta due condili(mediale e laterale) separati da un’area intercondiloidea. Anteriormente è visibile una tuberosità tibiale.L’epifisi distale ha un processo posto medialmente detto malleolo. Distalmente è visibile un incisura peroneale per l’articolazione con il perone, appunto.

Il perone (o fibula) è piuttosto sottile e ha sezione molto irregolare con margini acuti. L’epifisi prossimale ha una testa, mentre quella distale ha un malleolo laterale.

Arto inferiore: rotula

La rotula (o patella) è un osso pari che viene considerato come un osso sesamoide in quanto si trova inserito nello spessore di un tendine.

E’ di forma triangolare con apice verso il basso.

Posteriormente presenta due superfici articolari con i condili del femore (la superficie mediale è la più piccola).

Anatomia dello scheletro – arti inferiori

PIEDELe ossa che compongono ilpiede sono circa 27, divisein tarso, metatarso e falangi. Le ossa del tarsosono 7, disposte in due linee parallele e corrispondonoall’articolazione dellacaviglia. Tra queste le piùimportanti sono calcagno e l’astragalo

Metatarso (I-V)

Falangi (I-V):ProssimaliIntermedieDistali (I-IV)

Esistono nel piede ossa sovrannumero dette sesamoidi

Elementi di antropometria

Antropometria (nel vivente) o Osteometria (per i resti scheletrici)

L’osteometria (o misurazioni delle diverse ossa dello scheletro) rappresenta il nucleo storico dell’antropologia fisica.

In particolare la misura del cranioumano (considerato come la parte più nobile del corpo) ha ricevuto tanta attenzione da generare una sottodisciplina, la craniologia.

Johann Friedrich Blumembach (1752-1840), studioso tedesco, alla fine del XVIII secolo intraprende lo studio sistematico delle variazioni fisiche/morfologiche nell’uomo, osservando in particolare il cranio. Questo approccio richiede necessariamente una serie di norme codificate che rendano più rigorosi i criteri di osservazione e garantiscano una obbiettività che si svincoli dal giudizio dell’osservatore.

Alla fine del ‘700 Camper misura l’angolo facciale, stabilendo che esiste una gradazione di valori che vedono ad un estremo i bianchi Europei (angolo tendente i 100°) e all’altro le scimmie antropomorfe (57°). I neri presentano un valore intermedio che si aggira intorno ai 70°.

CraniologiaPaul Broca (1824-1880), anatomista e clinico, a Parigi tiene la cattedra di Antropologia. La sua formazione è prevalentemente naturalistica. Il suo lavoro contribuisce enormemente alla disciplina. Mettendo a punto una serie di strumenti antropometrici e tecniche di misurazione Brocadetta norme precise di rilevamento in base a punti antropometrici di riferimento (landmarks). Con il suo metodo è possibile confrontare i caratteri metrici di una serie di popolazioni scheletriche (per lo più crani).

I musei di tutta Europa si riempiono di crani/scheletri che vengono misurati a scopo comparativo (Museum period). Tra i caratteri di misurazione Broca identifica anche tratti come il colore della pelle, delle iridi, dei capelli.

Anders Retzius (1796-1860) utilizzerà i rapporti tra misure del cranio per determinare l’indice cefalico (anche detto indice di Retzius) ed esprimere tramite un valore numerico la forma del cranio. brachicefalo> 75%> 80%

mesocefalo65% to 75%75% to 80%

dolicocefalo< 65%< 75%

FormaMaschiFemmine

Osteometria

Storicamente, le misure del craniosono state utilizzate per classificare le popolazioni secondo schemi tipologico-razziali.

Le misure del cranio sono state sempre ritenute “molto più ereditarie” di quelle del più “ecosensibile” postcranio, e per questo privilegiate negli studi antropologici di fine ‘800-inizio ‘900

La moderna tendenza a considerare lo scheletro umano come un vero e proprio archivio biologico ha reso gli onori al trascurato scheletro postcraniale, rivalutato proprio per la sua maggiore sensibilità a fattori ambientali che su di esso possono lasciare tracce utili per ricostruire lo stile di vita, la presenza di stress alimentari e/o ambientali …

OsteometriaLa raccolta delle principali dimensioni delle ossa permette di definire alcuni parametri morfometrici del cranio e della faccia e di descrivere elementi della costituzione fisica e delle proporzioni corporee di un individuo o di una popolazione.

Misure del cranio caratterizzazione fisica dell’individuo e della popolazione

Misure del postcraniocaratterizzazione costituzionale e valutazione della robustezza e del carico di stress biomeccanicodell’individuo e della popolazione

Osteometria

Lo studio della morfometria scheletrica (insieme a quello della morfologia) permette di ricostruire il tipo e il livello di attività fisica nelle popolazioni del passato, oltre a fornire informazioni su eventuali disturbi alimentari e patologie croniche.

Lo scheletro è infatti influenzato da una serie di fattori ambientali (sia durante l’accrescimento che durante la vita adulta) a cui risponde con modificazioni della sua struttura.

Per es., individui che conducono una vita molto attiva, con elevato stress biomeccanico, hanno ossa più robuste, e la robustezza può essere quantificata mediante apposite misure.

Una vita sedentaria si accompagna a un minor appiattimento delle sezioni trasverse delle diafisi del femore e della tibia …

Misure del cranioEsiste una serie di misure codificate del cranio (riferimento: Manuale di Martin e Saller, 1957-1962) che si basano sull’uso di particolari punti antropometrici di riferimento (landmarks).

Alcuni esempi:

1. Lunghezza massima (g-op)

8. Larghezza massima (eu-eu)

10. Diametro frontale massimo (co-co)

11. Diametro frontale minimo (ft-ft)

…

Indici del cranio…

Sulla base delle misure del cranio è possibile calcolare una serie di indici cranici che caratterizzano in modo sintetico alcuni aspetti della forma del cranio.Indice cranico orizzontale: rapporto percentuale tra larghezza massima e lunghezza massima. Delinea la forma allungata (dolicocranio) o corta (brachicranio) della calotta cranica.

Dolicocrani (<74.9)Mesocrani (75 ÷ 79.9)Brachicrani (>80)

L’indice cranico è stato ampiamente utilizzato per caratterizzare tipologicamente le popolazioni umane.

Per es., classificazione di Biasutti in 4 principali razze caratterizzate da valori differenti dell’indice cefalico:

• Negroidi e Australoidi: sono in media dolicocefali

• Mongoloidi: brachicefali

• Europoidi: sono rappresentate tutte le categorie dell’indice.

Misure del postcranio

Come per il cranio, esiste una serie di misure codificate anche per il postcranio(Manuale di Martin e Saller, 1957-1962) basate sull’uso di punti antropometrici di riferimento.

Indici del postcranio: alcuni esempi

Indice diafisario dell’omero: rapporto percentuale tra i diametri minimo e massimo misurati a metà diafisi. Quando il valore dell’indice si avvicina a 100 i due diametri sono simili e la diafisi ha una forma rotondeggiante, mentre quando il diametro minimo è molto più piccolo del diametro massimo si ha un appiattimento dell’omero (platibrachia) che può essere causato dal lavoro del bicipite e del deltoide.

Indice pilastrico del femore: rapporto percentuale tra i diametri antero-posteriore e trasverso, misurati al centro della diafisi. Un indice elevato indica un forte sviluppo della linea aspra associato al lavoro muscolare della coscia.

Indice di robustezza del femore: rapporto percentuale tra la somma dei diametri antero-posteriore e trasverso, e la lunghezza fisiologica del femore. Un indice maggiore di 12,5 indica robustezza della gamba.

Indici di proporzioni corporeeLe proporzioni tra le diverse parti del corpo possono essere espresse mediante una serie di indici applicati sia all’interno dello stesso arto (come rapporto tra segmento prossimale e distale), sia tra arti superiori e inferiori.Questi indici forniscono informazioni sulla costituzione corporea delle popolazioni e su eventuali adattamenti a fattori ambientali in base a Regole eco-geografiche

Regola di Allen: prevede un allungamento relativo delle appendici, e in particolare del segmento distale degli arti, in relazione all’adattamento a climi caldi.

Indice radio-omerale: rapporto percentuale tra la lunghezza massima del radio e la lunghezza fisiologica dell’omero.

<74,9: radio breve75 – 79,9: radio medio>80: radio lungo

Indice tibio-femorale: rapporto percentuale tra la lunghezza totale della tibia e la lunghezza fisiologica del femore.

<81,9: tibia breve82: tibia media>82: tibia lunga

Indice intermembrale: rapporto percentuale tra la lunghezza dell’arto superiore e la lunghezza dell’arto inferiore.

70: media maschile69: media femminile

Indice di lateralizzazione degli arti

Attraverso questo indice è possibile valutare le differenze tra arto dx e sx ottenendo così informazioni su un eventuale maggior utilizzo di un lato del corpo rispetto al controlaterale: inferenze su movimenti ripetititvi, che producono una asimmetria tra i due lati.

Formula di Schultz (1937): rapporto percentuale tra la differenza delle misure dei lati dx e sx, e la minore delle due lunghezze.

Indice di lateralizzazione:dx – sx / min (dx, sx) x 100

Indice di dimorfismo sessuale

Indice di Hall: (media M – media F)/media M x 100

Indice di Hall: rapporto percentuale tra la differenza delle medie delle misure della popolazione maschile e femminile e la media delle misure maschili

Le differenze dimensionali tra i due sessi possono essere valutate calcolando il grado di dimorfismo sessuale attraverso l’Indice di Hall (1982), equazione applicabile a qualsiasi misura scheletrica.

Valori elevati di questo indice possono essere correlati ad attività lavorative sesso-specifiche

Calcolo della staturaUno degli indicatori più utilizzati per definire le dimensioni corporee delle popolazioni umane attuali e del passato è la statura.La statura può essere influenzata da vari fattori –ambientali, genetici, sociali, geografici – e a livello di popopolazione può fornire indicazioni su condizioni di adattamento all’ambiente.

Secondo la Regola di Cope, l’incremento della mole corporea, esprimibile nel caso degli ominidi anche come incremento della statura, è indizio di successo evolutivo.

Secondo la Regola di Bergmann, si osserva un incremento della mole corporea al crescere della latitudine, in quanto la diminuzione del rapporto tra superficie corporea e volume è vantaggiosa in condizioni di clima freddo.

La statura inoltre può essere considerato come un indicatore di stress, in quanto una bassa statura nell’adulto può essere legata a situazioni di malnutrizione infantile e giovanile cronica.

Calcolo della statura

Stime della statura da resti scheletrici si possono ottenere se si ha a disposizione lo scheletro completo e ben conservato, sommando le altezze di tutti i distretti scheletrici e aggiungendo coefficienti che sostituiscono le parti molli e le curvature della colonna vertebrale.

Ma visto che i resti scheletrici sono solitamente frammentari, vengono usate delle equazioni di regressione che permettono di ottenere la statura a partire dalle misure di lunghezza delle ossa degli arti.

• Trotter e Gleser (1952, 1958, 1977)• Olivier et al. (1978)• Manuvrier (1893)• Sjøvold (1990)

3,08 x lunghezza omero + 70,45 ± 4,05