Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Biomedica Indirizzo di Tecnologie Biomediche Insegnamento di Bioingegneria della Riabilitazione Anno Accademico 2010/2011 Cenni di Anatomia Umana Cecilia Laschi cecilia.laschi@sssup.it Sommario della lezione Principi generali di anatomia Definizioni e terminologia Apparato scheletrico Sistema nervoso 1
Principi generali di Anatomia Il corpo umano si compone di varie parti (la testa, il collo, il tronco, gli arti), in ciascuna delle quali si trovano gli organi (sia internamente sia esternamente). Gli organi sono di norma funzionalmente correlati tra loro a costituire apparati o sistemi. Sistema: si intende un insieme di organi morfologicamente e funzionalmente omogenei e con la stessa derivazione embriologica; per es. sistema nervoso. Apparato: si intende un insieme di organi morfologicamente e funzionalmente diversi e con diversa derivazione embriologica; per es. l apparato digerente, l apparato locomotore. 2
Anatomia: definizione L Anatomia è la disciplina che studia le caratteristiche macroscopiche e microscopiche delle parti che compongono il corpo umano, la loro posizione e i loro rapporti topografici. L organizzazione macroscopica e quella topografica si ricavano dall osservazione visiva. A completare quanto osservato visivamente, vengono in aiuto le tecniche proprie della cosiddetta Diagnostica per Immagini (Radiologia, Medicina Nucleare, Ecografia, Tomografia Assiale Computerizzata -TAC-, Risonanza Magnetica Nucleare - RMN-, Tomografia a Emissione di Positroni -PET-). Una parte dell anatomia macroscopica ha come oggetto di descrizione l organizzazione dei vari organi raggruppati per funzione. Così, l osteologia studia le ossa, la miologia i muscoli, l artrologia le articolazioni, l angiologia il cuore e i vasi, la splancnologia i visceri. Lo studio dell organizzazione macroscopica del corpo umano consente di conoscere forma, dimensioni e consistenza di un dato organo, indipendentemente dalla loro collocazione regionale. La descrizione topografica consente di stabilire in quale parte del corpo un dato organo si trova, con quali altri organi è in rapporto, quali sono le vie di accesso dall esterno a esso (come, per esempio, durante un intervento chirurgico). Anatomia: definizione L organizzazione microscopica di un organo e dei suoi tessuti si ricava dall osservazione di sezioni sottili dello stesso, dopo che l organo è stato prelevato in tutto o in parte, opportunamente fissate e colorate, per mezzo del microscopio ottico. Si può arrivare a esaminare l organizzazione delle singole cellule (ultrastruttura) e i loro rapporti mediante l osservazione di sezioni molto sottili di frammenti di organi o di tessuti per mezzo del microscopio elettronico a trasmissione (TEM) o del microscopio elettronico a scansione (SEM). Con le tecniche di citochimica e immunocitochimica, sia a livello microscopico sia a livello ultrastrutturale, è possibile localizzare all interno della singola cellula sia le molecole che la compongono sia le molecole che ne permettono il funzionamento. 3
4
Ambiti di competenza delle scienze morfologiche Ambiti di competenza delle scienze morfologiche 5
Organizzazione tridimensionale del corpo umano Il corpo umano e i suoi organi sono oggetti tridimensionali di cui si possono misurare i parametri propri di qualsiasi altro oggetto: altezza, larghezza, profondità, spessore, peso. Simmetria Il corpo umano presenta una simmetria latero-laterale o bilaterale (destra-sinistra, o viceversa), ma non una simmetria antero-posteriore, né una simmetria craniocaudale (alto-basso, o viceversa). Pertanto, vengono distinte una superficie anteriore o ventrale e una posteriore o dorsale, oltre che due superfici laterali, destra e sinistra. I PIANI ANATOMICI I piani anatomici sono dei piani immaginari disegnati attraverso il corpo. Questi piani permettono di descrivere oggettivamente i movimenti e le posizioni del corpo. I piani anatomici principali sono tre: 1. Piano mediano 2. Piano frontale o coronale 3. Piano orizzontale o trasversale 6
La posizione anatomica La posizione anatomica è una posizione utilizzata come punto di riferimento per stabilire le relazioni tra le diverse parti del corpo. I termini anatomici come anteriore e posteriore, mediale e laterale, abduzione e adduzione sono sempre riferiti alla posizione anatomica. Una persona che si trova nella posizione anatomica è in piedi, in posizione eretta con la testa eretta, sguardo e palmi delle mani rivolti in avanti, braccia lungo i fianchi e dita delle mani estese, piedi in avanti e perpendicolari al corpo. Piano mediano E un piano verticale immaginario che passa attraverso il centro del corpo (attraverso gli assi longitudinale e sagittale), dividendolo in due metà (di destra e di sinistra) uguali o antimeri. Il piano sagittale è un piano verticale immaginario parallelo al piano mediano che non passa necessariamente per il centro. Spesso questi due piani vengono considerati come un unico piano chiamato sagittale mediano. Prendendo come riferimento questo piano, la superficie di un arto più vicina ad esso è detta mediale mentre quella più lontana è detta laterale. E mediale tutto ciò che è più vicino al piano sagittale mediano, è laterale tutto ciò che ne è più lontano. 7
Piano frontale o coronale E un piano verticale parallelo alla fronte e perpendicolare al piano mediano (passa per gli assi trasversale e longitudinale). Divide il corpo in parte anteriore e parte posteriore. Esistono numerosi piani di sezione dalla superficie ventrale a quella dorsale (e viceversa), detti piani frontali. Non esiste un piano che divida il corpo in una metà anteriore e una posteriore. La regione di un arto (e il suo contenuto) che si trova più vicina al tronco viene detta prossimale, mentre la regione dello stesso arto (e il suo contenuto) che si trova più lontana dal tronco è detta distale. Piano orizzontale o trasversale E un piano che divide il corpo in due metà superiore e inferiore. In posizione eretta è orizzontale. E' situato perpendicolarmente al piano mediano e al piano frontale e passa per gli assi trasversale e sagittale. 8
Piani anatomici e assi principali 9
Le direzioni di movimento FLESSIONE: movimento per cui un segmento tende a formare con un altro un angolo sempre più acuto (1) ESTENSIONE: movimento per cui un segmento tende a disporsi sullo stesso piano dell'altro (2) (2) (1) 10
Le direzioni di movimento ABDUZIONE: allontanamento dal piano mediale del corpo (1) ADDUZIONE: avvicinamento al piano mediale del corpo (2) (2) (1) Le direzioni di movimento ROTAZIONE: movimento compiuto da un segmento intorno al proprio asse principale CIRCONDUZIONE: movimento per cui un segmento descrive un cono ad apice corrispondente al capo articolare 11
Apparato locomotore Nei vertebrati gli apparati e i sistemi che concorrono a rendere possibile il movimento nello spazio sono l apparato locomotore formato dal sistema osteoarticolare (scheletro e articolazioni) e dal sistema muscolare (muscoli scheletrici), guidati e controllati dal sistema nervoso. Lo scheletro Il sistema osseo è costituito da più di 206 ossa che si uniscono, attraverso giunzioni, per costituire lo scheletro. Lo scheletro è formato, oltre che dalle ossa, anche dalla cartilagine e da altre varietà di tessuti connettivi. 12
Lo scheletro Cranio Colonna vertebrale Sterno Bacino Colonna cervicale Colonna toracica Gabbia toracica Colonna lombare Arti superiori Colonna sacrococcigea Arti inferiori Forma delle ossa In riferimento alla loro forma, le ossa sono classificate in: 1. Ossa lunghe 2. Ossa piatte 3. Ossa brevi 4. Ossa irregolari 5. Ossa sesamoidi Omero 13
Ossa lunghe OMERO ULNA RADIO METACARPO DITA FEMORE PERONE TIBIA METATARSO DITA Ossa piatte Le ossa piatte sono costituite da uno strato di tessuto spugnoso frapposto tra 2 lamine di tessuto compatto. Il tessuto spugnoso può presentare delle lacune più grosse contenenti residui di tessuto emopoietico. Sono caratterizzate da una superficie molto sviluppata e da uno spessore molto ridotto. 14
Ossa piatte SCAPOLA STERNO COSTE CRANIO CLAVICOLA OSSO DELL ANCA Ossa brevi Le ossa brevi, hanno forma più o meno cuboide, e sono costituite da tessuto osseo spugnoso circondato da uno strato sottile di tessuto osseo compatto; non contengono perciò midollo osseo. 15
Ossa brevi OSSA DEL CARPO OSSA DEL TARSO Ossa irregolari Sono ossa irregolari quelle che, per la forma complessa, non posso essere considerate né lunghe, né piatte, né brevi. Esse presentano una superficie irregolare e dimensioni variabili. Le vertebre e alcune ossa del cranio sono irregolari. 16
Le articolazioni o giunture Le articolazioni si suddividono dal punto di vista strutturale in: articolazione fibrosa, le ossa sono unite da tessuto fibroso articolazione cartilaginea le ossa sono legate da cartilagine articolazione sinoviale le ossa sono separate da una cavità oltre che essere legate Nome funzionale Nome strutturale Grado di movimento Esempi sinartrosi fibrosa fissa cranio anfiartrosi cartilaginea poco mobile vertebre diartrosi sinoviale molto mobile spalla 17
Vertebre Le vertebre differiscono per taglia e per forma ma posseggono una struttura generalizzabile che comprende: - corpo a forma di cilindro, presenta una faccia superiore e una inferiore - foro vertebrale che contiene il midollo spinale - arco vertebrale formato dall unione di due lamine e provvisto di un processo spinoso che si proietta all indietro - processi trasversi laterali - processi articolari, 2 superiori e 2 inferiori per le articolazioni vertebrali Colonna vertebrale E l asse portante del corpo, si estende dal cranio alla pelvi tramite la quale scarica il peso del corpo sugli arti inferiori. E costituita dalle vertebre, ossa corte e irregolari, disposte in serie l una sopra l altra articolate fra loro, formando una lunga asta flessibile. Nella cavità centrale della colonna vertebrale trova protezione il midollo spinale. Le vertebre nel giovane sono 33, ma poiché le vertebre sacrali e caudali si fondono alla fine dello sviluppo sarà formata da 26 ossa: 24 vertebre mobili: 7 cervicali nel collo 12 toraciche nel tronco 5 lombari nella regione lombare il sacro (fusione di 5 vertebre nella pelvi) il coccige (fusione di 4 vertebre nella pelvi) 18
Regione cervicale Il primo tratto della colonna vertebrale è costituito da 7 vertebre cervicali (C1-C7) che sono le più piccole, sostengono il peso della testa e formano lo scheletro del collo. Le prime due, atlante ed epistrofeo sono particolari, le altre sono simili tra loro, tranne la settima, detta vertebra prominente, perché presenta un lungo e sottile processo spinoso. Regione toracica Il segmento toracico della colonna vertebrale comprende 12 vertebre toraciche (T1-T12) con le quali si articolano le coste, che insieme allo sterno vanno a costituire la gabbia toracica. Sono più cospicue e resistenti delle cervicali. Sono caratterizzate dalla presenza di faccette articolari per le coste sui processi trasversi in posizione laterale e sul corpo (semifaccette). Il processo spinoso, prominente è rivolto verso il basso. Le ultime tre si modificano progressivamente somigliando alle vertebre lombari. 19
Regione lombare Il segmento lombare della colonna vertebrale è costituito da 5 vertebre lombari (L1-L5) che sono le più grandi in assoluto. Le vertebre lombari sostengono il peso maggiore del corpo. Le vertebre lombari hanno un corpo massiccio senza faccette articolari; il foro vertebrale è di forma triangolare. Le apofisi spinose sono corte e robuste e sono dirette indietro, orizzontalmente, fornendo una superficie per l inserzione dei muscoli della parte inferiore. I processi trasversi o costiformi sono rudimenti di coste saldate alla vertebra.. Il segmento sacrale della colonna vertebrale è costituito dalla fusione di 5 vertebre sacrali (S1-S5) che iniziano a fondersi con la pubertà. Presenta una faccia anteriore concava e una posteriore convessa. Il sacro somiglia ad una piramide quadrangolare capovolta: la porzione più larga è la base, quella più stretta l apice. Il canale sacrale attraversa tutto il sacro, non contiene il midollo spinale, ma le radici dei nervi spinali. I fori sacrali (4 paia) sono attraversati dai nervi misti sacrali e da vasi sanguigni. La base del sacro presenta su ciascun lato un ampia superficie triangolare, l ala. In corrispondenza delle ali si notano le articolazioni per le ossa dell anca (stella). L apice presenta l articolazione per il coccige. Sacro e coccige 20
Sacro e coccige Il coccige risulta dalla fusione di 3-5 vertebre coccigee (C01-C04) a partire dall età di 26 anni. A loro volta possono essere più o meno fuse con il sacro. Delle vertebre coccigee solo la prima presenta due rilievi, le corna, e due processi trasversi; le altre hanno solo il corpo. L ultima vertebra ha una forma arrotondata, L osso sacro insieme al coccige e alle ossa dell anca forma la pelvi che fornisce protezione all apparato urogenitale e parte del digerente e, attraverso una coppia di articolazioni, collega lo scheletro assile alla cintura pelvica dello scheletro appendicolare. Caratteri generali delle vertebre delle regioni della colonna Le vertebre cervicali si distinguono per la forma del corpo, le piccole dimensioni, la presenza di fori trasversari ed il processo spinoso bifido; Le vertebre toraciche hanno corpi a forma di cuore, processi spinosi lunghi e sottili, orientati verso il basso e superfici articolari per le coste; Le vertebre lombari sono le più voluminose e le meno mobili, hanno un processo spinoso corto e tozzo e un foro vertebrale a triangolo; Il sacro e il coccige sono il risultato di fusioni di più vertebre. 21
Copyright 2006 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings Le vertebre sono separate da dischi intervertebrali, cuscinetti fibrocartilaginei che fungono da ammortizzatori e conferiscono flessibilità alla colonna vertebrale. Il disco intervertebrale è formato da un nucleo polposo (massa gelatinosa sferoidale) rivestito dall anello fibroso, costituito da lamelle concentriche formate da fibre collagene intercalate da fibre elastiche. In condizioni patologiche si può verificare una sua compressione tale per cui il disco fuoriesce dalla sua sede andando a comprimere il midollo spinale o un nervo spinale causando una condizione detta ernia del disco. Dischi intervertebrali 22
Conformazioni della colonna La colonna vertebrale non è rettilinea, ma presenta delle curve che conferiscono maggiore flessibilità Si distinguono curve primarie (cifosi) da quelle secondarie (lordosi): le primarie sono già presenti alla nascita, le secondarie compaiono con l acquisizione della stazione eretta e della deambulazione. La colonna vertebrale Curvature fisiologiche: cifosi e lordosi. La cifosi è una curvatura a convessità posteriore ed è localizzata a livello toracico. La lordosi è una curvatura a convessità anteriore ed è localizzata a livello cervicale e lombare. Le curvature svolgono importanti funzioni di sostegno e di equilibrio statico. Inoltre, hanno una importante funzione meccanica di sostegno del peso del corpo: una colonna rettilinea, infatti, avrebbe una resistenza al sovraccarico dieci volte inferiore a quella a tre curve. 23
I muscoli scheletrici sono organi in cui si distingue una parte rossa carnosa, il ventre, e una parte bianca lucente, il tendine, che si inserisce sull osso. La recisione di un tendine impedisce che la contrazione del muscolo di traduca in movimento. Il Sistema Muscolare Tessuto muscolare striato scheletrico I muscoli scheletrici svolgono una duplice azione: 1. Contribuiscono a delimitare le regioni del corpo 2. Sono gli effettori del movimento. AZIONI MUSCOLARI In base alla principale AZIONE SVOLTA i muscoli possono essere suddivisi in: MUSCOLI FASICI TONICI AGONISTI, ANTAGONISTI, SINERGICI, FISSATORI, NEUTRALIZZATORI FLESSORI, ESTENSORI, ADDUTTORI, ABDUTTORI, ROTATORI 24
MUSCOLI FASICI MUSCOLI TONICI MUSCOLI FASICI (deputati al movimento), caratterizzati da una maggior dotazione di fibre muscolari bianche meno forti ma a contrazione piuttosto rapida. MUSCOLI TONICI (antigravitari/posturali), caratterizzati da una ricca dotazione di fibre muscolari rosse molto forti e a contrazione lenta. MUSCOLI AGONISTI ANTAGONISTI SINERGICI FISSATORI NEUTRALIZZATORI Agonisti: realizzano l azione Antagonisti: svolgono l azione opposta degli agonisti Sinergici: concorrono alla realizzazione di un azione 79 25
Modalità di contrazione muscolare e di esecuzione del movimento Ruoli che può assumere il muscolo durante la contrazione Agonista Antagonista Sinergico Fissatore Neutralizzatore Il muscolo più importante che esegue il movimento. Il muscolo che può eseguire il movimento opposto al muscolo agonista. Quando esegue il movimento diventa agonista. Il muscolo antagonista agisce anche come modulatore ovvero, mantenendo un certo tono, assicura la giusta direzione del movimento. Non è il muscolo effettore principale del movimento ma vi partecipa insieme all'agonista. Con una contrazione statica o isometrica, fissa saldamente i segmenti sui quali un altro segmento si muove. La sua contrazione neutralizza l'azione di altri muscoli agonisti, soprattutto biarticolari, il cui intervento completo non permetterebbe la possibilità di localizzare il movimento ad una sola articolazione ma muoverebbe più segmenti corporei contemporaneamente. 80 MUSCOLI FLESSORI ESTENSORI ADDUTTORI ABDUTTORI ROTATORI FLESSORE: muscolo che ha la funzione di avvicinare tra loro due segmenti scheletrici, provocando un piegamento (bicipite). ESTENSORE: muscolo che ha la funzione di allontanare tra loro due segmenti scheletrici provocandone un'estensione (tricipite). ADDUTTORE: muscolo che determina un movimento tale da avvicinare un arto alla linea mediana del corpo (grande adduttore). ABDUTTORE: muscolo che determina un movimento tale da allontanare un arto alla linea mediana del corpo (medio gluteo). ROTATORE: muscolo che permette una rotazione interna o esterna (gemelli). 26
TERMINOLOGIA ABDUTTORE - ADDUTTORE Sistema Nervoso Il sistema nervoso dell'uomo è suddiviso, a scopi didattici, di due parti: il Sistema Nervoso Centrale (SNC) e il Sistema Nervoso Periferico (SNP). IlSNC, o nevrasse, è costituito dall encefalo e dal midollo spinale. Il midollo spinale è contenuto nel canale vertebrale, l encefalo entro la scatola cranica. Encefalo e midollo spinale, tra loro in continuità, sono collegati alla periferia tramite sistemi di fibre nervose riunite in fasci: i nervi (rispettivamente encefalici, o cranici, e spinali). L'insieme dei nervi, dei gangli sensitivi e simpatici, dei recettori e organi di senso costituisce il SNP. Per mezzo del SNP, il SNC riceve stimoli dalla periferia e controlla l'attività di tutti gli organi cuiinvia i suoi impulsi. 27
Il midollo spinale Il midollo spinale (MS) fa parte del SNC, insieme all encefalo con il quale è in diretta continuazione. E accolto nel canale vertebrale e ha la forma di un lungo cilindro, leggermente appiattito in senso antero-posteriore, lungo circa 44 cm, con un diametro medio di 1 cm e un peso di 28 g. E collegato alla periferia da una doppia serie di 31 nervi spinali a disposizione metamerica, che fuoriescono dal canale vertebrale attraverso i forami intervertebrali. Ogni nervo si forma per l unione di due radici, una anteriore e una posteriore, che sono in rapporto con il MS. Ilnervo spinale è sempre un nervo misto. 1, 2, 3, 4 e 5. Segmenti cervicale, dorsale, lombare, sacrale e coccigeo. Il midollo spinale Durante i primi mesi di vita la colonna cervicale e la parte di MS corrispondente si accrescono in ugual misura, mentre la colonna toracica e lombare crescono più del midollo corrispondente. Questo fenomeno (ascensione midollare) fa sì che, al termine del suo sviluppo, il MS non riempia completamente in lunghezza il canale vertebrale, arrestandosi all altezza della seconda vertebra lombare. Poiché i nervi spinali emergono dal canale vertebrale attraverso i corrispondenti fori intervertebrali, ne consegue che i primi nervi spinali compiono un tragitto quasi orizzontale per portarsi al foro di emergenza, i successivi compiono un tragitto via via più obliquo, finché gli ultimi sono costretti a portarsi quasi verticalmente verso i rispettivi fori di uscita, costituendo nel loro insieme la cosiddetta cauda equina. 28
Il midollo spinale Si suddivide in NEUROMERI: cervicali, toracici, lombari, sacrali e coccigei. Si estende dall atlante alla I-II vertebra lombare. Disposizione in serie dei neuromeri spinali e dei nervi che da essi originano. In verde i neuromeri cervicali; in blu i neuromeri toracici; in viola i neuromeri lombari; in rosso i neuromeri sacrali e coccigeo. Il midollo spinale 29
Il midollo spinale Sezionando trasversalmente il MS, si osserva che la sostanza grigia è disposta al centro, circondata dalla sostanza bianca in posizione periferica; nella prima si concentrano i corpi dei neuroni spinali, mentre la seconda è la zona di passaggio delle fibre nervose che uniscono tra loro i diversi segmenti del midollo e il midollo al cervello. Centralmente il MS è percorso da un sottile canale centrale, contenente liquor. La sostanza grigia (simile ad una H ) è suddivisa in colonne (o corna ): la colonna posteriore (corno posteriore) contiene i neuroni sensitivi; la colonna anteriore (corno anteriore) contiene i neuroni di origine delle radici anteriori (motoneuroni); la colonna laterale contiene i neuroni del sistema nervoso vegetativo. Quali elementi compongono il midollo spinale e che funzioni svolgono Le radici posteriori veicolano le afferenze sensitive al midollo (che da qui vengono inviate al cervello), mentre le radici anteriori trasmettono impulsi per il movimento dal midollo (il quale a sua volta è controllato dal cervello) ai muscoli degli arti, del tronco, del pavimento pelvico, del diaframma e della gabbia toracica, e veicolano le fibre destinate all innervazione delle strutture viscerali (vescica, intestino, cuore e vasi sanguigni, organi sessuali, ghiandole sudoripare) provenienti dalla colonna laterale della sostanza grigia. Le radici anteriori e posteriori si riuniscono per formare il nervo spinale per poi uscire dal canale vertebrale attraverso il foro intervertebrale. 30
Cosa sono i dermatomeri e i miomeri I dermatomeri rappresentano l area della cute innervata dalla radice posteriore (sensitiva) di un singolo nervo spinale. I miomeri sono i muscoli innervati dalla radice motoria (anteriore) di ogni singolo nervo spinale. Il dermatomero C6, per esempio, è costituito dalla cute della superficie laterale dell avambraccio, del I e parte del II dito della mano. Il miomero S1 è costituito dai muscoli flessori plantari del piede (tibiale posteriore, tricipite surale, flessore lungo le dita). 31
Cosa sono i dermatomeri e i miomeri 32