Il sistema scheletrico Il sistema scheletrico è formato da ossa, articolazioni e in misura modesta da cartilagini. L'insieme delle ossa del corpo prende il nome di scheletro. In un individuo adulto lo scheletro è formato da circa 206 ossa, divise tra parte assile (cranio, colonna vertebrale, gabbia toracica e bacino) e parte appendicolare (arti superiori e inferiori). Esse rappresentano circa il 20% del peso di un individuo in quanto il tessuto osseo è un tessuto particolarmente leggero. Ogni anno il 10% delle ossa vengono rimodellate; pertanto, allo scheletro occorre circa 10 anni per rinnovarsi completamente. La funzione del scheletro Lo scheletro svolge la funzione di: impalcatura di sostegno per i muscoli e i vari organi del corpo, protezione dei tessuti molli e degli organi interni, produzione di elementi cellulari del sangue (ematopoiesi), deposito di sali minerali (soprattutto calcio). Il tessuto osseo È formato da cellule ossee in grado di nutrire, rinnovare e rimodellare l'osso, inserite in una matrice extracellulare composta da fibre di collagene e da sali minerali, soprattutto fosfato e bicarbonato di calcio. Le cellule ossee e le fibre di collagene rappresentano la parte organica del tessuto osseo, i sali minerali la parte inorganica. A questi ultimi, l'osso deve la sua particolare consistenza e la sua capacità di resistere alle forze di trazione e pressione; alle cellule ossee e al collagene deve la sua elasticità e flessibilità. Le cellule ossee vengono didatticamente suddivise in quattro categorie: gli osteociti ed i loro precursori, gli osteoblasti e gli osteoclasti. Gli osteoblasti sono responsabili della formazione del tessuto osseo, mentre gli osteoclasti sono responsabili della sua disgregazione. Al lavoro di queste cellule si deve il rimaneggiamento osseo. Fino ai 20 anni di età prevale l'azione degli osteoblasti con la produzione di tessuto osseo. Tra i 20 e i 40 anni il meccanismo della produzione e quello della distruzione ad opera degli osteoclasti sono in equilibrio. Dopo i 40 anni prevale la demolizione e dunque le 1
ossa si indeboliscono e diventano fragili. Gli osteociti sono invece cellule mature del tessuto osseo, poste in cavità chiamate osteoni; si tratta di osteoblasti che, dopo aver svolto il proprio compito, rimangono imprigionati nella matrice extracellulare calcificata dell'osso. Sebbene gli osteociti siano cellule a riposo sembra che partecipino al metabolismo osseo in risposta a stimoli di diversa natura regolando la quota di calcio e di fosforo e controllando l attività degli osteoblasti e degli osteoclasti. Come si classificano le ossa In relazione alla loro struttura, le ossa si distinguono in tessuto osseo compatto (omogeneo e denso) e in tessuto osseo spugnoso (composto da una fitta rete di cavità più o meno ampie intercomunicanti tra loro chiamate trabecole). In base alla loro lunghezza, larghezza e spessore, le ossa si distinguono in: lunghe, quando prevale la lunghezza su larghezza e spessore; esse hanno un corpo o diafisi e due estremità o epifisi (es. il femore); corte, di forma cuboidali o cilindriche costituite per lo più da osso spugnoso (es. polso); piatte, quando sono sottili e generalmente incurvate, costano di due strati sottili di osso compatto tra i quali è compreso uno strato di osso spugnoso (es. scapola). La morfologia generale delle ossa Sulla parte esterna delle ossa troviamo una membrana di tessuto connettivo ricca di vasi sanguigni e terminazioni nervose: il periostio. La sua funzione è fondamentale nella crescita e nella riparazione dell'osso soprattutto in seguito a frattura. 2
Esternamente tutte le ossa sono ricoperte da tessuto osseo compatto; anche la diafisi nelle ossa lunghe è formata da tessuto osseo compatto, mentre l'interno delle ossa piatte, corte e le epifisi delle ossa lunghe sono formate da tessuto osseo spugnoso. L'aspetto spugnoso è dovuto alle già citate trabecole, sottili strutture variamente orientate ed intrecciate tra loro, all'interno delle quali si trovano numerose cavità intercomunicanti dette cavità midollari contenenti midollo osseo, vasi sanguigni e nervi. L'orientamento delle trabecole non è casuale bensì segue linee di forza che vengono esercitate sul tessuto dalle sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto. Nelle cavità midollari delle ossa è contenuto il midollo osseo, che può essere giallo o rosso. Il midollo rosso, che ha la funzione di generare i globuli bianchi e rossi (funzione emopoietica), è presente in particolare nel tessuto spugnoso (quindi nelle epifisi delle ossa lunghe, nelle ossa corte e piatte); il midollo giallo, costituito essenzialmente da grasso e da tessuto connettivo, si trova nel canale midollare delle diafisi: solo quando l'organismo subisce una grave perdita di sangue anche il midollo giallo è in grado di produrre globuli rossi. La colonna vertebrale è il luogo dove si concentra la maggiore produzione di midollo osseo in età adulta; infatti nei bambini il midollo è presente in tutte le ossa, ma crescendo, questo si concentra soprattutto nelle vertebre, nelle ossa della gabbia toracica, nel bacino e nelle ossa del cranio. Le zone delle ossa che consentono il collegamento con le altre ossa vicine sono invece ricoperte di cartilagine e formano le superfici articolari. 3
La cartilagine La cartilagine (nell'immagine a fianco contrassegnata in azzurro) è formata da un tessuto connettivo più elastico e flessibile di quello osseo. Oltre a costituire lo scheletro del feto (poi sostituito da tessuto osseo) e quello del naso e dell'orecchio nell'adulto, la cartilagine ricopre le estremità delle ossa in corrispondenza di molte articolazioni: la sua superficie liscia protegge le ossa che vengono a contatto fra loro, evitando lo sfregamento e permettendo ai capi articolari di scorrere l'uno sull'altro. Il tessuto cartilagineo non è vascolarizzato; si nutre attraverso il tessuto osseo che ricopre, accrescendosi e rigenerandosi continuamente. Come nascono le ossa Lo scheletro umano prima della nascita è composto quasi unicamente di cartilagine: il feto, infatti, non ha ossa. Esse si formeranno in seguito, a poco a poco, con la sostituzione graduale dello scheletro di cartilagine con quello osseo, in un processo chiamato ossificazione. Le ossa si formano attraverso la deposizione di sali di calcio che, partendo dal centro dell'osso (nucleo di ossificazione), si estende verso la periferia. Non tutta la cartilagine però si trasforma in osso: in alcune zone, dove l'elasticità del tessuto cartilagineo può essere particolarmente utile come nelle articolazioni e nei dischi intervertebrali, rimane a formare la cartilagine articolare. Le ossa si sviluppano in lunghezza grazie alla presenza di nuclei di ossificazione chiamati metafisi in prossimità delle epifisi. Tale zona rimane finché non viene completato dopo i 18-21 anni l'ossificazione. L'accrescimento in larghezza è invece garantito dalla continua deposizione di nuovo tessuto osseo sulla superficie della diafisi. Gli effetti del movimento sull'apparato scheletrico L'apparato scheletrico presenta nel periodo giovanile una caratteristica di grande importanza, la plasticità. Infatti, più l'individuo è giovane, più facilmente le ossa si modellano in conseguenza degli stimoli ricevuti. Ciò è possibile perché il processo di ossificazione non è terminato e l'accrescimento è ancora in corso. Il movimento, se ben eseguito, può indurre le sollecitazioni necessarie a guidare l'accrescimento. Il movimento però può essere anche pericoloso; infatti, tale malleabilità dello scheletro rende possibile il crearsi di deformazioni, che una volta acquisite sono permanenti. Questi danni si verificano soltanto se si esagera con gli 4
esercizi di forza (pesi, sovraccarichi, ecc.) o si assumono posizioni scorrette. Le ossa infatti seguono la legge generale dei tessuti, secondo la quale nei tessuti eccitazioni deboli danno origine all'attività vitale, eccitazioni medie la stimolano, quelle forti la danneggiano, quelle violente la arrestano. L'esercizio fisico in primo luogo stimola la crescita delle ossa in lunghezza e in larghezza: le pressioni esercitate dal peso e dalla trazione delle masse muscolari favoriscono la moltiplicazione delle cellule ossee. La pratica motoria, poi, attiva e migliora la circolazione sanguigna nella membrana che avvolge le ossa (periostio): ciò permette una migliore nutrizione del tessuto osseo, che può diventare più forte e resistente. Se si confrontano le ossa di una persona abituata all'attività fisica con quelle di una persona sedentaria, si osserverà che le prime presentano una superficie ricca di creste e curvature molto marcate e che, se sollecitate, si dimostreranno assai resistenti; nel secondo caso invece la superficie sarà liscia e nell'insieme le ossa risulteranno molto più fragili e quindi maggiormente soggette a fratture. Svolgere attività fisica durante l'adolescenza permette in definitiva di accrescere in modo significativo la densità ossea e di prevenire in questo modo le fratture dovute a malattie degenerative che colpiscono le ossa in età avanzata. Le ossa possono infatti perdere sali minerali, soprattutto calcio, diventando fragili. Ciò porta a una malattia chiamata osteoporosi, che colpisce con frequenza soprattutto le donne dopo i 50 anni. Le trabecole di una persona affetta da osteoporosi Le trabecole di una persona sana 5