Ultrastructure de l’os

L’os est un type spécialisé de tissu conjonctif. Il présente un aspect histologique unique, qui lui permet d’assurer ses nombreuses fonctions :

• Hématopoïèse – formation de cellules sanguines à partir de cellules souches hématopoïétiques présentes dans la moelle osseuse.
• Stockage des lipides et des minéraux – l’os est un réservoir contenant du tissu adipeux dans la moelle osseuse et du calcium dans les cristaux d’hydroxyapatite.
• Support – les os forment la charpente et la forme du corps.
• Protection – notamment le squelette axial qui entoure les principaux organes du corps.

Dans cet article, nous examinerons l’ultrastructure de l’os – ses composants, sa structure et son développement. Nous examinerons également comment la maladie peut affecter sa structure.

Composants de l’os

L’os est une forme spécialisée de tissu conjonctif. Comme tout tissu conjonctif, ses composants peuvent être divisés en composants cellulaires et en matrice extracellulaire.

Composants cellulaires

Fig 1.0 – Composants cellulaires de l’os et leurs fonctions.

Il existe trois types de cellules dans l’os :

• Ostéoblastes – Synthétisent une matrice extracellulaire non calcifiée/non minéralisée appelée ostéoïde. Celle-ci sera plus tard calcifiée/minéralisée pour former l’os.

• Ostéocytes – Au fur et à mesure que l’ostéoïde se minéralise, les ostéoblastes s’entassent entre les lamelles dans des lacunes où ils mûrissent en ostéocytes. Ils contrôlent alors les minéraux et les protéines pour réguler la masse osseuse.

• Ostéoclastes – Dérivés des monocytes, ils résorbent l’os en libérant des ions H+ et des enzymes lysosomales. Ce sont de grandes cellules multinucléées.

L’équilibre entre l’activité des ostéoblastes et celle des ostéoclastes est crucial pour le maintien de l’intégrité structurelle du tissu. Il joue également un rôle dans des conditions telles que l’ostéoporose.

Matrice extracellulaire

La matrice extracellulaire (MEC) désigne les molécules qui fournissent un support biochimique et structurel aux cellules.

La MEC des os est hautement spécialisée. En plus du collagène et des protéines associées que l’on trouve habituellement dans le tissu conjonctif, l’os est imprégné de sels minéraux, en particulier de cristaux d’hydroxyapatite de calcium. Ces cristaux s’associent aux fibres de collagène, rendant l’os dur et résistant. Cette matrice est organisée en de nombreuses couches fines, appelées lamelles.

Structure de l’os

Au microscope, l’os peut être divisé en deux types :

• Os tissé (os primaire) – Apparaît lors du développement embryonnaire et de la réparation des fractures, car il peut être mis en place rapidement. Il est constitué d’ostéoïde (ECM non minéralisé), les fibres de collagène étant disposées de manière aléatoire. Il s’agit d’une structure temporaire, rapidement remplacée par l’os lamellaire mature.

• Os lamellaire (os secondaire) – L’os du squelette adulte. Il est constitué de feuillets hautement organisés d’ostéoïde minéralisé. Cette structure organisée le rend beaucoup plus solide que l’os tissé. L’os lamellaire lui-même peut être divisé en deux types – compact et spongieux.

Dans les deux types d’os, la surface externe est recouverte d’une couche de tissu conjonctif, appelée périoste. Une couche similaire, l’endoste, tapisse les cavités à l’intérieur de l’os (comme le canal médullaire, le canal de Volkmann et les espaces de l’os spongieux).

L’os lamellaire peut être divisé en deux types. L’extérieur est connu sous le nom d’os compact – il est dense et rigide. Les couches internes de l’os sont marquées par de nombreuses cavités interconnectées et sont appelées os spongieux.

Fig 1.1 – Micrographie de l’os compact. Notez la disposition autour d’un seul canal de Havers.

Orde compact

L’os compact forme la  » coque  » externe de l’os. Dans ce type d’os, les lamelles sont organisées en cercles concentriques, qui entourent un canal haversien vertical (qui transmet les petits vaisseaux neurovasculaires et lymphatiques). Toute cette structure s’appelle un ostéon et constitue l’unité fonctionnelle de l’os.

Les canaux de Havers sont reliés par des canaux de Volkmann horizontaux – ceux-ci contiennent de petits vaisseaux qui s’anastomosent (se joignent) aux artères des canaux de Havers. Les canaux de Volkmann transmettent également les vaisseaux sanguins du périoste.

Les ostéocytes sont situés entre les lamelles, à l’intérieur de petites cavités (appelées lacunes). Les lacunes sont reliées entre elles par une série de tunnels d’interconnexion, appelés canalicules.

L’os spongieux

L’os spongieux constitue l’intérieur de la plupart des os et est situé en profondeur de l’os compact. Il contient de nombreux grands espaces – ce qui lui donne un aspect alvéolé.

La matrice osseuse est constituée d’un réseau 3D de fines colonnes, qui se réticulent pour former des trabécules irréguliers. Cela produit un os léger et poreux, qui est résistant aux lignes de force multidirectionnelles. La légèreté de l’os spongieux est essentielle pour permettre au corps de bouger. Si le seul type d’os était compact, ils seraient trop lourds pour se mobiliser.

Les espaces entre les trabécules sont souvent remplis de moelle osseuse. La moelle osseuse jaune contient des adipocytes et la moelle osseuse rouge est constituée de cellules souches hématopoïétiques.

Ce type d’os ne contient pas de canaux de Volkmann ou de Haversian.

Fig 1.2 – Structure d’un os mature. Notez la structure différente des types d’os compact et spongieux.

Ossification et remodelage

L’ossification est le processus de production d’un nouvel os. Elle se produit par l’un des deux mécanismes suivants :

• Ossification endochondrale – Où le cartilage hyalin est remplacé par des ostéoblastes sécrétant de l’ostéoïde. Le fémur est un exemple d’os qui subit une ossification endochondrale.

• Ossification intramembraneuse – Où le tissu mésenchymateux (embryonnaire) est condensé en os. Ce type d’ossification forme des os plats comme l’os temporal et l’omoplate.

Dans les deux mécanismes, l’os primaire est initialement produit. Il est ensuite remplacé par un os secondaire mature.

Remodelage

L’os est un tissu vivant et, en tant que tel, subit constamment un remodelage. Il s’agit du processus par lequel le tissu osseux mature est réabsorbé, et un nouveau tissu osseux est formé. Il est effectué par le composant cellulaire de l’os.

Les ostéoclastes décomposent l’os via un cône de coupe. Les nutriments sont réabsorbés, et les ostéoblastes déposent un nouvel ostéoïde. Le remodelage se produit principalement aux sites de stress et de dommages, renforçant les zones affectées.

Pertinence clinique – Troubles de l’os

L’os a une structure histologique unique, qui lui est nécessaire pour remplir ses fonctions. Les altérations de cette structure, secondaires à une maladie, peuvent donner lieu à plusieurs états cliniques.

L’ostéogenèse imparfaite est une affection dans laquelle il y a une synthèse anormale de collagène à partir des ostéoblastes. Les caractéristiques cliniques comprennent des os fragiles, des déformations osseuses et une sclérotique bleue. Il s’agit d’une maladie rare, d’étiologie génétique, avec un mode de transmission autosomique dominant. La fragilité des os les prédispose à la fracture – ce qui a une importance médicolégale, car chez les enfants, elle peut être confondue avec une blessure délibérée.

L’ostéoporose désigne une diminution de la densité osseuse, réduisant son intégrité structurelle. Elle est produite par l’activité des ostéoclastes (réabsorption des os) qui l’emporte sur l’activité des ostéoblastes (production des os). Les os sont fragiles et présentent un risque accru de fracture. Il en existe trois types :

• Type 1 : ostéoporose post-ménopausique – Se développe chez les femmes après la ménopause, en raison d’une diminution de la production d’œstrogènes. Les œstrogènes protègent contre l’ostéoporose en augmentant l’activité des ostéoblastes et en diminuant celle des ostéoclastes.
• Type 2 : ostéoporose sénile – Se manifeste généralement au-delà de 70 ans.
• Type 3 : ostéoporose secondaire – Lorsque l’ostéoporose survient en raison d’une maladie coexistante (par exemple, l’insuffisance rénale chronique).

Les facteurs de risque comprennent l’âge, le sexe, le régime alimentaire (vitamine D et calcium), l’origine ethnique, le tabagisme et l’immobilité. Elle est généralement prise en charge par des bisphosphonates qui sont absorbés par les ostéoclastes, ce qui les rend inactifs et leur fait subir une apoptose. Cela limite la dégradation supplémentaire de l’os.

Fig 1.3 – Radiographie d’un enfant atteint de rachitisme.

Le rachitisme est une carence en vitamine D ou en calcium chez les enfants dont les os sont en croissance. Cela signifie que l’ostéoïde se minéralise mal et reste pliable. Les plaques de croissance épiphysaires peuvent alors se déformer sous le poids du corps, entraînant potentiellement des déformations du squelette.

L’ostéomalacie est une carence en vitamine D ou en calcium chez les adultes dont les os se remodèlent. Ici, l’ostéoïde déposé par les ostéoblastes est mal minéralisé conduisant à des os de plus en plus faibles, augmentant leur susceptibilité aux fractures.

Note : la carence en vitamine D peut être due à une mauvaise alimentation, à un manque de soleil ou à un trouble métabolique. Par exemple, une insuffisance rénale pourrait interférer avec la seconde hydroxylation de la vitamine D ou un trouble intestinal pourrait empêcher une absorption suffisante. Une carence en calcium peut être causée par un régime alimentaire ou une faible teneur en vit. D.