Oasele sunt un tip specializat de țesut conjunctiv. Are un aspect histologic unic, care îi permite să-și îndeplinească numeroasele funcții:
- Hematopoieza – formarea celulelor sanguine din celulele stem hematopoietice care se găsesc în măduva osoasă.
- Stocarea lipidelor și a mineralelor – osul este un rezervor care conține țesut adipos în măduva osoasă și calciu în cristalele de hidroxiapatită.
- Suport – oasele formează cadrul și forma corpului.
- Protecție – în special scheletul axial care înconjoară organele majore ale corpului.
În acest articol, vom analiza ultrastructura osului – componentele, structura și dezvoltarea sa. Vom examina, de asemenea, modul în care boala poate afecta structura sa.
Componentele osului
Osul este o formă specializată de țesut conjunctiv. Ca orice țesut conjunctiv, componentele sale pot fi împărțite în componente celulare și matrice extracelulară.
Componente celulare
Fig 1.0 – Componentele celulare ale osului și funcțiile lor.Există trei tipuri de celule în os:
- Osteoblaste – Sintetizează matricea extracelulară necalcifiată/nemineralizată numită osteoid. Aceasta se va calcifica/mineraliza mai târziu pentru a forma osul.
- Osteocite – Pe măsură ce osteoidul se mineralizează, osteoblastele se înglobează între lamele în lacune unde se maturizează în osteocite. Acestea monitorizează apoi mineralele și proteinele pentru a regla masa osoasă.
- Osteoclaste – Derivate din monocite și resorb osul prin eliberarea de ioni H+ și enzime lizozomiale. Sunt celule mari și multinucleate.
Echilibrul dintre activitatea osteoblastelor și cea a osteoclastelor este crucial în menținerea integrității structurale a țesutului. De asemenea, joacă un rol în afecțiuni precum osteoporoza.
Matrice extracelulară
Matricea extracelulară (ECM) se referă la moleculele care asigură suportul biochimic și structural al celulelor.
Matricea extracelulară a osului este foarte specializată. În plus față de colagen și de proteinele asociate care se găsesc de obicei în țesutul conjunctiv, osul este impregnat cu săruri minerale, în special cristale de hidroxiapatită de calciu. Aceste cristale se asociază cu fibrele de colagen, făcând osul dur și rezistent. Această matrice este organizată în numeroase straturi subțiri, cunoscute sub numele de lame.
Structura osului
La microscop, osul poate fi împărțit în două tipuri:
- Os țesut (os primar) – Apare în dezvoltarea embrionară și în repararea fracturilor, deoarece poate fi așezat rapid. Este format din osteoid (ECM nemineralizat), cu fibrele de colagen dispuse aleatoriu. Este o structură temporară, curând înlocuită de osul lamelar matur.
- Osul lamelar (os secundar) – Osul scheletului adult. Este format din foițe foarte bine organizate de osteoid mineralizat. Această structură organizată îl face mult mai rezistent decât osul țesut. Osul lamelar propriu-zis poate fi împărțit în două tipuri – compact și spongios.
În ambele tipuri de os, suprafața externă este acoperită de un strat de țesut conjunctiv, cunoscut sub numele de periost. Un strat similar, endosteul, căptușește cavitățile din interiorul osului (cum ar fi canalul medular, canalul lui Volkmann și spațiile osoase spongioase).
Osul lamelar poate fi împărțit în două tipuri. Cel exterior este cunoscut sub numele de os compact – acesta este dens și rigid. Straturile interne ale osului sunt marcate de multe cavități care se interconectează și se numește os spongios.
Fig 1.1 – Micrografie de os compact. Observați dispunerea în jurul unui singur canal haversian.Osul compact
Osul compact formează „învelișul” exterior al osului. În acest tip de os, lamelele sunt organizate în cercuri concentrice, care înconjoară un canal Haversian vertical (care transmite mici vase neurovasculare și limfatice). Toată această structură se numește osteon și reprezintă unitatea funcțională a osului.
Canalele Haversiene sunt conectate de canalele orizontale Volkmann – acestea conțin vase mici care se anastomozează (se unesc) cu arterele canalelor Haversiene. Canalele lui Volkmann transmit, de asemenea, vase de sânge din periost.
Osteocitele sunt situate între lamele, în interiorul unor mici cavități (cunoscute sub numele de lacune). Lacunele sunt interconectate printr-o serie de tuneluri de interconectare, numite canaliculi.
Osul spongios
Osul spongios alcătuiește interiorul majorității oaselor și este situat în profunzimea osului compact. Conține multe spații mari – acest lucru îi conferă un aspect alveolat.
Matricea osoasă este formată dintr-o rețea 3D de coloane fine, care se reticulează pentru a forma trabecule neregulate. Acest lucru produce un os ușor, poros, care este rezistent la liniile de forță multidirecționale. Lejeritatea oferită osului spongios este crucială pentru a permite corpului să se miște. Dacă singurul tip de os ar fi compact, acestea ar fi prea grele pentru a se mobiliza.
Spațiile dintre trabecule sunt adesea umplute cu măduvă osoasă. Măduva osoasă galbenă conține adipocite, iar măduva osoasă roșie este formată din celule stem hematopoietice.
Acest tip de os nu conține canalele Volkmann sau Haversian.
Fig 1.2 – Structura osului matur. Observați structura diferită a tipurilor de os compact și spongios.Osificare și remodelare
Osificarea este procesul de producere de os nou. Ea are loc prin intermediul unuia dintre cele două mecanisme:
- Osificarea endocondrală – În cazul în care cartilajul hialin este înlocuit de osteoblaste care secretă osteoid. Femurul este un exemplu de os care suferă osificare endocondrală.
- Osificare intramembranoasă – În cazul în care țesutul mezenchimal (embrionar) este condensat în os. Acest tip de osificare formează oase plate, cum ar fi osul temporal și scapula.
În ambele mecanisme, inițial se produce osul primar. Acesta este înlocuit ulterior de osul secundar matur.
Remodelare
Osul este un țesut viu și, ca atare, suferă în mod constant remodelare. Acesta este procesul prin care țesutul osos matur este reabsorbit și se formează țesut osos nou. Este realizat de componenta celulară a osului.
Osteoclastele descompun osul prin intermediul unui con de tăiere. Substanțele nutritive sunt reabsorbite, iar osteoblastele depun osteoid nou. Remodelarea are loc în principal în locurile de stres și deteriorare, întărind zonele afectate.
Relevanță clinică – Tulburări ale oaselor
Osul are o structură histologică unică, necesară pentru ca acesta să-și îndeplinească funcțiile. Alterările acestei structuri, secundare unei boli, pot da naștere la mai multe afecțiuni clinice.
Osteogeneza imperfectă este o afecțiune în care există o sinteză anormală de colagen din partea osteoblastelor. Caracteristicile clinice includ oase fragile, deformări osoase și sclera albastră. Este o boală rară și de etiologie genetică, cu un tipar de moștenire autosomal dominant. Fragilitatea oaselor le predispune la fracturi – acest lucru are o importanță medico-legală, deoarece la copii poate fi confundat cu o leziune deliberată.
Osteoporoza se referă la o scădere a densității osoase, reducând integritatea structurală a acestora. Aceasta este produsă de activitatea osteoclastelor (reabsorbția osoasă) care depășește activitatea osteoblastelor (producția de os). Oasele sunt fragile și prezintă un risc crescut de fractură. Există trei tipuri:
- Tipul 1: Osteoporoza postmenopauzală – Se dezvoltă la femei după menopauză, din cauza scăderii producției de estrogeni. Estrogenul protejează împotriva osteoporozei prin creșterea activității osteoblastelor și scăderea activității osteoclastelor.
- Tipul 2: Osteoporoza senilă – Apare de obicei peste vârsta de 70 de ani.
- Tipul 3: Osteoporoza secundară – În cazul în care osteoporoza apare din cauza unei boli coexistente (de exemplu, insuficiență renală cronică).
Factorii de risc includ vârsta, sexul, dieta (vitamina D și calciu), etnia, fumatul și imobilitatea. De obicei, este gestionată prin bifosfonați care sunt absorbiți de osteoclaste, determinându-le să devină inactive și să sufere apoptoză. Acest lucru limitează degradarea ulterioară a osului.
Fig 1.3 – Radiografia unui copil afectat de rahitism.Rahitismul este deficitul de vitamina D sau calciu la copiii cu oase în creștere. Aceasta înseamnă că osteoidul se mineralizează slab și rămâne maleabil. Plăcile de creștere epifizare pot deveni apoi distorsionate sub greutatea corpului, putând duce la deformări ale scheletului.
Osteomalacia este o deficiență de vitamina D sau calciu la adulții cu oase în remodelare. Aici, osteoidul depus de osteoblaste este slab mineralizat, ceea ce duce la oase din ce în ce mai slabe, crescând susceptibilitatea acestora la fracturi.
Nota: Deficitul de vitamina D se poate datora unei alimentații deficitare, lipsei de lumină solară sau unei tulburări metabolice. De exemplu, insuficiența renală ar putea interfera cu a doua hidroxilare a vitaminei D sau o tulburare intestinală poate împiedica o absorbție suficientă. O deficiență de calciu poate fi cauzată de dietă sau de un nivel scăzut de vit. D.