Les Tissus Osseux 01

Les Tissus Osseux
A distinguer de l’os anatomique qui comprend plusieurs tissus :
- tissus cartilagineux articulaires
- cartilages fibreux (=insertion tendineuse)
- moelle osseuse hématopoïétique (dans la cavité centromedullaire)
- tissus osseux spongieux et compacts
Fonction de soutien et articulation.
Les tissus osseux ont des fonctions :
- mécaniques de soutien et de protection
- métaboliques : participation à la régulation du compartiment calcique et de la calcémie.
I. Les tissus osseux, dérivés mésenchymateux, comprennent une composante
cellulaire associée à une composante matricielle minéralisée.
A. La composante cellulaire comprend :
- les ostéoblastes
- les ostéocytes
- les cellules bordantes
- les ostéoclastes
Les 3 premières dérivent de la même cellule ostéoprogénitrice : les préostéoblastes.
Les ostéoclastes dérivent de progéniteurs hématopoïétiques.
1). Les ostéoblastes sont responsables de la synthèse de la matrice ostéoïde et
de sa minéralisation. Ils délimitent le tissu osseux en association avec les
cellules bordantes.
Ces cellules sont en contact avec le tissu osseux et le périoste en périphérie.
Lorsqu’elles sont hautes = ostéoblastes, et quand elles sont plus plates = cellules bordantes.
Les ostéoblastes :
- cellules prismatiques à noyau ovalaire, en disposition opposée à la matrice ⇔ disposition
« Ab-osseuse » (opposé au pôle sécréteur)
- au niveau du pôle sécréteur, on décrit de fins prolongements cytoplasmiques s’enfonçant
dans la matrice
- cytoplasme basophile, riche en REG, appareil de golgi développé + +
- nombreuses mitochondries, les matrices mitochondriales renferment des grains denses aux
e- = sels de calcium
- synthèse de collagène
- synthèse de protéoglycannes
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-
synthèse d’ostéocalcine (glycoprotéine, marqueur spécifique des ostéoblastes). Protéine
impliquée dans le transport du Ca2+.
Ils dérivent de cellules mésenchymateuses indifférenciés, ostéoprogénitrices se trouvant au
niveau du périoste. Un certain nombre de cellules bordantes ⇔ cellules progénitrices.
Dès que les ostéoblastes se mettent à synthétiser de la matrice, ils cessent de se diviser.
Ils ont une disposition pseudo-épithéliale.
* Différenciation à partir de cellules ostéoprogénitrices mésenchymateuses :
Cellules ostéoprogénitrices
PPAR γ 2
Sox 9
Chondroblastes
Cbfa1 / Runx2
PPAR γ 2
Cellule pluripotente
Ostéoblastes
Adipocytes
Myo D
Myoblaste
Cbfa1/Runx2 : synthèse au sein d’un tissu mésenchymateux ou cartilagineux pour la
différentiation.
Lors du vieillissement du tissu osseux, la moelle hématopoïétique est remplacée par de la graisse.
Les ostéoblastes expriment : (évolution de l’expression en fonction du temps) :
- récepteur à l’hormone parathyroïdienne (PTH)
- phosphatase alcaline, ostéocalcine, ostéopontine
- collagène de type I
PTH-R
Phosphatase alcaline
Collagène I
Ostéocalcine
Ostéopontine
Cellules
précurseurs
Préostéoblaste
+
+
+
+
Ostéoblaste
différencié
+
+
+
+
+
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2). Les ostéocytes sont entièrement entourés par une matrice osseuse
minéralisée, ils conservent des fonctions métaboliques dans les
phénomènes d’échange calcique.
Mais ils ne synthétisent plus de collagène.
Cellules fusiformes, avec un grand axe parallèle à la surface osseuse.
Chaque ostéocyte est logé dans une lacune ostéocytaire = ostéoplaste.
Ces lacunes se prolongent par des canalicules renfermant un prolongement cytoplasmique.
Ces prolongement permettent des contacts entre les ostéocytes voisins par des jonctions
communicantes.
L’espace périostéocytaire est constitué par de la matrice lâche non-minéralisée, avec des fibres de
collagène et des protéoglycannes.
L’épaisseur de cet espace varie suivant la phase d’activité de l’ostéocyte :
- phase de lyse relative sous PTH ⇔ en réponse à une hypocalcémie, les glandes
parathyroïdiennes synthétisent la PTH : les ostéocytes activent leurs mécanismes de
résorption de la matrice, le message diffuse grâce aux GAP-jonctions. Ensuite,
acidification de l’espace péri-cellulaire, libération du calcium qui sera repris par
l’ostéocyte. Le Ca2+ diffuse ensuite par gradient dans le réseau ostéocytaire vers les
espaces vasculaires.
-
En cas d’hypercalcémie : le taux de PTH diminue, et disparaît ; les cellules C de la
thyroïde synthétisent la calcitonine. Cette dernière va stimuler la re-minéralisation de la
matrice osseuse. L’«ostéogenèse » assurée par l’ostéocyte se fait simplement par dépôt de
la composante minérale.
Les fonctions de l’ostéocyte reposent uniquement sur des échanges de la composante minérale,
sans résorption de la composante fibreuse (⇔ le collagène ne bouge pas).
Les ostéocytes sont donc très actifs mais ils sont à distance des structures vasculaires, ils sont en
différenciation terminale et ne se divisent plus. Leur durée de vie est donc réduite. Il y a donc une
nécrose ostéocytaire. Cette dernière active le mécanisme de résorption osseuse (= ostéoclasie).
3). Les ostéoclastes dérivent d’un progéniteur hématopoïétique et sont responsables
de la résorption de la matrice osseuse minéralisée.
Ce sont des cellules pluri-nucléées, de la famille des macrophages.
Elles sont disposées à la surface du tissu osseux (+ une dispo périvasculaire ?).
-
50 à 100 µm de diamètre
de 30 à 50 noyaux
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Ce sont des cellules polarisées présentant une « bordure en brosse » au contact du tissu osseux :
microvillosités irrégulières.
Cette bordure occupe un compartiment délimité = la lacune ostéoclastique⇔lacune d’HOWSHIP.
Cette lacune est bordée par une expansion cytoplasmique où se dispose l’ostéopontine qui garantie
l’étanchéité.(l’ostéopontine est une protéine matricielle).
Au niveau de la membrane des prolongements est exprimée une pompe à H+ appelée « ATP 6i ».
Le cytoplasme contient de multiples lysosomes qui sont le support anatomique des fonctions de
protéase acide.
Cl Anhydrase
Carbonique
HCO3 - + H+
CO2+H2O
Cathépsine
Procollagénase +
ATP
6i
PH 4-5
Ostéopontine
Lacune
d’Howship
Ca10(PO4)6(OH)2 + 14 H+
6 H2PO4- + 10 Ca2+
Matrice osseuse
La résorption de la matrice osseuse s’effectue en 2 étapes :
- dissolution de la phase minérale (cristaux d’hydroxyapatite) par acidification du
compartiment de résorption
- dégradation de la matrice protéique sous l’action d’enzymes lysosomales (cathépsines qui
dégradent les protéoglycannes matricielles) et de collagénases.
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* La différenciation des ostéoclastes :
Détermination des lignées myéloïdes
Prolifération et survie de la lignée monocytaire
Pré-ostoclastes
(détermination et différenciation vers la lignée ostéoclastique)
Fusion des Pré-ostéoclastes
Ostéoclastes Mûrs
Les marqueurs sont nombreux :
-
RANK ( = recepteur au RANK-L)
TNF
C-src
H+/ATPase
Canal Cl –
Calcitonine
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* Coopération intercellulaire :
Ostéoclaste MÛR
Précurseur Ostéoclastique
RANK - L
M-CSF
•
•
•
•
Cellule stromale et/ou Ostéoblaste
1-25α dihydroxycholécalciférol
PGE2
PTH
Interleukine 1-c
La cellule stromale = cellule indifférenciée, en dehors du tissu osseux.
Suite aux différentes stimulation, l’ostéoblaste (ou cellule stromale) exprime RANK-L et M-CSF
(facteur de stimulation des colonies macrophagiques).
Le précurseur ostéoclastique possède quant à lui 2 récepteurs :
- récepteur RANK
- récepteur au M-CSF
Cette double reconnaissance stimule le récepteur ostéoclastique qui devient ostéoclaste mûr.
C’est un système modulable : si pas de stimulation externe de l’ostéoblaste : RIENG.
* Régulation liée à l’ambiance péri-cellulaire :
Exemple de l’ostéoprotégérine = OPG = protéine de protection contre le vieillissement = facteur
de protection contre l’ostéoporose :
L’OPG diffuse à partir de la matrice (elle peut être synthétisée par les ostéoblastes) et se fixe sur la
protéine RANK-L et empêche ainsi sa reconnaissance par RANK.
Donc, on aura moins ou plus du tout de maturation des précurseurs ostéoclastiques.
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B. La matrice osseuse comprend une substance ostéoïde sur laquelle précipite
une phase minérale d’hydroxyapatite.
1). La substance ostéoïde non minéralisée est une matrice extra-cellulaire
complexe associant :
-
des fibres de collagènes I (80 à 90 % des protéines)
des glycoprotéines spécifiques (ostéocalcine, ostéonectine, ostéopontine ...)
des protéoglycannes (ostéoglycannes)
de l’EAU (représentant 50% du poids total d’un os FRAIS)
2). La matrice minéralisée est liée à la précipitation sur les élements
collagéniques des cristaux d’hydroxyapatite qui représentent 70% du
poids sec de la matrice.
Hydroxyapatite : Ca10 (PO4)6 (OH)2 :
Ce cristal est hydraté et les cristaux subissent des substitutions à partir de la molécule de base :
Ca10 (PO4)6 (OH)2
Fluore
Strontium
Plomb
Lithium
2-
CO3
HPO4 2-
* Strontium :
On peut avoir la fixation du Sr 90* qui est un isotope radioactif qu’on retrouve dans les pollutions
atmosphériques après accident nucléaire.
Fixation dans l’os, donc, au contact de la moelle hématopïétique, phénomène d’épuisement
medullaire qui conduit à une aplasie hématopoïétique.
* CO3 2 – (et HPO42 -) : tissu osseux = reserve alcaline
* Fluore / Fluorures :
Rôle durcisseur sur la matrice minérale.
Mais quand c’est trop dur ça casse : augmentation de la friabilité.
Une intoxication fluorée conduit à l’apparition de fractures.
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* Le cristal :
Forme hexagonal allongée, 50 nm de long, 30 nm de large, 3 nm d’épaisseur.
La couche superficielle est hydratée, ionisée, facilement échangeable.
C’est sur la striation du collagène que s’initie la précipitation d’hydroxyapatite.
* Minéralisation :
La phosphatase alcaline : augmentation des concentration de calcium et de phosphates.
Ostéocalcine : liaison des ions calcium extra-cellulaires
Formation de vésicules matricielles où accumulation de calcium et de phosphates.
L’ostéocalcine permet aux concentrations de calcium et de phosphate d’augmenter de manière très
importante jusqu’à la sur-concentration.
La nucléation des cristaux se fait sur la trame collagénique : d’où une réduction de la charge
minérale en cas d’anomalie de la structure de collagène I.
Exemple de la maladie des os de verre ou ostéogenèse imparfaite.
On peut avoir aussi une diminution de la synthèse de la trame collagénique : quand on a une
diminution de l’activité ostéoblastique liée à une diminution de la concentration en oestrogène.
Si il n’y a pas de diminution de destruction en parallèle, cela conduit à une diminution de la
quantité de matrice : c’est l’ostéoporose.
Comme les oestrogènes sont fabriqués à partir des androgènes, pas d’ostéoporose chez l’homme,
ou peut être plus tardivement si « andropause », réduction de la sécrétion testiculaire.
Donc pour résumer, la minéralisation nécessite : Ca2+ + PO43- + COLLAGENE.
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⇒ Recopillage du Stevens pour mieux comprendre cette partie :
MINÉRALISATION DE L'OSTÉOÏDE :
La rigidité de l'os est liée au dépôt de sels minéraux dans la matrice ostéoïde.
La dureté et la rigidité de l'os sont liées à la présence de sels minéraux dans la matrice ostéoïde.
Ces sels se déposent sous forme de cristaux de calcium et d'hydroxyde de phosphate, appelés
cristaux d'hydroxyapatite [Ca10(PO4)6 (OH)2].
Pour que la minéralisation survienne, les concentrations locales combinées d'ions Ca2+ et
PO42- doivent être supérieures à une valeur limite qu'un certain nombre de facteurs permet de
dépasser :
•
une glycoprotéine (ostéocalcine), présente dans l'ostéoïde, lie des ions Ca2+
extracellulaires, ce qui augmente leur concentration locale ;
•
la phosphatase alcaline, enzyme abondante dans les ostéoblastes, augmente les
concentrations d'ions Ca2+ et PO42-;
•
les ostéoblastes produisent des vésicules matricielles, qui peuvent accumuler les ions
Ca2+ et PO42-, et sont riches en phosphatase alcaline et en pyrophosphatase, qui peuvent
toutes deux cliver les ions PO42- à partir de molécules plus volumineuses.
Les vésicules matricielles sont des vésicules arrondies limitées par une membrane, dérivant
probablement de la membrane plasmique. Au cours de la formation d'ostéoïde, elles bourgeonnent à partir de l'ostéoblaste au sein de la matrice et forment des nids pour la précipitation
initiale d'hydroxyapatite.
Les vésicules matricielles dérivées des ostéoblastes seraient le facteur de contrôle le plus
important du dépôt minéral dans l'ostéoïde ; après précipitation des premiers cristaux d'hydroxyapatite, leur taille augmenterait rapidement par accrétion et ils rejoindraient d'autres foyers issus
d'autres vésicules. De cette façon, une vague de minéralisation parcourrait la nouvelle ostéoïde.
D'autres cellules produisent des vésicules matricielles: les améloblastes et les odontoblastes
des dents en développement, et les chondrocytes, d'où la minéralisation fréquente du cartilage.
Si les concentrations locales d'ions Ca2+ et PO42- sont normales, la minéralisation suit de peu la
formation de la nouvelle ostéoïde. Cependant, en cas de renouvellement rapide, les ostéoblastes
produisent rapidement de grandes quantités d'ostéoïde, et la minéralisation est décalée dans le
temps, ne rattrapant son retard que quand la production d'ostéoïde chute.
Pendant de tels décalages, des couches distinctes d'ostéoïde non minéralisée peuvent
s'interposer entre la couche d'ostéoblastes actifs et l'os préalablement minéralisé. Cela est
évident dans les phases de croissance osseuse rapide durant la vie fœtale et chez l'adulte
pendant des périodes de remodelage actif de l'os, comme par exemple après une fracture ou
dans différents processus pathologiques.
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II. L’orientation des fibres de collagène de la matrice ostéoïde permet de définir les
types de tissus osseux.
A. L’os « réticulaire » ou feutré (« woven bone ») présente une trame collagénique
non orienté.
Aspect typique de l’os embryo-foetale
Egalement l’os de la cale osseuse (de réparation)
Aussi dans les segments osseux soumis à de très faibles contraintes mécaniques.
En effet, ce type d’os n’a aucune résistance mécanique (en lumière polarisée, on voit que la trame
collagénique ne présente aucune orientation).
B. L’os lamellaire présente une orientation parallèle des fibres de collagène.
2 modes d’organisation :
lamelle circonférentielle fermée
•
système lamellaire ouvert
•
1). Dans le tissu osseux compact Haversien, les lamelles de tissu osseux ont
une disposition concentrique.
Le tissu osseux compact est en périphérie des pièces osseuses : c’est l’os corticale.
Ce système est centré par les canaux de Havers qui correspondent à une lumière occupée par un
tissu conjonctivo-vasculaire et nerveux.
Ce canal est délimité par une bordure interne appelée endostale (où cellules bordantes et ostéoblastes).
Ensuite, on a les lamelles concentriques qui forment le système de Havers.
Enfin, à la périphérie, on a une frontière : la ligne sémentante.
Canal de Havers
Ostéone
Fibres de collagènes
en lamelles
concentriques
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Les fibres de collagène sot parallèle, avec la même orientation au sein d’une même lamelle.
Au centre : passage des éléments vasculo-nerveux.
Les canaux de havers s’ouvrent dans des canaux plus grands : les canaux de VOLKMANN.
Lorsque les ostéoclastes exercent leur activité de résorption, ils entraînent la formation d’une
lacune osseuse de résorption qui sera bouchée progressivement pas un nouveau système haversien.
Le néosynthèse est assurée par l’activité ostéoblastique. (synthèse de la périphérie vers le centre
de la lacune).
Au bout du compte, on se retrouve avec de nombreux système lamellaires « plus fermés » =
lamelles interstitielles.
2). Dans le tissu osseux spongieux trabéculaire, les lamelles sont ouverts et les
systèmes lamellaires forment un réseau aréolaire.
Morphologie :
Situé entre 2 portions de tissu compact périphérique.
Dans les mailles de ce réseau osseux, on trouve la moelle hématopoïétique.
Résistance mécanique :
Elle est liée à la charge minérale, aux épaisseurs des lamelles et également au nombre de nœuds
(qui permettent à plusieurs lamelles de se rejoindre).
Dans l’ostéoporose, on a une réduction de l’épaisseur des lamelles et une diminution du nombre
de nœuds.
Les points de faiblesse :
col du fémur contenant beaucoup de spongieux
•
vertèbres lombaires, transition thoracolombraire ⇒ cyphose dorsale
•
III. Les tissus osseux chez l’adulte sont dans un état d’équilibre dynamique avec des
phénomènes de remodelage.
Renouvellement : 25% du tissu osseux spongieux remanié chaque année contre 3 % pour le
compact.
Equilibre entre ostéoclasie et néosynthèse ostéoblastique.
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IV. L’ossification primaire définit l’apparition d’un tissu osseux au sein d’un tissu
non osseux (⇔ de novo).
1). L’ossification endomembraneuse se fait au sein d’un mésenchyme compacté.
2). L’ossification endochondrale se fait au contact d’une matrice cartilagineuse
préalablement mise en place.
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