OSTEOGENEZA SI OSIFICAREA

OSTEOGENEZA SI OSIFICAREA

Sunt doua procese biologice complet diferite.

Osificarea este procesul biologic prin care organismul construieste tesutul osos.

Osteogeneza este reprezentata prin totalitatea proceselor de dezvoltare a osului ca organ.

Daca procesul de osteogeneza include un proces de osificare, osificarea poate surveni si independent de orice proces de osteogeneza (osificarile patologice).

Osteogeneza este un proces complex, ce imbina armonios, procese de osificare cu procese de distructie osoasa. Ea are loc in doua etape :

osteogeneza primara (embrionara) in urma careia se formeaza osul embrionar sau primar

osteogeneza secundara (postnatala) are loc dupa nastere, pana la sfarsitul perioadei de crestere, desi modelarea osului continua toata viata.

Osificarea se realizeaza prin doua modalitati :

osificarea de membrana (endoconjunctiva, desmala) in urma careia tesutul osos se formeaza din metaplazia (transformarea) tesutului conjunctiv

osificarea intracartilaginoasa (encondrala) in care tesutul cartilaginos este inlocuit cu tesut osos, cartilajul fiind tiparul viitorului os.

Procesul de osificare depinde de anumiti factori :

Vascularizatia bogata, care asigura necesitatile energetice si cantitatile adecvate de calciu si fosfor.

Prezenta celulelor osteogenice (osteoblaste) si osteoclazice (osteoclaste)

Prezenta fosfatazei alcaline, enzima secretata de osteoblaste si care este necesara mineralizarii substantei preosoase.

Factorii hormonali : STH, TSH, calcitonina, parathormonul, hormonii sexuali.

Vitaminele : A, C, D.

Cele doua procese de osificare (de membrana si intracartilaginoasa) constituie osificarea primara ce are loc inainte si dupa nastere.

Osificarea secundara are loc dupa nastere, si anume de la nastere pana la sfarsitul perioadei de crestere, cu toate ca remodelarea osului continua in decursul intregii vieti. Rezultatul acestui proces este inlocuirea osului primar, imatur cu tesut osos matur, haversian, la nivelul diafizei si prin tesut osos spongios la nivelul epifizelor.

In cursul osificarii secundare, osul sufera o serie de remanieri :

un proces de constructie (realizat de osteoblaste)

un proces de distructie si remodelare (realizat de osteoclaste), prin care va fi adaptat structural necesitatii functionale a osului definitiv.

OSIFICAREA DE MEMBRANA (DESMALA, ENDOCONJUNCTIVA)

Osificarea de membrana se realizeaza pe model conjunctiv, in acest fel formandu-se oasele craniului, unele oase ale fetei, clavicula.

Participa la cresterea in grosime a oaselor lungi pe seama periostului si la repararea osoasa in caz de fracturi.

Osificarea de membrana implica doua faze : faza de remaniere a matricei conjunctive (faza proteica) si faza de mineralizare.

Faza de remaniere a matricei conjunctive. Intr-o zona de tesut conjunctiv are loc o proliferare de fibroblaste ce se orienteaza paralel in directia fortelor mecanice si formeaza aria de membrana, zona puternic vascularizata si hidratata. Apoi fibroblastele se diferentiaza in osteoblaste, ce se dispun in insule numite puncte de osificare si elaboreaza si depun atat substanta fundamentala, cat si structurile fibrilare. Celulele centrale inglobate in substanta intercelulara organica vor deveni osteocite, iar cele periferice se divid si dau noi generatii de osteoblaste. In acest fel, osificarea se extinde in mod radiar, periferic. Structurile osoase ce apar in punctul de osificare sunt fine si se numesc spiculi; pe masura ce se deplaseaza catre periferie devin grosolane si se numesc travee. Matricea lor, constituita din substanta fundamentala nemineralizata este tapetata de osteoblaste, ce au dispozitie epitelioida; se constituie astfel osteoidul (tesut osos necalcificat).

Faza de mineralizare survine rapid, practic simultan cu cea proteica, si se realizeaza sub actiunea fosfatazei alcaline, dar si datorita afinitatii substantei intercelulare pentru sarurile de calciu. Rezulta osul imatur de tip trabecular, care va fi remaniat si va deveni matur, de tip lamelar (compact si spongios), dar si de tip fibros.

OSIFICAREA CARTILAGINOASA (ENCONDRALA)

Se realizeaza pe model cartilaginos, constand in inlocuirea cartilajului hialin din piesele scheletice ale organismului cu tesut osos.

Este caracteristica pentru oasele lungi, dar se intalneste si la oasele scurte si o parte din oasele late.

Au loc doua procese : - remanierea si distrugerea cartilajului hialin;

- inlocuirea cu tesut osos.

In primele luni de dezvoltare intrauterina se edifica piese formate din cartilaj hialin. Cartilajul hialin este invelit de pericondru, tesut conjunctiv care are un strat intern celular condrogenic si un strat extern conjunctiv fibros. El continua sa se dezvolte prin diviziunea condroblastelor si creste prin apozitie de noi straturi matriceale, luand forma viitorului os (model cartilaginos al viitorului os) cu schitarea epifizelor si diafizei.

Procesul de osificare se va desfasura in doua etape : - osificare primara

- osificare secundara.

Osificarea primara are loc la fat unde majoritatea pieselor scheletului se prezinta sub forma unui model cartilaginos, ce aminteste in linii mari de aspectul viitorului os.

Procesul incepe in oasele lungi, prin aparitia primului centru de osificare in zona mijlocie a diafizei, numit centrul primar diafizar, intr-o regiune a pericondrului (punctul primitiv de osificare pericondrala).

De la acest nivel, procesul de osificare se extinde in directia epifizelor (pana la limita cartilajului articular), sudand astfel epifizele de diafiza. Din stratul condrogenic activ este indusa diferentierea de osteoblaste care vor forma stratul osteogenic de la suprafata modelului cartilaginos. Pericondrul devine periost dupa depunerea primei lamele osoase.

Prin aceasta osificare conjunctiva se va forma un inel de tesut osos de tip fibros, osul periostal, care sub forma de manson va inconjura diafiza cartilajului in partea mijlocie. Formarea centrului primar diafizar de osificare se datoreaza modificarilor suferite de celulele cartilaginoase (se hipertrofiaza si degenereaza) aflate sub mansonul osos fibros format, care impiedica difuzarea substantelor nutritive si a oxigenului. Condroblastele se resorb, condroplastele (lacunele) raman goale, fiind inconjurate de matricea cartilaginoasa pe care se depun saruri de calciu, transformand cartilajul hialin in cartilaj calcificat.

De la nivelul periostului patrund muguri conjunctivo-vasculari impreuna cu celule osteogene, largind si deschizand lacunele. Vasele induc disparitia peretilor subtiri calcificati ai cartilajului. Ajuns in zona centrala a modelului cartilaginos, mugurele vascular periostal prolifereaza rapid, umpland spatiile ramase libere. Celulele osteogene se diferentiaza in osteoblaste, care sintetizeaza si depun matrice preosoasa care se va calcifica. Deci, au loc concomitent atat procese de distrugere a cartilajului hialin, cat si procese de formare de noi trabecule osoase. Zona centrala, axiala, sufera procese de resorbtie care duc la formarea canalului medular, in care tesutul conjunctiv va da nastere tesutului mieloid al maduvei osoase primare.

Dezvoltarea diafizei are loc in acelasi timp cu formarea osului primar, avand loc o crestere atat in lungime, cat si in grosime :

Cresterea in lungime are loc printr-o inmultire interstitiala a condroblastelor din cartilajul hialin ce se gaseste de o parte si de alta a centrului primar de osificare.

Cresterea in grosime se realizeaza prin apozitia de noi lamele osoase de catre periostul ce inconjoara modelul cartilaginos.

Centrii secundari epifizari de osificare apar de obicei cate unul in fiecare epifiza, mult mai tarziu, in special dupa nastere.

Oasele mici nu au centru secundar epifizar de osificare.

La nivelul epifizelor, osificarea se dezvolta din zona lor centrala, trabeculele nou formate depunandu-se radiar, spre periferie, edificandu-se in final tesut osos lamelar spongios ale carui areole contin maduva rosie hematopoietica.

Cartilajul hialin mai persista intre diafiza si epifiza, sub forma cartilajului diafizo-epifizar sau cartilajul de crestere, care va asigura cresterea in lungime a oaselor lungi pana la varsta de 20-25 de ani, cand se calcifica.

Osificarea secundara se declanseaza in perioada intrauterina, dupa formarea osului primar. Consta intr-o remodelare care are drept rezultat transformarea osului primar in os adult, compact sau spongios.

Remodelarea rezulta din resorbtia osului in anumite zone si depunerea de tesut osos nou in altele.

Distructia osului se realizeaza prin intermediul osteoclastelor si debuteaza la nivelul peretelui unui spatiu conjunctivo-vascular care la nivelul osului haversian este canalul Volkmann. Mugurele conjunctivo-vascular avanseaza in osul compact sub forma unui tunel de resorbtie, ale carui dimensiuni sunt cele ale unui osteon.

Osteoblastele acopera peretele tunelului si elaboreaza lamele osoase ce se suprapun de la periferie spre centrul cavitatii, in final formandu-se un nou osteon.

In acelasi timp, calcificarea matricei este progresiva, osteoanele nou formate fiind mai putin mineralizate. Sistemele Havers mai vechi sunt erodate, rezultand sisteme interhaversiene.

Remodelarea osului spongios la nivelul epifizelor este asemanatoare, inlocuirea osului primar se va face cu travee osoase orientate in functie de fortele mecanice.

Cresterea    oaselor lungi continua dupa nastere pe seama cartilajului de crestere diafizo-epifizar. Spre epifiza se formeaza cartilaj prin mitoze interstitiale, iar spre diafiza se formeaza tesut osos, procesul fiind asemanator celui din centrul primar de osificare.

Etapele de transformare a cartilajului hialin in tesut osos sunt marcate prin sapte zone distincte, care incepand dinspre epifiza spre diafiza sunt urmatoarele :

Zona cartilajului hialin prezinta toate caracteristicile cartilajului hialin normal. Se numeste si zona de repaus deoarece condroblastele nu contribuie activ la cresterea osului, la acest nivel neexistand proliferare celulara sau producere activa de matrice.

Zona cartilajului seriat (zona de proliferare) este o zona activa mitotic. Condroblastele se divid, iar celulele-fiice se dispun ca monedele intr-un fisic, aparand ca siruri sau coloane de celule paralele intre ele precum si cu axul lung al diafizei. Intre coloanele de condroblaste se afla matrice cartilaginoasa.

Zona cartilajului hipertrofiat (zona de maturare). Condrocitele nu se mai divid, ele cresc in volum prin acumulare de glicogen si alte substante. Se produce astfel o hranire insuficienta a celulelor ce are drept consecinta necroza lor. Condroplastele raman ca niste tuneluri lungi si largi, intre care substanta fundamentala cartilaginoasa apare sub forma de benzi bazofile cu nuclee de mineralizare. Aceste puncte de mineralizare incep prin depunerea cristalelor de hidroxiapatita la nivelul unor vezicule incarcate cu enzime (fosfataza alcalina, ATP-aza) localizate in matricea cartilaginoasa.

Zona de vascularizatie si eroziune este zona in care dinspre periost patrund muguri capilari care prin actiunea celulelor din adventice erodeaza peretele condroplastelor transformate in tuneluri si le invadeaza. Din peretii vaselor, celulele conjunctive se desprind si se aseaza pe marginea benzilor de substanta cartilaginoasa, devenind osteoblaste ce incep depunerea de oseina.

Zona osteoida. Benzile de substanta fundamentala cartilaginoasa se comporta ca travee de directie, in final formandu-se o lamela osoasa. Prin depunerea la suprafata lamelei de noi osteoblaste, va apare o alta lamela prin actiunea lor. Procesul de osificare continua prin formarea de noi lamele osoase, dar si prin actiunea erodanta si modelanta a osteclastelor.

In aceasta zona, ca si in partea profunda a zonei hipertrofiate s-a identificat imunohistochimic o proteina extracelulara, condrocalcina, care leaga puternic cristalele de hidroxiapatita.

Zona osiforma (zona de os imatur). Tunelul, fostul condroplast invadat de capilare sanguine, devine canal Havers, iar in jurul lui, prin actiunea osteoblastelor si osteoclastelor, se edifica concentric lamelele osoase. Cartilajul va fi inlocuit cu tesut osos inca incomplet mineralizat.

Zona osificata este zona in care nu se mai gaseste nicio urma de tesut cartilaginos, ci numai tesut osos bine mineralizat.

Matricea osoasa calcificata sub forma de spiculi se extinde din zona centrala a cartilajului calcificat spre stratul superficial.

CONTROLUL PROCESELOR DE OSIFICARE SI OSTEOGENEZA

Osteogeneza, osificarea si metabolismul osului sunt procese controlate si reglate de un complex de factori precum : hormoni, vitamine, factori vasculari si mecanici, varsta.

Factorii hormonali sunt :

STH ajuta la cresterea oaselor in lungime, actionand prin somatomedina asupra cartilajului diafizo-epifizar la nivelul caruia stimuleaza proliferarea, secretia si maturarea condrocitelor. Hiperfunctia manifestata pana la 25 de ani, determina gigantismul, iar hipofunctia, nanismul hipofizar. Dupa 25 de ani, hiperfunctia va determina acromegalia, boala in care in special oasele fetei se ingroasa foarte mult deoarece nu mai pot creste in lungime.

Parathormonul creste nivelul calciului in sange prin stimularea functiei osteoclastelor, cu eliminarea calciului din oase in plasma sanguina. Hipersecretia duce la osteoporoza si litiaza renala.

Hormonul tiroidian, calcitonina, este antagonic parathormonului, el scazand concentratia calciului din sange, prin stimularea functiei osteoblastelor, ce vor depune matrice osoasa, care atrag si depunerea sarurilor de calciu.

Calcitonina este mai activa la tineri, contribuind la dezvoltarea scheletului.

In timpul sarcinii si alaptarii, secretia este crescuta si protejeaza femeia de pierderile mari de calciu.

Hormonii sexuali influenteaza aparitia centrilor de osificare si gradul de maturare al osului. Hiposecretia intarzie osificarea cartilajului de crestere, cu dezvoltarea exagerata in lungime. Hipersecretia are o actiune inversa, determinand osificarea precoce a cartilajului.

Factorii vitaminici sunt :

Vitamina A controleaza activitatea si distributia osteoblastelor si osteocitelor. Hipovitaminoza A modifica raportul dintre osteoformare si osteodistructie.

Vitamina C este implicata in formarea fibrelor de colagen si a glicozaminoglicanilor. Hipovitaminoza C duce la aparitia scorbutului, cu diminuarea activitatii cartilajului de crestere. Oasele nou formate sunt subtiri si fragile, predispuse la fracturi repetate.

Vitamina D are rol in absorbtia calciului si potasiului din intestin. Lipsa ei determina rahitismul in copilarie si osteomalacia la adult.

Factorii vasculari. Staza vasculara favorizeaza depunerea de os, iar hiperemia este insotita de resorbtie osoasa.

Factorii mecanici de presiune, tractiune, sunt acei factori care controleaza orientarea trabeculelor si osteoanelor.

Varsta determina aparitia unor modificari osoase. Astfel oasele devin mai poroase si mai friabile la batrani, datorita scaderii continutului lor in saruri minerale (decalcifiere), reducerea substantei fundamentale si a continutului in apa, iar canalele haversiene se largesc, favorizand in totalitate fracturile osoase.

VASCULARIZATIA SI INERVATIA OSULUI

Vascularizatia este asigurata de ramuri arteriale ce provin din periost de unde, pentru diafiza, ele patrund in canalele Havers si Volkmann. Se distribuie in tot tesutul osos prin capilare din care sangele va fi colectat apoi in venule, ce urmeaza in sens invers traiectul arterelor.

Fiecare os lung primeste separat in diafiza si o artera nutritiva primara, principala, ce ajunge prin canalul nutritiv la maduva osoasa a canalului medular central, unde se ramifica dand ramuri distale si proximale.

Epifizele primesc sangele prin arteriole epifizare, care se distribuie prin capilare in spatiile anfractuoase cu maduva ale osului spongios.

Inervatia osului este bine reprezentata in periost prin filete nervoase amielinice, dispuse in forma de retea. Adeseori, ele se termina liber pe structura foitei conjunctive periostice sau pot aparea incapsulate sub forma de receptori Vater-Paccini si Ruffini. In tesutul osos pot aparea filete nervoase ce insotesc vasele sanguine in canalul Havers si Volkmann.

In tesutul osos, nervii sunt vasomotori si trofici, de origine cerebro-spinala si simpatica. Filetele nervoase terminale amielinice se gasesc in maduva osoasa pe celule endoteliale si pe celelalte tipuri de celule.

REPARAREA FRACTURILOR

Fracturile reprezinta o solutie de continuitate in structura unui os, consecutiva unui traumatism. Cele doua capete osoase, se consolideaza prin neoformarea la nivelul solutiei de continuitate a unui tesut ce poarta denumirea de calus.

Intre cele doua capete osoase, prin ruperea vaselor, are loc o hemoragie locala, urmata de aparitia unui cheag sanguin. In continuare din periost si endost capilarele si fibroblastele invadeaza cheagul, iar macrofagele venite din sange indeparteaza celulele osoase lezate si componentele cheagului.

Se constituie un tesut de granulatie ce umple spatiul dintre cele doua capete fracturate, formandu-se calusul temporar.

Celulele profunde de la nivelul periostului si endostului se vor diferentia in osteoblaste, care depun matrice ce se va mineraliza si va forma trabecule osoase. Depunerea matricei osoase se face de la periferia focarului de fractura spre centrul acestuia.

Celulele din centrul focarului, datorita unei vascularizatii reduse se vor transforma in condroblaste, ce se vor organiza sub forma de cartilaj hialin.

In zona osteogena a fiecarei extremitati osoase se formeaza trei straturi distincte : intern, langa os, reprezentat de trabecule osoase, mijlociu, cu tesut cartilaginos si extern, cu celule osteoprogenitoare in diviziune si diferentiere.

Cele trei straturi cresc si fuzioneaza, solidarizand fragmentele osului fracturat prin calusul definitiv. Acesta este format la inceput din tesut osos spongios, care apoi se va transforma in tesut osos compact. Formarea calusului definitiv este completa dupa 10-12 luni, perioada dupa care structura initiala a osului s-a refacut.

Conditia unei bune consolidari este imobilizarea celor doua capete osoase cu pastrarea periostului. Cand fragmentele nu sunt bine imobilizate, se realizeaza o reparare defectuoasa, generandu-se astfel pseudoartroza.

Pseudoartroza este o consolidare vicioasa si incompleta a fragmentelor osoase, urmata de aparitia unei mobilitati anormale la acest nivel. Exista doua forme principale de pseudoartroze, una fibroasa si cealalta cartilaginoasa.

Pseudoartroza fibroasa survine atunci cand intre capetele fracturate ramane un spatiu larg. Acesta va fi ocupat de un tesut conjunctiv dens rezultat prin proliferarea fibroblastelor si sinteza masiva de fibre colagene. Acest tip de pseudoartroza survine mai ales la nivelul calusului central, de origine medulara.

Pseudoartroza cartilaginoasa este de origine periostala, cauzata de absenta vaselor si ca atare se vor forma numai celule cartilaginoase, ce nu vor putea fi inlocuite prin tesut osos.