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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Babarnab-PROD. Cours du Pr. Leheup

- 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 :

Sox 9 Chondroblastes Cellules ostéoprogénitrices

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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

Cellules

précurseurs Préostéoblaste Ostéoblaste

différencié PTH-R +

Phosphatase alcaline + + + Collagène I + +

Ostéocalcine + Ostéopontine + +

Cellule pluripotente

PPAR γ 2

Cbfa1 / Runx2

Ostéoblastes

PPAR γ 2

Adipocytes

Myo D

Myoblaste


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 -

CO2+H2O HCO3 - + H+

+ Procollagénase

Cathépsine

PH 4-5

ATP 6i

Ca10(PO4)6(OH)2 + 14 H+ 6 H2PO4- + 10 Ca2+

Lacune d’Howship

Anhydrase Carbonique

Matrice osseuse

Ostéopontine 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 :

Précurseur Ostéoclastique

RANK - L

Cellule stromale et/ou Ostéoblaste

Ostéoclaste MÛR M-CSF

• 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

CO3 2-

HPO4 2-

* Strontium : On peut avoir la atmosphériques aFixation dans l’omedullaire qui co * CO3

2 – (et HPO * Fluore / FluorurRôle durcisseur sMais quand c’est Une intoxication

Babarnab-P

StrontiumPlomb Lithium

fixation du Sr 90* qui est un isotope radioactif qu’on retrouve dans les pollutions près accident nucléaire. s, donc, au contact de la moelle hématopïétique, phénomène d’épuisement

nduit à une aplasie hématopoïétique.

42 -) : tissu osseux = reserve alcaline

es : ur la matrice minérale. trop dur ça casse : augmentation de la friabilité. fluorée conduit à l’apparition de fractures.

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ROD. Cours du Pr. Leheup

* 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+ + PO4

3- + 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 PO4

2- 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 PO4

2-; • 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 bour-geonnent 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'hydroxy-apatite, 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 PO4

2- 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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