Il tessuto osseo. Bone histology - Osteoporosis Modeling and remodeling Paget Hormonal mechanisms. Giuseppe M. Peretti

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1 Bone histology - Osteoporosis Modeling and remodeling Paget Hormonal mechanisms Giuseppe M. Peretti I testi e le immagini che verranno presentati sono un sussidio didattico alle lezioni del corso di Morfologia Umana riguardanti il tessuto osseo, cartilagineo e muscolare. Sebbene non sostituiscano il libro di testo e vadano integrate con quanto detto a lezione, la loro consultazione può tuttavia risultare utile per la comprensione di molti concetti espressi. I testi da cui sono state raccolte molte immagini sono i seguenti: Gary A. Thibodeau, Kevin T. Patton. Anatomia e Fisiologia. IV Edizione. Casa Editrice Ambrosiana Buckwalter, Einhorn, Simon: Orthopaedic Basic Science Ed. American Academy of Orthopaedic Surgeons Bloom and Fawcett: A textbook of histology Ed. Chapman & Hall, New York London Rosati: Istologia Ed. Edi.Ermes s.r.l. Milano Ham: Istologia Ed. USES Edizioni Scientifiche S.p.a. Firenze Netter: Embriologia umana ed anomalie congenite Ed. Ciba-Geigy Edizioni Origgio (Varese) Buono studio ed in bocca al lupo a tutti! Giuseppe Peretti Il materiale contenuto in queste presentazioni è stato raccolto unicamente per scopi didattici. Il tessuto osseo Connettivo presente in tutti i vertebrati Costituente prevalente dello scheletro, a sviluppo ultimato Tessuto più duro dell organismo (dopo smalto dei denti)

2 Il tessuto osseo Funzione meccanica di sostegno Funzione di protezione degli organi interni Funzione di movimento delle articolazioni Sistema di accumulo di Ca ++ and PO 4-3 (omeostasi minerale) Omeostasi scheletrica Funzioni emopoietiche Distinzione per forma Lunghe Arti superiori ed inferiori Brevi o Corte Ossa carpali o tarsali Piatte Coste, sterno, volta cranica, scapola Irregolari (corte) Vertebre, ossa del cranio o facciali Ossa lunghe

3 Vascolarizzazione Ossa Piatte Formate da uno strato spugnoso compreso tra due tavolati compatti Ossa Corte Presentano una massa spugnosa avvolta da una corteccia compatta

4 E vivo!! Il tessuto osseo Componente organica: Osteociti, osteoblasti, osteoclasti e cellule osteoprogenitrici Collagene Altre proteine organiche Componente inorganica: Calcio e fosfato danno rigidità all osso Il tessuto osseo rappresenta la riserva di molti minerali e ioni Il tessuto osseo Costituito da una componente inorganica (sostanza intercellulare mineralizzata) nella quale sono scavate cavità dette lacune ossee, da cui dipartono canalicoli più o meno ramificati ed anastomizzati: contengono rispettivamente, gli osteociti ed i loro prolungamenti Tipi di tessuto osseo Tessuto osseo lamellare Tessuto osseo non lamellare

5 Tessuto osseo lamellare Osso compatto o corticale Osso spugnoso o trabecolare Tessuto osseo lamellare Osso compatto o corticale Tessuto osseo lamellare Osso compatto o corticale Osso spugnoso o trabecolare

6 Tessuto osseo lamellare Osso spugnoso o trabecolare Tessuto osseo lamellare Osso compatto o corticale Osso spugnoso o trabecolare Tessuto osseo lamellare Nella vita post-natale è quello di gran lunga prevalente nelle scheletro dei Mammiferi Possiede elevate potenzialità meccaniche di resistenza alla pressione, trazione, torsione col minimo aggravio ponderale In ogni lamella le fibre collagene hanno decorso tendenzialmente parallelo, e formano con quelle della lamella contigua un angolo di varia ampiezza

7 Tessuto osseo lamellare In ogni lamella le fibre collagene hanno decorso tendenzialmente parallelo, e formano con quelle della lamella contigua un angolo di varia ampiezza Tessuto osseo lamellare Nella vita post-natale è quello di gran lunga prevalente nelle scheletro dei Mammiferi Possiede elevate potenzialità meccaniche di resistenza alla pressione, trazione, torsione col minimo aggravio ponderale In ogni lamella le fibre collagene hanno decorso tendenzialmente parallelo, e formano con quelle della lamella contigua un angolo di varia ampiezza Le lamelle contigue sono connesse da matrice mineralizzata attraversata da fibre collagene a disposizione irregolare Tessuto osseo compatto o corticale Forma la corticale delle ossa lunghe In generale, forma il guscio esterno di tutte le ossa

8 Tessuto osseo compatto o corticale Forma i due tavolati (sup. e profondo) delle ossa piatte Forma lo strato superficiale delle ossa brevi e delle epifisi di quelle lunghe (escluso aree rivestite da cartilagine articolare, che ricopre l osso sottocondrale) Il sistema concentrico di Havers (osteone) Il sistema concentrico di Havers (osteone)

9 Il sistema concentrico di Havers (osteone) L osteone è tipico dell osso compatto, ha forma tendenzialmente cilindrica ed altezza compresa tra 0,9 ed 1,2 mm. E attraversato nel senso della lunghezza dal canale di Havers, il cui calibro varia ( microns) Le lamelle dell osteone sono disposte concentricamente al canale di Havers (possono anche essere incomplete: forma a semiluna o a falce) L andamento del collagene di una lamella è ortogonale, o quasi a quello della lamella vicina Nell ambito di ogni singola lamella le fibre collagene hanno decorso tra loro parallelo La lamella più profonda è quella di più recente deposizione Tessuto osseo compatto o corticale Tessuto osseo compatto o corticale Oltre alle lacune e relativi canalicoli, si osservano altre cavità di maggior calibro ad orientamento parallelo all asse maggiore dell osso (canali di Havers), oppure che hanno decorso trasversale od obliquo (canali di Volkmann)

10 Tessuto osseo compatto o corticale Nelle sezioni trasversali sono riconoscibili tre sistemi di lamelle Il sistema concentrico o di Havers (osteone) Il sistema delle lamelle interstiziali Il sistema delle lamelle circonferenziali o limitanti esterne interne osteone Lamelle interstiziali Il sistema delle lamelle circonferenziali o limitanti Gli osteoni e i sistemi interstiziali non sono presenti a tutto spessore della diafisi A livello delle superfici esterna ed interna dello spessore della diafisi sono presenti rispettivamente il sistema delle lamelle circonferenziali esterne ed interne Queste sono disposte concentricamente rispetto all asse maggiore della diafisi Inner circumferential lamella Outer circumferential lamella

11 Tessuto osseo lamellare Osso compatto o corticale Osso spugnoso o trabecolare Tessuto osseo spugnoso o trabecolare Costituisce la maggior parte delle ossa brevi, delle epifisi delle ossa lunghe e si trova nella diploe delle ossa piatte L orientamento dei traiettori formati dalle trabecole è tale da opporsi nei singoli segmenti scheletrici considerati alla sollecitazioni meccaniche a cui sono prevalentemente sottoposti Tessuto osseo spugnoso o trabecolare E formato da strati di lamelle associate in trabecole più o meno spesse e variamente anastomizzate a delimitare spazi intercomunicanti, denominati cavità midollari, in quanto occupate da midollo osseo (oltre che da vasi e nervi)

12 Tessuto osseo spugnoso o trabecolare Le lamelle contigue sono connesse da matrice mineralizzata attraversata da fibre collagene a disposizione irregolare Tessuto osseo spugnoso o trabecolare Lamelle Osteociti, osteoblasti, osteoclasti e cellule osteoprogenitrici Endostio Osteoni Tessuto osseo spugnoso o trabecolare

13 Tessuto osseo non lamellare a fibre intrecciate a fibre parallele Tessuto osseo non lamellare a fibre intrecciate Fibre collagene a disposizione casuale Possiede minore resistenza meccanica Costituisce lo scheletro definitivo dei vertebrati inferiori (Anfibi) E l osso primario dei Mammiferi (ossa fetali), che viene successivamente sostituito da osso lamellare Si forma inoltre quando vi è rapida neoformazione ossea, come nella riparazione delle fratture o nel morbo di Paget Tessuto osseo non lamellare a fibre intrecciate Tessuto osseo non lamellare a fibre intrecciate è attraversato da cavità anastomizzate (spazi di Havers), contenenti vasi, nervi e midollo osseo

14 Tessuto osseo non lamellare a fibre parallele Caratteristico degli uccelli. Raro e presente solo transitoriamente nei Mammiferi Le cellule del tessuto osseo Il tessuto osseo adulto e senescente Giuseppe M. Peretti Le cellule del tessuto osseo

15 Cellule osteoprogenitrici Cellule con capacità mitotiche, capaci di trasformarsi in osteoblasti Osteoblasti Un osteoblasta è una cellula che produce osteoide o matrice ossea Osteoblasti Un osteoblasta è una cellula che produce osteoide o matrice ossea

16 Osteoblasti L osteoblasta è la cellula che produce osteoide o matrice ossea Goldner s trichrome of osteoblasts Presenza di uno strato di matrice non mineralizzata (osteoide) tra la membrana cellulare e la matrice mineralizzata Osteociti Osteoclasti L osteoclasta è la cellula del tessuto osseo responsabile del riassorbimento del tessuto

17 Osteoclasti Sono cellule di grosse dimensioni ( microns) e plurinucleate Originano da cellule pluripotenti del midollo osseo, che sono anche precursori di monociti e macrofagi Monociti sono mononucleati; macrofagi ed osteoclasti sono formati dalla fusione di più monociti Giacciono in aree di riassorbimento osseo dette fossette (o lacune) di Howship Presentano orletto striato (o a spazzola) attività Osteoclasti Osteoclasti Osteoclast in Howship s lacuna

18 Osteoclasti Orletto striato o orletto a spazzola Il tessuto osseo senescente Disease of Aging Le malattie dell invecchiamento Il tessuto osseo senescente Osteoporosi Malattia caratterizzata da una diminuzione della massa ossea associata a modificazioni della architettura dell osso tali da aumentare il rischio di fratture (Floman 1993)

19 Aging and Changes in Bone Tipi di osso: Compatto (80-90% calcificato) Trabecolare (Spongioso: 15-25% calcificato) Integrita stimata per mezzo di: Massa ossea Contenuto minerale Integrita della struttura dell osso Modificazioni associate all eta : Rilevamenti variabili, ma si stima che la massa ossea si riduca di circa 1% per anno a cominciare dai 35 aa All eta di 80 aa, il contenuto minerale dell osso si e ridotto a valori pari a circa il 55% e 40% di quelli misurati nel giovane adulto, rispettivamente nell uomo e nella donna Il tessuto osseo senescente Il tessuto osseo senescente

20 Il tessuto osseo senescente Affected Areas Hologic, Inc Perdita di densita ossea mineralizzata Colonna Polso Anche Calcagno Affezioni secondarie Depressione Dolore Deformita Dipendenza Paura di cadere Morte prematura Il tessuto osseo senescente

21 Il tessuto osseo senescente Il tessuto osseo senescente Il modellamento ed il rimodellamento osseo Giuseppe M. Peretti

22 Crescita delle ossa lunghe e modellamento modeling Growing shaft is modeled by: Osso: Modellamento e rimodellamento modellamento Modellare la forma delle ossa in relazione alle richieste meccaniche Le metafisi si modellano riducendo il diametro osseo durante la crescita Le diafisi si modellano aumentando il diametro osseo osteoapposizione a livello periostale riassorbimento a livello endosatale Osso: Modellamento e rimodellamento Rimodellamento Rimuove l osso vecchio e lo sostituisce con osso giovane Previene l accumulo di danni da fatica Preleva il calcio dal tessuto osseo per essere utilizzato altrove metabolicamente E permesso dall azione di squadre di circa 10 osteoclasti ed alcune centinaia di osteoblasti che lavorano insieme in una BMUs ( basic multicellular units )

23 Osso: Modellamento e rimodellamento Rimodellamento (cont.) Tre tappe nella vita delle BMUs (ARF) Attivazione Riassorbimento Formazione Cellule osse e rimodellamento osseo osteoclasta Ca 2+ /PO 4 collagene osso Area di riassorbimento Attivazione Riassorbimento osseo osteoblasti collagene+ca/po 4 Formazione

24 Cono di penetrazione Paget s Disease Difetto molto comune del turnover osseo Rimodellamento osseo locale irregolare Ispessimento delle lesioni, deformita Spesso asintomatica Alcuni sintomi: dolore osseo, mal di testa, perdita dell udito, vertigini (da compressione dei nervi cranici), gambe arcuate

25 Paget s Disease Caratterizzata da un eccessiva formazione e distruzione ossea Nell osso pagetico viene formato tessuto osso con un eccessivo rapporto osso immaturo / osso compatto Nell osso pagetico, oltre ad una bassa mineralizzazione, sono presenti aree di indebolimento strutturale Nelle fasi tardive, l attivita osteoclastica si riduce, mentre quella osteoblastica continua piu a lungo Paget s Disease Tipiche localizzazioni sono la colonna, il bacino, il femore e le ossa del cranio Causa sconosciuta (virale?) Paget s Disease Paget Normal

26 Paget s Disease Paget s Disease Paget s Disease Paget's disease of bone in which the mixed osteoclastic-osteoblastic stage is present. A line of osteoblasts is present a the center-right forming new bone, but lacunae containing multinucleate osteoclasts are at the center left and lower center destroying bone. The result is a patchwork mosaic of bone without an even lamellar structure. This stage is preceded by a mainly lytic phase and is followed by a "burnt out" sclerotic phase

27 Controllo ormonale Control of Remodeling Due loops di controllo regolano il rimodellamento osseo Un meccanismo ormonale mantiene l omeostasi del calcio nel sangue Forze meccaniche e gravitazionali che agiscono sullo scheletro Hormonal Mechanism

28 Hormonal Mechanism Un aumento dei livelli ematici del Ca 2+ stimola la tiroide al rilascio di calcitonina La calcitonina porta alla deposizione del calcium a livello osseo Una caduta dei livelli ematici del Ca 2+ stimola le ghiandole paratiroidi al rilascio di PTH PTH stimola gli osteoclasti alla distruzione della matrice ossea ed alla liberazione di Ca 2+ nel sangue Calcium Homeostasis GI Tract Kidney Serum calcium mm/l Bone Parathyroid hormone Vitamin D Calcitonin Calcium Homeostasis Ca 2+ oral daily intake 25 mmols 10 mmols mmols 10 mmols 7 mmols 3-4 mmols Fecal excretion mmols

29 HYPOCALCAEMIA parathyroid glands PTH secretion BONE KIDNEY INTESTINE bone resorption urinary phos. urinary calcium 1,25D3 production calcium abs. phos. abs. SERUM CALCIUM HYPOCALCAEMIA parathyroid glands -VE FEEDBACK PTH secretion BONE KIDNEY INTESTINE bone resorption urinary phos. urinary calcium 1,25D3 production calcium abs. phos. abs. SERUM CALCIUM VITAMIN D SKIN 7-dehydrocholesterol Diet: Milk, eggs, fish vitamin D 3 1,25-dihydroxyvitamin D 3 (1,25(OH) 2 D 3 ) BLOOD KIDNEY 25-hydroxyvitamin D 3 (25(OH)D 3 ) LIVER

30 HYPOCALCAEMIA parathyroid glands PTH secretion BONE KIDNEY INTESTINE bone resorption urinary phos. urinary calcium 1,25D3 production calcium abs. phos. abs. SERUM CALCIUM HYPOCALCAEMIA parathyroid glands -VE FEEDBACK PTH secretion BONE KIDNEY INTESTINE bone resorption urinary phos. urinary calcium 1,25D3 production calcium abs. phos. abs. SERUM CALCIUM CALCITONINA Prodotto dalle cellule-c della tiroide (parafolliculari) La principale funzione della calcitonina in stati di alto turnover osseo - Inibizione del riassorbimento osseo (attivita degli osteoclasti)

31 THYROID calcitonin (-) HYPOCALCAEMIA parathyroid glands PTH secretion BONE KIDNEY INTESTINE bone resorption urinary phos. urinary calcium 1,25D3 production calcium abs. phos. abs. SERUM CALCIUM Osteomalacia/Rachitismo Inadeguata mineralizzazione della matrice ossea in adulti/bambini Inadeguati livelli di Vitamina D, di livelli di calcio Alcune sono causate da un difetto genetico (resistenti al trattamento) Difetto a livello dei recettori della Vitamina D Aumento dell incidenza di fratture riparazione con un eccesso di osteoide Bambini deformita delle ossa che supportano il carico, piu plasmabili Osteomalacia/Rachitismo

32 Osteomalacia/Rachitismo Rachitismo X-Ray

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