IL TESSUTO OSSEO. Tessuto organizzato in strutture definite: OSSA

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1 Forma specializzata di tessuto connettivo caratterizzata dalla MINERALIZZAZIONE DELLA MATRICE EXTRACELLULARE durezza e resistenza Tessuto organizzato in strutture definite: OSSA - Durezza, resistenza, leggerezza: dovute alla organizzazione interna - Rimodellamento durante tutta la vita L apparato scheletrico umano, formato da 270 ossa, rappresenta circa il 20% del peso corporeo

2 FUNZIONI: - Sostegno: principale impalcatura del corpo - Movimento: insieme ai muscoli forma l apparato locomotore - inserzione per muscoli e tendini - Protezione degli organi interni come il cervello e i visceri - Riserva di ioni Calcio e Fosfati - per tutte le funzioni cellulari e per i sistemi tampone del sangue OMEOSTASI - Emopoiesi: produzione delle cellule del sangue - Rimozione di alcune sostanze tossiche

3 MATRICE EXTRACELLULARE Porzione organica: fibre collagene + sostanza amorfa Porzione inorganica: fosfato e carbonato di calcio: 65% del peso secco dell osso Matrice mineralizzata: conferisce al tessuto le caratteristiche di durezza e resistenza meccanica

4 COMPONENTE FIBROSA: COLLAGENE DI TIPO 1 COMPONENTE AMORFA: ELEMENTI CELLULARI: IL TESSUTO OSSEO MATRICE EXTRACELLULARE GAG, PROTEOGLICANI GLICOPROTEINE SALI DI CALCIO (IDROSSIAPATITE) CELLULE OSTEOPROGENITRICI (STAMINALI) OSTEOBLASTI OSTEOCITI OSTEOCLASTI (Derivano dai Macrofagi)

5 MATRICE EXTRACELLULARE COMPONENTE FIBROSA: fibre collagene tipo I immerse in una matrice amorfa contenente glicoproteine e proteoglicani - Le fibre collagene sono prevalenti rispetto agli altri costituenti

6 MATRICE EXTRACELLULARE COMPONENTE AMORFA: - OSTEOCALCINA: glicoproteina coinvolta nell omeostasi del calcio e nella mineralizzazione. Più abbondante dopo il collagene. Prodotta dagli osteoblasti. - OSTEONECTINA: promuove la mineralizzazione e l angiogenesi, lega il calcio, ancora l idrossiapatite al collagene. I complessi collagene-osteonectina avviano la deposizione dei cristalli di idrossiapatite - FIBRONECTINA: ancoraggio cellule alla matrice - OSTEOPONTINA: ancoraggio cellule alla matrice

7 MATRICE EXTRACELLULARE COMPONENTE AMORFA MATRICE MINERALE IDROSSIAPATITE: COMPLESSO CRISTALLINO DI FOSFATO DI CALCIO Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 - Sono combinati con collagene e proteoglicani - Si dispongono lungo le fibre collagene in modo ordinato - Altri sali di Calcio presenti nell osso sono: Carbonato, Il Fosfato e il Fluoruro

8 MATRICE EXTRACELLULARE - LA COMPONENTE MINERALE DELL OSSO CONFERISCE LA DUREZZA AL TESSUTO, LA RIGIDITA E LA RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE. - LA COMPONENTE ORGANICA (COLLAGENE), CONFERISCE FLESSIBILITA L osso scarsamente mineralizzato è molle e flessibile (RACHITISMO, OSTEOMALACIA), l osso privo di collagene è fragile. MALATTIA DELL OSSO FRAGILE (osteogenesi imperfetta) Riduzione della produzione di osteonectina Alterazione genetica del deposito di collagene nelle ossa. Fratture spontanee, difetti dell udito per alterazione degli ossicini dell orecchio. Nei casi più gravi letale

9 ELEMENTI CELLULARI IL TESSUTO OSSEO - CELLULE OSTEOPROGENITRICI (STAMINALI) - OSTEOBLASTI - OSTEOCITI - OSTEOCLASTI (Derivano dai Macrofagi) CELLULE MESENCHIMALI differenziamento CELLULE OSTEOPROGENITRICI proliferazione OSTEOBLASTI deposizione di sostanza ossea OSTEOCITI - Per tutta la vita permangono cellule mesenchimali con capacità osteogenica: in risposta a stimoli si differenziano in osteoblasti: fratture

10 ELEMENTI CELLULARI IL TESSUTO OSSEO CELLULE OSTEOPROGENITRICI: cellule staminali che derivano dal mesenchima Durante la crescita dell osso proliferano attivamente formando osteoblasti OSTEOBLASTI: partecipano attivamente alla formazione del tessuto osseo. - Secernono le componenti organiche della matrice - Regolano la deposizione dei sali minerali - Intensa sintesi proteica Si trasformano poi in OSTEOCITI

11 ELEMENTI CELLULARI IL TESSUTO OSSEO OSTEOCITI: cellule più numerose dell osso che ha completato il suo sviluppo. Sono osteoblasti rimasti imprigionati nella matrice calcificata - Corpo cellulare appiattito e prolungamenti - Prolungamenti di osteociti vicini sono in contatto grazie a giunzioni gap - Sembrano partecipare allo scambio di minerali dall osso regolazione del Calcio nell organismo

12 ELEMENTI CELLULARI IL TESSUTO OSSEO OSTEOCLASTI: cellule plurinucleate correlate ai MACROFAGI - responsabili del riassorbimento della matrice ossea. - Secernono enzimi lisosomiali che digeriscono la matrice organica e solubilizzano la componente minerale - Agiscono attraverso acidificazione dello spazio extracellulare - DERIVANO DA CELLULE STAMINALI EMOPOIETICHE: derivano dalla fusione di cellule della linea monocitamacrofago

13 STRUTTURA IL TESSUTO OSSEO EPIFISI (Osso Spugnoso): formato da trabecole o spicole che formano maglie organizzate in una rete tridimensionale contenente midollo osseo DIAFISI (Osso Compatto): massa solida con cavità midollare centrale contenente midollo osseo EPIFISI (Osso Spugnoso)

14 STRUTTURA IL TESSUTO OSSEO

17 STRUTTURA - Tessuto lamellare a fibre parallele: - SCHELETRO ADULTO: I costituenti del tessuto (fibre, cellule, matrice) sono raccolti in lamelle o strati distinti, con le fibre collagene orientate nella stessa direzione in un determinato strato e in direzioni diverse in lamelle contigue FIBRE COLLAGENE ORDINATE Tessuto non lamellare a fibre intrecciate: - SCHELETRO EMBRIONALE E FETALE - SCHELETRO CHE COMPARE DURANTE LA RIPARAZIONE DELLE FRATTURE FIBRE COLLAGENE DISORDINATE: non organizzate in lamelle ma sono raccolte in fasci intrecciati con lacune disposte irregolarmente

18 STRUTTURA LAMELLARE Tessuto organizzato in lamelle spesse 3-7 um aggregate in strati paralleli e disposti in vario modo Ogni lamella è uno strato di tessuto osseo In ogni lamella le fibre collagene hanno LO STESSO ANDAMENTO A SPIRALE. - L ANDAMENTO E IL PASSO DELLA SPIRALE è diverso tra una lamella e quella adiacente QUESTO MIGLIORA LE CARATERISTICHE MECCANICHE DEL TESSUTO

19 STRUTTURA LAMELLARE Gli osteociti sono accolti in cavità a forma di lente biconvessa, scavate nella matrice calcificata LACUNE OSSEE Dalle lacune si irradiano CANALICOLI OSSEI ramificati, che si uniscono a quelli delle lacune vicine della stessa lamella o di lamelle contigue e si connettono con i CANALI DI HAVERS E DI VOLKMAN che contengono i vasi sanguigni SISTEMA CONTINUO DI CAVITA : scambi metabolici e gassosi tra sangue, cavità midollari e osteociti - rivestiti da un sottile strato di matrice extracellulare glicoproteica * Importante perché la matrice mineralizzata impedisce la diffusione di sostanze nutritive giunzioni comunicanti (Gap Junctions) Tessuto compatto e spugnoso cambiano solo per la disposizione delle lamelle

20 STRUTTURA LAMELLARE

21 STRUTTURA LAMELLARE

22 STRUTTURA LAMELLARE OSSO COMPATTO Sostanza ossea attraversata da canali longitudinali o obliqui: CANALI DI HAVERS e da canali di calibro inferiore: CANALI DI VOLKMANN Vasi sanguigni e fibre nervose penetrano in questi canali vascolari NUTRIZIONE ED INNERVAZIONE DELL OSSO Connessi a loro volta con canalicoli ossei e lacune ossee Le lamelle ossee dell osso compatto si organizzano in strati paralleli formando 3 strutture: - Se si dispongono concentricamente attorno ai canali di Havers formano delle strutture cilindriche chiamate OSTEONI O SISTEMI DI HAVERS - OSTEONE: canale di Havers + lamelle concentriche

23 STRUTTURA LAMELLARE OSSO COMPATTO ORGANIZZAZIONE LAMELLARE: SEZIONE DI UN OSTEONE

24 STRUTTURA LAMELLARE OSSO COMPATTO

25 STRUTTURA LAMELLARE OSSO COMPATTO

26 STRUTTURA LAMELLARE OSSO COMPATTO Gli spazi tra gli osteoni sono occupati da gruppi di lamelle parallele disposte più irregolarmente SISTEMI INTERSTIZIALI - Si formano nel corso del rimodellamento osseo per riassorbimento degli osteoni Sulla superficie interna ed esterna dell osso ci sono strati di lamelle disposti circolarmente SISTEMI CIRCONFERENZIALI O LIMITANTI

27 STRUTTURA LAMELLARE OSSO SPUGNOSO I sistemi lamellari dell osso spugnoso non formano strutture organizzate ma semplici TRABECOLE LA DISTRIBUZIONE DELLE TRABECOLE DELL OSSO SPUGNOSO DIPENDE DALLE LINEE DI CARICO DELLE SOLLECITAZIONI ED E DINAMICAMENTE ADATTATA ALLE VARIAZIONI - Si forma un labirinto di spazi cavi intercomunicanti occupati da midollo osseo - Mancano i sistemi di Havers - Le trabecole non sono attraversate da vasi sanguigni

28 STRUTTURA LAMELLARE OSSO SPUGNOSO NELLE CAVITA DEL TESSUTO SPUGNOSO E NELLA CAVITÀ MIDOLLARE E CONTENUTO IL MIDOLLO OSSEO ROSSO, CON FUNZIONI EMOPOIETICHE, O MIDOLLO GIALLO o BIANCO, (PREVALENTEMENTE CELLULE ADIPOSE) (IL MIDOLLO ROSSO È PIÙ ABBONDANTE NEI BAMBINI)

29 PERIOSTIO IL TESSUTO OSSEO La superficie esterna dell osso è rivestita da uno strato connettivale, riccamente vascolarizzato il PERIOSTIO, che manca sulle superfici articolari. Si possono distinguere 2 strati: - Uno strato esterno povero di cellule ma ricco di vasi - Uno strato profondo ricco di cellule e con una estesa rete capillare MOSTRA VARIAZIONI A SECONDA DELLO STATO FUNZIONALE DELL OSSO: Strato di osteoblasti in attiva proliferazione e con proprietà osteogeniche: in caso di lesioni le cellule riacquistano la loro potenzialità osteoformativa ed elaborano sostanza ossea CELLULE OSTEOPROGENITRICI

30 PERIOSTIO IL TESSUTO OSSEO I vasi sanguigni dello strato esterno del periostio arrivano fino ai canali di Havers Grossi fasci di fibre collagene, derivanti dallo strato esterno del periostio, penetrano nei sistemi circonferenziali ed ancorano il periostio all osso: FIBRE PERFORANTI Numerose nei punti di ancoraggio di tendini e legamenti

31 ENDOSTIO IL TESSUTO OSSEO - Le superfici interne, verso le cavità midollari e le cavità vascolari sono rivestite dall ENDOSTIO, uno strato di cellule appiattite con attività osteogenica. - Singolo strato di cellule che nell adulto sono cellule osteoprogenitrici, durante lo sviluppo e la crescita sono osteoblasti attivi - Dal periostio e dall endostio penetrano vasi sanguigni attraverso i CANALI DI VOLKMANN

32 OSTEOGENESI IL TESSUTO OSSEO La formazione di ossa durante lo sviluppo embrionale si verifica secondo due meccanismi: - Ossificazione diretta (da mesenchima): l osso si forma direttamente nel tessuto connettivo per differenziamento di cellule mesenchimali in osteoblasti - Ossificazione indiretta o condrale (da abbozzo cartilagineo): l osso è preceduto da un modello cartilagineo che viene sostituito da tessuto osseo In ambedue i meccanismi la deposizione della matrice e la mineralizzazione si verificano nello stesso modo e ad opera degli osteoblasti

33 OSTEOGENESI OSSIFICAZIONE DIRETTA CENTRI DI OSSIFICAZIONE: inizio del processo il mesenchima si condensa, vascolarizza e le sue cellule proliferano attivamente OSTEOBLASTI: secernono una matrice densa FORMAZIONE DI TRABECOLE O SPICOLE ACCRESCIMENTO PER APPOSIZIONE: osteoblasti elaborano tessuto che si aggiunge al tessuto formato in precedenza - alcuni osteoblasti restano inclusi, emettono prolungamenti e diventano osteociti Con il procedere della calcificazione si formano lacune e canalicoli Le trabecole aumentano ed invadono il mesenchima circostante

34 OSTEOGENESI OSSIFICAZIONE DIRETTA OSSIFICAZIONE DIRETTA : OSTEOBLASTI CIRCONDANO UNA LAMELLA IN FORMAZIONE

35 OSTEOGENESI OSSIFICAZIONE DIRETTA OSSIFICAZIONE DIRETTA: Osteoblasti circondano una lamella ossea in via di formazione L Ossificazione diretta forma la Mandibola, la Clavicola, le Ossa della Calotta Cranica

36 OSTEOGENESI OSSIFICAZIONE INDIRETTA Ossa precedute da un abbozzo cartilagineo che serve da modello per il successivo sviluppo - Comparsa del primo centro di ossificazione diafisario - Condrociti cessano di proliferare e si atrofizzano: calcificazione della cartilagine per deposizione di sali di calcio - Produzione di un fattore che induce la formazione di vasi e li attrae al centro di ossificazione - Nel centro giungono cellule mesenchimali e segnali che inducono la morte delle cellule cartilaginee - Condroclasti riassorbono le lacune cartilaginee: gli spazi liberati vengono occupati dai vasi sanguigni centri midollari primitivi - Cellule mesenchimali si differenziano in osteoblasti

37 OSTEOGENESI OSSIFICAZIONE INDIRETTA - Osteoblasti depositano matrice ossea ed avviene la calcificazione

38 OSTEOGENESI OSSIFICAZIONE INDIRETTA VASI SANGUIGNI invadono anche le epifisi del modello cartilagineo e si formano centri dinossificazione secondari. Al termine: OSSIFICAZIONE COMPLETA DI EPIFISI E DIAFISI LE SUPERFICI ARTICOLARI DELLE EPIFISI RIMANGONO RIVESTITE DA CARTILAGINE EUN DISCO DI CARTILAGINE DI ACCRESCIMENTO RIMANE FINO AL TERMINE DELLA CRESCITA DELL INDIVIDUO

39 OSTEOGENESI IL TESSUTO OSSEO Durante lo sviluppo di un osso si forma inizialmente un solo osteone che viene poi gradualmente riassorbito e rimaneggiato dalla attività coordinata di osteoclasti ed osteoblasti

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41 OSTEOGENESI IL TESSUTO OSSEO Accrescimento: fino a quando è presente la cartilagine metafisaria di accrescimento l osso continua a crescere in lunghezza. Le cartilagini metafisarie del polso (di Radio ed Ulna), visibili come una linea scura, non calcificata, sono tra le ultime a scomparire Si allunga per accrescimento interstiziale dal lato rivolto verso l epifisi e ad essere contemporaneamente sostituito da osso dal lato rivolto verso il centro diafisario CHIUSURA DELLE EPIFISI: completa sostituzione della cartilagine di coniugazione con tessuto osseo

42 OSTEOGENESI IL TESSUTO OSSEO Accrescimento in diametro di un osso I processi di rimodellamento dell osso continuano per tutta la vita ma con un ritmo più lento

43 OSTEOGENESI IL TESSUTO OSSEO Oc = Osteociti OB = Osteoblasti Ocl = Osteoclasti Mentre gli osteociti depositano nuova matrice ossea gli osteoblasti la erodono, contribuendo al modellamento dell osso

44 OSTEOGENESI IL TESSUTO OSSEO IL TESSUTO OSSEO NASCE GRAZIE AD UN COMPLESSO PROCESSO DI COSTRUZIONE E RIMANEGGIAMENTO IN CUI, OLTRE AGLI OSTEOBLASTI, INTERVENGONO ANCHE GLI OSTEOCLASTI, CHE DEGRADANO LA MATRICE OSSEA. OLTRE CHE PER GENERARE LA ARCHITETTURA DELL OSSO, GLI OSTEOCLASTI SONO IMPORTANTI PER REGOLARE LE CONCENTRAZIONI PLASMATICHE DEL CALCIO; IL TESSUTO OSSEO RAPPRESENTA IL PRINCIPALE SERBATOIO DI CALCIO PER L ORGANISMO LA FUNZIONE E LA FORMAZIONE DEGLI OSTEOCLASTI SONO REGOLATE DALLA AZIONE DELL ORMONE PARATIREOIDEO

45 OSTEOGENESI IL TESSUTO OSSEO

46 MECCANISMI DI CALCIFICAZIONE Sembra che il processo di calcificazione si svolga in 3 fasi: PRIMA FASE sotto il controllo delle cellule: formazione nella matrice di NUCLEI MINERALI iniziali SECONDA FASE: accrescimento dei nuclei fino alla formazione di strutture cristalline orientate TERZA FASE: coalescenza delle aree mineralizzate, in intimo rapporto con le fibre collagene NONOSTANTE LA PARTECIPAZIONE DEL COLLAGENE, LE CELLULE HANNO UN RUOLO DETERMINANTE NEL PROCESSO INIZIALE DI CALCIFICAZIONE

47 MECCANISMI DI CALCIFICAZIONE Osteoblasti nelle vicinanze si trovano VESCICOLE DELLA MATRICE: - Sede iniziale di mineralizzazione - Gemmano dalle cellule - Elevato contenuto glicoproteico ed enzimatico (FOSFATASI ALCALINA) - Fosfatasi alcalina aumenta la concentrazione locale dei fosfati. - OSTEOBLASTI: secernono osteocalcina, che lega ioni calcio aumentando la concentrazione locale.

48 MECCANISMI DI CALCIFICAZIONE VESCICOLE DELLA MATRICE contengono: - Fosfatasi - proteine che legano calcio e fosfati Membrana dotata di pompe per il calcio: concentrano questo ione all interno della cellula Aumento di calcio e fosfato CRISTALLIZZAZIONE L accrescimento dei cristalli provoca la rottura della membrana della vescicola - nucleo di cristallizzazione dell idrossiapatite I cristalli liberati si accrescono e si ancorano al collagene

49 MECCANISMI DI CALCIFICAZIONE - Coalescenza delle aree mineralizzate: estensione della calcificazione in intimo rapporto con le microfibrille collagene - Cristalli di idrossiapatite si allineano sulla fibrilla fino a coprirla in tutta la sua estensione - OSTEONECTINA: promuove la mineralizzazione e l angiogenesi, lega il calcio, ancora l idrossiapatite al collagene. I complessi collagene-osteonectina avviano la deposizione dei cristalli di idrossiapatite

50 MECCANISMI DI CALCIFICAZIONE

51 RIPARAZIONE DELLE FRATTURE

52 DEPOSIZIONE E RIASSORBIMENTO DELLA MATRICE OSSEA: INFLUENZE NUTRIZIONALI E ORMONALI - Disponibilità e assorbimento di Calcio e Fosforo. - Vitamina A stimola la sintesi dei glicosaminoglicani. - Vitamina C (Acido Ascorbico) favorisce il legame tra molecole di collagene per formare le fibre. - Vitamina D necessaria per l assorbimento di Calcio nell intestino e inibisce la perdita di calcio e fosforo con le urine (in sua carenza rachitismo o osteomalacia). - Calcitonina ipofisaria stimola l attività degli osteoblasti - Ormone della crescita ipofisario stimola l assorbimento intestinale del calcio e la proliferazione della cartilagine di accrescimento. - Ormone Paratiroideo induce gli osteoblasti a stimolare gli osteoclasti.

53 VITAMINA D E COLORE DELLA PELLE Il colore della pelle umana è dovuto alla melanina. Gli individui di pelle scura hanno maggior quantità di melanina, gli albini ne sono privi La melanina funziona come filtro per i raggi ultravioletti, proteggendo quindi da infiammazioni e da tumori cutanei provocati dai raggi UV La vitamina D è sintetizzata nella pelle grazie alla azione degli ultravioletti. Se il filtro è insufficiente insorgono tumori cutanei in seguito alla esposizione al sole Se il filtro è eccessivo insorge rachitismo per carenza di vitamina D Le popolazioni residenti in paesi con forte insolazione hanno evoluto pelle scura per proteggersi dall azione cancerogena degli UV. Le popolazioni residenti in paesi con scarsa insolazione hanno evoluto pelle chiara per poter sintetizzare la vitamina D e proteggersi dal rachitismo

54 INVECCHIAMENTO DELLE OSSA E OSTEOPOROSI Con l avanzare dell età gli osteoblasti diventano meno attivi degli osteoclasti e si verifica una perdita della massa e della solidità delle ossa. Quando la perdita è tanto grave da compromettere la salute si parla di OSTEPOROSI. Gli ormoni estrogeni inibiscono la attività degli osteoclasti. Dopo la menopausa i livelli di estrogeni diminuiscono e per questo motivo le donne sono particolarmente esposte.

55 INVECCHIAMENTO DELLE OSSA E OSTEOPOROSI Nell Osteoporosi le ossa sono fragili. L osso spugnoso è particolarmente colpito e si verificano schiacciamenti delle vertebre che portano a riduzione della statura e a deformità della colonna vertebrale