1. INTRODUZIONE 1.1. Struttura del tessuto osseo

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1 1. INTRODUZIONE 1.1. Struttura del tessuto osseo Il tessuto osseo è costituito dagli osteociti, derivanti dagli elementi che sintetizzano la matrice ossea (osteoblasti) e da sostanza fondamentale costituita da glicoproteine (osteomucoide), fibre di collageno, fosfato e carbonato di calcio, organizzati a costruire cristalli di idrossiapatite. Ad un'analisi macroscopica dell'osso è possibile individuare una sostanza compatta e una spugnosa. L osso compatto si trova nelle diafisi delle ossa lunghe dove forma un cilindro cavo delimitante la cavità midollare, nello strato superficiale delle epifisi come pure alla superficie delle ossa brevi e delle ossa piatte. Al disotto dello strato compatto superficiale, nelle epifisi delle ossa lunghe, nelle ossa brevi e in quelle piatte si trova invece l'osso spugnoso. L'osso adulto presenta una struttura lamellare in cui l'unità fondamentale, ovvero la lamella ossea, è costituita da fibre di collageno parallele, sulle quali si depositano i cristalli di idrossiapatite. Nel tessuto osseo compatto osserviamo numerosi canali di Havers a decorso longitudinale od obliquo, anastomizzati tra loro da tratti di varia lunghezza. Nei canali di Havers si gettano, obliquamente o perpendicolarmente, canali di calibro minore, i canali di Wolkmann, che provengono dal periostio o dall endostio. I due tipi di canali contengono nervi e vasi sanguigni (in parte provenienti dal periostio e dall endostio e, in parte, da rami di divisione dei vasi nutritizi di maggior calibro). Attorno ai canali di Havers si organizzano le lamelle ossee disponendosi concentricamente e formando così strutture di forma più o meno cilindrica chiamate osteoni. Gli osteoni risultano quindi formati da un sistema di 3

2 lamelle concentriche il cui numero può variare da 3 a oltre 20, in rapporto diretto con il calibro del canale di Havers e dei vasi sanguigni che in esso decorrono. Il tessuto osseo è sottoposto a un turn-over continuo, infatti nell osso neonatale prevalgono sistemi di lamelle fondamentali che vengono via via sostituiti da sistemi osteonici; nell osso vecchio invece si assiste a una progressiva dilatazione dei canali di Havers con fenomeni osteoporotici. L osso è avvolto da un tessuto fibroso molto denso (periostio), dal quale si staccano fasci di fibre collageno che si addensano nel tessuto osseo e che costituiscono le fibre ancoranti di Sharpey. Nell osso spugnoso le lamelle sono organizzate in strati addossati gli uni agli altri per formare trabecole irregolari che delimitano cavità in cui è contenuto il midollo osseo. In tale tipo di osso i sistemi osteonici sono spesso incompleti e mancano di canali di Wolkmann Meccanismi dell osteogenesi Esistono due meccanismi ostegenici ed entrambi prevedono la trasformazione di un preesistente tessuto mesenchimale in tessuto osseo. La trasformazione diretta di tessuto mesenchimale in tessuto osseo è detta ossificazione intramembranosa; in altri casi le cellule mesenchimali si differenziano prima in cellule cartilaginee, poi tale abbozzo cartilagineo viene sostituito dall'osso. Questo meccanismo di ossificazione è detta ossificazione endocondrale (Gilbert et al., 1996). 4

3 1.2.1 Ossificazione intramembranosa L'ossificazione intramembranosa è la modalità dello sviluppo delle ossa piatte del cranio. Durante l'ossificazione intramembranosa, le cellule mesenchimali proliferano e si aggregano in noduli compatti. Alcune di queste cellule si sviluppano in capillari, altre assumono il fenotipo di osteoblasti. La matrice di collageno e glicosaminoglicani che viene secreta è in grado di legare sali di calcio che giungono in quella zona attraverso i capillari, portando quindi alla mineralizzazione della matrice. Nella maggior parte dei casi gli osteoblasti sono separati dalla regione di calcificazione da uno strato di matrice pre-ossea (osteoide) che essi secernono. Gradualmente nel tempo però gli osteoblasti rimangono intrappolati nella matrice calcificata e diventare osteociti. Con il procedere della calcificazione le spicole ossee si irradiano, a partire dal centro dove ha avuto inizio l'ossificazione. Poi l'intera regione formata dalle spicole calcificate viene circondata da strati di cellule mesenchimali che costituiscono il periosteo. Anche le cellule sulla superficie interna del periostio diventano osteoblasti e depositano matrice ossea parallelamente a quella delle spicole preesistenti. In questo modo si formano molteplici strati di tessuto osseo. 5

4 1.2.2 Ossificazione endocondrale. L'abbozzo cartilagineo, derivato dal commitment di cellule mesenchimali, funziona da modello per l'osso che si forma in seguito. Le ossa dalla colonna vertebrale, della pelvi e delle estremità sono dapprima formate da cartilagine che successivamente viene sostituita dal tessuto osseo. Questo rimarchevole processo richiede una perfetta coordinazione della condrogenesi con l'osteogenesi, il tutto mentre gli elementi scheletrici devono sopportare un carico, crescere in lunghezza e rispondere a stress locali. Nei mammiferi le ossa lunghe degli abbozzi embrionali degli arti si formano a partire da cellule mesenchimali che si sono aggregate in zone di condensazione. Queste cellule differenziano in condrociti e secernono la matrice extracellulare cartilaginea caratterizzata dalla produzione del collageno II. Le cellule mesenchimali attorno ad essi diventano pericondrio. Successiva alla formazione del modello cartilagineo, le cellule che si trovano nella parte più interna differenziano in condrociti ipertrofici e iniziano a secernere collageno di tipo X. La matrice della cartilagine ipertrofica è invasa dalle cellule dei vasi sanguigni provenienti dal periosteo. I condrociti ipertrofici vanno in apoptosi, la matrice cartilaginea viene degradata e preosteoblasti che sono trasportati dai vasi sanguigni, iniziano a secernere matrice ossea caratterizzata dall'espressione di collageno I che sostituisce la la matrice cartilaginea. Questo processo viene chiamato ossificazione primaria ed avviene a partire dal centro delle ossa lunghe. Con la trasformazione del centro del modello cartilagineo in osso, si forma un fronte di ossificazione tra osso neosintetizzato e la cartilagine rimanente. Il versante cartilagineo del fronte contiene la cartilagine ipertrofica 6

5 che prepara l'asse cartilagineo all'invasione da parte dei vasi sanguigni, ed il versante osseo contiene gli osteoblasti che depongono la nuova matrice ossea. Il fronte si estende progressivamente in entrambe le direzioni a partire dal centro, e una quantità sempre maggiore di cartilagine si trasforma in osso. Se tutto si esaurisse con l'ossificazione del modello cartilagineo, tuttavia, non si avrebbe alcuna crescita delle ossa che resterebbero per tutta la vita delle dimensioni del modello originale. Ma contemporaneamente alla ossificazione primaria i condrociti continuano a proliferare distalmente. La cartilagine si ipertrofizza al fronte della ossificazione che avanza e si sviluppa una regione chiamata piastra di crescita tra diafisi e epifisi. Fino a quando le piastre di accrescimento epifisario sono in grado di produrre condrociti l'osso continua a crescere. Le cellule della piastra epifisaria sono molto responsive agli ormoni, e la loro proliferazione è stimolata dall'ormone della crescita, da ormoni sessuali e da fattori di crescita insulino-simili. Successivamente si sviluppano nuovi siti nell'epifisi dove avvene ipertrofia seguita da invasione vascolare, che definiscono le zone di ossificazione secondaria. Dalla superficie interna del periostio, continuano a differenziare osteoprogenitori che garantiscono l'accrescimento in spessore delle ossa mentre si ha escavazione della regione centrale dell'osso a formare la cavità midollare. Tale distruzione di tessuto osseo è dovuta agli osteoclasti, cellule multinucleate che raggiungono l'osso attraverso i vasi sanguigni. Gli osteoclasti estendendo numerosi pseudopodi cellulari e pompando attivamente ioni idrogeno nella matrice circostante provocano la solubilizzazione della matrice mineralizzata. I vasi sanguigni trasportano nella cavità midollare 7

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