Osteogenesi formativa diretta o intramembranosa Dal tessuto connettivo Cellule mesenchimali > osteoblasti Produzione di matrice mucoproteica e fibre collagene Sostanza osteoide Deposizione d idrossiapatite e calcificazione Osteoblasti inglobati nella sostanza osteoide Osteociti con prolungamenti Contatto tra prolungamenti per la circolazione delle sostanze Osteogenesi formativa diretta o intramembranosa Formazione delle trabecole primitive (osso intorno ai vasi) lamelle primarie Trasformazione dell osso lamellare in compatto Riduzione degli spazi midollari Formazione degli osteoni 1
Ostogenesi formativa su modello cartilagineo Primo centro di ossificazione diafisario Deposizione a partire dal pericondrio poi periostio Mineralizzazione della matrice cartilaginea, ipertrofia dei condrociti Morte dei condrociti e comparsa degli osteoblasti Osteogenesi formativa su modello cartilagineo Formazione dei centri di ossificazione epifisaria ed accessori Ossificazione diafisaria e dei centri epifisari ed accessori centrifuga Formazione del disco epifisario (piastra di crescita) 2
Forma delle ossa nell adulto La crescita si completa con l accrescimento in larghezza favorito dall attività del periostio e la chiusura dei dischi epifisari Con essa aumenta la rigidità dell osso, per aumento della mineralizzazione e cambia il modulo elastico La forma finale delle ossa è determinata da: Fattori genetici Fattori ambientali Nutrizionali Biomeccanici Composizione dell osso 3
Struttura dell osso compatto 4
Struttura dell osso trabecolare Organizzazione dell osso 5
L organizzazione interna dell osso è improntata al raggiungimento della migliore risposta funzionale, essa è in continuo mutamento in risposta a molteplici fattori, fra questi quelli biomeccanici assumono notevole importanza Concetto di biomeccanica La meccanica e lo studio dei sistemi dinamici La biomeccanica studia la meccanica applicata ai sistemi viventi L apparato locomotore è il protagonista meccanico degli organismi animali e perciò è al centro dell interesse degli studi di biomeccanica 6
Biomeccanica dell osso La capacità dell osso a sopportare le forze meccaniche che su di esso si scaricano sono conseguenza della sua organizzazione interna, mutevole nel tempo, adattata a garantire la funzione nel miglior modo possibile attraverso il perfetto equilibrio tra: Rigidità Elasticità Leggerezza Comportamento dei materiali all applicazione di forze Il carico che agisce su qualsiasi materiale ne determina una certa deformazione In caso di forze minori la deformazione è reversibile ed il materiale è in grado di sopportare la sollecitazione (deformazione elastica) Un carico eccessivo determina il cedimento del materiale (rottura) 7
Curva di sollecitazione/deformazione teorica indicante le caratteristiche meccaniche di una struttura Curva stress/sforzo teorica indicante le caratteristiche meccaniche di un materiale di dimensioni conosciute Lo stress è una misura delle forze o delle interazioni interne che si creano quando un oggetto è deformato 8
Caratteristiche meccaniche del tessuto osseo Materiale viscoelastico o tempo dipendente L osso mostra caratteristiche di stress/sforzo e proprietà di resistenza dipendenti dalla velocità di applicazione della sollecitazione Materiale anisotropo L osso mostra proprietà materiali condizionate dalla direzione del carico applicato Origine è finalità delle proprietà materiali dell osso La complessità del comportamento meccanico dell osso è connesso: Alla sua composizione mista proteico- minerale comportamento viscoelastico Alla sua organizzazione interna in sistemi lamellari orientati secondo linee di forza Comportamento anisotropo 9
Effetti della legge di Wolff La legge di Wolff speiga: Il rimodellamento interno dell osso secondo le linee di carico migliorando notevolmente il rapporto resistenza/leggerezza della struttura Il rimaneggiamento del tessuto riparativo, compensando parte delle deformità che possono conseguire alla guarigione di una frattura Le alterazioni dell osso legate all età ed alla immobilizzazione 10
Effetto piezoelettrico applicato all osso 11
Modificazioni della sezione di un osso lungo di un uomo in rapporto all età 12
Diagramma del rapporto tra sezione trasversale totale ed area del canale midollare dell osso umano 13
Effetto dell immobilizzazione Effetti del comportamento anisotropo sulla resistenza dell osso alle diverse forze applicate L osso mostra un organizzazione interna funzionale alle forze che normalmente lo sollecitano (compressione, trazione) Per questo motivo resiste meglio a tali modalità di applicazione della forza Mentre resiste peggio a modalità di applicazione anomale (taglio, torsione) con conseguente aumento del rischio di frattura 14
Effetto di una forza di compressione applicata sull osso Effetto di una forza di tensione applicata sull osso 15
Effetto di una forza di taglio applicata sull osso Esemplificazione di una forza di taglio (compressione modificata) applicata all epifisi distale dell omero di cane e relativa morfologia di frattura 16
Effetto di una forza di flessione applicata sull osso Effetto di una forza di torsione applicata sull osso 17
Fisiopatologia dell osso Processi produttivi Osteogenesi periostali ed endostali Da sollecitazioni meccaniche funzionali Stimoli irritativi Fattori metabolici 18
Processi di riassorbimento Stimolazioni metaboliche, tossiche, compressive locali e sistemiche Meccanismo Alisteresi o demineralizzazione o osteolisi Enzimi osteocitari Fosfatasi alcalina Si realizza attorno alle lacune osteocitarie Osteolisi pericitica Osteoclasia Gli osteoclasti scavano nicchie su lamelle demineralizzate Lacune di Howship L osteolisi è un fenomeno che si realizza nella profondità del tessuto e lo prepara all osteoclasia che è invece fenomeno di superficie Artrite reumetoide: osteolisi secondaria 19
Osteosarcoma: osteolisi ed osteoproduzione I quattro meccanismi di regolazione della massa ossea 20
Processi di riassorbimento Osteoporosi Ampliamento delle cavità del tessuto osseo per mancata deposizione di nuove lamelle in sostituzione di quelle riassorbite in corso di rimaneggiamento Osteomalacia Mancata o ridotta mineralizzazione della sostanza osteoide Squilibrio minerale Vascolarizzazione dell osso 21
Disturbi di circolo Fenomeni iperemici Più frequenti nelle ossa spugnose Osteiti ed osteomieliti Osteoporosi da atrofia per compressione vasale ed ampliamento dei canali vascolari Fenomeni ischemici Diminuito apporto da scarsa sollecitazione funzionale, talvolta osteosclerosi Interruzione dell apporto vascolare (fratture, trombosi): osteonecrosi Ischemia, scomparsa degli osteociti, riassorbimento osteoclastico, fibrosi, fratture spontanee Alterazioni trofiche Atrofia semplice ipotrofia Ischemica: da compressioni esogene o endogene Da mancato uso: sulle ossa di un arto sede di patologia Sistemica: senile Caratteri morfologici Diminuzione dello spessore delle compatte, dilatazione delle cavità Assottigliamento delle trabecole, ampliamento dei canali vascolari, fibrosi Ipertrofia Aumento di volume armonico (iperostosi) Sistemica (gigantismo) Dell estremità: acromegalia 22