Les tissus osseux. Pr. Pierre Dubus

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1 Les tissus osseux Pr. Pierre Dubus

2 Introduction Les tissu osseux et les cartilages (tissus squelettiques) sont des tissus conjonctifs spécialisés. Tissu osseux : grandes fonctions Mécanique Protection Métabolique locomotion, ancrage des tendons thorax, système nerveux central, moelle osseuse réserve de calcium et de phosphates Caractéristique : M.E.C. minéralisée par des cristaux rigidité, solidité opacité aux rayons X Analyse histologique du tissu osseux Décalcification

3 Evolution de la masse osseuse avec l'âge Masse osseuse + Age 20 ans 50 ans 90 ans Facteurs : Génétiques, Alimentaires (calcium, vit.d), Hormonaux Toxiques

4 Composition Cellules : Ostéoblastes, Ostéocytes, Ostéoclastes Matrice extracellulaire : 50% eau 50% autre dont Cristaux minéraux (75%) Fibres, principalement le collagène type I (24%) Substance fondamentale

5 L os : équilibre perpétuel entre formation et destruction Ostéoblastes Construisent l os Ostéoclastes Détruisent l os Ostéopétrose fractures, hypocalcémies, insuffisance médullaires Ostéoporose fractures vertèbres, fémur

6 Sels minéraux Matrice extracellulaire minérale des tissus osseux cristaux de phosphate de calcium ou hydroxyapatite (+++) Zone superficielle : Cristaux d hydroxyapatite mobilisable (50nm x 30nm x 2 à 5 nm) Zone profonde : stable cristaux de carbonate de calcium Formation des cristaux dépend de l activité de l ostéoblaste Dépôt des cristaux entre les fibres de collagène I «zones vides» Squelette = réserve phospho-calcique de l organisme 98% du calcium 85% du phosphore (phosphate) 60% du magnésium (Mg ++ ) + autres éléments : fluor, baryum, strontium et métaux lourds, polluants radioactifs...

7 Matrice extracellulaire organique des tissus osseux Collagène type I (95%) en fibres épaisses produits par les ostéoblastes Rq. : Ostéogénèse imparfaite ou maladie des os de verre est liée à une mutation d un gène codant pour les chaînes de collagène type I Autres protéines non collagéniques Origine : cellules osseuses +++, sang, moelle hématopoïétique Ostéonectine (jonction collagène I - hydroxyapatite) Ostéopontine (jonction hydroxyapatite - cellules) Ostéocalcine BMP (bone morphogenetic protein) Facteurs de croissance Substance fondamentale (1%) Origine : ostéoblastes Contrôle minéralisation et ossification protéoglycanes et glycoaminoglycanes (chondroïtine 4 sulfate et acide hyaluronique)

8 Classification des tissus osseux Les tissus osseux sont en perpétuel remodelage. Classification histologique en fonction de l organisation des fibres de collagène type I des ostéocytes. - os non lamellaire, os primaire ou os tissé - os lamellaire ou os secondaire os spongieux ou trabéculaire os compact

9 Répartition des différents tissus osseux chez l adulte Epiphyse os lamellaire ou os secondaire Métaphyse Os spongieux Os court Os long Diaphyse Cavité médullaire Périoste Diploé Métaphyse Os compact Tables Os plat Epiphyse Cartilage articulaire Os tissé ou os primaire Osselets de l oreille moyenne, point d insertion de certains tendons, cal osseux

10 Les cellules du tissu osseux Cellules Origine Ostéoblastes développement ossification et remodelage cellule souche mésenchymateuse - mésoblaste, - dérivés des crêtes neurales (face) - périoste - endoste. Ostéocytes ostéoblastes Ostéoclastes monocytes (ou lignée monocytaire) par fusion.

11 Les ostéoblastes Origine : cellules souches mésenchymateuses Hors tissu osseux (périoste) ou endoste) ostéoblastes quiescents (endoste, périoste) ostéoblastes activés Surface du tissus osseux Réseau de cellules : prolongements cytoplasmiques + jonctions de type gap ostéocytes Interne ostéoïde ou os minéralisé

12 Les ostéoblastes ostéoblastes quiescents : aplaties, «endothéliformes» tapis continu à la surface de l os ostéoblastes activés cellules +/- «cubiques» activité de synthèse (REG +++) Surface minéralisée Matrice osseuse organique = ostéoïde + Phosphatase alcaline ions PO 4 3- (cristaux de phosphate de calcium ou hydroxyapatite) Ostéoïde calcifiée = os minéralisé

13 Les ostéoblastes Synthèse de l ostéoïde : collagène type I protéoglycanes, G.A.G, glycoprotéines ostéocalcine, ostéopontine Minéralisation secondaire de l ostéoïde (environ après 15 jours) Cytoplasme vésicules matricielles phosphatase alcaline pyrophosphatase Ca 2+ membrane ( phosphates) Ostéoïde Dépôts de phosphate de calcium sur membrane interne Exocytose de la vésicule (exosomes) Point de départ (accrétion) des cristaux d hydroxyapatite Destruction secondaire de la membrane

14 Les ostéoblastes Régulation de l activité des ostéoblastes Locale par des facteurs trophiques présents dans la M.E.C. libérés par ostéoclastes (B.M.P. bone morphogenetic protein) par des cytokines / facteurs de croissance (FGF) ostéoblastes, ostéoclastes, autres cellules locales (équilibre ostéo-formation / ostéo-résorption) Métabolique calcémie, concentration en Vitamine D Hormonale hormone de croissance IGF1 (activateur) hormone thyroïdiennes, (activateur) leptine, œstrogènes, (activateur) corticoïdes (inhibiteurs) Mécanique activées selon les lignes de forces et les pressions signalisation par ostéocytes Rq. : modification de la distribution de la minéralisation chez sujets alités ou diminution de la minéralisation en cas d immobilisation.

15 Les ostéocytes Différenciation terminale de l ostéoblaste. Localisation dans logette : l ostéoplaste Noyau condensé, cytoplasme acidophile (peu actif) Pas de division cellulaire canalicules ostéocyte dans ostéoplaste matrice minéralisée jonctions communicantes

16 Vaisseau sanguin ostéoblaste ostéoïde canalicules jonctions communicantes ostéocyte dans ostéoplaste matrice minéralisée Ostéocytes : cellules fragiles à distance de la vascularisation diffusion limitées (canalicules et jonctions gaps)

17 Les ostéocytes Fonctions et régulations : - Pas d activité de synthèse de la matrice - Régulation phosphocalcique par échanges / matrice Parathormone mobilisation du calcium Origine : glandes parathyroïdes péri-ostéocytaire Calcitonine dépôts péri-ostéocytaire de Ca ++ Origine : glande thyroïde (cell. claires) et de phosphates - Mécanorécepteurs (pression, vibration) stimulent ou inhibent les ostéoblastes via signalisation suivant le réseau de jonctions communicantes.

18 Les ostéoclastes Origine : Moelle hématopoïétique monocytes (ou précurseurs monocytaires) ostéoclaste (par fusion), durée de vie 10 à 15 jours Fonction : résorption / destruction osseuse Morphologie : grande taille 50 à 150 mm, multinucléée (4 à 15 noyaux) plusieurs Golgi mitochondries abondantes lysosomes (phosphatase acide) Localisation : Inactifs : mobile, à distance des ostéoblastes Activés : focal fixé sur l os par podosome polarisés (pôle latéral et apical /pôle basal)

19 Pôle apical (ou vasculaire) Pôle basal noyaux Golgi lysosomes (++) bordure en brosse (pompes à protons) zone d adhérence à la MEC de l os ou podosome. lacune de Howship Les ostéoclastes ph faible (solubilisation des cristaux) + enzymes lysosomaux : collagénase, cathepsines = résorption os Exocytose HCO - 3 H + capillaire ostéocyte matrice osseuse minéralisée

20 Les ostéoclastes Régulation de l activité Par les ostéoblastes - limitent accès à la M.E.C. - activent ostéoclastes par production d IL6 (Interleukine 6) en réponse à la parathormone - produisent cytokines (équilibre ostéo-formation / ostéo-résorption) RANKL (RANK ligand) stimule récepteur RANK sur précurseurs monocytaires formation des ostéoclastes sur ostéoclastes activation de l ostéolyse ostéoprotégérine (OPG) : récepteur soluble, piège RANKL Action inhibitrice du récepteur RANK Par les cellules du stroma de la moelle osseuse produisent aussi OPG et RANKL Métabolique: [Ca 2+ ] dans la lacune de Howship Hormonale : parathormone : stimulant (indirect) de l ostéo-résorption calcitonine : inhibiteur (direct) de l activité des ostéoclastes oestrogènes : inhibiteur ostéoclastes

21 Les tissus osseux Ossification primaire et secondaire

22 L ossification Maquette cartilagineuse Ossification endochondrale Maquette conjonctive Ossification endoconjonctive Périoste Classification Ossification secondaire = Remodelage osseux Os primaire = Tissu osseux non lamellaire Ossification primaire Os secondaire = Lamellaire de type compact ou spongieux

23 L os primaire / Os tissé / Tissu osseux non lamellaire Résulte d une ossification primaire - de cartilage hyalin : ossification endochondrale cal osseux - du tissus conjonctif: ossification endomembraneuse ossification périostée cal osseux MEC peu minéralisée Ostéocytes (++) & canalicules Os «immature», temporaire disparition presque totale chez l adulte (sauf : points d insertion des tendons, osselets, fractures) remplacé par os lamellaire fibres collagènes type I, non organisées «tissées»

24 Ossification primaire endochondrale Os long Os court Certains os plats (os iliaques, côtes) Maquette cartilagineuse embryonnaire A vaisseaux nourricier foyer d ossification transformation du périchondre en périoste virole osseuse d origine périostée (ossification endoconjonctive périphérique coexistant avec ossification endochondrale ) B dégénérescence du cartilage, hypertrophie, des chondrocytes calcification de la MEC cartilagineuse infiltration de la MEC calcifiée par bourgeon conjonctivo-vasculaire C différentiation de cellules mésenchymateuses en ostéoblastes synthèse d ostéoïde sur cartila calcifié os primaire

25 Ossification primaire endochondrale : exemple os long Ébauche cartilagineuse Cartilage hyalin Périchondre Artère Point d ossification primaire a) Périchondre Périoste b) Calcification du cartilage Progression du bourgeon vasculaire c) Différentiation en ostéoblaste et synthèse d ostéoïde puis os tissé

26 Ossification primaire endochondrale : exemple os long Ossification périostée : extension latérale Virole osseuse périostée Epiphyse : Points d ossification secondaire Ossification endochondrale Extension centrifuge et remodelage osseux Point d ossification primaire Mise en place d une cavité centrale

27 Ossification périostée (endoconjonctive) = croissance en épaisseur (par apposition) Cartilage hyalin Cartilage sérié Cartilage de conjugaison = croissance en longueur (endochondrale) Cartilage hypertrophique Cartilage Calcifié Cavité médullaire (remodelage osseux) Front d ossification Travées conjonctivo -vasculaires

28 Ossification primaire endochondrale : exemple os long Os : taille définitive Cartilage de conjugaison = croissance en longueur (endochondrale) Ossification périostée (endoconjonctive) = croissance en épaisseur Cavité médullaire (remodelage osseux) Cartilage articulaire

29 Ossification primaire endomembraneuse ou endoconjonctive Exemple : Os plats de la voûte du crâne) Ébauche conjonctive (mésoblaste) condensations cellulaires centrales multiples différentiation de cellules mésenchymateuses en ostéoblastes synthèse d ostéoïde os primaire progression radiaire, centrifuge différentiation du périoste en périphérie remodelage osseux plaques osseuses indépendante limitées par sutures (syndesmoses) croissance boite crânienne ossification lente des sutures (sujets âgés) (synostoses)

30 Ossification primaire endomembraneuse ou endoconjonctive Exemple de l ossification périostique Vaisseaux sanguins Périoste gaine fibreuse ext. + couche int. ostéogénique Ostéoïde fibroblastes et précurseurs cellules ostéogéniques fibres de Sharpey ostéoblastes Os primaire ostéocytes Permet croissance en épaisseur et modelage des surfaces

31 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Fibres collagènes organisées en parallèle au sein de lamelles concentriques Ostéocytes disposés entre les lamelles concentriques. Os spongieux Os compact! Sont toujours secondaires à os primaire ou à os secondaire Sont en perpétuelle modification

32 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Os spongieux et Os compact Structure identique des lamelles osseuses Organisation des fibres de collagène I Lamelle a Organisation des ostéocytes ostéocytes 3 à 8 mm Lamelle b Lamelle c Lamelle d lamelles hélicoïdales visibles en lumière polarisée canalicules Organisation et distribution différente des lamelles

33 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Os spongieux Distribution Travées = réseau 3D selon lignes de forces Os spongieux Os court Os long Diploé Métaphyse Os plat Réseau de cavités (ou logettes) contenant la moelle osseuse (ou moelle rouge / hématopoïétique) Epiphyse

34 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Os spongieux Travées lamelles osseuses ancienne récente NB : Remodelage par ostéoclastes Endoste Ostéoblastes au repos et/ou actifs

35 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Os compact Distribution Os court Lamelles organisées en ostéones ou systèmes de Havers os compact = os Haversien Os compact Os long Tables Cavité médullaire unique (moelle jaune) Métaphyse Epiphyse Os plat

36 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Os compact Ostéones ou systèmes de Havers Lamelles osseuses concentriques (4 à 20) + ancienne + récente qqs cm Ligne cémentante (peu de collagène) Axe diaphyse +/- 1mm Endoste Canal de Havers + vaisseau sanguin central + nerf amyélinique (sensitif)

37 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Os compact Ostéones / systèmes de Havers Organisation / remodelage Os préexistant Périoste Endoste Systèmes de Havers Incomplets = systèmes interstitiels Canal de Volkmann Canal de Havers Système fondamental externe interne

38 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Os compact Ostéones / systèmes de Havers Organisation / remodelage Os préexistant Périoste Endoste Systèmes de Havers Incomplets = systèmes interstitiels Canal de Volkmann Canal de Havers Système fondamental externe interne

39 Os secondaire ou tissu osseux lamellaire Os compact Exemple : Ostéones / systèmes de Havers