Embryologie et développement du tissu osseux

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1 I. Introduction Plan I. Introduction Embryologie et développement du tissu osseux II. Embryologie III. Les cartilages IV.Ossification Dr. Gaël ROCHEFORT, PhD INSERM U658 IPROS EA CARQO Hôpital Porte Madeleine VI.Le remodelage osseux VII.Les techniques d investigation VIII.Les atteintes osseuses I. Introduction Introduction générale - Tissu conjonctif complexe : rigide et résistant, mais aussi en constant remaniement - Chez l homme : 206 Os - Forme le squelette des mammifère - Rôle protecteur (des organes vitaux), mécanique (support de l action musculaire). - Les os abritent la moelle osseuse (hématopoïèse) et sert de réservoir de calcium, de phosphore et autres ions II. Embryologie Embryologie : origine des tissus (1) - Fécondation (A) - Blastomères (C-D) - Morula (E) - Blastocyste (F) - Embryon triploblastique (I-J) - Tissus conjonctif et de soutien (M-N) II. Embryologie Embryologie : origine des tissus (2) Le mésoderme (3) donne : - Cellules souches (4) - CML (5) et cellule endothéliale (20) - Fibroblaste (6) et fibrocyte (7) - Ostéoblaste (8), ostéocyte (9), odontoblaste (10) et ostéoclaste (14), II. Embryologie Classification des tissus Les variétés de tissus conjonctifs et de soutien : - Groupes tissulaires (rectangles) - Subdivisions (cercles) - Cartilage (11-13) - Mastocyte (15), cellule réticulé (18) et histiocyte (19) - Cellule adipeuse (16-17) 1

2 III. Les cartilages Histogenèse du cartilage hyalin - Cœur (A1), poumon (A2) - Amas mésenchymateux (flèches) : ébauche de cartilage hyalin - Sécrétion d une matrice EC par les cellules mésenchymateuses du scléroblastème (B1) : microfibrilles collagènes III. Les cartilages Chondrocyte du cartilage hyalin (1) - Cellule sphérique à noyau central, membrane à bordure dentelée faite de microvillosités - Matrice cartilagineuse (7) faite de collagène (8), d élastine (9) et de chondrocalcine (10) - Organites développés pour la synthèse de MEC III. Les cartilages Chondrocyte du cartilage hyalin (2) - Matrice extracellulaire composée de fibres de collagène (type II, VI, IX) - Substance amorphe composée d hydrates de carbone, protéoglycanes et minéraux Ossification Chondrale (Os plats) Les types d ossification Mésenchymateuse (Os plats) Endochondrale Périchondrale Os de membrane (ossification directe) Os endochondral (ossification indirecte) Ossification secondaire Os fibrillaire Remaniement osseux Os Lamellaire Ossification directe / mésenchymateuse (1) - Ossification directe : les cellules du mésenchyme se transforment en cellules osseuses - Os plats : clavicules, voûte du crâne, de la face A : Ostéoïde B : Ostéoïde calcifié C : Organisation en travées Ossification directe / mésenchymateuse (2) B : coupe de la calotte crânienne (A) - Cuire chevelu, tissu adipeux, vaisseaux sanguins - Os de membrane entre périoste (6) et dure-mère (9) - Organisation en travées (B7) : ostéoblastes (C1-2), ostéocyte (C3) et ostéoclaste (C4) 2

3 Ossification directe / mésenchymateuse (3) Ossification directe / mésenchymateuse (4) Vue tridimensionnelle (cadre de la planche précédente) Ultra-structure de la cellule ostéoformatrice : l ostéoblaste - Ostéoblaste (1), travée (2) ostéoïde (3), ostéoblaste (5) englobé dans la matrice osseuse (4), ostéocyte (7), cellule mésenchymateuse (8), ostéoclaste (9), capillaire (10) - Cellule aplatie avec noyau volumineux, riche appareil sécrétoire Ossification directe / mésenchymateuse (5) - Synthèse de microfibrilles collagènes et de substance fondamentale (calcification et agglomération d apatite) chondrale (1) 1. Ossification directe : manchon osseux périchondral 2. Ossification indirecte : - squelette cartilagineux servant de maquette - ossification à partir du périoste (périchondre) chondrale (2) 1. Progression vers les épiphyses du manchon périostal (A1) 2. Hypertrophie des cellules cartilagineuse pour former un centre d ossification diaphysaire : calcification de la matrice cartilagineuse, dépôt de cristaux d hydroxyapatite chondrale (3) - Perforation du manchon périostal : bourgeons conjonctivovasculaires - Ostéoclastes (2) - Cellules souches dans la diaphyse (mésenchymateuse et hématopoïétique) - 8ème semaine de vie (chez l homme) 3

4 chondrale (4) - Formation d une cavité diaphysaire - Chondrocytes (B3) en colonnes - Cellules souches mésenchymateuses (B8) en cours de différentiation ostéoblastique chondrale (5) - 4ème 5ème mois de vie (chez l homme) - Points d ossification épiphysaires (A2) I : cartilage hyalin de réserve II : cartilage sérié (croissance) III : cartilage hypertrophié et calcifié IV : zone d érosion : chondroclaste V : ostéogenèse enchondrale chondrale (6) chondrale (7) - Les chondroclastes (3-4) détruisent les chondrocytes hypertrophiés (1-5). Entre les zones d ossification diaphysaire et épiphysaire se situe un disque de cartilage hyalin non calcifié : le cartilage de conjugaison (croissance interstitielle jusqu à la puberté). - Les ostéoblastes (7) sécrètent des ostéoïdes (8) à partir des débris cartilagineux minéralisés (6) chondrale (8) chondrale (9) - Détail de l ossification primaire : action des ostéoblastes (4, 6) et ostéocytes (3) à partir de vestiges de cartilage hyalin calcifié (2). - La jonction entre os trabéculaire diaphysaire et cartilage ossifié présente des bourgeon vasculaire : action chondroclastique et ostéoclastique. - Erosion de la travée primitive (1) par les ostéoclastes (7) 4

5 chondrale (10) - La fin de la croissance de l os est caractérisée par le réunion de la cavité épiphysaire avec la cavité diaphysaire - La partie supérieure du cartilage hyalin forme le cartilage articulaire noncalcifié (B6) chondrale (12) chondrale (11) Détail de la planche précédente : - Accroissement du diamètre de l os par apposition de nouvelles lamelles osseuses (ostéoblastes et ostéocytes) - Résorption en face interne (ostéoclastes) Ossification secondaire : remaniement L os fibrillaire obtenu (1) va être remplacer par de l os lamellaire orienté et résistant aux contraintes Les ostéons, centrés leurs canaux de Havers, sont donc formés puis résorbés tout au long de la vie. Tissu osseux : structure (1) Tissu osseux : structure (2) L os compact est constitué d ostéons, centrés autour d un canal de Havers, et communiquant entre eux par des canal de Volkmann - Os spongieux : caractérisé par une armature de trabécules entrecroisés, de forme et d épaisseur variables. - Ramification des trabécules - Présence de moelle osseuse dans les espaces communicants 5

6 Tissu osseux : ostéons (1) Tissu osseux : ostéons (2) - Unité morphologique et fonctionnelle de l os compact à 500 µm de diamètre - 0,5 à 2 cm de longueur - 3 à 15 lamelles osseuses concentriques Tissu osseux : os lamellaire (1) Tissu osseux : os lamellaire (2) - Vue tridimensionnelle de l os compact, du périoste (2) vers les travées (11) d os spongieux (12) - Dans les épiphyses des os longs, les travées sont orientées en fonction des contraintes statiques et dynamiques Tissu osseux : os lamellaire (3) - L ostéon (ou système de Havers) est l unité structurale et fonctionnelle - Cylindre ceux centré par un canal de Havers et parcouru par des capillaires - Lamelles ostéocytaires concentriques Tissu osseux : système de Havers Canal de Havers Ostéocyte Ostéon Canal de Volkmann 6

7 Tissu osseux : la matrice osseuse - Partie organique : fibres de collagène, ostéonectine, ostéocalcine, sialoprotéine osseuse et protéoglycanes - Partie inorganique : phosphate de calcium (sous forme de cristaux d hydroxyapatite) - Ostéoïde : matrice non minéralisée Tissu osseux : partie centrale d un ostéon Ici : - 2 lamelles concentriques - Ostéoblastes (6) et ostéocytes (3) - Ostéoclaste (7) - Canal de Havers parcouru par un capillaire sanguin Ostéoblastogenèse : control hormonal (PTH) Ostéoblaste et ostéocyte Tissu osseux : ostéocyte Ultrastructure d un ostéocyte : - cellule étoilée sécrétant une matrice de collagènes se calcifiant - Communication entre les ostéocytes par de minces expansions du cytoplasme dans d étroits canalicules Ostéocyte et ostéoclaste - Vue tridimensionnelle de l os compact : canaux de Havers et de Volkmann - Ostéoblaste : cellule cubique formant une monocouche - Ostéoclaste : cellule poly-nucléée assurant la résorption osseuse 7

8 Tissu osseux : ostéoclaste (1) Tissu osseux : ostéoclaste (2) - Cellule géante multinucléée provenant de cellules souches hématopoïétiques (progéniteurs monocytaires) - Fonction : résorption osseuse et création de lacunes de Howship Ostéoclastogenèse Interaction ostéoblaste / ostéoclaste Action ostéoclastique Activation de la résorption ostéoclastique 8

9 Control hormonal de la résorption osseuse Contrôle de la résorption osseuse - Facteurs de croissance : TGFβ, FGF, PDGF - Cytokines : IL1, IL6, IL11, CSF, TNFα Cytokines et facteurs de croissance Rôle des ostéoclastes (1) M-CFU Précurseurs ostéoclastiques Macrophage IL6 M-CSF GM-CSF PGE2 IL1 TNFa TGFß activé IGF FGFb BMP Cellules stromales précurseurs de l ostéoblaste Ostéoblastes - Chez l adulte : renouvellement de 8% du tissu osseux par an - Cycle de formation : phase de résorption, phase d inversion, phase de formation, phase de quiescence Ostéoclaste TGFß latent, IGF, FGFb, BMP Rôle des ostéoclastes (2) Cycle de remodelage osseux (1) - Dépôt ostéoblastique d une matrice osseuse non-minéralisée (10 µm d épaisseur) Pré-osteoclaste Monocyte Pré-osteoblaste - Minéralisation après jours Ostéocyte Ostéoclaste Macrophage Ostéoblaste Cellules bordantes Ostéoide Os nouvellement formé Os vieux 9

10 Cycle de remodelage osseux (2) Cycle de remodelage osseux (3) Monocyte Pré-osteoclaste Pré-osteoblaste Pre-osteoblasts Ostéoclaste Osteoclasts Monocytes Osteoblasts Osteocytes Ostéocyte Macrophage Ostéoblaste Cellules bordantes Résorption Ostéoide Inversion Formation Os nouvellement formé Os vieux Quiescence Cycle de remodelage osseux (4) Lacune de résorption Pré-osteoblastes Ostéoclastes Monocytes Ostéoblastes Ostéocytes VII. Les techniques d investigation Les techniques d imagerie Différentes techniques : - Radiologie (rayons X) - Echographie (ultrasons) - Tomographie (rayons X) VII. Les techniques d investigation Tomodensitométrie - Coupe tomographique de l atténuation des rayons X - Détection électronique du signal et reconstruction en niveaux de gris - RMN (champ magnétique) 10

11 VII. Les techniques d investigation RMN VII. Les techniques d investigation Echographie - Résonance des atomes (protons) sous l action de radiofréquences - Ultrasons et variations d impédance des tissus VII. Les techniques d investigation Ostéodensitométrie - Absorption mono- ou bi-photonique, absorption X à double faisceaux - Mesure de l atténuation ou de l absorption par l os des rayonnements ionisants Fractures : les différents types - Fermées / ouvertes (intégrité du tégument) - Complètes / incomplètes (intégrité du périoste) - Forme : transversale, spiroïde (torsion), comminutive (plusieurs fragments), segmentaire (avec un fragment séparé des autres) Fractures : consolidation 5 étapes : - Phase de latence - Organisation - Formation d un cal - Remodelage - Solidification Ostéoporose : introduction Maladie systémique caractérisée par la diminution de la masse osseuse, avec détérioration de la microarchitecture, diminution de la résistance, risque accru de fracture, défaut de minéralisation et de synthèse de matrice collagène 11

12 Ostéoporose : physiopathologie Tissu osseux ostéoporotique - Relation inverse entre la densité minérale osseuse et la concentration en œstrogènes - Diminution de la formation osseuse au détriment de l augmentation de la résorption Ostéoporose : diagnostique - Variation de l architecture trabéculaire en fonction du stade de développement de l ostéoporose Ostéoporose : fracture - Augmentation de 15% du risque de fracture osseuse due à l ostéoporose dès 50 ans chez la femme Rachitisme et ostéomalacie - Rachitisme (chez les enfants), ostéomalacie (chez l adulte) : carence en vitamine D - Altération du processus normal de calcification Maladie de Paget - Épaississement de l os avec modification de la micro-architecture. -Difformité et fracture (colonne vertébrale) - Travées osseuses à disposition irrégulière 12

13 Tumeurs osseuses -Tumeurs primitives rares - Tumeurs secondaires : métastases (tumeurs du sein, poumon, prostate, rein, thyroïde) - Tumeurs bénignes : ostéochondrome, ostéome ostéoïde, tumeurs vasculaires, hémangiome, lymphangiome 13