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UE2 Histologie Pr Copin Cours n°7

Le tissu osseux Le tissu osseux est un tissu conjonctif specialisé. Il possede deux caracteristiques :  sa rigidite  sa durete Ces caracteristiques sont dues a la presence dans sa substance fondamentale de cristaux d’hydroxyapatite, de formule Ca10 (PO4)6 (OH)2 Matrice extra-cellulaire (MEC) : comporte une quantité importante de phosphate de calcium qui va etre a l’origine de cette dureté, c’est aussi grace a ça qu’il est radio opaque L’os remplit differents roles :  mecanique : pièces osseuses sont des zones d’insertion au tendon des muscles levier pour les muscles impliques dans la locomotion  protection :(boite crânienne, cage thoracique…)  reservoir metabolique de sels mineraux utilises par l’homeostasie (ex : maintien du au taux  calcemie constant dans le sang Les os representent le plus important reservoir en calcium de l’organisme. Il existe un etat d’equilibre entre la construction et la resorption osseuse. Sa phase minerale persiste apres la mort et forme le squelette, avec les dents (differents de la phase organique des os).

I.

Les constituants du tissu osseux 1) Les cellules

Il existe plusieurs types cellulaires, que l’on peut repartir en trois categories : - les osteoBLASTES : formation de la matrice extracellulaire organique - les osteocytes à l’interieur de logette présente dans la MEC minéralisée - les osteoCLASTES : dégradation/résorption de tissus osseux Il existe de nombreuses interactions entre elles

a) Les ostéoBLASTES et ostéocytes

 Elles derivent du tissu mesenchymateux  Elles sont presentes au niveau du perioste et de l’endoste = cellules bordantes : cellules au repos à la surface de la MEC minéralisée à l’interface entre le tissu osseux et le TC (la moelle osseuse si on est dans la cavité médullaire ou tissu spongieux)  Sorte de monocouches de cellules applaties Chez le foetus : elles comportent des noyaux ovales et volumineux Chez l’adulte : elles ressemblent à des fibroblastes peu actifs - petites et fusiformes - peu riche en organites - fin prolongements cytoplasmiques qui permettent le contact d’une cellule à l’autre, on met en evidence des jonctions communicantes (gap junctions) c’est de la connexine 43 qui est exprimée au niveau de ces régions Lorsqu’elles sont stimulées elles prennent un aspect cubique et conservent leur jonctions avec des fins prolongements, on observe beaucoup d’organistes dans le cytoplasme : REG, ribosomes libres, basophilie cytoplasmique, activité phosphatase alcaline importante, des mitochondries car activité de synthese importante donc présence de golgi : production de MEC organique Quelques molecules importantes : osétopontine , ostéocalcine Libération de vésicules matricielles riches en phosphatase alcaline et ostéocalcine et pirophosphate, produites par l’osteoBLASTE

 Processus de minéralisation : ions P et Ca2+ vont venir précipiter sous la forme de cristaux d’hydroxyapatite ; ils vont se disposer au niveau des vésicules matricielles et vont constituer des germes de minéralisation  Croissance par accrétion : grossissement des germes, confluence a partir de ces germes , toutes les vésicules vont rentrer en contact : toute la MEC sera minéralisée  1 OSTEOBLASTE sur 40 va se transformer en OSTEOCYTE présent dans des logettes de la MEC minéralisée, ces osteocytes vont rester en contact avec ses voisins mais egalement avec certains des osteoBLASTES en surface par des cannalicules à l’interieur desquelles la cellule va envoyer des prolongements cytoplasmiques, on trouve encore la connexine 43 Les capacités de synthese des osteocytes comparés aux osteoBLASTES sont reduites : le REG , le golgi, le nombre de mitochondries tout cela est réduit ! En péripherie les cellules sont en contact avec fibres de collagene par integrine β, ça fonctionne comme un mécano récepteur qui va traduire les contraintes mécaniques qui vont s’exercer sur le tissu osseux, les integrines transmettent ces info aux osteocytes Les osteocytes vont controler la synthese de MEC par les osteoblastes et de la meme façon la differencitation des osteoBLASTES, ils vont synthetiser de la sclérostine : protéine qui va réguler l’activité des osteoblastes en inhibant la synthese de MEC

b) Les osteoCLASTES Originaire de la lignée monocytaire , 3% des monocytes circulants dans le sang correspondent a des précurseurs osteclastiques ; les osteoclastes se constituent par fusion des cellules monocytaires

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Cellules de tres grande taille en forme de dômes : plusieurs dizaines de noyaux

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Diametre 50 à 100 µ Comporte de nombreuses mitochondries, golgi à l’origine de nombreuses vésicules lysosomiales qui contiennent des phosphatases acides résistants au tartrate Phosphatase acide quand ils sont liberés a la MEC a l’origine de cette resorption sous forme de lacunes dans le tissu osseux : lacune de resorption : lacune de HOWSHIP

Cellules regroupées par foyer de résorption, grossierement la forme d’un dôme avec noyau situé au pole opposé, nombreuses villosités qui forment une bordure en brosse, région adhérente en périphérie de la cellule, toute la péripherie va adherer de façon étanche a la MEC minéralisée grace a des intégrines en périphérie et qui vont s’accrocher sur le tissu osseux En péripherie on a une zone claire : tres riche en filaments d’actine qui sont disposés tout autour qui joue un rôle important dans la constitution de cette chambre de resorption Plusieurs molécules jouent un rôle important : une métalloprotéase matricielle : la MMP-9 va participer a la migration des osteoCLASTES sur la surface osseuse Une anhydrase carbonique de type II joue un role improtant dans la production de protons à partir de CO2 et de H2O avec de l’anydrase sa nous donne de H2CO3 qui va se dissocier en protons H+ Ces protons vont etre ejectés de la cellule dans la chambre d’étanchéité grace a des pompes ADP dependantes situés au niveau de la bordure en brosse. Ces ions sont accompagnés par des ions Cl- par des canaux Cl : constitution de HCl : le pH va chuter :  Dissolution de la partie minérale de cette matrice extracellulaire, ensuite les lysosomes vont expulser leur enzymes qui vont détruire la matrice organique : à l’origine de la lacune de HOWSHIP Le calcium liberé va rentrer en partie dans la cellule : augmentation du calcium intra cytoplasmique, il va entrainer la dépolymerisation des filaments d’actine en péripherie ; la cellule se detache de la matrice osseuse. Un ostéoclaste a une durée de vie de 12 jours puis va mourir par apoptose

2) La MEC Elle est constituee de fibres et de substance fondamentale (50% d’eau) Elle a une partie organique qui représente 30% de l’os sec constituée de fibres de collagène essentiellement de type I (95%) et type III (5%) 200 protéines dans la MEC organique  Faite de synthèse de cellules osseuses (ostéoblastes)  Mais aussi de moelle osseuse hématogène dans les travées de l’os spongieux Il y a la Fibronectine, mais aussi de nombreux facteurs de croissance qui jouent un rôle sur la stimulation des ostéoblastes Partie minérale (70%) : réserves d’ions minéraux, la MEC contient : - 99% du calcium (1200g) - 88% du phosphore - 80% du carbonate - 50% du magnésium

Cristaux d’hydroxyapatite : plaquette héxagonale constitué de 10 molécules de calcium associé a du PO4, ions OH Taille : 40nm de long Longueur : 25 nm Epaisseur 2 à 5 nm Ces cristaux vont se loger entre les fibres de collagène intercalées, les structures les plus minéralisées ce sont les dents : la dentine, l’email etc…

II- Classification 1) Tissu osseux primaire ; non lamellaire ou réticulaire Aspect de l’os tissé, crête collagenique sans orientation précise, tissu osseux que l’on trouve dans les ébauches osseuses du fœtus. Chez l’adulte on va le retrouver quand il y’a des fractures : c’est le tissu de remplacement, mais également dans les osselets de l’oreille moyenne. C’est un tissu qui a un statut provisoire : il est remplacé par un tissu osseux laméllaire 2) Tissu osseux laméllaire 3 grands types 1) Os haversien compact Tissu osseux constitué de système de Havers, on le trouve au niveau de la corticale (partie peripherique de l’os) constitué d’unités cylindriques : osteones

Chacun de ces ostéones va avoir un diametre entre 100µ et 1mm et une longueur de quelques mm a quelques cm Chaque système est constitue de 5 a 15 lamelles osseuses distribuees de facon concentrique autour d’un canal central qui comporte un tissu vasculo-conjonctif (un vaisseau sanguin au centre d’une atmosphere conjonctive) avec fibre nerveuse amyelinique : le canal de havers A l’intérieur de chacune de ces lamelles, on va trouver des fibres de collagenes hélicoidales et paralleles entre elles. Entre ces fibres on a nos cristaux d‘hydroxyapatite et des ostéoplastes qui ont grossierement la meme orientation. D’une lamelle à l’autre : les fibres de collagène vont avoir une orientation qui est a 90° par rapport à l’orientation des fibres de collagène de l’autre lamelle, c’est à l’origine de la solidité optimale du tissu osseux mais egalement de la conservation de la flexibilité, quand on examine une coupe osseuse en lumière polarisée on voit une croix de Malt du au phénomene de biréfringence. En péripherie de chaque osteone on a une ligne cémentante qui interresse toute la péripherie de l’ostéone et cette ligne empeche les osteocytes d’un osteone de communiquer avec son copain osteocyte ! Dans la corticale d’une diaphyse, on va observer des aspects un peu particuliers puisque en peripherie on a un système de lamelles qui entourent totalement la piece osseuse en continu. Ces lamelles parallelles à la cavité medullaire vont constituer les systemes fondamentaux externes ou encore lamelle circulaire externe, les lamelles les plus internes peuvent êtres interrompus par des systemes de Havers. A l’interieur de la cavité médullaire on va retrouver l’équivalent : système fondamentaux internes Ces deux systemes vont etre percés par des petits trous au niveau du SFE (système fondamental externe) : ce sont des vaisseaux nourriciers Au niveau des SFI Les canaux de VOLKMANN ont une direction perpendiculaire a la diaphyse avec un diamètre plus important que les canaux de Havers, ils font communiquer entre eux les canaux de Havers et la cavité médullaire, ils contiennent des vaisseaux et des nerfs, ces canaux sont a l’origine des éléments vasculaire qu’on trouve dans HAVERS. Dans la corticale de la diaphyse les systèmes de Havers sont paralleles a l’axe, VOLKMANN va percer les systèmes fondamentaux interne, ils ont un diametre supérieur et pas de lamelles concentriques par rapport a Havers Ces deux canaux sont tapissés par des cellules bordantes, on en retrouve sur la paroi des vaisseaux de Havers, tout au long de la vie des systemes de Havers sont formés avec destruction des systemes précédents. Mais ils ne vont pas reprendre les mêmes chemins que les anciens Ce tissu est richement innervé, le périoste est egalement richement innervé à l’origine de la douleur esquisse de la fracture………AIIIIIIIIE

2) L’os haversien spongieux ou aréolaire

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Il est localisé dans les épiphyses des os longs, courts et plats. Il représente 10% du squelette. C’est un os lamellaire qui est constitué de travées, chacune étant constituée de lamelles osseuses qui se superposent de facon parallele Il n’y a pas de système de Havers sauf dans les travées tres épaisses delimitant des cavites qui communiquent entre elles et qui contiennent la moelle osseuse hématogène : responsable de l’elaboration des cellules sanguines. On trouve des cellules bordantes à la surface de ces travées qui forme l’interface avec le tissu osseux 3) Le tissu osseux périostique Il est present a la peripherie de toutes les pieces osseuses, sauf dans les regions articulaires. Il est constitué de lamelles osseuses non interrompues, qui vont courir sur toute la surface externe de l’os. C’est un TC vascularisé qui participe a la croissance en longueur de la corticale on peut mettre en evidence 2 couches : - une externe fibreuse tres vascularisé avec quelques fibrocytes - une couche interne le TC est un peu plus fin et riche en fibrocytes et en cellules bordantes

III- Vascularisation des os Toutes les pieces osseuses sont vascularisées par au moins une artere nourriciere, qui traverse l’os periostique et va donner des capillaires dans les espaces de l’os spongieux. Ces capillaires sont draines par le sinus veineux : le sang revient dans la circulation generale. Pour la diaphyse des os longs, l’artere nourriciere penetre dans la cavite medullaire par un trou nourricier, d’ou elle donne de nombreux rameaux a partir desquels se developpent des canaux de Volkman perpendiculaires a la diaphyse, a l’origine des canaux de Havers. Le remodelage osseux se fait en permanence au niveau de la diaphyse. Les cellules bordantes jouent egalement un role pour l’hématopoïèse

IV- Histophysiologie osseuse 1) Le remodelage osseux Par définition, que ce soit dans l’os compact ou trabéculaire, le tissu osseux est en constant renouvellement. C’est ce renouvellement qu’on appelle remodelage osseux. L’observation du tissu osseux amène à la conception d’une unité fonctionnelle de remodelage. Cette unité est formée de deux équipes de cellules comprenant un sous-groupe ostéoblastique et un sous-groupe ostéoclatique dont les activités métaboliques sont étroitement couplées dans l’espace et dans le temps.

La durée d’un cycle de remodelage est d’environ 4 mois chez l’adulte. La phase de formation est plus longue que celle de résorption. Les unités de remodelage ne sont pas synchrones, ce qui permet d’adapter la quantité d’os et son architecture en fonction de plusieurs facteurs, d’origine systémique, par intervention de la parathormone, de la vitamine D, de facteurs locaux. L’os est ainsi formé de millions d’unités de remodelage. Lorsque la calcémie est faible, il y a production de calcitonine par la thyroïde, ce qui active la production osseuse par les ostéoblastes. Lorsque la calcémie est trop forte, il y a production de parathormone par la parathyroïde, ce qui active la destruction osseuse par les ostéoclastes. Tout au long d’une année, ce processus intéresse 25% du tissu osseux spongieux et 4% du tissu compact. Le tissu spongieux est beaucoup plus remanié que le compact. 1ère phase : activation Se fait le long de la surface osseuse d’une travée, recouverte au départ de cellules bordantes. Cette phase faut intervenir les cellules ostéoclastiques. Un certain nombre de facteurs ostéorésorbants interviennent durant cette phase : PTH (parathormone), vitamine D3 et les prostaglandines E2. Il y a une action sur les cellules bordantes qui se rétractent de façon à laisser accessible une zone pour la résorption. Des précurseurs ostéoclastiques arrivent (monocytes sanguins, famille des macrophages), se différencient en pré-ostéoclastes puis en ostéoclastes, sous la dépendance de l’ ODF (osteoblast differenciating factor), de l’OPG (osteoprotégérine) et de RANK. L’ODF est un récepteur membranaire des ostéoblastes. Ces cellules sont donc déjà indispensables à l’initiation du remodelage. L’OPG produit par les ostéoblastes peut se lier à l’ODF, ce qui inhibe certains processus de différenciation, ou sur RANK sur la membrane des pré-ostéoclastes, ce qui active leur différenciation. Expériences chez la souris : on peut inhiber les gènes OPG, cette invalidation provoque une hyperostéoclastose qui joue sur la masse osseuse. 2ème phase : résorption Les ostéoclastes sont libérés au niveau d’une travée osseuse, ils se fixent sur la matrice. Ils dissolvent par acidification la composante minérale de la matrice osseuse dans un premier temps. Dans un deuxième temps, on a dégradation de la matrice organique sous l’action des enzymes lysosomiales. Il se crée donc une chambre de dissolution. En dégradant la substance minérale osseuse, il y a libération de facteurs de croissance qui agissent en diffusant sur la lignée ostéoblastique.

3ème phase : inversion Les ostéoclastes meurent par apoptose. 4ème étape : formation du tissu osseux Cette étape est due à une production de matrice extra-cellulaire par les ostéoblastes, en élaborant d’abord le tissu ostéoïde, puis avec l’influence des oestrogènes, des androgènes, de la vitamine D et des facteurs de croissance fibroblastiques (FGF, IGF, TGF, BMP), formation de tissu osseux. Grâce à la phosphatase alcaline, on a une minéralisation au niveau de cette substance osseuse. Ce remodelage se fait de façon parallèle à l’homéostasie phosphocalcique. La calcémie, intervenant dans la quatrième étape de fixation du calcium, est comprise entre 9 et 11 mg pour 100 mL de sang. Elle est liée à l’action de différentes substances. Le calcium est apporté en partie par l’os résorbé, mais aussi par l’alimentation, sous l’intervention de la vitamine D qui permet l’absorption de calcium et de phosphore qui passent dans le sang. La parathormone est hyper-calcémiante : elle stimule la résorption du tissu osseux, diminue les phénomènes d’élimination du calcium dans les urines et augmente l’absorption du calcium dans le tube digestif. La calcitonine bloque la résorption et augmente la calciurie : action hypo-calcémiante. Elle a tendance à fixer le calcium au niveau des os. Tous ces systèmes permettant une stabilisation du taux de calcium dans le sang, amènent à évoquer la notion de capital osseux.

Capital osseux Cela représente toute la masse osseuse constituant le squelette. Ce capital augmente progressivement (prédominance de la formation) jusqu’à une vingtaine d’années, puis il y a une stabilisation (équilibre entre résorption et formation) pendant quelques années, et enfin une diminution lente (prédominance de la résorption) avec l’âge. Cette diminution est encore plus importante chez les femmes à partir de la ménopause. Cela fait augmenter le risque des fractures. Ce capital évolue donc dans le temps.

Remaniement des fractures L’os est capable de réparer ses fractures. Une fracture est une destruction tissulaire localisée, avec rupture de la vascularisation. Dans la région fracturée, on a une hémorragie. Cette hémorragie attire des macrophages, des polynucléaires qui vont avoir pour but l’élimination des déchets accumulés dans cette région. Ils apportent d’autres cellules, qui après le nettoyage

produisent un tissu conjonctif vascularisé. Dans un second temps, ce tissu perd sa vascularisation et se transforme en tissu cartilagineux : cal du foyer de fracture. Les cellules du périoste et de l’endoste remanient ce cartilage, puis les ostéoclastes et les ostéoblastes restituent progressivement la forme originelle de l’os. Ce processus prend un certain temps : de 6 à 12 semaines, en fonction du type d’os.

V- Ossification Les pieces osseuses sont formées soit a partir de pièces osseuses, soit a partir de pieces cartilagineuses :  ossification primaire : à partir de pieces cartilagineuses  ossification secondaire : à partir de pieces osseuses préexistantes  ossification tertiaire : remodelage

1) Ossification d’un os long Dès la 4ème semaine : tout au long du corps une crete apparait on l’appele la CRETE de WOLFF, cette crète va disparait et a J30 à partir de cette crete on voit apparaitre des ebauches des membres superieurs et inferieurs. Au microscope on voit une crête ectoblastique qui correspond l’épaississement de l’ectoblaste superficiel. Cette crète ectoblastique apicale qui est à l’extremité et à l’interieur on trouve du MIE qui provient de la somatopleure intraembryonnaire. Des la 6eme semaine, L’éxtremité du bourgeon des membres va s’aplatir au niveau distal pour former les pallettes qui vont correspondre au main et au pied, un sillon circulaire va separer la partie distale de la partie proximale et plus tard un 2ème sillon va venir interresser une 2ème partie et on va trouver les trois segments du membre. Ensuite on va avoir un phenomene de nécrose selon des sillons ce qui va nous liberer les quatres ratons de la main, des phenomènes d’apoptose vont separer les rayons de la main, A la 7ème semaine phenomene de rotation pour les placer dans la bonne position anatomique, laterale pour le superieur, mediale p...