Bone

Il tessuto connettivo duro che, insieme alla cartilagine, forma lo scheletro dell’uomo e di altri vertebrati. È fatto di cristalli di fosfato di calcio disposti su un’impalcatura proteica. L’osso svolge una varietà di funzioni: ha un ruolo strutturale e meccanico; protegge gli organi vitali; fornisce un sito per la produzione di cellule del sangue; serve come riserva di calcio. Vedi Tessuto connettivo

Ci sono due tipi di ossa nello scheletro: le ossa piatte (per esempio, le ossa del cranio e le costole) e le ossa lunghe (per esempio, il femore e le ossa della mano e dei piedi). Entrambi i tipi sono caratterizzati da uno strato esterno di osso denso e compatto, noto come osso corticale, e da un materiale osseo spugnoso interno costituito da sottili trabecole, noto come osso spugnoso. L’osso corticale consiste di strati di osso (lamelle) in una disposizione cilindrica concentrica ordinata attorno a minuscoli canali Haversiani. Questi canali interconnessi portano i vasi sanguigni, i vasi linfatici e i nervi attraverso l’osso e comunicano con il periostio e la cavità midollare. Il periostio è una membrana sottile che copre la superficie esterna dell’osso e consiste in strati di cellule che partecipano al rimodellamento e alla riparazione dell’osso. L’osso spugnoso è in contatto con il midollo osseo, in cui avviene gran parte della produzione di cellule del sangue. L’interfaccia tra l’osso spongioso e il midollo è chiamata endostio, ed è in gran parte in questo sito che l’osso viene rimosso in risposta alla necessità di aumentare il calcio altrove nel corpo.

L’osso si forma attraverso la deposizione di una matrice osteoide da parte degli osteoblasti, le cellule che formano l’osso, e la mineralizzazione dell’osteoide attraverso lo sviluppo e il deposito di cristalli di fosfato di calcio (in forma di idrossiapatite) al suo interno. È il minerale, organizzato in un modello regolare su un’impalcatura di collagene, che dà all’osso la sua rigidità. L’osteoide contiene in gran parte fibre di collagene di tipo I e quantità minori di numerose proteine non collagene. Anche se il ruolo di queste proteine nell’osso non è ben compreso, si pensa che la loro particolare combinazione nell’osso dia a questo tessuto la capacità unica di mineralizzare. È chiaro che queste proteine interagiscono tra loro e che il collagene e molte delle proteine non collagene possono legarsi a recettori specializzati sulla superficie delle cellule ossee. Questo legame è importante per l’adesione delle cellule alla matrice ossea, e fornisce anche segnali di comportamento alle cellule. Vedi Collagene

I tipi primari di cellule nell’osso sono quelli che risultano nella sua formazione e manutenzione (osteoblasti e osteociti) e quelli che sono responsabili della sua rimozione (osteoclasti). Gli osteoblasti si formano dalla differenziazione di cellule stromali multipotenziali che risiedono nel periostio e nel midollo osseo. Sotto gli opportuni stimoli, queste cellule stromali primitive maturano in cellule che formano l’osso in siti mirati dello scheletro. Sotto diversi stimoli, sono anche capaci di svilupparsi in adipociti (cellule grasse), cellule muscolari e condrociti (cellule della cartilagine). Gli osteociti, che sono osteoblasti che si incorporano nel tessuto osseo stesso, sono il tipo di cellula più numeroso nell’osso. Risiedono in spazi (lacune) all’interno dell’osso mineralizzato, formando numerose estensioni attraverso minuscoli canali (cannaliculi) nell’osso che si collegano con altri osteociti e con le cellule sulla superficie endostale. Gli osteociti sono quindi perfettamente in grado di percepire le sollecitazioni e i carichi sull’osso e di trasmettere queste informazioni agli osteoblasti sulla superficie dell’osso, permettendo così all’osso di adattarsi al carico meccanico alterato attraverso la formazione di nuovo osso. Si pensa che gli osteociti siano anche le cellule che individuano e dirigono la riparazione dei danni microscopici che spesso si verificano nella matrice ossea a causa dell’usura. L’incapacità di riparare le crepe e le microfratture che si verificano nell’osso, o quando questo microdanno si accumula a una velocità superiore alla sua riparazione, può causare il fallimento strutturale dell’osso, come nelle fratture da stress. È stato identificato un gran numero di molecole che regolano la formazione e la funzione delle cellule osteoblastiche. Gli ormoni circolanti, come l’insulina, l’ormone della crescita e i fattori di crescita insulino-simili, si combinano con i fattori di crescita all’interno dell’osso stesso, come il fattore di crescita beta trasformante (TGFβ) e le proteine morfogenetiche dell’osso (BMP), per influenzare la differenziazione degli osteoblasti.

Gli osteoclasti sono in genere grandi cellule multinucleate, ricche del meccanismo intracellulare necessario per il riassorbimento dell’osso. Ciò avviene quando le cellule formano una zona di tenuta stretta tramite l’attaccamento della membrana cellulare contro la matrice ossea, creando un compartimento di riassorbimento dell’osso. In questo spazio, la cellula secerne acido per dissolvere il minerale osseo ed enzimi per digerire il collagene e altre proteine della matrice ossea. La rimozione dell’osso da parte degli osteoclasti è necessaria per permettere la riparazione dei danni microscopici e dei cambiamenti nella forma dell’osso durante la crescita e l’eruzione dei denti. Il riassorbimento osseo mediato dagli osteoclasti è anche il meccanismo di rilascio del calcio immagazzinato nell’osso per il mantenimento dei livelli di calcio nel sangue. La maggior parte degli agenti che promuovono il riassorbimento osseo agiscono sulle cellule osteoblastiche, che a loro volta trasmettono segnali ai precursori degli osteoclasti per differenziarsi in osteoclasti maturi. Questi agenti includono la forma attiva della vitamina D, l’ormone paratiroideo, l’interleuchina-1, l’interleuchina-6 e l’interleuchina-11, e le prostaglandine come la prostaglandina E2. La differenziazione in osteoclasti completamente funzionali richiede anche uno stretto contatto tra i precursori degli osteoclasti e le cellule osteoblastiche. Ciò è dovuto a una molecola chiamata fattore di differenziazione degli osteoclasti (ODF) che si trova sulla superficie degli osteoblasti, si lega ai recettori sulla superficie delle cellule precursori degli osteoclasti, e induce la loro progressione in osteoclasti.

Le ossa piatte e le ossa lunghe si formano con mezzi embriologici diversi. La formazione delle ossa piatte avviene per ossificazione intramembranosa, in cui le cellule mesenchimali primitive si differenziano direttamente in osteoblasti e producono trabecole ossee all’interno di una membrana periostale. La natura iniziale di questo osso è relativamente disorganizzata e viene definita osso intrecciato. Più tardi, questo osso intrecciato viene rimodellato e sostituito dall’osso lamellare maturo molto più forte, costituito da strati di matrice calcificata disposti in modo ordinato. Le ossa lunghe sono formate da uno sviluppo intracartilagineo in cui il futuro osso inizia come cartilagine. La matrice cartilaginea viene gradualmente sostituita dall’osso in una sequenza ordinata di eventi che iniziano al centro dell’osso in crescita. La cartilagine rimane alle estremità delle ossa lunghe durante la crescita, formando una struttura ad ogni estremità chiamata piastra di crescita. Le cellule della cartilagine (condrociti) che nascono nelle placche di crescita proliferano e aumentano la lunghezza dell’osso. Questo avviene durante una complessa serie di eventi, con un’espansione sia lontano che verso il centro dell’osso. Quando l’osso raggiunge la sua lunghezza finale nella maturità, l’espansione dalla placca di crescita cessa. La cartilagine persiste alle estremità delle ossa lunghe in una forma specifica chiamata cartilagine articolare, che fornisce le superfici lisce di appoggio per le articolazioni.

L’osso è un tessuto dinamico ed è costantemente rimodellato dalle azioni degli osteoclasti e degli osteoblasti. Dopo la rimozione dell’osso, gli osteoclasti si spostano verso nuovi siti di riassorbimento o muoiono; questo è seguito da una fase di inversione in cui gli osteoblasti sono attratti dal sito di riassorbimento. Si pensa che i fattori di crescita che sono sequestrati in forma inattiva nella matrice ossea siano rilasciati e attivati dall’attività degli osteoclasti e che questi a loro volta promuovano la produzione di osteoide fresco da parte degli osteoblasti reclutati. Il nuovo osteoide alla fine calcifica, e in questo modo l’osso si forma e viene sostituito in strati (lamelle), che sono il risultato di questi cicli ripetuti. Nell’osso in crescita, l’attività delle cellule ossee è sbilanciata verso un aumento netto dell’osso. Tuttavia, nell’osso maturo sano c’è un equilibrio tra il riassorbimento e la formazione dell’osso. Quando l’equilibrio tra questi due tipi di cellule si rompe, la patologia scheletrica risulta.

La malattia ossea più comune è l’osteoporosi, in cui c’è una perdita netta di osso dovuta al riassorbimento osseo osteoclastico che non è completamente abbinato alla formazione di nuovo osso. La causa più conosciuta dell’osteoporosi è quella che si verifica nelle donne a causa della perdita di estrogeni circolanti dopo la menopausa. Un’altra causa di perdita ossea osteoporotica si osserva nell’osteoporosi da disuso. Proprio come l’osso può rispondere ad un aumento del carico con la produzione di ulteriore osso, l’osso dipende anche dal carico regolare per il suo mantenimento. Una perdita ossea significativa può verificarsi durante il riposo a letto prolungato o, per esempio, nella paraplegia e nella tetraplegia. Allo stesso modo, uno scarico dello scheletro (a causa di una mancanza di attrazione gravitazionale) nel volo spaziale provoca una grave perdita ossea negli astronauti a meno che gli effetti della gravità siano simulati da esercizi e dispositivi speciali. Vedi Osteoporosi

Molte malattie metaboliche e genetiche possono influenzare la quantità e la qualità delle ossa. Le malattie metaboliche come il diabete, le malattie renali, la sovrasecrezione di ormone paratiroideo da parte delle ghiandole paratiroidi, l’anoressia nervosa e il rachitismo vitamina D-dipendente possono causare osteopenia (la riduzione del volume e della qualità strutturale delle ossa). La terapia immunosoppressiva nei pazienti sottoposti a trapianto d’organo può portare a una riduzione della massa ossea, così come i tumori delle ossa e di altri siti. I tumori possono produrre sostanze che causano l’attivazione del riassorbimento osteoclastico dell’osso. Nella malattia genetica osteogenesi imperfetta, le mutazioni nel gene per il collagene di tipo I provocano la produzione di quantità ridotte di collagene o di molecole di collagene alterate da parte degli osteoblasti. Altre malattie comuni dello scheletro sono le malattie delle articolazioni, come l’artrite reumatoide e l’osteoartrite. Vedi Ghiandola tiroidea

.