Fiche de révision : Histologie du tissu osseux

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques et fonctions osseuses
2. Cellules de la lignée ostéoblastique
3. Cellules de la lignée ostéoclastique
4. Matrice extracellulaire osseuse
5. Tissus osseux réticulaire et lamellaire
6. Architecture des os compacts et spongieux
7. Périoste et endoste
8. Formation et minéralisation osseuses
9. Remodelage et régulation osseuse
10. Pathologies osseuses et hormonales

📖 1. Caractéristiques et fonctions osseuses

★ À maîtriser

• Le tissu osseux est un tissu conjonctif spécialisé d’origine mésenchymateuse, rigide, imperméable, vascularisé, innervé et constamment remanié.

• L’os comprend :

  • 25 % de tissu osseux
  • 60 % de moelle
  • 5 % d’espaces conjonctivo-vasculaires
  • 10 % de périoste, d’endoste et de cartilage articulaire

• Les fonctions mécaniques comprennent : le soutien de l’organisme, la locomotion par l’insertion des muscles et des tendons, la protection du cœur et des poumons par la cage thoracique, la protection de l’encéphale par la boîte crânienne

• Le tissu osseux est le principal réservoir d’ions minéraux de l’organisme et stocke 99 % du calcium, 88 % du phosphore, 80 % des carbonates et 50 % du magnésium.

📌 La libération de calcium fragilise le tissu osseux et oppose la fonction métabolique à la fonction mécanique, les fonctions métaboliques étant prioritaires.

Compléments

• La matrice extracellulaire, minéralisée et calcifiée, est le constituant volumétriquement prépondérant du tissu osseux.

💡 Astuce mémo

L’os soutient et protège, mais la réserve minérale peut fragiliser sa structure.

📖 2. Cellules de la lignée ostéoblastique

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellules bordantes : Ostéoblastes quiescents, aplatis et peu actifs, en phase G0, qui forment une monocouche sur les surfaces osseuses adultes sans formation ni résorption.
• Ostéoblastes : Cellules de la lignée mésenchymateuse qui synthétisent l’ostéoïde, assurent sa minéralisation et régulent le remodelage osseux.
• Ostéocytes : Cellules les plus différenciées de la lignée ostéoblastique, logées dans des ostéoplastes de la matrice minéralisée et reliées par des prolongements dans les canalicules.

★ À maîtriser

• La lignée ostéoblastique comprend les cellules bordantes, les ostéoblastes et les ostéocytes, issus de cellules souches mésenchymateuses.

• Les ostéoblastes apposent l’os uniquement à la surface d’une matrice organique préexistante et minéralisent l’ostéoïde grâce notamment à la phosphatase alcaline.

• Les ostéoblastes influencent la différenciation et la maturation des ostéoclastes par le M-CSF, RANKL et l’ostéoprotégérine (OPG), antagoniste de RANKL.

• Les jonctions communicantes relient les ostéocytes entre eux et aux ostéoblastes et transmettent les signaux mécaniques perçus par les ostéocytes.

Compléments

• Les cellules bordantes peuvent proliférer et se différencier en ostéoblastes sous l’effet d’une contrainte mécanique, d’une hormone, d’une cytokine ou d’un facteur de croissance et de différenciation.

• Un ostéoblaste devient ostéocyte en s’entourant de matrice, devient cellule bordante en se mettant au repos ou meurt par apoptose.

• Les ostéocytes maintiennent la matrice par une faible activité de synthèse, régulent les échanges ioniques et contribuent à l’équilibre phosphocalcique.

• Les ostéocytes ne se divisent pas et peuvent persister plusieurs dizaines d’années si la vascularisation reste continue.

💡 Astuce mémo

Bordante → ostéoblaste → ostéocyte : repos, construction, entretien.

📖 3. Cellules de la lignée ostéoclastique

★ À maîtriser

• Les ostéoclastes proviennent de précurseurs hématopoïétiques de la lignée granulocytaire : GM-CFU donne G-CFU et M-CFU, puis les M-CFU deviennent des monocytes, des préostéoclastes et enfin des ostéoclastes par fusion.

• RANK, présent sur les préostéoclastes et les ostéoclastes, lie RANKL, acteur majeur de la différenciation ostéoclastique.

• Les ostéoclastes sont de grandes cellules plurinucléées de 50 à 100 μm de diamètre, comportant de 4 à plus de 10 noyaux et localisées dans les zones de résorption osseuse.

• La résorption ostéoclastique suit la séquence suivante : production de protons par l’anhydrase carbonique de type 2, expulsion sous la bordure en brosse par des pompes consommant de l’ATP, acidification de la chambre, dissolution minérale et dégradation enzymatique de la matrice, formation d’une lacune de Howship, puis transcytose et expulsion des produits de dégradation.

• La calcitonine, produite par les cellules C de la thyroïde lorsque la calcémie augmente, se lie aux récepteurs des ostéoclastes et inhibe la résorption osseuse.

Compléments

• Le M-CSF favorise la migration des précurseurs monocytaires et leur différenciation vers la lignée ostéoclastique.

• La bordure en brosse des ostéoclastes correspond à des replis membranaires en regard de la matrice minéralisée, au niveau de la chambre de résorption.

• Les vésicules lysosomales des ostéoclastes contiennent notamment de la collagénase, des enzymes protéolytiques et la phosphatase acide résistante au tartrate (TRAP), dont l’activité indique la résorption osseuse.

• La chambre de résorption est une zone étanche délimitée par l’adhérence des ostéoclastes à la matrice via des intégrines αVβ3.

• Les ostéoclastes vivent environ 12 jours avant de mourir par apoptose.

💡 Astuce mémo

Les protons acidifient la chambre → les minéraux se dissolvent.

📖 4. Matrice extracellulaire osseuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Ostéoïde : Matrice organique osseuse, composée de substance fondamentale et de fibres, avant sa minéralisation.

★ À maîtriser

• Les fibres représentent 90 à 95 % de l’ostéoïde et comprennent 80 % de collagène de type I, 10 % de type III et 5 % de types IV et VII ; l’ostéoïde ne contient ni collagène de type II ni fibres élastiques.

• L’ostéonectine et l’ostéocalcine participent à la minéralisation, tandis que l’ostéopontine relie les ostéoclastes à la matrice osseuse.

• La phase minérale est constituée de cristaux d’hydroxyapatite, phosphate de calcium de formule Ca10(PO4)6(OH)2, qui représentent 70 % du poids sec de la matrice osseuse minéralisée.

Compléments

• Les fibres de collagène ont une orientation variable modelée par les lignes de force appliquées à l’os et sont généralement parallèles dans une même lamelle osseuse.

• La substance fondamentale osseuse a une faible teneur en eau de 50 %, la plus faible de l’organisme, et contient les protéoglycanes fibromoduline, biglycan et décorine.

• Les ions calcium et phosphate présents à la surface des cristaux d’hydroxyapatite s’échangent rapidement avec le liquide interstitiel et le sang.

• Les tissus les plus minéralisés sont l’ivoire (dentine) et l’émail dentaire.

📖 5. Tissus osseux réticulaire et lamellaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Tissu osseux lamellaire : Tissu secondaire formé à partir du tissu primaire, dont les fibres de collagène parallèles s’organisent en lamelles et confèrent une solidité mécanique.

★ À maîtriser

📌 Le tissu osseux réticulaire est primaire, faiblement minéralisé, mécaniquement fragile et possède des fibres de collagène orientées dans toutes les directions sans orientation privilégiée.

📌 Le tissu lamellaire comprend le tissu haversien, compact ou cortical, et le tissu non haversien, spongieux ou trabéculaire.

Compléments

• Le tissu osseux réticulaire présente un aspect d’os tissé en lumière polarisée et contient de nombreux ostéocytes dispersés dans la matrice.

• Chez le fœtus, le tissu réticulaire apparaît lors de l’ossification ; chez l’adulte, il est normalement remplacé par du tissu lamellaire, mais peut persister dans certains sites ou dans des néoformations pathologiques comme les cals de fracture.

💡 Astuce mémo

Réticulaire : fibres désordonnées et fragile ; lamellaire : fibres parallèles et solide.

📖 6. Architecture des os compacts et spongieux

🔑 Notions clés & Définitions

• Ostéone : L’ostéone, ou système de Havers, est un cylindre de 100 μm à 1 mm de diamètre et de plusieurs millimètres de longueur, formé d’environ 4 à 20 lamelles concentriques autour d’un canal central de Havers.
• Tissu osseux spongieux : Lacis tridimensionnel de trabécules lamellaires ramifiées et anastomosées, délimitant des espaces intercommunicants occupés par la moelle osseuse et les vaisseaux.

★ À maîtriser

• Dans les os longs comme l’humérus et le fémur, le tissu compact forme principalement la corticale de la diaphyse, tandis que le tissu spongieux est plus central et situé notamment dans les épiphyses et les métaphyses.

• Dans les os plats comme les côtes, le tissu spongieux forme le diploé entre deux tables de tissu compact interne et externe.

• Les canaux de Havers mesurent 20 à 100 μm de diamètre, sont parallèles à la cavité médullaire et contiennent un capillaire sanguin, une fibre nerveuse amyélinique et un peu de tissu conjonctif lâche.

• Les canaux de Volkmann relient les canaux de Havers entre eux, à la cavité médullaire et à la surface osseuse ; ils sont obliques ou transversaux, plus larges que les canaux de Havers et dépourvus de lamelles concentriques autour d’eux.

Compléments

• Les os courts, comme les carpes, les tarses et les vertèbres, ont une organisation comparable à celle des os longs, mais le tissu spongieux y prédomine.

• Les lamelles d’un ostéone ont une épaisseur de 3 à 7 μm et les fibres de collagène changent de direction de 90° entre deux lamelles successives, renforçant solidité et flexibilité.

• Les systèmes interstitiels sont des lamelles provenant d’ostéones anciens partiellement détruits au cours de la croissance et du remodelage.

📖 7. Périoste et endoste

★ À maîtriser

• Les os sont entourés d’un périoste externe et d’un endoste interne, sauf aux surfaces articulaires recouvertes de cartilage articulaire et aux points d’insertion des muscles et des ligaments.

• Le périoste participe à la croissance osseuse en épaisseur et joue un rôle important dans la réparation, notamment après une fracture.

• Le périoste comprend un feuillet externe fibreux, vascularisé et innervé, et un feuillet interne fertile contenant des cellules ostéoprogénitrices mésenchymateuses à l’origine de la lignée ostéoblastique.

• L’endoste est une fine membrane de tissu conjonctif lâche tapissant la cavité médullaire et les cavités de l’os spongieux ; il contient des cellules mésenchymateuses ostéoprogénitrices et est remanié par les ostéoblastes et les ostéoclastes.

Compléments

• Le feuillet fertile du périoste est à l’origine du système fondamental externe de l’os cortical.

• L’endoste est à l’origine du système fondamental interne de l’os cortical.

💡 Astuce mémo

Périoste dehors, endoste dedans : deux enveloppes ostéoprogénitrices.

📖 8. Formation et minéralisation osseuses

★ À maîtriser

• La formation osseuse comporte deux étapes : la sécrétion de matrice organique, ou ostéoïde, puis la minéralisation de cette matrice.

• L’apposition osseuse peut se faire sur :

  • un tissu conjonctif très riche en collagène
  • du cartilage
  • une couche de tissu osseux déjà formé

• Les formes d’ossification comprennent : l’ossification de membrane pour les os plats, l’ossification périostique pour la diaphyse des os longs, l’ossification enchondrale à partir du cartilage

• Lors des appositions successives, une rangée d’ostéoblastes sécrète un liseré d’ostéoïde, certains ostéoblastes s’y retrouvent inclus et deviennent des ostéocytes, puis de nouveaux ostéoblastes compensent ceux qui se différencient ou meurent.

• La minéralisation de la substance pré-osseuse débute après une dizaine de jours par l’apparition du front de calcification et la précipitation des premières molécules d’hydroxyapatite.

• La minéralisation commence dans des vésicules matricielles issues de la membrane plasmique des ostéoblastes, enrichies en phosphatases alcalines et pyrophosphatases, où précipitent calcium et phosphate ; les dépôts croissent par accrétion jusqu’à confluer et minéraliser la matrice.

Compléments

• La formation osseuse est principalement assurée par les ostéoblastes et accessoirement par les ostéocytes, et dépend de la prolifération de précurseurs mésenchymateux du stroma médullaire, du périoste et de l’endoste.

• La différenciation ostéoblastique est régulée par les BMP et le TGF-β, ainsi que par les estrogènes et la progestérone, qui ont un effet mitogène.

💡 Astuce mémo

Ostéoïde → vésicules matricielles → cristaux → confluence minérale.

📖 9. Remodelage et régulation osseuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Remodelage osseux : Synthèse et résorption permanentes du tissu osseux sous l’action de contraintes mécaniques, d’hormones et de facteurs locaux.
• Unité multicellulaire de remodelage : Une unité multicellulaire de remodelage (BMU) est une formation temporaire où ostéoblastes et ostéoclastes sont associés dans un compartiment protégé par une rangée de cellules bordantes, qui facilite le couplage entre résorption et apposition.

★ À maîtriser

• Le remodelage a trois rôles :

  • renouveler le tissu osseux pour pallier le vieillissement des ostéocytes
  • adapter l’architecture osseuse aux contraintes mécaniques
  • contribuer à l’homéostasie phosphocalcique par la recirculation du calcium et du phosphore

• Les ostéocytes perçoivent les contraintes mécaniques et transmettent l’information aux ostéoblastes et aux cellules bordantes, stimulant l’apposition et/ou la résorption selon les besoins architecturaux.

📌 La PTH agit par l’intermédiaire des ostéoblastes pour stimuler surtout la résorption osseuse et augmenter la calcémie, tandis que la calcitonine agit directement sur les ostéoclastes pour inhiber la résorption et diminuer la calcémie.

📌 RANKL, principalement produit par les ostéoblastes et leurs précurseurs, stimule la différenciation et l’activation des ostéoclastes, tandis que l’OPG, également produite par ces cellules, empêche la liaison de RANKL à RANK.

• 🔄 La séquence ARIF comprend :
  1. Activation : rétraction des cellules bordantes et mise en place des conditions de résorption.
  2. Résorption ostéoclastique de la matrice osseuse.
  3. Inversion : recrutement d’ostéoblastes à partir des cellules bordantes.
  4. Formation : apposition puis minéralisation d’une nouvelle matrice ostéoïde.

Compléments

• La PTH stimule les récepteurs PTH-R des ostéoblastes, qui produisent notamment l’interleukine 6 et le CSF-1 agissant localement sur les ostéoclastes et leurs précurseurs.

• Chez l’adulte, un cycle de remodelage dure environ 4 mois ; la formation est plus longue que la résorption et une phase de quiescence sépare deux phases de résorption.

💡 Astuce mémo

ARIF : Activation, Résorption, Inversion, Formation.

📖 10. Pathologies osseuses et hormonales

★ À maîtriser

• L’ostéoporose est associée à la diminution des estrogènes lors de la ménopause, qui active la résorption et diminue l’apposition, entraînant une perte accélérée de densité minérale osseuse.

• L’ostéogenèse imparfaite est due à une mutation d’un gène codant les chaînes polypeptidiques du collagène de type I, ce qui dérégule sa synthèse et fragilise le tissu osseux.

• La maladie de Paget correspond à un remodelage trop important de l’os adulte et provoque des déformations osseuses.

📌 Une carence en somatotrophine pendant l’enfance entraîne un nanisme, tandis qu’un excès avant la fermeture des cartilages de conjugaison provoque un gigantisme et qu’un excès chez l’adulte provoque une acromégalie.

• Le rachitisme est dû à une carence en vitamine D chez l’enfant et associe désorganisation des chondrocytes des cartilages de conjugaison, os incomplètement calcifiés et déformation des os, notamment incurvation des membres inférieurs.

Compléments

• L’ostéopétrose résulte d’un défaut de fonctionnement des ostéoclastes présent dès la vie intra-utérine, entraîne des anomalies du remodelage et peut conduire à une mort rapide.

• Un développement précoce des hormones sexuelles accélère la maturation squelettique et la fusion des épiphyses, arrêtant la croissance ; le déclin hormonal lié à l’âge perturbe l’équilibre entre formation et résorption et fragilise l’os.

• Une carence en vitamine C retarde la croissance et la consolidation des fractures.

📊 Tableaux de synthèse

Cellules et fonctions osseuses