Bone

Introduction(edit | edit source)

Squelette humain

Le tissu osseux a une fonction à la fois de soutien et de locomotion.(1) Les os constituent non seulement l’ossature physique du corps, mais permettent également la locomotion en fournissant des sites d’attache pour les muscles, les tendons et les ligaments.(2) En outre, les os permettent la motricité, protègent les organes vitaux, facilitent la respiration, jouent un rôle dans l’homéostasie et produisent dans la moelle une variété de cellules essentielles à la survie.(3) Le tissu osseux est unique en ce sens qu’il peut se régénérer et revenir à un état entièrement fonctionnel, tel que celui antérieur à la blessure.(2)

L’os est un tissu conjonctif métaboliquement actif qui fournit un soutien structurel, facilite le mouvement et protège les organes vitaux. L’os est composé d’une matrice extracellulaire et de cellules osseuses (ostéocytes). (4) Dans des conditions favorables, le tissu osseux subit un processus de minéralisation et est durci par le dépôt de calcium. L’os est dur et nombre de ses fonctions dépendent de cette dureté caractéristique.(5)

Le squelette humain adulte est composé de 206 os. À la naissance, on compte environ 270 os, le nombre final à l’âge adulte diminuant à mesure qu’une partie de ces os se fusionne au cours des phases de croissance et de maturation du squelette. Au cours de la vie, l’os se remodèle constamment et la majeure partie du squelette adulte est remplacée environ tous les dix ans.(6)

Les os se divisent principalement en deux catégories : les os spongieux et les os corticaux. Parmi ces deux types d’os, les os corticaux constituent la majeure partie du système squelettique (jusqu’à 80 %), tandis que le reste est constitué d’os spongieux. (7)

Regardez cette vidéo de 10 minutes (en anglais) sur le système squelettique et sur les raisons pour lesquelles les astronautes Scott Kelly et Mikhail Kornienko l’étudient dans l’espace. Elle inclut également l’anatomie du système squelettique, y compris les os plats, courts et irréguliers, ainsi que leurs arrangements individuels d’os compacts et spongieux.

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La structure osseuse ( éditer | éditer la source )

Anatomie d’un os long

L’os est constitué de deux types de tissus :

  1. L’os compact (cortical) : qui constitue 80 % de l’ensemble des os du corps et est beaucoup plus solide que l’os spongieux/trabéculaire. Il est très résistant à la flexion, à la torsion et à la compression. Il est beaucoup plus dense et joue un rôle minime dans le métabolisme. Il est surtout présent dans la tige des os longs comme le fémur et le tibia, ainsi que dans l’enveloppe externe de l’os trabéculaire.
  2. L’os spongieux (trabéculaire ou spongieux) : qui ne représente que 20 % du total des os, mais son rapport surface/volume est dix fois supérieur à celui de l’os cortical. Il réagit huit fois plus vite aux variations de mise en charge, ce qui le rend beaucoup plus dynamique. Il existe dans les zones les plus sujettes à la compression, telles que les corps vertébraux, le bassin et les métaphyses. (9)

Le périoste, en vert vif

Les os contiennent également :

Les types d’os ( edit | edit source )

Classification des os

Dans le corps humain, il existe cinq types d’os :

  1. Les os longs : Principalement constitués d’os compacts et contiennent peu de moelle. La plupart des os des membres sont des os longs. Ces os ont tendance à supporter le poids et à faciliter le mouvement (par exemple, le fémur, le tibia, le péroné, l’humérus).
  2. Les os courts : Ne sont constitués que d’une fine couche d’os compact (par exemple, les os du poignet et de la cheville).
  3. Les os plats : En général, ces os sont minces et courbés. Ils sont constitués de deux couches externes d’os compact et d’une couche interne d’os spongieux. Les os plats incluent la plupart des os du crâne et le sternum. Ils ont tendance à jouer un rôle protecteur (par exemple, le sternum, les côtes).
  4. Les os sésamoïdes : Sont intégrés dans un tendon (par exemple, la rotule). Ils protègent ces tendons de l’usure et du stress.
  5. Les os irréguliers : Comme leur nom l’indique, il s’agit d’os qui n’entrent pas dans les quatre premières catégories et qui ont une forme inhabituelle. Ils incluent les os de la colonne vertébrale et du bassin. Ils protègent souvent des organes ou des tissus.

L’anatomie générale de l’os ( éditer | éditer la source )

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Un os long se compose de deux parties, la diaphyse et l’épiphyse. Les os qui subissent une ossification endochondrale ont également une métaphyse entre les deux et une physe (plaque de croissance) qui lie la métaphyse à l’épiphyse jusqu’à la fin de la croissance de l’os.

  1. La diaphyse est la tige tubulaire qui s’étend entre les extrémités proximale et distale de l’os. La région creuse de la diaphyse s’appelle la cavité médullaire, et est remplie de moelle jaune. Les parois de la diaphyse sont composées d’os compact dense et dur.(11)
  2. La métaphyse et la physe ou plaque de croissance se trouvent dans les os qui subissent une ossification endochondrale (processus par lequel le modèle cartilagineux embryonnaire de la plupart des os contribue à la croissance longitudinale et est progressivement remplacé par de l’os).(12)
  3. L’épiphyse – la partie ou le processus d’un os qui s’ossifie séparément et s’ankylose ensuite à la partie principale de l’os. L’épiphyse contribue à l’articulation, alors que l’apophyse est le site d’attachement d’un tendon ou d’un ligament. Une fois la plaque de croissance (physe) fusionnée, l’épiphyse et la métaphyse se rejoignent.

La composition de l’os ( éditer | edit source )

Composition des os

L’os est composé de cellules et de la matrice extracellulaire, qui contient des substances organiques et inorganiques. Les ostéoblastes synthétisent la matrice extracellulaire osseuse.

Cette matrice extracellulaire se compose des éléments suivants

  1. Du collagène de type I mélangé à une matrice de cristaux de phosphate de calcium (représentant jusqu’à 70 % de son poids sec).
  2. Des protéoglycanes et des glycoprotéines, moins abondants, mais indispensables à l’organisation des fibres de collagène, à la minéralisation et à la résorption de l’os. Du sulfate de chondroïtine représentant 67 à 97 % des glycosaminoglycanes osseux.(13)

Lea cellules osseuses ( éditer | edit source )

Cellules osseuses

Les cellules osseuses représentent environ 10 % du volume total des os. Les os ne sont pas un tissu statique, mais doivent être constamment entretenus et remodelés. Trois principaux types de cellules sont impliqués dans ce processus.

  1. Les ostéoblastes : Les cellules souches de la moelle osseuse peuvent se différencier en ostéoblastes. Les ostéoblastes sont responsables de la formation de nouvel os et de la réparation de l’os plus vieux. Les ostéoblastes produisent un mélange de protéines appelé ostéoïde, qui est minéralisé et devient de l’os. Une autre de ses fonctions est la fabrication d’hormones, dont les prostaglandines.
  2. Les ostéocytes : Ostéoblastes inactifs qui se sont retrouvés piégés dans l’os qu’ils ont créé. Ils maintiennent des connexions avec d’autres ostéocytes et ostéoblastes. Ils sont importants pour la communication au sein du tissu osseux.
  3. Les ostéoclastes : Cellules de grande taille avec plus d’un noyau, qui décomposent l’os. Ils libèrent des enzymes et des acides pour dissoudre les minéraux de l’os et les digérer dans un processus appelé résorption. Les ostéoclastes aident à remodeler les os blessés et à créer des voies de passage pour les nerfs et les vaisseaux sanguins.(10)

La matrice extracellulaire ( éditer | edit source )

Les os sont en réalité des cellules vivantes intégrées dans une matrice organique minérale. Cette matrice extracellulaire est composée de

  • composants organiques, principalement le collagène de type 1
  • composants inorganiques, y compris l’hydroxyapatite et d’autres sels, tels que le calcium et le phosphate

Le collagène confère à l’os sa résistance à la traction, c’est-à-dire sa résistance à l’arrachement. L’hydroxyapatite confère aux os une résistance à la compression.(10)

La moelle osseuse et l’hématopoïèse ( éditer | edit source )

La moelle os seuse se trouve dans presque tous les os où il y a présence d’os spongieux. La moelle osseuse est responsable de l’hématopoïèse, c’est-à-dire de la production de globules rouges, de globules blancs et de plaquettes. (9) Elle fabrique environ 2 millions de globules rouges par seconde, ainsi que des plaquettes et des globules blancs. Les globules rouges défectueux et trop vieux sont également détruits dans la moelle osseuse. (10) (9)

Cette vidéo de 4 minutes (en anglais) explique l’hématopoïèse : La formation des cellules sanguines

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L’unité fonctionnelle de l’os compact ( éditer | edit source )

Ostéon : unité structurelle de l’os constituée d’un canal haversien et de lamelles correspondantes d’os compact.

Les ostéons représentent une unité fonctionnelle unique de tissu osseux. Il sont constitués de lamelles concentriques de fibres de collagène orientées autour d’un canal central « incluant l’apport artériel, veineux et nerveux de l’ostéocyte », (9) connu sous le nom de canal d’Havers. Ce système comprend également les canalicules et le canal de Volkmann. Ceux-ci permettent la communication entre les ostéocytes et les ostéons voisins, respectivement. Les ostéons mesurent plusieurs millimètres de long et environ 0,2 millimètre (0,008 pouce) de diamètre ; ils ont tendance à se trouver parallèles au grand axe de l’os.(9)

Les fonctions mécaniques de l’os ( éditer | edit source )

Le crâne protège le cerveau

  1. Protection. Les os sont essentiels pour protéger les organes importants et fragiles du corps. Par exemple, les os protègent le cœur et le cerveau.
  2. Structure. Sans les os, notre corps n’aurait pas de structure et serait essentiellement un amas immobile de chair et de tissus.
  3. Mouvement. Les os s’associent aux articulations, aux ligaments, aux tendons et aux muscles pour permettre au corps de bouger comme il le fait.
  4. Transduction du son. Les os sont également importants pour la conduction des vibrations qui nous permettent d’entendre. (15) (9)

Les fonctions métaboliques de l’os ( éditer | edit source )

Les fonctions métaboliques de l’os sont nombreuses :

  1. La matrice osseuse peut stocker plusieurs minéraux, principalement le calcium et le phosphore, ainsi que le fer sous forme de ferritine.
  2. Le sulfate de chondroïtine, un groupement glucidique, est également un élément couramment trouvé dans les matrices.
  3. Des facteurs de croissance spécifiques, dont le facteur de croissance analogue à l’insuline ou IGF-1, sont logés dans l’os et libérés périodiquement.
  4. L’équilibre du pH est également régulé par les os car ils peuvent modifier la composition des sels alcalins dans le sérum afin de maintenir un niveau de pH optimal.
  5. Les ostéocytes peuvent absorber les molécules toxiques et les métaux lourds présents dans le sérum, ce qui constitue un moyen de désintoxication.
  6. Stockage des graisses.(9)

Le remodelage(edit | edit source)

Le remodelage est un processus physiologique au cours duquel le vieil os ou l’os endommagé est éliminé par les ostéoclastes, puis remplacé par de l’os nouveau formé par les ostéoblastes. (16) (17) Il existe un couplage étroit entre la formation osseuse et la résorption osseuse afin de garantir qu’il n’y ait pas de changement net de la masse ou de la qualité osseuse suivant le remodelage. Cela nécessite une action coordonnée des quatre types de cellules osseuses. Le processus comporte quatre grandes phases distinctes mais qui se chevauchent :

  1. Initiation/activation du remodelage osseux sur un site spécifique. Les précurseurs des ostéoclastes sont recrutés dans les compartiments de remodelage osseux.
  2. Résorption osseuse et recrutement simultané d’ostéoprogéniteurs. La résorption osseuse représente l’événement prédominant, mais le recrutement de cellules souches mésenchymateuses et/ou d’ostéoprogéniteurs dans le compartiments de remodelage osseux est également initié.
  3. Différenciation et fonction des ostéoblastes (synthèse d’ostéoïdes). L’os excavé est remplacé par de l’ostéoïde produit par les ostéoblastes.
  4. Minéralisation de l’ostéoïde et achèvement du remodelage osseux. L’ostéoïde est minéralisé et le cycle de remodelage osseux est terminé. (4)

Regardez cette vidéo de 8 minutes (en anglais) sur le remodelage osseux.

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Importance clinique ( éditer | éditer la source )

Le tissu osseux est sensible à une myriade de pathologies d’origine embryologique, métabolique, auto-immune, néoplasique ou idiopathique. Il s’agit notamment, mais pas exclusivement, des conditions évoquées ci-dessous.

  • L’achondroplasie, qui est une maladie génétique communément associée comme une cause de nanisme. Les personnes atteintes peuvent présenter des extrémités courtes en raison d’une diminution du développement de l’os endochondral.
  • La maladie de Paget se caractérise par un déséquilibre entre les activités des ostéoblastes et des ostéoclastes. D’étiologie inconnue, l’affection ne touche que des parties localisées du tissu squelettique, impliquant généralement un ou plusieurs os voisins plutôt que l’ensemble du système squelettique.
  • Si elle n’est pas traitée, la maladie de Paget peut constituer un facteur de risque d’ostéosarcome, une prolifération maligne d’ostéoblastes.
  • Les néoplasmes squelettiques commencent dans la métaphyse des os longs. Les patients peuvent signaler une douleur osseuse accompagnée d’un gonflement ou une fracture pathologique (c’est-à-dire une rupture de l’os causée par une faiblesse de l’os due à une maladie plutôt qu’à un traumatisme). Ce phénomène est beaucoup plus fréquent chez les adolescents que chez les personnes âgées.(9)
  • Fractures osseuses
  • Ostéoporose. Il s’agit d’un trouble courant du remodelage osseux qui se caractérise par une faible masse osseuse et une détérioration structurelle de l’os. Elle entraîne une fragilité osseuse et une vulnérabilité accrue aux fractures.(4)
  • Osteoarthritis
  • Osteomalacia
  • Le rachitisme
  • Les pathologies de la plaque de croissance

Références(edit | edit source)

  1. Proia P, Amato A, Drid P, Korovljev D, Vasto S, Baldassano S. The impact of diet and physical activity on bone health in children and adolescents. Frontiers in Endocrinology. 2021;12.
  2. 2.0 2.1 Salhotra A, Shah HN, Levi B, Longaker MT. Mechanisms of bone development and repair. Nature reviews Molecular cell biology. 2020 Nov;21(11):696-711.
  3. Cowan PT, Kahai P. Anatomy, Bones.(Updated 2021 Jul 26). StatPearls (Internet). Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. 2022.
  4. 4.0 4.1 4.2 El Sayed SA, Nezwek TA, Varacallo M. Physiology, Bone. InStatPearls (Internet) 2019 Jul 29. StatPearls Publishing. Available from:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK441968/ (last accessed 10.2.2020)
  5. Opentextbc.ca. (2018). 6.3 Bone Structure – Anatomy and Physiology. (online) Available at: https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/6-3-bone-structure/
  6. Office of the Surgeon General (US. The Basics of Bone in Health and Disease. InBone Health and Osteoporosis: A Report of the Surgeon General 2004. Office of the Surgeon General (US). Available from:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK45504/ (last accessed 10.2.2020)
  7. Singh S, Bray TJ, Hall-Craggs MA. Quantifying bone structure, micro-architecture, and pathophysiology with MRI. Clinical radiology. 2018 Mar 1;73(3):221-30.
  8. Crash Course. The Skeletal System: Crash Course Anatomy & Physiology #19. Available from: http://www.youtube.com/watch?v=dMH0bHeiRNg (last accessed 7.8.2022)
  9. 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 Baig MA, Bacha D. Histology, Bone. InStatPearls (Internet) 2019 May 5. StatPearls Publishing. Available from:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK541132/ (last accessed 10.2.2020)
  10. 10.0 10.1 10.2 10.3 Medical News Today Bones Available:https://www.medicalnewstoday.com/articles/320444#The-structure-of-bones (accessed 7.8.2022)
  11. Hall JE. Guyton and Hall textbook of medical physiology e-Book. Elsevier Health Sciences; 2015 May 31.
  12. Radiopedia Physes Available:https://radiopaedia.org/articles/physis?lang=us (accessed 8.8.2022)
  13. Mmegias ECM Available: https://mmegias.webs.uvigo.es/02-english/5-celulas/2-tipos_mat_met.php (accessed 28.6.2022)
  14. Alila Medical Media. Hematopoiesis – Formation of Blood Cells, Animation. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=0deCbmh7PHs (last accessed 7.8.2022)
  15. Med net health Functions of bones Available: http://www.med-health.net/Functions-Of-Bones.html (accessed 7.8.2022)
  16. Epsley S, Tadros S, Farid A, Kargilis D, Mehta S, Rajapakse CS. The effect of inflammation on bone. Frontiers in physiology. 2021:1695.
  17. Ofer L, Dean MN, Zaslansky P, Kult S, Shwartz Y, Zaretsky J, Griess-Fishheimer S, Monsonego-Ornan E, Zelzer E, Shahar R. A novel nonosteocytic regulatory mechanism of bone modeling. PLoS biology. 2019 Feb 1;17(2):e3000140.

  18. Physiology for Hippies
    . How are bones remodeled?. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=sNfY8z3CqDg (last accessed 8.8.2022)


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