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Embryologie et développement du tissu osseux

Dr. Gaël ROCHEFORT, PhDINSERM U658 – IPROS – EA CARQO

Hôpital Porte Madeleine

Plan

I. Introduction

II. Embryologie

III. Les cartilages

IV.Ossification

V. Structure du tissu osseux

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

I. Introduction

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

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),

- Cartilage (11-13)

- Mastocyte (15), cellule réticulé (18) et histiocyte (19)

- Cellule adipeuse (16-17)

II. Embryologie

Classification des tissus

Les variétés de tissus conjonctifs et de soutien :

- Groupes tissulaires (rectangles)

- Subdivisions (cercles)

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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 ànoyau 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

Les types d’ossificationIV. Ossification

Ossification

Chondrale(Os plats)

Mésenchymateuse(Os plats)

Endo-chondrale

Péri-chondrale

Os de membrane (ossification

directe)Os

fibrillaire

Ossification secondaire

Remaniement osseux

Os Lamellaire

Os endochondral(ossification

indirecte)

IV. Ossification

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

IV. Ossification


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)

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IV. Ossification


Vue tridimensionnelle (cadre de la planche précédente)

- Ostéoblaste (1), travée (2) ostéoïde (3), ostéoblaste (5) englobé dans la matrice osseuse (4), ostéocyte (7), cellule mésenchymateuse (8), ostéoclaste (9), capillaire (10)

IV. Ossification


Ultra-structure de la cellule ostéoformatrice : l’ostéoblaste

- Cellule aplatie avec noyau volumineux, riche appareil sécrétoire

- Synthèse de microfibrilles collagènes et de substance fondamentale (calcification et agglomération d’apatite)

IV. Ossification

Ossification directe / mésenchymateuse (5)IV. Ossification

Ossification indirecte / chondrale (1)

1. Ossification directe : manchon osseux périchondral

2. Ossification indirecte :

- squelette cartilagineux servant de maquette

- ossification àpartir du périoste (périchondre)

IV. Ossification


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

IV. Ossification


- Perforation du manchon périostal : bourgeons conjonctivo-vasculaires

- Ostéoclastes (2)

- Cellules souches dans la diaphyse (mésenchymateuse et hématopoïétique)

- 8ème semaine de vie (chez l’homme)

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IV. Ossification


- Formation d’une cavitédiaphysaire

- Chondrocytes (B3) en colonnes

- Cellules souches mésenchymateuses (B8) en cours de différentiation ostéoblastique

IV. Ossification


- 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

IV. Ossification


- Les chondroclastes (3-4) détruisent les chondrocytes hypertrophiés (1-5).

- Les ostéoblastes (7) sécrètent des ostéoïdes (8) à partir des débris cartilagineux minéralisés (6)

IV. Ossification


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).

IV. Ossification


- Détail de l’ossification primaire : action des ostéoblastes (4, 6) et ostéocytes (3) à partir de vestiges de cartilage hyalin calcifié (2).

- Erosion de la travée primitive (1) par les ostéoclastes (7)

IV. Ossification


- La jonction entre os trabéculaire diaphysaire et cartilage ossifié présente des bourgeon vasculaire : action chondroclastique et ostéoclastique.

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IV. Ossification


- La fin de la croissance de l’os est caractérisée par le réunion de la cavitéépiphysaire avec la cavitédiaphysaire

- La partie supérieure du cartilage hyalin forme le cartilage articulaire non-calcifié (B6)

IV. Ossification


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)

IV. Ossification


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.

IV. Ossification

Ossification secondaire : remaniement


Tissu osseux : structure (1)

L’os compact est constitué d’ostéons, centrés autour d’un canal de Havers, et communiquant entre eux par des canal de Volkmann


Tissu osseux : structure (2)

- 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

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Tissu osseux : ostéons (1)

- Unité morphologique et fonctionnelle de l’os compact

- 100 à 500 µm de diamètre

- 0,5 à 2 cm de longueur

- 3 à 15 lamelles osseuses concentriques


Tissu osseux : ostéons (2)


Tissu osseux : os lamellaire (1)

- 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





- L’ostéon (ou système de Havers) est l’unitéstructurale et fonctionnelle

- Cylindre ceux centré par un canal de Havers et parcouru par des capillaires

- Lamelles ostéocytairesconcentriques


Tissu osseux : système de Havers Ostéon

Canal de Havers

Ostéocyte

Canal de Volkmann

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Tissu osseux : la matrice osseuse

- Partie organique : fibres de collagène, ostéonectine, ostéocalcine, sialoprotéineosseuse 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) V. Structure du tissu osseux

Ostéoblaste et ostéocyteV. Structure du tissu osseux


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

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Tissu osseux : ostéoclaste (1)

- Cellule géante multi-nucléée provenant de cellules souches hémato-poïétiques (progéniteurs monocytaires)

- Fonction : résorption osseuse et création de lacunes de Howship

Tissu osseux : ostéoclaste (2)V. Structure du tissu osseux

OstéoclastogenèseV. Structure du tissu osseux

Interaction ostéoblaste / ostéoclasteVI. Le remodelage osseux

Action ostéoclastiqueVI. Le remodelage osseux

Activation de la résorption ostéoclastiqueVI. Le remodelage osseux

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Control hormonal de la résorption osseuseVI. Le remodelage osseux

Contrôle de la résorption osseuse

- Facteurs de croissance : TGFβ, FGF, PDGF

- Cytokines : IL1, IL6, IL11, CSF, TNFα

VI. Le remodelage osseux

M-CFU Macrophage

Précurseurs ostéoclastiques

Cellules stromales précurseurs de l’ostéoblaste

Ostéoblastes

IL6M-CSFGM-CSF

PGE2

IL1TNFa

TGFß activé

IGFFGFbBMP

TGFß latent,IGF, FGFb, BMP

Ostéoclaste


Cytokines et facteurs de croissance Rôle des ostéoclastes (1)

- 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


Rôle des ostéoclastes (2)

- Dépôt ostéoblastique d’une matrice osseuse non-minéralisée (10 µm d’épaisseur)

- Minéralisation après 10-20 jours


Monocyte

Pré-osteoclaste

Ostéocyte

Ostéoclaste

Macrophage

Pré-osteoblaste

Ostéoblaste Cellules bordantes

Ostéoide

Os nouvellementformé

Os vieux

Cycle de remodelage osseux (1)VI. Le remodelage osseux

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Macrophage

Monocyte

Pré-osteoclaste

Ostéocyte

Ostéoclaste

Pré-osteoblaste

Ostéoblaste Cellules bordantes

Ostéoide

Os nouvellementformé

Os vieux

Résorption

Inversion

Formation

Quiescence


OsteoclastsMonocytes

Pre-osteoblasts

OsteoblastsOsteocytes


OstéoclastesMonocytes

Pré-osteoblastes

OstéoblastesOstéocytes

Cycle de remodelage osseux (4)VI. Le remodelage osseux VI. Le remodelage osseux

Lacune de résorption

Les techniques d’imagerie

Différentes techniques :

- Radiologie (rayons X)

- Echographie (ultrasons)

- Tomographie (rayons X)

- RMN (champ magnétique)

VII. Les techniques d’investigation

Tomodensitométrie

- Coupe tomographique de l’atténuation des rayons X

- Détection électronique du signal et reconstruction en niveaux de gris

VII. Les techniques d’investigation

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RMNVII. Les techniques d’investigation

- Résonance des atomes (protons) sous l’action de radiofréquences

EchographieVII. Les techniques d’investigation

- Ultrasons et variations d’impédance des tissus

OstéodensitométrieVII. Les techniques d’investigation

- 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 (intégritédu tégument)

- Complètes / incomplètes (intégrité du périoste)

- Forme : transversale, spiroïde(torsion), comminutive (plusieurs fragments), segmentaire (avec un fragment séparé des autres)

VIII. Les atteintes osseuses

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 micro-architecture, diminution de la résistance, risque accru de fracture, défaut de minéralisation et de synthèse de matrice collagène


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Ostéoporose : physiopathologie

- 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


Tissu osseux ostéoporotiqueVIII. Les atteintes osseuses

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 àl’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 PagetVIII. Les atteintes osseuses

- Épaississement de l’os avec modification de la micro-architecture.

-Difformité et fracture (colonne vertébrale)

- Travées osseuses àdisposition irrégulière

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Tumeurs osseusesVIII. Les atteintes osseuses

-Tumeurs primitives rares

- Tumeurs secondaires : métastases (tumeurs du sein, poumon, prostate, rein, thyroïde)

- Tumeurs bénignes : ostéochondrome, ostéome ostéoïde, tumeurs vasculaires, hémangiome, lymphangiome

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