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Ana Victória Ribeiro Barbosa – M7 TECIDO ÓSSEO INTRODUÇÃO O sistema esquelético desempenha várias funções básicas: Suporte. O esqueleto é o arcabouço estrutural do corpo, sustentando os tecidos moles e fornecendo pontos de fixação para os tendões da maioria dos músculos esqueléticos. Proteção. O esqueleto protege os órgãos internos mais importantes de lesão. Por exemplo, os ossos do crânio protegem o encéfalo e a caixa torácica protege o coração e os pulmões. Assistência ao movimento. A maioria dos músculos esqueléticos fixa-se aos ossos; quando os músculos se contraem, tracionam os ossos para produzir o movimento. Homeostasia mineral (armazenamento e liberação). O tecido ósseo compõe aproximadamente 18% do peso do corpo humano. Ele armazena diversos minerais, especialmente cálcio e fósforo, que contribuem para a resistência dos ossos. O tecido ósseo armazena em torno de 99% do cálcio corporal. Conforme a necessidade, os ossos liberam os minerais para a corrente sanguínea de modo a manter o equilíbrio mineral essencial (homeostasia) e distribuí-los às outras partes do corpo. Produção de células sanguíneas. No interior de determinados ossos, um tecido conjuntivo chamado medula óssea vermelha produz hemácias (eritrócitos), leucócitos e plaquetas em um processo chamado hematopoese. A medula óssea vermelha é composta por hemácias em desenvolvimento, adipócitos, fibroblastos e macrófagos em uma rede de fibras reticulares; é encontrada nos ossos em desenvolvimento do feto e em alguns ossos do adulto, como os ossos do quadril; costelas e esterno, vértebras, crânio e extremidades do úmero e fêmur. No recémnascido, toda a medula óssea é vermelha e está envolvida na hematopoese. Com o avanço da idade, grande parte da medula óssea passa de vermelha para amarela. Armazenamento de triglicerídios. A medula óssea amarela consiste, principalmente, em adipócitos que armazenam triglicerídios. Os triglicerídios armazenados são uma reserva potencial de energia química. HISTOLOGIA DO TECIDO ÓSSEO Como os outros tecidos conjuntivos, o osso, ou tecido ósseo, contém uma matriz extracelular abundante entre células bem separadas. A matriz extracelular é formada por cerca de 15% de água, 30% de fibras colágenas e 55% de sais minerais cristalizados. O sal mineral mais encontrado é o fosfato de cálcio [Ca3(PO4)2], que se combina com outro sal mineral, o hidróxido de cálcio [Ca(OH)2], para formar cristais de hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2]. Os cristais se combinam ainda com outros sais minerais, como carbonato de cálcio (CaCO3), e íons como magnésio, fluoreto, potássio e sulfato. Conforme esses sais são depositados na estrutura formada pelas fibras de colágeno da matriz extracelular, eles cristalizam e o tecido endurece. Esse processo, chamado calcificação, é iniciado por células formadoras de osso chamadas osteoblastos. Acreditava-se que a calcificação ocorresse simplesmente quando havia sais minerais suficientes para formar cristais. Hoje sabemos que o processo demanda fibras de colágeno. Os sais minerais começam a cristalizar primeiro nos espaços microscópicos entre as fibras de colágeno. Depois do preenchimento dos espaços, cristais minerais se acumulam ao redor das fibras de colágeno. A combinação de sais cristalizados e Ana Victória Ribeiro Barbosa – M7 fibras colágenas é responsável pelas características do osso. Embora a solidez de um osso dependa de sais minerais inorgânicos cristalizados, sua flexibilidade depende das fibras de colágeno. Como as barras de metal de reforço em concreto, as fibras de colágeno e outras moléculas orgânicas conferem resistência à tração, ou seja, resistência ao estiramento ou à separação. CÉLULAS DO TECIDO ÓSSEO Células osteogênicas São células-tronco ósseas não especializadas derivadas do mesênquima, tecido a partir do qual quase todos os tecidos conjuntivos são formados. São as únicas células ósseas que sofrem divisão celular; as células resultantes se tornam osteoblastos. As células osteoprogenitoras são encontradas ao longo da parte interna do periósteo, no endósteo e nos canais internos ósseos que contêm vasos sanguíneos. Osteoblastos São células formadoras de osso. Elas sintetizam e secretam fibras de colágeno e outros componentes orgânicos necessários para formar a matriz extracelular do tecido ósseo e iniciam a calcificação. Uma vez que os próprios osteoblastos são recobertos por matriz extracelular, tornam-se aprisionados em suas secreções e transformam-se em osteócitos. Osteócitos São células ósseas maduras, são as principais células do tecido ósseo, responsáveis pelo metabolismo ósseo diário, como a troca de nutrientes e resíduos com o sangue. Assim como os osteoblastos, os osteócitos não sofrem divisão celular. Osteoclastos São células enormes derivadas da fusão de cerca de 50 monócitos (um tipo de leucócito), que se concentram no endósteo. No lado da célula que faz contato com a superfície óssea, a membrana plasmática do osteoclasto apresenta dobras profundas, formando uma borda pregueada. Aqui, a célula libera poderosos ácidos e enzimas lisossômicas que digerem os componentes minerais e proteicos da matriz extracelular óssea subjacente. Essa degeneração da matriz extracelular óssea, chamada reabsorção, é parte do desenvolvimento, da manutenção e do reparo ósseos. TECIDO ÓSSEO COMPACTO O tecido ósseo compacto apresenta poucos espaços e é a forma de tecido ósseo mais resistente. É encontrado abaixo do periósteo de todos os ossos e constitui a maior parte das diáfises dos ossos longos. O tecido ósseo compacto oferece proteção e suporte e resiste aos estresses produzidos pelo peso e movimento. O tecido ósseo compacto é composto por unidades estruturais repetidas – os ósteons ou sistemas de Havers. Cada ósteon é constituído por lamelas concêntricas distribuídas ao redor de um canal central ou canal de Havers. Lembrando os Ana Victória Ribeiro Barbosa – M7 anéis de crescimento de uma árvore, as lamelas concêntricas são lâminas circulares de matriz extracelular mineralizada, de diâmetro crescente, que circundam uma pequena rede de vasos sanguíneos e nervos localizada no canal central. Essas unidades de osso similares a tubos geralmente formam uma série de cilindros paralelos que, nos ossos longos, tendem a ser paralelos ao eixo longitudinal do osso. Entre as lamelas concêntricas, são encontrados pequenos espaços chamados lacunas, contendo osteócitos. Irradiando para todas as direções a partir das lacunas, observamos canalículos cheios de líquido extracelular. Nos canalículos, são encontrados finos processos digitiformes dos osteócitos. Os osteócitos vizinhos se comunicam por junções comunicantes. Os canalículos conectam as lacunas umas às outras e aos canais centrais, formando um complexo sistema miniatura de canais interconectados por todo o osso. Esse sistema oferece muitas rotas para os nutrientes e oxigênio chegarem aos osteócitos e para a remoção de resíduos. As áreas entre os ósteons vizinhos contêm lamelas chamadas lamelas intersticiais, as quais também apresentam lacunas com osteócitos e canalículos. As lamelas intersticiais são fragmentos de ósteons mais antigos parcialmente destruídos durante o crescimento ou a reconstrução óssea. Os vasos sanguíneos e nervos do periósteo penetram no osso compacto através de canais perfurantes transversos ou canais de Volkmann. Os vasos e nervos dos canais perfurantes se conectam àqueles da cavidade medular, do periósteo e dos canais centrais. As lamelas chamadas lamelas circunferenciais se encontram distribuídas ao redor de toda a circunferência interna e externa da diáfise de um osso longo. Elas se desenvolvem durante a formação óssea inicial. As lamelas circunferenciais diretamente profundas ao periósteo são chamadas lamelas circunferenciais externas, as quais se conectam ao periósteopelas fibras perfurantes (Sharpey). As lamelas circunferenciais que revestem a cavidade medular são chamadas lamelas circunferenciais internas. TECIDO ÓSSEO ESPONJOSO O tecido ósseo esponjoso, também chamado tecido ósseo reticular ou trabecular, não contém ósteons. O tecido ósseo esponjoso está sempre localizado no interior do osso, protegido por uma camada de osso compacto. O tecido ósseo esponjoso consiste em lamelas dispostas em um padrão irregular de finas colunas chamadas trabéculas. Entre as trabéculas, é possível observar espaços a olho nu. Esses espaços macroscópicos são preenchidos por medula óssea vermelha nos ossos que produzem células sanguíneas e por medula óssea amarela (tecido adiposo) em outros ossos. Os dois tipos de medula óssea contêm numerosos e pequenos vasos sanguíneos que fornecem nutrição aos osteócitos. Cada trabécula consiste em lamelas concêntricas, osteócitos que repousam nas lacunas e canalículos que se irradiam para fora das lacunas. O tecido ósseo esponjoso compõe a maior parte do tecido ósseo interno dos ossos curtos, planos, sesamoides e irregulares. Nos ossos longos, ele constitui o cerne da epífise abaixo da fina camada, como de papel, de osso compacto e forma uma borda estreita variável que margeia a cavidade medular da diáfise. O osso esponjoso é sempre coberto por uma camada de osso compacto para efeito de proteção. O osso esponjoso nos ossos do quadril, nas costelas, no esterno, nas vértebras e nas extremidades proximais do úmero e do fêmur é onde medula óssea vermelha é armazenada e, portanto, o local onde ocorre a hematopoese (produção de células sanguíneas) em adultos. Ana Victória Ribeiro Barbosa – M7 REMODELAÇÃO ÓSSEA Assim como a pele, os ossos se formam antes do nascimento, porém se renovam de maneira contínua depois disso. Remodelação óssea é a substituição contínua do tecido ósseo antigo por tecido ósseo novo. Esse processo envolve reabsorção óssea, que consiste na remoção de minerais e fibras de colágeno do osso pelos osteoclastos, e deposição óssea, que é a adição de minerais e fibras de colágeno ao osso pelos osteoblastos. Dessa maneira, a reabsorção óssea resulta em destruição de matriz extracelular óssea, enquanto a deposição óssea ocasiona formação de matriz extracelular óssea. O tempo todo, cerca de 5% da massa óssea total no corpo está sendo remodelada. A taxa de renovação de tecido ósseo compacto é de cerca de 4% ao ano e a do tecido ósseo esponjoso é de cerca de 20% por ano. A remodelação também ocorre em velocidades distintas nas diferentes regiões do corpo. A porção distal do fêmur é substituída a cada 4 meses aproximadamente. Em contraste, o osso em determinadas áreas da diáfise do fêmur não é substituído por completo durante toda a vida do indivíduo. Mesmo após os ossos alcançarem forma e tamanho adultos, o osso antigo é continuamente destruído e substituído por osso novo. A remodelação também remove osso lesionado, substituindo-o por tecido ósseo novo. A remodelação pode ser influenciada por fatores como exercício, estilo de vida sedentário e alterações na dieta. A remodelação oferece vários outros benefícios. Uma vez que a resistência do osso está relacionada ao grau de tensão a que é submetido, se o osso recém-formado for submetido a cargas intensas, ele cresce mais espesso e, portanto, mais resistente que o osso antigo. Além disso, a forma do osso pode ser alterada para suporte apropriado com base nos padrões de tensão sofridos durante o processo de remodelação. Por fim, o osso novo é mais resistente à fratura do que o osso antigo. Mecanismo Durante o processo de reabsorção óssea, um osteoclasto se fixa firmemente à superfície óssea no endósteo ou periósteo e forma uma vedação impermeável nas margens da sua borda Ana Victória Ribeiro Barbosa – M7 pregueada. Em seguida, libera enzimas lisossômicas que digerem proteína e vários ácidos na bolsa selada. As enzimas digerem fibras de colágeno e outras substâncias orgânicas enquanto os ácidos dissolvem os minerais ósseos. Trabalhando juntos, diversos osteoclastos cavam um pequeno túnel no osso antigo. As proteínas ósseas degradadas e os minerais da matriz extracelular, sobretudo cálcio e fósforo, entram no osteoclasto por endocitose, atravessam a célula em vesículas e sofrem exocitose no lado oposto da margem pregueada. Agora no líquido intersticial, os produtos da reabsorção óssea se difundem para os capilares sanguíneos vizinhos. Uma vez que uma pequena área de osso foi reabsorvida, os osteoclastos saem de cena e os osteoblastos chegam para reconstruir o osso naquela área. FATORES QUE AFETAM O CRESCIMENTO ÓSSEO E A REMODELAÇÃO ÓSSEA O metabolismo ósseo normal – crescimento no jovem e remodelação óssea no adulto – depende de vários fatores, como a ingestão por meio de dieta adequada de minerais e vitaminas, além de níveis suficientes de vários hormônios. Minerais Grandes quantidades de cálcio e fósforo são necessárias durante o crescimento dos ossos, assim como quantidades menores de magnésio, fluoreto e manganês. Esses minerais também são necessários durante a remodelação óssea. Vitaminas A vitamina A estimula a atividade dos osteoblastos. A vitamina C é necessária para a síntese de colágeno, a principal proteína óssea. De acordo com o que será abordado posteriormente, a vitamina D ajuda a construir osso aumentando a absorção do cálcio proveniente dos alimentos do trato gastrintestinal para o sangue. As vitaminas K e B12 também são necessárias para a síntese de proteínas ósseas. Hormônios Durante a infância, os hormônios mais importantes para o crescimento ósseo são os fatores de crescimento insulina-símiles (IGFs), produzidos pelo fígado e tecido ósseo. Os IGFs estimulam os osteoblastos, promovem a divisão celular na lâmina epifisial e no periósteo e intensificam a síntese das proteínas necessárias para construir osso novo. Os IGFs são produzidos em resposta à secreção do hormônio de crescimento do lobo anterior da glândula hipófise. Os hormônios da tireoide (T3 e T4) secretados pela glândula tireoide também provocam o crescimento ósseo por estimulação dos osteoblastos. Além disso, o hormônio insulina do pâncreas promove o crescimento ósseo pelo aumento da síntese de proteínas ósseas. HORMÔNIOS NA IDADE JOVEM E ADULTA Na puberdade, a secreção de hormônios conhecidos como hormônios sexuais causa um efeito profundo sobre o crescimento ósseo. Os hormônios sexuais englobam os estrogênios (produzidos pelos ovários) e androgênios como a testosterona (produzido pelos testículos). Embora as mulheres apresentem níveis muito mais elevados de estrogênios e os homens níveis mais altos de androgênios, as mulheres também apresentam baixos níveis de androgênios e os homens baixos níveis de estrogênios. As glândulas suprarrenais de ambos os sexos produzem androgênios. Outros tecidos, como o tecido adiposo, conseguem converter androgênios em estrogênios. Esses hormônios são responsáveis pela intensificação da atividade dos osteoblastos, pela síntese de matriz extracelular óssea e pelo “estirão de crescimento” que ocorre durante a adolescência. Os estrogênios também promovem alterações no esqueleto típicas das mulheres, como alargamento da pelve. Por fim, os hormônios sexuais, sobretudo os estrogênios nos dois sexos, cessam o crescimento nas lâminas epifisiais (de crescimento), interrompendo o alongamento dos ossos. Em geral, o crescimento em comprimento dos ossos termina mais cedo nas mulheres do que nos homes devido aos níveis mais elevados de estrogênios. Durante a idade adulta, os hormônios sexuais contribuem para a remodelação óssea retardando Ana Victória Ribeiro Barbosa – M7 a reabsorção de osso antigo e promovendo o depósito de osso novo. A apoptose (morte programada) dos osteoclastos é uma maneira pela qual os estrogênios retardam a reabsorção. O paratormônio, calcitriol (formaativa da vitamina D) e calcitonina são outros hormônios que podem afetar a remodelação óssea. Exercícios com sustentação do peso do próprio corpo moderados mantêm tensão suficiente sobre os ossos para aumentar e manter sua densidade. FUNÇÃO DO OSSO NA HOMEOSTASIA DO CÁLCIO Os ossos são o principal reservatório de cálcio do corpo, armazenando 99% do cálcio corporal total. Controlar as taxas de reabsorção de cálcio do osso para o sangue e de depósito de cálcio do sangue no osso é uma maneira de manter o nível de cálcio sanguíneo. Tanto as células nervosas quanto as musculares dependem de um nível estável de íons cálcio (Ca 2+ ) no líquido extracelular para funcionar de maneira adequada. A coagulação sanguínea também requer Ca 2+ . Ademais, muitas enzimas precisam de Ca 2+ como cofator (uma substância extra necessária para que uma reação enzimática ocorra). Por isso, o nível plasmático de Ca 2+ é muito bem regulado entre 9 e 11 mg/100 mℓ. Mesmo pequenas variações na concentração de Ca 2+ fora dessa faixa podem ser fatais –parada cardíaca se a concentração estiver muito elevada, assim como parada respiratória se o nível cair muito. A função do osso na homeostasia do cálcio é ajudar a “tamponar” o nível de Ca 2+ sanguíneo, liberando Ca 2+ no plasma sanguíneo (usando os osteoclastos) quando o nível diminui e absorvendo Ca 2+ (usando os osteoblastos) quando o nível aumenta. A troca de Ca 2+ é regulada por hormônios, sendo o paratormônio (PTH), secretado pelas glândulas paratireoides o mais importante deles. Esse hormônio aumenta o nível de Ca 2+ sanguíneo. A secreção de PTH opera via sistema de retroalimentação (feedback) negativa. Se algum estímulo faz com que o nível sanguíneo de Ca 2+ caia, as células da glândula paratireoide (receptores) detectam essa alteração e intensificam sua produção de uma molécula conhecida como monofosfato de adenosina cíclico (AMP cíclico). O gene para o PTH no núcleo de uma célula da glândula paratireoide (o centro de controle) detecta o aumento intracelular do AMP cíclico. Em consequência disso, a síntese de PTH aumenta e mais PTH é liberado no sangue. A presença de níveis mais elevados de PTH aumenta a quantidade e a atividade dos osteoclastos (efetores), acelerando o ritmo de reabsorção óssea. A liberação resultante de Ca 2+ do osso para o sangue trás de volta o nível sanguíneo de Ca 2+ ao normal. O PTH também atua nos rins (efetores) para diminuir a perda de Ca 2+ pela urina, aumentando a calcemia. Além disso, o PTH estimula a formação de calcitriol (a forma ativa da vitamina D), um hormônio que promove a absorção de cálcio dos alimentos do sistema digestório para o sangue. Essas duas ações também ajudam a elevar o nível de Ca 2+ do sangue. Um outro hormônio atua para diminuir o nível de Ca 2+ sanguíneo. Quando o Ca 2+ do sangue sobe acima do normal, células parafoliculares na glândula tireoide secretam calcitonina (CT). A CT inibe a atividade dos osteoclastos, intensifica a captação de Ca 2+ sanguíneo pelo osso e acelera a deposição de Ca 2+ nos ossos. O resultado final é que a CT promove a formação óssea e diminui o nível de Ca 2+ do sangue. Apesar desses efeitos, a função da CT na homeostasia do cálcio normal é incerta, pois pode estar completamente ausente sem causar sintomas. Todavia, a calcitonina proveniente do salmão é efetiva no tratamento da osteoporose porque retarda a reabsorção óssea. Ana Victória Ribeiro Barbosa – M7 EXERCÍCIO E TECIDO ÓSSEO Dentro de um certo limite, o tecido ósseo possui a capacidade de alterar sua resistência em resposta a alterações de estresse mecânico. Quando submetido à tensão, o tecido ósseo se torna mais forte pelo aumento da deposição de sais minerais e da produção de fibras de colágeno pelos Ana Victória Ribeiro Barbosa – M7 osteoblastos. Sem a tensão mecânica, o osso não se remodela normalmente porque a reabsorção óssea ocorre de maneira mais rápida que a formação óssea. Pesquisas mostram que tensões intermitentes de alto impacto influenciam mais fortemente a deposição óssea do que tensões constantes de baixo impacto. Portanto, correr e saltar estimula mais a remodelação óssea do que andar. Os principais estresses mecânicos aplicados ao osso são aqueles que resultam da contração dos músculos esqueléticos e da gravidade. Se uma pessoa se encontra acamada ou engessada em decorrência de uma fratura óssea, a resistência do osso não submetido à tensão diminui devido à perda de minerais ósseos e à redução da quantidade de fibras de colágeno. Astronautas submetidos à microgravidade do espaço também perdem massa óssea. Nos dois casos, a perda óssea pode ser drástica – por volta de 1% por semana. Em contraste, os ossos de atletas, que são altamente e repetidamente submetidos à tensão, tornam-se bem mais espessos e mais fortes do que aqueles de não atletas ou astronautas. Atividades de sustentação de peso, como caminhadas ou levantamento de peso moderado, ajudam a formar e reter massa óssea. Adolescentes e adultos jovens devem praticar exercícios regulares de sustentação do peso antes do fechamento das lâminas epifisiais para ajudar na formação da massa total antes da redução inevitável com o envelhecimento. Entretanto, pessoas de todas as idades podem e devem fortalecer seus ossos praticando atividades com sustentação de peso. ENVELHECIMENTO E TECIDO ÓSSEO Desde o nascimento até a adolescência, mais tecido ósseo é produzido do que perdido durante a remodelação óssea. Em adultos jovens, as taxas de deposição e reabsorção óssea são mais ou menos as mesmas. Com o declínio do nível dos hormônios sexuais na meia-idade, especialmente depois da menopausa, ocorre diminuição da massa óssea porque a reabsorção óssea realizada pelos osteoclastos ultrapassa a deposição óssea feita pelos osteoblastos. Na velhice, a perda óssea por reabsorção ocorre mais rápido do que o ganho. Uma vez que os ossos das mulheres geralmente são menores e menos compactos do que os dos homens, a perda de massa óssea nos idosos tipicamente exerce um efeito adverso maior sobre as mulheres. Esses fatores contribuem para a incidência mais elevada de osteoporose em mulheres. O envelhecimento exerce dois grandes efeitos sobre o tecido ósseo: perda de massa óssea e fragilidade. A perda de massa óssea resulta da desmineralização, que consiste na perda de cálcio e outros minerais da matriz óssea extracelular. Essa perda normalmente começa depois dos 30 anos nas mulheres, acelera bastante por volta dos 45 anos com a diminuição dos níveis de estrogênio e persiste, com cerca de 30% do cálcio dos ossos perdidos por volta dos 70 anos. Uma vez iniciada a perda óssea na mulher, cerca de 8% da massa óssea é perdida a cada 10 anos. Nos homens, em geral, a perda de cálcio não começa antes dos 60 anos de idade e cerca de 3% de massa óssea é perdida a cada 10 anos. A perda de cálcio dos ossos é um dos problemas na osteoporose. O segundo grande efeito do envelhecimento sobre o sistema esquelético, a fragilidade, decorre de uma taxa mais baixa. da síntese de proteína. Lembre-se de que a parte orgânica da matriz extracelular óssea, sobretudo as fibras de colágeno, confere ao osso sua resistência à tração. A perda da resistência à tração faz com que os ossos se tornem muito frágeis e suscetíveis à fratura. Em algumas pessoas idosas, a síntese de fibras de colágeno é mais lenta, em parte devido à produção menor do hormônio de crescimento. Além do aumento da suscetibilidade a fraturas, a perda de massa óssea também ocasiona deformidade, dor, diminuição da altura e perda dos dentes.