OSTEOGÊNESE (Tortora)

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OSTEOGÊNESE
DEFINIÇÃO
O processo pelo qual o osso se forma é chamado
ossificação ou osteogênese.
A formação óssea ocorre em quatro situações
principais:
1. Na formação inicial dos ossos no embrião
e feto
2. No crescimento dos ossos durante a
infância e adolescência até chegar ao
tamanho adulto
3. Na remodelação do osso (substituição de
tecido ósseo velho por novo ao longo da
vida)
4. No reparo de fraturas que acontecem ao
longo da vida.
FORMAÇÃO ÓSSEA INICIAL NO EMBRIÃO E NO
FETO
Primeiramente, vamos considerar a formação
óssea inicial no embrião e no feto. O “esqueleto”
embrionário, composto, em princípio, por
mesênquima na forma geral de ossos, é o local
onde a formação de cartilagem e a ossificação
ocorrem durante a sexta semana do
desenvolvimento embrionário.
A formação óssea segue um de dois padrões.
Os dois padrões de formação óssea, que envolvem
a substituição de um tecido conjuntivo
preexistente por osso, não produzem diferenças
na estrutura dos ossos maduros, e são
simplesmente métodos diferentes de
desenvolvimento ósseo.
- No primeiro tipo de ossificação, chamado
ossificação intramembranosa, o osso se
forma diretamente dentro do
mesênquima, o qual é disposto em
camadas finas como folhas de papel que
lembram membranas.
Origem: mesênquima.
- No segundo tipo, ossificação
endocondral, o osso se forma dentro da
cartilagem hialina que se desenvolve a
partir do mesênquima.
Origem: cartilagem hialina.
OSSIFICAÇÃO INTRAMEMBRANOSA
A ossificação intramembranosa é o mais simples
dos dois métodos de formação óssea. Os ossos
planos do crânio, a maioria dos ossos faciais, a
mandíbula e a parte medial da clavícula são
formados dessa maneira.
Além disso, os fontículos (moleiras) que ajudam o
crânio fetal a passar pelo canal vaginal endurecem
posteriormente à medida que vão sofrendo
ossificação intramembranosa, que ocorre da
seguinte maneira:
1. Desenvolvimento do centro de
ossificação.
No local em que o osso vai se desenvolver,
mensagens químicas específicas fazem com que
as células do mesênquima se agrupem e se
diferenciem, primeiramente em células
osteogênicas e, depois, em osteoblastos. O local
dessa aglomeração é chamado centro de
ossificação. Os osteoblastos secretam a matriz
extracelular orgânica do osso até ficarem
circundados por ela.
2. Calcificação.
Em seguida, a secreção de matriz extracelular
cessa e as células, agora chamadas osteócitos,
encontram-se nas lacunas e estendem seus
processos citoplasmáticos estreitos pelos
canalículos que irradiam para todas as direções.
Em poucos dias, cálcio e outros sais minerais são
depositados e a matriz extracelular endurece ou
calcifica (calcificação).
3. Formação das trabéculas.
Conforme a matriz extracelular óssea vai se
formando, ela se desenvolve em trabéculas que se
fundem umas com as outras para formar osso
esponjoso ao redor da rede de vasos sanguíneos
no tecido. O tecido conjuntivo associado aos vasos
sanguíneos nas trabéculas se diferencia em
medula óssea vermelha.
4. Desenvolvimento do periósteo.
Junto com a formação das trabéculas, o
mesênquima se condensa na periferia do osso e se
transforma em periósteo. Por fim, uma fina
camada de osso compacto substitui as camadas
superficiais do osso esponjoso, porém o osso
esponjoso permanece no centro. Muito do osso
recém-formado é remodelado (destruído e
reformado) pelas transformações que o osso sofre
para chegar a seu tamanho e forma adultos
OSSIFICAÇÃO ENDOCONDRAL
A substituição da cartilagem por osso é chamada
ossificação endocondral.
CARTILAGEM >>> OSSO
Embora a maioria dos ossos do corpo seja
formada dessa maneira, o processo é observado
melhor no osso longo, ocorrendo da seguinte
maneira:
1. Desenvolvimento do modelo de
cartilagem.
No local onde o osso será formado, mensagens
químicas específicas fazem com que células no
mesênquima se aglomerem no formato do futuro
osso e, em seguida, se desenvolvam em
condroblastos. Os condroblastos secretam matriz
extracelular cartilaginosa, produzindo um
modelo de cartilagem que consiste em cartilagem
hialina. Uma cobertura chamada pericôndrio se
desenvolve em torno do modelo de cartilagem.
Condroblasto = cartilagem
2. Crescimento do modelo de cartilagem.
Quando os condroblastos se encontram
profundamente imersos na matriz extracelular
cartilaginosa, eles passam a ser chamados
condrócitos. O comprimento do modelo de
cartilagem cresce pela divisão celular contínua
dos condrócitos, acompanhada por mais secreção
de matriz extracelular cartilaginosa. Este tipo de
crescimento cartilaginoso, chamado crescimento
intersticial (endógeno) (crescimento a partir de
dentro), resulta em crescimento em
comprimento. Em contraste, o crescimento da
cartilagem em espessura decorre principalmente
pelo depósito de material de matriz extracelular
na superfície cartilaginosa do modelo por novos
condroblastos que se desenvolvem a partir do
pericôndrio. Esse processo é chamado
crescimento por aposição (exógeno), o que quer
dizer crescimento na superfície externa.
Com o crescimento do modelo de cartilagem, os
condrócitos na sua região média hipertrofiam
(aumentam de tamanho) e a matriz extracelular
cartilaginosa circundante começa a calcificar. Os
outros condrócitos dentro da cartilagem em
calcificação morrem porque os nutrientes não
podem mais ser difundidos com rapidez suficiente
pela matriz extracelular. Os espaços deixados
pelos condrócitos mortos formam pequenas
cavidades chamadas lacunas.
3. Desenvolvimento do centro de
ossificação primário.
A ossificação primária ocorre para dentro, a partir
da superfície externa do osso. Uma artéria nutrícia
penetra no pericôndrio e no modelo de cartilagem
em calcificação por um forame nutrício na região
média do modelo cartilaginoso, estimulando as
células osteoprogenitoras no pericôndrio a se
diferenciarem em osteoblastos. Uma vez que o
pericôndrio começa a formar osso, passa a ser
chamado periósteo. Próximo ao meio do modelo,
capilares periosteais crescem pela cartilagem
calcificada em desintegração, induzindo o
crescimento do centro de ossificação primário,
que consiste em uma região onde tecido ósseo vai
substituir a maioria da cartilagem. Em seguida, os
osteoblastos começam a depositar matriz
extracelular óssea sobre os remanescentes da
cartilagem calcificada, formando trabéculas de
osso esponjoso. A ossificação primária se espalha
a partir dessa localização central em direção às
duas extremidades do modelo cartilaginoso.
4. Desenvolvimento da cavidade medular.
Enquanto o centro de ossificação primário cresce
em sentido às extremidades ósseas, os
osteoclastos degradam parte das recém-formadas
trabéculas de osso esponjoso. Essa atividade deixa
na diáfise uma cavidade, a cavidade medular. Por
fim, grande parte das paredes da diáfise é
substituída por osso compacto.
5. Desenvolvimento dos centros de
ossificação secundários.
Quando ramos da artéria epifisial penetram na
epífise, são desenvolvidos centros de ossificação
secundários, em geral próximo ao momento do
nascimento. A formação óssea é similar àquela
que ocorre nos centros de ossificação primários.
Entretanto, nos centros de ossificação
secundários, o osso esponjoso permanece no
interior das epífises (não ocorre formação de
cavidades medulares). Em contraste à ossificação
primária, a ossificação secundária procede para
fora, a partir do centro da epífise, em sentido à
superfície externa do osso.
6. Formação da cartilagem articular e da
lâmina epifisial (de crescimento).
A cartilagem hialina que reveste as epífises se
torna a cartilagem articular. Antes da idade
adulta, a cartilagem hialina permanece entre a
diáfise e as epífises como lâmina epifisial (de
crescimento), região responsável pelo
crescimento em comprimento dos ossos longos, o
que será abordado em um momento posterior
CRESCIMENTO ÓSSEO DURANTE A INFÂNCIA E
ADOLESCÊNCIA
Durante a infância e a adolescência, a espessura
dos ossos por todo o corpo aumenta por
crescimento por aposição e o comprimento dos
ossos longos por meio da adição de material ósseo
no lado diafisário da lâmina epifisialpor
crescimento intersticial.
CRESCIMENTO EM COMPRIMENTO
O crescimento em comprimento dos ossos longos
envolve dois eventos:
(1) O crescimento intersticial da cartilagem
no lado epifisário da lâmina epifisial
(2) E a substituição da cartilagem no lado
diafisário da lâmina epifisial por osso na
ossificação endocondral.
Para entender como o comprimento de um osso
cresce, é preciso conhecer alguns detalhes da
estrutura da lâmina epifisial. A lâmina epifisial
(de crescimento) é uma camada de cartilagem
hialina na metáfise de um osso em crescimento
que consiste em quatro zonas:
1. Zona de cartilagem em repouso.
Camada mais próxima da epífise que consiste em
pequenos condrócitos espalhados. O termo
“repouso” é usado porque as células não atuam
no crescimento ósseo. Em lugar disso, elas
prendem a lâmina epifisial à epífise do osso.
2. Zona de cartilagem em proliferação.
Os condrócitos discretamente maiores nessa zona
estão distribuídos como pilhas de moedas. Esses
condrócitos sofrem crescimento intersticial
conforme vão se dividindo e secretando matriz
extracelular. Os condrócitos nessa zona se
dividem para substituir aqueles que morrem no
lado diafisário da lâmina epifisial.
3. Zona de cartilagem hipertrófica.
Essa camada consiste em condrócitos grandes em
amadurecimento distribuídos em colunas.
4. Zona de cartilagem calcificada.
A zona final da lâmina epifisial tem a espessura de
algumas células apenas e consiste,
principalmente, em condrócitos mortos, pois a
matriz extracelular circunjacente calcificou. Os
osteoclastos dissolvem a cartilagem calcificada e
os osteoblastos e capilares da diáfise invadem a
área. Os osteoblastos formam matriz extracelular
óssea, substituindo a cartilagem calcificada por
meio do processo de ossificação endocondral. Não
se pode esquecer que ossificação endocondral é a
substituição da cartilagem por osso. Em
consequência disso, a zona de cartilagem
calcificada se torna a “nova diáfise” firmemente
cimentada ao resto da diáfise do osso.
A atividade da lâmina epifisial é a única maneira
pela qual a diáfise consegue crescer em
comprimento. Conforme o osso cresce,
condrócitos proliferam no lado epifisário da
lâmina. Novos condrócitos substituem os antigos,
os quais são destruídos por calcificação. Assim, a
cartilagem é substituída por osso no lado
diafisário da lâmina. Dessa maneira, a espessura
da lâmina epifisial permanece relativamente
constante, porém o osso no lado diafisário cresce
em comprimento (Figura 6.7C). Se uma fratura
óssea danifica a lâmina epifisial, o osso fraturado
pode ficar mais curto que o normal ao chegar à
estatura adulta. Isso porque o dano à cartilagem,
que é avascular, acelera a ossificação da lâmina
epifisial devido à interrupção da divisão das
células de cartilagem, inibindo, desse modo, o
crescimento em comprimento do osso.
Quando a adolescência chega ao fim (por volta dos
18 anos nas meninas e 21 nos meninos), as
lâminas epifisiais se ossificam; isto é, as células
da cartilagem epifisial param de se dividir e osso
substitui toda a cartilagem restante. A lâmina
epifisial desaparece, deixando uma estrutura
óssea chamada linha epifisial. Com o surgimento
da linha epifisial, o crescimento ósseo em
comprimento cessa por completo.
A ossificação da lâmina epifisial é um processo
gradual e a determinação do seu estágio é útil na
determinação da idade óssea, prevendo a altura
adulta e estabelecendo a idade na hora da morte
pelo esqueleto restante, especialmente de
lactentes, crianças e adolescentes. Por exemplo,
uma lâmina epifisial em atividade indica uma
pessoa mais jovem, enquanto uma lâmina
epifisial parcial ou completamente ossificada
indica uma pessoa mais velha. Além disso, não
podemos esquecer que a ossificação da lâmina
epifisial, em média, ocorre 1 ou 2 anos antes nas
mulheres.
CRESCIMENTO EM ESPESSURA
Assim como a cartilagem, a espessura (diâmetro)
do osso pode aumentar apenas por crescimento
por aposição:
1. Na superfície óssea, células periosteais se
diferenciam em osteoblastos, que
secretam fibras colágenas e outras
moléculas orgânicas que formam matriz
extracelular óssea. Os osteoblastos ficam
rodeados por matriz extracelular e
passam a ser osteócitos. Esse processo
forma elevações ósseas nos dois lados de
um vaso sanguíneo periosteal. As
elevações lentamente crescem e criam um
sulco para o vaso sanguíneo periosteal.
2. Por fim, as elevações se dobram e se
fundem, e o sulco torna-se um túnel que
encerra o vaso sanguíneo. Agora, o
periósteo anterior é o endósteo que
reveste o túnel.
3. Os osteoblastos no endósteo depositam
matriz extracelular óssea, formando
novas lamelas concêntricas. A formação
de lamelas concêntricas adicionais ocorre
para dentro, no sentido do vaso
sanguíneo periosteal. Dessa maneira, o
túnel se completa e um novo ósteon é
criado.
4. Ao mesmo tempo que o ósteon está sendo
formado, os osteoblastos debaixo do
periósteo depositam novas lamelas
circunferenciais, aumentando ainda mais
a espessura do osso. Com mais vasos
sanguíneos periosteais sendo encerrados
como na etapa , o processo de
crescimento continua.
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.
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.
1. 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.
2. 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
gastrointestinal para o sangue. As vitaminas K e
B12 também são necessárias para a síntese de
proteínas ósseas.
3. 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 (ver Seção
18.6). 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 (ver Seção 18.6).
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.
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 homens devido aos
níveis mais elevados de estrogênios.
Durante a idade adulta, os hormônios sexuais
contribuem para a remodelação óssea retardando
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. Como
veremos brevemente, o paratormônio, calcitriol
(forma ativa 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.