APG 11- Histologia e Bioquímica do osso

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APG 11: HISTOLOGIA E BIOQUÍMICA ÓSSEA Carlos Eugênio
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1. Estudar as estruturas histológicas do osso
2. Analisar os componentes bioquímicos e suas funções na estrutura óssea 
3. Entender como ocorre o processo de remodelação óssea.
histologia do osso
· O tecido ósseo é o componente principal do esqueleto, serve de suporte para os tecidos moles, protege órgãos vitais, aloja e protege a medula óssea (formadora das células do sangue), proporciona apoio aos músculos esqueléticos, transformando suas contrações em movimentos úteis, e constitui um sistema de alavancas que amplia as forças geradas na contração muscular.
· Além disso, funciona como depósito de cálcio, fosfato e outros íons, armazenando-os ou liberando-os de maneira controlada, para a manutenção da concentração nos líquidos corporais.
componentes macroscópicos
· A estrutura óssea macroscópica pode ser analisada considerando as partes de um osso longo (apresenta comprimento maior que a largura), sendo composto pelas seguintes partes: 
- Diáfise: compõe o corpo ósseo (parte longa, cilíndrica e principal).
- Epífises: são as extremidades proximal e distal do osso. 
- Metáfises: são as regiões entre a diáfise e as epífises. 
· No osso em crescimento, cada metáfise contém uma lâmina epifisial (de crescimento), formada por cartilagem hialina que possibilita que a diáfise do osso cresça em comprimento
· Quando o comprimento de um osso para de crescer por volta dos 14 aos 24 anos, a cartilagem na lâmina epifisial é substituída por osso (linha epifisial).
- Cartilagem articular: fina camada de cartilagem hialina que recobre a parte da epífise onde o osso se articula com outro osso, a fim de reduzir o atrito e absorve o choque nas articulações livremente móveis. 
· Uma vez que a cartilagem articular não apresenta pericôndrio nem vasos sanguíneos, o reparo de lesões é limitado. 
- Periósteo: bainha de tecido conjuntivo resistente que reveste a superfície óssea não recoberta por cartilagem articular. É composto por uma lâmina fibrosa externa de tecido conjuntivo denso não modelado e uma lâmina osteogênica interna composta de células, que permitem que o osso cresça em espessura.
· O periósteo protege o osso, auxilia no reparo de fraturas, ajuda na nutrição do tecido ósseo e serve de ponto de fixação para ligamentos e tendões. 
· O periósteo é fixado ao osso subjacente por fibras perfurantes (de Sharpey), feixes espessos de colágeno que se estendem do periósteo até a matriz extracelular óssea. 
- Cavidade medular: espaço oco e cilíndrico na diáfise que contém a medula óssea amarela adiposa e numerosos vasos sanguíneos em adultos. Essa cavidade minimiza o peso do osso porque reduz o material ósseo compacto onde é menos necessário.
- Endósteo: fina membrana que reveste a cavidade medular. Contém uma única camada de células formadoras de osso e pouco tecido conjuntivo.
componentes microscópicos
· O osso (tecido ósseo) é um tipo especializado de tecido conjuntivo formado por matriz extracelular abundante entre células bem separadas. 
- A matriz extracelular (MEC) é formada por cerca de 15% de água, 30% de fibras colágenas e 55% de sais minerais cristalizados, sendo o fosfato de cálcio [Ca3(PO4)2] o mais encontrado, que combina com 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 pelos osteoblastos (células formadoras de osso). 
- Os sais minerais começam a cristalizar primeiro nos espaços microscópicos entre as fibras de colágeno e depois se acumulam ao redor das fibras de colágeno. A combinação de sais cristalizados e 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. 
· Quatro tipos de células são encontrados no tecido ósseo: 
- Células osteogênicas (osteoprogenitoras): 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, que formam os 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, que sintetizam e secretam fibras de colágeno e outros componentes orgânicos (proteoglicanos e glicoproteínas) necessários para formar a MEC do tecido ósseo e iniciam a calcificação. São recobertos por matriz extracelular, tornando-se aprisionados em suas secreções e transformam-se em osteócitos.
· São capazes de concentrar fosfato de cálcio, participando da mineralização da matriz.
- Osteócitos: 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. Não sofrem divisão celular.
· Encontradas no interior da matriz óssea, ocupando as lacunas das quais partem canalículos.
· São essenciais para a manutenção da matriz óssea. Sua morte é seguida por reabsorção da matriz.
- Osteoclastos: são células enormes derivadas da fusão de cerca de 50 monócitos, que se concentram no endósteo. No lado da célula em contato com a superfície óssea, a membrana plasmática apresenta dobras profundas (borda pregueada), onde a célula libera ácidos e enzimas lisossômicas que digerem os componentes minerais e proteicos da MEC óssea subjacente (reabsorção), sendo parte do desenvolvimento, da manutenção e do reparo ósseos. 
· Em resposta a certos hormônios, os osteoclastos ajudam a regular o nível sanguíneo de cálcio.
· As porções dilatadas dos osteoclastos encontram-se em áreas de reabsorção de tecido.
matriz óssea
· A parte inorgânica representa cerca de 50% do peso da matriz óssea. Os íons mais encontrados são o fosfato e o cálcio.
- Cristais formados pelo cálcio e o fósforo têm a estrutura da hidroxiapatita. Os íons da superfície do cristal de hidroxiapatita são hidratados, existindo, portanto, uma camada de água e íons em volta do cristal. 
- Essa camada é denominada capa de hidratação, e facilita a troca de íons entre o cristal e o líquido intersticial.
· A parte orgânica da matriz é formada por fibras colágenas (95%) constituídas de colágeno do tipo I e por pequena quantidade de proteoglicanos e glicoproteínas. 
- A associação de hidroxiapatita a fibras colágenas é responsável pela rigidez e resistência do tecido ósseo.
· Os ossos não são completamente compactos e apresentam espaços entre suas células e os componentes da MEC, onde servem de canais para vasos sanguíneos que suprem as células ósseas com nutrientes ou armazenamento da medula óssea vermelha.
· O tamanho e a distribuição dos espaços podem classificar os ossos em compactos ou esponjosos.
tecido ósseo compacto
· Apresenta poucos espaços e é a forma mais resistente do tecido ósseo.
· É encontrado abaixo do periósteo de todos os ossos e constitui a maior parte das diáfises dos ossos longos.
· Oferece proteção e suporte, além de resistir aos estresses produzidos pelo peso e movimento.
· É composto por unidades estruturais repetidas (ósteons ou sistemas de Havers).
- Cada ósteon é constituído por lamelas concêntricas (lâminas circulares de matriz extracelular mineralizada) que circundam uma pequena rede de vasos sanguíneos e nervos localizada no canal central (de Havers).
- Entre as lamelas concêntricas, são encontrados pequenas lacunas, contendo osteócitos. 
- Os canalículos cheios de LEC irradiam para todas as direções a partir das lacunas, onde são encontrados finos processos digitiformes dos osteócitos. 
- Os osteócitosvizinhos se comunicam por junções comunicantes e canalículos conectam as lacunas umas às outras e aos canais centrais, formando um complexo sistema que oferece muitas rotas para os nutrientes e oxigênio chegarem aos osteócitos.
· Áreas entre os ósteons vizinhos contêm lamelas intersticiais, as quais apresentam lacunas com osteócitos e canalículos.
· Os vasos sanguíneos e nervos do periósteo penetram no osso compacto pelos canais perfurantes transversos (de Volkmann). 
- Os vasos e nervos dos canais perfurantes se conectam àqueles da cavidade medular, do periósteo e dos canais centrais.
tecido ósseo esponjoso
· Também chamado de Tecido ósseo reticular ou trabecular, ele não contém ósteons.
· Está localizado no interior do osso, protegido por uma camada de osso compacto.
· Consiste em lamelas dispostas em padrão irregular de finas colunas (trabéculas).
- Os espaços entre as trabéculas são preenchidos por medula óssea vermelha, nos ossos que produzem células sanguíneas e por medula óssea amarela (tecido adiposo) em outros ossos.
- As medulas possuem numerosos vasos sanguíneos que fornecem nutrição aos osteócitos.
· Compõe a maior parte do tecido ósseo interno dos ossos curtos. Nos ossos longos, ele constitui o cerne (interior) da epífise abaixo da fina camada de osso compacto.
- O osso esponjoso é sempre recoberto pelo osso compacto, para efeito de proteção.
· As trabéculas são precisamente orientadas ao longo das linhas de tensão, o que auxilia na resistência contra estresse muscular e a transferência de força sem a quebra.
- Tende a se localizar onde os ossos não são fortemente tensionados ou onde os estresses são aplicados a partir de muitas direções.
diferença entre os tecidos ósseos esponjoso e o compacto
· O tecido ósseo esponjoso é leve, o que reduz o peso geral do osso, o que possibilita a movimentação mais ágil quando o osso é tracionado pelo músculo esquelético.
· As trabéculas do tecido ósseo esponjoso suportam e protegem a medula óssea vermelha.
- Ossos do quadril, costelas, esterno, vértebras e nas extremidades proximais do úmero e fêmur é onde a medula óssea vermelha é armazenada e, portanto, local onde ocorre a hematopoese.
classificação histológica óssea
· Histologicamente existem dois tipos de tecido ósseo: imaturo (primário) e o maduro (secundário ou lamelar) 
· Os dois tipos contêm as mesmas células e os mesmos constituintes da matriz. 
tecido ósseo primário
· É o que aparece primeiro, tanto no desenvolvimento embrionário como na reparação das fraturas, sendo temporário e substituído por tecido secundário.
- No adulto, é muito pouco frequente, persistindo apenas próximo às suturas dos ossos do crânio, nos alvéolos dentários e em pontos de inserção de tendão. 
· No tecido ósseo primário, as fibras colágenas se dispõem irregularmente, sem orientação definida, tem menor quantidade de minerais e maior proporção de osteócitos.
tecido ósseo secundário
· Variedade geralmente encontrada em adultos.
· Sua principal característica é conter fibras colágenas organizadas em lamelas, que ficam paralelas umas às outras ou dispõem-se em camadas concêntricas em torno de canais vasculares, formando os sistemas de Havers.
componentes bioquímicos
· Muitas funções celulares dependem do controle rigoroso da concentração extracelular de cálcio, como a transmissão neural, a secreção celular, a contração de células musculares, a proliferação celular, a permeabilidade das membranas celulares, a coagulação sanguínea e a mineralização óssea. 
· O osso é responsável pela homeostasia mineral (armazenamento e liberação), no qual possui diversos minerais, especialmente cálcio e fósforo.
HOMEOSTASE DO CÁLCIO
· Os ossos são o principal reservatório de cálcio do corpo, armazenando 99% do cálcio corporal total. 
- Controla as taxas de reabsorção de cálcio do osso para o sangue e de depósito de cálcio do sangue no osso. 
· Tanto as células nervosas quanto as musculares dependem de um nível estável de cálcio (Ca 2+) no LEC para funcionar de maneira adequada. 
- A coagulação sanguínea também requer Ca2+. Ademais, muitas enzimas precisam de Ca2+ como cofator. Por isso, o nível plasmático de Ca2+ é regulado entre 9 e 11 mg/100 mℓ. 
· A função do osso na homeostasia do cálcio é ajudar a “tamponar” o nível de Ca 2+ sanguíneo, liberando Ca2+ no plasma (osteoclastos) quando o nível diminui e absorvendo Ca2+ (osteoblastos) quando o nível aumenta. 
· A troca de Ca2+ é regulada por hormônios, sendo o paratormônio (PTH) o mais importante. 
- Esse hormônio aumenta o nível de Ca2+ sanguíneo. A secreção de PTH opera via sistema de retroalimentação negativa. 
- Se um estímulo decai o nível sanguíneo de Ca2+, os receptores da glândula paratireoide detectam essa alteração e intensificam sua produção do monofosfato de adenosina cíclico (AMP cíclico). 
- O gene para o PTH no núcleo da célula da glândula paratireoide detecta o aumento intracelular do AMP cíclico. Em consequência disso, a síntese de PTH aumenta, sendo liberado no sangue. O PTH também atua nos rins (efetores) para diminuir a perda de Ca2+ 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. 
· 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 Ca2+ sanguíneo pelo osso e acelera sua deposição.
· O cálcio ionizado é mantido dentro de um limite restrito por meio de um receptor extracelular sensível ao cálcio (CaSR), que está acoplado a uma proteína G e se localiza na superfície das células principais da glândula paratireoide, bem como das células C da glândula tireoide e ao longo dos túbulos renais. Pequenas mudanças nos níveis de cálcio ionizado modulam as funções celulares para manter a normocalcemia.
homeostase do Potássio
· O Potássio combate ácidos (como o oxálico e o fítico) que "roubam" o cálcio dos ossos. Portanto, é importante manter uma alimentação rica nesse mineral para manter uma boa densidade óssea.
- Ingestão de frutas e vegetais pode contrabalançar o excesso de ácidos gerados por dietas hiperprotéicas, como resultado da promoção de bases do K. 
· Segundo Macdonald et al, a ingestão do K de fontes dietéticas pode influenciar positivamente os marcadores de saúde óssea, contribuindo, assim, para redução da osteoporose. 
· Ao mesmo tempo, Rafferty relataram que a ingestão dietética de K poderia reduzir a excreção urinária de Ca2+ e, consequentemente, melhorar seu balanço. 
hmeostase do fósforo
· O Fósforo é regulador da formação óssea e inibidor da reabsorção, contudo, altas quantidades podem ser prejudiciais.
- Elevação no fósforo dietético incrementa sua concentração plasmática, produzindo queda transitória no Ca2+ plasmático ionizado, resultando em elevação da secreção do PTH e, potencialmente, reabsorção óssea.
· Nas proteínas animais, o fósforo é encontrado na forma de fosfato, sendo liberado durante a digestão; em contraste, muito do fosfato vegetal é encontrado na forma de fitato, de difícil digestão e, por isso, pouco fósforo é absorvido.
homeostase do NACL
· O NaCl dietético representa prejuízo em potencial para a manutenção da massa óssea. Com aumento da sua ingestão, observa-se elevação da hipercalciúria. 
· A reabsorção renal de Ca2+ é diretamente proporcional à reabsorção de sódio (Na) e, ao elevar-se o NaCl, a reabsorção fracional de Na+ é diminuída, ocasionando redução paralela na absorção de Ca2+ e prejuízos à manutenção óssea. 
remodelação óssea
· Fratura é qualquer perda da continuidade óssea. Em alguns casos, um osso pode estar fraturado sem haver ruptura visível. 
- A fratura por estresse é uma série de fissuras microscópicas no osso que se forma sem qualquer evidência de lesão em outros tecidos. 
· O reparo de uma fratura óssea envolve as seguintes fases:
- Reativa: os vasos sanguíneosque cruzam a linha da fratura estão rompidos. Com o extravasamento sanguíneo, uma massa de sangue (coagulado) se forma ao redor do local (hematoma de fratura), em geral 6 a 8 hrs após a lesão.
· Células ósseas circunvizinhas morrem
· Os fagócitos e osteoclastos começam a remover o tecido morto ou danificado dentro e ao redor do hematoma da fratura.
- De reparação I: os fibroblastos do periósteo invadem o local fraturado e produzem fibras de colágeno. Além disso, células do periósteo começam a produzir fibrocartilagem nessa região.
· Esses eventos promovem a formação do calo fibrocartilaginoso (mole), que é uma massa de tecido de reparação composta por fibras de colágeno e cartilagem que une as extremidades do osso.
- De reparação II: nas áreas próximas ao tecido ósseo saudável, células osteogênicas se desenvolvem em osteoblastos, os quais começam a produzir trabéculas de osso esponjoso, que unem as porções vivas e mortas dos fragmentos ósseos originais.
· A fibrocartilagem é convertida em osso esponjoso e o calo passa a ser chamado de calo ósseo (duro).
- Remodelação óssea: porções mortas dos fragmentos originais do osso são gradativamente reabsorvidas pelos osteoclastos
· Os ossos se formam antes do nascimento, porém, se renovam de maneira contínua durante a vida.
· A remodelação óssea é a substituição contínua do tecido ósseo antigo por tecido ósseo novo. Pequenas quantidades de cálcio são diariamente trocadas entre o osso e o fluido extracelular.
- Esse processo envolve reabsorção óssea (remoção de minerais e fibras de colágeno do osso pelos osteoclastos) e deposição óssea (adição de minerais e 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.
- Essa troca mantém um equilíbrio relativo de cálcio entre o osso recém-formado e o mais antigo.
- O osso sofre adaptação mecânica constante. O aumento da carga mecânica estimula a formação óssea, e o excesso da atividade dos osteoclastos está associado a diversas doenças, em particular a osteoporose, a artrite reumatoide e a metástase no câncer.
· 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. 
- 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. 
· 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.
· 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 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.
reabsorção óssea
· O receptor RANK e seu ligante RANKL são essenciais para a diferenciação, maturação e regulação dos osteoclastos
- A maturação dos osteoclastos a partir de suas células progenitoras é dirigida por fatores de crescimento, em particular o fator estimulador de colônias de monócitos (M-CSF). Outro fator essencial é a proteína receptora de membrana, chamada receptor ativador do fator nuclear NFκB (RANK). 
- Ele se liga à citocina relacionada com o TNF (reprodução e morte celular), denominada ligante RANK (RANKL).
- A ligação da RANKL ao RANK pode ser diminuída quando este se liga à osteoprotegerina (OPG), uma proteína que também pertence à superfamília dos receptores de TNF. 
- Em conjunto, a RANKL e a OPG controlam a diferenciação e a ativação dos osteoclastos. A RANKL estimula e a OPG inibe a reabsorção óssea.
· O RANK controla o osteoclasto por meio de cascatas de sinalização intracelular e fatores de transcrição.
- Essencialmente, o RANK prepara o osteoclasto para reabsorver o osso. Ele estimula cascatas de sinalização intracelulares que, por sua vez, ativam fatores de transcrição que controlam genes.
- A sinalização intracelular envolve moléculas adaptadoras conhecidas como fatores citoplasmáticos associados a receptores de TNF (TRAFs). Os TRAFs reúnem moléculas sinalizadoras adicionais e ativam vias: 
· Algumas envolvendo o NFκB e a proteína ativadora-1 (AP-1). 
· Outras vias incluem a cinase (transferem energia do ATP para células-alvo) terminal.
- O efeito disso é a ativação de um fator de transcrição, o fator nuclear das células T ativadas-2 (NFAT2). O resultado final é a indução de genes codificantes da fosfatase ácida, que controlam diretamente a reabsorção óssea. 
· A reabsorção óssea pelos osteoclastos libera um conjunto de moléculas: peptídios do colágeno, fragmentos de ligações cruzadas da piridinolina e cálcio da matriz óssea (através da ação de enzimas lisossomais, colagenases e catepsinas).
· O paratormônio (PTH) contribui para a ativação dos osteoclastos 
- O PTH ativa os osteoclastos indiretamente via osteoblastos e calcitonina. 
- Fatores locais como as citocinas interleucina 1 (IL-1) e o fator de necrose tumoral (TNF) também são importantes reguladores dos osteoclastos e atuam por meio de RANKL e OPG.
deposição óssea
· Os osteoblastos são células formadoras de ossos 
- São derivados do mesênquima. Os osteoblastos maduros sintetizam colágeno tipo I, osteocalcina, proteínas de adesão celular (trombospondina, fibronectina, sialoproteína óssea e osteopontina), proteoglicanos e proteínas relacionadas ao crescimento que controlam a mineralização óssea. 
· A função dos osteoblastos é regulada por vários hormônios e fatores de crescimento 
- O PTH liga-se a um receptor específico, estimulando a produção de monofosfato de adenosina cíclico (cAMP), o transporte de íons e aminoácidos e a síntese do colágeno. 
- O calcitriol estimula a síntese de fosfatase alcalina, de proteínas específicas do osso e da matriz e pode diminuir a secreção de osteocalcina. 
- Fatores de crescimento, como o fator estimulador de osteoblastos 1 (OSF-1), TGF-β, fatores de crescimento semelhantes à insulina (IGF-1 e IGF-2) e o fator de crescimento derivado das plaquetas (PDGF) funcionam como reguladores autócrinos da função dos osteoblastos.
REFERÊNCIAS
· BAYNES, John W. Bioquímica Médica. 4º ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2015. Cap. 26
· TORTORA, Gerard J. Princípios de anatomia e fisiologia. 14º ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. Cap. 6
· JUNQUEIRA, Luiz Carlos Uchoa. Histologia básica. 12º ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013. Cap. 8
· MORAIS, Glaucia Queiroz. Impacto dos nutrientes na saúde óssea: novas tendências. Scielo, 2007. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbort/a/Fb3RHfxsb8BZQ5zMtW7Fb9s/?lang=pt. Acesso em 16/03/2022.