biologia e consolidação ossea

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12/02/16 Biologia Óssea
O osso é um tecido conjuntivo especializado, formado por 60% a 70% de cristal inorgânico e 30% a 35% de material orgânico, no qual mais de 90% representam colágeno do tipo 1 . As funções do osso são: hematopoiese, reserva mineral (armazenamento de cálcio e fósforo),equilíbrio ácido-basico(serve como um tampão, absorvendo sais alcalinos) e manutenção da integridade estrutural. Ou seja, dentro da categoria de funções, ele serve para sustentação do peso (tecidos moles, tendões) e proteção de algumas estruturas como o crânio, costelas que protegem por extensão, o coração e os pulmões.
OSSOORGÂNICO (30%): células (2%), matriz(98%)
 
 Vasos,nervos,cels. ósseas Colágeno tipo 1 (95%): garante flexibilidade e resistência.
INORGANICO/MINERAL (70%): hidroxiapatita
 Prover força mecânica ao osso. 
Obs: Ossos também são utilizados na medicina forense para identificação de indivíduos
 PORÇÃO ORGÂNICA: 
OSTEOBLASTO: Caracterizam-se por conter grande quantidade de retículo endoplasmático rugoso e grandes unidades de complexos de Golgi. Estas células secretam proteínas colágenas e não colágenas, proteoglicanos da matriz óssea, metaloproteinases que regulam fatores de crescimento e citocinas que produzem o fator estimulador de colônia um e regulam o desenvolvimento dos osteoclastos à diferenciação de várias células hematopoiéticas. Os osteoblastos são células responsáveis pela formação do tecido ósseo. Sendo assim, os osteoblastos sintetizam os componentes de matriz orgânica e controlam a mineralização dessa matriz. Os osteoblastos estão localizados na superfície óssea, promovendo a deposição da matriz ativa e podem, por fim, se diferenciar em dois tipos de células: células ósseas de recobrimento e osteócitos. As células ósseas de recobrimento são células alongadas que recobrem a superfície do tecido ósseo e não apresentam atividade de síntese. Os osteócitos são células com a forma estrelada que estão aprisionados dentro da matriz óssea mineralizada, mas permanecem em contato com as outras células ósseas por um fino processo celular. Os osteoblastos são células completamente diferenciadas e apresentam capacidade de migração e proliferação. As células precursoras osteogênicas estão presentes na medula óssea, no endósteo e no periósteo que recobrem a superfície óssea. Como a osteogênese está sempre estritamente relacionada ao crescimento de tecido vascular, as células perivasculares, em forma de estrela (pericito), são consideradas as principais células osseoprogenitoras. A diferenciação e o desenvolvimento dos osteoblastos pelas células osseoprogenitoras são dependentes da liberação das proteínas ósseas morfogenéticas (BMP) e fatores de crescimento, como o fator de crescimento de insulina (IGF), fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) e fator de crescimento de fibroblastos (FGF).
OSTEÓCITOSão osteoblastos que ficam aprisionados dentro da matriz durante a mineralização óssea, juntamente com fluido ósseo, fibrilas colágenas não mineralizadas e proteoglicanos. Possui reduzida atividade sintética e secretora, com pouca quantidade de RER e CG, pequeno número de mitocôndrias e lisossomas. Os osteócitos apresentam prolongamentos citoplasmáticos que servem para a irrigação dos osteoblastos, além de mobilizar cálcio e outros íons da matriz óssea e os transporta através dos canalículos para os osteoblastos . Os osteócitos são organizados como sincício e promovem uma ampla área de contato entre as células e a parte não celular do tecido ósseo. Esse arranjo permite aos osteócitos participar na regulação da homeostasia do cálcio sangüíneo e perceber a carga mecânica e transmitir essa informação às outras células dentro do osso.
OSTEOCLASTOSão células especializadas na reabsorção e remodelamento da matriz óssea e originam-se de monócitos hematopoiéticos e macrófagos com pseudópodes. São células multinucleadas que contêm alta concentração de mitocôndrias.Secretam íons de hidrogênio, colagenases e hidrolases. Sua atividade é modulada pela calcitonina e pelo paratormonio. Os fatores reguladores da função dos osteoclastos são: fator estimulador da colônia de monócitos 1 (CFS-1), fator de diferenciação dos osteoclastos (ODF), interleucinas (IL), vitamina D3, fator de necrose tumoral Į (TNF-Į) e partículas ósseas mineralizadas contendo osteocalcina. O fator de diferenciação dos osteoclastos é um membro da superfamília do fator de necrose tumoral e foi denominado recentemente de TNFSF-11, porém possui outras denominações, como TRANCE, RANK-L ou ODF/TNFSF-1111-12.
MATRIZ ÓSSEA A matriz óssea consiste em componentes orgânicos (35%) e inorgânicos (65%). A matriz óssea orgânica contém fibras de colágeno do tipo I (90%); proteoglicanos, enriquecidos em condroitinsulfato, queratansulfatoe ácido hialurônico; e proteínas não colagenosas. O componente inorgânico do osso é representado predominantemente pelos depósitos de fosfato de cálcio com as características cristalinas da hidroxiapatita. Os cristais são distribuídos ao longo do comprimento das fibras colágenas por meio de um processo de associação auxiliado pelas proteínas não colagenosas.
O colágeno do tipo I é a proteína predominante da matriz óssea. No osso lamelar maduro, as fibras colágenas possuem um arranjo altamente organizado com mudanças da sua orientação de acordo com o eixo do canal haversiano nas lamelas concêntricas sucessivas 
As proteínas não colagenosas da matriz incluem osteocalcina, osteopontina e osteonectina, sintetizadas pelos osteoblastos e com propriedades específicas na mineralização do osso.
A síntese da osteocalcina e da osteopontina aumenta após a estimulação com o metabólito ativo da vitamina D, o 1α,25-di-hidroxicolecalciferol. A osteocalcina inibe a função do osteoblasto.
A osteonectina não é um produto exclusivo do osteoblasto e está presente em tecidos que sofrem remodelamento e morfogênese.
A sialoproteína óssea também é um componente da matriz óssea. Como discutiremos a seguir em mais detalhes, a osteoprotegerina, o RANKL e o fator estimulador de colônia de macrófagos são produtos dos osteoblastos necessários para a regulação da diferenciação dos osteoclastos.
PORÇÃO INORGÂNICA/MINERAL A matriz mineral ou inorgânica é formada predominantemente por Ca e P, na forma de cristais de hidroxiapatita, Ca3(PO4)2, constituindo aproximadamente 60 a 70% do peso do osso e sendo responsável pelas propriedades de rigidez e resistência à compressão. Outros minerais também são encontrados, como 13% de carbonato de Ca (CaCO3), e 2% de fosfato de magnésio, Mg(PO4)2 . Estes constituintes minerais do osso são constantemente trocados com os constituintes do plasma.
Anatomia Descritiva
Componentes:
• diáfise: tubo oco, com medula óssea em seu interior;
• metáfise: zona intermediária;
• epífises: junto das metáfises são a transição para osso esponjoso que é um osso trabeculado.
• placa de crescimento: no desenvolvimento, são camadas de cartilagens, que se transformam em osteócitos.
Nos ossos longos, como o fêmur, o corpo ou diáfise consiste em osso compacto formando um cilindro oco com espaço medular central, chamado de cavidade medular.
As extremidades dos ossos longos, chamadas de epífises, consistem em osso esponjoso revestido por uma fina camada de osso compacto. Durante o crescimento do indivíduo, as epífises são separadas da diáfise por uma placa epifisária cartilaginosa, conectada à diáfise por osso esponjoso. Uma delgada região de transição, chamada de metáfise, conecta a epífise e a diáfise. A placa epifisária e o osso esponjoso adjacente representam a zona de crescimento, responsável pelo aumento do crescimento do osso em comprimento.
As superfícies articulares, nas extremidades dos ossos longos, são revestidas por cartilagem hialina, a cartilagem articular. Exceto nas superfícies articulares e nos locais de inserção dos tendões e ligamentos, a maioria dosossos é revestida pelo periósteo, uma camada de tecido conjuntivo especializado com potencial osteogênico.
A cavidade medular da diáfise e os espaços no interior do osso esponjoso são revestidos pelo endósteo, também com potencial osteogênico.
 
Formação do osso:
• repertório genético: NÃO É MUTÁVEL. Limites de crescimento, tamanho do osso,possibilidades de maturação e desenvolvimento e particularidades de cada osso.
• desenvolvimento: É MUTÁVEL, OU SEJA, DEPENDE DE FATORES EXTERNOS (ex: osteotomia para alongamento do osso).Progressivo e irreversível, sequência correta, as células reparadoras seguem o programa do desenvolvimento.
• fatores ambientais: DEPENDE DE FATORES EXTERNOS (ex: má nutrição na infância) fundamentais para as taxas de desenvolvimento, crescimento, maturação e reparo.
Periósteo e Endósteo: camadas de tecido fibroso denso fazem o revestimento do osso.
Função é a manutenção das células ósseas e da consolidação do osso compacto.
• Endósteo fundamental no processo de remodelamento ósseo;
• Periósteo tem papel na conexão do osso com tecidos moles adjacentes, essenciais na reparação das fraturas; importante na cicatrização óssea.
• Fibras de Sharpey: fibras colágenas que ligam os dois ao osso compacto.
Durante o crescimento embrionário e pós-natal, o periósteo consiste em uma camada interna de células formadoras de osso (osteoblastos) em contato direto com o osso. A camada interna é a camada osteogênica. No adulto, o periósteo contém células inativas do tecido conjuntivo que Retêm o seu potencial osteogênico no caso de lesão óssea ou reparo ósseo.
A camada externa é rica em vasos sanguíneos; alguns deles entram nos canais de Volkmann e em espessas fibras Colágenas de ancoragem, chamadas de fibras de Sharpey, que penetram profundamente nas lamelas circunferenciais externas do osso.
O endósteo consiste em células pavimentosas e em fibras do tecido conjuntivo que revestem as paredes esponjosas que abrigam a medula óssea e se estendem para todas as cavidades do osso, incluindo os canais haversianos.
 
Aporte sanguíneo:
• ossos são tecidos vivos (remodelamento diário);
• manter o aporte sanguíneo serve para manutenção dos processos fisiológicos de remodelamento, reabsorção e para reparação óssea;
• apenas aproximadamente 25% do débito cardíaco são direcionados para os ossos;
• poucos fatores interferem a pressão sanguínea do canal medular (choque e fraturas não alteram);
• importante na escolha de estabilização óssea;
O aporte sanguíneo do osso imaturo:
• centro de ossificação primário: principal aporte sanguíneo, penetração de inúmeros vasos;
• centro de ossificação secundário (placas de crescimento): não existe sistema vascular específico, canais de cartilagem, vasos não atravessam a placa, difusão de nutrientes;
• fise: dois suprimentos aferentes, fluxo maior nas áreas de ossificação.
O aporte sanguíneo é derivado de três fontes básicas:
• sistema vascular aferente;
• sistema vascular intermediário do osso compacto;
• e o sistema vascular eferente
Sistema aferente:
• produz sangue arterial e consiste de uma artéria principal, artérias metafisárias e as arteríolas periostais;
• na região das fixações musculares;
• divide em ramos ascendentes e descendentes da artéria medular e geram arteríolas que penetram o endósteo e 2/3 da cortical.
Sistema intermediário:
• intermediários entre os sistemas aferente e eferente;
• malha vascular para as trocas entre sangue e tecidos vizinhos;
• consiste em canais de Havers e Volkmann e minúsculos canalículos;
Sistema Harvesiano:
• sistema de canais nos ossos compactos que fazem a conexão das células e a circulação dentro do próprio osso;
• cada unidade desse sistema é chamada de ósteon;
• cada ósteon é um canalículo formado por lamelas de cálcio e hidroxiapatita que prende os osteócitos.
• entre as lamelas há circulação e, entre os osteócitos há ligação através dos canais de Volkmann.
• osteócito vai sintetizando osso ao seu redor e por fim acaba “preso” dentro do osso, a única forma de “comunicação” é o canal de Volkmann.
CONSOLIDAÇÃO ÓSSEA
A ruptura do aporte sanguineo normal ao osso varia de acordo com a complexidade da fratura. Os componentes vasculares aferentes são estimulados e respondem com hipertrofia, aumentando tanto em diâmetro quanto em numero. Além disso, um novo aporte sanguíneo é desenvolvido, denominado APORTE SANGUÍNEO EXTRA – ÓSSEO DE CONSOLIDAÇÃO DO OSSO, a partir dos tecidos moles imediatamente ao redor.
Ele fornece sangue aos fragmentos ósseos destacados, ao córtex desvitalizado e ao calo periosteal em desenvolvimento. Quando a estabilidade do local da fratura e a continuidade da circulação medular estão estabelecidas, o aporte sanguíneo extra-ósseo regride. 
 OBS: ÚNICO TECIDO QUE AO FINAL DA SUA CICATRIZAÇÃO NÃO SE FORMA UM TECIDO DE FIBROSE E SIM ÓSSEO.
Fases da consolidação:
No momento em que ocorre fratura óssea, existem também danos aos tecidos moles, e um hematoma se forma no local, que contém numerosos mediadores químicos originários do osso propriamente dito e dos tecidos de suporte. Ademais, a coagulação ativa a cascata de complemento, acarretando influxo de células inflamatórias, que, por sua vez, atuam como fonte de interleucinas. Estas, então, culminam com a produção de prostaglandinas e as plaquetas do coágulo são fonte rica de fatores de crescimento, tal qual o fator de crescimento transformador beta. Esses mediadores químicos estimulam a mitose e a diferenciação das células mesenquimais e também angiogenese. 
 Poucos dias após a lesão, ocorre proliferação de células mesenquimais, oriundas do endósteo e periósteo, que invadem o coágulo já formado. Essa proliferação é o resultado de estímulos físicos e biológicos. Também em resposta a mediadores provenientes do coagulo, há invasão de vasos sanguíneos concomitante, que é derivada do canal medular, do periósteo e da irrigação de tecidos moles vizinhos (fonte extra-óssea). Após invadir o coagulo, as células mesenquimais se diferenciam em fibroblastos, condroblastos ou osteoblastos, dependendo do seu local ambiente.
Sob condições ideais de compressão e tensão adequada de oxigênio, as células se tornam osteoblastos e novo osso é produzido rapidamente.Em condições menos ideais de estabilidade e tensão de oxigênio, onde os osteoblastos não sobreviveriam, as células mesenquimais se diferenciam em condroblastos, produzindo cartilagem hialina, a qual se torna calcificada e converte-se em osso, por meio de processo de ossificação endocondral. Quando um tecido está sob tensão(ex: fraturas por avulsão), as células mesenquimais se diferenciam em fibroblastos,que produzem tecido fibroso(é uma situação indesejável, uma vez que esse tecido não proporciona estabilidade,não favorece a invasão de tipos de células mais apropriadas e também não apresentaa habilidade de se calcificar e tornar-se mais estável.
OBS: O PROCESSO INFLAMATORIO E A NEOVASCULARIZAÇÃO, FAZ COM QUE HAJA AUMENTO DO pH, FAVORECENDO A DEPOSIÇÃO DE CALCIO E FOSFATO NO OSSO LESADO.
Formação do calo ósseo
A formação do calo pode ser subdividida quanto a localização em:
Calo medular em ponte: confinado na cavidade medular e com suprimento medular
Calo periosteal em ponte: com suprimento 100% externo.
Calo intercortical em ponte: formação do calo ósseo primário.
 OBS: Periosteal e medular ocorrem simultaneamente para formação do calo ósseo secundário
 Em uma fratura estável, com suprimento sanguíneo adequado, o calo em desenvolvimento é responsável pela estabilização precoce da fratura e resulta em união clinica. O tamanho do calo é diretamente relacionado à estabilidade no foco de fratura. Em um foco instável, a quantidade de calo produzida é maior, na tentativa de espalhar o estresse, naquele local, por meio de mais tecido que absorverá o estresse. Desse modo há a união retardada, em que a transformação do calo de cartilagem em osso é retardada devido a insuficiência de aporte sanguineo dentro das áreas demovimento excessivo.
Com exceção de animais jovens em crescimento, a quantidade de calo é inversamente proporcional ao grau de estabilidade no local da fratura.
Calo ósseo primário X Calo ósseo secundário
Calo ósseo primário (direto): Quando ocorre a consolidação em áreas de contato e de altas forças de compressão, bem como lacunas estáveis e muito pequenas(<0,1mm).Esse tipo de união transpassa as etapas do processo de consolidação óssea, partindo apenas da etapa de remodelamento cortical(ex:. Ocorre quando estabiliza-se uma fratura por meio de uso de uma placa e/ou parafuso compressivos).
Se a redução da fratura é acurada e existe estabilidade ótima, a cicatrização pode suceder sem a formação do calo ósseo externo e é denominada cicatrização direta ou por contato. Uma vez que eliminado o movimento no foco de fratura, não há estímulo para a formação do calo.
Vantagem: Devido à extrema estabilidade dos fragmentos, o osso, como um todo, está apto a ser usado. Isso permite retorno precoce a função do membro durante a cicatrização da fratura e, assim, evitar os problemas relacionados a doença da fratura(isto é, rigidez articular, degeneração muscular, aderências de tecidos moles e osteoporose por desuso).
Desvantagem: Em virtude do processo de remodelamento levar um longo tempo, os implantes utilizados para a estabilização da fratura não podem ser retirados em futuro próximo. Sabe-se que,para a cicatrização de fratura desse tipo, são necessários vários meses e,ao se remover os implantes, antes do tempo ideal, haverá recidiva da fratura.
 Permite deformação de 2% do seu tamanho, mais que isso ela rompe a membrana celular e ocorre morte celular.
 Essa consolidação se restringe às fraturas transversas com placas compressivas (parafusos lags), para evitar ao máximo a distração.
Evolução radiográfica:
• perda gradual da linha de fratura sem presença da formação de calo ósseo;
• em alguns casos formação de pequena zona radiopaca ao redor da fratura;
• evolução variável dependendo da idade e espécie podendo variar de muitos meses até anos para completa consolidação;
Calo ósseo secundário (indireto): Envolve a estabilização de duas extremidades do osso fraturado, uma em relação a outra, sem a redução anatômica de cada fragmento. O local de fratura é deixado o mais intacto possível, para que se evite a retirada desnecessária do hematoma da fratura (com seus valiosos mediadores químicos) e também para minimizar qualquer outro comprometimento vascular na região. Dessa forma, oferecida condição para que a fratura se consolide pela formação de calo, mas em ambiente de estabilidade criado pela união do local da fratura.
Evolução de etapas que aos poucos diminuem a movimentação entre as extremidades ósseas.
 A “consolidação por calo” com formação óssea indireta através de tecidos intermediários no local da fratura é mais freqüentemente observado.
Comum na natureza e o muitas vezes o mais SIMPLES 
Essa consolidação é realizada em diversos traços de fratura, onde não há a compressão interfragmentária.
 Vantagem: facilidade de formação (formação na natureza), permite tratamento atraumáticos, possibilita a micromovimentação (estabilidade relativa);retorno mais rápido da rigidez do osso.
 Desvantagem: sobrecarrega o implante aplicado, sendo assim maior possibilidade da falha de implante.
Fases:
• Inflamação: é importante em termos de indução da formação de calo e perdura até a formação de osso ou cartilagem.
• O hematoma da fratura é substituído por tecido de granulação, consistindo de células inflamatórias, fibroblastos, colágeno e neocapilares.
• Calo mole: a fibrocartilagem substitui o tecido de granulação principalmente na periferia do intervalo interfragmentário e fica até que os fragmentos ósseos estejam unidos por tecido fibroso e/ou cartilaginoso.
• Neste momento os fragmentos ainda estão móveis (por 2 a 3 semanas).
Calo duro: tem início quando as extremidades da fratura são mantidas unidas pelo calo mole viscoso;
• quando os fragmentos estão firmemente unidos com, isto corresponde com a consolidação clinica e radiográfica da fratura.
• Calo Mole + Calo Duro = Reparação.
Calo duro: tem início quando as extremidades da fratura são mantidas unidas pelo calo mole viscoso;
• quando os fragmentos estão firmemente unidos com, isto corresponde com a consolidação clinica e radiográfica da fratura.
• Calo Mole + Calo Duro = Reparação
Fases:
• Remodelagem: os calos periosteal e endosteal são reabsorvidos e o córtex trabecular da região da fratura é remodelado, formando assim o osso harvesiano, com arquitetura normal;
• reconstitui o canal medular;
• corresponde a até 70% da consolidação óssea;
• este procedimento demora anos até seu término.
Evolução radiográfica:
• os primeiros sinais são o remodelamento das bordas da fratura (entre 5 a 7 dias);
• calo periosteal é mais fácil de visibilizar que o endosteal;
• idade do paciente afeta a rapidez de formação de calo, assim como sua aparência (exuberantes);
• a cada 4-6 semanas realizar radiografias para avaliação dos 4 "As".
ALINHAMENTO Essa é basicamente uma avaliação da restauração do osso como um todo. O retorno ao alinhamento normal é necessário para a função eficaz em longo prazo.
APOSIÇÃO Um certo grau de aposição é necessário para a consolidação óssea rotineira, porem esse grau é altamente dependente do tipo de fixação empregado; sendo assim, uma única definição não pode ser utilizada em todas as situações.
APARATO O aparelho de fixação está funcionando como pretendido para manter a estabilidade da fratura até a sua consolidação? Os protocolos aplicáveis ao aparelho foram seguidos? Há evidencias de afrouxamento dos implantes?Há evidencias de falência eminente do implante, como flexão ou afrouxamento do parafuso?
ATIVIDADE Diz respeito a atividade biológica do osso em resposta a fixação utilizada. Para avaliar a atividade, é necessário saber a idade do animal, o tempo passado desde que a fratura foi estabilizada e o grau de uso funcional do membro.Também é útil considerar fatores como infecções preexistentes e feridas abertas, ou outras lesões desvascularizantes. O examinador deve buscar por sinais de infecção (por exemplo, lise óssea) e formação de novo tecido periosteal. A reabsorção óssea é avaliada para que se decida se ela representa revascularização normal das bordas do fragmento ósseo ou indica infecção ou afrouxamento do implante.
RESUMO:
• IMPORTANTE:
• manter o ambiente da fratura devido a presença de plaquetas que possuem mediadores (“ïnsulina like”) que diferenciam células mesenquimais em endoteliais;
• se ocorrer instabilidade e rompimento de vasos na 3 fase (neovascularização) não ocorre diferenciação em osteoblastos e forma-se os condrócitos - calo cartilaginoso ( não ou má união óssea);
• por isso da importância da estabilização óssea adequada