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ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva Objetivos ➢ Compreender o Sistema Ósseo ● Classificação: Tecido Ósseo ✓ Compacto → Contém poucos espaços e forma a camada externa (periósteo) de todos os ossos e o maior volume do corpo dos ossos longos (diáfises) - Oferece proteção e suporte e resiste aos estresses produzidos pelo peso e movimento. - Possui uma estrutura concêntrica - As artérias nutrícias e nervos do periósteo penetram no osso compacto através de canais perfurantes (de Volkman) - Esses vasos sanguíneos conectam-se com os vaso sanguíneos e nervos da cavidade medular e com aqueles dos canais centrais (Havernianos) - Os canais centrais correm no sentido do comprimento do osso. - Em torno dos canais, há lamelas concêntricas, que são anéis de matriz dura, calcificada. - Entre as lamelas, há pequenos espaços denominados lacunas (lacuna=pequeno lago), que contêm osteócitos. - Projetando-se para fora em todas as direções a partir das lacunas, há canais diminutos, denominados canalículos, que contêm finos processos de osteócitos. - Um canalículo conecta-se com aqueles das outras lacunas e, eventualmente, com os canais centrais. Assim, uma intricado rede ramificada de canalículos é formada ao longo do osso, para fornecer numerosas vias interconectadas aos nutrientes e oxigênio os osteócitos e remover impurezas. - Cada canal central, com suas lamelas, lacunas, osteócitos e canalículos circundantes, é denominado em Órteon (sistema de haversiano) ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva ✓ Esponjoso → ou Trabecular – usualmente não contém Ósteons verdadeiros - Consiste em uma rede irregular de lâminas finas de osso, denominadas trabéculas. - Os espaços macroscópicos entre as trabéculas de alguns ossos são preenchidos com medula óssea vermelha. - Dentro das trabéculas há lacunas, que contêm osteócitos. Os vasos sanguíneos do periósteo penetram até o osso esponjoso, e os osteócitos nas trabéculas são nutridas diretamente pelo sangue que circula através das cavidades medulares. - Compõe a maior parte das epífeses dos ossos longos. - Nos ossos do quadril, das costelas, do esterno, das vértebras, do crânio e das extremidades de alguns ossos longos é o único local de armazenamento da medula óssea vermelha,e assim, da hematopoiese em adultos. Osso Quanto à forma ✓ Ossos longos → Possui o comprimento maior que a largura e contêm uma porção principal , cilíndrica e central denominada haste ou corpo e as Extremidades, possuindo, principalmente, tecido ósseo compacto (osso denso com poucos espaços, mas também tem esponjoso. - Ossos da coxa, das pernas, dos dedos dos pés, braços, antebraços e dedos da mão. ✓ Ossos Curtos → São levemente cubóides e quase iguais em comprimento e largura. São esponjosos, exceto na superfície onde existe uma camada fina de osso compacto. - Incluem os ossos do Carpo e Tarso. ✓ Ossos Planos → Geralmente são finos e são compostos por duas lâminas mais ou menos paralelas de osso compacto, revestindo uma camada de osso esponjoso. - Permitem uma proteção considerável, e fornecem extensas áreas para a fixação muscular. - Incluem crânio, esterno, costelas e as escápulas. Quanto à localização ✓ Ossos suturais → Também denominados de ossos Wormianos, pequenos e situados entre as articulações de certos ossos cranianos. - Seu número varia grandemente de uma pessoa a outra. ✓ Ossos Sesamoides → Pequenos ossos nos tendões, consideráveis nos pulsos. Estes, assim como os ossos suturais, também variam em número. - Inclui a Patela. ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva ● Função ✓ 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 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. - Ele armazena diversos minerais, especialmente Cálcio e Fósforo, que contribuem à 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 - Encontrada nos ossos em desenvolvimento do feto e em alguns ossos do adulto, como os ossos do quadril, costela e esterno, vértebras, crânio e extremidades do úmero e fêmur. ✓ Armazenamento de Triglicerídeos → A medula óssea amarela consiste, principalmente, em adipócitos que armazenam triglicerídeos. - Reserva potencial de energia química. ● Constituição celular e mineral Celular ✓ Células Osteogênicas (Osteoprogenitoras) → São células tronco ósseas não especializadas derivadas do mesênquima, tecido a partir do qual quase todos os tecidos conjuntivos são formados. - Derivados de células estaminais mesenquimais. A osteogênese, o processo de formação óssea nova,é essencial à função óssea normal. Logo, requer uma população de células osteoprogenitoras renováveis que respondem a estímulos moleculares que os transformam em células que formam ossos. - São as únicas células ósseas que sofrem divisão celular; as células resultantes originam osteoblastos. - São encontradas ao longo da parte interna do periósteo, endósteos e nos canais internos que contêm vasos sanguíneos. ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva - O fator chave que desencadeia a diferenciação de célula osteoprogenitora é um fator de transcrição chamado fator de ligação do núcleo Alfa-1 (CBAF-1). Esta proteína induz a expressão gênica que são característicos do fenótipo do osteoblasto. ✓ Osteoblastos → São células formadoras de osso diferenciada que secreta a matriz óssea. - Sintetizam e secretam fibras de colágeno e outros componentes orgânicos necessários para formar matriz e iniciam a calcificação. - Uma vez que os próprios osteoblastos são recobertos por matriz, tornam-se aprisionados em suas secreções e transformando-se em osteócitos. Secreta tanto colágeno do tipo I ( que constitue 90% da proteína do osso) como as proteínas da matriz óssea (BMPs), que constituem o osso inicial não mineralizado, osteoide. - Proteínas de Matriz Óssea: Proteínas de ligação ao cálcio ( Osteocalcina e Osteoctina) Glicoproteínas multiadesivas (sialoproteínas ósseas I e II, Osteopontina e Trombospondina) - Citoplasma do osteoblasto é marcadamente basófilo, sendo ratificado pelo número expressivo de RER e ribossomos livres. - Em contraste com os osteoblastos secretores encontrados na deposição da matriz ativa, os osteoblastos inativos são células planas ou atenuadas que cobrem a superfície óssea. - Os osteoblastos respondem a estímulos mecânicos para mediar as mudanças no crescimento ósseo e remodelação. - Sufixo blasto, sintetiza e secreta matriz extracelular. ✓ Osteócitos → Células ósseas maduras,fechadas pelas matriz óssea que anteriormente secretava como osteoblasto. Quando completamente cercado por matriz óssea, o osteoblasto é referido como osteócito. - São as principais células do tecido ósseo, responsável pelo metabolismo ósseo diário, como a troca de nutrientes e resíduos como o sangue. - Responsáveis pela manutenção da matriz óssea. - Um dos seus papeis é a mecanotransdução o processo pelo qual o osteócito responde às forças mecânicas aplicadas ao osso. - Podem sintetizar nova matriz, além de participar da degradação da mesma. Tais atividades ajudam a manter a homeostase do cálcio. - A morte dos osteócitos por meio de trauma (fratura), senescência celular ou apoptose resulta na reabsorção da matriz pelos osteoclastos, seguido de reparo ou remodelação pelos osteoblastos. - Sufixo cito (Uma célula óssea ou qualquer outra célula tecidual quer dizer que a célula mantém e monitora o tecido) ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva ✓ Osteoclastos → São células grandes, responsáveis pela reabsorção ósseas. - Derivadas da fusão de cerca de 50 monócitos ( um tipo de leucócito), que se concentram no endósteo. - A membrana plasmática do osteoclasto apresenta dobras profundas, formando uma borda pregueada. Aqui, a célula liera poderosos ácidos e enzimas lisossômicas que digerem os componentes minerais e protéicos da matriz extracelular óssea. - Essa degeneração é chamada de reabsorção, e parte do desenvolvimento, da manutenção e do reparo ósseos. - Células multinucleados encontrados em locais onde o osso está sendo removido. - São derivados da fusão de células progenitoras hemopoiéticas mononucleadas sobre a influências de citoquinas múltiplas. - Sufixo clasto → degrada matriz extracelular óssea - Células-alvo da terapia medicamentosa da osteoporose. Minerais ✓ Fosfato de Cálcio, que se comina com outro sal mineral, o hidróxido de cálcio , para formar cristais de hidroxiapatita. - Os cristais se combinam ainda com outros minerais, como carbonato de cálcio , e íons como Magnésio, Fluoreto, Potásio e Sulfato. - Conforme esses sais são depositados na estrutura formada pelas fibras de colágeno da matriz, eles cristalizam e o tecido endurece, processo chamado de calcificação. - Embora solidez de um osso dependa de sais inorgânicos cristalizados, sua flexibilidade depende das fibras de colágeno. - Como as barras de metal de concreto, as fibras de colágeno e outras moléculas conferem resistência á tração. ● Formação e Crescimento Ossificação - Tradicionalmente classificado como ossificação intramembranosa e ossificação endocondral - A existências de dois tipos diferentes de ossificação não implica que os ossos existentes sejam ossos da membrana ou ossos endocondrais. Os nomes referem-se apenas ao mecanismo pelo qual um osso é formado inicialmente. - Os ossos das extremidades e as partes do esqueleto axial que carregam peso (vértebras) – ossificação endocondral. - Os ossos planos do crânio e do rosto, a mandíbula e a clavícula – ossificação intramembranosa. - Embora os ossos longos sejam classificados como formados por formação endocondral, seu crescimento contínuo envolve a histogênese do osso endocondral e intramembranosa, sendo esses últimos ocorrendo por meio de atividade do tecido periosteal. ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva - Todos os ossos derivam do mesênquima. - Inicia-se em torno da sexta ou sétima semana de vida embrionária e continua ao longo da vida adulta. - Os dois mecanismos envolvem a substituição do tecido conjuntivo preexistente pelo osso. Ossificação Intramembranosa - O osso é formado pela diferenciação de células mesenquimais em osteoblastos. - A primeira evidência de ossificação intramembranosa é observada em torno da oitava semana de gestação em seres humanos. - As células mesenquimatosas então se diferenciam em células osteoprogenitoras que expressam o fator de transcrição CBAF-1. Fator essencial à diferenciação dos osteoblastos e expressão dos genes necessários à ossificação. - Há formação de modelos mesenquimais dos ossos durante o período embrionário, e a ossificação direta do mesênquima começa no período fetal. - Os osso planos do crânio, a maioria dos ossos faciais, a mandíbula e a parte medial da clavícula são formados dessa maneira. - Os fontículos (moleira) que ajudam o crânio fetal a passar pelo canal vaginal. -Podendo de dividir em 4 etapas: 1) Desenvolvimento do centro de ossificação → No local 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 de aglomeração é chamado de centro de ossificação. 2) Calcificação → Em seguida, a secreção de matriz extracelular cessa e as células, agora chamadas osteócitos, encontram-se em 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. 3) Formação das Trabéculas → Conforme a matriz extracelular óssea vai se formando, ela se desenvolve em trabéculas que se fundem uma 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 outro. ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva - Muito do osso recém formado é remodelado (destruído e reformado) pelas transformações que osso sofre para chegar ao seu tamanho e forma adultos. Ossificação Endocondral A ossificação endocondral ocorre sobre um molde de tecido cartilaginoso. A matriz extracelular desta cartilagem é usada como suporte para deposição de tecido ósseo. - Também começa com a proliferação e agregação de células mesenquimais no local do futuro osso. - Sob influência de diferentes fatores de crescimento fibroblástico (FGFs) e proteínas morfogênicas (BMPs); as células mesenquimatosas expressam inicialmente o colágeno tipo II e se diferenciam em condroblastos que, por sua vez, produzem matriz e cartilagem. - Inicialmente é formado um modelo de cartilagem( (uma versão em miniatura do futuro osso definitivo) - Há formação de modelos cartilaginosos dos ossos a partir do mesênquima durante o preíodo fetal, e subsequentemente, o osso substitui a maior parte da cartilagem. - Substituição da cartilagem por osso. - O processo é melhor visto no osso longo por 5 etapas: 1) Desenvolvimento do modelo de cartilagem 2) Crescimento do molde de cartilagem 3) Desenvolvimento do centro de ossificação primário 4) Desenvolvimento da cavidade medular 5) Desenvolvimento dos centros de ossificação secundários. - Durante a vida fetal, os ossos que serão formados por ossificação endocondral existem inicialmente sob forma de peças cartilaginosas (os moldes de cartilagem), cuja aparência é semelhante à dos futuros ossos. As principais etapas da formação destes ossos são as seguintes: 1) No molde de cartilagem, o pericôndrio localizado na região da futura diáfise se transforma em periósteo e, portanto, modifica sua potencialidade. 2) Neste periósteo se inicia produção de osso. Este osso se forma em uma membrana de tecido conjuntivo e, portanto, é de origem intramembranosa. A porção superficial do osso da diáfise é, então, de origem intramembranosa. 3) No interior da cartilagem, na região da futura diáfise, os condrócitos sofrem hipertrofia e sua matriz se torna calcificada. 4) A partir do periósteo penetram vasos sanguíneos e células mesenquimais no tecido cartilaginoso calcificado. ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva 5) As células mesenquimais originam osteoblastos que depositam matriz óssea sobre os restos de matriz cartilaginosa calcificada. 6) A matriz óssea envolve os osteoblastos e se torna calcificada. Os osteoblastos são aprisionados na matriz óssea e são agora chamados osteócitos. Formam-se pequenas e delgadas lâminas de osso denominadas espículas ósseas (pequenos espinhos). Este osso, formado sobre matriz cartilaginosa, é de origem endocondral. 7) Novos osteoblastos situados sobre as espículas depositam mais matriz óssea, se transformam em osteócitos e o processo continua com a formação de cada vez mais osso no interior da futura diáfise. 8) A ossificação se iniciou no centro da futura diáfise, em um local chamado centro de ossificação. Deste local a ossificação se irradia em direção às epífises. 9) Durante a progressão da ossificação para as epífises, as primeiras espículas ósseas que se formaram no centro de ossificação são reabsorvidas por osteoclastos, originando a cavidade que será o futuro canal medular. 10)Células mesenquimais presentes no canal medular originam medula óssea hematogênica a qual inicia a produção de células do sangue. 11)Centros de ossificação podem se formar nos locais das futuras epífises e o processo se repete formando o osso das epífises. Crescimento Dois mecanismos de crescimento - Em condições fisiológicas os ossos crescem durante a fase de crescimento dos indivíduos.O crescimento é controlado principalmente por hormônios, entre os quais se destaca o hormônio do crescimento produzido no lobo anterior da hipófise (adenohipófise). - É necessário distinguir separadamente o crescimento de um osso "longo" do crescimento que ocorre na maioria dos outros tipos de ossos ("chatos ", "curtos", "irregulares" etc.). - Ossos longos são os que têm uma dimensão predominante e geralmente têm epífises e diáfises. Exemplos são úmero, tíbia, fêmur. Os outros são representados pelos ossos do crânio, esterno, omoplata, ossos da mão, vértebras e muitos outros. - Os ossos longos crescem em diâmetro e em comprimento enquanto que os outros ossos crescem de maneira mais ou menos uniforme em suas várias dimensões. - O mecanismo do crescimento em diâmetro dos ossos longos é basicamente igual ao mecanismo de crescimento de todos os outros ossos (que não sejam "longos") nas suas várias dimensões. Portanto, o diâmetro de um osso longo ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva cresce da mesma forma que crescem todas dimensões dos outros tipos de ossos. - As etapas são as seguintes: 1) multiplicação de células-fonte do tecido ósseo. 2) transformação de células-fonte em osteoblastos. 3) osteoblastos (que sempre se situam na superfície do osso) produzem e secretam matriz óssea (rica em colágeno e outras proteínas). 4) a nova matriz óssea é mineralizada. 5) o osteoblasto acaba sendo envolvido pela nova matriz, fica no interior de uma lacuna e passa a ser um osteócito. 6) uma nova camada de osteoblastos se coloca na superfície do osso recém-formado, secreta matriz óssea e assim por diante o processo se repete acrescentando camada por camada ao osso. - É, portanto, um crescimento por aposição, como é encontrado na superfície das cartilagens. Novas camadas de osteócitos são colocadas sobre osso pré-existente. Crescimento em comprimento - Os condrócitos da placa epifisária proliferam e participam do processo de formação óssea endocondral. Essa proliferação ocorre no lado epifisário e a substituição por osso se dá do lado diafisário da placa. - A placa episisária (que fica entre a epífise e a diáfise) é dividida em 5 zonas: 1) Zona de repouso (Cartilagem de reserva) → Onde existe cartilagem hialina em qualquer alteração morfológica. Os condrócitos na matriz possuem alto potencial em atividade mitótica. 2) Zona de Proliferação → condrócitos em proliferação rápida, formando grupos isogênicos em fileiras ou colunas paralelas no sentido longitudinal do osso. 3) Zona de Maturação ou Hipertrofia → os condrócitos amadurecem, hipertrofiam e acumulam glicogênio e lipídeos no citoplasma. Os condrócitos entram em apoptose. 4) Zona de Calcificação → ocorre a mineralização dos delgados tabiques de matriz cartilaginosa e termina a apoptose dos condrócitos. 5) Zona de Ossificação → esta é a zona em que aparece tecido ósseo. Capilares sanguíneos e células osteoprogenitoas se diferenciam em osteoblastos, que foram uma camada contínua sobre os restos da matriz cartilaginosa calcificada. Sobre esses restos de matriz cartilaginosa, os osteoblastos depositam a matriz óssea. A matriz óssea calcifica-se e aprisiona os osteoblastos, que se transformam em osteócitos. Desse modo, formam-se as espículas ósseas, com uma parte central de cartilagem calcificada e uma parte superficial de tecido ósseo primário. ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva ● Regeneração Remodelação óssea -No adulto, a formação e a reabsorção de osso permanecem em equilíbrio, enquanto o osso é remodelado para atender às forças aplicadas sobre ele. Entretanto, o osso compacto e o osso esponjoso não são remodelados da mesa maneira, pois os osteoblastos e as células osteoprogenitoras do osso esponjoso estão contidas dentro dos limites da medula óssea, e por isso, estão sob influência direta das células da medula. - A estrutura interna do osso adulto é remodelada continuamente com novo osso sendo formado e o osso morto ou o que está morrendo, sendo absorvidos. Este processo está relacionado aos seguintes fatos: ❖ Os sistemas de Havers são substituídos continuamente. ❖ O osso precisa ser reabsorvido em uma área a ser adicionado em outra para adequar-se às mudanças das tensões exercidas sobre ele (peso, postura,fraturas,etc). (Obs : as lamelas intersticiais observadas no osso adulto, são restos de sistemas de Havers remodelados). Fraturas - Após uma lesão, osso sofre uma séria de processos de reparo (formação óssea intramembranosa e endocondral) responsável pela volta de sua integridade. - Vasos sanguíneos são rompidos perto da fratura e a hemorragia causada é a responsável pela formação de um coágulo de fibrina, interrompendo o suprimento vascular. - O coágulo sanguíneo que preenche o local da fratura é invadido por pequenos capilares e por fibroblastos provenientes do tecido conjuntivo circundante, havendo a formação de tecido de granulação e a migração de células inflamatórias é intensa. Além disso, há a liberação de mediadores químicos e fatores de crescimento. - O coágulo é invadido por células osteoprogenitoras provenientes do endosteo, formando um calo de osso trabecular. A camada mais profunda das células osteoprogenitoras em proliferação se diferenciam em osteoblastos e começam a produzir um colar ósseo, aderindo-se ao osso morto. Outras células osteoprogenitoras (com pouca oxigenação) se diferenciam em condroblastos, gerando uma camada intermediária de cartilagem. - Toda a cartilagem recém-formada passa a ser substituída por osso primário formado por ossificação endocondral, unindo os fragmentos de ossos por pontes de osso esponjoso, sendo necessário remodelar o local da lesão. ASE1 – Funções Biológicas Problema 1 Módulo III Arilson Lima da Silva - Com isso, há substituição do osso primário por secundário e o desaparecimento do calo. Todo o osso morto acaba sendo reabsorvido por osteoclastos e substituído por osteoblastos que invadiram a região. ➢ Diferenciar Dureza e Resistência - Resistência mecânica e tenacidade à fratura do osso cortical bovino -Revista Brasileira de Engenharia Biomédica. - Método para aumentar a rigidez e resistência óssea e reduzir fraturas. (método para aumentar a rigidez e/ou tenacidade de osso e/ou reduzir a probabilidade e/ou severidade de fratura óssea por administração de um hormônio paratiróide). - A Tenacidade é a resistência que o material possui ao choque ou a percussão (pancada) sem se romper, ou seja, um material tenaz é aquele que possui um alto grau de deformação sem se romper. Em outras palavras, a tenacidade é quantidade de energia mecânica que o material pode absorver sem se fraturar - A capacidade de um determinado material de absorver energia do impacto está ligada à sua tenacidade, que por sua vez está relacionada com a sua resistência Dureza. - É a medida da resistência de um material a uma deformação localizada (por exemplo, uma pequena impressão ou um risco) ➢ Fatores Intrínsecos e Extrínsecos que influenciam o metabolismo ósseo Fatores determinantes do pico de massa óssea. - Tipo de receptor herdado para vitamina D - Estado nutricional - Intensidade de atividades físicas - Estado hormonal
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