Formation de la substance osseuse

L’édification des travées osseuses se fait en trois étapes :

1- Différentiation d’une rangée d’ostéoblastes

Comme nous l’avons vu précédemment, les ostéoblastes dérivent de cellules mésenchymateuses indifférenciées. Ces cellules se multiplient activement sous forme immature, mais cessent de le faire dès qu’elles commencent à synthétiser la matrice osseuse extracellulaire (DADOUNE, 1990 et MAILLET, 1985).

2- Formation d’un tissu ostéoïde

Le tissu ostéoïde est formé de fibrilles de collagène de type I. Ces fibres ont une structure identique à celle du tissu conjonctif, avec notamment la même striation périodique de 64nm. Elles sont enrobées dans une substance fondamentale constituée de muco-polysaccarides acides, de protéines sériques et d’électrolytes ; les principaux mucopolysaccharides sont :

- l’acide hyaluronique - l’acide chondroïtine sulfate - le dermatane sulfate - le kératane sulfate.

Ce groupe est défini d’une manière plus précise comme celui des glycoaminoglycans, c’est à dire de polysaccharides comprenant un osamine de un ou plusieurs types.

Ces polysaccharides sont tous constitués par la polymérisation d’unités de base composées de deux sucres dans lesquels obligatoirement l’un des deux est un hexosamine ; l’autre sucre est soit un acide hexuronique, soit un hexose.

Ces glycosaminoglycans n’existent pas à l’état libre, mais sont rattachés à un squelette polypeptidique par des liaisons stables.

La structure des points d’attache est d’ailleurs particulière : pour les chondroïtines sulfates, par exemple, une séquence de plusieurs sucres comprenant deux galactoses et un xylose s’attache sur une sérine du polypeptide.

Les macromolécules ou protéoglycannes formées de protéine et de chaîne de glycasaminoglycans peuvent être de type hybride (BAUDET, 1974).

3- Calcification du tissu ostéoïde

La calcification du tissu ostéoïde s’effectue par croissance progressive des cristaux d’apatite au niveau de la trame organique. Les ions calcium et phosphate se déposent dans la matrice ostéoïde selon les phénomènes de nucléation et forment progressivement des cristaux inorganiques d’hydroxyapatite (DADOUNE, 1990 et MAILLET, 1985).

Une glycoprotéine de structure, l’ostéonectine, est liée au collagène et aux sels minéraux. Ceux-ci, qui comptent pour 70% du poids sec de la matrice, sont disposés le long des fibrilles

de collagène, à l’intérieur des fibres, sous forme de cristaux d’apatite hydratée, partiellement carbonatées : c’est un phosphate de calcium cristallisé de formule Ca10 (PO4)6(OH)2 (DADOUNE, 1990).

Les cristaux d’hydroxyapatite ont une forme hexagonale allongée ; d’après DADOUNE, ils mesurent environ 50 nm de long sur 30 de large et 3 nm d’épaisseur.

La surface du cristal est fortement ionisée et liée à l’eau de la matrice avoisinante : c’est la couche hydratée ionisée, dont les ions phosphate et calcium sont facilement mobilisables pour être remis en circulation (DADOUNE, 1990).

Un pourcentage important d’ions carbonates se substitue au phosphate. Des radicaux citrate et silicate se lient à la surface des cristaux, ainsi que parfois des arséniates, ce qui peut avoir des incidences médico-légales. Les fluorures, qui remplacent certains radicaux hydroxyles, accroissent la dureté de la matrice. Des alcalino-terreux, baryum ou strontium peuvent se substituer au calcium.

Le renouvellement des phosphates osseux est d’environ 30 % en 50 jours (MAILLET, 1985).

Le collagène joue un rôle prépondérant dans la nucléation de la phase minérale. Des zones de nucléation active sont dénudées au niveau du collagène ; lorsqu’elles sont exposées à un niveau contenant des ions calcium et phosphate, il en résulte un ensemencement minéral initial, qui se poursuit par une croissance du cristal d’apatite. Cette croissance est déterminée de façon passive par la nature des surfaces limitantes du collagène (DADOUNE, 1990).

L’ostéoblaste concentre les ions phosphates grâce à la phosphatase alcaline qui les extrait du glucose-6P. Les mitochondries semblent jouer un rôle important, en accumulant le calcium dans des vésicules de calcification qui sont excrétées dans l’espace extracellulaire. Les glycoaminoglycannes piègent également le calcium, grâce aux charges négatives de leur surface.

Il se forme dans le milieu extracellulaire des phosphates de calcium en solution saturée. La cristallisation est déclenchée par un phénomène de nucléation pour lequel la structure très régulière du collagène de type 1 est fondamentale. La croissance du cristal autour du germe initial se fait passivement par épitaxie dans cette solution saturée.

Un dépôt initial des cristaux s’effectue au niveau des fibrilles du collagène puis il dépasse ce cadre pour calcifier les espaces interfibrillaires. Les îlots confluent entre eux pour former le tissu osseux (DADOUNE, 1990 et MAILLET, 1985).

Deux mécanismes sont responsables de la calcification (DADOUNE, 1990 et MAILLET, 1985) :

- Des conditions métaboliques générales fournissent les ions minéraux et les produits organiques aux cellules ostéoblastiques par le courant circulatoire ; la minéralisation nécessite un apport en calcium par l’alimentation et surtout par la présence de vitamine D pour en assurer l’absorption intestinale. La parathormone mobilise le calcium osseux pour en remettre en circulation. À l’inverse, la calcitonine favorise le stockage du calcium et des phosphates.

- Un mécanisme local de contrôle avec ou sans système enzymatique permettant aux ostéoblastes de rendre calcifiable le tissu ostéoïde. Ce mécanisme local de contrôle n’est pas pleinement élucidé ; il devrait expliquer pourquoi le tissu ostéoïde se calcifie, alors qu’un tissu conjonctif histologiquement identique, comme le derme, ne se calcifie pas.

Les ostéoblastes qui s’enferment dans la matrice qu’ils élaborent deviennent des ostéocytes ; ce sont des cellules fusiformes, encloses dans des cavités. Leur grand axe est parallèle à la surface osseuse. Les lacunes, ou ostéoplastes, sont reliées entre elles par des canalicules qui contiennent les fins prolongements cytoplasmiques des ostéocytes. Les extrémités de ces prolongements sont munies de systèmes de jonction membranaire de type gap (DADOUNE, 1990 et MAILLET, 1985).

Entre la paroi de l’ostéoplaste et de l’ostéocyte existe un mince espace périostéocytaire non minéralisé où l’on trouve des fibres de collagène et une forte concentration de protéoglycannes. Cet espace est de largeur variable selon les ostéocytes. Il s’accroît sous l’action de la parathormone par ostéolyse périostéocytaire : en effet, les ostéocytes sont capables de mobiliser le phosphate de calcium sur la surface de la lacune . Ce phosphate de calcium peut ensuite être refixé par ostéogenèse périostéocytaire ;cette dernière est favorisée par la calcitonine sécrétée par les cellules C de la thyroïde.

L’ostéocyte est une cellule métaboliquement active, mais les échanges nutritifs par les canalicules restent néanmoins difficiles. Dans ces conditions, la survie cellulaire est limitée, et il semble que ce soit la cause principale du remaniement permanent du tissu osseux (DADOUNE, 1990 et MAILLET, 1985).