TECIDO ÓSSEO E PROCESSOS DE OSSIFICAÇÃO
O tecido ósseo é o principal tecido componente do esqueleto dos vertebrados e, juntamente com a cartilagem, forma o grupo dos tecidos esqueléticos. Ele é caracterizado por uma matriz extracelular especializada, composta principalmente por colágeno do tipo I, impregnado por minúsculos cristais de sais minerais (hidroxiapatita), tornando o tecido ósseo rígido o suficiente para a sustentação do corpo. Suas células correspondem aos osteoblastos (secretores da porção orgânica da matriz óssea e responsáveis pela mineralização dessa matriz), osteócitos (osteoblastos desdiferenciados e enclausurados em lacunas da matriz óssea), e osteoclastos (responsáveis pela reabsorção da matriz óssea, regulada por hormônios e equilibrada com os mecanismos de síntese pelos osteoblastos).
O tecido ósseo é formado através de dois processos: a ossificação intramembranosa, que ocorre a partir de membranas moles de mesênquima altamente vascularizado (contendo células osteoprogenitoras), responsável pela formação da maior parte dos ossos do crânio (calvária e face); e a ossificação endocondral, responsável pela formação da maior parte dos ossos do esqueleto axial e de todo o esqueleto apendicular, e que se desenvolve a partir de moldes de cartilagem hialina que sofrem degeneração de suas células, com consequente mineralização da matriz cartilaginosa, a qual é invadida por células mesenquimais osteoprogenitoras que se diferenciam em osteoblastos e, portanto, se utilizam da matriz cartilaginosa mineralizada como suporte para a instalação do tecido ósseo. Uma vez formado por um dos dois processos de ossificação, o tecido ósseo (de conformação esponjosa ou trabeculada) é inicialmente definido sob o ponto de vista histológico como primário,
imaturo, ou não lamelar. Esta forma estrutural inicial é gradativamente substituída em todo o esqueleto por tecido ósseo secundário, imaturo, ou lamelar, onde a matriz de colágeno – inicialmente desorganizada no tecido ósseo primário – se organiza em lamelas colágenas (camadas paralelas de fibras colágenas – nas trabéculas de áreas de tecido ósseo esponjoso lamelar – ou
TECIDO ÓSSEO E PROCESSOS DE OSSIFICAÇÃO
1
2
3 OSSIFICAÇÃO
A prancha anterior mostra imagens de áreas de ossificação intramembranosa.
A ossificação intramembranosa é o mecanismo de osteogênese responsável pela formação dos ossos da calvária e da maioria dos ossos da face. Ela é caracterizada pela formação de tecido ósseo em meio a membranas de mesênquima altamente vascularizadas, onde células mesenquimais indiferenciadas se diferenciam em osteoblastos, os quais iniciam a síntese da porção orgânica da matriz óssea (osteoide), bem como a sua mineralização. Deste modo, vão surgindo delicadas estruturas alongadas, denominadas de trabéculas ou traves ósseas, em meio ao mesênquima vascularizado, inicialmente delgadas e isoladas, e que aos poucos vão se espessando e se tornando anastomosadas umas às outras. Deste modo, forma-se tecido ósseo esponjoso ou trabeculado (em função do aspecto anastomosado das trabéculas) e
primário ou imaturo (devido à desorganização das fibras colágenas da matriz óssea – repare a tonalidade rosada das trabéculas nas imagens em 1, 2 e 3 devido à eosina da coloração H&E, que cora as fibras colágenas da matriz óssea).
À medida que os osteoblastos produzem o osteoide, eles o mineralizam; para tanto, os osteoblastos estão situados na periferia das trabéculas ósseas em formação, geralmente formando fileiras de células cuboides, e progressivamente assumindo um formato achatado, permanecendo na periferia, ou sendo incorporadas em lacunas da matriz óssea – neste último caso, tornando-se osteócitos.
Em 1 observam-se trabéculas delgadas em meio a um mesênquima ainda abundante. As imagens 2 e 3 mostram trabéculas mais espessadas com fileiras de osteoblastos na periferia, estando alguns já achatados (setas em 2) e osteócitos enclausurados em suas lacunas na matriz óssea (cabeças de seta em 2). Repare a delgada camada de osteoide na periferia das trabéculas, sobre a qual repousam osteoblastos.
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4
5 OSSIFICAÇÃO
INTRAMEMBRANOSA
A prancha anterior mostra imagens de uma área de ossificação intramembranosa.
Observe que em 4 várias trabéculas ósseas ainda se encontram delgadas, porém algumas já se tornam mais espessadas. As trabéculas estão cada vez mais anastomosadas umas às outras, o que dá um aspecto esponjoso ou trabeculado a esse tecido ósseo que se forma em meio a um mesênquima altamente vascularizado, onde se notam pequenos capilares (setas em 4). É importante lembrar que, embora não se perceba nitidamente neste aumento à microscopia de luz, o tecido ósseo – uma vez em formação – se apresenta histologicamente com sua matriz de colágeno do tipo I desorganizada, ou seja, suas fibras colágenas se encontram aleatoriamente espalhadas, o que permite que este tecido ósseo esponjoso em formação por ossificação intramembranosa seja caracterizado como um tecido ósseo primário, imaturo, fasciculado ou não lamelar.
A imagem em 5 mostra um detalhe aumentado da imagem em 4, onde se observam
osteoblastos associados ao osteoide recém-formado, o qual constitui a estrutura da trabécula óssea da figura, ainda delgada, mas já contendo alguns osteócitos recém-enclausurados.
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OSSIFICAÇÃO INTRAMEMBRANOSA 6
7
8 osteócitos
osteoblastos
osteoclastos osteoblastos
A prancha anterior mostra imagens de áreas de ossificação intramembranosa, destacando os osteoclastos.
Os osteoclastos são células gigantes multinucleadas, derivadas da fusão de macrófagos no tecido ósseo. Os osteoclastos são frequentemente encontrados sobre superfícies ósseas internas e externas, geralmente ocupando depressões rasas, denominadas de lacunas de Howship, as quais representam os locais de sua função , ou seja, a reabsorção da matriz óssea. As lacunas de Howship também podem ser referidas como compartimentos subosteoclásticos.
Os osteoclastos aparecem como grandes células que mostram cerca de 4-6 núcleos, apesar de apresentarem uma quantidade muito maior (50-100 núcleos). Seu citoplasma é intensamente corado (avermelhado ou arroxeado), o que às vezes pode obscurecer os núcleos na preparação histológica.
Na fotomicrografia 6, dois osteoclastos são observados, juntamente com osteoblastos
achatados na superfície óssea e osteócitos enclausurados. Na imagem em 7, os
osteoclastos estão indicados em A, enquanto os osteoblastos estão indicados em B, por sobre uma delgada trabécula óssea; em 8, observam-se vários osteoclastos (Oc) por sobre trabéculas ósseas mais espessas.
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OSSIFICAÇÃO ENDOCONDRAL
9 10
Ep
Ep
Ep
Ep CM
OS Po
A prancha anterior mostra aspectos histológicos da ossificação endocondral.
A fotomicrografia 9 ilustra os eventos iniciais da ossificação endocondral em uma falange do dedo da mão. Observe que o modelo de cartilagem hialina já demonstra alterações iniciais dos condrócitos na região da diáfise (Di), que representa o centro primário de ossificação em um osso longo. Tais alterações consistem na hipertrofia dos condrócitos, os quais aumentam de tamanho e progressivamente começam a promover a mineralização da matriz cartilaginosa, até finalmente morrer e deixar restos de matriz cartilaginosa calcificada. Observe que as epífises (Ep) ainda não mostram alterações degenerativas em seus condrócitos, os quais continuam proliferando e produzindo mais matriz cartilaginosa, a qual é o substrato para a deposição de matriz óssea. Note uma delgada camada rósea na periferia da diáfise, a qual representa o osso subperióstico (OS), resultante da ossificação intramembranosa do pericôndrio mesenquimal que reveste a diáfise do modelo cartilaginoso. O periósteo (Po) dessa região (antigo pericôndrio mesenquimal, quando este mesênquima revestia diretamente a cartilagem hialina) será responsável por originar um
broto vascular associado a células mesenquimais osteoprogenitoras que invadirão a matriz cartilaginosa calcificada previamente, as quais se diferenciarão em osteoblastos por sobre os restos desta matriz cartilaginosa.
A figura 10 mostra um osso em um estágio um pouco mais avançado, onde o tecido ósseo esponjoso primário formado na diáfise (centro primário de ossificação) já foi reabsorvido por osteoclastos, de modo a formar o canal medular (CM), a ser ocupado pela medula óssea, formada por células pluripotenciais hematopoiéticas derivadas do fígado fetal. As epífises
(Ep, centros secundários de ossificação) ainda não iniciaram a ossificação, pois ainda permanecem em conformação cartilaginosa.
TECIDO ÓSSEO E PROCESSOS DE
OSSIFICAÇÃO
OSSIFICAÇÃO ENDOCONDRAL
A imagem ao lado ilustra o andamento do processo de ossificação endocondral em um osso longo. Os condrócitos da cartilagem hialina continuam a proliferar em direção à
epífise (Ep), que ainda permanece cartilaginosa, enquanto que na diáfise (Di) já se notam trabéculas (ou espículas, Es)
ósseas formadas a partir da região da diáfise. Note a área de cartilagem com grupos isógenos axiais de condrócitos (zona de cartilagem seriada ou em proliferação, CS), seguida da área com condrócitos aumentados de tamanho em suas lacunas (zona de cartilagem hipertrófica, CH), após o que estas células morrem e deixam finíssimos tabiques de cartilagem hialina mineralizada (CM), sobre os quais células mesenquimais osteoprogenitoras trazidas com as ramificações vasculares do broto perióstico se diferenciam em osteoblastos e depositam matriz óssea sobre a cartilagem mineralizada, formando as espículas ósseas.
Coloração: H&E.
TECIDO ÓSSEO E PROCESSOS DE OSSIFICAÇÃO
12 13
OSSIFICAÇÃO
ENDOCONDRAL
1
2
3
4
5
DE Ep
A prancha anterior mostra um osso longo em estágio mais avançado na ossificação endocondral.
A fotomicrografia em 12 mostra um osso longo em aumento menor e destaca a área do disco epifisário (DE) (ou cartilagem epifisária), que é a área de cartilagem hialina que permanece no osso longo após a ossificação da diáfise e das epífises, sendo responsável pelo crescimento dos ossos longos jovens em comprimento. Cada disco epifisário se situa entre cada epífise
(Ep) e a diáfise (Di), na futura região anatômica da metáfise óssea. No aumento maior em 13, o disco epifisário apresenta as mesmas alterações que acometem os condrócitos desde o início da ossificação endocondral, na região mediana da diáfise, de modo a constituir 4 zonas de cartilagem hialina, acompanhadas de uma região voltada para a diáfise, onde se encontram as trabéculas (ou espículas) ósseas previamente formadas. Da epífise para a diáfise, ocorrem: (1) a zona de cartilagem em repouso, adjacente ao tecido ósseo da epífise, onde condrócitos ainda não demonstram alterações perceptíveis; (2) a zona de cartilagem em proliferação, ou zona de cartilagem seriada, onde se notam grupos isógenos axiais de condrócitos, denotando o contínuo crescimento intersticial da cartilagem para a formação de mais matriz cartilaginosa (substrato para a instalação do tecido ósseo); (3) a zona de cartilagem hipertrófica, onde os condrócitos dos grupos isógenos aumentam de tamanho, dilatando suas lacunas, onde finalmente mineralizam a matriz cartilaginosa e morrem; e (4) a
zona de cartilagem calcificada, onde são observados delicados septos (tabiques) de matriz cartilaginosa calcificada, sobre os quais os osteoblastos diferenciados a partir de células mesenquimais osteoprogenitoras depositam matriz óssea. A zona de cartilagem calcificada é seguida das espículas ósseas (5), resultantes da ossificação endocondral.
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OSSIFICAÇÃO ENDOCONDRAL
MO
OC
OC OC
TO cc
cc
MO
1 4
14
15
16 TO
TO
3
A prancha anterior mostra imagens de trabéculas ósseas (ou espículas ósseas) formadas por ossificação endocondral.
Antes de tudo, é preciso lembrar que este tecido ósseo em formação por ossificação endocondral – da mesma forma que o tecido ósseo em formação por ossificação intramembranosa, vista anteriormente – é um tecido ósseo esponjoso (ou trabeculado, devido ao aspecto anastomosado das trabéculas) e primário (ou imaturo, ou não lamelar, devido à matriz de colágeno não estar organizada em faixas, ou lamelas colágenas). Subsequentemente, este tecido ósseo sofrerá reabsorção e, no seu lugar – dependendo do local anatômico no osso em questão – haverá a formação de tecido ósseo compacto ou
esponjoso, ambos lamelares, maduros ou secundários (ou seja, com a matriz de colágeno organizada em lamelas colágenas).
Observe em 14 e 15 que as trabéculas ósseas (to) apresentam áreas claras em suas regiões centrais; estas áreas correspondem a restos de cartilagem calcificada (cc, e 2 em 15), os quais aos poucos, vão se tornando cada vez menos evidentes conforme a quantidade de matriz óssea produzida pelos osteoblastos (1 em 15) na periferia das trabéculas vai aumentando, ou desaparecem juntamente com as trabéculas conforme elas vão sendo reabsorvidas por osteoclastos. Comparativamente, tais restos de cartilagem calcificada não estão presentes em trabéculas em formação por ossificação intramembranosa, uma
vez que a cartilagem hialina não participa deste processo. Entre as trabéculas, observa-se
medula óssea vermelha (MO em 14 e 16, e 4 em 15) ocupando os espaços medulares. Em aumentos maiores, pode-se observar osteócitos enclausurados em lacunas (3 em 15 e 16), e osteoblastos (1 em 15) e osteoclastos (OC em 16) na periferia das trabéculas ósseas formadas por ossificação endocondral.
TECIDO ÓSSEO E PROCESSOS DE OSSIFICAÇÃO
TECIDO ÓSSEO ESPONJOSO PRIMÁRIO EM CONVERSÃO PARA TECIDO ÓSSEO COMPACTO PRIMÁRIO
17 18
A prancha anterior (juntamente com as pranchas a seguir) mostra imagens de tecido ósseo em formação (tecido ósseo primário, imaturo, ou não-lamelar) e a sua gradual conversão para tecido ósseo secundário, maduro, ou lamelar.
Ambos os tipos de ossificação (intramembranosa e endocondral) originam tecido ósseo trabecular ou
esponjoso (sob o ponto de vista estrutural geral) e primário, imaturo, ou não-lamelar (uma vez que sua matriz de colágeno apresenta fibras colágenas dispostas em várias orientações, e não em lamelas, como o tecido ósseo definitivo dos ossos do esqueleto se apresenta em absoluta maioria). À medida que a ossificação ocorre, o tecido ósseo esponjoso primário – dependendo do local anatômico do osso em questão – vai se convertendo em tecido ósseo esponjoso secundário (em áreas de tecido ósseo esponjoso – por ex., nas epífises de ossos longos, e áreas de díplöe entre as tábuas ósseas de tecido ósseo compacto dos ossos chatos da calvária), ou em tecido ósseo compacto secundário (em áreas de tecido ósseo compacto – por ex., diáfise dos ossos longos e curtos e periferia de ossos chatos e epífises), sendo que, no caso do tecido ósseo compacto secundário, este passa previamente por um estágio de tecido ósseo compacto primário devido à ocupação progressiva dos espaços do tecido ósseo esponjoso primário por matriz óssea.
As imagens 17 e 18 mostram áreas de tecido ósseo em formação por ossificação endocondral. A imagem em 17 mostra trabéculas ósseas recém-formadas (TO) por ossificação endocondral; portanto, a quantidade de tecido ósseo ainda se apresenta pequena, e os espaços entre as trabéculas contêm bastante medula óssea (Mo em 17 e M em 18). À medida que ocorre a síntese de matriz óssea, a quantidade de tecido ósseo vai aumentando e os espaços no tecido ósseo esponjoso vão diminuindo, a ponto de gradativamente se converterem a futuros canais de Havers (setas azuis em 18 – que serão os eixos dos futuros sistemas de Havers). Desta forma, o tecido ósseo esponjoso primário vai se convertendo a um tecido ósseo compacto primário ou imaturo (CB em 18) (ou seja, com maior quantidade de matriz óssea e poucos espaços visíveis, e com a matriz de colágeno ainda desorganizada). A seta verde indica o endósteo, o revestimento das superfícies ósseas internas. Pe (em 18), periósteo.
TECIDO ÓSSEO E PROCESSOS DE OSSIFICAÇÃO
TECIDO ÓSSEO COMPACTO PRIMÁRIO, IMATURO, OU NÃO-LAMELAR
CH
Op
Op 19
20
21
A prancha anterior mostra imagens de áreas de tecido ósseo compacto primário, derivado de alguma área de tecido ósseo esponjoso primário – formado seja por ossificação intramembranosa (19), seja por ossificação endocondral (20) – que teve seus espaços ocupados por matriz óssea.
Observe que, na sequência das imagens 19-20-21, o tecido ósseo apresenta mais quantidade de matriz óssea; desta forma, os antigos espaços amplos em meio às trabéculas ósseas vão sendo progressivamente convertidos a pequenos orifícios arredondados que aparecem em corte transversal, os quais são futuros canais de Havers (CH), ao redor dos quais a matriz óssea – ainda com fibras colágenas desorganizadas (daí o tecido ósseo compacto ser primário, imaturo, ou não lamelar) constitui os chamados sistemas de Havers primários (ou ósteons primários, Op). Repare que, em áreas de tecido ósseo compacto primário com mais matriz óssea (como na imagem em 21), não se verificam lamelas (faixas de fibras colágenas) ao redor dos canais de Havers. Isto denota a natureza ainda imatura do tecido ósseo compacto, o qual sofrerá reabsorção e remodelação, passando a apresentar sistemas de Havers com típicas lamelas concêntricas ao redor dos canais de Havers.
Me, mesênquima; Pe, periósteo.
TECIDO ÓSSEO E
PROCESSOS DE
OSSIFICAÇÃO
TECIDO ÓSSEO COMPACTO SECUNDÁRIO, MADURO, OU
LAMELAR
22
23 24
CI
CE MO
ME
c c
d
a
A prancha anterior demonstra áreas de tecido ósseo compacto maduro, secundário, ou
lamelar – a forma definitiva e predominante do tecido ósseo dos ossos do esqueleto.
A imagem em 22 mostra em pequeno aumento o corte histológico de uma diáfise óssea em sentido transversal. A maior parte do tecido ósseo compacto lamelar é constituída por inúmeros sistemas de Havers, ou ósteons (um deles está circundado em tracejado), vistos em cortes transversais, entremeados por sistemas intersticiais (difíceis de serem percebidos neste aumento), e delimitados pelos sistemas de lamelas circunferenciais interno (ou endosteal, CI) e externo (ou periosteal, CE). Internamente, no canal medular, observa-se parte da medula óssea amarela (MO) e externamente à diáfise se observam algumas fibras musculares estriadas esqueléticas em corte transversal (ME).
As fotomicrografias em 23 e 24 mostram aumentos maiores do tecido ósseo compacto lamelar da diáfise de um osso longo, onde são percebidos vários sistemas de Havers, ou
ósteons, em corte transversal. Cada sistema de Havers ou ósteon possui um canal de Havers (a) no centro (também em corte transversal), circundado por várias lamelas colágenas contendo osteócitos em lacunas e circunferencialmente dispostos (b). Entre os sistemas de Havers, observam-se lamelas colágenas irregulares, que constituem os
sistemas intersticiais (c) (restos de antigos sistemas de Havers que foram reabsorvidos). Em
24, nota-se ainda um canal de Volkmann (d), que são canais dispostos transversalmente à diáfise óssea, os quais comunicam os canais de Havers uns aos outros.
TECIDO ÓSSEO E PROCESSOS DE OSSIFICAÇÃO
25 26
27 28
TECIDO ÓSSEO COMPACTO LAMELAR (acima) E TECIDO ÓSSEO ESPONJOSO LAMELAR (abaixo) CH
C La
Os
Os
A prancha anterior mostra imagens do tecido ósseo compacto lamelar e do tecido ósseo esponjoso lamelar, as formas definitivas do tecido ósseo dos ossos do esqueleto. As fotomicrografias 25 e 26 mostram a estrutura clássica do tecido ósseo compacto secundário, maduro, ou lamelar, em corte transversal uma vez que ele é composto pelas unidades morfofuncionais caracterizadas como sistemas de Havers, ou ósteons, além de sistemas circunferenciais (apenas o externo está visualizado na imagem 25, junto ao periósteo) e dos sistemas intersticiais. A imagem 26 mostra em grande aumento um sistema de Havers em corte transversal, destacando seu canal de Havers (CH) em posição central, dentro do qual se nota um capilar sanguíneo (C), circundado por várias lamelas colágenas (La) e seus osteócitos acompanhantes em suas lacunas (Os).
As fotomicrografias 27 e 28 mostram trabéculas ósseas (TO) do tecido ósseo esponjoso lamelar. Observe que as trabéculas ósseas possuem lamelas paralelamente dispostas, entre as quais se observam osteócitos em suas lacunas. A superfície das trabéculas é revestida por uma delicada camada formada por osteoblastos em repouso (células do revestimento ósseo), que constituem o endósteo (En). Nos espaços entre as trabéculas, observa-se a medula óssea (MO).
TECIDO ÓSSEO E PROCESSOS DE OSSIFICAÇÃO
PERIÓSTEO
O periósteo é uma espessa camada de tecido conjuntivo que reveste externamente os ossos, sendo responsável pelo fornecimento de vasos sanguíneos à estrutura óssea (os quais seguem pelos canais de Havers e Volkmann) e pelo crescimento do osso em espessura. O periósteo possui dois folhetos: um externo (periósteo fibroso), formado por espessos feixes de fibras colágenas entremeados com fibroblastos e células mesenquimais osteoprogenitoras, e um interno
(periósteo osteogênico) formado por osteoblastos derivados das células osteoprogenitoras do periósteo fibroso. Em função disso, o periósteo é essencial para a cicatrização de fraturas ósseas.
Coloração: H&E.
Osteoblastos
Periósteo fibroso Tecido ósseo
compacto primário
29
QUESTÕES COMPLEMENTARES
• Estabeleça diferenças e semelhanças entre aspectos histológicos dos processos de ossificação intramembranosa e ossificação endocondral.
• Como é o aspecto/disposição ao microscópio de luz e quais são as funções dos osteoblastos?
• Como os osteoclastos podem ser observados ao microscópio de luz? Pesquise sobre a função específica dos osteoclastos e correlacione esta função às porções da célula vistas á microscopia eletrônica.
• Explique o que significa “tecido ósseo primário” e “tecido ósseo secundário”. Em que circunstâncias desse contexto existem diferenças na estrutura de áreas de tecido ósseo esponjoso e tecido ósseo compacto?
• O que representam os sistemas intersticiais no tecido ósseo compacto lamelar?
