células ósseas e superfícies do osso - DEM ...jfolgado/BioTecidos_0607/Aula_220307.pdf ·...

Biomecânica dos Tecidos, LEBM, IST

células ósseas e superfícies do osso

superfícies principais do osso:• periosteal (superfície exterior dos ossos)• endosteal (superfície interior do osso cortical)• Haversian (superfície interior do canal de Havers)• trabéculas (superfície exterior das trabéculas)

células ósseas:• osteoclastos (removem osso)• osteoblastos (depositam osso)• lining cells (depositados as superfícies do osso)• osteocitos (enclausuradas no osso)

• as “actividades que alteram” o tecido ósseo ocorrem nas superfícies do osso


criação ou modificação de ossoModos de criação ou modificação do osso:

• osteogenesis – produção de osso em tecidos moles (tecido fibroso ou cartilagem), associado à formação do osso numa fase de crescimento embrionário (crescimento longitudinal) ou numa fase inicial de cicatrização de uma fractura.

• bone modelling – alterações da estrutura do osso que ocorrem numa estrutura já existente, nas superfícies do osso, por acção em diferentes locais dos osteoclastos e dos osteoblastos. Permitem alterações necessárias, p.ex. num processo de crescimento ou numa correcção de um callusduma fractura.

• bone remodelling – processo de renovação do osso, numa acção no mesmo local dos osteoclastos e osteoblastos. Tal como o bone modelling ocorre nas superfícies do osso, mas não altera (substancialmente) a quantidade e estrutura de osso.

→ atenção à designação de remodelling


Osso cortical, osso trabecular


osso trabecular


osso cortical, osso trabecularVT=Vm+VvVT – volume totalVm – volume massa ósseaVv – volume dos “voids”Bv – fracção volúmica (Bv = 0 ∼ 1) pv – porosidade (pv = 0 ∼ 1)

ρ – densidade aparenteρm – densidade da massa óssea ≅ 2.0 g/mlρv – densidade dos “voids” ≅ 1.0 g/ml

, m vv v

T T

V VB pV V

= =

1.0 2.0 /

m m v v

T

V VV

g ml

ρ ρρ

ρ

+=

= ∼

Valores de porosidade usuais:• osso cortical → pv = 5% ~ 10%• osso trabecular → pv = 75% ~ 90%

(50% ~ 90%)


osso cortical – modos de classificação (níveis hierárquicos, ...)

t ≈ 3 ~ 7 μm

Ømax =10~20μm

t ≈ 1 ~ 5 μm

Ø=200 ~ 300μm

l ≈ 150 μm

0.06 – 0.6 μmcompósito de colagénio-mineral (A,B,C,D)

3

3 – 20 μm

lamelas (A,B*,C*)lacunas (A,B,C,D)cement lines (A)canaliculi

2

100 – 300 μm

osteons secundários (A)osteons primários (B)plexiforme (C)woven bone (D)

1> 3000 μmmaterial sólido0dimensõestipo de estruturanível

• numa análise ao nível 1 podem co-existir elementos independentes de nível 2

Outros modos de classificar a estrutura do osso:• osso lamelar vs woven bone• osso primário vs osso secundário


woven bone e osso plexiforme – surgem associados a crescimentos rápidos

• woven bone é a forma mais desorganizada de osso – motivo a rapidez de deposição• pode ser criado num local sem existir previamentemente osso ou cartilagem• surge em crianças mas também em adultos• em adultos surge em casos de traumas ou doença – casos de SOS, duma necessidade rápida de suporte estrutural

• a designação de osso plexiforme deve-se àsua estrutura tipo tijolo – sanduíche de osso lamelar e de woven bone• surge particularmente em animais grandes e de crescimento rápido – vacas, carneiros, ...


osso primário – osteons primários

• osteons primários são formados pela mineralização da cartilagem• os osteons primários tem menos lamelas e o canal é mais pequeno que os osteons secundários

notas:• osso primário por vezes designado por imaturo• atender à necessidade de vascularização – difusão não é suficiente


osso cortical – osteons secundários



• os osteons secundários surgem da remodelação óssea• notar a cement line a envolver os osteons

Ø osteons = 200 ~ 300 μmØ canal = 50 ~ 90 μmØ veia = 15 μmØmax lacuna = 10 ~ 20 μm


BMU – formação do túnel, formação do osteonBMU – Basic multicellular unit


BMU – formação do túnel, formação do osteon


osso cortical – % de osso primário e # de osteons


osteons – estrutura lamelar

• os osteons são compostos por diversas lamelas• notar o osso intersticial


orientação das fibras de colagénio Teoria de Ascenzi and Bonuccihipóteses de:• fibras paralelas numa lamela• diferentes orientações entre lamelas

a = tipo T (transversal) b = tipo A (alternado)c = tipo L (longitudinal)

Outras teorias para orientação das fibrasex: Giraud-Guille• lâminas paralelas alternando 90° (T,L)• pilhas helicoidais (A)


Estrutura osso cortical

1

2

3?


osso trabecular

• no osso trabecular também podemos estabelecer uma estrutura hierárquica – a grande diferença para o osso cortical é a substituição dos osteons pelas trabéculas.• em geral, a trabécula terá uma espessura inferior a 200μm e um comprimento de cerca de 1000μm=1mm – ter em atenção as diferentes topologias.• em geral, a trabécula não contém canais vasculares – difusão é suficiente.• nas trabéculas as lamelas não estão dispostas de modo concêntrico como nos osteons do osso cortical, estão dispostas longitudinalmente ao longo da trabécula • o osso trabecular é menos rígido (mais complacente) que o cortical, conduzindo a uma melhor distribuição e absorção de energia das cargas aplicadas.• a remodelação óssea (bone turn over) é mais rápida no osso trabecular


comparação osso cortical vs trabecular

7.0×106

(67%)3.5×106

(33%)Superfície interna total

(mm2)

0.35×106

(20%)1.4×106

(80%)Volume total osso

(mm3)

202.5superfície / volume de osso (mm2/mm3)

0.200.95fracção volúmica

osso trabecularosso corticalcaracterística

• a maior superfície do osso trabecular será uma das razões para uma remodelação mais acentuada.• este facto pode ser consequência de uma maior necessidade de remodelação.• a maior dinâmica da remodelação pode explicar o osso ser menos rígido


remodelação óssea no osso trabecular

• remodelação à superfície da trabécula


remodelação óssea no osso trabecular


estrutura do osso trabecular


remodelação óssea no osso cortical



• num local onde não existem osteons, a criação dum osteon aumenta a porosidade, devido à formação do canal de Harvers• num local saturado de osteons, a formação de um osteon mantém a porosidade, pois o novo osteon vai posicionar-se sobre os antigos osteons



• a densidade de osteons é utilizada para prever a idade de um individuo (atenção à localização da zona analisada, junto ao endosteal ou periosteal)


remodelação óssea

• boa correlação entre a taxa de activação de BMU (basicmulticellular unit) e a taxa de formação de osso


“taxa” de remodelação óssea

• a “taxa” de remodelação óssea difere ao longo da vida de um indivíduo, sendo mais acentuada em criança • a taxa do bone turnover difere também do osso em questão• a remodelação óssea é mais “activa” no osso trabecular do que no osso cortical• em humanos o bone turnover é de cerca de 5% ao ano para o osso cortical e de cerca de 25% ao ano para o osso trabecular (nota: a tabela é relativa a cães)


“taxas” de remodelação óssea – osso cortical

• atender à última linha, onde são indicadas as taxas de formação/renovação de osso• as restantes linhas são outros dados, p.ex. TF representa o tempo necessário para a deposição do osso enquanto tmw representa a espessura da “parede” a preencher com osso (espessura do osteon)


remodelação óssea – osso cortical



• na remodelação óssea, o processo de remoção do osso é mais rápido que o processo de deposição. Em humanos, o processo de deposição pode demorar cerca de 3 meses, num total de cerca de 4 meses.• segue-se um processo de mineralização, com uma duração de cerca de 6 meses.• grande parte da mineralização dá-se nos primeiros dias (mineralização primária). A restante mineralização (secundária) vai diminuindo gradualmente ao longo do tempo.• o nível de mineralização do osso influi nas suas propriedades mecânicas.

• os tempos anteriores são para um observador fixo com uma secção (onde está a ocorrer a criação de um osteon)



• A maior taxa de remodelação em crianças torna o osso das crianças menos mineralizado, resultando num módulo de elasticidade mais baixo.• Para um idêntico nível de carga, um modo de elasticidade mais baixo origina maiores deformações.• Estudos com cavalos, mostram picos de extensão de 5000 με durante a fase de crescimento, baixando depois para 3000 με após a maturidade do cavalo.• Níveis de extensão elevados originam maiores danos por fadiga

Nota: 5000 με = 5000×10−6 = 0.005 = 0.5% , ou seja, 5000 με = 0.5%.De igual modo, 3000 με = 0.3%

células ósseas e superfícies do osso - DEM ...jfolgado/BioTecidos_0607/Aula_220307.pdf ·...

Documents

Transcript of células ósseas e superfícies do osso - DEM ...jfolgado/BioTecidos_0607/Aula_220307.pdf ·...