Les os sont des organes semi-rigides, poreux et minéralisés, constitués de cellules dans une matrice dure, qui font partie de l’endosquelette des vertébrés. Les os fonctionnent pour déplacer, soutenir et protéger le corps, produire des globules rouges et blancs et stocker des minéraux.

Bien que les os externes puissent sembler être des structures simples et même solides, ils sont en réalité composés de tissu osseux vivant entrelacé de vaisseaux sanguins, de fibres nerveuses, etc., et leur formation, leur structure et leur fonction impliquent une coordination incroyablement complexe.

Les os se présentent sous une variété de formes et ont une structure interne et externe complexe, ce qui leur permet d’être légers mais solides et durs, tout en remplissant leurs nombreuses autres fonctions. L’un des types de tissus qui composent les os est le tissu osseux minéralisé, également appelé tissu osseux, un tissu conjonctif spécialisé qui confère aux os leur rigidité et leur structure interne tridimensionnelle en nid d’abeille. Les autres types de tissus présents dans l’ensemble des os comprennent la moelle, le périoste, les nerfs, les vaisseaux sanguins et le cartilage.

Parce qu’un groupe de tissus est impliqué qui remplissent une fonction spécifique ou un groupe de fonctions, les os peuvent être appelés organes, bien que le tissu osseux soit le tissu dominant, ce qui conduit l’os à être souvent classé comme un type spécialisé de tissu conjonctif.

Caractéristiques de l’os

Tous les os sont constitués de cellules vivantes intégrées dans la matrice organique minéralisée qui constitue le tissu osseux.

Le tissu primaire de l’os, le tissu osseux, est un matériau composite relativement dur et léger, formé principalement de phosphate de calcium dans l’arrangement chimique appelé hydroxylapatite de calcium (c’est le tissu osseux qui donne aux os leur rigidité). Il a une résistance à la compression relativement élevée mais une faible résistance à la traction, ce qui signifie qu’il résiste bien aux forces de poussée, mais pas aux forces de traction. Alors que l’os est essentiellement fragile, il a un degré d’élasticité important, principalement contribué par le collagène. Le collagène est la principale protéine du tissu conjonctif chez les animaux et implique l’harmonisation de trois chaînes polypeptidiques sous la forme d’une triple hélice. Il se caractérise par la disposition régulière des acides aminés dans chacune des trois chaînes; sous tension, la triple hélice s’enroule, résiste à l’étirement et rend le collagène précieux pour la structure et le soutien, tout en donnant aux os une certaine élasticité.

L’os n’est pas un matériau uniformément solide, mais présente plutôt quelques espaces entre ses composants durs. La couche externe dure des os est appelée tissu osseux compact en raison de ses lacunes ou espaces minimes. Ce tissu donne aux os leur aspect lisse, blanc et solide et représente 80% de la masse osseuse totale d’un squelette adulte. L’os compact peut également être appelé os dense ou os cortical. Remplir l’intérieur de l’organe est le tissu osseux spongieux rempli de trous (également appelé os spongieux ou os trabéculaire) qui est composé d’un réseau de trabécules plates ou en forme d’aiguille, ce qui allège l’organe global et laisse de la place pour les vaisseaux sanguins et la moelle. L’os spongieux représente les 20% restants de la masse osseuse totale, mais a près de dix fois la surface de l’os compact.

L’extérieur des os (sauf lorsqu’ils interagissent avec d’autres os à travers les articulations) est recouvert par le périoste, qui présente une couche fibreuse externe et une couche ostéogène interne. Le périoste est richement alimenté en vaisseaux sanguins, lymphatiques et nerveux, se fixant à l’os lui-même par les fibres de Sharpey.

L’os peut également être tissé ou lamellaire (en couches). L’os tissé est faible, avec un petit nombre de fibres de collagène orientées aléatoirement, mais se forme rapidement et sans structure préexistante pendant les périodes de réparation ou de croissance. L’os lamellaire est plus fort, formé de nombreuses couches empilées et rempli de nombreuses fibres de collagène parallèles aux autres fibres de la même couche. Les fibres courent dans des directions opposées en couches alternées, aidant à la capacité de l’os à résister aux forces de torsion. Après une pause, l’os tissé se forme rapidement et est progressivement remplacé par un os lamellaire à croissance lente sur un cartilage hyalin calcifié préexistant par un processus appelé « substitution osseuse. »

Sept fonctions des os

Il y a sept fonctions principales des os.

• Protection: Les os peuvent servir à protéger les organes internes, tels que le crâne protège le cerveau ou les côtes protègent l’abdomen.
• Forme: Les os fournissent un cadre pour maintenir le corps soutenu.
• Production de sang: La moelle osseuse, située dans la cavité médullaire des os longs et les interstices de l’os spongieux, produit des cellules sanguines dans un processus appelé hématopoïèse.
• Stockage des minéraux: Les os agissent comme des réserves de minéraux importants pour l’organisme, notamment le calcium et le phosphore.
• Mouvement: Les os, les muscles squelettiques, les tendons, les ligaments et les articulations fonctionnent ensemble pour générer et transférer des forces afin que des parties individuelles du corps ou tout le corps puissent être manipulées dans un espace tridimensionnel. L’interaction entre l’os et le muscle est étudiée en biomécanique.
• Équilibre acido-basique: L’os protège le sang contre les changements excessifs de pH en absorbant ou en libérant des sels alcalins.
• Détoxication: Le tissu osseux élimine les métaux lourds et autres éléments étrangers du sang et réduit ainsi leurs effets sur les tissus nerveux et autres. Il peut ensuite les libérer plus lentement pour l’excrétion.

La plupart des os remplissent toutes ces fonctions à un degré ou à un autre, mais certains os sont plus spécialisés pour certaines fonctions.

Cinq types d’os

Il existe cinq types d’os dans le corps humain: longs, courts, plats, irréguliers et sésamoïdes.

• Les os longs sont plus longs que larges, constitués d’une longue tige (la diaphyse) plus deux surfaces articulaires (articulaires), appelées épiphyses. Ils sont composés principalement d’os compacts, mais sont généralement assez épais pour contenir un os et une moelle spongieux considérables au centre creux (la cavité médullaire). La plupart des os des membres (y compris les trois os des doigts) sont des os longs, à l’exception de la rotule (rotule) et des os du carpe, du métacarpien, du tarse et du métatarse du poignet et de la cheville. La classification se réfère à la forme plutôt qu’à la taille.
• Les os courts sont grossièrement en forme de cube et ne comportent qu’une fine couche d’os compact entourant un intérieur spongieux. Les os du poignet et de la cheville sont des os courts, tout comme les os sésamoïdes.
• Les os plats sont minces et généralement incurvés, avec deux couches parallèles d’os compacts prenant en sandwich une couche d’os spongieux. La plupart des os du crâne sont des os plats, tout comme le sternum.
• Les os irréguliers ne rentrent pas dans les catégories ci-dessus. Ils sont constitués de fines couches d’os compacts entourant un intérieur spongieux. Comme son nom l’indique, leurs formes sont irrégulières et compliquées. Les os de la colonne vertébrale et des hanches sont des os irréguliers.
• Les os sésamoïdes sont des os courts intégrés dans les tendons. Puisqu’ils agissent pour maintenir le tendon plus loin de l’articulation, l’angle du tendon est augmenté et donc la force du muscle est augmentée. Des exemples d’os sésamoïdes sont la rotule et le pisiforme.

Cellules osseuses

• Les ostéoblastes sont des cellules mononucléées formant des os qui descendent des cellules ostéoprogénitrices. Ils sont situés à la surface des coutures ostéoïdes et forment un mélange de protéines appelé ostéoïde, qui se minéralise pour devenir un os. L’ostéoïde est principalement composé de collagène de type I et fabrique des hormones, telles que les prostaglandines, pour agir sur l’os lui-même. Ils produisent de manière robuste de la phosphatase alcaline, une enzyme qui joue un rôle dans la minéralisation de l’os, ainsi que de nombreuses protéines matricielles. Les ostéoblastes sont les cellules osseuses immatures.

• Les cellules de revêtement osseux sont essentiellement des ostéoblastes inactifs. Ils couvrent toute la surface osseuse disponible et servent de barrière à certains ions.

• Les ostéocytes proviennent d’ostéoblastes, qui ont migré et sont piégés et entourés par une matrice osseuse qu’ils produisent eux-mêmes. Les espaces qu’ils occupent sont connus sous le nom de lacunes. Les ostéocytes ont de nombreux processus qui atteignent les ostéoblastes probablement à des fins de communication. Leurs fonctions comprennent à des degrés divers: formation de l’os, maintien de la matrice et homéostasie du calcium. Ils agissent peut-être comme des récepteurs mécanosensoriels – régulant la réponse de l’os au stress. Ce sont des cellules osseuses matures.

• Les ostéoclastes sont les cellules responsables de la résorption osseuse (remodelage de l’os pour réduire son volume). Les ostéoclastes sont de grandes cellules multinucléées situées sur les surfaces osseuses dans ce qu’on appelle les lacunes de Howship ou les fosses de résorption. Ces lacunes, ou fosses de résorption, sont laissées après la dégradation de l’os et se présentent souvent sous forme de surfaces festonnées. Parce que les ostéoclastes sont dérivés d’une lignée de cellules souches monocytaires, ils sont équipés de stratégies d’engloutissement similaires aux macrophages circulants. Les ostéoclastes mûrissent et/ou migrent vers des surfaces osseuses discrètes. À l’arrivée, des enzymes actives, telles que la phosphatase acide résistante au tartrate, sont sécrétées contre le substrat minéral.

Le processus de résorption osseuse libère le calcium stocké dans la circulation systémique et constitue un processus important dans la régulation de l’équilibre calcique. Comme la formation osseuse fixe activement le calcium circulant sous sa forme minérale, en le retirant de la circulation sanguine, la résorption le désolidarise activement, augmentant ainsi les niveaux de calcium circulant. Ces processus se produisent en tandem à des endroits spécifiques au site et sont connus sous le nom de renouvellement osseux ou de remodelage. Les ostéoblastes et les ostéoclastes, couplés ensemble via la signalisation cellulaire paracrine, sont appelés unités de remodelage osseux. L’itération des événements de remodelage au niveau cellulaire a une influence sur la mise en forme et la sculpture du squelette pendant la croissance et en réponse au stress (comme l’exercice de prise de poids ou la guérison osseuse).

Matrice

La matrice comprend l’autre constituant majeur de l’os. Il a des parties inorganiques et organiques. L’inorganique est principalement constitué de sels minéraux cristallins et de calcium, présents sous forme d’hydroxyapatite. La matrice est initialement définie comme un ostéoïde non minéralisé (fabriqué par des ostéoblastes). La minéralisation implique des ostéoblastes sécrétant des vésicules contenant de la phosphatase alcaline. Cela clive les groupes phosphates et agit comme foyers de dépôt de calcium et de phosphate. Les vésicules se rompent alors et agissent comme un centre de croissance des cristaux.

La partie organique de la matrice est principalement du collagène de type I. Ceci est fabriqué intracellulairement sous forme de tropocollagène, puis exporté. Il s’associe ensuite en fibrilles. Divers facteurs de croissance, dont les fonctions ne sont pas entièrement connues, constituent également la partie organique de la matrice. Les autres facteurs présents comprennent les glycosaminoglycanes, l’ostéocalcine, l’ostéonectine, la protéine sialo osseuse et le facteur de fixation cellulaire. L’une des principales choses qui distingue la matrice d’un os de celle d’une autre cellule est que la matrice dans l’os est dure.

Formation

La formation d’os au stade du développement fœtal (chez l’homme, après la 7ème ou la 8ème semaine jusqu’à la naissance) se produit par deux méthodes: l’ossification intramembraneuse et endochondrale.

L’ossification intramembraneuse se produit principalement lors de la formation des os plats du crâne; l’os est formé à partir de tissu mésenchyme. Les étapes de l’ossification intramembraneuse sont les suivantes:

1. Développement du centre d’ossification
2. Calcification
3. Formation de trabécules
4. Développement du périoste

L’ossification endochondrale se produit dans les os longs, tels que les membres; l’os est formé à partir de cartilage. Les étapes de l’ossification endochondrale sont:

1. Développement du modèle cartilagineux
2. Croissance du modèle cartilagineux
3. Développement du centre d’ossification primaire
4. Développement de la cavité médullaire
5. Développement du centre d’ossification secondaire
6. Formation du cartilage articulaire et de la plaque épiphysaire

L’ossification endochondrale commence par des points dans le cartilage appelés « centres d’ossification primaires. »Ils apparaissent principalement pendant le développement du fœtus, bien que quelques os courts commencent leur ossification primaire après la naissance. Ils sont responsables de la formation des diaphyses des os longs, des os courts et de certaines parties des os irréguliers. L’ossification secondaire survient après la naissance et forme les épiphyses des os longs et les extrémités des os irréguliers et plats. La diaphyse et les deux épiphyses d’un os long sont séparées par une zone de croissance du cartilage (la plaque épiphysaire). Lorsque l’enfant atteint la maturité squelettique (18 à 25 ans), tout le cartilage est remplacé par de l’os, fusionnant la diaphyse et les deux épiphyses ensemble (fermeture épiphysaire).

La moelle osseuse se trouve dans presque tous les os contenant des tissus spongieux. Chez les nouveau-nés, tous ces os sont remplis exclusivement de moelle rouge (ou moelle hémopoïétique), mais à mesure que l’enfant vieillit, il est principalement remplacé par de la moelle jaune ou « grasse ». Chez l’adulte, la moelle rouge se trouve principalement dans les os plats du crâne, les côtes, les vertèbres et les os pelviens.

Le « remodelage » est le processus de résorption suivi d’un remplacement de l’os avec peu de changement de forme et se produit tout au long de la vie d’une personne. Son but est la libération de calcium et la réparation des os micro-endommagés (du stress quotidien). Un stress répété entraîne un épaississement de l’os aux points de stress maximal (loi de Wolff).

• Fracture osseuse
• Ostéoporose
• Ostéonécrose
• Ostéosarcome
• Ostéogenèse imparfaite

Ostéologie

L’étude des os et des dents est appelée ostéologie. Il est fréquemment utilisé en anthropologie, en archéologie et en médecine légale pour diverses tâches. Cela peut inclure la détermination de la nutrition, de la santé, de l’âge ou de l’état de blessure de l’individu dont les os ont été prélevés. La préparation des os charnus pour ces types d’études peut impliquer la macération — faire bouillir les os charnus pour éliminer les grosses particules, puis les nettoyer à la main.

Les anthropologues et les archéologues étudient également les outils osseux fabriqués par Homo sapiens et Homo neanderthalensis. Les os peuvent servir à diverses utilisations, telles que des pointes de projectiles ou des pigments artistiques, et peuvent être fabriqués à partir d’os endosquelettiques ou externes tels que le bois ou la défense.

Alternatives aux endosquelettes osseux

Il existe plusieurs alternatives à l’os mammalaire dans la nature; bien qu’ils aient des fonctions similaires, ils ne sont pas complètement analogues fonctionnellement à l’os.

• Les exosquelettes offrent un soutien, une protection et des leviers de mouvement similaires à ceux de l’os endosquelettique. Les différents types d’exosquelettes comprennent les coquilles, les carapaces (constituées de composés de calcium ou de silice) et les exosquelettes chitineux.
• Un véritable endosquelette (c’est-à-dire un tissu protecteur dérivé du mésoderme) est également présent chez les échinodermes. Les porifères (éponges) possèdent des endosquelettes simples constitués de spicules calcaires ou siliceux et d’un réseau de fibres de spongine.

Os exposé

L’os pénétrant dans la peau et étant exposé à l’extérieur peut être à la fois un processus naturel chez certains animaux et dû à une blessure:

• Les bois d’un cerf sont composés d’os
• Le poisson prédateur éteint Dunkleosteus, au lieu de dents, avait des bords tranchants d’os dur exposés le long de ses mâchoires
• Une fracture composée se produit lorsque les bords d’un os cassé perforent la peau
• Bien que non strictement exposé, le bec d’un oiseau est principalement recouvert d’os recouvert d’une couche de kératine

Terminologie

Plusieurs termes sont utilisés pour se référer aux caractéristiques et aux composants des os dans tout le corps:

Caractéristique osseuse	Définition
processus articulaire	Projection qui entre en contact avec un os adjacent.
articulation	La région où les os adjacents se contactent — une articulation.
canal	Un long foramen en forme de tunnel, généralement un passage pour les nerfs ou les vaisseaux sanguins remarquables.
condyle	Un processus articulaire large et arrondi.
crête	Une crête proéminente.
eminence	Une projection ou une bosse relativement petite.
épicondyle	Projection proche d’un condyle mais ne faisant pas partie de l’articulation.
facette	Une petite surface articulaire aplatie.
foramen	Une ouverture à travers un os.
fosse	Une large zone déprimée peu profonde.
fovéa	Une petite fosse sur la tête d’un os.
labyrinthe	Une cavité dans un os.
ligne	Une projection longue et mince, souvent avec une surface rugueuse. Aussi connu sous le nom de crête.
malléole	Une des deux protubérances spécifiques des os de la cheville.
méat	Un canal court.
processus	Une projection relativement importante ou une bosse proéminente.(gen.)
ramus	Une branche en forme de bras du corps d’un os.
sinus	Une cavité dans un os crânien.
Colonne vertébrale	Une projection ou une bosse relativement longue et mince.
suture	Articulation entre les os crâniens.
trochanter	Une des deux tubérosités spécifiques situées sur le fémur.
tubercule	Saillie ou bosse à surface rugueuse, généralement plus petite qu’une tubérosité.
tubérosité	Projection ou bosse à surface rugueuse.

Plusieurs termes sont utilisés pour désigner des caractéristiques spécifiques des os longs:

Caractéristique osseuse	Définition
Diaphyse	Le corps principal long et relativement droit de l’os; région d’ossification primaire. Également connu sous le nom d’arbre.
épiphyses	Les régions terminales de l’os; régions d’ossification secondaire.
plaque épiphysaire	Le disque mince de cartilage hyalin entre la diaphyse et les épiphyses; disparaît à l’âge de vingt ans. Également connu sous le nom de plaque de croissance.
tête	L’extrémité articulaire proximale de l’os.
cou	La région de l’os entre la tête et la tige.

• Burkhardt, R. 1971. Moelle osseuse et Tissu osseux; Atlas des couleurs de l’Histopathologie clinique. Berlin : Société Springer – Verlag. Numéro ISBN 3540050590.
• Marieb, E. N. 1998. Anatomie humaine &Physiologie, 4e éd. Menlo Park, Californie: Benjamin / Cummings Science Publishing. Il s’agit de la première édition de l’édition 2008. Principes de l’anatomie humaine, 5e éd. New York : Ligne Harper &, Éditeurs. Numéro ISBN 0060466855.

Tous les liens récupérés le 15 juin 2016.

• Un bon aperçu de base de la biologie osseuse du Science Creative Quarterly.