Documentul prezintă o introducere în osteologie, clasificarea și descrierea oaselor din corpul uman, precum și structura și funcțiile acestora. Se discută despre mecanica osului, tipurile de oase, și influența activității fizice asupra densității osoase, accentuând importanța echilibrului între osteoblaste și osteoclaste în remodelarea osoasă. De asemenea, se menționează legea lui Wolff, care sugerează că forma osului este determinată de solicitările mecanice aplicate.

1. Prof.dr. Taina Avramescu
Noiembrie 2012
Anatomie si biomecanica
Curs 2

2. Curs. 2. Introducere in osteologie.
Structurarea cursului
> Introducere
> Clasificarea oaselor
> Elemente descriptive ale oaselor
> Configuraţia internă a oaselor.
> Consideraţii clinice

3. > Scheletul corpului uman se
împarte în 4 părţi:
> Coloana vertebrală
> Torace osos
> Oasele capului
> Oasele membrelor.
> Partea anatomiei descriptive care
se ocupă cu studiul formei şi
structurii oaselor poartă numele
de OSTEOLOGIE.

4. Forma osului
> Solicitările mecanice impuse unui os și funcția sa
determina forma acestuia.
Test in 3 puncte de indoire la nivelul unui femur.
Curba de forță-deformare rezultată in urma testului ilustreaza
proprietățile biomecanice ale osului.

5. Tipuri de oase
> Oase scurte
> Miscari limitate de alunecare; absorbtia socului.
> Dimeniunimici, forma cubica, (e.g., carpiene, tarsiene)

6. Tipuri de oase
> Oase scurte
> Oase plate
> Protectie, furnizeaza
suptafete de insertie
> Plane ca forma (e.g.,
scapula)

7. Tipuri de oase
> Oase scurte
> Oase plate
> Oase de forma neregulata
> Multi-functionale

8. Tipuri de oase
> Oase scurte
> Oase plate
> Oase de forma
neregulata
> Oase lungi
> Forma alungita, se
> Folosesc ca parghii
pentru miscare (e.g.,
tibia, femur,
humerus, radius,
ulna, clavicula,
fibula, metatarsiene,
falange)

9. Compozitia si structura tesutului osos
> Functiile mecanice ale osului
> furnizeaza o structura solida penstru suport si protectie
> formeaza un sistem de parghii rigide care sunt
mobilizate de fortele generate de contractia muschilor
atasati

10. Osului ca organ i se pot descrie din
punct de vedere morfofunctional 4
ordine de structuri (Weiner si
Traub, 1992).
1. Structuri de ordinul I : arhitectura
compacta si spongioasa, maduva
osoasa, periostul, cartilajul
articular, cartilajul de crestere;
2. Structuri de ordinul II: canale
haversiene, lamele osoase
circumferentiale, vase sanguine,
nervi;
3. Structuri de ordinul III: matricea
extracelulara - fibre de colagen,
microfibrile, celule osoase, cristale
de hidroxiapatita;
4. Structuri de ordinul IV: dispunerea
moleculara a substantelor organice
si anorganice.

11. Structura osului cortical (adaptata dupa
Lakes -1993)
Nivel ierarhic Structura Scala marime Metoda de testare
(rezolutie)
Macroscopic Fragment osos
compacta 3.6x3.6x40mm solicitare mecanica
(>1mm2)
Mezoscopic
Lame, osteoane
Microscopic
laminara 250m
microscopie acustica
(100 m)
Canale haversiene cavitara 50-100m microteste de rezistenta (10-
30m)
Lacune osteocitare cavitara 5-15m microteste de duritate (5-10m)
Lamele
lamelara 5m microscopie electronica prin
scanare-MES si microprobe (5-
10m)
Fibre colagene fibroasa (matrix extracelular) 1-2m 100-200xmagnificare
histologica(1- 5m)
Cristale hidroxiapatita cristalina 0.005-0.05m MES (1 m)

12. Arhitectura osoasa
2 tipuri de arhitectura
(clasificate in functie de
porozitate) si in relatie cu
functia:
1. Os cortical (compact) cu
porozitate 5-30%
2. Os trabecular (spongios) cu
porozitate 30-90%
Rezistenta si duritatea osului
sunt influentate de arhitectura
osoasa.
Celulele osoase
Osteocite: celula osoasa matura
Osteoblaste: celule osoase tinere
responsabile deformarea materialului
osos
Osteoclaste: celule osoase implicate
in rezorbtia tesutului osos
In conditii fiziologice activitatea
acestor celule este echilibrata.

13. Organizare structurala
Os cortical
(compact)
Porozitate
redusa
5-30% din
volumul tesutului
osos nemineralizat
Os trabecular
(spongioss)
Porozitate
inalta
30 90% din volumul
tesutului osos
nemineralizat
Epifiza
Proximala
Diafiza
Epifiza
distala
Invelis
endostal
Corticala
osoasa
Maduva
osoasa
Periost
Os
trabecular
Os cortical
Platou
epifizar
Os
trabecular
Artera
nutritiva
Cavitate
medulara
Platou
epifizar

14. Structura osului lung
Os cortical
(porozitate ~ 15%)
periost
membrana externa a corticalei
osoase
invelis endostal
membrana interna a corticalei
osoase
Os trabecular
(porozitate ~70%)

15. Structura osului lung
Platou epifizar
Cartilaj ce separa metafiza de
epifiza
epifiza
Capetele terminale osoase
proximale si distale
metafiza
Limita dintre diafiza si epifize
Contine os spongios
diafiza
corpul osului

16. COMPOZITIE OSOASA
MATRICE CELULE
Organica Anorganica
Calciu Fosfat
Colagen Mucopolizaharide
Proteine necolagene
Osteoprogenito
are
Osteocite Osteoblaste Osteoclaste

17. Componenta minerala:
> Carbonat de calciu
> Posfat de calciu
> Colagen
> Apa
60 to 70%
of mass
•rigiditate
•rezistenta la
compresiune
• flexibilitate (rezistenta la tractiune)
Variabilitate individuala
25 %

18. Caracteristicile biomecanice ale osului
Tesut osos
Remodelare/Crestere
Activitate fizica Lipsa activitatii
Depozite osoase
(miozita osificanta)
Varsta &
Osteoporoza
Forta
gravitationala
Hormones

19. Biomecanica osoasa si adaptarea
> Modificarea unui organism sau a părților acestuia in
scopul unei existențe optime în condițiile mediului
său(Mish, 1984)

20. Componete organice
(e.g. colagen)
Componente anorganice
(e.g., calciu si fosfat)
65-70%
(uscat ud)
H2O
(25-30%)
Una din cele mai
rezistente
structuri ale
corpului uman viscoelastic
ductil
fragil
Caracteristice bimecanice ale osului- Tesutul osos
25-30%
(uscat ud)

21. Compression Tension Shear Torsion Bending
Incarcarea mecanica osoasa

22. Incarcare si raspuns
> Stres
> Forta pe unitate de
suprafata
> Intindere
> deformation
> Deformatia
raportata la rata
alungirii

23. Stres = Forta/Suprafata Alungire = modificari
ale lungimii /unghiului
Note: Curba stres-alungire este o curba normalizata de incarcare-
deformare

24. Modificari tisulare, fibrilare si ale particulelor minerale in
functie de stresul aplicat

25. Rezistenta osoasa relativa
StresstoFracture
Load Type
Compresiune
Tensiune
Fracturi: la incarcari excesive oasele au tendinta sa se
fractureze la nivelul tensiunii maxime.
Tipul incarcarii

26. MORFOFIZIOLOGIA OSOASA
> Se pot defini trei clase principale de
fenomene implicate in morfogeneza
oaselor:
> Cresterea
> Modelarea
> Remodelarea

27. Cresterea
> In cadrul abordarii de fata prin crestere se intelege
totalitatea activitatilor celulare care vor determina cresterea
dimensiunilor si/sau a masei partilor componente ale scheletului

28. Cresterea si dezvoltarea osoasa
> Osul viu este dinamic
> Se modifica continuu in timpul vietii.
> Crestere longitudinala
> Areloc la nivelul epifizelor
> Platou epifizar.
> Produce tesut osos nou pana la
inchidere
> Crestere circumferentiala
> Oasele prezinta modificari in
diametru in timpul vietii
> Modificari rapide inaintea varstei
adulte.

29. Cresterea osoasa longitudinala
> Are loc la nivelul platoului epifizar sau “de crestere “
Celulele osoase sunt produse pe fata diafizara a
platoului
> Platoul se osifica complet in jurul varstei de 18-25 de
ani si cresterea in lungime inceteaza.

30. Cresterea osoasa circumferentiala
> Cresterea are loc pe tot parcursul vietii
> Celulele osoase sunt produse pe fata interna a periostului
de catre osteoblaste
> In paralel osul sufera procese de rezorbtie in jurul
circumferintei cavitatii medulare de catre osteoclaste.
InveIis
endostal
Os cortical
Maduva
osoasa
Periost

31. Adaptarea osoasa
> Modelare:formare de os nou
> Rate diferite
> Continua
> Orice suprafata osoasa
> In perioada de crestere(rapida)
> initiere ?
> Remodelare: resorbtie si formare de os
> Activare, resorbtie si formare
> Osteoclaste- resorbtie
> Osteoblaste- formare de
tesut osos
> Proces indelungat
> Initiat de
> Alungirea functionala
> Teoria fatigabilitatiii
materialului (Burr)

32. > Osteoblaste
> Formeaza os nou
> Osteoclaste
> Resorb os existent
Factorul critic in modelare/remodelare:
echilibrul acestor actiuni
Osteoclast Monocit
Limfocit Celula
mezenchimala
Celule delimitante
osoase
Osteocite

33. MODELAREA
> Totalitatea actiunilor care controleaza forma oaselor implicate in
procesul de crestere este generic definita ca ”modelare”. In
procesul de crestere-modelare se disting doua clase distincte de
activitati implicate, si anume:
> a) procese cu actiune longitudinala care determina inaltimea
corpului si lungimea oaselor;
> b) procese cu actiune transversala care determina curburile
osoase, grosimea corticalei si diametrul cavitatilor medulare.
> Diverse ipoteze sustin faptul ca substanta spongioasa
osoasa rezulta in principal ca urmare a proceselor de crestere
longitudinala, prin osificarea encondrala, iar substanta osoasa
compacta este rezultatul activitatilor de modelare osoasa
transversala (Beaupre et al., 1990).

34. REMODELAREA
> consta dintr-o succesiune de secvente alternative de resobtie
si formare osoasa.
Stimuli mecanici Celule
delimitante
Osteoclast
Osteoblast Osteocit
Remodelare osoasa

35. Studiul la zi
> Concluzia diverselor experimente este aceea
ca proprietatile mecanice ale osului sunt
strans legate de structura acestuia, iar
solicitarile mecanice joaca un rol foarte
important in generarea formei si structurii
osoase. Acest aspect a fost evidentiat inca
din 1870, cand Wolff afirma ca”Forma unui
os este determinata de incarcarile mecanice
statice exercitate asupra sa ...”.
> Cercetarile ulterioare au aratat ca
solicitarile mecanice (stressul mecanic de
diverse tipuri) pot influenta cresterea
osoasa, fenomenele de modelare si
remodelare osoasa, asa cum s-a si aratat
anterior, dar interventia factorului genetic
ramane esentiala in determinarea formei
osoase

36. Raspunsul osos la stress
> Legea lui Wolff (1892)
> Tesutul se adapteaza la
nivelul stresului impus
> Stres intens
> hipertrofie (creste
rezistenta)
> Stres redus
> Atrofie
> (scade rezistenta)
FORMA REFLECTA
FUNCTIE
genetica, greutate
corporala,
activitate fizica,
dieta, stil de viata

37. Memento
Legea lui Wolff
> Osul se formeaza acolo unde este necesar si se
reabsoarbe unde nu este necesar
> Forma osului reflecta functia sa
> Humerusul jucatorilor de tenis pentru bratu dominant
are o corticala cu o grosime cu 35% mai mare decat a
humerusului contralateral (Keller & Spengler, 1989)
> osteoclastele ele resorb sau distrug osul
> Osteoblastele formeaza tesut osos nou

38. > Adaptarea densitatii aparente a
osului la aplicarea unui stimul
mecanic este o problema care in
ultimii ani face de asemenea
subiectul unor studii
aprofundate. S-a ivit necesara
formularea unei teorii
fenomenologice a remodelarii
osoase care sa prezinte o buna
stabilitate spatiala si temporala.

39. Continut mineral osos crescut
Activitatea osteoblastelor> activitatea
osteoclastelor
Gradul de crestere al densitatii osoase este direct
proportional marimea fortei aplicate
Oasele cu densitate crescuta sunt mai puternice si
mai rezistente la fracturi.
Continut mineral osos scazut
Incarcarea redusa la nivelul osului conduce la
demineralizare marcata: 17 saptamani de repaus la
pat a determinat o scadere cu 10.5 % a densitatii
osoase.
Oasele cu densitate scazuta sunt mai fragile si
rezistenta scazuta la fracturi.

40. Depozite osoase
> Raspuns la activitatea fizica regulata
> Exercitiul fizic regulat reprezinta un stimul al
mentinerii unei densitati osoase in limite normale
– Jucatorii de tenis si de baseball prezinta
oase mai mari si cu densitate crescuta la
membrul superior dominant
– Alergatorii de ambele sexe au o densitate
osoasa mai mare decat media la nivelul
meembrelor superioare si inferioare
– Exercitiile fara incarcare (inot, ciclism)
pot avea efecte pozitive asupra densitatii
minerale osoase

41. Resorbtia osoasa
> Lipsa stresului mecanic
> Scade nivelul de Calciu (Ca)
> Calciul se elimina prin rinichi
> Creste probabilitatea formarii calculilor renali
> Lipsa incarcarii de greutate (hipogravitatie)
> Astronautii utilizeaza exercitii de rutina pentru a utiliza
tensiunea musculara dezvoltata ca stimul osos
> Acestea sunt doar forte de tensiune- gravitatie este o forta
de compresiune compressive

42. Relatia dintre varsta, sex si masa osoasa
From: Biomechanics of Musculoskeletal Injury, Whiting and Zernicke
BoneMass(gofCa)
1000 5025 75
500
1000
Age (yr)

43. > se considera ca raspunsul alterat al osteoblastelor
persoanelor in varsta la stimuli mecanici este responsabil
de diminuarea formarii tesutului osos cu implicatii in
osteoporoza.

44. > Stadiile initiale ale
diferentierilor osoase
postfractura pot fi
influentate de factori
mecanici care initiaza
procese similare cu cele
determinate de injectiile
locale cu -TG). S-a
sugererat faptul ca
acest factor de crestere
este un posibil candidat
pentru reglarea
formarii noului os ca
raspuns la stimulii
mecanici.

45. MULTUMESC PENTRU ATENTIE!