Sistemul osos al unui organism este mult mai complicat decât ne imaginam noi. De mărimea oaselor depinde şi diversitatea fiinţei umane. Cele mai mari oase ale omului sunt: osul boltei craniene, coapsele, omoplatul, coloana vertebrală, femurul, tibia şi peroneul.
Osul este alcătuit dintr-o matrice organică solidă, care este întărită de depozitele de săruri de calciu. Osul compact conţine aproximativ 30% matrice organică şi 70% săruri. Matricea include 90-95% fibre de colagen şi substanţă fundamentală. Fibrele de colagen sunt orientate de-a lungul osului şi dau rezistenţă osului la acţiunile fizice. Substanţa fundamentală este alcătuită din lichid exatracelular şi proteogliconi, mai ales acid hialuronic şi condrotin sulfat. Funcţia exactă a acestora nu este încă bine determinată.
Sărurile principale incluse în compoziţia osului sunt: calciul şi fosfaţii, raportul dintre ele variind între 1,3 – 2,0. Printre mineralele osului se numără şi magneziu, sodiu, potasiu şi carbon. În os sunt incluse o serie de metale, inclusiv cele transuranice, plumbul, aurul şi alte metale grele, care reprezintă 9 din cele 14 produse radioactive. Depunerea substanţelor radioactive în os poate produce iradierea ţesuturilor osoase, iar în cazurile în care se depune o cantitate suficientă poate apărea un cancer osteogen.
Fibrele de colagen în masa osoasă sunt situate la aproximativ 64 mm una de cealaltă şi sunt împletite astfel încât să nu alunece una de pe cealaltă, ceea ce face ca rezistenţa osului să crească substanţial. Segmentele de fibre învecinate se suprapun, făcând ca şi cristalele de hidroxiapatită să se suprapună, ca şi cărămizile într-un zid.
Fibrele de colagen ale osului ca şi cele ale tendoanelor au o mare rezistenţă la tensiune, în timp ce sărurile de calciu, care au proprietati similare cu marmura dau rezistenţă osului la compresiune. Prin urmare oasele sunt structurate exact ca şi betonul armat, unde oţelul şi betonul armat asigură rezistenţa la întindere, iar cimentul, nisipul şi piatra asigură rezistenţa la compresiune. Multe din proprietăţile osului sunt încă necunoscute.
Primul stadiu de formare a osului este secreţia de colagen şi de substanţă fundamentală de către osteoblaste. Colagenul se polimerizează rapid, formând fibre, iar ţesutul care se formează devine osteoid – un material similar cartilagiului cu proprietatea de a precipita sărurile de calciu. Pe măsură ce se formează osteofidul unii osteoglaşti rămân încastraţi în el şi se numesc osteocite.
După formarea osteoidului sărurile de calciu încep să se precipite pe suprafaţa fibrelor de colagen, formând nuclee minuscule, care se dezvoltă până la formarea cristalelor de hidroxiapatită.
Nu se ştie ce factori influenţează depunerea sărurilor de calciu pe osteoid. Una din teorii susţine că la momentul formării osului, fibrele de colagen sunt pregătite pentru a produce precipitarea sărurilor de calciu. O altă ipoteză susţine teoria comform căreia osteoblaştii ar secreta în osteoid o substanţă care neutralizeză un inhibitor stopând cristalizarea hidroxiartiapatia.
Dacă se injectează intravenos săruri solubile de calciu, concentraţia ionilor de calciu creşte evident, dar procesul este reversibil timp de 30-60 minute. Acest fenomen se produce datorită prezenţei substanţei numită “calciul de schimb “, care este in echilibru cu lichidul extracelular. Cea mai mare parte a calciului de schimb se găseşte în os şi constituie aproximativ 0,4 – 1%.
Osteogeneza este realizată de osteoblaste, care se află pe partea interioară şi exterioară a oaselor şi sunt în continuă activitate. Astfel ţesutul osos se reînnoieşte tot timpul, păstrând o anumită rezistenţă. Din punct de vedere histologic osteoliza are loc in imediata apropiere a osteoclastelor învecinatate. Se presupune că mecanismul osteolizei funcţionează astfel: osteoclastele emit către os două tipuri de substanţe – enzime proteolitice eliberate din lizozomii osteoclasterilor şi câţiva acizi incluzând acidul citric şi lactic. Enzimele acţionează asupra matricei organice ale osului, iar acizii solubilizează sărurile minerale. Echilibrul între osteogeneza şi osteoliza este constant.
Osteoclastele există sub forma unor populaţii, care se dezvoltă, consumând masa osoasă în timp de trei săptămâni, săpând în os un tunel cu diametru de 1 mm şi o lungime de câţiva mm. La sfârşitul acestei perioade osteoslasterele dispar şi tunelul este invadat cu osteoblaste. Urmează apoi osteogeneza, ce durează câteva luni, osul nou fiind depus în straturi succesive pe suprafaţa internă a cavităţii, până ce tunelul se umple. Osteogeneza încetează atunci când osul începe să deranjeze vasele de sânge ce irigă zona. Canalul prin care trec aceste vase, numit canalul haversian este tot ce rămâne din cavitatea iniţială. Fiecare teritoriu osos nou format în acest mod se numeşte osteon.
