Quels sont les déterminants de la qualité osseuse ?

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Ghislaine SURREL

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Ostéoporose postménopausique : de la physiopathologie à la prise en charge

A chaque niveau d’organisation osseuse, de l’échelon moléculaire à l’échelon anatomique, tout est fait pour que l’os s’adapte aux contraintes mécaniques. On distingue 5 niveaux d’organisation osseuse : nature, texture, structure, microarchitecture, macro-architecture.

Nature

La matrice osseuse, élaborée par les ostéoblastes, a une nature à la fois organique et minérale.
La phase organique est constituée de fibres de collagène de type I réticulées et de molécules non collagéniques. Le collagène est directement synthétisé par les ostéoblastes et donne au tissu osseux son élasticité. Les liaisons chimiques réticulant le collagène, ou « crosslinks », ont pour dessein de renforcer les fibres de collagène : ce sont les pyridinolines et déoxypyridinolines, parfois utilisées en pratique comme marqueurs biologiques du remodelage osseux.
La phase minérale renforce le collagène. Ce sont des cristaux d’hydroxyapatite, c’est-à-dire des sels de phosphate de calcium hydraté. Les cristaux d’hydroxyapatite se déposent entre les fibres de collagène ; ils ont une forme en tablettes, vus de face, et d’aiguilles, vus de profil. Ils confèrent à l’os sa rigidité. Le dépôt de cette phase minérale est extracellulaire et induit par les ostéoblastes via une nucléation protéique.
La nature composite de l’os, minérale et organique, en fait un matériau à la fois élastique et rigide.

La structure de l'oscortical

Texture
Le deuxième niveau d’organisation est la texture : c’est l’agencement des fibres de collagène sous forme de lamelles parallèles. L’angulation des fibres de collagène est différente d’une lamelle à l’autre. La texture lamellaire est le propre du squelette adulte.

Structure
Un groupe d’ostéoblastes fabrique un « paquet d’os », qu’on appelle unité de structure élémentaire (BSU, en anglais, pour basic structure unit). Les BSU de l’os cortical, qui est la paroi externe des os, sont différentes de celles de l’os trabéculaire (épiphyses des os longs, os courts et plats).
L’os cortical est composé d’unités de structure cylindriques, appelées ostéons. Chaque ostéon est composé de lamelles concentriques au canal de Havers, au centre duquel passent les vaisseaux sanguins irriguant l’os.
La structure de l’os trabéculaire joue un rôle d’amortisseur grâce à la moelle emprisonnée dans ses alvéoles et à une microarchitecture trabéculaire en forme de travées connectées entre elles et orientées dans l’espace ; elle se compose de BSU en forme d’écailles. Les BSU ressemblent à des ostéons incomplets, qui s’agencent entre eux de façon à former des travées.

Microarchitecture

Dans l’os cortical, les ostéons, de structure cylindrique, sont disposés parallèlement côte à côte. Ils sont reliés entre eux par des lamelles interstitielles, vestiges d’ostéons antérieurs détruits. Cette structure compacte et dense explique la solidité de l’os cortical.
Les BSU de l’os trabéculaire s’accolent les unes aux autres et s’agencent de façon à former des travées. Celles-ci peuvent être de deux types : plaques ou piliers transverses assurant la stabilité des plaques. Les travées osseuses sont de directions variées et délimitent ainsi de petites cavités médullaires interconnectées.

Macroarchitecture

La microarchitecture de l'os trabéculaire

Chaque pièce squelettique a sa forme propre, qui est codée génétiquement. Les angulations et les courbures permettent de lutter contre les contraintes mécaniques. Le col fémoral permet de déporter les contraintes exercées lors de la station debout, ce qui entraîne, chez les sujets à col fémoral long, une augmentation du risque fracturaire. L’environnement influe sur la forme du squelette. Chez le rat paralysé, la forme s’adapte aux changements de contraintes mécaniques. L’adaptation aux contraintes mécaniques explique la différence de forme des os entre espèces, par exemple entre le radius humain et celui du gorille, qui marche en appui sur les mains.
Il existe donc un continuum dans l’adaptation de l’os aux contraintes mécaniques. De l’échelon moléculaire à l’échelon anatomique, tout est fait pour s’adapter aux contraintes.

A RETENIR :
Nature composite
La nature minérale et organique de l’os en fait un matériau à la fois élastique et rigide.

En perpétuel renouvellement
Il faut former autant d'os qu'il s'en est détruit.

L’os, un matériau vivant en constante adaptation

L’os est un tissu en constante adaptation. Que l’os ne soit pas un matériau inerte n’est pas un concept récent. Il y a quelques siècles déjà que les premiers chercheurs ont constaté que l’os se remodèle.
Un savant écossais, John Hunter (1728-1793), découvre, en examinant les mandibules de cadavres d’animaux, qu’il existe dans les pièces osseuses à la fois des zones de destruction et des zones d’apposition osseuses. Et pour qu’il y ait apposition, il faut qu’il y ait eu destruction auparavant.
L’anatomiste Wolff (1835-1902) creuse l’observation et remarque, quant à lui, que l’os s’adapte aux changements de contraintes mécaniques. Le caractère adaptatif de l’os est oublié pendant plus d’un siècle, avant de sortir de l’ombre dans les années 1980. Le concept révolutionne alors la compréhension de l’ostéoporose, à tel point que l’OMS réactualise la définition. L’ostéoporose, jusqu’alors définie par une masse osseuse basse, devient une maladie caractérisée par une « masse osseuse basse avec altérations de la microarchitecture entraînant un risque fracturaire accru ».

FMC au quotidien du : 19/11/2007