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Desenvolvimento Ósseo e Ossificação

O processo de formação óssea é chamado ossificação. Os 2 tipos de ossificação são a ossificação intramembranosa, na qual o osso é desenvolvido diretamente a partir das células mesenquimais, e a ossificação endocondral, na qual é criado um modelo de cartilagem hialina primeiro e depois substituído por osso. O osso continua a crescer no início da idade adulta nas placas epifisárias, onde os condrócitos continuam a dividir, morrer e a ser substituídos por osso mineralizado. A mineralização óssea ocorre porque os osteoblastos permitem que altos níveis de cálcio e fosfato se acumulem acima dos níveis críticos no osso.

Última atualização: 3 May, 2022

Responsibilidade editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Visão Geral do Desenvolvimento Ósseo

Definições

A formação do osso é chamada ossificação ou osteogénese.

Tipos de ossificação

Os 2 principais tipos de ossificação são:

  • Ossificação endocondral: um modelo de cartilagem hialina é criado a partir do mesênquima, depois substituído por osso
  • Ossificação intramembranosa: os ossos desenvolvem-se diretamente do mesênquima

Revisão da estrutura óssea

Os 2 tipos primários de osso são o osso compacto e o osso esponjoso.

  • Osso compactado:
    • Camada externa dura e densa de ossos
    • Disposto em unidades funcionais conhecidas como ósteos: um canal central que contém nervos e vasos circundados por anéis concêntricos de matriz óssea calcificada e osteócitos
  • Osso esponjoso:
    • Camada interna que consiste numa rede de pedaços finos de tecido ósseo chamada trabéculas
    • Encontrado nas extremidades de ossos longos e no meio de ossos planos, curtos e irregulares

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Ossificação Endocondral

Descrição geral da ossificação endocondral

  • Ossos formados por ossificação endocondral: todos os ossos abaixo do crânio, exceto as clavículas
  • A cartilagem hialina é usada como molde para a formação óssea.
  • Visão geral do processo:
    • Os condrócitos criam um modelo de cartilagem hialina do osso.
    • Os condrócitos dentro do modelo amadurecem e hipertrofiam → permite a mineralização
    • Mineralização → ↓ nutrição dos condrócitos → morte dos condrócitos
    • A morte dos condrócitos cria um espaço dentro do osso chamado lacuna.
    • As lacunas são invadidas por vasos que transportam osteoblastos, que depositam osso novo.
    • O osso novo é remodelado em osso maduro.

Processo detalhado de ossificação endocondral

  • O mesênquima diferencia-se em condroblastos.
  • Os condroblastos secretam uma matriz de cartilagem hialina:
    • Forma um modelo do osso
    • Modelo cercado por uma membrana chamada pericôndrio
    • Os condroblastos presos na matriz tornam-se condrócitos.
  • Formação do centro de ossificação primário:
    • Ocorre na diáfise (eixo) dos ossos longos
    • Os condrócitos próximos do centro do modelo amadurecem e hipertrofiam.
    • Condrócitos hipertrofiados alteram o conteúdo da matriz (adicionam colagénio X e fibronectina) → permitem o início da mineralização
  • Mineralização da matriz:
    • Leva a ↓ entrega de nutrientes aos condrócitos → apoptose de condrócitos
    • Desenvolvem-se buracos (chamados lacunas) na matriz onde os condrócitos costumavam existir
  • Invasão de vasos sanguíneos:
    • Os brotos vasculares (chamados brotos periosteais) surgem do pericôndrio
    • Crescem em direção às lacunas no centro de ossificação primário (centro da diáfise)
    • Carregam células osteogénicas para as lacunas:
      • Os osteoblastos formam um novo osso.
      • Os osteoclastos quebram o osso e a matriz.
    • Os brotos periosteais invasores quebram as paredes entre as lacunas, criando o espaço medular primário (que eventualmente se torna a cavidade medular).
  • “Sementeira” de células osteogénicas:
    • Os brotos periosteais depositam osteoblastos no espaço medular.
    • Ao mesmo tempo, o pericôndrio ossifica um colar ósseo em redor do osso em formação → agora conhecido como periósteo
  • Os osteoblastos criam tecido ósseo:
    • Os osteoblastos que agora revestem os espaços medulares depositam tecido osteoide (componentes orgânicos da matriz óssea) e calcificam-no → chamado tecido ósseo
    • A remodelação óssea (via osteoclastos e osteoblastos) substitui o tecido ósseo por osso trabecular maduro (esponjoso)
  • Crescimento no comprimento do osso:
    • A cartilagem continua a dividir-se nas epífises → ↑ comprimento do osso
    • A área é conhecida como placas epifisárias (ou seja, placas de crescimento).
    • Continua a proporcionar crescimento longitudinal no início da idade adulta
  • Centros de ossificação secundários:
    • Localizado dentro das epífises
    • Surge na altura do nascimento
    • Segue o mesmo padrão do centro de ossificação primário:
      • Mineralização da matriz
      • Morte de condrócitos → criação de lacunas
      • Invasão de vasos sanguíneos
      • Semeia lacunas com osteoblastos, que criam osso
  • Após o nascimento, a cartilagem permanece em:
    • Superfícies articulares
    • Placas epifisárias:
      • Também conhecidas como placas de crescimento
      • Ossificam após a puberdade (resulta em nenhum crescimento longitudinal adicional)
Processo de ossificação endocondral

Processo de ossificação endocondral

Imagem: “Process of endochondral ossification” por CNX OpenStax. Licença: CC BY 4.0

Ossificação Intramembranosa

A ossificação intramembranosa é uma conversão direta de células mesenquimais em tecido ósseo.

Ossos formados por ossificação intramembranosa

Estes ossos têm uma camada intermediária de osso esponjoso entre camadas de osso compacto:

  • Ossos planos do crânio
  • Ossos faciais
  • Mandíbula
  • Clavícula
Estrutura de um osso plano

Estrutura de um osso plano

Imagem : “This cross-section of a flat bone shows the spongy bone (diploë) lined on either side by a layer of compact bone” por OpenStax College. Licença: CC BY 4.0

Processo

  • As células mesenquimais condensam-se em lâminas e diferenciam-se em:
    • Células osteogénicas → diferenciam-se em osteoblastos
    • Capilares
  • Entre as folhas mesenquimais:
    • Células osteogénicas/osteoblastos condensam em centros de ossificação
    • Os osteoblastos começam a secretar osteoide: matriz óssea colagenosa mole (trabéculas moles)
    • Trabéculas crescem → os osteoblastos depositam fosfato de cálcio na matriz
  • Os osteoblastos presos dentro da matriz mineralizante transformam-se em osteócitos
  • Trabéculas mineralizadas:
    • Porção média: torna-se osso esponjoso permanente (camada média de ossos achatados)
    • Porções de superfície:
      • Continuam a calcificar até que todos os espaços estejam preenchidos → osso compacto
      • A remodelação ocorre via osteoclastos e osteoblastos para formar osso lamelar.
  • Mesênquima de superfície:
    • Permanece não calcificado
    • Torna-se cada vez mais fibroso
    • Eventualmente diferencia-se em periósteo
Intramembranosa_ossificação

Processo de ossificação intramembranosa

Imagem: “Intramembranous ossification follows four steps. (a) Mesenchymal cells group into clusters, and ossification centers form. (b) Secreted osteoid traps osteoblasts, which then become osteocytes. (c) Trabecular matrix and periosteum form. (d) Compact bone develops superficial to the trabecular bone, and crowded blood vessels condense into red marrow.” por OpenStax College. Licença: CC POR 4,0

Crescimento Ósseo e Mineralização

Crescimento ósseo

As placas epifisárias são encontradas na metáfise dos ossos longos, região de transição entre a diáfise (diáfise) e a epífise (extremidades). Existem 5 zonas histológicas distintas:

  1. Zona de cartilagem de reserva:
    • Localizada mais distante da medula
    • Consiste em cartilagem em repouso
    • Os condrócitos desaparecem após a puberdade → “fecham” as placas de crescimento
  2. Zona de proliferação:
    • Os condrócitos organizam-se em colunas e dividem-se.
    • Leva ao crescimento longitudinal
  3. Zona de hipertrofia:
    • Os condrócitos hipertrofiam, amadurecem e transformam-se (assim como na ossificação endocondral).
    • Permite mineralização e crescimento longitudinal adicional
  4. Zona de calcificação: A matriz é mineralizada.
  5. Zona de reabsorção e deposição óssea:
    • Os condrócitos morrem, criando canais longitudinais invadidos por vasos que transportam células osteogénicas.
    • Os osteoclastos dissolvem a cartilagem calcificada.
    • Os osteoblastos revestem as paredes do canal e estabelecem lamelas concêntricas de matriz até que apenas permaneça um canal estreito → o canal central de um ósteo maduro
Zonas histológicas das placas epifisárias

Zonas histológicas das placas epifisárias

Imagem por Lecturio.

Mineralização óssea

  • Cálcio (Ca 2+ ) e fosfato (PO 43– ) combinam-se para formar cristais de hidroxiapatita na matriz óssea.
  • Os cristais podem-se formar apenas quando são excedidos certos níveis de limiar para Ca 2+ e PO 43– :
    • A maioria dos tecidos tem inibidores que impedem que isto aconteça.
    • As células formadoras de osso secretam osteocalcina, que se liga ao Ca 2+ extracelular → permite a acumulação de Ca 2+
  • Os osteoblastos respondem a ↑ Ca 2+ ao secretar fosfatase alcalina, que ↑ os iões PO 43–.
  • Em níveis ↑, cálcio e fosfato cristalizam em cristais de hidroxiapatita (Ca 10 (PO 4 ) 6 OH 2 ) na matriz orgânica.

Relevância Clínica

  • Acondroplasia: condição autossómica dominante causada por mutações no gene FGFR3 que inibe a proliferação de condrócitos, prejudicando a formação do osso endocondral. Clinicamente, a acondroplasia apresenta-se em bebés com baixa estatura, encurtamento dos membros, fácies característica, anomalias na curvatura da coluna vertebral e desenvolvimento motor lento. O desenvolvimento intelectual é normal. O tratamento visa otimizar a capacidade funcional e tratar complicações, como infeções de ouvido recorrentes, apneia do sono, arqueamento das pernas e estenose espinhal.
  • Osteogénese imperfeita: também conhecida como “doença dos ossos de vidro”. A osteogénese imperfeita é uma doença genética rara do tecido conjuntivo caracterizada por fragilidade óssea grave. Embora seja considerada uma doença única, inclui mais de 16 genótipos, sendo que os tipos mais comuns causam mutações no colagénio tipo 1. Algumas formas são letais in utero. Não há cura definitiva; o tratamento é de suporte, geralmente envolve bisfosfonatos, e é focado na redução da dor, frequência de fraturas e deformidade óssea e aumento da deambulação.
  • Raquitismo: doença de mineralização óssea diminuída em crianças. No raquitismo, os condrócitos hipertróficos nas placas de crescimento epifisárias não sofrem apoptose. Esta falha resulta em mineralização insuficiente da cartilagem e é mais frequentemente devido a uma deficiência de vitamina D, a vitamina que promove a mineralização óssea. O raquitismo apresenta deformidades esqueléticas, incluindo pernas arqueadas e anomalias de crescimento. O tratamento inclui suplementação com vitamina D, cálcio e fósforo.
Rickets

Raquitismo

Imagem: “X-rays of both lower limbs showing severe bowing of the legs and diffuse osteopenia. It also shows dense transverse lines in the tibia suggestive of looser’s zones indicative of rickets” por Al-Sharafi BA et al. Licença: CC BY 4.0

Referências

  1. Saladin, K.S., Miller, L. (2004). Anatomy and physiology, 3rd ed. pp. 218–224. McGraw Hill Education.
  2. Manolagas, S.C. (2020). Normal skeletal development and regulation of bone formation and resorption. UpToDate. Retrieved August 4, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/normal-skeletal-development-and-regulation-of-bone-formation-and-resorption 
  3. Breeland, G. (2021). Embryology, bone ossification. StatPearls. Retrieved August 6, 2021, from https://www.statpearls.com/articlelibrary/viewarticle/36128/ 
  4. OpenStax College, Anatomy and Physiology. OpenStax CNX. Retrieved August 5, 2021, from https://philschatz.com/anatomy-book/contents/m46301.html 

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