Rimodellamento osseo e Meccanotrasduzione. Parte 1: Introduzione

 Immagine di copertina, raffigurante un comune processo di rimodellamento

Cosa sono le ossa e di cosa sono fatte

Come molti di voi ben sapranno, il tessuto osseo è un tipo di tessuto connettivo di cui è fatto la maggioranza del nostro apparato scheletrico.

Quest'ultimo infatti svolge diversi compiti:

-Supporto di organi e tessuti del nostro corpo, sia in fase statica che cinetica.

Grazie alla contrazione muscolare e alla capacità dei nostri tendini di trasferire in modo adeguato lo sforzo alle ossa, ci è possibile, quindi, muoverci nello spazio.

-Protezione di organi interni e tessuti. 

E' il caso della gabbia toracica, del cranio e della spina dorsale.

-Deposito di ioni calcio

Le ossa presentano inoltre caratteristiche meccaniche molto peculiari e ancora oggetto di studio e ammirazione.

Esse infatti presenta un'elevata resistenza meccanica, una rigidità adeguata (10-20 Gpa, con per le ossa lunghe una media di 17Gpa longitudinalmente e 11,5 trasversalmente), e una buona deformazione a frattura

Queste caratteristiche unite assieme vanno a formare un materiale in grado di assorbire un quantitativo di energia enorme per le sue dimensioni, prima del verificarsi di una frattura.

Le proprietà meccaniche sono inoltre ben maggiori della somma dei materiali di cui è costituito l'osso (collagene e matrice minerale in larghissima parte), esse infatti sono dovute in buona parte da come il nostro corpo assembla questi componenti.

Struttura e composizione, in brevissimo

L'osso corticale compatto, che in questa sede sceglieremo come modello a scopo puramente esemplificativo, costituisce generalmente la zona centrale delle ossa lunghe (omero, femore etc...) e la superficie delle ossa piatte e corte .

Esso è costituito in larghissima parte da delle macrounità chiamate osteoni.

Essi sono costituiti da una serie di 8-20 di lamelle concentriche di tessuto osseo di 3-7 micrometri di larghezza (10^-6 metri) che si sviluppano attorno ad un canale di Havers centrale di 50 micron di diametro contenente solitamente un vaso.

Vi sono poi canali trasversali detti canali di Volkmann, a loro volta contenenti vasi sanguigni.

Gli osteoni sono poi collegati tra loro con delle lamelle interstiziali.

Immagine di osteoni, taglio trasversale. I forellini che vedete si chiamano lacune, e vi si trovano gli osteociti, tratteremo in merito nel prossimo post

L'osso trabecolare (o anche osso spongioso), è un tessuto che si trova generalmente alle estremità delle ossa lunghe e negli strati interni delle nostre ossa corte e piatte. E' composto da osteoni privi di canali di Havers orientati nello spazio in direzioni disparate (delle "trabecole", o travature), creando così un tessuto molto poroso.

Tutte queste informazioni-poche, incomplete e assolutamente superficiali persino nel loro essere poche e incomplete- non sono messe qui per allungare il brodo, ma funzionali all'argomento che andremo ad introdurre oggi: il rimodellamento osseo.

Rimodellamento osseo: Introduzione, definizione, leggi

Benché da fuori l'osso possa sembrare un minerale completamente passivo e fine al solo scopo di sostenere un sacchetto di carne e sangue, esso in realtà è un tessuto vivo, come quelli di tutto il resto del nostro corpo, e in quanto tale è soggetto non solo ai cambiamenti fisiologici dovuti a crescita o invecchiamento, ma anche a modifiche strutturali continue a seconda delle funzioni che è chiamato a svolgere.

Come per i muscoli infatti che tendono a ingrossarsi e irrobustirsi col tempo a seguito di adeguati stimoli o ad atrofizzarsi in mancanza di tali, anche per le ossa il nostro corpo applica questo tipo di meccanismo.

E' da anni (più di un secolo in realtà) che è noto come il nostro apparato scheletrico vada a modificarsi a seconda dell'uso che se ne fa, non variando semplicemente in larghezza e densità ma anche e soprattutto nella sua struttura.

Il primo a cercare di formulare delle leggi semplici che descrivessero questo fenomeno fu Wolff nel 1892 con due leggi:

-Legge generale della trasformazione ossea, vale a dire, che ad ogni variazione funzionale corrisponde una variazione strutturale

-Legge traiettoriale dell'osso trabecolare: vale a dire la tendenza delle travature dell'osso spongioso a disporsi parallelamente alle direzioni dei principali sforzi a cui è sottoposto il tessuto.

Solo per voi, un osso spongioso

Tre anni dopo, nel 1895, queste due leggi vennero riformulate da Roux in :

Legge dell'adattamento funzionale, vale a dire che un organo sottoposto ad una variazione funzionale verrà sottoposto anche ad una variazione nella sua struttura

Progetto minimax: legge secondo la quale  il nostro corpo tende a sviluppare il tessuto più adatto funzionalmente e contemporaneamente utilizzando meno materiale possibile.

Nei prossimo(i) post andrò ad illustrare i meccanismi alla base di questo processo e soprattutto le principali teorie  a riguardo, partendo da quelle più vecchie e ormai sorpassate, sino ad arrivare a quelle odierne. 

Spero vi possa interessare.

Grazie per l'attenzione.

Fonti:

Appunti personali del corso di Biomeccanica del Politecnico di Milano

Testo:  Biomeccanica. Analisi multiscala di tessuti biologici         A.Redaelli, F.Montevecchi

Se non diversamente indicato, tutte le immagini presenti sono prive di copyright.