Biology for Majors II

Discuss the structure and function of bones

there are several different types of bones in the human skeleton. Nesta secção, vamos aprender como os ossos são classificados, e como funcionam nos nossos corpos.

Tipos de Osso

Osso ou tecido ósseo, é um tecido conjuntivo que constitui o endoskeleton. Contém células especializadas e uma matriz de sais minerais e fibras de colágeno.os sais minerais incluem principalmente a hidroxiapatite, um mineral formado a partir de fosfato de cálcio. Calcificação é o processo de deposição de sais minerais na matriz de fibra de colágeno que cristaliza e endurece o tecido. O processo de calcificação ocorre somente na presença de fibras de colágeno.os ossos do esqueleto humano são classificados pela sua forma: ossos longos, ossos curtos, ossos planos, ossos suturais, ossos sesamóides e ossos irregulares (Figura 1).

Figura 1. São mostrados diferentes tipos de ossos: achatados, irregulares, longos, curtos e sesamóides.

Figura 2. O osso longo é coberto por cartilagem articular em cada extremidade e contém medula óssea (mostrada em amarelo nesta ilustração) na cavidade medular.

os ossos longos são mais longos do que os de largura e têm um veio e duas extremidades. A diáfise, ou eixo central, contém medula óssea em uma cavidade da medula. As extremidades arredondadas, as epifisas, são cobertas com cartilagem articular e são preenchidas com medula óssea vermelha, que produz células sanguíneas (Figura 2). A maioria dos ossos dos membros são ossos longos—por exemplo, o fémur, tíbia, ulna e raio. Exceções a isso incluem a patela e os ossos do pulso e tornozelo.

ossos curtos, ou ossos cuboidais, são ossos que têm a mesma largura e comprimento, dando – lhes uma forma cúbica. Por exemplo, os ossos do pulso (carpos) e tornozelo (tarsals) são ossos curtos (Figura 1).os ossos planos são ossos finos e relativamente largos que se encontram onde é necessária uma protecção extensiva dos órgãos ou onde são necessárias amplas superfícies de fixação muscular. Exemplos de ossos planos são o esterno( osso do peito), costelas, escápulas (omoplatas), e o teto do crânio (Figura 1).os ossos irregulares são ossos com formas complexas. Estes ossos podem ter superfícies curtas, planas, retorcidas ou onduladas. Exemplos de ossos irregulares são as vértebras, ossos da anca e vários ossos do crânio.os ossos sesamóides são pequenos, achatados e têm forma semelhante a uma semente de sésamo. As patelas são ossos sesamóides. Os ossos sesamóides desenvolvem-se dentro dos tendões e podem ser encontrados perto das articulações nos joelhos, mãos e pés.os ossos estruturais são pequenos, planos e irregulares. Podem ser encontrados entre os ossos achatados do crânio. Eles variam em número, forma, tamanho e posição.

o tecido ósseo

os ossos são considerados órgãos porque contêm vários tipos de tecido, tais como sangue, tecido conjuntivo, nervos e tecido ósseo. Os osteócitos, as células vivas do tecido ósseo, formam a matriz mineral dos ossos. Existem dois tipos de tecido ósseo: compacto e esponjoso.o tecido ósseo compacto (ou osso cortical) forma a camada externa dura de todos os ossos e envolve a cavidade medular, ou medula óssea. Proporciona protecção e força aos ossos. O tecido ósseo compacto consiste em unidades chamadas osteões ou sistemas Haversianos. Osteões são estruturas cilíndricas que contêm uma matriz mineral e osteócitos vivos ligados por canaliculi, que transportam sangue. Eles são alinhados paralelamente ao eixo longo do osso. Cada osteon consiste de lamelas, que são camadas de matriz compacta que cercam um canal central chamado canal Haversiano. O canal de Haversian (canal osteônico) contém os vasos sanguíneos e fibras nervosas do osso (Figura 3). Os osteões no tecido ósseo compacto estão alinhados na mesma direcção ao longo de linhas de stress e ajudam o osso a resistir à flexão ou fractura. Portanto, o tecido ósseo compacto é proeminente em áreas do osso em que as tensões são aplicadas em apenas algumas direções.

Figura 3. O tecido ósseo compacto consiste em osteões alinhados paralelamente ao eixo longo do osso, e o canal Haversiano que contém os vasos sanguíneos e fibras nervosas do osso. A camada interna dos ossos consiste em tecido ósseo esponjoso. As pequenas ovais escuras no osteon representam os osteócitos vivos. (crédito: modificação do trabalho por Nic, NIH)

tecido ósseo esponjoso

Considerando que o tecido ósseo compacto forma a camada exterior de todos os ossos, o osso esponjoso ou esponjoso forma a camada interior de todos os ossos. O tecido ósseo esponjoso não contém osteões que constituam tecido ósseo compacto. Em vez disso, Consiste de trabeculae, que são lamelas que são dispostas como hastes ou placas. A medula óssea vermelha é encontrada entre as trabúculas. Os vasos sanguíneos dentro deste tecido fornecem nutrientes aos osteócitos e removem os resíduos. A medula óssea vermelha do fémur e o interior de outros ossos grandes, como o íleo, formam células sanguíneas.

Figura 4. Trabeculae em osso esponjoso são dispostos de tal forma que um lado do osso tem tensão e o outro suporte compressão.

o osso esponjoso reduz a densidade óssea e permite comprimir as extremidades dos ossos longos como resultado das tensões aplicadas ao osso. Osso esponjoso é proeminente em áreas de ossos que não são fortemente estressados ou onde as tensões chegam de muitas direções. As epífises dos ossos, como o pescoço do fémur, estão sujeitas a estresse de muitas direções. Imagine colocar uma imagem pesada emoldurada no chão. Você poderia segurar um lado da imagem com um palito se o palito fosse perpendicular ao chão e à imagem. Agora faz um buraco e enfia o palito na parede para pendurar a imagem. Neste caso, a função do palito é transmitir a pressão descendente da imagem para a parede. A força na imagem é diretamente para o chão, mas a força no palito é tanto o fio de imagem puxando para baixo e o fundo do buraco na parede empurrando para cima. O palito vai partir-se mesmo na parede.o pescoço do fémur é horizontal como o palito na parede. O peso do corpo empurra-o para baixo perto da articulação, mas a diáfise vertical do fémur empurra – o para cima na outra extremidade. O colo do fémur deve ser suficientemente forte para transferir a força para baixo do peso corporal horizontalmente para o eixo vertical do fémur (Figura 4).visualize os micrografos dos tecidos musculoesqueléticos à medida que rever a anatomia.

os tipos de células nos ossos

o osso consiste em quatro tipos de células: osteoblastos, osteoclastos, osteócitos e células osteoprogenitoras. Os osteoblastos são células ósseas responsáveis pela formação óssea. Os osteoblastos sintetizam e secretam a parte orgânica e a parte inorgânica da matriz extracelular do tecido ósseo, e fibras de colágeno. Os osteoblastos ficam presos nestas secreções e diferenciam-se em osteócitos menos activos. Os osteoclastos são grandes células ósseas com até 50 núcleos. Removem a estrutura óssea libertando enzimas lisossómicas e ácidos que dissolvem a matriz óssea. Estes minerais, libertados dos ossos para o sangue, ajudam a regular as concentrações de cálcio nos fluidos corporais. Osso também pode ser reabsorvido para remodelação, se as tensões aplicadas mudaram. Os osteócitos são células ósseas maduras e são as principais células do tecido conjuntivo ósseo; estas células não se podem dividir. Os osteócitos mantêm a estrutura óssea normal, reciclando os sais minerais na matriz óssea. As células osteoprogenitoras são células-tronco escamosas que se dividem para produzir células-filhas que se diferenciam em osteoblastos. As células osteoprogénitoras são importantes na reparação das fracturas.a ossificação, ou osteogénese, é o processo de formação óssea por osteoblastos. A ossificação é distinta do processo de calcificação; enquanto a calcificação ocorre durante a ossificação dos ossos, ela também pode ocorrer em outros tecidos. A ossificação começa aproximadamente seis semanas após a fertilização em um embrião. Antes desta época, o esqueleto embrionário consiste inteiramente de membranas fibrosas e cartilagem hialina. O desenvolvimento do osso a partir de membranas fibrosas é chamado de ossificação intramembranosa; o desenvolvimento a partir da cartilagem hialina é chamado de ossificação endocondral. O crescimento ósseo continua até aproximadamente aos 25 anos de idade. Os ossos podem crescer em espessura ao longo da vida, mas depois dos 25 anos, a ossificação funciona principalmente na remodelação e reparação óssea.a ossificação intramembranosa é o processo de desenvolvimento ósseo a partir de membranas fibrosas. Está envolvido na formação dos ossos planos do crânio, da mandíbula e das clavículas. A ossificação começa quando as células mesenquimais formam um modelo do osso futuro. Eles então se diferenciam em osteoblastos no centro de ossificação. Os osteoblastos secretam a matriz extracelular e depositam cálcio, o que endurece a matriz. A porção não mineralizada do osso ou osteóide continua a formar-se em torno dos vasos sanguíneos, formando osso esponjoso. O tecido conjuntivo na matriz diferencia-se em medula óssea vermelha no feto. O osso esponjoso é remodelado numa fina camada de osso compacto na superfície do osso esponjoso.a ossificação endocondral é o processo de desenvolvimento ósseo a partir da cartilagem hialina. Todos os ossos do corpo, exceto os ossos planos do crânio, mandíbula e clavículas, são formados através da ossificação endocondral.em ossos longos, condrócitos formam um modelo da diafise da cartilagem hialina. Respondendo a sinais complexos de desenvolvimento, a matriz começa a calcificar. Esta calcificação impede a difusão de nutrientes na matriz, resultando na morte de condrócitos e na abertura de cavidades na cartilagem de diáfise. Os vasos sanguíneos invadem as cavidades, e os osteoblastos e os osteoclastos modificam a matriz calcificada da cartilagem em ossos esponjosos. Osteoclastos então quebram parte do osso esponjoso para criar uma medula, ou medular, cavidade no centro da diáfise. Tecido conjuntivo denso e irregular forma uma bainha (periósteo) em torno dos ossos. O periósteo ajuda a ligar o osso aos tecidos circundantes, tendões e ligamentos. O osso continua a crescer e alongar à medida que as células da cartilagem se dividem.no último estágio do desenvolvimento ósseo pré-natal, os centros das epífises começam a calcificar. Os centros de ossificação secundários formam-se nas epifisas à medida que os vasos sanguíneos e os osteoblastos entram nestas áreas e convertem a cartilagem hialina em osso esponjoso. Até a adolescência, a cartilagem hialina persiste na placa epifiseal (placa de crescimento), que é a região entre a diafise e a epifise que é responsável pelo crescimento longitudinal dos ossos longos (Figura 5).

Figura 5. A ossificação endocondral é o processo de desenvolvimento ósseo a partir da cartilagem hialina. O periósteo é o tecido conjuntivo no exterior do osso que atua como a interface entre o osso, vasos sanguíneos, tendões e ligamentos.

o crescimento dos ossos

os ossos longos continuam a prolongar-se, potencialmente até à adolescência, através da adição de tecido ósseo na placa epifisária. Eles também aumentam em largura através do crescimento proporcional.

alongamento dos ossos longos

condrócitos no lado epifiseal da divisão da placa epifiseal; uma célula permanece indiferenciada perto da epífise, e uma célula move-se em direcção à diafise. As células, que são empurradas da epífise, amadurecem e são destruídas pela calcificação. Este processo substitui a cartilagem por osso no lado diafiseal da placa, resultando em um alongamento do osso.os ossos longos deixam de crescer por volta dos 18 anos nas mulheres e dos 21 anos nos homens, num processo chamado Fecho epifiseal da placa. Durante este processo, as células de cartilagem param de se dividir e toda a cartilagem é substituída pelo osso. A placa epifisária desaparece, deixando uma estrutura chamada linha epifiseal ou remanescente epifiseal, e a epífise e diáfise se fundem.o espessamento dos ossos longos é o aumento do diâmetro dos ossos através da adição de tecido ósseo na superfície dos ossos. Os osteoblastos na superfície óssea secretam a matriz óssea e os osteoclastos na superfície interna decompõem o osso. Os osteoblastos diferenciam-se em osteócitos. Um equilíbrio entre estes dois processos permite que o osso aqueça sem se tornar muito pesado.a renovação óssea continua após o nascimento até à idade adulta. A remodelação óssea é a substituição do tecido ósseo antigo por tecido ósseo novo. Envolve os processos de deposição óssea por osteoblastos e reabsorção óssea por osteoclastos. O crescimento normal do osso requer vitaminas D, C e a, mais minerais como cálcio, fósforo e magnésio. Hormonas como a hormona paratiroideia, a hormona do crescimento e a calcitonina também são necessárias para o crescimento e manutenção ósseas adequados.as taxas de turnover ósseo são bastante elevadas, com cinco a sete por cento da massa óssea a ser reciclada todas as semanas. Existem diferenças na taxa de rotação em diferentes áreas do esqueleto e em diferentes áreas do osso. Por exemplo, o osso na cabeça do fémur pode ser totalmente substituído a cada seis meses, enquanto o osso ao longo do eixo é alterado muito mais lentamente.

remodelação óssea permite que os ossos se adaptem às tensões tornando-se mais espessa e mais forte quando submetidos a stress. Ossos que não estão sujeitos a stress normal, por exemplo, quando um membro está em um molde, vai começar a perder massa. Um osso fracturado ou quebrado sofre reparação através de quatro fases: vasos sanguíneos

1. no rasgão ósseo quebrado e hemorragia, resultando na formação de sangue coagulado, ou um hematoma, no local da quebra. Os vasos sanguíneos cortados nas extremidades quebradas do osso são selados pelo processo de coagulação, e as células ósseas que são privadas de nutrientes começam a morrer.dentro de dias após a fratura, os capilares crescem no hematoma, e as células fagocíticas começam a limpar as células mortas. Embora fragmentos do coágulo sanguíneo possam permanecer, fibroblastos e osteoblastos entram na área e começam a reformar o osso. Os fibroblastos produzem fibras de colagénio que ligam as extremidades ósseas partidas, e os osteoblastos começam a formar ossos esponjosos. O tecido de reparação entre as extremidades ósseas quebradas é chamado de calo fibrocartilaginoso, uma vez que é composto tanto de hialina como de fibrocartilagem (Figura 6). Algumas vértebras ósseas também podem aparecer neste momento.o calo fibrocartilaginoso é convertido num calo ósseo de osso esponjoso. Leva cerca de dois meses para que os ossos partidos sejam firmemente unidos após a fratura. Esta é semelhante à formação endocondral do osso, como cartilagem fica ossificada; osteoblastos, osteoclastos e matriz óssea estão presentes.o calo ósseo é então remodelado por osteoclastos e osteoblastos, com excesso de material no exterior do osso e dentro da cavidade medular sendo removido. O osso compacto é adicionado para criar tecido ósseo que é semelhante ao osso original, intacto. Esta remodelação pode demorar muitos meses, e o osso pode permanecer irregular por anos.pergunta: que efeito tem a remoção do cálcio e do colagénio na estrutura óssea?

   Background: Conduct a literature search on the role of calcium and collagen in maintaining bone structure. Faça uma pesquisa bibliográfica sobre doenças em que a estrutura óssea está comprometida.hipótese: desenvolver uma hipótese que afirme previsões da flexibilidade, força e massa dos ossos que tiveram os componentes cálcio e colágeno removidos. Desenvolver uma hipótese sobre a tentativa de adicionar cálcio de volta aos ossos descalcificados.

   Test the hypothesis: Test the prediction by removing calcium from chicken bones by placing them in a jar of vinegar for seven days. Testar a hipótese relativa à adição de cálcio de volta ao osso descalcificado colocando os ossos de frango descalcificados num frasco de água com suplementos de cálcio adicionados. Testar a previsão, desnaturando o colagénio dos ossos, cozendo-o a 250°C durante três horas.

   analisar os dados: Crie uma tabela mostrando as mudanças na flexibilidade óssea, força e massa nos três ambientes diferentes.

   relate os resultados: em que Condições foi o osso mais flexível? Em que condições o osso era o mais forte?

   tirou uma conclusão: os resultados sustentaram ou refutaram a hipótese? Como os resultados observados nesta experiência correspondem a doenças que destroem o tecido ósseo?

   em resumo: crescimento e desenvolvimento ósseo

   ossificação é o processo de formação óssea por osteoblastos. Ossificação intramembranosa é o processo de desenvolvimento ósseo a partir de membranas fibrosas. A ossificação endocondral é o processo de desenvolvimento ósseo a partir da cartilagem hialina. Os ossos longos alongam-se enquanto os condrócitos se dividem e secretam a cartilagem hialina. Os osteoblastos substituem a cartilagem pelo osso. O crescimento apposicional é o aumento do diâmetro dos ossos pela adição de tecido ósseo na superfície dos ossos. A remodelação óssea envolve os processos de deposição óssea por osteoblastos e reabsorção óssea por osteoclastos. A reparação óssea ocorre em quatro fases e pode levar vários meses.

   Verifique a sua compreensão

   responda à(s) pergunta (s) abaixo para ver quão bem compreende os tópicos abordados na secção anterior. Este pequeno teste não conta para a sua nota na classe, e você pode repeti-lo um número ilimitado de vezes.

   Use este questionário para verificar a sua compreensão e decidir se (1) estudar a secção anterior mais ou (2) passar para a secção seguinte.