Osteócitos

Osteócitos são as células encontradas no interior da matriz óssea , ocupando as lacunas das quais partem em pequenos espaços que se formam entre as células dos ossos, em outras palavras canalículos. Cada lacuna contém apenas um osteócito. Dentro dos canalículos os prolongamentos dos osteócitos estabelecem contatos através de junções comunicantes, por onde podem passar pequenas moléculas e íons de um osteócito para outro.

Osteoblastos

Osteoblastos são as células que sintetizam a parte orgânica - como o colágeno tipo I - da matriz óssea além de participar da mineralização desta. Dispõem-se sempre nas superfícies ósseas, lado a lado, num arranjo que lembra um epitélio simples. Uma vez aprisionado pela matriz recém-sintetizada o osteoblasto passa a se chamar osteócito. A matriz se deposita ao redor do corpo da célula e de seus prolongamentos, formando assim as lacunas e os canalículos respectivamente.

Osteoclastos

Osteoclastos são células móveis, gigantes, multinucleadas e extensamente ramificadas. São as células responsáveis pela remodelação óssea que ocorre ao longo do crescimento de um osso ou em condições que favoreçam a reabsorção óssea, como a osteoporose ou a remodelação de uma região de fratura. Ficam localizados em regiões chamadas lacunas de Howship e podem ser requisitados para outras regiões do osso de acordo com a necessidade, guiando-se através de quimiotaxia.

Tecido ósseo primário

O tecido ósseo primário (não lamelar) apresenta fibras colágenas dispostas em várias direções sem organização definida, tem menos quantidade de minerais e maior proporção de osteócitos quando comparada ao tecido ósseo secundário. Encontra-se pouco presente em adultos, persistindo apenas próximo às suturas dos ossos do crânio e nos alvéolos dentários.

O tecido ósseo primário é formado através de ossificação intramembranosa e surge a partir da diferenciação de células de tecido conjuntivo em osteoblastos. A membrana de tecido conjuntivo restante se condensa e forma o periósteo.

Tecido ósseo secundário (lamelar)

O tecido ósseo secundário é a variedade geralmente encontrada no adulto. Sua principal característica é possuir fibras colágenas organizadas em lamelas de 3 a 7 μm (micrômetro) de espessura que, ou ficam paralelas umas às outras, ou se dispõem em camadas concêntricas em torno de canais com vasos formando os Sistemas de Havers ou ósteons.

Outra classificação dos ossos

Observando-se a olho nu a superfície de um osso serrado, verifica-se que há partes sem cavidades visíveis - o osso compacto ou denso - e por partes com muitas cavidades intercomunicantes - o osso esponjoso ou reticulado. Esta classificação é macroscópica e não histológica como visto acima, porém, ainda assim, ela é muito utilizada no dia-a-dia dos zoólogos e paleontólogos. Tais tipos apresentam o mesmo tipo de célula e de substância intracelular, mudando apenas entre si a disposição de seus elementos e a quantidade de espaços medulares. A substância óssea esponjosa e a compacta aparecem juntas na maioria dos ossos dos vertebrados.

Substância óssea compacta

Apresenta pouquíssimo espaço medular, possuindo, no entanto, um conjunto de canais que são percorridos por nervos e vasos sanguíneos: canais de Volkmann e canais de Havers. Por serem uma estrutura inervada e irrigada, os ossos têm sensibilidade, alto metabolismo e capacidade de regeneração.

Canais de Volkmann

Ver artigo principal: Canais de Volkmann

Os canais de Volkmann começam na superfície externa ou interna do osso, possuindo uma trajetória transversal. Esses canais se comunicam com os canais de Havers. Os canais de Volkmann não apresentam lamelas concêntricas.

Canais de Havers

Ver artigo principal: Canais de Havers

O Canais de Havers percorrem o osso longitudinalmente (ou no eixo axial) e podem intercomunicar-se por projeções laterais. Em cortes transversais, percebe-se que ao redor de cada canal de Havers existem várias lamelas concêntricas de substância intercelular e de células ósseas. Cada conjunto deste, formado pelo canal central de Havers e por lamelas concêntricas, é chamado de Sistema de Havers ou Sistema haversiano.

Ossificação intramembranosa

A ossificação intramembranosa ocorre na formação de ossos curtos, ossos do crânio e no crescimento em espessura de ossos longos. Esse tipo de ossificação não depende da presença de tecido cartilaginoso e sim de uma membrana conjuntiva, na qual haverá diferenciação de células mesenquimais em osteoblastos. O local de início da ossificação é chamado centro de ossificação primária. Vários centros de ossificação podem ser iniciados ao mesmo tempo, como ocorre na formação do crânio, cujos ossos ainda não se encontram totalmente fundidos no momento do nascimento.

Ossificação endocondral

A ossificação endocondral ocorre na formação de ossos longos (como o fêmur) na fase embrionária e também nas extremidades desses ossos ao longo do crescimento do indivíduo. As extremidades ósseas são chamadas epífises. Nestas regiões, há uma camada de cartilagem e para que ocorra o crescimento, os condrócitos presentes nesse tecido deverão sofrer proliferação seguida de morte, deixando uma matriz cartilaginosa que, em seguida, é vascularizada e invadida por células do tecido ósseo, como componentes da medula óssea, osteoclastos e osteoblastos. A matriz cartilaginosa é utilizada como base para a deposição da matriz calcificada. Após a formação da matriz extracelular óssea, há ação de osteoclastos na porção mais central do osso, formando (ou aumentando, no caso de um osso em crescimento) a cavidade medular.

Fraturas

Nos locais de fratura óssea ocorre hemorragia, pela lesão dos vasos sanguíneos, destruição da matriz e morte de células ósseas.

Macrófagos removem o coágulo sanguíneo, restos de células e restos da matriz para que se possa começar o reparo da fratura. O periósteo e o endósteo próximos à área de fratura respondem com uma intensa proliferação, formando um tecido muito rico em células osteoprogenitoras que constitui um colar em torno da fratura e penetra entre as extremidades ósseas rompidas. Esse processo se desenvolve de modo a aparecer um calo ósseo após algum tempo.

As trações e pressões exercidas sobre o osso durante a reparação da fratura, e após o retorno do paciente a suas atividades normais, causam a remodelação do calo ósseo e sua completa substituição por tecido ósseo lamelar. Se essas trações e pressões forem idênticas às exercidas sobre o osso antes da fratura, a estrutura do osso volta a ser a mesma que existia anteriormente; é exatamente essa uma das principais funções das sessões de fisioterapia recomendada para pacientes que sofreram fraturas. Ao contrário dos outros tecidos conjuntivos, o tecido ósseo, apesar de ser duro, repara-se sem a formação de cicatriz.

Glicólise

A glicose desempenha funções fundamentais no metabolismo das células ósseas, atuando tanto como fonte de energia quanto como precursora de importantes vias biossintéticas. Inicialmente, a glicose é metabolizada pela glicólise, um processo que consome duas moléculas de ATP nas etapas iniciais e produz quatro moléculas de ATP ao final, resultando em um ganho líquido de duas moléculas de ATP por glicose. Durante essa via, também ocorre a oxidação de duas moléculas de NAD⁺, formando duas moléculas de NADH.^[1][2]

Embora a glicólise seja menos eficiente na produção de ATP por molécula de glicose quando comparada à fosforilação oxidativa, ela ocorre rapidamente e representa uma importante fonte energética para as células ósseas. Nos osteoblastos maduros, a glicólise aeróbica pode ser responsável por até 80% do ATP produzido. Essa elevada produção de energia é essencial para sustentar processos altamente demandantes, como a síntese de colágeno, principal componente orgânico da matriz óssea.^[1]

Além de fornecer energia, a captação e o metabolismo da glicose são necessários para a manutenção da estabilidade do fator de transcrição RUNX2, considerado o principal regulador da diferenciação osteoblástica. A atividade glicolítica adequada impede a degradação desse fator, permitindo a expressão de genes relacionados à formação óssea e à produção de proteínas da matriz extracelular, incluindo o colágeno.^[1]

A glicose também fornece intermediários metabólicos para vias biossintéticas. Um exemplo é a frutose-6-fosfato, que pode ser direcionada para a via das hexosaminas. Essa via produz açúcares utilizados na síntese de glicoproteínas, proteoglicanos e glicosaminoglicanos, moléculas fundamentais para a organização estrutural, hidratação, mineralização, comunicação celular e manutenção da viabilidade da matriz óssea.^[1][2]

Além disso, a glicose captada pelas células, principalmente por meio do transportador GLUT1, alimenta diversas vias metabólicas ramificadas que fornecem intermediários necessários para a biossíntese de proteínas e componentes da matriz extracelular. Dessa forma, sua função vai além da geração de ATP, contribuindo diretamente para os processos anabólicos associados à formação óssea.^[1][2]

Nos condrócitos, células responsáveis pela formação e manutenção da cartilagem, a glicólise assume um papel ainda mais importante devido à baixa vascularização desse tecido. Nessas células, a glicólise responde por aproximadamente 60% da produção de ATP, sendo essencial para sua sobrevivência e função. A ausência do transportador GLUT1 resulta em uma redução acentuada da produção de colágeno e de matriz extracelular.^[1]

Glicogenólise

A glicogenólise é o processo metabólico responsável pela degradação do glicogênio para fornecer energia ou disponibilizar glicose de acordo com as necessidades do organismo. No tecido ósseo, essa via funciona como um importante sistema de reserva energética, especialmente em condições de hipóxia ou escassez de nutrientes. O processo inicia-se pela ação da enzima glicogênio fosforilase, que utiliza fosfato inorgânico para romper as ligações glicosídicas α-1,4 do glicogênio, liberando glicose-1-fosfato (G1P). Quando a degradação alcança os pontos de ramificação da molécula, entram em ação as enzimas de desramificação, que removem as ligações α-1,6 e permitem a continuação da degradação do polímero. A glicose-1-fosfato produzida é então convertida em glicose-6- fosfato (G6P) pela enzima fosfoglucomutase. ^[2]

O destino da glicose-6-fosfato varia conforme o tecido. No fígado e nos rins, a enzima glicose-6-fosfatase converte a G6P em glicose livre, que pode ser liberada na corrente sanguínea para contribuir com a manutenção da glicemia. Já no músculo esquelético e na maioria das células ósseas, onde essa enzima está ausente ou apresenta atividade muito limitada, a glicose-6-fosfato é direcionada diretamente para a glicólise, produzindo ATP para atender às demandas energéticas locais.^[1][2]

No tecido ósseo, a glicogenólise apresenta uma importância particular nas células-tronco e progenitoras esqueléticas (SSPCs). Essas células frequentemente enfrentam ambientes com baixa vascularização e reduzida disponibilidade de oxigênio, como ocorre após lesões, fraturas ou procedimentos de regeneração óssea. Nessas condições, os estoques de glicogênio acumulados previamente tornam-se uma fonte crítica de energia. A degradação desse glicogênio permite a produção contínua de glicose-6-fosfato e ATP, sustentando a sobrevivência celular e os processos necessários para o reparo tecidual.^[1][2]

A adaptação a essas condições é fortemente influenciada pelo fator induzível por hipóxia HIF1α. A ativação dessa via aumenta o acúmulo de glicogênio nas SSPCs antes mesmo que o estresse metabólico ocorra, funcionando como uma forma de preparação metabólica. Dessa maneira, quando o suprimento sanguíneo é reduzido ou a disponibilidade de nutrientes diminui, as células podem mobilizar rapidamente suas reservas através da glicogenólise, preservando seu metabolismo e sua capacidade regenerativa.^[1][3]

Glicogênese

A glicogênese é o processo bioquímico responsável pela síntese de glicogênio, a principal forma de armazenamento de glicose no organismo. Embora ocorra predominantemente no fígado, onde contribui para a manutenção da glicemia, e no músculo esquelético, onde funciona como reserva energética local, estudos demonstram que essa via também está presente em células do tecido ósseo, especialmente em condrócitos préhipertróficos da placa de crescimento e em células progenitoras esqueléticas (SSPCs) localizadas no periósteo. Nesse contexto, a glicogênese atua como uma estratégia de armazenamento energético, permitindo que as células disponham de reservas de glicose para situações de baixa disponibilidade de nutrientes ou de suprimento sanguíneo reduzido.^[1][2]

O processo inicia-se com a entrada da glicose na célula, onde ela é fosforilada pelas enzimas hexocinase ou glicocinase, formando glicose-6-fosfato (G6P). Em seguida, a G6P é convertida em glicose-1-fosfato (G1P) pela enzima fosfoglucomutase. A glicose1-fosfato então reage com UTP para formar UDP-glicose, a forma ativada da glicose, em uma reação catalisada pela UDP-glicose pirofosforilase. Posteriormente, a enzima glicogênio sintase incorpora as moléculas de UDP-glicose a uma cadeia pré-existente de glicogênio por meio de ligações glicosídicas α-1,4. À medida que a cadeia cresce, a enzima de ramificação cria ligações α-1,6, formando uma estrutura altamente ramificada que facilita tanto o armazenamento quanto a rápida mobilização da glicose quando necessário.^[1][2]

No tecido ósseo, a glicogênese desempenha funções específicas relacionadas à sobrevivência celular e ao desenvolvimento esquelético. Em células progenitoras esqueléticas, a sinalização mediada pelo fator induzível por hipóxia HIF1α estimula o acúmulo de glicogênio como uma forma de pré-condicionamento metabólico. Esse estoque energético torna-se essencial para a sobrevivência celular em ambientes com baixa disponibilidade de oxigênio ou nutrientes, permitindo que a glicose armazenada seja posteriormente mobilizada pela glicogenólise para sustentar o metabolismo celular e favorecer a regeneração óssea. Nos condrócitos, a enzima glicogênio sintase 1 (GYS1) é responsável pela formação dessas reservas de glicogênio. Embora a ausência dessa enzima não impeça o crescimento normal da cartilagem, evidências sugerem que a glicogênese pode participar da regulação de determinadas lesões tumorais cartilaginosas, como os encondromas, em contextos associados a mutações genéticas específicas.^[1][4][5]

Gliconeogênese

A gliconeogênese é a via metabólica responsável pela síntese de glicose a partir de precursores não carboidratos, desempenhando um papel essencial na manutenção da glicemia durante períodos de jejum prolongado ou de elevada demanda energética. Esse processo ocorre predominantemente no fígado, responsável por cerca de 90% da produção de glicose, e nos rins, que contribuem com aproximadamente 10%, embora pequenas atividades também possam ser observadas em outros tecidos. A via possui caráter compartimentalizado, iniciando-se na mitocôndria e finalizando-se no citoplasma.^[1][2][6]

A gliconeogênese utiliza diferentes substratos como matéria-prima para a produção de glicose. Entre eles estão o lactato proveniente do músculo esquelético e dos eritrócitos por meio do ciclo de Cori, aminoácidos como alanina e glutamina, e o glicerol liberado durante a degradação de triglicerídeos no tecido adiposo. A atividade da via é regulada principalmente por hormônios que refletem o estado energético do organismo. Glucagon, cortisol, adrenalina e tiroxina estimulam a gliconeogênese, aumentando a expressão das enzimas-chave e favorecendo a produção de glicose. Por outro lado, a insulina atua como principal inibidor da via, reduzindo a produção hepática de glicose após a alimentação.^[1][6]

No tecido ósseo, entretanto, a gliconeogênese apresenta um papel bastante diferente daquele observado em órgãos clássicos como fígado e rins. Osteoblastos, osteoclastos e condrócitos saudáveis não realizam gliconeogênese ativa, sendo predominantemente consumidores de glicose para sustentar processos como proliferação celular, síntese de matriz extracelular, mineralização e reabsorção óssea. Dessa forma, essas células dependem do fornecimento de glicose proveniente da circulação e de outras vias metabólicas para atender suas necessidades energéticas e biossintéticas.^[1][2][3][6]

Em contraste, em tumores ósseos e em metástases que colonizam o tecido ósseo, enzimas típicas da gliconeogênese podem ser recrutadas para desempenhar funções completamente diferentes de sua atividade fisiológica original. As enzimas fosfoenolpiruvato carboxicinase citoplasmática (PCK1) e mitocondrial (PCK2) tornamse componentes centrais da reprogramação metabólica das células cancerígenas. Nessas células, o oxaloacetato derivado do ciclo de Krebs é convertido em fosfoenolpiruvato, que deixa de ser utilizado para produzir glicose e passa a servir como precursor para a síntese de lipídios, nucleotídeos e outras moléculas necessárias para a rápida proliferação tumoral.^[5][6]

Assim, embora a gliconeogênese não desempenhe papel central no metabolismo de células ósseas saudáveis, diversas enzimas dessa via podem ser reutilizadas por células tumorais para sustentar crescimento, sobrevivência e adaptação metabólica em ambientes hostis, transformando a maquinaria gliconeogênica em uma ferramenta para a progressão tumoral.^[5][6]