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Matrice organique
La matrice organique constitue 20% du tissu osseux et est formée à 90% de collagène et à 10% d’une substance fondamentale constituée d’eau, de protéines non collagéniques, de cytokines et de facteurs de croissance. La matrice organique de l’os sert de support au dépôt et à la cristallisation de la fraction minérale [5].
Collagène osseux
Le collagène osseux est de type I, et a une structure fibreuse hélicoïdale. Il provient de la polymérisation de fibrilles de tropocollagène, polymère d’acides aminés dont le plus spécifique est l’hydroyproline [12].
Protéines non collagéniques osseuses
Les protéines non collagéniques osseuses constituent 10% de la trame organique et ne représentent que 2% du poids total de l’os. Ces protéines interviennent dans de nombreux processus physiologiques (chimiotactisme cellulaire, couplage formation/résorption, minéralisation…). Les principales protéines non collagéniques sont l’ostéocalcine, qui a la propriété de fixer les ions calcium, l’ostéopontine, l’ostéonectine et des sialoprotéines [12].
Facteurs de croissance et cytokines
La matrice osseuse renferme de nombreux facteurs de croissance et cytokines dont la plupart sont synthétisés par les ostéoblastes. Ils jouent un rôle essentiel dans la physiologie osseuse (médiation des effets hormonaux, couplage formation/résorption) [12].
Fraction minérale
La minéralisation de la matrice organique confère à l’os sa résistance mécanique et représentent également une importante réserve minérale. La fraction minérale représente 65% du poids de cette matrice et est composée à 85% de phosphates de calcium, cristallisés sous forme d’hydroxyapatite à l’intérieur et entouré de fibres de collagènes. Le reste de la fraction minérale est constitué de sels de magnésium, sodium et de strontium [12].
Remodelage osseux
Objectif du remodelage osseux
Chez l’adulte, le remodelage perpétuel du tissu osseux a trois fonctions principales [41] :
• Réparer les microtraumatismes du squelette liés à des efforts excessifs ou répétés ;
• Maintenir la solidarité osseuse ;
• Fournir du calcium à partir des os pour maintenir la calcémie.
Il est estimé que 5 à 10% du squelette d’un adulte est renouvelé par an [12]. Le renouvellement de l’os trabéculaire étant 5 à 10 fois plus rapide que celui de l’os cortical, tout déséquilibre aura des répercussions plus précoces et plus intenses sur l’os trabéculaire, en particulier au niveau des vertèbres et de l’extrémité supérieur du fémur [10].
Cycle du remodelage osseux (figure 6)
Le processus du remodelage osseux s’étend sur environ 120 jours chez l’adulte et comprend 6 phases [41]. Dans ce processus de remodelage osseux, les activités de destruction puis de construction sont étroitement couplées dans le temps et dans l’espace grâce à des groupes appelés unités de remodelage osseux (Bone Multicellular Units) composés de 100 à 400 ostéoclastes et ostéoblastes. L’os est ainsi formé de millions d’unités de remodelage mobiles et progressant dans le tissu osseux. On estime entre 100 et 150 le nombre d’ostéoblastes nécessaires pur reconstruire la quantité d’os détruite par un seul ostéoclaste.
Phase de quiescence
Cette phase correspond à la phase de repos. Les cellules bordantes servent de couche de protection à la surface des zones non engagées dans le processus de remodelage.
Phase d’activation
Sous l’effet de facteurs ostéorésorbants, les cellules bordantes du début de l’unité de remodelage se rétractent permettant ainsi l’accès des ostéoclastes à la matrice osseuse.
Phase de résorption
Les ostéoclastes actifs se fixent à la matrice au niveau du site de résorption et la phase de résorption débute selon 2 étapes successives :
• Dissolution de la fraction minérale par acidification ;
• Dégradation enzymatique de la matrice organique.
L’ostéoclaste en activité est caractérisé par une bipolarité morphologique et fonctionnelle :
Le pôle basal est équipé d’une bordure en brosse fixée de chaque côté à l’os par des protéines contractiles : les intégrines qui libèrent des ions H+ induisant une acidification responsable de la dissolution des cristaux d’hydroxyapatite et une libération de calcium et de phosphore à partir de la phase minérale du tissu osseux : il y a formation de cavités de résorption (lacune de Howship) qui s’agrandissent et finissent par confluer.
Le pôle opposé de l’ostéoclaste assure le maintien électrochimique de la cellule.
Phase d’inversion
Au fur et à mesure de la progression des unités de remodelage osseux, les ostéoclastes quittent le site de résorption et les ostéoblastes activés viennent recouvrir les zones excavées.
Phase de formation
Une fois la résorption osseuse terminée, les précurseurs ostéoblastiques se différencient en ostéoblastes. Ceux-ci, alignés en une couche monocellulaire au fond de la cavité, commencent à former le tissu ostéoïde non minéralisé.
Phase de minéralisation
La minéralisation de la matrice par les ostéoblastes commence peu après que la matrice ne soit sécrétée (minéralisation primaire) mais ne se termine qu’après plusieurs semaines (minéralisation secondaire). Une fois la matrice sécrétée et minéralisée, les ostéoblastes se transforment en ostéocytes (10%) emmurés dans la matrice nouvellement crée, en cellules bordantes ou entrent en apoptose.
Régulation du remodelage osseux
La régulation du remodelage osseux est un processus complexe qui intervient aux différentes phases du remodelage grâce à une régulation systémique (hormones), locale (facteurs de croissance, cytokines) et par sollicitation mécanique.
La parathormone, la calcitonine et le calcitriol sont trois facteurs qui interviennent spécifiquement sur le maintien de l’homéostasie calcique, en modulant l’absorption intestinale du calcium, son élimination urinaire et les échanges calciques entre l’os et les milieux extracellulaires.
Régulation systémique
Parathormone
La PTH (parathormone) est une hormone polypeptidique produite par les glandes parathyroïdes, est essentielle pour l’homéostasie du calcium dans l’organisme. En effet, les récepteurs sensibles au calcium régulent la production de PTH. Lorsque le taux de calcium détecté est bas, la production de parathormone est activée. A l’inverse, si le taux de calcium est bas la production de PTH est régulée par un effet de feedback négatif [25].
La parathormone entraîne la résorption osseuse par la dissolution des cristaux d’hydroxyapatite dans un microenvironnement acide crée par l’ostéoclaste [49].
La parathormone semble avoir une action directe sur les ostéoclastes mais également une influence sur les cellules ostéoblastiques en entraînant la production de collagénase et de plasminogènes facilitant l’activité des ostéoclastes [11]. La formation osseuse est également la résultante de l’hormone thyroïdienne sur la lignée ostéoblastique. En effet, la PTH entraîne l’ostéoformation pour la composante trabéculaire et corticale de l’os, en particulier la force et l’épaisseur de l’os trabéculaire [28].
Calcitonine
La calcitonine est une hormone peptidique synthétisée sous forme d’une pro-hormone par les glandes parafolliculaires de la thyroïde. C’est la seule hormone qui agit directement sur l’ostéoclaste de manière importante et de manière transitoire pour diminuer la résorption osseuse. La calcitonine est sécrétée en cas d’hypercalcémie. Elle a une action antagoniste à la PTH et est donc hypocalcémiante. Elle exerce une action globalement ostéoformatrice en diminuant la résorption ostéoclastique [97].
Vitamine D
La vitamine D est un sécostéroïde apporté par l’alimentation ou produit par l’épiderme sous l’action des rayons ultra-violets. La vitamine D est biologiquement inerte et subit deux hydroxylation, hépatique puis rénale, pour donner la vitamine D activée ou calcitiol (1,25 dihydrohy-vitamine D). La présence de récepteurs de la 1,25 dihydroxy-vitamine D3 sur les ostéoblastes et les précurseurs des ostéoclastes suggère que ce métabolite actif de la vitamine D agit directement sur l’os. Il se lie à des récepteurs spécifiques des ostéoblastes et exerce des effets génomiques sur la synthèse de collagène de type I, l’activité phosphatase alcaline et la synthèse des protéïnes non collagéniques, telles que l’ostéocalcine, l’ostéopontine, et la fibronectine. De plus, le calcitriol a des effets membranaires non génomiques faisant intervenir le calcium intracellulaire. Cette hormone modifie également le métabolisme des phospholipides membranaires des ostéoblastes ; mécanisme qui pourrait être impliqué dans le processus de calcification de la matrice osseuse. En réponse aux hormones calciotropes ; les ostéoblastes libèrent des cytokines qui activent les ostéoclastes, maintenant ainsi l’équilibre osseux [13].
Hormones sexuelles (figure 7)
Les hormones sexuelles comprennent les œstrogènes, les androgènes et la progestérone. Les œstrogènes les plus abondants sont l’œstrone, le 17 beta-œstradiol et l’œstriol.
L’œstradiol contrôle le métabolisme osseux en maintenant une balance entre deux acteurs du remodelage osseux : les ostéoblastes qui synthétisent la matrice osseuse et les ostéoclastes qui se chargent de la résorption de l’os existant. L’œstradiol diminue la résorption osseuse par de multiples voies mettant en jeu une cascade de facteurs de croissance. Le mécanisme le plus important est l’inhibition de la synthèse de l’interleukine 6 (IL-6), la principale cytokine impliquée dans l’activation de la résorption. De plus les œstrogènes inhibent l’action de nouvelles unités de remodelage par action sur les ostéoclastes, le résultat des effets des œstrogènes est toujours une diminution du remodelage avec un bilan positif [13].
Glucocorticoïdes
Les glucocorticoïdes ont des effets complexes sur l’homéostasie calcique et sur l’activité des cellules osseuses. Ils ont globalement une action ostéorésorbante. En effet, les glucocorticoïdes entraînent une hyperparathyroïdie secondaire en inhibant l’absorption intestinale et la réabsorption tubulaire du calcium. Ils inhibent également l’absorption intestinale de vitamine D, ralentissent la sécrétion d’hormones sexuelles et inhibent directement l’activité des ostéoblastes. Les glucocorticoïdes répriment la synthèse du collagène de type I, de l’ostéocalcine, de la phosphatase alcaline et de la BMP2. A l’inverse, ils augmentent la dégradation extracellulaire du collagène par élévation de la production de collagénase et diminution des inhibiteurs tissulaires spécifiques des collagénases [15].
Hormones thyroïdiennes
Synthétisés par la glande thyroïde, les hormones thyroïdiennes (T3 et T4) sont nécessaires à la croissance de l’os en augmentant la production de collagène. En excès, elles favorisent la résorption osseuse [31].
Insuline
L’insuline exerce un effet direct sur la formation osseuse en stimulant l’activité des ostéoblastes [31].
Régulation locale
La régulation locale fait intervenir de nombreux acteurs dont les interactions sont multiples [31].
Facteurs de croissance
Lorsque les ostéoblastes élaborent une nouvelle BSU, ils enfouissent dans la matrice osseuse des facteurs de croissance sous forme inactive : TGF-β, IGF, BMP… Ces facteurs vont persister à l’état inactif dans la matrice, associés à des protéines de stockage. Lorsque, plusieurs mois ou années après, cette zone de tissu osseux vient à être résorbée, les ostéoclastes vont libérer dans le milieu environnant les facteurs de croissance qui vont alors être activés. C’est ainsi que le TGF-β, l’IGF, et la BMP vont pouvoir stimuler localement la différentiation des cellules stromales et induire leur transformation en ostéoblastes dans l’environnement immédiat de la zone qui vient d’être érodée [15].
Cytokines
Les cellules stromales (précurseurs des ostéoblastes) possèdent à leur surface la molécule RANK-L. les précurseurs ostéoclastiques possèdent à leur surface le récepteur de cette molécule : la molécule RANK. Le contact entre une cellule stromale et une cellule progénitrice ostéoclastique se fait donc par reconnaissance RANK-L/RANK. Cela provoque la synthèse de facteurs de croissance (M-CSF) par les cellules stromales. L’adhérence cellulaire et la stimulation par le M-CSF induisent une prolifération des cellules progénitrices ostéoclastiques et leur fusion de façon à donner un précurseur ostéoclastique multinucléé. Celui-ci va alors pouvoir se rapprocher d’une surface osseuse minéralisée et entamer la résorption de la matrice. De nombreuses hormones ou cytokines accroissent la production de RANK-L à la surface des cellules stromales (PTH, vitD) et expliquent ainsi l’augmentation de l’ostéoclastogenèse. Cependant, pour éviter un emballement de ce mécanisme, les cellules stromales ainsi que les ostéoblastes sont capables de synthétiser une protéïne soluble : l’ostéoprotégérine (OPG). Celle-ci est capable de venir saturer la molécule RANK-L sur les cellules stromales et les ostéoblastes eux-même, empêchant ainsi son contact avec les cellules progénitrices ostéoclastiques. Cette protéïne qui s’oppose donc à l’ostéoclastogenèse, va protéger le tissu osseux de la résorption ostéoclastique [15].
Régulation par sollicitation mécanique
La sollicitation mécanique (traction des muscles) et la gravitation favorisent le remodelage osseux. Ce type de régulation vise les besoins du squelette lui-même en renforçant les os aux endroits où ils subissent de fortes contraintes. D’après la loi de Wolff, la croissance ou le remaniement des os se produisent en réaction aux forces et aux sollicitations qui s’exercent sur eux. Les contraintes mécaniques stimulent des mécano-récepteurs présents à la surface des ostéoblastes induisant un signal de formation osseuse [68].
On distingue deux variétés d’ostéoporose : primitive et secondaire
classification
Ostéoporose primitive
Riggs et Melton ont proposé de classer l’ostéoporose primitive en deux types [78] :
– Type I : ou ostéoporose commune, survient entre 50 et 70 ans, est six fois plus fréquente chez la femme que chez l’homme. Elle résulte essentiellement de la perte osseuse post-ménopausique et touche avec prédilection l’os trabéculaire. Elle est responsable des fractures de l’extrémité inférieure du radius et des tassements vertébraux qui siègent avec prédilection à la charnière dorsolombaire [82].
– Type II : ou ostéoporose sénile, survient après 70 ans, est deux fois plus fréquente chez la femme que chez l’homme. Elle touche l’os trabéculaire et l’os cortical, et résulte de l’ostéopénie post-ménopausique et surtout de la perte osseuse liée au vieillissement. Elle se manifeste surtout par des fractures de l’ESF, des fractures du pelvis, ainsi que par des tassements vertébraux partiels, progressifs, responsables d’une cyphose dorsale haute [82].
Ostéoporose secondaire
Elle est plus fréquente chez l’homme et répond à des étiologies diverses :
Endocriniennes
Hypercorticisme
Les corticoïdes négativent la balance calcique en réduisant l’absorption intestinale du calcium, et en inhibant la réabsorption tubulaire du calcium au niveau rénal. Au niveau du tissu osseux, ils dépriment directement l’activité des ostéoblastes et leurs capacités de synthèse protéique et favorisent leur apoptose [98]. En revanche, la résorption osseuse est légèrement augmentée pendant les premiers mois du traitement, en raison de l’hyperparathyroïdie secondaire à la carence calcique. De plus les corticoïdes freinent la fonction gonadotrope chez l’homme et provoquent chez la femme une aménorrhée ou une ménopause précoce dont les effets délétères sur le squelette s’additionnent à l’action directe des glucocorticoïdes sur le tissu osseux. La perte osseuse, prédominant dans le secteur trabéculaire, est rapide la première année de traitement (de l’ordre de 5%) puis se poursuit plus lentement les années suivantes (environ 2%) [87].
Hypogonadisme
Les ostéoblastes, responsables de la formation osseuse, possèdent des récepteurs aux androgènes mais aussi de très nombreux récepteurs aux œstrogènes. Ces cellules sont de plus capables de convertir par aromatisation la testostérone en œstradiol. Il est donc probable que les androgènes agissent non seulement directement sur le tissu osseux mais également par l’intermédiaire des œstrogènes. Le syndrome de Klinefelter, l’hypogonadisme d’origine hypophysaire, l’hyperprolactinémie, les séquelles d’une orchite (ourlienne), l’hémochromatose génétique et les traitements par les agonistes de la GnRh sont les étiologies les plus fréquentes de l’hypogonadisme masculin. Les conséquences de l’hypogonadisme sur le squelette semblent dépendre de la période de la vie où survient cette carence en hormone mâle. Avant la puberté, l’hypogonadisme est responsable d’un retard d’acquisition du capital osseux avec un déficit marqué sur le secteur cortical. Chez l’homme adulte, le déficit en androgènes est responsable d’une perte osseuse plus marquée dans le secteur trabéculaire [98].
Hyperthyroïdie
Les hormones thyroïdiennes augmentent le remodelage osseux. Cet effet résulte d’une augmentation du recrutement des unités élémentaires de remodelage (Bone Multicellular Unit ou BMU) et de leur fréquence d’activation [79]. Il existe une balance négative entre résorption et formation osseuse qui prédomine sur l’os cortical où l’on note une augmentation du diamètre des canaux de résorption conduisant à une accentuation de la porosité corticale et à une réduction de l’épaisseur corticale. Au niveau de l’os trabéculaire, cette hyperrésorption osseuse entraîne une diminution de l’épaisseur trabéculaire et une augmentation du risque de perforations trabéculaires [79].
Au plan cellulaire, l’effet osseux des HTs peut découler d’une action directe sur les ostéoclastes ou d’une augmentation de la production ostéoblastique de différents facteurs de croissance et/ou cytokines qui réguleront en retour la fonction ostéoclastique. Les mécanismes de la prépondérance corticale de l’atteinte osseuse de l’hyperthyroïdie sont encore mal expliqués. Elle pourrait être liée à l’augmentation plus importante dans l’os cortical (fémur) que trabéculaire, de certains marqueurs géniques des ostéoclastes (phosphatase acide tartrate-résistante) et des ostéoblastes (ostéocalcine, ostéopontine, phosphatase alcaline). Des travaux récents suggèrent de plus, que la TSH pourrait agir comme un élément de régulation négative du remodelage osseux [83].
Métaboliques
Les maladies hépatiques
Au cours de la cirrhose biliaire primitive, le profil biologique associant hypocalcémie (par hypoalbuminémie), hypophosphorémie et augmentation des phosphatases alcalines, est évocateur d’une ostéomalacie, mais les études histologiques montrent qu’il s’agit le plus souvent d’une ostéoporose. La formation osseuse serait diminuée (diminution de l’ostéocalcine) par action toxique de la bile sur les ostéoblastes [46].
Toutes les hépatites cholestatiques sont potentiellement un facteur de risque, et doivent conduire à la réalisation d’une densitométrie et d’une exploration du métabolisme phosphocalcique [99].
Maladies gastro-intestinales
Les MICI s’accompagnent d’une importante production de cytokine pro-inflammatoires IL1, IL6 qui activent les ostéoclastes, ce qui explique le déclenchement de l’ostéoporose, et la diminution de la densité osseuse dès le début de la maladie et en l’absence de toute corticothérapie.
Les autres maladies digestives pouvant induire une ostéoporose sont :
Les maladies cœliaques
L’anémie pernicieuse de la femme âgée
Les patients gastrectomisés
Les patients sous nutrition parentérale prolongée
L’intolérance au lactose [46].
Toxiques
L’alcoolisme
Les effets sur la densité osseuse et le risque fracturaire ne sont pas univoques et dépendent du niveau de la consommation d’alcool [30].
Une consommation modérée d’alcool (environ 150 gr par semaine soit environ 3 verres de vin par jour) est associée dans plusieurs études épidémiologiques à une densité osseuse élevée [30]. Par contre la maladie alcoolique s’accompagne souvent d’une ostéoporose fracturaire. Les études portant sur l’évolution des marqueurs du remodelage osseux après ingestion d’alcool et les études histomorphométriques montrent que l’alcool déprime directement la fonction ostéoblastique et la formation osseuse [30].
Le tabagisme
La consommation excessive de tabac favorise l’ostéoporose. Le tabac exerce une action nocive directe sur l’os [30]. Il a été montré chez les femmes que la consommation de tabac était associée avec un petit poids, une diminution de l’absorption calcique et un taux plus bas d’œstrogènes [56].
Autres
Les rhumatismes inflammatoires chroniques
En particulier la polyarthrite rhumatoïde est un facteur de risque d’ostéoporose. Cela est lié à plusieurs facteurs : le retentissement fonctionnel de la maladie sur la mobilité, l’action générale des cytokines pro-inflammatoire, enfin l’action délétère des traitements [1]. Il en est de même pour les autres rhumatismes inflammatoires tel que : le lupus systémique, les polymyosites, le syndrome de gougerot-sjögren…
Les ostéoporoses génétiques
Maladie de Lobstein
C’est une maladie génétique, héréditaire, habituellement autosomique dominante, liée à une anomalie du collagène de type I [35].
Syndrome de Marfan
C’est une maladie héréditaire, à transmission autosomique dominante, due à une production défectueuse d’une protéine, la fibrilline1, protéine essentielle du tissu conjonctif [36].
Les ostéoporoses d’immobilisation
L’alitement prolongé entraîne une augmentation de l’excrétion urinaire du calcium, une augmentation concomitante de l’élimination du calcium fécal avec une balance calcique négative pendant l’alitement évaluée à environ 4,2 % de pertes, en terme de calcium corporel total, de plus les auteurs ont démontré une augmentation modérée de l’excrétion urinaire d’hydroxyproline [54].
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : RAPPELS
I- EFINITION
II- PIDEMIOLOGIE
II-1. Fréquence
II-2. Morbidité et mortalité
III- HYSIOLOGIE DE L’OS
III-1. Tissu osseux
III-2. Fonctions du tissu osseux
III-3. Structure du tissu osseux
III-4. Composition du tissu osseux
III-4.1. Cellules osseuses
III-4.2. Matrice osseuse
III-4.3. Fraction minérale
III-5. Remodelage osseux
III-5.1. Objectif du remodelage osseux
III-5.2. Cycle du remodelage osseux
III-5.2.1. Phase de quiescence
III-5.2.2. Phase d’activation
III-5.2.3. Phase de résorption
III-5.2.4. Phase d’inversion
III-5.2.6. Phase de minéralisation
III-5.3. Régulation du remodelage osseux
III-5.3.1. Régulation systémique
III-5.3.2. Régulation locale
III-5.3.3. Régulation par sollicitation mécanique
IV- CLASSIFICATION
IV-1. Ostéoporose primitive
IV-2. Ostéoporose secondaire
IV-2.1. Endocriniennes
IV-2.2. Métaboliques
IV-2.3. Toxiques
IV-2.4. Autres
V- PATHOGENIE
V-1. Evolution de la masse osseuse
V-1.1. Acquisition et consolidation du capital osseux
V-1.2. Diminution de la masse osseuse
V-2. Carence oestrogenique
V-3. Hyperparathyroïdie secondaire
VI- DIAGNOSTIC POSITIF
VI-1. Clinique
VI-1.1. Signes fonctionnels
VI-1.2. Signes physiques
VI-1.3. Signes d’accompagnement
VI-2. Paraclinique
VI-2.1. Examens biologiques
VI-2.2. Radiologie
VI-2.2.1. Radiographie classique du squelette
VI-2 .2.2. Mesure de la densité osseuse
VII- DIAGNOSTIC DIFFERENTIEL
VII-1. Ostéomalacie
VII-3. Ostéopathie décalcifiantes malignes
VII-3.1. M étastases
VII-3.2. Myélome
VIII- TRAITEMENT
VIII-1. Curatif
VIII-1.1. But
VIII-1.2. Moyens
VIII-1.2.1. Mesures hygiéno-diététiques
VIII-1.2.2. Médicamenteux
VIII-1.2.3. Orthopédiques
VIII-1.2.4. Chirurgicaux
VIII-1.3. Indications
VIII-2. Préventif
VIII-2.1. Prévention primaire
VIII-2.2. Prévention secondaire
VIII-3. Surveillance
DEUXIEME PARTIE
I- METHODOLOGIE
I-1. Cadre d’étude
I-2. Patients et Méthodes
I-2.1. Type d’étude
I-2.2. Population d’étude
I-2.2.1. Critères d’inclusion
I-2.2.2. Critères de non inclusion
I-3. Recueil des données
I-2. Analyse des données
II- PRESENTATION DES RESULTATS
II-1. Population
II-2. Statistiques descriptives
III- DISSCUSSION
CONCLUSION
ANNEXES
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