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Tessuto osseo e vibrazioni
Quasi tutte le cellule di mammifero possiedono sulla loro superficie esterna un ciglio. Studi recenti hanno dimostrato che questo ciglio svolge una funzione di meccano sensore, di chemio sensore o di entrambe in base al tipo di cellula. Il cattivo funzionamento del ciglio comporta diverse patologie dell’uomo che hanno come sintomi disturbi alla visione, perdita di udito, polidattilia ecc... Le ultime ricerche hanno messo in luce il fatto che questi cigli rivestono un ruolo molto importante anche nello sviluppo e nell’omeostasi dello scheletro.
Il ciglio come meccano sensore nell’osso
Lo scheletro è la componente meccanica che ha la funzione di sostenere il corpo contro la forza gravitazionale e di aiutarlo nella locomozione. Lo scheletro si adatta agli stimoli meccanici: a stimoli meccanici maggiori corrisponde una sintesi maggiore di tessuto osseo; stimoli meccanici minori portano invece ad una minore sintesi e quindi ad una perdita di tessuto osseo.
L’osso è infatti un tessuto dinamico a lento turnover. Il processo di osteosintesi, sia nella fase di crescita sia nelle età successive, durante le quali si verifica un continuo rimaneggiamento dell’osso, ha come principale meccanismo di controllo lo stimolo meccanico costituto dalle tensioni e dalle deformazioni applicate all’osso sia dal carico sia dalla contrazione muscolare.
La capacità dell’osso di rispondere agli stimoli meccanici dipende delle cellule del tessuto osseo: osteoblasti, osteociti, osteoclasti. In particolare gli osteociti sono ritenuti i meccano sensori dell’osso a causa della loro posizione all’interno della matrice.
Essi infatti risiedono in delle cavità della matrice, dette lacune, da cui si dipartono esili canalicoli ramificati che contengono i prolungamenti citoplasmatici degli osteociti. Tramite il sistema di prolungamenti e dei canalicoli gli osteociti risultano essere in grado di effettuare scambi metabolici fra di loro e con il sistema circolatorio, scambi che sono favoriti dalla presenza di gap junctions tra le estremità dei prolungamenti degli osteociti. I primi a osservare la presenza del ciglio nell’osteocita furono Tonna e Lampen già nel lontano 1972 i quali ipotizzarono tra l’altro questo ciglio come il potenziale sensore per gli stimoli meccanici nell’osso. Il meccanismo attraverso il quale gli osteociti rispondono agli stimoli meccanici non è ancora del tutto chiaro, ma recenti esperienze hanno dimostrato che proprio questo ciglio è il sensore meccanico per il tessuto osseo. Questi cigli hanno infatti la capacità di captare gli stimoli meccanici provenienti dall’esterno, di discriminarli in base all’intensità, alla durata, all’orientamento e quindi di fare in modo che la cellula si comporti di conseguenza.
Recenti esperienze sono state fatte negli ultimi anni con lo scopo di capire che tipi di effetti hanno vibrazioni con caratteristiche definite (frequenza, intensità, durata...) sulle cellule dell’osso. In particolare nel 2006 un esperimento effettuato dal Dipartimento di Ingegneria Biomedica della State University di New York su un gruppo di femmine di topo BALB/cByJ di otto settimane ha dimostrato che l’applicazione di segnali meccanici di intensità estremamente bassa per un breve periodo di tempo al giorno (15 minuti al giorno) può attenuare già dopo tre settimane la perdita di tessuto osseo favorendone la formazione. Invece, segnali meccanici applicati per periodi di tempo più lunghi al giorno intervallati da brevi pause non hanno alcun risultato favorevole in merito. Successivamente studi preliminari su bambini disabili e donne nel periodo post-menopausale hanno dimostrato che questo tipo di segnali può essere molto efficace nella prevenzione dell’osso anche nella specie umana.
Due anni più tardi uno studio portato avanti sempre dal Dipartimento di Ingegneria Biomedica della State University di New York nel 2008 ha dimostrato che stimolazioni meccaniche di bassa intensità hanno effetti sulla proliferazione e sulla differenziazione delle cellule mesenchimale staminali promuovendo l’osteogenesi e prevenendo l’obesità. Le cellule staminali mesenchimali sono infatti caratterizzate dalla capacità di rinnovarsi e di differenziarsi in cellule che formano i tessuti come quello osseo e quello adiposo. Usando su maschi di topo C57BL/6J segnali meccanici di bassa intensità (0.2g, con una frequenza di 90Hz applicata per 15min al giorno, 5 giorni la settimana) la capacità di promuovere la produzione di tessuto osseo e di prevenire l’aumento del tessuto adiposo era collegato all’influenza degli stimoli meccanici sull’ambiente molecolare del midollo osseo. Sei mesi di queste vibrazioni hanno portato ad un aumento della produzione base di cellule staminali del 37% e delle cellule mesenchimali del 46%. Contemporaneamente all’aumento di cellule staminali è stato riscontrato un aumento della differenziazione osteoblastica contro quella adipocitica, aumento registrato dall’aumento della trascrizione del fattore Runx2 del 72% e dalla diminuzione del PPAR gamma del 27%. L’impatto fenotipico è risultato evidente dopo 14 settimane quando la formazione del tessuto adiposo è stata soppressa del 28%, mentre la frazione del volume dell’osso nella tibia era aumentato dell’11%.
[L'osteoporosi è una patologia che attualmente colpisce dopo i 60 anni il 30 per cento delle donne e il 15 degli uomini. Durante questa patologia prevale la distruzione di sostanza ossea sulla neoproduzione di questa, con conseguente rarefazione progressiva del tessuto osseo. In genere si manifesta a livello di corpi vertebrali, ossa della mano e collo del femore.]
L’osso quindi risponde ad una grande varietà di segnali e la capacità dei segnali meccanici di influenzare la morfologia dell’osso dipende fortemente dalle sue caratteristiche e quindi dalla sua intensità, dalla sua frequenza e dalla sua durata..
Vibrazioni ad alta frequenza sono nello scheletro assile anabolici o anti-catabolici permettendo quindi una maggiore resistenza dell’osso. Lo sviluppo di concreti interventi biomedici nei campi dell’ortodonzia, della ricostruzione cranio facciale e per quanto riguarda l’osteoporosi richiederanno una precisa e dettagliata descrizione dei meccanismi di trasmissione di segnali meccanici nell’osso. Inoltre la modulazione meccanica della proliferazione e della differenziazione delle cellule staminali indica un importante programma terapeutico per promuovere la rigenerazione e la riparazione del tessuto osseo.
Fonte: http://www.salearning.org/focus/osseo.doc
Sito web da visitare: http://www.salearning.org
Autore del testo: Lorenzo Cerrone
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