Histomorphometric assessment of double-zonal osteons in human cortical bone

Le processus de remodelage osseux produit quatre différents types d’ostéons : type I (les plus communs), type II, « à la dérive » et les ostéons zonaux (DZ). Ces derniers, caractérisés par un anneau hyper minéralisé à l'intérieur des lamelles de l'ostéon, n'ont pas été étudiés de manière extensive dans la littérature anthropologique. Alors qu'ils sont identifiés depuis les années 70, les ostéons DZ ont donné lieu à plus d'hypothèses que de réponses sur les causes possibles de leur formation, probablement dû à leurs mauvaises identifications et au manque d’un protocole d’identification fiable et reproductible. Plus précisément, certains ont proposé que ces ostéons pourraient être le résultat d'un stress physiologique systémique, mais d'autres ont soutenu qu'ils seraient le produit naturel résultant du vieillissement.  Dans ce contexte, le but de ce projet est d'étudier les causes possibles de la formation des ostéons DZ et il a été réalisé en trois parties : 1) l’élaboration d’un protocole d’identification en microscopie à lumière polarisé, testé en comparaison à une méthode de référence; 2) l’évaluation des influences métaboliques liées au sexe, à l’âge ainsi qu’aux pathologies, basés sur une comparaison entre les individus diagnostiqués avec des maladies métaboliques et ceux sans évidence de condition pathologique et 3) l’évaluation des charges mécaniques sur la formation des ostéons zonaux. L'échantillon utilisé dans cette étude est constitué de colons Eurocanadiens du cimetière historique St. Matthew, à Québec (1771-1860).  Les résultats présentés montrent que 1) l'utilisation de la microscopie optique polarisée pour identifier les ostéons DZ est une alternative fiable et précise aux technologies plus coûteuses. De plus, de nouvelles connaissances concernant la formation des ostéons DZ ont été apportées en révélant une altération ou un changement brusque de l'orientation des fibres de collagène au même endroit que l'anneau hyper minéralisé. 2) Aucune différence n’a été observée entre les sexes, les groupes d’âge et les pathologies, suggérant que les ostéons DZ ne sont pas associés à des changements métaboliques. 3) D’après la caractérisation des ostéons DZ par un changement/altération dans l’orientation des fibres de collagène, l’hypothèse selon laquelle des charges biomécaniques plus importantes résulteraient dans la formation des ostéons DZ a pour la première fois été étudié sur des fémurs et humérus appariés. Les résultats ne permettent pas de supporter sans équivoque cette hypothèse : alors que le fémur a une plus grande densité de DZ que l’humérus, les variations de charges mécaniques interindividuelles sont négativement corrélées avec la fréquence d’ostéons DZ. Par ailleurs, les ostéons DZ sont significativement plus petits que les ostéons de type I, suggérant que la taille de la baie de résorption soit un facteur déterminant de la formation d’ostéons DZ. Ainsi, l’ensemble des résultats présentés dans cette dissertation suggère que les ostéons DZ ne sont pas une réponse à des instabilités métaboliques ou mécaniques. Plutôt, ils se forment comme les ostéons de type I, mais dans un contexte de baie de résorption à taille réduite, ce qui implique un nombre moindre de cellules responsables de la formation osseuse. Avec ce nombre réduit de cellules formatives, il y a une augmentation des risques d’altération de la synthèse de la matrice de collagène conduisant à une hyper minéralisation subséquente. En conséquence, leur formation serait le résultat de l’activité ostéoclastique et les recherches futures devraient focaliser sur cet aspect.

Keyphrases: Ostéons double-zonaux, Histomorphométrie, Remodelage, Biomécanique, Géométrie de section en coupe, Paléopathologie, Microscopie en lumière Polarisée, Ostéons de type I, Microscopie électronique à balayage