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D’où vient la solidité des os ?

lundi 1er novembre 2010

Les os sont extraordinairement solides si l’on considère leur légèreté et leur porosité, ce que les scientifiques ont du mal à expliquer. Mais ils ont découvert que les os tirent leur force d’une combinaison de minuscules fibres qui deviennent soit rigides soit plus malléables quand elles sont étirées, une découverte qui pourrait conduire vers de meilleurs traitements contre l’ostéoporose.

Environ 70% de l’os est fait de cristaux semblables à ceux de la craie, le minéral hydroxyapatite. Ces cristaux forment tout autour des fibres collagènes robustes connues comme étant des fibrilles qui constituent la plupart du reste de l’os.

Pour mieux comprendre ce qui rend ces fibres si fortes, Asa Barber et Fei Hang de l’Université de Londres ont utilisé une nouvelle technique pour mesurer directement les propriétés mécaniques des fibrilles individuellement [1].

Barber et Hang ont utilisé la microscopie électronique à balayage (MEB) pour faire des images des fibrilles, qui mesurent moins de 100 nanomètres, plus de 1000 fois plus fines qu’un cheveu humain. Ils ont utilisé des os de bois de cervidés parce que c’est un bon modèle de l’os humain, et parce qu’il est plus approprié pour l’imagerie étant donné sa faible teneur en eau.

Ils ont associé la MEB à la microscopie à force atomique, qui étire les fibrilles avec une force spécifique. Ils ont mesuré la réponse de la force de tension de six fibrilles, en marquant de combien ils avaient tiré quand une force croissante était appliquée. Les fibres se sont d’abord étirées par la même quantité sous la même force. Cependant, à un certain point, leurs réactions ont divergé : quand plus de force était appliquée, certaines fibres ont perdu leur forme à un taux plus rapide.

Rigide étiré

D’autres sont devenues plus dures, résistant à une force d’environ 1000 nanonewtons avant de se briser. Ceci est approximativement équivalent à la force qui serait appliquée par le poids d’un centième d’un grain de riz. Les fibres les plus malléables ont cassé à une force d’environ 500 nanonewtons.

"La présence de fibres de collagène, avec différentes propriétés mécaniques à l’intérieur de l’os, permet d’augmenter sa capacité à absorber de l’énergie et en fait un matériau efficace et solide" dit Barber.

Les chercheurs ont ensuite utilisé la spectroscopie pour examiner la fabrication chimique des échantillons. Leurs résultats suggèrent que les fibres les plus fortes ont une composition minérale plus importante.

Barber ajoute que leurs résultats pourraient mieux expliquer comment l’ostéoporose, et les conditions qui y sont associées, affectent les propriétés mécaniques des os. D’autres se demandent s’il existe différents types de fibres dans l’os : "C’est une donnée intéressante, mais il faudrait les répéter avec plus d’échantillons provenant de différentes régions anatomiques" conclut-il.

Références :

[1] Nano-mechanical properties of individual mineralized collagen fibrils from bone tissue. Fei Hang et Asa Barber, Journal of the Royal Society Interface.


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