Os ossos consistem em células vivas (osteoblastos e osteócitos) incorporados em uma matriz orgânica mineralizada. O principal componente inorgânico do osso humano é a hidroxiapatita, o mineral ósseo dominante, tendo a composição nominal de Ca10 (PO4) 6 (OH) 2. Os componentes orgânicos desta matriz consistem principalmente de colágeno tipo I - "orgânico" referindo-se a materiais produzidos como resultado do corpo humano - e componentes inorgânicos, que junto com a fase de hidroxiapatita dominante, incluem outros compostos de cálcio e fosfato, incluindo sais. Aproximadamente 30% do componente acelular do osso consiste em matéria orgânica, enquanto cerca de 70% em massa é atribuído à fase inorgânica. As fibras de colágeno conferem ao osso sua resistência à tração e os cristais intercalados de hidroxiapatita conferem ao osso sua resistência à compressão. Esses efeitos são sinérgicos. A composição exata da matriz pode estar sujeita a mudanças ao longo do tempo devido à nutrição e biomineralização, com a proporção de cálcio para fosfato variando entre 1,3 e 2,0 (por peso), e minerais como magnésio, sódio, potássio e carbonato também sendo encontrado. O colágeno tipo I compõe 90-95% da matriz orgânica, com o restante da matriz sendo um líquido homogêneo chamado substância fundamental, consistindo em proteoglicanos, como ácido hialurônico e sulfato de condroitina, bem como proteínas não colágenas, como osteocalcina, osteopontina ou osso sialoproteína. O colágeno consiste em fios de unidades repetidas, que fornecem resistência à tração do osso e são organizados de forma sobreposta que evita o estresse de cisalhamento. A função da substância fundamental não é totalmente conhecida. Dois tipos de osso podem ser identificados microscopicamente de acordo com a disposição do colágeno: tecido e lamelar. Osso tecido (também conhecido como osso fibroso), que se caracteriza por uma organização desordenada das fibras de colágeno e é mecanicamente fraco. Osso lamelar, que tem um alinhamento paralelo regular de colágeno em lâminas ("lamelas") e é mecanicamente forte. O osso tecido é produzido quando os osteoblastos produzem osteóide rapidamente, o que ocorre inicialmente em todos os ossos fetais, mas é posteriormente substituído por osso lamelar mais resistente. Em adultos, o osso tecido é criado após fraturas ou na doença de Paget. O osso trançado é mais fraco, com um menor número de fibras de colágeno orientadas aleatoriamente, mas se forma rapidamente; é por essa aparência da matriz fibrosa que o osso é denominado tecido. Ele é logo substituído pelo osso lamelar, que é altamente organizado em lâminas concêntricas com uma proporção muito menor de osteócitos para o tecido circundante. O osso lamelar, que aparece pela primeira vez em humanos no feto durante o terceiro trimestre, é mais forte e preenchido com muitas fibras de colágeno paralelas a outras fibras na mesma camada (essas colunas paralelas são chamadas de ósteons). Na seção transversal, as fibras correm em direções opostas em camadas alternadas, bem como no compensado, auxiliando na capacidade do osso de resistir às forças de torção. Após uma fratura, o osso entrelaçado se forma inicialmente e é gradualmente substituído por osso lamelar durante um processo conhecido como "substituição óssea". Em comparação com o osso tecido, a formação do osso lamelar ocorre mais lentamente. A deposição ordenada de fibras de colágeno restringe a formação de osteóide a cerca de 1 a 2 µm por dia. O osso lamelar também requer uma superfície relativamente plana para colocar as fibras de colágeno em camadas paralelas ou concêntricas. Deposição A matriz extracelular do osso é depositada por osteoblastos, que secretam colágeno e substância fundamental. Estes sintetizam colágeno dentro da célula e, em seguida, secretam fibrilas de colágeno. As fibras de colágeno polimerizam rapidamente para formar fios de colágeno. Nesse estágio, eles ainda não estão mineralizados e são chamados de "osteóides". Em torno dos fios, o cálcio e o fosfato precipitam na superfície desses fios, transformando-se em cristais de hidroxiapatita em dias ou semanas. Para mineralizar o osso, os osteoblastos secretam vesículas contendo fosfatase alcalina. Isso cliva os grupos fosfato e atua como o foco para a deposição de cálcio e fosfato. As vesículas então se rompem e agem como um centro para o crescimento dos cristais. Mais particularmente, o mineral ósseo é formado por estruturas globulares e de placa.
