La moelle osseuse est constituée de vaisseaux sanguins spécialisés et de cellules extravasculaires. Elles occupent la cavité médullaire des os longs et les espaces intertrabéculaires de l'os spongieux. Ces cavités sont tapissées par une membrane, l'endoste. L'alimentation en artérioles de l'os se subdivise en larges sinus avant de se reconvertir en veinules.
La paroi du sinus est constituée de cellules endothéliales disposées comme un simple épithélium pavimenteux ; elles reposent sur une membrane basale et sont entourées par la couche adventitielle de cellules réticulaires. Autour de l'extérieur de la couche réticulaire du sinus se trouve un réseau de cellules hémopoïétiques disposées en cordons.
Dans la moelle rouge, les cordons contiennent des groupes de cellules sanguines en développement et des mégacaryocytes près de la paroi du sinus, avec des progéniteurs granulocytaires un peu plus loin. Les macrophages, les mastocytes et les plasmocytes sont également présents dans les cordons.
Les cellules sanguines matures passent des cordons aux sinus en écartant la couche adventitielle et en traversant la membrane basale. La cellule endothéliale crée une ouverture spéciale recouverte d'une membrane par laquelle passe la nouvelle cellule. Les mégacaryocytes étendent une partie de leur cellule à travers de telles ouvertures afin de déverser des plaquettes dans le sang. L'ouverture se referme après le passage de l'élément sanguin.
La moelle osseuse jaune diffère de la moelle osseuse rouge en ce que son principal constituant est l'adipocyte ; les constituants normaux de la moelle osseuse rouge sont présents en quantités beaucoup plus faibles.
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