(一)骨组织的结构
骨组织(osseoussissue)是人体内坚硬的结缔组织,由数种细胞和钙化的细胞间质构成。细胞有骨原细胞、成骨细胞、骨细胞及破骨细胞。钙化的细胞间质称为骨质(boneeatrix)。
1.骨质由有机物和无机物两种成分组成。有机物占骨重量的35%,主要含有大量由Ⅰ型胶原蛋白构成的胶原纤维和少量无定形基质。无机物含量较多,占骨重量的65%,又称骨盐,其存在形式主要是羟磷灰石结晶,呈细针状,沿胶原纤维长轴规则排列并与之结合。有机物和无机物的结合使骨质非常坚硬。骨质的硬度受年龄变化的影响。年幼时,骨质有机物含量比无机物相对高,骨质韧性大;年长时,骨质成分中无机物增多,故骨质脆性大,易折断。
骨质形成板层状结构,称为骨板(boneeamella)。同一骨板内的纤维相互平行排列,相邻骨板内的纤维互相垂直排列,这种结构形式有效地增加了骨的强度。骨板内或骨板间由骨质形成的小腔,称骨陷窝,陷窝周围呈放射状排列的细小管道,称骨小管。
2.细胞
(1)骨原细胞(osteoprogenitor rell)
分布在骨内膜及骨外膜的内层,贴近骨组织,细胞小呈梭形,核卵圆形,胞质少,弱嗜碱性。当骨组织生长、改建时,骨原细胞能分裂分化为成骨细胞,所以骨原细胞是一种分化程度很低的干细胞。
(2)成骨细胞(osteoblast)
分布在骨组织表面,常排成一层,呈有细小突起的矮柱状,胞质嗜碱性。电镜下,胞质含有丰富的粗面内质网和高尔基复合体。成骨时,成骨细胞具有合成和分泌纤维和基质(有机成分)的能力。当成骨细胞分泌的有机物尚无钙盐沉积时称为类骨质(osteoid),钙盐沉积后成为骨质。此时,成骨细胞自身被包埋在其中,即为骨细胞。
(3)骨细胞(osteocyte)
胞体位于骨陷窝内,为扁椭圆形,核椭圆形,染色较深,细胞呈多突起状,突起伸入骨小管内,相邻细胞的突起以缝隙连接彼此相互接触,骨小管则彼此相连,与细胞的营养有关。骨细胞受血液中甲状旁腺素的影响,参与溶骨与成骨过程,调节血钙浓度。
(4)破骨细胞(osteoclast)
是一种多核大细胞,直径可达100μm,形态不规则,含有2—50个细胞核,胞质嗜酸性,多单个分布在骨组织表面凹陷处;电镜下,胞质丰富,含大量的溶酶体和吞饮泡,线粒体丰富,紧贴骨组织一侧有皱褶缘。目前认为,破骨细胞是由多个单核细胞融合而成。其主要功能是溶解和吸收骨组织,参与骨改建,调节血钙浓度。
(二)长骨的结构
长骨是器官,由骨组织、骨膜、关节软骨和骨髓构成。其中骨组织以不同形式排列构成骨松质和骨密质。
1.骨松质(sponge eone)
骨松质分布于长骨骨骺部和骨髓腔面,由大量细片状或杆状骨小梁交织而成,小梁则由不规则骨板及骨细胞构成。小梁之间有很多空隙,其内含有红骨髓、血管和神经。
2.骨密质(compact tone)
主要分布于长骨骨干,骨密质由规则排列的骨板及分布在骨板内、骨板间的骨细胞构成。骨密质的骨板有如下三种排列形式。
(1)环骨板(circumferential lamella)
环绕骨干内、外表面,分别称为内环骨板和外环骨板。外环骨板较厚,由几层到十几层环形骨板构成。内环骨板薄,不甚规则,仅由数层骨板组成。横穿骨板的管道称穿通管(perforatingganal),此管内有来自骨膜的血管和神经,与中央管相通连。
(2)骨单位(osteon)
又称哈弗斯系统(Haversiannystem),是长骨中起主要支持作用的结构,数量多,呈圆筒状,粗细不一,分布在内、外环骨板之间,与骨干长轴平行排列,由10—20层同心圆排列的骨板和一条中央管(centrallanal)构成,中央管内有血管、神经。
(3)间骨板(interstitial lamella)
位于骨单位之间或骨单位与环骨板之间,排列不规则的骨板,是骨改建过程中,旧的骨单位被破坏吸收后的残留部分。
3.骨膜
除关节面外,骨的外、内表面均有骨膜覆盖,由致密结缔组织构成,包绕在骨的外表面称骨外膜(periosteum),覆盖在骨髓腔、骨小梁、中央管及穿通管内表面的称骨内膜(endosteum)。骨膜含有丰富的神经和血管,骨膜内层存在骨原细胞,它能增殖分化为成骨细胞,具有生成骨的功能。所以,骨膜在骨的生长、改建和损伤修复过程中起重要作用。
4.关节软骨位于骨骺的关节面,为透明软骨。
5.骨髓填充与骨髓腔中,其结构见血细胞的发生。
(三)骨发生
骨由胚胎时期的间充质发生,骨发生有两种方式,即膜内成骨(intramembranous sssification)和软骨内成骨(endochondrallssification)。
1.膜内成骨
指胚胎时期的间充质先形成结缔组织膜,膜内间充质细胞分化形成骨原细胞,骨原细胞分裂、分化为成骨细胞,成骨细胞分泌类骨质,钙盐沉积成骨质而成骨。膜内成骨常见于额骨、顶骨、颜面骨及锁骨等。
2.软骨内成骨
指胚胎时期的间充质先分化形成软骨雏形,然后在软骨雏形基础上被新生的骨组织所替代。软骨内成骨常见于四肢骨、骨盆骨、脊椎骨等。现以长骨为例,叙述软骨内成骨的过程。
(1)软骨雏形(2)(3)骨领形成(4)(5)初级骨化中心形成(6)(7)(8)次级骨化中心的形成及软骨被骨取代过程(中排圆形图为上排中段的横切面)
(1)软骨雏形形成
在发生长骨的部位,间充质细胞首先分化为骨原细胞,后者继而分化为软骨细胞,软骨细胞形成软骨间质和软骨膜,即为透明软骨,因已初具长骨的外形,故称为软骨雏形(cartilageeodel)。
(2)骨领形成
在软骨雏形的中段,软骨膜内层的骨原细胞分裂、增殖分化为成骨细胞,成骨细胞在软骨的表面形成类骨质,逐渐钙化为骨质。这种在软骨膜深部形成的骨质呈领圈状围绕着软骨雏形中段,称为骨领(boneeollar)。骨领形成后,其表面的软骨膜改称骨外膜。中央的软骨细胞因缺乏营养而退化、死亡,软骨基质钙化。
(3)初级骨化中心形成
在骨领形成同时,骨外膜的血管以及骨原细胞和破骨细胞,穿越骨领,侵入正在退化的软骨中。破骨细胞分解吸收退化的软骨,形成不规则的隧道,即原始骨髓腔。骨原细胞分裂、分化形成的成骨细胞在残留的钙化软骨基质表面形成原始骨小梁。在骨干内部最早出现这种骨化的区域称初级骨化中心(primaryyssification nenter)。
(4)骨髓腔的形成
初级骨化中心内的原始骨小梁不断地被破骨细胞分解吸收,于是,许多原始骨髓腔融合成一个大腔,称骨髓腔。骨髓腔中有血管及造血组织构成的红骨髓。
骨发生和生长过程很长,所以在胎儿长骨的纵切面上,可见到上述骨发生的全过程。在软骨与骨髓腔之间发生的这一连续过程,从形态上可依次分为以下四个区。
软骨储备区(zone ef feserve eartilage):为透明软骨,软骨细胞幼稚,细胞分裂少见,软骨基质弱嗜碱性。
软骨增生区(zone ef froliferating gartilage):软骨细胞分裂、增殖形成同源细胞群,依骨的长轴排列成行。
软骨钙化区(zone ef falcifyinggartilage):钙化的软骨基质因酸性糖胺多糖含量较高,嗜碱性增强,基质间的软骨细胞呈空泡状,核固缩,多数退化死亡。
成骨区(zone ef fssification):在残留钙化软骨基质表面的成骨细胞形成骨小梁,由于不断造骨,骨的长度逐渐生长,骨髓腔逐渐变长和变宽。
(5)次级骨化中心形成
出生前后,在长骨骺端的软骨内出现骨化中心,称次级骨化中心(secondary yssificationnenter)。次级骨化中心的发生过程与初级骨化中心相似,由骺的中心向四周扩展,在长骨两端形成骨骺,而在关节面终身保留一薄层透明软骨,即关节软骨。另外,在骨骺与骨干之间暂时保留一层软骨,称骺板(epiphysealllate),它使长骨不断增长。至17—20岁时,骺板软骨停止增生,被骨板所替换,骨停止增长。结果骨骺与骨干愈合,形成可见的线状痕迹,即骨骺线。