软骨和骨

临床医学！组胚，软骨和骨是构成身体支架的重要器官，它们在人体中发挥着不同的作用。

软骨和骨

• 一、软骨
  • 构成：软骨组织及包裹它的软骨膜
  • 胚胎早期的主要支架，随胎儿发育逐渐被骨取代
  • （一、软骨组织）
    • 构成：软骨细胞和软骨基质
    • 1.软骨细胞
      • 在软骨基质中，所在腔隙称软骨陷窝
      • 周边的软骨细胞幼稚，胞体小，扁圆型，长轴与软骨表面平行，单个分布
      • 越靠近软骨中部，细胞越成熟，体积越大，由扁圆形逐渐变成椭圆形和圆形
      • 细胞增殖分裂成相对集中的细胞群体（2～8个），由于皆由同一个幼稚软骨细胞增殖而成，故称同源细胞群
      • 成熟软骨细胞胞质弱嗜碱性，有丰富的粗面内质网和高尔基复合体，表明软骨细胞具有产生软骨基质的强大能力
    • 2.软骨基质
      • 即软骨组织的细胞外基质，由无定形基质和包埋其中的纤维构成
        • 无定形基质的主要成分为蛋白聚糖和水，蛋白聚糖与疏松结缔组织中类似，也构成分子筛结构，使其具有较好的可渗透性
      • 软骨组织内无血管和淋巴管，处于软骨组织深部的软骨细胞依然可借助渗透方式与周围组织进行物质交换
      • 软骨中的蛋白聚糖含量远高于一般的结缔组织，使软骨基质形成较为坚固的凝胶。
      • 氨基聚糖在基质中的分布不均匀，紧靠软骨陷窝的部位硫酸软骨素较多，故此处嗜碱性较强
      • 在HE染色切片中，形似囊状包围软骨细胞，故称软骨囊
      • 纤维埋于基质，使软骨具有韧性或弹性
  • （二、）软骨膜
    • 除关节软骨外，软骨表面被覆盖薄层致密结缔组织，即软骨膜
    • 软骨膜内有血管，淋巴管和神经，可为软骨组织提供营养和保护等作用
    • 软骨膜内层存在由间充质干细胞分化而来的骨祖细胞，可进一步分为成软骨细胞
    • 成软骨细胞狭长，仅含核处略厚，开始具备初步的分泌能力，一旦被分泌的软骨基质包围，即成为软骨细胞
  • （三、）软骨的类型
    • 1、透明软骨
      • 新鲜时呈半透明，分布较广，包括肋软骨，关节软骨，呼吸道软骨等
      • 透明软骨具有较强的抗压性，有一定的弹性和韧性，但在外力作用下较其他类型软骨更易断裂
      • 纤维成分主要是由II型胶原蛋白组成的胶原原纤维，纤维交织排列成三维网格状，由于纤维极细，直径10～20纳米，且折光率与基质接近，故光镜下不能分辨
      • 基质中含水分较多是透明软骨呈半透明的原因之一
    • 2、弹性软骨
      • 新鲜时呈黄色
      • 分布于耳廓，咽喉，会厌等处
      • 组织结构与透明软骨相似，但纤维成分为大量交织排列的弹性纤维，故有很好的弹性
      • 由于弹性纤维丰富，使基质呈现一定程度的嗜酸性，仅软骨囊嗜碱性明显，因而在光镜下呈现红蓝相间的着色特点
    • 3、纤维软骨
      • 呈不透明的乳白色
      • 分布于椎间盘，关节盘和耻骨联合等处
      • 大量粗大的胶原纤维平行或交叉排列，故有很强的韧性
      • 软骨细胞较小而少，散在，成对或单行排列于纤维束之间，无定形基质少，呈弱嗜碱性
  • （四、）软骨的发生与生长
    • 软骨来源胚胎时期的间充质
    • 过程：将要形成软骨的部位，间充质细胞聚集增生，分化为骨祖细胞，后者再分化为成软骨细胞，继而进一步分化为软骨细胞，软骨周边的间充质则分化为软骨膜
    • 生长方式
      • 1、附加性生长，又称软骨膜下生长，由软骨膜深部的骨祖细胞增殖分化为成软骨细胞，后者再分化为软骨细胞添加在软骨组织表面，使软骨逐渐增厚
      • 2、间质性生长，又称软骨内生长，通过已有的软骨细胞生长增殖，产生更多的软骨细胞和软骨基质，使软骨从内部膨胀生长
• 二、骨
  • 由骨组织，骨膜和骨髓等构成的坚硬器官
  • 起支持，运动和保护的作用
  • 骨中含大量钙，磷等矿物质，故骨还是机体的钙，磷贮存库
  • （一、）骨组织
    • 骨的结构主体，主要由骨细胞和骨基质组成，由于有大量骨盐沉积，使得骨组织十分坚硬
    • 1、骨基质（骨质）
      • 骨组织中钙化的细胞外基质，包括有机成分和无机成分，含水极少
        • 有机成分大量胶原纤维和少量无定形基质
          • 胶原纤维粗发，排列规律，总量约占有机成分90%，主要由I型胶原蛋白构成
          • 无定形基质主要成分是蛋白聚糖及其复合物，具有黏合纤维的作用
        • 无机成分：骨盐
          • 占干骨重量65%，以钙，磷离子为主，也含多种其他元素
          • 存在形式主要是羟基磷灰石结晶，呈细针状，长10～20纳米，沿胶原原纤维长轴沉积并与之紧密结合
      • 骨质中还有骨钙蛋白，骨桥蛋白，骨黏连蛋白和钙结合蛋白等，在骨的钙化，钙离子的传递与平衡，细胞与骨质的黏附等方面各有作用
      • 新生骨组织的细胞外基质无骨盐沉积，称为类骨质，大量骨盐规律性沉积后，类骨质转变为坚硬的骨质，该过程称为钙化或矿化
      • 编织骨主要特征：胶原纤维无规则交织排列，胚胎时期及5岁内儿童的骨质结构形式（也见于骨折修复期），逐渐成板层骨，成年后仅在牙槽骨和耳蜗等少数部位存在编织骨
      • 板层骨是以骨板形式存在的骨质结构
        • 骨板内有大量平行排列的胶原纤维，同一层骨板内的纤维互相平行，相邻骨板的纤维互相垂直，可以有效增加骨的强度
      • 在长骨骨干，扁骨，短骨表层，骨板层数多，排列规则，所有骨板紧密结合称为密质骨
      • 在长骨骨骺和骨干内表面，扁骨的板障和短骨中心等处，数层不甚规则的骨板形成大量针状或片状骨小梁，搭建成有较大孔隙的立体网格样结构，肉眼可见骨质呈“疏松状”故称松质骨
    • 2、骨组织的细胞
      • 骨祖细胞，成骨细胞，骨细胞和破骨细胞，仅骨细胞在骨组织的内部，其余三种在表面
        • （1）骨祖细胞
          • 软骨细胞和骨组织共同的干细胞
          • 位于软骨膜和骨膜内层
          • 分化方向取决于所处部位和所受刺激的性质
          • 细胞呈梭形，胞体小，胞质少，核小色深
          • 骨生长，改建或骨折修复时，骨祖细胞功能活跃，不断增殖分化为成骨细胞
        • （2）成骨细胞
          • 常单层排列，矮柱状或不规则形
          • 分泌活动旺盛时胞质嗜碱性增强
          • 电镜下可见大量粗面内质网和高尔基复合体
          • 分泌产物为骨基质的有机成分即类骨质
          • 还释放基质小泡（25～200纳米），内含细小钙盐结晶，小泡膜上有钙结合蛋白和碱性磷酸酶。钙盐结晶释放进入类骨质，以其为基础形成羟基磷灰石结晶，钙结合蛋白和碱性磷酸酶对钙化也有一定作用。
          • 产生类骨质，分泌多种细胞因子，调节骨组织的形成和吸收，促进骨组织钙化，随分泌的类骨质增多，细胞自身被包埋其中，伴随分泌活动的进行，细胞发出许多细长突起，胞体和细胞核逐渐缩小，渐成扁椭圆形，成骨细胞逐渐转变成骨细胞
          • 骨功能相对静止时，其细胞扁平，紧贴骨组织表面称骨被覆细胞
          • 骨功能活跃时，骨被覆细胞又可恢复为活跃状态的成骨细胞
        • （3）骨细胞
          • 骨组织内部有多个细长突起的细胞，较均匀地分散于骨板之间或骨板内，由成骨细胞转变而成
          • 细胞体所在腔隙称骨陷窝
          • 突起所在腔隙称骨小管
          • 骨细胞的结构和功能与其成熟度有关，刚转变的骨细胞仍能有分泌功能，随细胞成熟，分泌能力逐渐减弱至停止。此过程中，胞体进一步变小，呈扁椭圆形，细胞器减少，突起延长。相邻骨细胞的突起以缝隙连接相连，借此可传递信息。此处的骨小管也彼此相通，骨陷窝和骨小管内含少量组织液。骨组织内的骨陷窝-骨小管互相连通，构成了组织内部的物质输送通道。
          • 骨细胞具有一定的溶骨作用，参与调解钙，磷平衡
        • （4）破骨细胞
          • 可游走的核巨细胞（30～100微米），一般认为多个单核细胞融合而成，具有很强的溶骨能力
          • 形态不规则，细胞核6～50个不等，胞质丰富，嗜酸性强，含丰富的溶酶体和线粒体
          • 溶骨活跃时，细胞呈明显极性，电镜下可见紧贴骨组织的一侧出现许多长短与粗细不一的突起，构成光镜下的皱褶缘。环绕于皱褶缘膜细胞质略微隆起，构成一圈胞质围堤环绕皱褶缘，胞质围堤的电子密度低称亮区（封闭区）。亮区的细胞膜紧贴骨组织，使皱褶缘和对应的骨组织表面凹陷之间封闭形成一个密闭的腔隙称吸收陷窝，特殊的微环境，破骨细胞在此处释放多种水解酶和有机酸，溶解骨盐，分解有机成分，可将溶解内吞的成分进一步谅解
          • 在骨组织内，破骨细胞和骨细胞相辅相成，共同参与骨的生长和改建，破骨细胞异常，导致骨的生长发育障碍（如骨硬化症患者的破骨细胞不能很好形成皱褶缘，骨吸收缺陷导致骨质异常硬化所谓的“大理石骨”）
  • （二、）长骨结构
    • 长骨由密质骨，松质骨，关节软骨，骨膜，骨髓，血管和神经等构成
    • 1.密质骨
      • 分布于骨干和骨骺的外侧面
      • 主要特征：骨板结合紧密，肉眼下难见明显孔隙，
      • 骨板排列有序，可分为
        • （1）环骨板
          • 环绕骨干内，外表面的骨板
            • 外环骨板厚，由数层或十多层骨板组成，较整齐地环绕骨干排列
            • 内环骨板薄，仅由数层骨板组成，且不如外环骨板平整
        • （2）骨单位（哈弗斯系统）
          • 位于内，外环骨板之间，长骨中中起支持作用的主要结构
          • 数量多，长筒状，可有分支，排列方向与骨干长轴基本一致
          • 骨单位由多层同心圆排列的哈弗斯骨板围绕中央管构成。
            • 骨板中胶原纤维绕中央管呈螺旋状行走，相邻骨板的纤维方向互成直角，哈弗斯骨板为4～20层不等，故骨单位粗细不一
            • 中央管为细长管道，少量疏松结缔组织穿行其中，内有小血管和神经纤维
        • （3）间骨板
          • 位于骨单位之间或骨单位与环骨板之间，为大小和形状皆不甚规则的骨板聚集体，是骨生长和改建过程中较早期的骨单位和环骨板的保留部分。
        • 在三种骨板之间及每个骨单位表面都有一层黏合质，是骨盐较多纤维很少骨质，在长骨横断面上呈折光较强的轮廓线称黏合线
        • 骨单位最外层的骨小管在黏合线处折返，一般不与相邻骨单位的骨小管连通，而骨单位最内层的骨小管均与中央管相通，因此，同一骨单位内的骨细胞接受来自自身中央管的营养供养
        • 长骨骨干内有横向穿行的管道，称穿通管（福尔克曼管）穿通管在骨外表面的开口为滋养孔，与骨的长轴近似垂直的方向走行，横向穿越密质骨中的环骨板，并连接骨单位的中央管，管内含结缔组织，血管，神经及骨祖细胞，成骨细胞，破骨细胞等，成分延续到骨单位的中央管内
    • 2.松质骨
      • 分布骨干内侧面和骨骺中部
      • 大量针状或小片状的骨小梁构成
      • 肉眼可见的多孔隙网架结构，网眼中充填骨髓
      • 骨小梁属于板层骨，但仅有数层，排列不甚规则，厚薄有差异，故骨小梁大小形状也不完全相同
    • 3.骨膜
      • 除关节面以外，长骨的内，外表面均覆有纤维性结缔组织构成的骨膜，分别称骨内膜和骨外膜，常说的骨膜是骨外膜。
        • 骨外膜为致密结缔组织，胶原纤维束粗大，交织成网，有些纤维束穿入骨质称穿通纤维，起固定骨膜和韧带的作用，骨膜内有血管，神经，深面有骨祖细胞
        • 骨内膜很薄，衬于骨髓腔面，骨小梁表面，穿通管和中央管内表面，在疏松结缔组织中穿行小血管，神经纤维，还含骨祖细胞等。主要作用营养骨组织，并为骨的生长和修复提供干细胞，临床上利用骨膜移植治疗骨折和骨缺损
  • （三、）骨的发生和改建
    • （一）骨的发生方式
      • 骨发生起始于胚胎时期，来源于间充质
      • 方式
        • 1.膜内成骨
          • 间充质分化形成的胚性结缔组织膜内直接成骨
          • 额骨，顶骨，枕骨，颞骨，颌骨，锁骨等以此方式发生
          • 间充质分化为胚性结缔组织，一部分分化为骨祖细胞，一部分为成骨细胞，成骨细胞生成骨组织
          • 最先形成骨组织的部位称为骨化中心，随骨化中心的逐渐扩大和改造，骨小梁形成并不断增长加粗，数量增多，逐渐构建成多孔隙网格状的松质骨，松质骨的表面逐步改建成密质骨，周围的结缔组织分化为骨膜
        • 2.软骨内成骨
          • 在透明软骨的基础上，将软骨替换为骨的方式
          • 人体的大多数骨如：四肢骨，躯干骨，部分颅底骨等
          • 1.软骨雏形形成
          • 2.骨领形成
          • 3.初级骨化中心与骨髓腔形成
          • 4.次级骨化中心与骨骺形成
    • （二）长骨的生长和改建
      • 1.骨加长
        • 软骨储备区：软骨细胞小，分散存在，软骨基质呈弱嗜碱性
        • 软骨增生区：软骨细胞明显生长，变成椭圆形和圆形，随之分裂增生形成同源细胞群，细胞排列大体呈纵向分布
        • 软骨成熟区：软骨细胞明显增大成熟，同源细胞群之间的软骨基质的宽度变窄，嗜碱性增强
        • 软骨钙化区：软骨细胞开始退化，凋亡，胞质空化，出现核固缩与核溶解，接近骨髓腔的细胞消失，仅留下空洞状的软骨陷窝，陷窝内可有破骨细胞到达。软骨基质钙化明显，呈强嗜碱性
        • 成骨区：破骨细胞和成骨细胞活跃，光景下易于见到。由于软骨细胞退化和破骨细胞的吸收作用，形成较为宽大的纵向隧道，残留的软骨基质则像钟乳石一样悬挂在钙化区底部。成骨细胞附着于软骨基质表面分泌类骨质，形成不断向骨髓腔延伸的过渡型骨小梁，在骨髓腔侧，过渡型骨小梁不短被破骨细胞破坏吸收，使骨髓腔向长骨骨端不断拓展，长骨得以加长
      • 2.骨增粗
      • 3.骨改建
        • 长骨外形的改建
        • 长骨内部的改建
  • （四、）影响骨生长发育的因素
    • 营养与维生素
    • 激素
    • 细胞因子
    • 应力作用
  • （五、）关节
    • 关节软骨
      • 具有弹性，表面光滑，有利于关节运动。有加固作用，为软骨提供较大应力支持，是关节软骨具有较大的抗压性
    • 关节囊
      • 外层为致密结缔组织，与骨外膜连续，可维持关节稳定
      • 内层疏松，内表面光滑，称滑膜，可向关节腔突出形成滑膜皱襞或绒毛。内层被覆1-4层扁平或立方形的上皮洋结缔组织细胞，称滑膜细胞
        • 电镜下滑膜细胞分为
          • 似巨噬细胞，含较多溶酶体，有吞噬能力
          • 似成纤维细胞，含粗面内质网较多，可分泌透明质酸和黏蛋白
    • 关节腔
      • 为关节囊所封闭的腔，腔内含少量透明黏性液体称滑液
        • 滑液以水为主，含透明质酸，黏蛋白，电解质等，具有润滑关节面和营养关节软骨等作用
• 同一细胞不同功能状态下的表现