软骨和骨医学PPT课件.ppt

软骨和骨,CartilageandBone,概述,软骨和骨组成人体的骨骼系统，它们分别由软骨组织和骨组织为主要成分构成。软骨组织和骨组织是高度特化的结缔组织，其共同特点是细胞外基质呈固态，其功能差异主要决定于细胞外基质中无定形基质和纤维成分的性质和比例。,一、软骨,软骨组织由软骨细胞和细胞外基质构成，根据软骨基质内所含纤维的不同，可将软骨分为透明软骨、弹性软骨和纤维软骨3种。,1.透明软骨（hyalinecartilage）,透明软骨分布较广，成体的肋软骨、关节软骨、呼吸管道壁的软骨均为透明软骨。透明软骨无定形基质主要含3种糖胺聚糖：聚透明质酸（hyaluronan）、硫酸软骨素（chondroitinsulfate）和硫酸角质素（keratansulfate）。软骨基质内小腔称为软骨陷窝（cartilagelacuna），软骨细胞位于陷窝内。软骨陷窝周围基质含硫酸软骨素较多，嗜碱性强，染色深，称软骨囊（cartilagecapsule）纤维由型胶原蛋白组成胶原原纤维。胶原原纤维纤细，其折光率与基质折光率相近，故透明。,软骨细胞及同源细胞群,软骨组织内无血管、淋巴管和神经，但由于基质内富含水分，通透性强，故来自周围组织的营养物质可通过渗透进入软骨组织深部。软骨细胞/chondrocyte：位于软骨陷窝内。软骨组织周边部，软骨细胞较小，为幼稚软骨细胞。从周边向深部，软骨细胞逐渐长大成熟，椭圆形或圆形，成群分布，每群28个细胞。这些细胞由一个幼稚软骨细胞分裂增殖而来的，称同源细胞群/isogenousgroup。,电镜下：软骨细胞表面有许多突起和皱褶，胞质内含丰富的粗面内质网和发达的高尔基复合体，线粒体较少而糖原和脂滴较多。软骨细胞合成和分泌软骨组织的基质和纤维。由于远离血流，软骨细胞主要以糖酵解的方式获得能量。,软骨膜,除关节软骨外，软骨组织周围均被覆薄层致密结缔组织，称软骨膜（perichondrium）。软骨膜分两层，外层含较致密的胶原纤维，主要起保护作用。内层纤维较疏松，细胞较多，其中有些梭形的小细胞，称成软骨细胞（chondroblast），可增殖分化为软骨细胞。软骨的营养来自软骨周围的血管。,2.弹性软骨（elasticcartilage）,弹性软骨分布于耳廓、外耳道、咽鼓管、会厌等处。结构与透明软骨相似，主要特点是软骨基质中含有大量交织成网的弹性纤维，尤以软骨中央弹性纤维更为密集，而胶原原纤维较少。因此，弹性软骨新鲜时呈不透明的黄色，具有较强的弹性。,醛复红染色,3.纤维软骨（fibrocartilage）,纤维软骨分布于椎间盘、关节盘、耻骨联合以及某些肌腱和韧带附着于骨的部位等处软骨基质中含平行或交织排列的胶原纤维束，软骨细胞常成行分布于纤维束之间。纤维软骨具有较大的伸展性，并可对抗压力和摩擦。,纤维软骨Mallory三色染色,3种软骨的比较,软骨的生长,软骨的生长有两种不同的方式。间质生长（interstitialgrowth）：又称软骨内生长，是通过软骨组织内的软骨细胞分裂增殖，并产生基质和纤维，使软骨从内部增大。间质生长主要见于年幼的软骨。外加生长（appositionalgrowth）：又称软骨膜下生长，是通过软骨膜内层骨祖细胞的分裂分化，产生成软骨细胞，向软骨组织表面添加新的软骨细胞，并产生基质和纤维，使软骨从表面向外扩大。,二、骨,概述：骨由骨组织、骨膜和骨髓等构成，具有支持软组织、构成关节参与身体的运动、以及保护某些重要器官等作用。此外，骨组织与钙、磷代谢有密切关系，是人体重要的“钙、磷库”，体内99%以上的钙和85%的磷贮存于骨组织内。骨组织（bonetissue）由多种细胞和细胞外基质构成。但骨组织的细胞外基质中有矿物质的沉积，即发生了矿化（mineralization）。由于骨组织中的矿物质主要是钙，所以矿化又称钙化（calcification）。骨组织矿化的细胞外基质称骨基质。骨组织是人体最坚硬的组织之一。,1骨基质（bonematrix）,骨基质由有机质和无机质构成。有机质包括大量骨胶纤维/bonecollagenfiber和少量无定形基质。骨胶纤维是骨组织中的胶原纤维，占有机质90%,主要由型胶原蛋白组成。胶原蛋白分子内有强大的共价键横向交联，分子间空隙大，利于骨盐沉积。基质凝胶状，主要含中性和弱酸性糖胺聚糖，以及多种糖蛋白，如骨钙蛋白/osteocalcin，骨粘连蛋白/osteonectin，骨桥蛋白/osteopontin，骨涎蛋白/bonesialoprotein和钙结合蛋白/calbindinD9k等。骨钙蛋白常作为骨形成的一种重要标志，与骨盐高亲和力结合，参与骨的钙化并调节骨吸收。其他几种糖蛋白主要与型胶原蛋白和骨盐的结合以及细胞和骨基质的黏合有关，也调节骨的钙化。,无机质又称骨盐。骨盐主要以羟基磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2结晶的形式存在，细针状，长1020nm，沿胶原原纤维长轴规则排列，也可存在于胶原原纤维内胶原蛋白分子间的空隙中，使骨基质既坚硬又有韧性。,初形成的骨组织为初级骨组织，又称编织骨。初级骨组织逐渐成熟，成为次级骨组织或称板层骨（lamellarbone）。在板层骨的骨基质中，骨胶纤维较细，有规律地成层排列，且与骨盐晶体和基质紧密结合，构成骨板/bonelamella同一层骨板内的纤维相互平行，相邻两层骨板的纤维相互垂直，在HE染色的骨切片上呈不同折光的红色。,2骨组织的细胞,骨组织的细胞有骨祖细胞、成骨细胞、骨细胞、骨被覆细胞和破骨细胞5种，前4种细胞实际上是骨形成细胞的不同分化和功能状态，而破骨细胞的来源不同，它主要参与骨的吸收。骨细胞包埋于骨基质内，其他细胞均位于骨组织的表面。,（1）骨祖细胞,骨祖细胞（osteoprogenitorcell）由间充质干细胞分化而来，位于骨组织的表面。细胞小，呈梭形，胞质弱嗜碱性，仅含少量核糖体和线粒体；细胞核染色淡，椭圆形或扁平形。当骨组织生长和改建或骨折愈合时，骨祖细胞在骨形态发生蛋白（bonemorphogenicprotein）等因子的刺激下活跃分裂，并分化为成骨细胞。,（2）成骨细胞,成骨细胞/osteoblast：常排成一层，胞体较大，立方形或矮柱状。细胞质呈嗜碱性，碱性磷酸酶强阳性。电镜下可见大量粗面内质网、丰富的游离核糖体和发达的高尔基复合体。,OB成骨细胞OC骨细胞BL骨陷窝,GC高尔基复合体OS类骨质RER粗面内质网示基质小泡,成骨细胞分泌功能活跃，可合成和分泌骨胶纤维和有机基质，形成未矿化的细胞外基质，称类骨质/osteoid。成骨细胞以细胞膜出芽方式向类骨质中释放一些膜包小泡，称为基质小泡/matrixvesicle，膜上有钙结合蛋白、碱性磷酸酶、焦磷酸酶、ATP酶等，小泡内含钙、小的钙盐结晶等。基质小泡在类骨质矿化的起始过程中有重要的作用。,（3）骨细胞（osteocyte）,数量最多，多突起细胞，单个分散于骨板之间或骨板之内。其胞体位于骨陷窝/bonelacuna内，突起位于骨小管/bonecanaliculus内。成熟骨细胞较小，扁椭圆形，有许多细长突起，胞质弱嗜碱性或嗜酸性，细胞器相对较少。相邻骨细胞的突起形成缝隙连接，以传递细胞间的信息和沟通细胞间的代谢活动。相邻骨陷窝通过骨小管彼此连通，骨陷窝和骨小管内含组织液，可营养骨细胞并带走代谢产物。,B骨基质L骨陷窝示骨小管和骨细胞突起,骨细胞对骨基质的更新和维持有重要作用。,（4）骨被覆细胞,骨被覆细胞（boneliningcell）是扁平的上皮样细胞，在静止骨即不出现骨基质沉积和吸收的骨的表面形成连续的一层。是停止成骨后仍存留在骨表面的静止的成骨细胞，也有人认为它是一种特殊的骨祖细胞，适当刺激下能转变或分化为功能活跃的成骨细胞。,（5）破骨细胞（osteoclast）,数量较少，常位于骨组织表面被吸收形成的小凹陷内。破骨细胞是一种多核巨细胞，光镜下，其胞质呈泡沫状，多嗜酸性，贴近骨基质的一侧有皱褶缘/ruffledborder。,皱褶缘在光镜下呈浅色带，在电镜下为不规则形并分支的指状突起，其结构与微绒毛相似，可扩大细胞的表面积；皱褶缘周围的环形胞质区稍隆起，含有许多微丝，而缺乏其他细胞器，故电子密度低，称为亮区（clearzone）。,BM骨基质CZ亮区PV吞饮泡RB皱褶缘,破骨细胞的骨吸收示意图,BM骨基质CA碳酸酐酶CZ亮区HE水解酶Ly溶酶体PV吞饮泡RB皱褶缘ReB吸收凹,破骨细胞有溶解和吸收骨基质的作用。溶解的骨盐和降解的有机质经皱褶缘吸收，在溶酶体进行消化。,（二）长骨,长骨由骨密质、骨松质、骨膜、关节软骨、骨髓及血管、神经等构成。骨密质（compactbone）分布于长骨的骨干（diaphysis）和骨骺（epiphysis）的外侧面，其中的骨板排列十分规律，按骨板的排列方式可分为环骨板、骨单位和间骨板。,（1）环骨板,环绕骨干外表面和内表面，分别称为外环骨板（outercircumferentiallamella）和内环骨板（innercircumferentiallamella）。横向穿越外环骨板和内环骨板的小管称为穿通管/Volkmann管，与纵向走行的中央管相通，它们都是小血管和神经的通道，并含组织液。,（2）骨单位,骨单位/osteon/哈弗斯系统，内、外环骨板之间，数量最多，是骨密质的主要结构单位。骨单位：圆筒状，其长轴与骨干长轴平行，可分支相连。中轴为纵行中央管/哈弗斯管；周围为420层同心圆排列的骨板/哈弗斯骨板；表面有一层黏合质，在横断面的骨磨片上呈折光较强的轮廓线，称为黏合线cementline，最外层的骨小管在黏合线处返折，不与相邻骨单位的骨小管相通连；骨单位内的骨小管相通连，最内层的骨小管开口于中央管，构成血管系统与骨单位中骨细胞之间营养物质和气体交换的通路。,脱钙骨切片和骨磨片示骨单位,上图H-E染色下图大丽紫染色高倍BC骨小管BL骨陷窝C中央管CL黏合线E骨内膜和骨被覆细胞L骨板O骨细胞,（3）间骨板interstitiallamella,是原有骨单位或内、外环骨板被吸收后残留的部分，填充于骨单位之间或骨单位与环骨板之间。间骨板呈扇形或不规则形，其中无血管通道。但有时骨单位外层的骨小管可穿过黏合线，与间骨板内的骨小管相连通，形成一条骨单位中央管与间骨板之间的物质交换通道。,2骨松质（spongybone）,长骨两端的骨骺和骨干内侧面，由大量针状或片状的骨小梁/bonetrabecula构成。骨小梁又称骨针/bonespicule，相互连接形成多孔隙网架结构，网孔即骨髓腔，充满红骨髓。骨小梁也是板层骨，由几层平行排列的骨板和骨细胞构成，表层骨板的骨小管开口于骨髓腔，骨细胞从中获得营养并排出代谢产物。,BM红骨髓BT骨小梁,3骨膜,除关节面以外，骨的外表面均覆以骨外膜/periosteum；骨髓腔面、穿通管和中央管的内表面、骨小梁的表面均覆以骨内膜/endosteum。骨外膜：致密结缔组织，较厚，分两层。外层主要含粗大的胶原纤维束，相互交织成网，有些纤维穿入外环骨板，称穿通纤维/perforatingfiber或Sharpey纤维/Sharpeyfiber，其作用是将骨外膜固定于骨；内层结构疏松，纤维少，含骨祖细胞和小血管、神经等。骨外表面还有骨被覆细胞，与骨祖细胞不易区分。骨内膜较薄，纤维细而少，主要是一层扁平的骨被覆细胞。骨膜的主要功能是保护和营养骨组织，并为骨的生长或修复提供新的成骨细胞。,BC骨小管BL骨陷窝C中央管CL黏合线E骨内膜和骨被覆细胞L骨板O骨细胞,三、骨的发生、生长和再生,骨由胚胎时期的间充质发生，出生后仍继续生长发育，直到成年才停止加长和加粗，但骨的内部改建/remodeling持续终身，改建速率则随年龄增长而逐渐减慢。骨发生/osteogenesis有两种方式，即膜内成骨和软骨内成骨，但骨组织发生的基本过程是一致的。,（一）膜内成骨,人体的顶骨、额骨、下颌骨和锁骨等以此方式发生。在将要形成骨的部位，间充质细胞增殖，细胞首先分裂分化为骨祖细胞，进而分化为成骨细胞群，成骨细胞成骨，于是形成最早的骨组织，称为骨化中心，成骨过程由骨化中心向四周扩展，构成初级骨松质，其外的间充质分化为骨膜。,膜内成骨示意图,胎儿顶骨切片示膜内成骨HE染色,PT初级骨小梁箭头示成骨细胞初级骨小梁由编织骨构成，含骨细胞多,（二）软骨内成骨,由间充质先分化为软骨，然后软骨逐渐被骨组织取代。人体四肢骨、躯干骨和部分颅底骨等以此方式发生。以长骨发生为例，简述其发生过程。1软骨雏形形成2软骨周骨化/骨领形成3初级骨化中心形成4骨髓腔形成5次级骨化中心出现与骨骺形成,软骨内成骨示意图（1）（7）示软骨内成骨过程及长骨生长,软骨雏形形成和软骨周骨化,软骨雏形形成：在将要形成长骨的部位，间充质细胞密集，但无血管形成。间充质细胞-骨祖细胞-软骨细胞-分泌软骨基质-周围间充质形成软骨膜-透明软骨形成。其外形与将要形成的长骨相似，故称软骨雏形/cartilagemodel软骨周骨化/perichondralossification:在软骨雏形中间周围部，血管长入软骨膜后，软骨膜内层骨祖细胞成骨细胞薄层初级骨松质，犹如领圈包绕软骨雏形中段，称骨领/bonecollar。骨领出现后，其表面的软骨膜改称骨膜，骨外膜内层的骨祖细胞不断增殖分化为成骨细胞，向骨领表面及两端添加新的骨小梁，使骨领逐渐增厚增长。后骨领逐渐改建成骨干的骨密质。,软骨内骨化,初级骨化中心形成：骨领形成同时，软骨雏形中央的软骨细胞肥大并分泌碱性磷酸酶，使软骨基质钙化；软骨细胞退化死亡，留下较大的软骨陷窝。该区为软骨内最先骨化的区域，称primaryossificationcenter。骨外膜血管连同间充质及骨祖细胞、破骨细胞等穿过骨领，进入初级骨化中心，破骨细胞溶解吸收钙化的软骨基质，形成许多不规则的隧道，称初级骨髓腔，充以初级骨髓。随后成骨形成过渡性骨小梁（以软骨基质为中轴，表面覆以骨组织）。骨髓腔形成与骨的增粗和增长：过渡性骨小梁很快被破骨细胞溶解吸收，初级骨髓腔融合形成大的次级骨髓腔/骨髓腔。在此过程中，雏形两端的软骨不断增生，邻接骨髓腔处不断骨化，从而使骨不断加长。次级骨化中心的出现与骨骺形成：次级骨化中心（secondaryossilficationcenter）出现在骨干两端的软骨中央，此处将形成骨骺。出现时间因骨而异，大多在出生后数月或数年。成骨过程与初级骨化中心相似，但骨化是从中央呈放射状向四周进行的。最终由骨组织取代软骨，形成骨骺。骺端表面始终保留薄层软骨，即关节软骨。骨骺与骨干之间也保留一定厚度的软骨层，称骺板（epiphysealplate）。,（四）骨的生长和改建(1),1长骨的增长骺板是长骨继续增长的基础。骺板的软骨细胞分裂增殖，从骨骺侧向骨干侧不断成骨，使骨的长度增加。在胎儿长骨纵切面上，从软骨到骨髓腔之间，可依次分为代表成骨活动的5个区域，即软骨贮备区、软骨增生区、软骨成熟区、软骨钙化区、成骨区。,R软骨贮备区P软骨增生区M软骨成熟区C软骨钙化区O成骨区,图4-20长骨外形改建示意图,左侧虚线示改建前骨的外形轮廓Dd骨干骨沉积区Dm.干骺端骨沉积区Rd骨干骨吸收区Rm.干骺端骨吸收区,2长骨的增粗骨领的生长和改建是长骨增粗的基础。骨外膜内层的骨祖细胞不断分化为成骨细胞，向骨领表面添加新的骨小梁，使骨领逐渐增厚。而骨领内表面的骨小梁又逐渐被破骨细胞分解吸收，使骨干在增粗的同时保持骨组织有适当厚度。,（四）骨的生长和改建(2),长骨外形的改建长骨的骨骺和干骺端（metaphysis）呈圆锥形，比骨干粗大。在改建过程中，干骺端骨外膜的破骨细胞进行骨吸收，而骨内膜面的成骨活跃，使干骺端近骨干一侧变细，成为新一段骨干。新增骨干的两端又形成新的干骺端，如此持续不断进行改建，直到长骨不再增长。,左侧虚线示改建前骨的外形轮廓Dd骨干骨沉积区Dm.干骺端骨沉积区Rd骨干骨吸收区Rm.干骺端骨吸收区,（四）骨的生长和改建(3),最早形成的骨干骨密质由初级骨松质构成。1岁左右，骨单位开始形成。破骨细胞在骨干外表面分解吸收陈旧骨组织，形成一条纵沟，骨外膜的血管及骨祖细胞等随之进入沟内。然后骨外膜的骨祖细胞逐渐形成骨组织，将纵沟封闭为管道。而管内的骨祖细胞分化为成骨细胞，贴附于管道的表面，从外向内形成同心圆排列的骨单位骨板。原先的管道缩小，其中含血管，成为中央管。中央管与骨干表面之间留下的通道即为穿通管。以后旧的骨单位逐渐被分解吸收，新一代骨单位不断形成，旧骨单位的残余部分即为间骨板。与此同时，由骨外膜和骨内膜的成骨细胞形成环骨板，并不断改建。另外，骨单位的相继形成和外环骨板的增厚，也是骨干增粗的因素。成年后骨干不再增粗，但其内部的骨单位改建仍持续进行。,（五）骨的再生和骨折愈合,骨组织再生能力较强。骨折后，附近血管破裂出血形成血肿，近断端的骨基质破坏，骨细胞死亡；炎细胞浸润，清除组织碎片，吸收血肿；成纤维细胞和血管增生，形成肉芽组织。肉芽组织变成纤维性结缔组织，并有软骨形成；接着，骨外膜、骨内膜的骨祖细胞分化为成骨细胞，在断端附近的骨面和其间的软骨表面以膜内成骨方式形成骨小梁；血管、成骨细胞和破骨细胞侵入软骨，以软骨内成骨的方式，将软骨逐渐吸收，也形成骨小梁；这些骨小梁连成骨松质，填充、连接于断端之间，为骨痂，骨折初步愈合。大约需要23个月。由于患者的活动，骨痂骨松质多次改建，编织骨变为板层骨，骨髓腔再通，渐恢复骨的原有形态结构。骨重建约需数年。,（六）影响骨生长发育的因素,1营养与维生素维生素D能促进小肠对钙、磷的吸收，提高血钙和血磷水平，有利于类骨质的矿化。维生素A能协调成骨细胞和破骨细胞的活动，维持骨的正常生长和改建。2激素生长激素和甲状腺激素可促进骺板软骨的生长和成熟。3生物活性物质包括生长因子和细胞因子等，这些物质多是由成骨细胞分泌的。4应力作用应力为结构对外部加载负荷的反应，骨的发生和生长与骨的受力状态密切相关。,四、关节,骨与骨的连接处形成关节，根据骨间的连接组织和关节的活动度将关节分为动关节和不动关节两类。动关节主要是滑膜关节，分布广泛，在肢体运动中最为重要，其组成包括关节软骨、关节囊和关节腔。不动关节通过纤维结缔组织、软骨或骨相连接，如颅骨缝、耻骨联合、椎间连接等。,（一）滑膜关节1关节软骨,关节软骨（articularcartilage）为被覆于骨的关节面的薄层透明软骨，具有弹性，表面光滑，附有滑液，可减少关节运动时的摩擦。关节软骨的结构与一般的透明软骨有一定差异，表层的细胞较小，单个分布；深层的细胞较大，呈柱状分布；近骨部的软骨基质矿化，矿化的软骨组织与骨骺的骨组织即软骨下骨相连接。关节软骨基质内的胶原原纤维呈拱形排列，有加固软骨组织的作用。,关节软骨示意图,2关节囊,