骨病理学进展讲稿.doc

骨病理学进展讲稿（供中医骨伤专业硕士研究生用）第一章 软骨、骨及关节的组织结构第一节 软骨 软骨组织简称软骨，来源于胚胎时期的间充质。软骨由软骨细胞和软骨基质（其中含有多少不等的纤维）组成。一般软骨内没有血管和神经，其营养依靠软骨膜内的毛细血管供应。软骨膜是一层包绕在软骨周围的致密结缔组织。光镜下可见软骨膜分为两层：外层纤维成分多，内层细胞成分多，细胞一般呈梭形，有分化为软骨细胞的潜能。一、软骨的类型根据基质中所含纤维成分的不同，可分为透明软骨、弹性软骨和纤维软骨。透明软骨鼻软骨、喉头软骨的大部分、气管及支气管软骨、肋软骨和关节软骨等均为透明软骨。肉眼形态乳白浅蓝色，半透明，略有弹性。光镜下软骨细胞软骨细胞分布在软骨基质的软骨陷窝内。生活时期软骨细胞充满软骨陷窝，制作切片时，软骨细胞收缩，细胞与陷窝壁间出现腔隙。靠近软骨膜的细胞，一般呈椭圆形，其长轴与表面平行，越向深部，越近圆形或椭圆形，也可因收缩而致各种不同形状。由于一个细胞的分裂繁殖，软骨细胞常2个、4个或多个聚集成群，称为同源细胞群。胞浆略嗜碱，生长活跃时嗜碱性增强。胞浆中常可见有脂滴、糖原和色素颗粒。细胞核小，圆形或椭圆形，有1数个核仁，有时可见双核。电镜下软骨细胞形状不规则，表面有许多微小突起及小泡（可能与分泌物的排出有关）。细胞浆内可见蛋白质分泌细胞特有的膜系统。生长活跃的软骨细胞，粗面内质网和高尔基复合体明显扩大，高尔基复合体的大泡内可见颗粒状物质和柔毛状细丝。不活跃的软骨细胞，内质网与高尔基复合体不发达，并可见糖原和脂滴。软骨基质由软骨细胞分泌。生活状态下，呈均质凝胶状。主要成分60%70%为水，其余为软骨粘蛋白、胶原纤维等。软骨粘蛋白为多糖-蛋白质复合物，多糖物质包括硫酸软骨素A、硫酸软骨素C、硫酸角质素等。软骨细胞或同源细胞群周围的基质比较浓厚，染色较深，嗜碱性强，称为软骨囊，囊壁软骨粘蛋白浓度较高，没有或很少有胶原纤维。胶原纤维约占基质干重的40%，由直径1020nm的胶原原纤维交织而成，大多胶原蛋白分子不显示64nm的周期横纹，表明基质内胶原蛋白分子的聚合程度较差，而关节软骨中的胶原纤维显有64nm的周期横纹。由于胶原纤维比较细，排列不规则，折光指数与基质几乎相同，故光镜下与基质不能区别。附录：胶原纤维胶原纤维直径120m，由0.20.3m的胶原原纤维借少量粘合质（是一种蛋白多糖）联结而成，因此高倍镜下可见有纵纹。胶原纤维的粗细以其中所含胶原原纤维的多少而定。用石灰水或苦味酸溶液溶去粘合质，可得到分离的胶原原纤维。胶原纤维PAS反应为阳性（这是与粘合质及胶原蛋白分子上的己糖单位有关）。HE染色胶原纤维为红色；可被酸性复红染成红色；被酸性苯胺蓝染成蓝色，这些均说明其嗜酸属性。胶原原纤维是由胶原蛋白构成，它易被胃蛋白酶所消化，用水久煮可使其溶解，经冷冻后又成凝胶，也即明胶。胶原纤维易溶解于稀硷溶液如稀氢氧化钾溶液，或较强的酸溶液如浓的冰醋酸溶液。在稀酸溶液中，胶原纤维可产生可逆性膨胀，故在新鲜的结缔组织铺片，胶原纤维的纵纹可因加稀酸而消失。因此凡是用稀酸的固定液处理过的组织不宜直接用水洗，而应用酒精或能防止胶原纤维膨胀的硫酸钠或硫酸锂浸洗。胶原纤维的抗拉性很强，如肌腱可承受6kg/mm2的拉力。胶原纤维的牵张延伸性只有其长度的5%。其分子结构是沿纤维的长轴平行排列（偏振光显微镜观察可见胶原原纤维有正的单轴双折光）。胶原纤维的超微结构及其成因：胶原纤维由（光镜下可见的）胶原原纤维所构成，胶原原纤维又成自胶原微纤维。而聚合成胶原微纤维的基本单位是胶原蛋白分子。电镜下，胶原微纤维具有6470nm周期的横纹结构（有的组织学专著上将电镜下所见的具有6470nm横纹的结构，称为胶原原纤维，即相当于本文的胶原微纤维）。微纤维之间也有微量的粘合质。不同的结缔组织，胶原纤维虽有其类似的结构，但在其化学成分及聚合程度上也有明显的不同。聚合程度低的胶原微纤维直径小，仅几个纳米，也无周期性横纹结构，但横纹的出现与否并不完全取决于微纤维的粗细，如透明软骨的胶原微纤维粗约1525nm，还未见横纹结构。而一般纤维结缔组织中，自10100nm的胶原微纤维均显横纹结构。当胶原微纤维聚合至30nm粗的直径时开始出现横纹周期。在各种不同的结缔组织中，胶原微纤维的粗细差别很大，一般为1525nm，在角膜处为30nm，在皮肤约60nm，在腱为30120nm。此外，随着结缔组织老化，微纤维也可增粗至200nm。另一方面，也有由胶原微纤维直接逐渐组成胶原的纤维情况，而没有经过胶原原纤维中间一级。胶原蛋白分子，为一种由三股多肽链成螺旋状缠绕而成的绳索状长分子，粗约1.5nm，长约300nm，它们平行聚合形成胶原微纤维。平行的相邻分子之间纵向错开1/4分子长度（即约70nm），而同一直线上首尾相随的两个胶原分子之间又保持着约43.8nm的距离。由于上述两个原因，又导致平行的胶原蛋白分子间出现有首尾重叠约26.2nm的段落（43.8nm+26.2nm=70nm，参看图示）。胶原蛋白分子聚合的主体模式图胶原蛋白分子单体按上述方式聚合成的微纤维，就会在微纤维上显示疏（43.8nm）密（26.2nm）区，即64nm70nm横纹周期。胶原蛋白分子量约为300，000碳单位，其中每一条多肽链约含1050个氨基酸残基。这3条多肽链按其一级结构基本上可分为两类，分别为1及2链，1又可分为1（）、1（）、1（）及1（）。根据3条多肽链组成，胶原蛋白分为4型（见下表）： 胶原纤维的类型（分子中每千个AAs所含主要AAs数）胶原蛋白类型3股多肽链的组成甘 脯 羟脯 赖 羟赖 （氨酸）组织分布其他主要特征1（）22330 129 96 30 4真皮、腱、骨、牙本质两种链均不含半胱氨酸，侧链含糖量约占1%1（）3320 108 100 13 21软骨羟脯氨酸的羟基几乎全部和糖相结合，含糖量约占10%1（）3360 109 112 35 5胚胎皮肤、心血管、胃肠、真皮、牙周膜、网状纤维侧链含糖量少，分子中含有半胱氨酸及-s-s-交联，组氨酸含量亦高1（）3325 60 163 5 42所有的基底膜基板，晶状体囊羟脯氨酸的含量非常高，含糖量高，羟脯氨酸的羟基除4位者外也有3位的。基底膜有几种，相应的胶原蛋白也不同1（）22表示型胶原蛋白分子由两条1（）链及一条2组成。型胶原蛋白分子由3条1（）组成，余类推。产生胶原蛋白的细胞绝不仅只成纤维细胞，其他间充质来源的细胞如骨细胞、软骨细胞、平滑细胞以及上皮细胞、神经组织中的雪旺细胞均能产生胶原蛋白。能产生胶原酶的细胞就更多了。透明软骨内常可见到软骨小管，小管细小，有分支，每条小管含1条小动脉和1条或2条小静脉，有的可含有毛细血管，周围有一薄层结缔组织（来自软骨膜）。软骨小管的形成和消失的时间，各软骨均有不同，如下颌骨关节突的软骨小管一般到两岁时消失；喉和鼻软骨的软骨小管在胚胎7个月时形成，一直持续到老年；肋软骨的软骨小管1岁时出现，60岁时软骨小管被粘液性物质所充填。软骨小管的作用可能只是“通过软骨走向其他地区的管道”，也可能是为深部的软骨细胞提供营养，而且它们的分布形式决定着以后钙化的部位。弹性软骨弹性软骨见于耳廓、外耳道、咽鼓管、会厌以及喉的小角状软骨、楔状软骨和杓状软骨尖端等处。肉眼呈黄色，不透明，弹性好。与透明软骨的主要区别是细胞间质内含有丰富的弹性纤维，并互相交联成网。软骨中心部位的弹性纤维比较密集，软骨膜下的弹性纤维比较疏松，并与软骨膜的弹性纤维相连续。软骨细胞及同源细胞群的形态与透明软骨基本相同。附录：弹性纤维弹性纤维分布的部位：纤维结缔组织，尤其集中分布在黄韧带、声带、肺泡壁、弹性动脉（在中膜，作为平滑肌细胞腱纤维的形式出现）及弹性软骨等处。光镜下的形态特点：未染色的弹性纤维常不显或仅显弱双折光性，并随纤维拉长而加强。弹性纤维可被地衣红、醛复红、苯胺黑、雪夫试剂等多种染色剂色染成不同颜色。在染色的疏松结缔组织铺片，光镜下可见弹性纤维呈粗细不等、分支交错、表面光滑的直行细纤维，直径1m数m不等，断端常卷曲。弹性纤维主要由弹性蛋白组成，它不仅可以形成交错行走的弹性纤维，还可以形成有窗孔的膜片，称为弹性窗膜。弹性窗膜与血管壁弹性及该局部组织代谢有关。纤维软骨见于椎间盘的纤维环、关节盘、半月板的一部分和股骨头韧带、耻骨联合以及某些肌腱、韧带附着于骨的部位等。新鲜时，不透明，乳白色，有一定的延展性。纤维软骨与上述两种软骨的主要差别是细胞间质中含有大量平行或交叉排列的胶原纤维束，束间有单独存在、成对存在或排列成行的软骨细胞，其形态与其它软骨相同，陷窝周围也有软骨囊。纤维束与纤维束之间的基质很少。二、软骨组织的发生大约在（人）胚胎第5周，在将要形成软骨的部位，间充质细胞的突起收缩、消失，并聚集成团，形成前软骨组织或软骨形成中心。软骨形成中心的细胞，细胞核密集，细胞界限不清。细胞团中间的细胞经分裂、分化后形成大而圆的成软骨细胞。成软骨细胞产生基质和纤维，随着基质量的不断增多，细胞被分割在陷窝内，分化为成熟的软骨细胞。细胞团周围的间充质分化为软骨膜。软骨的继续生长有2种方式：间质性生长（或软骨内生长）软骨细胞不断地分类繁殖，产生新的软骨细胞，新软骨细胞产生新的基质，导致软骨从内部向周围不断增大。这种生长方式是幼稚时期软骨生长的主要方式。附加性生长（或软骨膜下生长）在整个胚胎时期，软骨膜的内层细胞不断分裂分化为成软骨细胞，成软骨细胞产生新的基质，并转化为新的软骨细胞，使原有的软骨表面增厚。附加生长的软骨细胞又可以进行间质性生长。弹性软骨的发生与透明软骨略有不同。胚胎时期，在将要形成弹性软骨的部位，首先由间充质分化为原始结缔组织，其中的成纤维细胞产生基质和纤维，并转变为软骨细胞，软骨周围的结缔组织分化为软骨膜。软骨膜形成以后，再以附加性生长的方式，使软骨不断增大。三、软骨的退行性变化软骨钙化软骨钙化是软骨最突出的退行性变化。软骨钙化的过程是在软骨基质将要钙化的部位，软骨细胞以出芽方式，形成基质小泡，小泡周围有明显的单位膜，泡内含有核蛋白体及其他胞质成分。基质小泡可以离心分离，具有酸性磷酸酶和ATP酶活性。在软骨钙化早期，基质小泡内部和表面均有细小的羟磷灰石结晶，羟磷灰石结晶不断扩大并合并，软骨变为不透明，变硬，变脆。石棉样变性软骨细胞衰老时，软骨粘蛋白和水分减少，硬蛋白增多，基质内出现粗大致密纤维束，肉眼观察呈石棉样，称为石棉样变性。四、软骨的再生和移植软骨的再生能力较骨组织弱。成年哺乳类动物的软骨损伤主要由结缔组织化生。其过程是先在损伤部位发生组织坏死和萎缩，以后由软骨膜或邻近的筋膜产生的肉芽组织充填，肉芽组织中的成纤维细胞再转变为软骨细胞，形成新的软骨。肉芽组织的化生可在机械力（特别是压力与摩擦）的作用下发生。一般认为关节软骨的存在与关节运动时所承受的经常性机械作用有关。当这些机械影响消除时，例如脱臼，关节软骨便处于“解除分化”状态，即重新转变为结缔组织。软骨受损后，如果软骨细胞保存完好，软骨基质可迅速再形成。例如用木瓜蛋白酶注射到幼年家兔外耳壳，可见耳壳塌陷，软骨嗜碱性消失，弹性纤维消失，但48小时后基质再生，耳也即恢复到原有的形态。因软骨内没有血管，软骨细胞又位于陷窝内，抗原性低，因此，软骨移植不易引起免疫反应，所以软骨很易移植，可作自身移植和同种异体移植。移植后的软骨常发生退行性变而被吸收，但它在宿主的结缔组织内可以诱发新的骨和软骨。第二节 骨骨是构成骨骼的主要器官。骨均由骨组织、骨膜和关节软骨组成，骨内有骨髓腔，内含骨髓。骨的血管丰富，并有神经分布。一、骨组织骨组织由骨细胞和细胞间质组成。骨细胞埋于钙化的细胞间质内。其形态为多突细胞，骨细胞的胞体在细胞间质中所占据的空间称骨陷窝，突起所在的空间称骨小管。相邻骨细胞的突起以端-端相连，或末段侧-侧贴附的形式相互连接，使骨陷窝通过骨小管彼此沟通。细胞间质包括无机质和有机质，构成有机质的成分为骨胶纤维和无定形的有机基质。骨细胞的形态结构和功能骨细胞（图-1）的形态结构和功能随细胞年龄而不同。CBA图-1 成骨细胞、骨细胞和破骨细胞超微结构模式图A.成骨细胞 B.骨细胞 C.破骨细胞C 幼稚的骨细胞位于类骨质中，其形态结构与成骨细胞接近。胞体为扁椭圆形，位于比胞体大许多的圆形骨陷窝内，突起多而细，一个骨小管内常有一支突起，也可有两个或多个突起，有的突起可有少许分支。胞核呈卵圆形，位于细胞一侧，核内有的有一个核仁，染色质分布于核膜下。胞质，HE染色呈嗜碱性，核旁染色较浅（浅染色区）。碱性磷酸酶反应为阳性，并有PAS阳性反应的颗粒（一般认为是有机基质前身物质）。电镜下见，粗面内质网丰富，分布广泛。有散在的游离核蛋白体，中等量的线粒体和较发达的高尔基复合体及散在的大型囊泡（即光镜下PAS阳性颗粒）。幼稚的骨细胞具有分泌细胞间质（有机质）的能力，随着骨陷窝周围细胞间质的钙化，幼稚的骨细胞逐渐失去产生细胞间质的能力，而成为较成熟的骨细胞。较成熟的骨细胞较成熟的骨细胞位于钙化的细胞间质浅层，其胞体呈双突扁椭圆形，体积较幼稚的骨细胞小。核较大，椭圆形，位于胞体中央，染色较深，仍可见有核仁。胞质较少，HE染色，弱嗜碱性，甲苯胺兰染色着色甚浅。电镜下，见粗面内质网极少，高尔基复合体很小，有少量分散存在的线粒体和游离核蛋白体。成熟的骨细胞成熟的骨细胞位于深层骨质中。其胞质易被甲苯胺兰染色。电镜下见，粗面内质网极少，线粒体较多，线粒体内可见电子致密颗粒（是细胞内的无机物，主要是磷酸钙）。还可见少量溶酶体。成熟骨细胞的突起一般较长，直径85100nm，占据骨小管直径的1/23/4，有些突起中可见游离核蛋白体，相邻骨细胞突起的接触部位有缝管连接。在较高水平的甲状旁腺素作用下，成熟骨细胞所在的骨陷窝常呈不规则形，腔隙变大，窝壁粗糙不平。骨细胞代谢十分活跃，电镜观察可见窝壁表层骨质先是失去骨盐，继而骨胶纤维溶解，最后仅残存少量无定形基质。这种溶骨现象是通过骨细胞的活动完成的，骨细胞的这种作用称为骨细胞性溶骨作用。通过骨细胞溶骨可释放较多的骨钙入血。当骨细胞性溶骨活动结束后，成熟骨细胞又可在较高水平的降钙素作用下进行继发性骨形成，为其骨陷窝壁增添新的钙化骨基质。生理情况下，骨细胞性溶骨和骨细胞性成骨作用反复交替进行。当骨细胞不进行这种活动时，它们的作用是调控其周围环境的无机物含量。第三型骨细胞其形态特点是呈皱缩状，核固缩。有研究证明，生长中大鼠的骨组织，在注射降钙素数分钟后，大鼠骨组织中出现大量皱缩的骨细胞，而在注射后数小时，这类骨细胞又恢复原有形态。说明这类骨细胞是处于暂时停止活动的状态。细胞间质习惯上又称为骨基质。骨基质中的有机质和无机质的比例随年龄而改变，儿童骨中有机质和无机质大约各占骨干重的一半，成人骨中有机质约占1/3，无机质约占2/3，老年人骨的无机质更多。无机质，又称骨盐。主要成分：磷酸钙84%，碳酸钙10%，柠檬酸钙2%，磷酸氢二钠2%。它们以结晶的羟磷灰石和无定形的胶体磷酸钙的形式分布于有机质中。骨中的羟磷灰石结晶呈柱状或针状，长约2040nm，宽约36nm，主要由钙、磷酸根和羟基结合而成Ca10(PO4)(OH)2，其表面常附着多种离子，包括Na+、K+、Mg2+、F-、Cl-、CO32-、C6H5O73- 等离子。Mg2+的含量不多，但占体内Mg2+总量的50%；Na+占体内总量的35%。这些例子很容易从羟磷灰石表面脱落，故非羟磷灰石的基本组成成分。有机质中的无定形基质：无定形基质仅占有机质的10%左右。主要为糖-蛋白质复合物，这些复合物又分为两类：一类是蛋白质-多糖，其蛋白质与酸性粘多糖相联接，后者如硫酸软骨素、硫酸角质素和透明质酸等；第二类是蛋白质-寡糖，其蛋白质与寡糖链相联接。骨组织中的唾液蛋白质是一种蛋白质寡糖，其主要成分为蛋白质、唾液酸、半乳糖、氨基半乳糖和氨基葡萄糖。此外，有机质中还有极少量的肽类、脂类和某些待定成分。无定形基质呈PAS阳性反应，有较弱的异染性，HE染色通常呈嗜酸性。骨胶纤维：即骨中的胶原纤维，是有机质中的主要成分，占有机质的90%。构成骨胶原原纤维的蛋白质主要是型胶原蛋白。电镜下，见不脱钙的骨组织中羟磷灰石结晶沿原纤维的长轴分布，晶体的中心晶轴与原纤维的长轴平行。骨胶原原纤维的抗压性和弹性较差，羟磷灰石结晶易碎，但二者结合在一起，则具有很大的结构强度，从而使骨组织获得坚强的机械性能。非板层骨（non-lamellar bone）和板层骨（lamellar bone）根据骨组织发生的早晚，骨细胞和细胞间质的特征及其组合形式，可分为未成熟的骨组织（即非板层骨）和成熟的骨组织（即板层骨）。胚胎时期最初形成的骨组织和骨折修复早期形成的骨组织，均属于非板层骨，它们最终被板层骨所取代。非板层骨又称为原始骨组织（primary bone tissue）。可分为编织骨（woven bone）和束状骨（bundle bone）两种。编织骨，其胶原纤维束呈编织状排列，故得名。胶原纤维束的直径差异很大，但粗大者居多，最粗直径达13m，因此又有粗纤维骨之称。骨细胞分布无规律，体积较大，形状不太规则，骨细胞数量多于板层骨的细胞数。骨细胞代谢活跃，溶骨活动常为区域性的。在出现骨细胞溶骨的一些区域内，相邻的骨陷窝同时扩大，然后合并，形成较大的无血管性重吸收腔，使编织骨呈现多囊形状，这种重吸收过程是清除编织骨以备板层骨取代的正常生理过程。编织骨中的蛋白质-多糖含量较多，故基质染色呈嗜碱性。骨盐与有机质的关系不很密切，其含量或多或少，变化很大。骨盐含量少时，X线可穿透骨质，骨盐含量过多，则显示过度钙化特征。编织骨存在于胚胎和儿童的骨密质和骨松质中，到青春期板层骨才可完全取代编织骨，但在牙床、近颅缝处、骨迷路、腱或韧带附着处，仍终生保存少量编织骨，这些编织骨常与板层骨掺混存在。束状骨，比较少见，也属粗纤维骨。它与编织骨的最大差异是骨胶原纤维束平行排列，骨细胞分布于相互平行的纤维束之间。板层骨（lamellar bone）又称为次级骨组织（secondary bone tissue），它以骨胶纤维束，高度有规律地排列为特征。其骨胶纤维束，一般较细，因此又有细纤维骨之称。细纤维束直径通常为24m，它们排列成层，与骨盐和有机质结合紧密，共同构成骨板。同一层骨板内的纤维大多相互平行，相邻两层骨板的纤维层则呈交叉方向。骨板的厚薄不一，一般为37m。骨板之间的钙化基质中很少存在骨胶纤维束，仅有少量散在的原纤维。骨细胞一般比编织骨中的细胞小，它们的胞体大多位于相邻骨板之间的钙化基质中，但也有少数散在于骨板的胶原纤维层内。骨细胞的长轴基本上与骨胶纤维的长轴平行，显示了有规律的排列方向。在板层骨中，相邻骨陷窝的骨小管彼此通连，构成骨小管系统。由于表层骨陷窝的部分骨小管开口于骨表面，而骨细胞的胞体和突起又没有充满骨陷窝和骨小管，因此骨小管系统内存在来自骨表面的组织液。通过骨小管系统内的组织液循环，既保证了骨细胞的营养，又保证了骨组织与体液之间的物质交换。若骨板层数过多，则不利于组织液循环，其结果常导致深层骨细胞死亡。板层骨中的糖-蛋白质复合物含量比编织骨少，骨基质染色呈嗜酸性，与编织骨的染色形成明显的对照。板层骨中骨盐与有机质的关系十分密切，这也是与编织骨的差别之一。成体骨的骨密质和骨松质均由板层骨构成，骨密质和骨松质的主要差别在于骨板的排列形式和空间结构（后述）。骨松质的代谢一般比骨密质活跃，改建速率快，因此由于局部病变或代谢异常引起的骨结构改变，常首先由骨松质反映出来。骨的组织结构的板层骨，按照骨板的排列形式和空间结构分为骨密质和骨松质。骨松质位于骨的深部，由许多骨小梁组成。骨小梁呈针状或不规则的细杆状，由数层骨板不甚规律地平行排列组成。骨小梁相互连接，形成网眼大小不一的网架（肉眼可见）。网眼（也即骨髓腔）内充满骨髓、神经和丰富的血管等。大量相互通连的小型骨髓腔与骨小梁网形成了在空间结构上的疏松特征。扁骨的板障、长骨骨骺的大部分和骨干内表面的小部分都由骨松质构成。骨密质的骨板排列规律，结合紧密，仅留下一些血管和神经的通行管道（需借助显微镜观察才可分辨）。图-2长骨干密骨质立体模式图示骨板的排列形式，血管和血管通道长骨的组织结构骨干的组织结构骨干的骨质，近髓腔面有少量骨松质，其余为骨密质。根据骨板的位置及排列形式，可将骨密质分为环状骨板、哈佛氏骨板及间（骨）板等三部分（图-2）。环状骨板是指环绕在骨干外、内表面排列的骨板。外环骨板位于骨干的表层，由数层到十多层骨板构成，骨板排列较整齐，其表面有骨外膜覆盖。骨外膜中的小血管横穿外环骨板深入骨质中。贯穿外环骨板的血管通道称福尔克曼管（Volkmanns canal），其长轴几乎与骨干的长轴垂直。内环骨板位于骨干的髓腔面，仅由少数几层骨板组成，常不如外环骨板平整。内环骨板表面衬以骨内膜。内环骨板中也有福尔克曼管穿行，管中的小血管与骨髓血管通连，从内、外环骨表层骨陷窝发出的骨小管，一部分伸向深层，与深层骨陷窝的骨小管通连，一部分伸向表面，终止于骨和骨膜交界处，其末端是开放的。哈佛氏骨板介于内、外环骨板之间，是骨干密质骨的主要部分，它们以哈佛氏管（Aversian canal）为中心呈同心圆排列，并与哈佛氏管，共同组成哈佛氏系统。哈佛氏管内有血管、神经和少量疏松结缔组织。长骨骨干主要由大量的哈佛系统组成，哈佛系统又称为骨单位（osteon）。骨单位呈圆柱形，其长轴基本上与骨干的长轴平行，骨单位之间有横向的连接。哈佛氏骨板的层数为420层，故不同骨单位的横断面积大小不一。每层骨板的平均厚度为3m。骨板中的骨胶纤维围绕着哈佛氏管，呈螺旋形行走，相邻骨板中骨胶纤维互成直角关系。有人认为骨板中骨胶纤维的排列是多样性的，并根据骨胶纤维的螺旋方向，将骨单位分为三型：第一型，所有骨板中的骨胶纤维均以螺旋方向为主；第二型，相邻骨板的骨胶纤维分别呈纵行和环行；第三型，所有骨板的骨胶纤维以纵行为主，其中掺以极少量散在的环形纤维。不同类型骨单位的机械性能不同，其压强和弹性系数以横行纤维为主的骨单位最大，而以纵行纤维束为主的骨单位最小。哈佛氏管，直径约为570m，不同直径的哈佛氏管，通行的血管也不一致，有的哈佛氏管中只有一条毛细血管，内皮细胞有孔，胞质中有吞饮小泡，包绕内皮细胞的基膜中夹有周细胞。有的哈佛氏管，有两条血管：小动脉或称毛细血管前微动脉及小静脉。哈佛系统中的血管彼此通连，并与福尔克曼管中的血管交通。与哈佛氏血管伴行的神经多为无髓神经，偶可见有髓神经纤维。根据生理活动状态，骨单位分可为发育中的骨单位、成熟的骨单位和被重吸收的骨单位等三种类型。发育中的骨单位其骨板正在沉积和逐步钙化，它们的哈佛氏管内表面衬着活跃的成骨细胞，这些成骨细胞可以不断地形成尚未钙化的新骨，称为前骨。成熟的骨单位其骨板层数多，哈佛氏管内表面由有突梭形细胞衬被，这些细胞的突起常伸入最内层哈佛氏骨板的骨小管内，与来自骨细胞的突起相连接，表明它们是静止的成骨细胞。正被重吸收的骨单位其哈佛氏管管腔内骨板被侵蚀而逐渐变大，并可见侵蚀骨质的破骨细胞贴附于管壁。根据骨盐沉积的情况，骨单位又可分为未完全钙化的骨单位及完全钙化的骨单位。未完全钙化的骨单位，是正处于钙化期间的发育中骨单位。完全钙化的骨单位，是已完成钙化的成熟骨单位。通过显微放射摄影测定动物长骨骨干中完全钙化的骨单位，发现其基质的钙化程度绝大部分超过94%。骨盐的多少还与骨板中骨胶纤维的含量有关，骨胶纤维含量高的骨板，其骨盐含量也较高。骨单位表面均有一层粘合质，是一层骨盐较多骨胶纤维极少的骨基质。在横断的骨磨片上，这层粘合质呈折光性较强的骨单位轮廓线，称为粘合线（cementing line）（图-3）。伸向骨单位表面的骨小管，都在粘合线范围以内返折，不与邻近骨单位的表层骨小管相通连。骨单位最内层的骨小管末端均开口于哈佛氏管。 图-3 成熟的骨单位及发育中的骨单位间板位于骨单位之间，由若干层平行排列的骨板构成，形状不规则，无血管穿过。骨骺的组织结构（成年）长骨两端膨大，称骨骺。骨骺表层的骨密质很薄，其表面覆以薄层透明软骨，即关节软骨。骨骺内为骨松质，其骨小梁粗细不一，直径在0.2mm以内的骨小梁一般无血管，厚度超过0.2mm的小梁中常有血管穿行，血管穿过的管道周围无骨板环绕。小梁之间为大小不规则的相互沟通的骨髓腔，内含骨髓，成人骨骺中，小梁之间的骨髓腔与骨干中央的大骨髓腔相通，骨骺中所有骨小梁的表面都有薄层骨内膜。骨骺中骨小梁的排列方向符合机械力学规律，例如，股骨上端，股骨头和股骨颈中的骨小梁排列方向，与其承受的压力和张力曲线大体一致。而股骨下端和胫骨上、下端，由于压力方向与它们的长轴一致，故骨小梁以垂直排列为主。骨所承受的压力均等传递，变成分力，从而减轻骨的负荷，但骨骺的抗压抗张强度均比骨干的小。骨膜（见后）长骨的血液供应长骨的血液由滋养动脉、干骺端动脉、骺动脉和骨外膜动脉供应。滋养动脉供应长骨全部血量的50%70%，有12个分支，经滋养管进入髓腔，沿途一般无分支。入髓腔后，即分为升、降两只，分别到达骨端，在骺板完全骨化后与干骺端动脉和骺动脉的分支吻合。滋养动脉的升、降两支沿途都有分支，这些分支分布于骨髓，并且供应2/3骨干部骨密质，它们在骨密质中穿过内环骨板的福尔克曼管，与哈佛氏管中的血管吻合。骨外膜的小动脉丰富，其细支穿过外环骨板的福尔克曼管，与哈佛氏血管吻合，这些小动脉仅供应骨干骨密质的外区，当骨折伤及滋养动脉时，则可供应较多的骨密质。干骺端动脉和骺动脉来自于骨附近的动脉，它们分别从骺板的近侧和远侧进入骨质。骺板骨化后，这两种动脉和滋养动脉的升、降支之间常有吻合。骨髓的静脉血，回流入腔大壁薄的中央静脉窦，然后引流至小静脉，后者伴随小动脉出骨。骨的血管丰富，直接保证了骨小管系统的组织液循环。内、外环骨板的骨小管系统分别由骨髓中的和骨外膜的毛细血管供应；骨单位则由哈佛氏血管供应；间板无血管分布，其骨小管系统又不可能与骨单位的骨小管通连，因此骨细胞往往死亡，留下中空的骨陷窝，这种骨陷窝有时可被细胞碎屑或无机物堵塞。扁骨的组织结构扁骨也有骨密质和骨松质。以颅骨为例，其内、外两层都是骨密质，中间夹一层厚度不一的骨松质。如中间的骨松质缺如，则两层骨密质融合。内、外两层骨密质分别称为内板和外板，外板厚而坚韧，弧度较小，耐受张力，内板薄而松脆，容易折损。内、外板之间的骨松质称为板障，有迂曲的板障管穿行，是板障静脉穿行的管道。扁骨的表面覆有骨膜，骨外板表面的骨膜称颅外膜，内板表面由硬脑膜被覆，它们的结构和功能与长骨的骨外膜无明显区别。成人的颅骨损伤后，往往不易完全愈合。头颅的扁骨血液供应来自骨外膜动脉。肩胛骨及肋骨的血液供应来自滋养动脉和骨外膜的动脉。骨的组织发生骨的来源以及发生方式骨来源于胚胎时期的间充质。骨的发生有两种方式：膜内成骨（intra-membranous ossification）即在间充质增殖密集形成的原始结缔组织膜内形成骨。软骨内成骨（endochondral ossification）即在间充质分化形成的软骨雏膜内形成骨。上述两种成骨的方式虽不相同，但基本过程一致，形成的骨组织也没有本质差别。骨组织发生的基本过程包括骨组织形成和骨组织重吸收两方面的变化，二者在骨的发育过程中，同时存在，相辅相成，保证骨的生长发育与个体的生长发育相适应。骨组织形成骨组织的形成包括两个步骤形成类骨质成骨细胞在骨发生早期是由间充质细胞分化而来。骨膜形成以后，则有骨膜中的生骨细胞（osteogenic cell）分化形成，生骨细胞又称为骨祖细胞（osteoprogenitor cell）或前成骨细胞（preosteoblast）。它们是具有细小突起的扁平形细胞，胞核为椭圆形，染色质颗粒细而分散，因此核着色甚浅；胞质弱嗜酸性或弱嗜碱性，仅有少量核蛋白体及线粒体。当它们向成骨细胞转变时，标志分泌细胞特征的细胞器逐渐增多。成骨细胞也是具有细小突起的细胞，但胞体呈立方形或矮柱状。核大而圆，位于胞体的一端，核仁清晰。胞质强嗜碱性，高尔基复合体位于核及胞体的另一端之间，线粒体丰富，大多呈细长形。碱性磷酸酶为强阳性反应，核糖核酸丰富，有PAS阳性反应颗粒，一般认为是骨基质的粘多糖前身物质。电镜下显示典型分泌细胞的特征，即具有大量的粗面内质网和发达的高尔基复合体。粗面内质网分布于细胞质各处；高尔基复合体上连有较多的大泡。部分线粒体中有直径约55nm的致密颗粒，即磷酸钙颗粒。游离核蛋白体丰富；有一些较大的囊泡，内含一定密度的无定形物质，或丛毛状物，此物质即于光镜下所显示的PAS阳性反应颗粒，脂滴甚少，偶见溶酶体。在成骨细胞的突起中有时可见游离核蛋白体和平滑膜小泡。成骨细胞可以产生类骨质中的骨胶纤维和无定形有机基质。骨胶纤维的形成可分为细胞内和细胞外两个阶段，细胞内合成过程与成纤维细胞合成胶原蛋白的过程基本相同，包括装配前链、前链羟基化等一系列形成胶原蛋白分子的过程。形成的前胶原蛋白分子从成骨细胞排出后，即在细胞外逐渐形成胶原原纤维。无定形有机基质如唾液蛋白、硫酸软骨素、类脂等成分，均与前胶原蛋白分子同时在成骨细胞内合成。成骨细胞产生的类骨质充填于成骨细胞之间，逐渐将成骨细胞包埋，埋入类骨质中的细胞改名为骨细胞。类骨质钙化成为骨组织类骨质形成后不久即有钙盐沉积。钙盐的沉积称为钙化。类骨质一经钙化便成为骨组织。此时在形成的骨组织表面又有新的成骨细胞继续形成类骨质，然后钙化，如此不断地进行，使骨组织随着胚胎的发育不断地形成。沉积于类骨质中的无机物随血液入骨，通过毛细血管渗透到组织液中。正常人血浆中的CaP=340mg/100ml，当钙、磷乘积大于40时，组织液中的钙、磷就在类骨质中先形成无定形的胶体磷酸钙，然后进一步转变成为羟磷灰石结晶。正常情况下，钙盐为何特异性地沉积于骨组织，而不会沉积于其他结缔组织，这个问题至今仍不十分清楚，有许多涉及钙化机制的理论，可概括为两个方面：A.钙化与某些细胞含有碱性磷酸酶有关Robinson等提出，肥大的软骨细胞、成骨细胞和年轻骨细胞的碱性磷酸酶，可作用于有机磷酸复合物，如磷酸己糖、磷酸甘油等，使局部的磷酸根增多。一般情况下，组织液中已有足量的钙、磷离子，额外加入钙离子或磷酸根，都能使局部的钙、磷浓度乘积大于40，而使类骨质钙化。近年来Rassel等提出焦磷酸盐控制钙化的理论。指出机体各种组织中都有一定量的焦磷酸盐，它们能制止体液中的钙离子和磷酸根离子结合成磷酸钙，还能制止磷酸钙转变成为羟磷灰石；对于已形成的羟磷灰石结晶，则可阻止它们增大或溶解。但焦磷酸盐可在特异性的焦磷酸酶作用下水解成两分子正磷酸。这一酶解过程不仅解除了焦磷酸的上述抑制作用，而且还为局部增添了一定量的磷酸根，使局部的钙、磷浓度大于40，自发地形成无定形的胶体磷酸钙。碱性磷酸酶就是这种特异性的焦磷酸酶。因此，肥大的软骨细胞、成骨细胞和年青骨细胞等都能解除焦磷酸盐的抑制作用，促使骨发生中的软骨基质和类骨质钙化。焦磷酸盐控制钙化的理论，能解释在没有碱性磷酸酶的组织中，虽有一定量的钙、磷离子，但在正常情况下不会发生钙化。但它不能解释含有碱性磷酸酶的其它组织并不钙化的原因。1977年Korhonen等提出碱性磷酸酶的作用性质不同于焦磷酸酶。B.钙化与骨的有机质有关Glimcher等提出骨盐的沉积与骨胶原纤维的核结晶作用有关。在骨胶纤维细胞外的形成过程中，由于微纤维的胶原蛋白分子具有特定排列形式，以及纤维的磷酸化，因而起了诱导骨盐沉积的核晶作用。Miller对此理论进行了补充，认为，类骨质的钙化是由于胶原与硫酸软骨素或其它蛋白多糖的联合作用，它们共同形成一种特殊的立体化学构型，通过这种构型使骨盐沉积。骨组织的重吸收在已形成的骨表面，某些部位可有不规则的浅凹陷，称为Howship 陷窝，凹陷内有破骨细胞。由于破骨细胞侵蚀溶解骨组织（称为破骨细胞性溶骨作用）而形成Howship陷窝，骨组织被侵蚀溶解称为骨组织重吸收。破骨细胞的形态特点细胞没有突起，体积巨大，直径可达30100m。多核，可达12个（据推算，一个完整的破骨细胞可能有650个或更多的核）。年青破骨细胞的细胞核呈卵圆形，核膜平整，染色质颗粒细小，分布均匀，着色较浅，每一核内有12个核仁。较老的破骨细胞，核固缩，核膜有皱褶，核着色较深。细胞质呈泡沫状，嗜酸性（极年青的破骨细胞，胞质为嗜碱性），且愈老嗜酸性愈强。破骨细胞与骨相贴附的细胞表面，有时可见一条模糊的镶边，它们偶尔显示明显的纵纹，在电镜下表现为长短和形状很不一致、排列又极不整齐的皱褶，皱褶缘两侧为清亮区，称为皱褶缘（ruffed border），可以作为破骨细胞的一般特征。破骨细胞线粒体丰富，粗面内质网散在分布，游离核蛋白体较多，大量的“空泡”、小泡（其功能是分泌和摄取细胞外物质，并可能在细胞内将这些摄取物消化或予以输送）和密度较高的胞质体，成群存在的中心粒和位于其附近的微管。 还有一种细胞，具有破骨细胞胞质的特征，单仅有一个核，并且没有皱褶缘，这是一类不活跃的破骨细胞，或是前破骨细胞。 破骨细胞的功能 破骨细胞具有强大的破骨功能，一个破骨细胞可以溶解由100个成骨细胞形成的骨质。破骨细胞进行重吸收的机制尚未完全阐明，比较流行的看法是：破骨细胞的皱褶缘与清亮区共同构成重吸收装置。提供一个微环境，通过溶酶体酶，使局部微环境呈酸性，并由不同的酸性水解酶先后溶解骨的无机质和有机质。溶解后的成分可能从皱褶缘摄入破骨细胞，再排至细胞外液。破骨细胞是能移动的细胞，当它们在一个部位进行重吸收活动后，可以从该处移动到另一部位，再开始重吸收活动。 激素对破骨细胞的作用 甲状旁腺素对破骨细胞的作用：刺激破骨细胞的破骨功能；刺激更多新的破骨细胞形成。降钙素对破骨细胞的作用：可使附着于骨的破骨细胞，立即从骨表面缩回，体积变小，皱褶缘在15分钟内消失，然后变成单个核的细胞；能抑制新的破骨细胞形成。骨细胞谱系（bone cell lineage）由生骨细胞、成骨细胞、骨细胞和破骨细胞组成。生骨细胞是骨细胞谱系的干细胞，是这个谱系中唯一具有分裂能力的细胞，成骨细胞和破骨细胞均来源于生骨细胞，骨细胞则成骨细胞转变而来。生骨细胞存在于骨膜和哈佛氏管内，形成骨的干细胞库，为骨的形成和重吸收提供所需的成骨细胞和破骨细胞，并维持一定的库存量，终生发挥作用。骨细胞谱系中的调整（modulation）活动调整是指已经分化的细胞系在功能上的变化，这种变化是以RNA和蛋白质合成变化为特征。在组织学上称为分化和去分化。例如直接由生骨细胞融合形成破骨细胞，或由成骨细胞融合形成破骨细胞等。因此，破骨细胞即可来源于生骨细胞，也可来源于成骨细胞，甚至由于骨重吸收而释放的骨细胞，也可再融合而成为破骨细胞。当骨发生停止时，成骨细胞和破骨细胞都能恢复为生骨细胞。骨重吸收释放的骨细胞也可恢复为生骨细胞。这种恢复性的调整活动既反映了细胞间的相互转变关系，又补充了骨的干细胞库。通常描述生骨细胞的分化路径如下：骨细胞成骨细胞生骨细胞破骨细胞 血氧供应不足软骨细胞成软骨细胞上述生骨细胞的分化路线仅限于骨外膜，骨内膜及哈佛氏管的生骨细胞则另有其分化路线：生骨细胞 破骨细胞 成骨细胞 骨细胞。骨细胞谱系中的4种细胞都不同程度地受甲状旁腺素和降钙素的影响。在甲状旁腺素作用下，生骨细胞主要向破骨细胞分化，成骨细胞的数量相对较少，同时成骨细胞也向破骨细胞转变，以至成骨细胞的数量进一步减少。骨细胞对甲状腺素的反应表现为溶骨作用，但破骨细胞的溶骨反应，更为突出，此时，骨的重吸收活动非常活跃，很少新骨形成。在降钙素的作用下，生骨细胞主要向成骨细胞分化，生成大量的成骨细胞；骨细胞则能促进骨陷窝壁的钙化。此时，破骨细胞数量很少，且不活跃，故总的表现为骨组织不断形成。破骨细胞还有骨细胞谱系以外的来源。例如单核细胞和巨噬细胞等，在一定情况下可转变成为破骨细胞。成骨细胞的来源也还另有途经，如成骨细胞可从血管内皮细胞转变而来。膜内成骨额骨、顶骨、枕骨、颞骨、上颌骨和下颌骨的一部分等扁骨，胚胎时期都以膜内成骨的方式初步形成。现以颅顶骨为例，说明膜内成骨的过程：骨化中心的形成胚胎时期，在将形成顶骨处，间充质细胞增殖、密集，形成具有丰富血管网的原始结缔组织膜。膜内某些血管网眼内的间充质细胞首先分化，形成成骨细胞群，这些细胞群成为最早骨化的部位，并以此为中心，不断向周围骨化，故称为骨化中心。原始骨组织的形成骨化中心的成骨细胞不断合成并释放出细胞间质的有机成分，形成类骨质。类骨质钙化，形成最早的原始骨组织。原始骨松质的形成原始骨组织内的细针状或薄片状骨小梁（图-4）彼此连接成网，形成海绵样的原始骨松质。原始骨松质中的骨小梁网眼中有毛细血管以及与血管伴行的原始结缔组织不断供应生骨细胞和成骨细胞。新的成骨细胞排列在骨小梁表面，继续为骨小梁增添新的骨质。随着胚胎的发育，成骨的过程不断向四周扩展，形成的骨小梁越来越多，骨的面积也越来越大。骨的营养供给骨小梁中的骨细胞，通过骨小管系统取得营养，因为骨表层的骨小管开口于小梁表面，小梁网眼中的组织液可以进入骨小梁，保证了骨小管系统的组织液循环。但骨小管系统的组织液循环范围不超过1/10mm的厚度，故厚度在1/5mm以内的骨小梁，其营养可全部由骨小管系统供应。小梁厚度在1/5mm以上者，血管通过的骨性管道壁上，有附近的骨小管开口，因此所有的骨细胞都能及时得到营养。原始骨密质的形成胎儿出生前，颅顶骨的外形已初步建立，其表面均有骨膜覆盖。两块顶骨间仅留有窄隙，其内有原始结缔组织，连接两块顶骨，这种连接结构称为缝。此时的骨组织已由原始松质骨，变成了原始密质骨。原始骨松质的结构特点为：小梁网的网眼大，骨组织少；原始骨密质的结构特点为：小梁网的网眼极小，骨组织多。发生这种变化的原因，是由于骨小梁的表面持续增添新骨，使骨质不断增多，小梁网眼不断变小。与此同时顶骨内、外表面也发生不同的变化：外表面（皮肤面）表现为骨形成，内表面（脑面）则主要为骨重吸收。通过“边建边破”和“先松后密”的生长、改建过程，到胎儿出生时，变成由一层原始骨密质和骨膜构成的颅顶骨。骨质中还有许多管道，管内有小静脉及少量原始结缔组织。 图-4 膜内成骨模式图双层成熟的骨密质的形成胎儿出生后，颅顶部还要继续增大。有人认为生长是在颅顶骨的凸面，其凹面的某些部位则进行骨重吸收，二者相互配合，使颅顶部逐渐扩大，顶的曲度变小（也有人认为，颅顶部扩大是由于缝处的生长）。在颅顶生长扩大的同时顶骨的结构也不断地被改建，到8岁左右，出生时的单层原始骨密质，已改建成为具有外板和内板以及内、外板之间夹以薄层骨松质（即板障）的双层成熟的骨密质。8岁以后，颅顶骨仍继续生长和改建，至成年时生长停止。软骨内成骨人体的四肢骨、盆骨、脊椎骨和部分颅底骨等的发生方式是软骨内成骨。软骨内成骨的特点是：内部改建活动终身存在（成年前进行较快，成年后逐渐减慢）。现以长骨为例叙述软骨内成骨的过程（图-5）。软骨雏模的形成由间充质形成软骨开始，形成的这块软骨的外形与即将形成的长骨近似，所以称为软骨雏模（cartilage model）。软骨雏模内成骨的基本过程软骨细胞增生并分泌软骨的细胞间质；软骨细胞成熟并分泌碱性磷酸酶，软骨基质钙化；钙化的软骨基质阻断了弥漫性营养供应，致使软骨细胞退化死亡，钙化的基质崩溃溶解；血管和大量生骨细胞侵入，围绕着钙化的软骨残片。由于氧和营养物质供应充分，生骨细胞不断分化为成骨细胞，成骨细胞贴附于钙化的软骨基质残片，形成骨组织。软骨雏模的形成过程：在将要发生长骨的部位间充质细胞特别密集，但无血管形成。随后间充质细胞分化为成软骨细胞，成软骨细胞分泌软骨的细胞间质，并被包埋而变成软骨细胞，最终形成覆有软骨膜的透明软骨，即软骨雏膜。已形成的软骨雏膜通过间质性生长不断加长，通过附加性生长逐渐加粗。骨化开始以后，雏膜仍继续其间质生长，使骨化得以持续进行，因此软骨的加长是骨加长的先决条件。软骨的生长速度与骨化的速度相适应，否则可能导致骨的发育异常。骨领（bone collar）形成骨领开始形成的部位是在软骨雏膜中段的软骨膜下。其必备条件是软骨外的血管长入软骨膜，在氧充足的微环境诱导下，软骨膜深层的生骨细胞以附加性生长的方式在软骨膜下形成薄层原始骨组织。这层骨组织呈领圈状围绕着雏膜中段，故名骨领。骨领形成后，其表面的软骨膜及改名为骨外膜。干骨化中心（diaphyseal center of ossification）形成干骨化中心出现的部位在雏膜的中心。此区软骨细胞停止分裂，逐渐蓄积糖原，体积变大而成熟。成熟的软骨细胞能分泌碱性磷酸酶，由于软骨细胞变大，占据较大空间，其周围的软骨基质相应地变薄。成熟的软骨细胞分泌碱性磷酸酶时，软骨细胞钙化，成熟的软骨细胞因缺乏营养而退化、死亡，软骨基质随之崩溃溶解，出现大小不一的空间。随后，骨外膜的血管主干连同骨外膜中的生骨细胞等，共同构成骨外膜芽（periosteal bud），侵入这些空间。血管主干旋即分为上、下两支，分别向雏膜两端延伸，沿途发出小支，并形成毛细血管袢分布于这些空间。在营养和氧供应充足的前提下，生骨细胞不断分化为成骨细胞，附于钙化的软骨基质残片表面成骨。上述过程确定了最先发生骨化的部位，因它与骨干的发生有关，并且骨化过程将继续向雏膜两端扩展，因此称为原始骨化中心（primary center ossification）。 图-5 软骨内成骨模式图 透明软骨所在部位用点表示，钙化的软骨基质着黑色， 骨组织用斜线表示，中排为上排中段的横切面骨髓腔形成干骨化中心区形成的骨组织都是原始骨组织，并且是针