组织结构的基本形态【骨组织结构显微形态分析】

组织结构的基本形态【骨组织结构显微形态分析】 ；（） 第一军医大学学报（）? 骨组织结构显微形态分析 陈斌，裴国献，刘晓霞，秦煜，汪群立（南方医科大学南方医院创伤骨科，广东广州） 摘要：目的应用原子力显微镜和扫描电镜观察分析人长管状骨组织中的微观结构，以了解骨组织的超微结构以及胶原和矿物质的构成和形态。方法取新鲜人尸体肱骨标本，固定脱水，分别制作骨磨片和切成薄片，分别在光学显微镜、原子力显微镜和扫描电镜分析骨组织矿化区的结构。结果在光学显微镜下，骨陷窝呈环状排列在哈佛管周围，骨小管沟通骨陷窝与哈佛管和骨陷窝之间的联系。在原子力显微镜的观察下，大胶原蛋白的形态清楚显示；在矿化区胶原蛋白纤维增厚呈小盘叠加形态，钙一磷晶体呈椭圆柱形状；可清晰观察到骨小管和骨陷窝的大小和形态及骨小管和骨陷窝的关系。在扫描电镜下，骨基质呈环形沿哈佛系统排列，钙一磷晶体之间相互呈规则排列。结论原子力显微镜可分析胶原蛋白和基质中钙一磷晶体的三维结构形态、骨小管和骨陷窝的三维构成及大小；骨小管是交流营养物质和分子信号到骨陷窝中骨细胞的通道。 关键词：骨小管；骨陷窝；原子力显微镜；扫描电镜；骨组织；形态学：一 ： ：（） ， ， ，、。， ， 。 、 ， ： ， ， ， ， ， ， ? ：； 骨组织作为一种材料结构是由多种坚硬单晶体及其基质构成。在骨基质中钙一磷矿物质和胶原占据绝大成分，钙一磷矿物质的形状和大小在骨组织内的离子平衡和骨的生物力学功能扮演重要的角色。测量骨组织的显微结构和骨矿物质密度是对临床整体评价骨折风险和决定骨科植入物生物材料的整体评估具有重大意义【。为提高测量骨组织的显微结构和骨矿物质密度的精确性，在疾病状态下评估骨的质 量有必要对骨组织中的显微结构和矿物质的分子形态和大小进行测量。 材料和方法 原子力显微镜样品制备 取新鲜尸体的肱骨。清除软组织，在切取一小段骨组织，分别沿横切面和纵切面方向切成一斗厚的大小的片子，在：的氯仿和酒精中脱脂。液体冲洗，试样的底部或骨面待干燥 收稿期： 基金项目：国家“”计划（） 后立即用快速干燥型氰基丙烯酸盐粘合剂（ ， （） 作者简介：陈斌（一），男现为南方医科大学存读博士，电话： ）粘贴于圆形盖玻片上（直径为）。再用双面粘结条将盖玻片固定于原子力显微镜（ 通讯作者：裴国献，博士生导师，教授，研究方向：创伤骨科和骨组织工程电话：，： ，）的不锈钢圆盘。随后以磁力吸附、 _ 安放在删压电扫描器上以行扫描和成像。 ? 第一军医大学学报（ ）第卷 扫描电镜样品的制作 取新鲜尸体的肱骨，清除软组织，在切取一小段骨组织分别沿横切面和纵切面方向切成一 ，分别在干骺端、骨干切取骨组织，分别在横 切面和纵切面切取小片骨组织，做磨片至厚氯化金增色，普通光学显微镜下观察。结果 骨磨片观察 哈佛管呈规则排列。骨陷窝呈环形排列在哈佛管的周围一个哈佛管有层骨陷窝环形排列，骨陷窝和哈佛管及骨陷窝之间有骨小管连接（图）。哈佛管直径为（）。 厚的大小的片子，将标本沿矢状面劈开，固定于戊二醛溶液 ， 二甲砷酸钠缓 冲液冲洗次氯酸钠溶液处理，逐级乙醇脱水，乙醚浸泡。临界点干燥，真空喷金，在日产型扫描电镜观察。骨磨片的制作 取新鲜成人尸体肱骨标本，中性福尔马林固定 图骨组织磨片。可见哈佛管周围骨陷窝环形排列，骨小管呈细丝样排列，沟通骨陷窝之间的联系（原放大倍数：） （：） 图骨组织磨片，见骨小管沟通骨陷窝之间的联系（原放大倍数：） （湎：） 图骨组织磨片。见骨小管沟通骨陷窝之间的联系（原放大倍数：） ：） 原子力显微镜下 骨组织中钙一磷晶体呈柱状排列骨小管沟通骨 佛系统为中心环形规则排列，相邻之间的骨陷窝间隔为（图、）。钙磷晶体排列呈小柱状，环绕着哈佛系统排列，单个晶体大小为（），但仍有少数晶体的大小为。 陷窝，骨小管的直径为（），骨 陷窝为椭圆形结构，长轴直径为（）。每一个骨陷窝有条骨小管与其交通，以哈 图原子力显微镜镜下观察骨小管的形态和骨基质中钙一磷晶体的形态 ， 图原子力显微镜下骨陷窝的形态以及骨小管和骨陷窝之间的关系 _ 第期陈斌等骨组织结构显微形态分析 ? 扫描电镜观察 骨组织中的矿物质晶体呈同心圆包绕着哈佛系统，钙一磷晶体排列呈规则状，胶原纤维的呈环状排 列，胶原纤维的排列方向和骨陷窝的排列方向一致（图、）。 图扫描电镜观察哈佛管，可见哈佛系统内胶原呈环形规则排列（原放大倍数：） （：） 图扫描电镜观察可见胶原形态（原放大倍数：） （：） 讨论 骨组织的显微结构和骨组织的功能有密切关系骨组织的显微结构的改变对骨的生物力学有着显著的影响。骨组织中的晶体是在初始的矿物质沉积的基础上，通过吸附钙磷形成。当钙磷晶体吸附成一定的体积后达到一个动态的平衡。骨组织的显微结构在骨的病理状态下如骨质疏松骨的矿化区晶体的结构发生明显的变化，从而在更小的外力作用下导致骨折。在生物植入材料时如同种异体骨，通过爬行替代的时候，矿物质的沉积形成晶体结构，这些晶体机构和骨组织的生物力学有密切相关。 是一种新的工具它是一种能显示物体表面超微结构的高精密度观测仪，主要使用一根极尖锐的探针接触物体表面通过激光的会聚与反射，将物 物质的功能。骨小管的直径为，平均为（），骨小管在骨组织中的功能是运送营养物质、交换离子和传递分子信号到骨陷窝中的骨细胞。骨陷窝呈椭圆形，其大小为肛，骨陷窝内有骨细胞、成骨细胞和破骨细胞，骨细胞调节矿物质 的代谢。在本实验观察到每个骨陷窝内有条 骨小管与其沟通。胶原纤维沿骨小管排列，其方向和骨小管排列方向基本一致。陷窝小管系统这样的结构为骨组织中流体力学和分子的传输到骨细胞具有重要的意义，。骨细胞通过骨小管传递分子信号，调节骨基质中游离矿物质的形态和大小。 骨组织的力学和化学的性能主要取决于其构成物胶原和钙一磷晶体的特性，但不是胶原和钙一磷晶体特性的简单叠加而是取决于其构成的分子结构及构成】。主要有三个因素胶原的分子结构、钙一磷矿物质的结构形态以及他们之间相互连接的关系。骨基质是人体中钙磷的主要储存库。骨矿物质大部分以无定形的磷酸钙和结晶的羟基磷灰石的形式分布于有机质中。在实验中证实了骨组织中的大多数矿物质晶体的形成都和胶原纤维有密切相关。无定形磷酸钙以沉积的无机盐存在，属非晶体形态，无定形磷酸钙构成结晶的羟基磷灰石。扫描电镜观察下，羟基磷灰石结晶呈柱状长，宽。结晶体体积小，但密度大，故表面积大。这种结构有利于骨组织中的钙磷交换。 骨的坚硬程度取决于骨基质的钙一磷晶体排列，而骨的韧性和弹性则有赖于它的胶原纤维的排列。胶 原纤维在钙磷晶体排列之间走行。胶原是骨组织中 体表面的形态传递至监视器，然后由相连的计算 机处理成像。在多功能中有一种特殊的“接触”模式，测量时仪器上的探针处于振荡状态，的这种模式能提高显微镜对表面起伏中侧面形态的解析度，同时对标本的损害也减少到最小程度，对一些标本的纳米级结构成像很清晰，它的纳米级测量也很精确。我们应用原子力显微镜结合扫描电镜检测骨组织表面的显微结构，统计骨陷窝和骨小管的直径，以及各个结构的关系舯。 我们使用得到直接的三维证据骨内的游 离矿物质的形状和大小。大约有的矿物质是小 于厚，矿物质大小呈柱壮结构底部宽厚为 。陷窝小管系统的排列是骨内的流体力学和 分子传输的基础，为骨陷窝中的骨细胞传递营养 _ ?第一军医大学学报（）第卷 最重要的结构胶原纤维的结构和排列决定钙一磷晶体的大小和位置。骨的胶原纤维与结缔组织胶原纤维形态基本相同，胶原纤维的直径为。胶原纤维由胶原蛋白排列呈圆柱形的交叉排列，其中有两个特征区域存在，一个缺口在沿长轴排列的胶原分子羧基终点和邻近分子的氨基终点之间形成；胶原分子呈环形排列中间形成一个孔状结构。证实胶原纤维和矿物质之间的关系是密切的，胶原蛋白的分子结构的改变可导致钙磷晶体的结构发生变化。骨的胶原原纤维和其他胶原蛋白最大不同是它在稀酸液中不膨胀也不溶解于可溶解其他胶原的溶剂中如中性盐和稀酸溶液等。骨的胶原蛋白分子之间有较多的分子交联，在骨代谢的同时，胶原蛋白也不断的降解和合成。无机质和有机质结合，使骨组织具有坚强的支持能力并能适