第4章 软骨和骨
2009-05-26 20:36:34   来源：   作者：  评论：0 点击：

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一、软骨

软骨组织（cartilage tissue）由软骨细胞和软骨基质构成。软骨组织与分布在其周围的软同膜构成软骨。在胚胎时期，软骨是胚胎的支架成分。随阒胎儿的不断发育，软骨逐渐被骨取代，在成体内，软骨散在分布，所发挥的作用依所处的部位不同而不同，如纤维软骨分布于椎间盘、关节盘及耻骨联合等处，具有缓冲压力的作用；并节软骨分布在长骨的两端，具有支撑重量和减少摩擦的作用。

（一）软骨组织

1、软骨细胞（chondrocyte）是软骨组织中的细胞，包埋在软内基质中，软骨所在的腔隙称为软骨陷窝（cartilage lacunae）。软骨细胞的大小、形状和分布具有一定的规律。幼稚的软内细胞单个分布在软骨的周边，较小，呈扁圆形。从软骨的边缘到软骨的中央，软骨细胞逐渐成熟，体积逐渐增大，变成圆形或椭圆形，而且多为2-8个聚集在一起，由于它们是从一个软骨细胞分裂面来，故又称为同源细胞群（isogenous group），同群的细胞之间有少量软骨基质。成熟软骨细胞核小而圆，可见1-2个核仁，胞质弱嗜碱性（图4-1），电镜下可见丰富的粗面内质网和高尔基复合体，线粒位较少（图4-2）。软骨细胞具有产生软骨基质的能力。

2、软骨基质（cartilage matrix）是软骨细胞产生的细胞外基质，由纤维和无定型的基质（groundsubstance）组成。基质的主要成分为蛋白多糖和水，其蛋白多糖与疏松结缔组织中的类似，构成分子筛结构，但软骨中的蛋白多糖浓度各更，使软骨基质形成坚固的凝胶。糖胺多糖在软骨基质中的分布不均匀，硫酸软骨素紧靠软骨陷窝分布，呈强嗜碱性，形似囊状包围软骨细胞，称为软骨囊（cartilage capsule）。纤维成分埋于基质中，使软骨具有韧性或弹性。纤维的种类和含量因软量类型而异。

（二）软骨膜

软骨表面被覆有薄层的致密结缔组织，称为软骨膜（perichondrium）。软骨膜分为两层，外层胶原纤维比较多，主要起保护作用；内层细胞比较多，其中有梭形的骨祖细胞。软骨膜中含有血管、淋巴管和神经，为软骨提供营养。除关节软骨外，一般的软骨表面都有软骨膜覆盖。

（三）软骨的类型

根据软骨基质中所含纤维的不同，可将软骨分为透明软骨、纤维软骨和弹性软骨三种类型。

1、透明软骨（hyaline cartilage）是一种分布较广的软骨类型，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，具有一定的弹性和韧性。纤维成分主要是由II型胶原蛋白聚集而成的交织排列的胶原原纤维。由于纤维很细，且折光率与基质接边，所以在HE染色切片上容易分辨（图4-1）。基质中含大量水分，使软骨在新鲜时呈半透明，这是透明软骨呈半透明的重要原因之一。

2、纤维软骨（fibrous cartilage）分布于椎间盘、关节盘及耻骨联合等部位。纤维软骨的结构特点是有大量平行或交叉排列的胶原纤维束，故韧性强大，呈不透明的乳白色。软骨细胞较小而少，成行分布于纤维束之间，基质较少，呈弱嗜碱性（图4-3）

3、弹性软骨（elastic cartilage）分布于耳郭、咽喉及会厌等处。结构特点是有大量交织分布的弹性纤维，在软骨中部更为密集（图4-4），因而具有较强的弹性。新鲜时呈不透明的黄色。

（四）软骨的生长

软骨的生长有两种方式：①附加性生长，又称软骨膜下生长，软骨膜内的骨祖细胞不断增殖分化为成软骨细胞（chondroblast），成软骨细胞又进一步分化为软骨细胞，软骨细胞产生纤维和基质，使软骨增厚。②间质性生长，又称软骨内生长，通过软骨细胞的生长和分裂增殖，不断地产生更多的软骨基质，使软骨从中央向周围逐渐扩大增厚。

二、骨

骨是支撑机体重量的坚硬的器官，具有运动、保护和支持的作用，由骨组织、骨膜和骨髓等构成，此外，骨髓还是血细胞发生的部位。由于骨中含有大量的钙、磷等矿物质，因此，骨是机体钙和磷的贮存库。骨的内部结构符合生物力学原理，并可进行适应性的更新和改建。

（一）骨组织

骨组织（osseous tissue）是骨的结构主体，由细胞和钙化的细胞外基质组成，其特点是细胞外基质中有大量骨盐沉积，使骨组织成为人体最坚硬的组织之一。骨组织的细胞类型包括骨祖细胞、成骨细胞、骨细胞和破骨细胞。其中骨细胞最多，位于骨组织内部，其余三种细胞分布在骨组织边缘。

1、骨基质（bone matrix）骨基质是钙化的骨细胞外基质，简称骨质，包括有机成分和无杨成分。有机成分包括大量的胶原纤维和少量的无定形基质，胶原纤维主要由I型胶原蛋白构成，占有机成分的90%，这种特点使骨组织的切片在染色中呈嗜酸性；基质的主要成分是蛋白多糖及其复合物，呈无定形凝胶状，具有粘合纤维的作用。骨质中还有骨钙蛋白（osteocaicin）、骨桥蛋白（osteoprotein）、骨粘连蛋白（osteonectin）和钙结合蛋白（calbindin）等，它们在骨的钙化，钙离子的传递和平衡、骨的修复重建等方面具有重要作用。无机成分主要以钙和磷离子为主，又称骨盐、占干骨重量的65%。骨盐的主要存在形式是羟基磷灰石结晶（hydroxyapatite crystal），为不溶性中性盐，呈细针状，长10~20nm，沿胶原原纤维的长轴排列，并且与之紧密结合，使骨质非常坚硬。

骨基质在最初形成时，细胞外基质无骨盐沉积、称类骨质（osteoid），后来类骨质经钙化转变为骨质，钙化是无机盐有序地沉积于类骨质的过程。

骨质形成板层状结构，称为骨板（bone iamelia）。骨板成层排列，同一骨板内的纤维相互平行，相邻骨板的纤维则相互垂直，这种结构特点使骨的密度有效地增大（图4-5）。骨板排列规则、相互紧密结合、层数多构成密质骨（compact bone），分布在长骨骨干，扁骨和短骨的表层。骨板在长骨两端的骨骺、扁骨的板障和短骨的中心等部位，排列不规则，形成针状或片状骨小梁，它们交错成为多孔的立位网络样结构，网孔大小不一，称为松质骨（spongy bone）

2、骨组织的细胞（图4-5）

（1）骨祖细胞（osteoprogenitor cell）：分布在骨膜内，是骨组织中的干细胞、细胞呈梭形，较小，胞质少，核椭圆形或细长形。骨祖细胞着色浅淡，不易识别。骨祖细胞可以分化成为成骨细胞和成软骨细胞，分化方向取决于所处和局部微环境和所受的刺激性质。例如，当骨折修复时，骨祖细胞活跃增生，不断分化为成骨细胞。

（2）成骨细胞（osteoblast）：成骨细胞呈立方形或矮柱状，分布在骨组织表面，通常单层排列（图4-6），细胞侧面积和底部出现突起，与相邻的成骨细胞及邻管的骨细胞以突起相连，连接处有缝隙连接。细胞核呈圆形，位于远离骨表面的细胞一端。

成骨细胞合成和分泌骨基质的有机成分，形成类骨质。在电镜下可观察到大量的粗面内质网和高尔基复合体，因此，成骨细胞的胞质嗜碱性，此外，成骨细胞还释放基质小泡（matrix vesicle），基质小泡直径25~200nm，有膜包被，基质小泡膜上有钙结合蛋白，基质小泡中有碱性磷酸酶、细小的钙盐结晶和磷脂，钙盐结晶释放到类骨质中后，即以其为基础形成羟基磷灰石结晶，促进类骨质钙化。此外，成骨细胞除了产生类骨质，还分泌多种细胞因子，调节骨组织的形成吸收、促进骨组织的钙化。成骨细胞产生类骨质后，自身被包埋其中，分泌能力逐渐减弱，转变为骨细胞。

（3）骨细胞（osteocyte）：骨细胞是一种单个分散于骨板之间或骨板内的多突起的细胞。骨细胞体较小，呈扁椭圆形，细胞器小。骨细胞体所在的腔隙称为骨陷窝（bone lacunae）。突起形成的腔隙称为骨小管（bone canaliculus）。骨细胞的突起延长，相邻骨细胞的突起以缝隙连接相连，骨小管则彼此相通。骨陷窝和骨小管内含少量组织液，可营养骨细胞关输送代谢产物（图4-7）。骨细胞具有一定的溶骨和成骨作用，参与调节钙和磷的平衡。骨细胞的结构和功能与其成熟度有关，不成熟的骨细胞能产生少量类骨质，随着类骨质逐渐钙化为骨质，细胞逐渐变为成熟的骨细胞。

（4）破骨细胞（osteociast）破骨细胞是一种多核的巨细胞，由单核细胞融合而成（图4-8），数量少，散在分布于骨组织边缘，细胞直径30~100um，核6~50个不等。破骨细胞的细胞器丰富，尤以溶酶体利线粒体居多，因此，胞质为嗜酸性（图4-9）。破骨细胞在功能活跃时有明显的的极性，在电镜下观察，可见破骨细胞紧贴骨组织一侧有许多大小不等和长短不一的突起，构成光镜下的皱褶缘（ruffed  border）。在皱褶缘的周围，环绕于皱缘的细胞质中含大量的微丝，其他细胞器比较少，电镜下观察电子密度低，称亮区。亮区的细胞膜紧贴骨组织，使皱褶缘和相对应的骨组织表面凹陷之间形成一个特殊的封闭的微环境，破骨细胞在此释放多种水解酶和有机酸，溶解骨盐，分解有机成分，另外，在皱褶缘深面的破骨细胞的胞质中有许多吞噬泡和吞饮泡，内含细小的骨盐晶体和解体的有机成分，它们在细胞内将进一步降解，因此，破骨细胞具有很强的溶解吸收骨质的作用。破骨细胞和成骨细胞在骨组织内相辅相成，共同参与骨的生长和重建。

（二）长骨的结构

长骨是人体206块中结构最为复杂的骨，由骨干和骨骺两部分构成，表面覆有骨膜和关节软骨，内部为骨髓腔（图4-10）

1、骨干  骨干主要由密质骨构成，骨外表层由环骨板构成，中层主要由哈佛系统和间骨板构成。骨干中有与骨干长轴几乎垂直走行的穿通管（perforating canal），内含血管、神经和少量疏松结缔组织，结缔组织中有较多骨祖细胞；穿通管在骨外表面的开口即为滋养孔。内侧有少量松质骨形成的骨小梁。

（1）环骨板（circumferential lamellae）：环骨板是环绕在骨干内外表面排列的骨板，分别称为内环骨板和外环骨板。外环骨板比较厚，由数层或几十层骨板组成，绕骨干较整齐地呈环形排列。内环骨板比较薄，仅由数层骨反组成，排列不如外环骨板规则。

（2）哈佛系统（Haversian lamella）又称骨单位（osteon），哈佛系统是长骨干的主要结构和功能单位，位于内、外环骨板之间，排列方向与骨于长轴一致，呈长筒状，数量多。哈佛骨板（Haversian lamella）由多层同心圆排列的骨板构成，围绕中央管（central canal）排列。骨板中的胶原纤维围绕中央管呈螺旋状走行，相邻骨板的纤维方向互成直角。哈佛系统的骨板为4~20层不等，故骨单位粗细不一。中央管内有血客、神经纤维和结缔组织，来自于与其相通的穿通管（图4-11）

（3）间骨板（interstitial lamellae）：间骨板是位于骨单位之间或骨单位与环骨板之间的骨板，排列形状不规则，是骨生长和改建过程中合佛骨板或环骨板未被吸收的残留部分。

在环骨板、哈佛骨板和间骨板之间，有一条折光较强的轮廓线，称粘合线（cement line）该处主要由基质构成。伸向骨单位表面的骨小管，都在粘合线处折返，不与相邻单位的骨小管连通。因此，同一骨单位内的骨细胞都接受来自其中央管的营养供应。

2、骨骺  骨骺主要由松质骨构成，表面有薄层的密质骨。骨骺的关节面有关节软骨，为透明软骨。松质骨内的小腔隙和骨干中央的腔连通，共同构成骨髓腔。

3、骨膜   除关节面以外，骨的内外表面都覆盖有结缔组织膜，分别称为骨内膜和骨外膜，通常所说的骨膜指的是骨外膜。骨外膜（peristeum）又分为内外两层，外层由致密结缔组织组成，纤维较厚，粗大密集，交织成网，其中有些纤维束穿人骨质，称穿通纤维（perforating fiber），起固定骨膜和韧带的作用。内层由薄层的疏松结缔组织成，富含血管、神经和骨祖细胞。骨内膜（endosteum）由单层扁平的骨祖细胞和少量结缔组织构成，很薄，并且与穿通管内的结缔组织相连续。骨膜的主要作用是营养骨组织，并为骨的生长和修复提供成骨细胞。骨膜中的骨祖细胞具有成骨和成软骨的双重潜能，临床上利用骨膜移植治疗骨和软骨缺损等疾病。

三、骨的发生

骨来源于胚胎中胚层，骨的发生有膜内成骨和软骨内成骨两种方式。虽然发生方式不同，但骨组织发生的过程相似，都包括了骨组织形成和骨组织吸收两个方面。

（一）骨组织发生的基本过程

1、骨组织的形成  骨组织首先由骨祖细胞增殖分化为成骨细胞，成骨细胞产生类骨质，类骨质钙化以后形成骨质，类骨质中的成骨细胞转变为骨细胞，最后形成骨组织。

2、骨组织吸   在骨组织形成的同时，破骨细胞在原有骨组织的某些部位对骨组织进行侵蚀溶解，因此，骨组织形成和吸收同时存在，处于动态平衡，成骨细胞与破骨细胞通过相互调控、共同协作，使骨形成各种特定的形态，保证骨的发育与个体的生长的需要。

（二）骨发生的方式

1、膜内成骨（intramembranous ossification）膜内成骨是在骨膜原始的结缔组织内直接成骨。少数骨以此方式发生，如额骨、顶骨、枕骨、颞骨、销内等扁骨和不规则骨等，胚胎发生早期，在将要形成骨的部位，中胚层的间充质首先分化为原始的结缔组织膜，然后，间充质细胞聚集并分化为内祖细胞，后者进一步分化为成骨细胞。成骨细胞首先形成骨骨组织的部位称为骨化中心（ossification center），随着成骨不断进行，骨小梁形成。成骨细胞在骨小梁表面不断增长加粗（图4-12），逐渐形成为松质骨。松质骨的外侧部分逐步改建为密质骨，成骨区周围的结缔组织相应地转变为骨膜。

2、软骨内成骨（endochondral ossification）软骨内成骨是在软骨雏珙发育的基础上逐步形成，这种成骨方式比膜内骨复杂，人体的大多数骨都以此种方式发生，如四肢骨，躯干骨和部分颅底骨等。现以长骨的发生为例，简述如下（图4-13）。

（1）软骨雏形形成：胚胎发生早期，在将要成骨的部位，中胚层的间充质细胞骨细胞聚集、软骨细胞。软骨细胞产生软骨基质自身包埋其中，形成透明软骨，其外形与将要形成的长骨相似，故称软骨雏形（cartilage model）。软骨雏形周围的间充质则分化为软骨膜。

（2）骨领形成：在软骨雏形的中段，软骨膜内的骨祖细胞增殖分化为成骨细胞，后者贴附在软骨组织表面形成薄层原始骨组织。这层骨组织呈领圈状包绕软骨雏形中段，故名骨领（bone collar）。骨领形成后，其表面的软骨膜即改称骨膜。

（3）初级骨化中心形成：在骨领形成的同时，软骨雏形中央的软骨细胞出现调亡，部分软骨细胞分泌碱性酸酶，使其周围的软骨基质钙化，软骨细胞随之退化死亡。

在软骨雏形的中段，骨膜中的血管连同结缔组织穿越骨领，进入凋亡退化的软骨区，成骨细胞、骨祖细胞和间充质细胞随血管进入；破骨细胞消化分解退化的软骨，形成许多与软骨雏形长轴一致的隧道；成骨细胞贴附于残存的软骨基质表面成骨，形成以钙化的软骨基南为中轴，表面附以骨组织的条索状结构，称过渡型骨小梁、出现过渡型骨小梁的部位即为初级骨化中习（primary ossification center）。初级骨化中心的腔隙为初级骨髓腔，间充质细胞在此分化为网状细胞，形成网状组织。造血干细胞进入并增殖分化，从而形面骨髓。

初级骨化中心形成后，骨化过程继续进行，向软骨雏形两端扩展，过渡型骨小梁也将被破骨细胞吸收，使许多初级骨髓腔融合成一个较大的腔，即骨髓腔。在此过程中，骨领的原始骨组织不断增生厚形骨干，从而使骨不断加长。

（4）次级骨化中心形成：在骨干的两端，软骨的中央发生次级骨化中心（secondary ossification center）。次级骨化中心的成骨过程与初级骨化中心相似，所琐的是骨化是从中央向向四周呈放射状进行，最后，次级骨化中心在骨干的两端形成骨骺。此外，在骨骺与骨干之间还保留软骨，称为骺板（epiphyseal plate），骺板是长骨的进一步生长的基础，骺端表面始终保留薄层软骨，即关节软骨。

（三）长骨的进一步生长

在骨的发生过程中和发生后，骨的不断生长要依靠骺板的生长发育，长骨的生长表现为加长和增粗两个方面。

1、加长  通过骺板软骨细胞的分化、增殖和凋亡，最终被骨组织替换面实现。这种替换过程与初级骨化中习的形成过程类似，但变化的顺序性和区域性更明显。从骨骺端到骨干的骨髓腔，骺板依次分为四个区（图4-13）。

（1）软骨增生区（reserve cartilage zone）：软骨细胞较小，呈圆形或椭圆形，分散存在。软骨基质呈弱嗜、碱性。

（2）软骨增生区（proliferating cartilage zone）：软骨细胞为圆形或扁平形、软骨细胞增殖活跃，形成单行排列的同源细胞群，同源细胞群成串纵行并列排列为软骨细胞柱。

（3）软骨钙化区（calcified cartilage zone）：软骨细胞成熟肥大，变圆，并逐渐凋亡。软骨基质钙化，呈强嗜碱性。

（4）骨化区（ossification zone）：在骺板残留的钙化的软骨基质表面，可见大量的成骨细胞，不断形成骨组织，构成条索状的过渡型骨小梁，在长骨的纵切面上，似钟乳石样悬挂在钙化区的底部。另外，在钙化的软骨细胞不断吸收钙化的骨组织，从而使骨髓腔向长骨两端扩展。

出生后，骺板保持一定的厚度，使软骨的增生、退化及成骨在速度上保持平衡。到17-20岁，骺板增生减缓并最终停止，导致骺软骨完全被骨组织取代，在长骨的干、骺之间留下线性痕迹，称骺线。此后，骨不再生长。

2、增粗   骨外膜中骨祖细胞分化为骨细胞，在骨干表面添加骨组织，使骨干变粗。而在骨干的内表面，破骨细胞吸收骨小梁，使骨髓腔横向扩大。骨干外表现的新骨形成速度略快于骨干内部的吸收速度，这样骨干的密质骨增厚比较适应，到30岁左右，长骨不再增粗。

在生长过程中，通过不断的运动，骨的外形和内部结构不断在变化，使骨与整个机体的发育和生理功能相适应。

【常见软骨和骨疾病组织学基础】

1、半月板撕裂   是膝关节半月板纤维软骨的一种急性的或退很性的损伤。急性撕裂主要发生于青少年的青年，而退行性撕裂主要发手于40-60岁的人群。这些损伤男妇均等发生。半月板撕裂的病理特点半月板仅在前后角和外周三分之一处血供良好；内部三分之三的撕裂由于缺乏血供，愈合较差；胶原纤维在半月板周围呈环状分布，半月板中间分布有蛋白多糖，可抵抗加压性作用力；在剪切力的作用下可能撕裂；反复微创伤可引起退行性变，伴胶原和完整性的逐渐丧失，这将导致撕裂。软骨损伤的冶疗——软骨移植和软骨组织工程由于软骨再生能力较差，当外伤，炎症、肿瘤等原因致使软骨损伤，一般不见软骨直接再生。但可通过软骨移植治疗，即用自身软骨或同种异体软骨移植，诱导新的软骨形成。对畸形进行整形手术，也可采用软骨移植。此外，软骨膜和骨膜再生能力较强。能形成软骨，也可通过移植软骨膜或骨膜修复治疗。因为自体软骨来源有限。异体软骨可被宿主排斥，所以软骨移植受到一定限制。近年利用软骨组织工程技术，可以在实验室制作人的耳形软骨、鼻形软骨、支气管软骨、半月板软骨和关节软骨等，为软骨疾病治疗开辟新的途径。

2、  Monteggia骨折一脱位   对桡骨小头脱位采取闭合复位。对尺骨骨折采用克氏针髓内固定或接骨板螺钉固定。骨折的愈合在生物学上一般分为3期。第1期为原发性骨痂反应期，指骨折后局部血肿无菌性炎症的阶段，炎症细胞到达损伤处，同时伴血管长入和细胞增殖，持续1-3天，表现为肿痛、发热。第2期为原始骨痂形成期，包括肉芽组织期、膜内成骨期、软骨内成骨期。其中肉芽组织期和膜内成骨期几乎是同时进行的，而软骨内成骨是在肉芽组织期后进行的。第3期称为骨痂改塑性期。骨组织具有较明显的年龄性变化。从50岁开始，骨无机成分逐渐减少，钙的含量降低；有机成分中的胶原蛋白增多，胶原纤维增粗且排列不规则，密质骨变薄，松质骨骨小梁沽少并变细。由于骨小梁表面质丢失，导致骨小梁变细、变薄，甚至部分结构碎裂、骨小梁连接性中断，因此，老年人骨组织呈多孔、疏松状态，密质骨萎缩变薄，成为老年骨质疏松症。