第三章骨與軟骨損傷的修復(fù)

第三章骨與軟骨損傷的修復(fù)第一節(jié)骨與軟骨的胚胎發(fā)生胚胎在宮內(nèi)最初幾周，通過囊胚期和原腸胚期，逐步產(chǎn)生雛形，發(fā)生頭、軀干和形成肢芽的外隆突。在外胚層和內(nèi)胚層之間，有一層彌散疏松的細(xì)胞組織，稱為間充質(zhì)或間葉，間充質(zhì)逐步分化為骨、軟骨、筋膜和肌肉等多個(gè)結(jié)締組織構(gòu)造。間充質(zhì)細(xì)胞密集的部位將是最早形成肌肉與骨骼構(gòu)造的部位。每個(gè)密集的間充質(zhì)雛形將直接或間接地轉(zhuǎn)化為骨。在胚胎早期，有些肌肉與骨骼單位的發(fā)生相稱活躍，在這個(gè)節(jié)段，胚胎發(fā)育易受外毒素的影響，例如某些先天畸形，可能與在這個(gè)時(shí)期受病毒的感染等有關(guān)。發(fā)生和生長(zhǎng)是同時(shí)進(jìn)行的，能夠通過下列幾個(gè)方式完畢：①結(jié)締組織細(xì)胞分化或調(diào)節(jié)形成骨骼生成雛型(有多個(gè)作用的間充質(zhì)和骨祖細(xì)胞)；②已分化的軟骨生成和骨生成成分的有絲分裂(即成軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞)；③增加細(xì)胞外構(gòu)造蛋白的合成(如骨樣和軟骨樣組織)；④增加細(xì)胞內(nèi)水的攝取，隨著著細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外之間水的流動(dòng)；⑤在軟骨膜和骨樣期，增加細(xì)胞外基質(zhì)形成量；⑥細(xì)胞壞死的機(jī)理尚未完全明了，但是有充足的證據(jù)表明，某些細(xì)胞確實(shí)發(fā)生死亡，而后被其它類型的細(xì)胞所替代，骨骺與干骺端交界處原發(fā)性松質(zhì)骨的形成即是如此。一、軟骨的發(fā)生(DevelopmentofCartilage)早在第5胚胎周，間充質(zhì)細(xì)胞逐步增大，變得更為密集，并分化為一層細(xì)胞，稱為軟骨前體(precartilage)，然后，基質(zhì)沉積于細(xì)胞之間。同時(shí)，在中心間充質(zhì)，纖維粘連素(fibronectin)程序化分布，并出現(xiàn)I型和Ⅲ型膠原。當(dāng)成軟骨細(xì)胞形成后，纖維粘連素逐步消失，Ⅱ型膠原出現(xiàn)。在間充質(zhì)細(xì)胞分化表型前，透明質(zhì)酸酶活性明顯增高，透明質(zhì)酸變化了細(xì)胞外的環(huán)境，使其在軟骨生成前的細(xì)胞密集過程中含有重要的作用。隨著Ⅱ型膠原以及軟骨特異的蛋白多糖(proteoglycan)的生成，能夠觀察到胚胎軟骨細(xì)胞合成的蛋白多糖比成熟軟骨細(xì)胞合成的蛋白多糖含有更多的硫酸軟骨素鏈和較少的硫酸角質(zhì)蛋白(keratansulfate)鏈。二、骨的發(fā)生(DevelopmentofBone)(一)軟骨化骨發(fā)生在肢體中，在封閉的軟骨雛形中，通過外加作用以及營(yíng)養(yǎng)的變化，由軟骨膜形成的袖狀骨緩慢生長(zhǎng)。軟骨鈣化，構(gòu)成細(xì)胞死亡，其后外周血管及成骨前體細(xì)胞(osteoprogenitorcells)侵入，形成原發(fā)性骨化中心。在大多數(shù)長(zhǎng)骨中，這種變化先發(fā)生于骨干，然后向干骺端擴(kuò)展。在全部的肢體骨中，原發(fā)性骨化中心在第12胚胎周出現(xiàn)。后來，骺部血管組織間接地骨化，形成繼發(fā)性骨化中心。在股骨遠(yuǎn)端和脛骨近端，繼發(fā)性骨化中心出現(xiàn)于孕9月至出生前，其它大部分繼發(fā)性骨化中心均于出生后才開始形成。骺與骨干交界處稱為生長(zhǎng)板，在原發(fā)和繼發(fā)性骨化中心之間生長(zhǎng)，含有較快的橫向和縱向生長(zhǎng)能力。最先形成的軟骨雛形逐步被骨化組織替代，稱為軟骨內(nèi)骨化。(二)膜化骨發(fā)生在顱骨、面骨、部分鎖骨及下頜骨，間充質(zhì)聚集并血管化，同時(shí)直接形成成骨細(xì)胞成骨，不通過軟骨階段。膜化骨發(fā)生開始于胚胎終期，直至生后通過外加而成成熟骨組織，期間沒有軟骨細(xì)胞增殖層出現(xiàn)。某些中軸骨和四肢骨的成分也與膜內(nèi)化骨有關(guān)，骨干和干骺端皮質(zhì)骨來自內(nèi)襯軟骨雛形的特殊間充質(zhì)組織(即骨膜)。第二節(jié)軟骨的組織學(xué)軟骨由軟骨組織及其周邊的軟骨膜構(gòu)成，軟骨組織由軟骨細(xì)胞、基質(zhì)及纖維構(gòu)成。根據(jù)軟骨組織內(nèi)所含纖維成分的不同，可將軟骨分為透明軟骨、彈性軟骨和纖維軟骨三種，其中以透明軟骨的分布較廣，構(gòu)造也較典型。一、透明軟骨(HyalineCartilage)透明軟骨間質(zhì)內(nèi)僅含少量膠原原纖維，基質(zhì)較豐富，新鮮時(shí)呈半透明狀。重要分布于關(guān)節(jié)軟骨、肋軟骨等。(一)軟骨細(xì)胞軟骨細(xì)胞位于軟骨基質(zhì)內(nèi)的軟骨陷窩中。在陷窩的周邊，有一層染色深的基質(zhì)，稱軟骨囊。軟骨細(xì)胞在軟骨內(nèi)的分布有一定的規(guī)律性，靠近軟骨膜的軟骨細(xì)胞較幼稚，體積較小，呈扁圓形，單個(gè)分布。當(dāng)軟骨生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)胞漸向軟骨的深部移動(dòng)，并含有較明顯的軟骨囊，細(xì)胞在囊內(nèi)進(jìn)行分裂，逐步形成有2～8個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞群，稱為同源細(xì)胞群。由于軟骨細(xì)胞不停產(chǎn)生新的軟骨基質(zhì)，各個(gè)細(xì)胞均分別圍以軟骨囊。軟骨細(xì)胞核橢圓形，細(xì)胞質(zhì)弱嗜堿性，生活時(shí)充滿軟骨陷窩內(nèi)。在HE切片中，因胞質(zhì)的收縮，胞體變?yōu)椴灰?guī)則形，使軟骨囊和細(xì)胞之間出現(xiàn)空隙(圖3-1)。軟骨細(xì)胞的超微構(gòu)造特點(diǎn)為胞質(zhì)內(nèi)含有豐富的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和發(fā)達(dá)的高爾基復(fù)合體，還含有某些糖原和脂滴，線粒體較少(圖3-2)。軟骨細(xì)胞重要以糖酵解的方式獲得能量。(二)基質(zhì)透明軟骨基質(zhì)的化學(xué)構(gòu)成重要為大分子的軟骨粘蛋白，其重要成分是酸性糖胺多糖(glycosaminoglycan)。軟骨粘蛋白的主干是長(zhǎng)鏈的透明質(zhì)酸分子，其上結(jié)合了許多蛋白質(zhì)鏈，蛋白質(zhì)鏈上又結(jié)合了許多硫酸軟骨素和硫酸角質(zhì)蛋白鏈，故染色呈堿性。這種羽狀分支的大分子結(jié)合著大量的水，大分子之間又互相結(jié)合構(gòu)成分子篩，并和膠原原纖維結(jié)合在一起形成固態(tài)的構(gòu)造。軟骨內(nèi)無血管，但由于軟骨基質(zhì)內(nèi)富含水分(約占軟骨基質(zhì)的75%)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)易于滲入，故軟骨深層的軟骨細(xì)胞仍能獲得必需的營(yíng)養(yǎng)。(三)纖維透明軟骨中無膠原纖維，但有許多細(xì)小的無明顯橫紋的膠原原纖維，纖維排列不整潔。膠原約占軟骨有機(jī)成分的40%，軟骨囊含膠原少而含有較多的硫酸軟骨素，故嗜堿性強(qiáng)。含膠原多的部分嗜堿性削弱，或呈現(xiàn)弱嗜酸性。二、纖維軟骨(FibrousCartilage)纖維軟骨分布于椎間盤、關(guān)節(jié)盤及恥骨聯(lián)合等處?；|(zhì)內(nèi)富含膠原纖維束，呈平行或交錯(cuò)排列。軟骨細(xì)胞較小而少，成行排列于膠原纖維束之間(圖3-3)。HE染色切片中，纖維被染成紅色，故不易見到軟骨基質(zhì)，僅在軟骨細(xì)胞周邊可見深染的軟骨囊及少量淡染的嗜堿性基質(zhì)。三、彈性軟骨(ElasticCartilage)彈性軟骨分布于耳廓及會(huì)厭等處。構(gòu)造類似透明軟骨，僅在間質(zhì)中含有大量交錯(cuò)成網(wǎng)的彈性纖維，纖維在軟骨中部較密集，周邊部較稀少(圖3-4)。這種軟骨含有良好的彈性。四、軟骨膜(Perichondrium)除關(guān)節(jié)面的軟骨表面以外，軟骨的周邊均覆有一層較致密的結(jié)締組織，即軟骨膜。其外層纖維較致密，重要為保護(hù)作用；內(nèi)層較疏松，富含細(xì)胞、神經(jīng)及某些小血管。在緊貼軟骨處的軟骨膜內(nèi)尚有一種能形成骨或軟骨的幼稚細(xì)胞(干細(xì)胞)，呈梭形，可增殖分化為軟骨細(xì)胞。軟骨膜能保護(hù)及營(yíng)養(yǎng)軟骨，同時(shí)對(duì)軟骨的生長(zhǎng)有重要作用。五、軟骨的生長(zhǎng)方式(GrowthPatternofCartilage)(一)內(nèi)積生長(zhǎng)內(nèi)積長(zhǎng)生又稱膨脹式生長(zhǎng)，是通過軟骨內(nèi)軟骨細(xì)胞的長(zhǎng)大和分裂增殖，進(jìn)而繼續(xù)不停地產(chǎn)生基質(zhì)和膠原，使軟骨從內(nèi)部生長(zhǎng)增大。(二)外加生長(zhǎng)外加生長(zhǎng)又稱軟骨膜附加生長(zhǎng)，是通過軟骨膜內(nèi)層的骨祖細(xì)胞向軟骨表面不停添加新的軟骨細(xì)胞，產(chǎn)生基質(zhì)和纖維，使軟骨從表面對(duì)外擴(kuò)大。第三節(jié)關(guān)節(jié)軟骨的構(gòu)造、功效和修復(fù)一、關(guān)節(jié)軟骨的發(fā)育(DevelopmentofArticularCartilage)未成熟的關(guān)節(jié)軟骨含有兩層成軟骨細(xì)胞增殖區(qū)以滿足生長(zhǎng)的需要。近關(guān)節(jié)面的淺層增殖區(qū)擴(kuò)大關(guān)節(jié)軟骨范疇，而深層的增殖區(qū)則以軟骨內(nèi)成骨方式形成繼發(fā)性骨化中心的骨核。出生后第1年，當(dāng)關(guān)節(jié)軟骨厚度達(dá)成一定程度后，淺層的增殖區(qū)即停止增殖，只有深層的增殖區(qū)繼續(xù)進(jìn)行細(xì)胞分裂，增進(jìn)生長(zhǎng)。骨骼成熟后來，軟骨內(nèi)骨化性生長(zhǎng)隨之停止，而在關(guān)節(jié)軟骨下形成一骨板。正常狀況下，極少有軟骨細(xì)胞的生長(zhǎng)與復(fù)制。而只有在異常狀況下，如創(chuàng)傷、骨關(guān)節(jié)炎以及肢端肥大癥等，可見到反映性細(xì)胞復(fù)制。軟骨成熟的標(biāo)志是潮線(tidemark)的出現(xiàn)。鈣化軟骨區(qū)的礦化緣與未鈣化的關(guān)節(jié)軟骨則以潮線為界。潮線上間斷存在有小的間隙。潮線的復(fù)制表明礦化緣向未鈣化區(qū)推動(dòng)。這種現(xiàn)象與年紀(jì)有關(guān)。也見于原纖維性軟骨(fibrillatedcartilage)。于此同時(shí)，軟骨內(nèi)骨化，致使骨軟骨接界不停改建。而此改建的進(jìn)行有賴于鈣化緣區(qū)域細(xì)胞內(nèi)的鈣磷脂復(fù)合體、糖蛋白(glucoprotein)以及細(xì)胞外基質(zhì)顆粒。潮線區(qū)域內(nèi)蛋白多糖的變化闡明其在此過程中含有調(diào)節(jié)作用。部分軟骨細(xì)胞亦含有此調(diào)節(jié)作用，控制基質(zhì)的合成與降解。(一)構(gòu)造自關(guān)節(jié)面對(duì)深部，關(guān)節(jié)軟骨可分為淺表區(qū)(superficialzone)、中間區(qū)或過渡區(qū)(transitionalzone)、深區(qū)或輻射區(qū)(deepzoneorradialzone)以及鈣化軟骨區(qū)(zoneofcalcifiedcartilage)(圖3-5)。1.淺表區(qū)：厚約40μm，可從關(guān)節(jié)軟骨上剝離，其內(nèi)的梭形細(xì)胞與關(guān)節(jié)面平行排列，每個(gè)細(xì)胞被周邊基質(zhì)包繞。此層內(nèi)的膠原纖維與更深層內(nèi)的膠原纖維排列方式不同，呈切線位。這些纖維含有孔隙狀構(gòu)造，能夠攝入滑液分子，排出蛋白質(zhì)以及透明質(zhì)酸等較大的分子。淺表區(qū)蛋白多糖的分布亦與其它層不同，每一核心蛋白上附著的糖胺多糖比較少，且部分蛋白多糖與細(xì)膠原纖維交錯(cuò)成網(wǎng)，難以分離，可能與抗剪力有關(guān)。2.中間區(qū)或過渡區(qū)：距關(guān)節(jié)面下約500μm，此區(qū)內(nèi)細(xì)胞代謝較淺表區(qū)內(nèi)活躍，均含有細(xì)胞內(nèi)構(gòu)造，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和高爾基復(fù)合體。基質(zhì)內(nèi)的膠原纖維粗大，與關(guān)節(jié)面呈斜形排列，該層內(nèi)的蛋白多糖也較易分離。3.深區(qū)或輻射區(qū)：為關(guān)節(jié)軟骨最厚的部分，軟骨細(xì)胞呈柱狀排列，膠原纖維垂直排列，部分穿過潮線及鈣化軟骨達(dá)軟骨下骨層，使關(guān)節(jié)軟骨牢固地附著在骨上。膠原與蛋白多糖緊密相聯(lián)，但也有許多單體存在，難以檢測(cè)到連接蛋白的存在。在透明質(zhì)酸支架上有大量的蛋白多糖聚合物存在。此區(qū)內(nèi)膠原纖維直徑最粗，可能與它們需要抵抗蛋白多糖膨脹性的壓力有關(guān)。4.鈣化軟骨區(qū)：位潮線深面，將透明軟骨與軟骨下骨組織隔開，在骨骼成熟之前，此區(qū)內(nèi)的軟骨細(xì)胞退變，軟骨內(nèi)骨化。骨骼成熟后來，基質(zhì)鈣化，可見無RNA合成能力的小軟骨細(xì)胞。關(guān)節(jié)軟骨分層排列反映了關(guān)節(jié)軟骨功效適應(yīng)的生物力學(xué)變化。淺表層重要以剪力為主；過渡區(qū)和輻射區(qū)則重要承受壓力載荷；鈣化軟骨將關(guān)節(jié)面附著于骨上。即使光鏡下關(guān)節(jié)面平滑，但掃描電鏡觀察顯示，其表面與高爾夫球之表面相似，有許多間隔大概為300μm，直徑為8～15μm的凹陷。也有研究認(rèn)為此種凹陷實(shí)為贗象，正常的關(guān)節(jié)軟骨表面可能很平滑，其波狀起伏的嵴與凹陷可能與標(biāo)本固定前的脫水有關(guān)。體育鍛煉并不能變化關(guān)節(jié)軟骨的表面解剖，掃描電鏡也證明，未超出負(fù)荷峰值的過分活動(dòng)也不引發(fā)關(guān)節(jié)表面軟骨的退行性變化。(二)關(guān)節(jié)軟骨的細(xì)胞成分軟骨不含神經(jīng)纖維、血管及淋巴管。軟骨細(xì)胞占軟骨組織的5%或更少，由未分化的間充質(zhì)細(xì)胞分化而來。成熟軟骨細(xì)胞的形態(tài)因分布的位置及軟骨陷窩的不同而呈現(xiàn)或扁或圓，細(xì)胞核呈偏心性，其超微構(gòu)造因細(xì)胞位置及活性的不同而各異。過渡區(qū)內(nèi)的細(xì)胞核為單個(gè)或多個(gè)分葉狀核，高爾基復(fù)合體發(fā)達(dá)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體發(fā)育良好，而淺層的細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)則較少。深層細(xì)胞內(nèi)含有與細(xì)胞退變有關(guān)的胞質(zhì)內(nèi)纖維。(三)關(guān)節(jié)軟骨的基質(zhì)基質(zhì)由密集分布排列的膠原纖維、蛋白多糖、結(jié)合水和陽離子等構(gòu)成。膠原纖維約占關(guān)節(jié)軟骨干重的50%，重要提供抗張強(qiáng)度。蛋白多糖則起固化及抗壓作用。兩者互相作用，穩(wěn)定關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)并結(jié)合水?；|(zhì)水為嗜水性蛋白多糖聚合體所吸引，并呈壓力依賴性流動(dòng)?；|(zhì)水的重要作用是抗壓、恢復(fù)受損軟骨的正常形態(tài)以及保持潤(rùn)滑。絕大部分膠原纖維為Ⅱ型膠原，但也有Ⅲ型及其它型膠原的存在。Ⅱ型膠原水化后膨脹可能與其比I型膠原含有更多的碳水化合物有關(guān)。小牛血清培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞合成Ⅱ型膠原，但加入纖維粘連素后，軟骨細(xì)胞表型類似成纖維細(xì)胞，并合成I型膠原。軟骨粘連素(chondronectin)是一種細(xì)胞表面有關(guān)的、分子量為140千單位(kilounit,KU)的糖蛋白，在蛋白多糖的協(xié)助下，使軟骨細(xì)胞與Ⅱ型膠原粘連。炎癥狀況下，如風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，血管翳的侵入造成血管源性Ⅲ型膠原和內(nèi)皮細(xì)胞基底膜源性Ⅳ型膠原的合成。蛋白多糖約占關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)干重的40%。蛋白多糖的核心蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)合成，但糖胺多糖在滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)合成。而糖胺多糖的硫酸化并與核心蛋白結(jié)合則發(fā)生在高爾基復(fù)合體，由大的高爾基分泌顆粒分泌入基質(zhì)。蛋白多糖的濃度與膠原的濃度成反比，即蛋白多糖濃度隨關(guān)節(jié)軟骨深度的增加而升高。硫酸軟骨素的濃度也隨深度的增加而升高，在輻射區(qū)達(dá)峰值。壓力可使硫酸軟骨素鏈聚集，以對(duì)抗更進(jìn)一步的壓力，同時(shí)組織液也被擠出其分子域。隨著年紀(jì)的增加，硫酸角質(zhì)蛋白含量增加，而硫酸軟骨素的含量減少，關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)水分由75%下降至65%。在特定條件下，蛋白多糖單體可與膠原結(jié)合，一種蛋白多糖分子可結(jié)合多達(dá)30個(gè)膠原分子。糖胺多糖及蛋白多糖可能通過靜電力與Ⅱ型膠原互相作用，而定向膠原纖維的排列。另外，細(xì)胞表面的蛋白多糖與纖維粘連素互相作用，為蛋白多糖和膠原也提供了作用點(diǎn)。(四)基質(zhì)降解關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)基質(zhì)合成與基質(zhì)降解同時(shí)存在，但其細(xì)胞調(diào)控機(jī)理尚不明了。Thompson和Robinson推算，成人軟骨內(nèi)的基質(zhì)糖胺多糖每年更新二分之一，而膠原基質(zhì)每才干替代二分之一。全部降解酶，除透明質(zhì)酸酶存在于滑膜外，均存在于關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)。對(duì)每個(gè)細(xì)胞的降解與合成之間關(guān)系尚知之甚少。軟骨細(xì)胞內(nèi)含有組織蛋白酶(cathepsin)B、D及F。組織蛋白酶B在中性條件下含有活性，組織蛋白酶D只有在pH4.50～5.00時(shí)才含有活性，因此，在軟骨中，組織蛋白酶B比組織蛋白酶D更重要。每個(gè)軟骨細(xì)胞的軟骨陷窩內(nèi)含有新合成的基質(zhì)成分，并有組織蛋白酶D存在，可能此處的pH值偏酸性。組織蛋白酶D不能降解膠原，但可分解蛋白多糖的多肽支架，而被其它酶降解?；|(zhì)細(xì)胞合成與降解蛋白多糖的速度比膠原的快。膠原酶由成纖維細(xì)胞、滑膜細(xì)胞和軟骨細(xì)胞合成與釋放，但普通需要其它因素的激活(如纖維蛋白溶酶)。膠原酶在中性環(huán)境下破壞三螺旋構(gòu)造。新合成的尚未交聯(lián)的膠原對(duì)膠原酶比已交聯(lián)的膠原更敏感。老化、分子間交聯(lián)嚴(yán)重的軟骨對(duì)這些酶的降解更具抗性。有些膠原溶解蛋白酶，如多核白細(xì)胞產(chǎn)生的酶類，不能破壞膠原的三螺旋構(gòu)造，但它們能降解非螺旋的末端肽(如絲氨酸蛋白酶、組織蛋白酶G及彈性硬蛋白酶)。這些酶在滑液中并不存在。滑膜表面的A型細(xì)胞或B型細(xì)胞的溶酶體在病理狀態(tài)下可釋放蛋白酶、膠原酶和透明質(zhì)酸酶，造成關(guān)節(jié)軟骨的降解。軟骨以外的其它組織有可能分泌刺激軟骨細(xì)胞降解蛋白多糖和膠原的信使——分解代謝產(chǎn)物(catabolin)。這些蛋白或蛋白家族并不直接作用于軟骨基質(zhì)，只有活的軟骨才可受累。巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞可產(chǎn)生分解代謝產(chǎn)物樣物質(zhì)，如果在巨噬細(xì)胞培養(yǎng)基中加入脂多糖類(lipopolysaccharides)則明顯增加這些因子的生成。二、關(guān)節(jié)軟骨的特性(PropertiesofArticularCartilage)關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)的液體運(yùn)輸與其物理特性有關(guān)?；|(zhì)蛋白多糖富含負(fù)電荷的硫酸酯及羧基，這些使水性基質(zhì)含有膨脹性壓力。使關(guān)節(jié)軟骨含有粘彈性的間質(zhì)內(nèi)液體流是軟骨滲入性功效及蛋白多糖固定電荷集團(tuán)的體現(xiàn)。蛋白多糖制止水從負(fù)重軟骨表面孔隙中流失，對(duì)水流失的制止能力與其濃度有關(guān)，蛋白多糖濃度減少，關(guān)節(jié)軟骨蠕變率增加，抗壓強(qiáng)度減少，使軟骨負(fù)重后容易變形。受壓后，蛋白多糖構(gòu)型發(fā)生變化，使蛋白多糖內(nèi)的分子水流入膠原纖維的纖維間隙或從表面丟失。pH值減少或增加鹽濃度也可破壞蛋白多糖的構(gòu)造，使水流失。蛋白多糖大分子構(gòu)造破壞后，使膠原纖維的張力減少，并向外膨脹，使分子間隙增大。當(dāng)膠原纖維腫脹時(shí)，水分子更易于分子間流動(dòng)，使關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)可交換的游離水增加。休息時(shí)，關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)的膠原纖維網(wǎng)處在張應(yīng)變(tensilestrain)狀態(tài)。(一)滑膜關(guān)節(jié)的潤(rùn)滑作用限制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的重要因素是關(guān)節(jié)面之間的磨擦以及關(guān)節(jié)周邊軟組織的張力，Radin等的研究表明，克服關(guān)節(jié)周邊軟組織牽拉所需的能量是關(guān)節(jié)面間磨擦阻力的100倍，那么，關(guān)節(jié)僵硬的重要因素應(yīng)當(dāng)是軟組織張力的增加(肌肉痙攣、韌帶攣縮或軟骨間粘連)，而不是關(guān)節(jié)面潤(rùn)滑作用的變化。典型的潤(rùn)滑理論基于非生物學(xué)系統(tǒng)：兩個(gè)受壓接觸面之間的不平整引發(fā)磨擦與損耗。產(chǎn)生的磨擦系數(shù)與接觸點(diǎn)的剪力強(qiáng)度有關(guān)。兩粗糙面間的液體通過兩種方式減少磨擦系數(shù)：①液體膜潤(rùn)滑作用，即于兩粗糙面間產(chǎn)生一薄而持續(xù)的液體膜，而液體膜可能通過外部壓力(靜水潤(rùn)滑作用)、內(nèi)積液體產(chǎn)生的壓力(擠壓膜潤(rùn)滑作用)以及持續(xù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使接觸面間楔狀潤(rùn)滑作用(動(dòng)水潤(rùn)滑作用)來維持；②邊界潤(rùn)滑作用，即兩接觸面表面吸附一層能夠避免粗糙接觸的分子，這些分子的自然特性是分子間的滑動(dòng)比磨切粗糙吸附面更容易。在大多數(shù)潤(rùn)滑之表面，兩種機(jī)理并存的程度重要有賴于接觸面間的角度及速度。彈性動(dòng)水潤(rùn)滑作用則是負(fù)重后變形、粗糙面間的液體膜被擠出后的另一潤(rùn)滑機(jī)理。不同實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)生物系統(tǒng)——關(guān)節(jié)潤(rùn)滑的研究尚未得到一種能夠解釋低磨擦系數(shù)的理論。關(guān)節(jié)面與非生物接觸面不同，濕潤(rùn)含有粘彈性，并有不持續(xù)的多平面的滑動(dòng)面。對(duì)滑液在關(guān)節(jié)內(nèi)的潤(rùn)滑功效研究者眾說不一。正常無炎癥反映的人膝關(guān)節(jié)內(nèi)滑液量不超出0.50ml。滑液膜層因負(fù)重而有所變化，膜層越厚，滑液膜粘性減少磨擦系數(shù)的能力也越大。關(guān)節(jié)軟骨受壓后，將間質(zhì)內(nèi)的液體擠入關(guān)節(jié)表面，產(chǎn)生一種自壓形式的靜水潤(rùn)滑作用?；褐型该髻|(zhì)酸的含量直接影響它的粘性，但對(duì)關(guān)節(jié)潤(rùn)滑影響甚小。即使已證明透明質(zhì)酸是滑膜的潤(rùn)滑劑，但它不是關(guān)節(jié)的潤(rùn)滑劑。當(dāng)液體聚集于接觸面的凹陷內(nèi)后來，也增加了潤(rùn)滑分子的濃度。Radin,Swann等用透明質(zhì)酸酶消化滑液，即使變化了粘性，但并未影響磨擦系數(shù)，闡明磨擦系數(shù)不是單純透明質(zhì)酸酶濃度的體現(xiàn)，但蛋白溶解消化，確實(shí)明顯減少了潤(rùn)滑作用。Swann等發(fā)現(xiàn)了一種糖蛋白，稱之為潤(rùn)滑素(lubricin)，認(rèn)為是關(guān)節(jié)潤(rùn)滑的一種重要因素。在牛和人的正常及病理狀態(tài)下滑液內(nèi)均發(fā)現(xiàn)有此糖蛋白，它與關(guān)節(jié)軟骨表面結(jié)合，起邊界潤(rùn)滑劑的作用。顯然在游離的和與關(guān)節(jié)軟骨結(jié)合的潤(rùn)滑素分子之間存在有一種動(dòng)態(tài)平衡，蛋白溶解消化滑液以及機(jī)械性去除均破壞了潤(rùn)滑作用。(二)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷的修復(fù)與其組織構(gòu)造特點(diǎn)及損傷的方式有關(guān)，而修復(fù)的持久性以及良好的負(fù)重關(guān)節(jié)面的維持則有賴于愈合組織的質(zhì)量，但事實(shí)上，修復(fù)常不完善，使損傷的關(guān)節(jié)面后期發(fā)生退行性變化。表淺損傷的修復(fù)愈合依賴于關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的代謝活性，但其精確重建構(gòu)造的能力有限，即使關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞能夠合成蛋白多糖和膠原分子，并能夠釋放入基質(zhì)，這些新合成的分子并未互相結(jié)合形成絡(luò)合物，因此構(gòu)建的構(gòu)造并不完美，愈合組織的功效也較差。軟骨無血供以及軟骨細(xì)胞不能復(fù)制限制了其修復(fù)的能力，修復(fù)過程也無炎性反映階段。而活動(dòng)關(guān)節(jié)的在體修復(fù)因糖蛋白的丟失或淺表性撕裂，使得存留外露的膠原纖維網(wǎng)遭到進(jìn)一步的破壞。與之相對(duì)比，感染或創(chuàng)傷累及深部骨組織，使炎性反映產(chǎn)物及間充質(zhì)細(xì)胞外滲，其修復(fù)機(jī)理又有所不同。最后，所生成的軟骨基質(zhì)的種類及數(shù)量決定功效修復(fù)與否完全。軟骨細(xì)胞復(fù)制比較局限，但其對(duì)修復(fù)過程的作用尚不清晰。在退行性關(guān)節(jié)病中可見軟骨細(xì)胞群增殖克隆合成糖胺多糖。這些增殖的軟骨細(xì)胞可能含有在修復(fù)過程中消化細(xì)胞周邊基質(zhì)的活性，也可能參加新產(chǎn)物的合成。并有炎性變化的軟骨破壞中，從關(guān)節(jié)內(nèi)分離出多個(gè)炎性介質(zhì)及蛋白酶。前列腺素E2(ProstaglandinE2,PGE2)變化炎性過程，克制軟骨細(xì)胞(兔)合成糖胺多糖；人退行性關(guān)節(jié)中分離出的白細(xì)胞介素1(interleukin-1，IL-1)含有化學(xué)趨化及淋巴細(xì)胞激活作用，并刺激軟骨細(xì)胞釋放中性蛋白酶；在骨性關(guān)節(jié)炎中也存在有淋巴細(xì)胞激活因子、單核細(xì)胞因子及分解代謝產(chǎn)物等。這些因子并無內(nèi)在的降解活性，但可激活軟骨細(xì)胞酶。其它某些誘發(fā)骨關(guān)節(jié)炎軟骨病理變化的因素涉及關(guān)節(jié)內(nèi)羥基磷灰石及焦磷酸鈣結(jié)晶的沉積?；撔躁P(guān)節(jié)炎中，細(xì)菌毒素可能參加了軟骨的破壞。而風(fēng)濕性疾病受累關(guān)節(jié)中90%的造成破壞性變化的軟骨膠原組織內(nèi)發(fā)現(xiàn)有免疫球蛋白、補(bǔ)體以及免疫復(fù)合物存在。血友病中，軟骨細(xì)胞內(nèi)以及軟骨下骨髓內(nèi)有含鐵血黃素存在。外滲紅細(xì)胞被滑膜表皮細(xì)胞吞噬，釋放破壞關(guān)節(jié)軟骨的酶，另外，高鐵離子對(duì)軟骨可能有直接毒性作用。(三)機(jī)械創(chuàng)傷后修復(fù)關(guān)節(jié)的鈍性損傷較常見，體外低于20%的應(yīng)變對(duì)關(guān)節(jié)軟骨沒有任何顯微性破壞。長(zhǎng)久重復(fù)性的負(fù)重可造成在體軟骨基質(zhì)裂解，細(xì)胞破壞，最后軟骨下骨增厚。離體髖關(guān)節(jié)重復(fù)性負(fù)重可引發(fā)負(fù)重區(qū)蛋白多糖基質(zhì)含量下降，軟骨細(xì)胞合成活性增加。細(xì)胞死亡與膠原纖維裂解隨負(fù)重頻率及負(fù)重幅度的變化而變化。超出臨界值的單次沖擊傷或多次大幅度但不大于臨界值的鈍性損傷即可造成軟骨不可逆性損害，小負(fù)荷沖擊傷使基質(zhì)降解，但無軟骨細(xì)胞壞死，其修復(fù)過程重要特性是基質(zhì)蛋白合成增加，但僅限于緊鄰軟骨細(xì)胞群，不涉及炎性反映或介質(zhì)的生成以及未分化的成纖維細(xì)胞成分。撕裂傷破壞了膠原纖維網(wǎng)，使膠原纖維暴露于降解酶類，并有可能使局部細(xì)胞死亡。缺損區(qū)普通不愈合，但也不擴(kuò)大。許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)受損部位軟骨細(xì)胞群狀增殖，基質(zhì)合成增加，在傷后6周最為活躍，但很快，即停止，使修復(fù)過程不完全。Ghadially等在超微構(gòu)造水平對(duì)切線傷的愈合過程觀察兩年之久發(fā)現(xiàn)，損傷后1周，光鏡下局部細(xì)胞壞死，鄰近蛋白多糖丟失。存活軟骨細(xì)胞的透射電鏡觀察表明代謝活性增加。傷后6月，缺損區(qū)覆蓋一層細(xì)膠原纖維網(wǎng)，其排列方向與表面平行，但表面的不平整仍然存在。Mankin等認(rèn)為受損軟骨的基質(zhì)蛋白多糖克制血小板的附著及纖維網(wǎng)架的形成，使成纖維細(xì)胞不能橋接間隙。在實(shí)驗(yàn)中，關(guān)節(jié)內(nèi)注射蛋白多糖溶解酶可增進(jìn)動(dòng)物關(guān)節(jié)軟骨表淺撕裂傷的愈合，水楊酸鹽也可增進(jìn)淺表缺損的愈合。深達(dá)軟骨下骨質(zhì)的損傷引發(fā)血腫形成及纖維蛋白凝集，在修復(fù)過程中起網(wǎng)架作用。與淺表損傷不同的是，骨軟骨損傷能夠軟骨組織愈合，但其性質(zhì)(纖維軟骨或透明軟骨)以及軟骨下肉芽組織(外源性轉(zhuǎn)化細(xì)胞)和軟骨細(xì)胞的作用現(xiàn)在意見尚不一致。Depalma的研究發(fā)現(xiàn)，未成熟狗由軟骨下肉芽組織演變而來的透明軟骨修復(fù)全層軟骨缺損。Campbell認(rèn)為，在修復(fù)早期，膠原纖維的走行與分布與纖維組織相似，重要細(xì)胞與成纖維細(xì)胞類似，大部分膠原為I型膠原，僅有少量的Ⅱ型膠原，三個(gè)月后，則以Ⅱ型膠原為主。所形成的透明軟骨不規(guī)則，并有部分基質(zhì)區(qū)域缺少細(xì)胞，受損部位的組織切片也難以再現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨的層狀區(qū)域性分布。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，修復(fù)組織更似纖維軟骨，并有退行性纖維化傾向。蛋白多糖的丟失可能隨著著透明軟骨逐步向纖維軟骨的轉(zhuǎn)化。成年兔股骨遠(yuǎn)端軟骨內(nèi)骨折復(fù)位不完全或復(fù)位后未加壓，常以纖維軟骨修復(fù)。復(fù)位完全，加壓并行骨折塊間固定，關(guān)節(jié)軟骨表面的修復(fù)組織外觀則與透明軟骨相似。加壓固定可能變化了關(guān)節(jié)面的機(jī)械微環(huán)境，促使透明軟骨的形成，制止干擾淺表透明化的肉芽組織的長(zhǎng)入。在負(fù)重的軟骨能夠統(tǒng)計(jì)到電位，關(guān)節(jié)軟骨及生長(zhǎng)板軟骨顯示電極化，生長(zhǎng)活躍的部位更趨向于陰極。機(jī)械力有可能轉(zhuǎn)化為軟骨細(xì)胞或大分子敏感的生物電。Hall認(rèn)為電磁與生長(zhǎng)、形態(tài)發(fā)生及修復(fù)與再生過程有關(guān)。這也可能是加壓固定后修復(fù)效果較好的因素。在兔子動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，持續(xù)被動(dòng)活動(dòng)增進(jìn)透明軟骨修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨全層缺損，而完全制動(dòng)及間斷性主動(dòng)活動(dòng)對(duì)照組則較差。持續(xù)被動(dòng)活動(dòng)能夠增進(jìn)關(guān)節(jié)內(nèi)自體骨膜游離移植的新生軟骨形成。關(guān)節(jié)制動(dòng)破壞了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的關(guān)節(jié)軟骨，即使制動(dòng)不完全，6周后所產(chǎn)生的軟骨顯微性破壞在6～8月后仍然存在。而堅(jiān)強(qiáng)的固定制動(dòng)30d，即可引發(fā)30d后仍難以逆轉(zhuǎn)的變化。制動(dòng)破壞了基質(zhì)及細(xì)胞所需的正常機(jī)械刺激，也使為軟骨細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)的滑液泵作用失能。第四節(jié)骨組織學(xué)與組織病理學(xué)(一)骨的種類骨可分為密質(zhì)骨和松質(zhì)骨兩種，密質(zhì)骨見于長(zhǎng)骨的骨干和扁平骨的表層，又稱皮質(zhì)骨。為內(nèi)含許多互相連通的小管道及血管神經(jīng)的規(guī)律排列的骨板。松質(zhì)骨是由大量針狀或片狀的骨小梁互相連接而成的多孔網(wǎng)架構(gòu)造，網(wǎng)孔中充滿骨髓。骨小梁普遍順最大應(yīng)力和張力線排列。密質(zhì)骨內(nèi)膠原纖維圍繞血管間隙而呈同心圓排列；松質(zhì)骨內(nèi)膠原纖維與骨小梁的縱軸平行排列。許多膠原纖維穿過板間區(qū)。這種排列無疑會(huì)增加骨對(duì)機(jī)械應(yīng)力的抵抗。在成年人，這兩種骨都含有板層狀構(gòu)造，故稱為板層骨。在胚胎或幼兒，以及在成人某些病理狀態(tài)，可出現(xiàn)編織骨(wovenbone)構(gòu)造。編織骨是由不規(guī)則未機(jī)化的膠原類形和陷窩狀構(gòu)造的骨組織構(gòu)成，其膠原纖維粗短，呈縱橫交錯(cuò)的不規(guī)則排列。編織骨內(nèi)的骨細(xì)胞較圓而大，細(xì)胞數(shù)目也較板層骨多，因而，編織骨比板層骨更處在活躍狀態(tài)。在生長(zhǎng)時(shí)期長(zhǎng)骨的干骺端由編織骨構(gòu)成，普通通過再吸取，最后被板層骨替代。如果在骨骼發(fā)育成熟后，編織骨持續(xù)存在或在成年期出現(xiàn)編織骨，都不是正?，F(xiàn)象。(二)骨組織構(gòu)造骨由不同排列方式的骨板構(gòu)成，骨板自外向內(nèi)可分為骨膜、外環(huán)骨板層(outercircumferentiallamellae)、哈佛系統(tǒng)(Haversiansystem)和內(nèi)環(huán)骨板層(innercircumferentiallamellae)(圖3-6)。1.骨膜：骨膜是由致密結(jié)締組織構(gòu)成的纖維膜，包被在骨表面，稱骨外膜，襯附在骨髓腔面的則稱骨內(nèi)膜。(1)骨外膜：普通可分為兩層：①纖維層：是最外的一層薄而致密，排列不規(guī)則的結(jié)締組織，其中含有某些成纖維細(xì)胞。結(jié)締組織中含有較粗大的膠原纖維束，彼此交錯(cuò)成網(wǎng)狀，有血管和神經(jīng)纖維束從中穿行，沿途有某些分支經(jīng)深層進(jìn)入伏克曼管(Volkmann'scanal)。有些粗大的膠原纖維束向內(nèi)穿進(jìn)骨質(zhì)的外環(huán)層骨板，尚有大的營(yíng)養(yǎng)血管穿過這些纖維進(jìn)入骨內(nèi)。②新生層(cambiumlayer)或成骨層(osteogeniclayer)：為骨外膜的內(nèi)層，重要由多功效的扁平梭形細(xì)胞構(gòu)成，粗大的膠原纖維極少，卻含有較多的彈力纖維，形成一薄層彈力纖維網(wǎng)。內(nèi)層與骨質(zhì)緊密相連，并在構(gòu)造上隨年紀(jì)和機(jī)能活動(dòng)而發(fā)生變化。在胚胎時(shí)期或幼年時(shí)期，骨骼快速生成，內(nèi)層的細(xì)胞數(shù)量較多，甚為活躍，直接參加骨的生成。在成年期，骨外膜內(nèi)層細(xì)胞呈穩(wěn)定狀態(tài)，變?yōu)樗笮?，與結(jié)締組織中的成纖維細(xì)胞很難區(qū)別。當(dāng)骨受損后，這些細(xì)胞又恢復(fù)造骨能力，變?yōu)榈湫偷某晒羌?xì)胞，參加新的骨質(zhì)形成。在骨的生長(zhǎng)久，骨外膜很容易剝離，但成年后的骨膜，與骨附著甚為牢固，不易剝離。(2)骨內(nèi)膜(endosteum)：是一薄層含細(xì)胞的結(jié)締組織，除襯附在骨髓腔面以外，也襯附在哈佛管內(nèi)以及包在松質(zhì)骨的骨小梁表面。骨內(nèi)膜中的細(xì)胞也含有成骨和造血功效。成年后的骨內(nèi)膜細(xì)胞呈不活躍狀態(tài)，若遇有骨損傷時(shí)，可恢復(fù)造骨功效。2.外環(huán)骨板層：表面的骨板圍繞骨干排列，稱為外環(huán)骨板層，由數(shù)層骨板構(gòu)成，其外和骨外膜緊密相連。在外環(huán)骨板層中可見與骨干相垂直的孔道，橫向穿行于骨板層，稱為伏克曼管。通過伏克曼管，營(yíng)養(yǎng)血管進(jìn)入骨內(nèi)，和縱向走行的哈佛管內(nèi)的血管相通。哈佛管經(jīng)伏克曼管使其與骨面和髓腔相通。3.內(nèi)環(huán)骨板層：靠近骨髓腔面也有數(shù)層骨板圍繞骨干排列，稱為內(nèi)環(huán)骨板層。骨板層可因骨髓腔的凹凸面而排列不甚規(guī)則，骨板的最內(nèi)層襯附有骨內(nèi)膜，也可見有垂直穿行的伏克曼管。4.哈佛系統(tǒng)：在內(nèi)外環(huán)骨板層之間是骨干密質(zhì)骨的重要部分，由許多骨單位(osteon)構(gòu)成。骨單位為厚壁的圓筒狀構(gòu)造，與骨干的長(zhǎng)軸呈平行排列，中央有一條細(xì)管稱哈佛管。圍繞哈佛管有5～20層骨板呈同心圓排列，宛如層層套入的管鞘，哈佛管與其周邊的骨板層共同構(gòu)成骨單位，亦稱作哈佛系統(tǒng)。CloptonHavers于1691年最早擬定了密質(zhì)骨構(gòu)造，并把密質(zhì)骨的基本構(gòu)造單位命名為哈佛系統(tǒng)。由于他當(dāng)時(shí)沒有敘述圍繞血管呈同心圓排列的骨板，后來某些作者根據(jù)同心圓排列的骨板，又命名為骨單位。無數(shù)的骨小管(canaliculi)呈放射狀，從哈佛管向骨陷窩走行，使哈佛管與陷窩相通。其功效是使陷窩內(nèi)的骨細(xì)胞經(jīng)骨小管獲得營(yíng)養(yǎng)液，同時(shí)將代謝產(chǎn)物排出。陷窩是扁形或橢圓形構(gòu)造，其內(nèi)壁有無數(shù)小裂隙，與骨小管相通，骨細(xì)胞的許多細(xì)長(zhǎng)的突起，經(jīng)裂隙伸入骨小管內(nèi)。每一骨單位的表面有一層粘合質(zhì)，呈強(qiáng)嗜堿性，含有大量的骨鹽，但膠原極少。在橫斷面的骨磨片上呈折光較強(qiáng)的骨單位輪廓線，稱為粘合線(cementingline)。在骨單位之間，充填著某些不完整的骨單位，形狀不甚規(guī)則，大部分缺少哈佛管，稱為間骨板(interstitiallamellae)，是部分吸取后的骨單位，也是舊有的骨單位遺跡。哈佛管的直徑平均為300μm，大概3～5mm長(zhǎng)，內(nèi)壁襯附一層結(jié)締組織，其中的細(xì)胞成分隨著每一骨單位的活動(dòng)狀態(tài)而各有不同，在新生的骨質(zhì)內(nèi)多為成骨細(xì)胞，被破壞的骨單位則有破骨細(xì)胞。普通的骨單位為梭形細(xì)胞，許多較早期的骨單位，特別是新生兒的皮質(zhì)骨，缺少環(huán)形排列的同心圓骨板層。骨沉積在骨外膜或骨內(nèi)膜溝的表面形成的骨單位，或在松質(zhì)骨格內(nèi)形成的骨單位，稱為原發(fā)性骨單位(primaryosteon)。哈佛管被易變的延長(zhǎng)了的同心圓骨板柱圍繞，僅有幾層骨板。原發(fā)性骨單位常見于幼骨，特別是胚胎骨和嬰兒骨。隨著年紀(jì)增加，原發(fā)性骨單位也對(duì)應(yīng)減少。繼發(fā)性骨單位(secondaryosteon)與原發(fā)性骨單位相似，但是由原發(fā)性骨單位改建后形成。繼發(fā)性骨單位，又稱繼發(fā)性哈佛系統(tǒng)，由于有一粘合線，很容易識(shí)別，并使其與鄰近的礦質(zhì)化組織分開來。哈佛系統(tǒng)是成熟密質(zhì)骨，有成人密質(zhì)骨的明顯特性。在初生時(shí)，僅在人骨的股骨中段出現(xiàn)，后來在全部長(zhǎng)骨逐步形成。即使呈縱向走行，但常有許多分支互相間形成廣泛吻合。哈佛管內(nèi)有小血管，僅有單條的大都為毛細(xì)血管，有時(shí)可見到兩條，為小動(dòng)脈或小靜脈。伏克曼管與哈佛管走向互相垂直，并彼此相通，因此，其中的血管也彼此交通。在哈佛管內(nèi)還可見到細(xì)的神經(jīng)纖維，與血管伴行，大都屬于無髓神經(jīng)纖維，但偶然可見到有髓神經(jīng)纖維。這些神經(jīng)重要由分布在骨外膜的神經(jīng)纖維構(gòu)成，從其粗細(xì)可表明，即含有節(jié)后交感神經(jīng)纖維，也含有細(xì)的無髓痛覺傳入纖維。密質(zhì)骨的骨板厚度普通為5～7mm，但各部位的骨鹽分布并不相似。在內(nèi)外環(huán)骨板和間骨板內(nèi)，骨鹽含量很高，并且在各板層中分布一致。各骨單位的骨鹽沉積程度并不完全相似，在同一骨單位中，各板層骨的骨鹽分布也不一致。新生成骨單位的骨鹽沉積較少，隨著骨的生長(zhǎng)，骨鹽由中央哈佛管附近的骨板逐步向周邊沉積，并且含量不停增多。老的骨單位含有較多的骨鹽沉積。松質(zhì)骨的骨小梁由骨板構(gòu)成，但層次較薄，構(gòu)造簡(jiǎn)樸，普通不顯骨單位，在較厚的骨小梁中，也能看到小而不完整的骨單位。其中血管較細(xì)或缺失，骨板層之間也無血管，骨細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)則依靠骨小梁表面的骨髓腔血供應(yīng)。(三)骨的血液供應(yīng)長(zhǎng)骨的血液供應(yīng)來自三個(gè)方面：①骨端、骨骺和干骺端的血管；②進(jìn)入骨干的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈(常有1～2條)；③骨膜的血管(圖3-7，圖3-8)。進(jìn)入骨干的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈分為兩個(gè)大的分支，即升支和降支，每一支都有許多細(xì)小的分支，大部分直接進(jìn)入皮質(zhì)骨，另某些分支進(jìn)入髓內(nèi)血管竇。升支和降支的終末血管供應(yīng)長(zhǎng)骨兩端的血運(yùn)，并與骨髓和干骺端血管形成吻合。來源于髓內(nèi)營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈的皮質(zhì)小動(dòng)脈，呈放射狀直接進(jìn)入皮質(zhì)骨，或以2～6支小動(dòng)脈為一束的形式進(jìn)入皮質(zhì)骨。在皮質(zhì)骨內(nèi)的小動(dòng)脈，又形成許多分支，某些順骨的長(zhǎng)軸縱向延伸，而另某些呈放射狀走行。這些血管分支，最后在哈佛系統(tǒng)形成毛細(xì)血管(圖3-9)。有某些小動(dòng)脈入皮質(zhì)骨后又穿出皮質(zhì)骨與骨膜的小動(dòng)脈吻合，形成動(dòng)脈網(wǎng)。在髓內(nèi)，某些小動(dòng)脈較短，形成骨髓的毛細(xì)血管，供應(yīng)骨髓血運(yùn)。哈佛管內(nèi)經(jīng)常會(huì)有管壁很薄的兩條血管，一條較細(xì)，而另一條稍粗，表明較細(xì)的一條為動(dòng)脈，而稍粗的一條為靜脈，形成進(jìn)出兩個(gè)方向的血流。這些小血管壁由單層內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成，在少數(shù)狀況下，其中一條血管可顯示小動(dòng)脈的組織學(xué)特性，哈佛管內(nèi)有時(shí)只含一條毛細(xì)血管。1.髓內(nèi)營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng):全部長(zhǎng)骨，都有1～2條營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈經(jīng)營(yíng)養(yǎng)孔進(jìn)入骨內(nèi)，在營(yíng)養(yǎng)孔內(nèi)無分支，同時(shí)隨著有幾條血管壁較薄的小靜脈和有髓神經(jīng)。在髓內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈，不管是上行支還是下行支，是髓內(nèi)重要的血供來源，最少能供應(yīng)皮質(zhì)骨的內(nèi)2/3或更遠(yuǎn)的某些部位。髓內(nèi)營(yíng)養(yǎng)血管以放射狀分布，形成髓內(nèi)和皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管，大概30%的血液流至骨髓的毛細(xì)血管床，70%至皮質(zhì)毛細(xì)血管床。骨髓和皮質(zhì)骨的毛細(xì)血管床互不聯(lián)系，血液回流也是分開的。進(jìn)入骨髓血管竇的小動(dòng)脈，來源于營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈的外側(cè)支，同時(shí)尚有另外某些小動(dòng)脈供應(yīng)皮質(zhì)骨的骨內(nèi)膜。有些學(xué)者認(rèn)為，骨干皮質(zhì)骨的血供，完全由橫向的髓內(nèi)營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈支供應(yīng)。另某些學(xué)者認(rèn)為血運(yùn)是分段供應(yīng)，即營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈的分支供應(yīng)皮質(zhì)骨的內(nèi)側(cè)二分之一或2/3，剩余部分由骨膜血管供應(yīng)。2.靜脈回流：長(zhǎng)骨含有一種較大的中央靜脈竇，接受橫向分布的靜脈管道的血液，這些血液來自骨髓的毛細(xì)血管床(即血管竇)。橫向管道內(nèi)含有進(jìn)入骨內(nèi)膜的小動(dòng)脈。這些靜脈管道可將血液直接引流入中央靜脈竇，也可先引流至大的靜脈分支內(nèi)，然后再匯入中央靜脈竇，中央靜脈竇進(jìn)入骨干營(yíng)養(yǎng)孔，作為營(yíng)養(yǎng)靜脈血引流出骨(圖3-10)。長(zhǎng)骨的靜脈血，重要經(jīng)骨膜靜脈叢回流。僅有5%～10%的靜脈血經(jīng)營(yíng)養(yǎng)靜脈回流。許多靜脈血經(jīng)骨端的干骺端血管回流。骨端血管是骨膜靜脈系統(tǒng)的一部分。從骨膜表面骨干皮質(zhì)骨出現(xiàn)的內(nèi)皮管(endothelialtube)，稱作小靜脈(venule)。盡管近來有人認(rèn)為，皮質(zhì)骨血液極少回流至內(nèi)骨膜靜脈，但體內(nèi)研究表明，毛細(xì)血管離開哈佛管后有分支進(jìn)入骨髓，并進(jìn)入骨髓血管竇。3.血流：骨干皮質(zhì)骨內(nèi)的血流方向與范疇，仍有爭(zhēng)議。一種理論是贊成血液離心性流動(dòng)，認(rèn)為血液先從骨髓營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)入骨內(nèi)膜面，然后流出骨外膜。倘若骨髓營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)中斷，骨外膜系統(tǒng)仍保存，可提供血液供應(yīng)，此時(shí)血流方向變?yōu)橄蛐男粤鲃?dòng)，這種觀點(diǎn)被微動(dòng)脈造影研究證明。骨膜血管的作用尚未完全明了，普通認(rèn)為，骨膜系統(tǒng)的血供重要來自周邊肌肉，供應(yīng)皮質(zhì)骨的外1/3或外側(cè)二分之一血運(yùn)。盡管在解剖學(xué)上，骨膜血管與皮質(zhì)骨血管都來源于骨髓血管，并且互相間有聯(lián)系，但許多學(xué)者仍否認(rèn)骨膜系統(tǒng)的供血多于皮質(zhì)骨最低程度的供血。在皮質(zhì)骨的外側(cè)部分，在哈佛管內(nèi)的許多管壁較薄的小血管仍能看到，與骨膜內(nèi)的小動(dòng)脈是相持續(xù)的。這是證明當(dāng)髓內(nèi)營(yíng)養(yǎng)血管中斷后，骨膜系統(tǒng)的血液流入整個(gè)皮質(zhì)骨的基礎(chǔ)，這是重要的輔助血供來源。長(zhǎng)骨兩端的血供，由周邊小孔進(jìn)入骨骺參加干骺端的血液供應(yīng)。這些小動(dòng)脈分支進(jìn)入骺，形成動(dòng)脈弓，產(chǎn)生一密集的交鎖網(wǎng)狀構(gòu)造。這些小血管進(jìn)入軟骨下區(qū)時(shí)，血管口徑進(jìn)行性變小，形成終末小血管袢。骨干與干骺端小動(dòng)脈和骨髓營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈的終末支形成吻合，供血占整個(gè)骨血運(yùn)的20%～40%。進(jìn)入骨骺的血管有兩種，一種遠(yuǎn)離骨骺，經(jīng)軟組織直接進(jìn)入骨骺，發(fā)生骨骺分離時(shí)此血管因遠(yuǎn)離骨骺，不易發(fā)生損傷。另一種是緊貼骺板邊沿的關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)入，此種血管靠骺太近，因而在骨骺分離時(shí)易遭損傷，引發(fā)骨骺或骺板缺血。發(fā)生缺血者多為關(guān)節(jié)內(nèi)骨骺，例如，股骨頭骨骺，肱骨內(nèi)外髁骨骺和橈骨頭骨骺等。由于進(jìn)入骺板的小動(dòng)脈分支緊靠軟骨下區(qū)(即為軟骨細(xì)胞靜止區(qū))，為軟骨提供營(yíng)養(yǎng)，因此骨骺血供障礙直接影響骺板軟骨細(xì)胞的增殖能力，軟骨基質(zhì)不能鈣化，肥大細(xì)胞堆積不能成骨，影響軟骨內(nèi)成骨的整個(gè)過程。正常骨皮質(zhì)血管內(nèi)的血流，通過一種尚未明確的調(diào)控機(jī)理的調(diào)節(jié)，變化較大。在正常的肢體，全部的血管并非同時(shí)開放發(fā)揮作用，而只是有限的部分血管參加血流的循環(huán)過程，另外某些血管處在“靜止?fàn)顟B(tài)”。在某些狀況下(如對(duì)側(cè)肢體骨折)，大量的血管變?yōu)楣πЩ钴S狀態(tài)，這一點(diǎn)經(jīng)微動(dòng)脈造影可得到證明。如果骨髓和骨膜的血循環(huán)中斷，干骺端血循環(huán)會(huì)增加。如果經(jīng)營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈的循環(huán)和干骺端血管中斷，骨膜血管會(huì)發(fā)生增殖，使骨膜血流量增加，經(jīng)常伴有骨膜新骨的形成。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈的血流中斷時(shí)，大概內(nèi)側(cè)2/3的皮質(zhì)骨缺血壞死，但外側(cè)1/3皮質(zhì)骨仍成活。相反，當(dāng)骨膜被剝離僅與皮質(zhì)骨附著，營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈完好，外側(cè)1/3皮質(zhì)骨發(fā)生缺血壞死，經(jīng)常隨著骨膜新骨的形成，新骨圍繞骨干生長(zhǎng)。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈受壓(如應(yīng)用髓內(nèi)針時(shí))，會(huì)發(fā)生代償性的骨膜血管增殖，使較大范疇的皮質(zhì)骨獲得成活。當(dāng)髓內(nèi)營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈中斷，骨膜從骨干剝離，會(huì)發(fā)生整個(gè)骨干的皮質(zhì)骨壞死。在某些狀況下，肢體較大的周邊靜脈血流會(huì)發(fā)生逆流和迂回至長(zhǎng)骨的髓腔。當(dāng)肢體重要靜脈回流障礙，長(zhǎng)骨髓內(nèi)壓上升。在急性靜脈阻塞的狀況下，靜脈血流逆行流入股骨遠(yuǎn)端干骺端，從而能夠證明側(cè)支靜脈回流經(jīng)骨髓靜脈管道建立。急性和慢性靜脈栓塞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)骨深部鈍性疼痛或局部壓痛等現(xiàn)象，抬高肢體后靜脈血回流，疼痛即可減輕。(四)骨的構(gòu)成成分骨與其它結(jié)締組織基本相似，也由細(xì)胞、纖維和基質(zhì)三種成分構(gòu)成。但骨的最大特點(diǎn)是細(xì)胞基質(zhì)含有大量的鈣鹽沉積，成為很堅(jiān)硬的組織，構(gòu)成身體的骨骼系統(tǒng)。1.細(xì)胞成分(1)成骨細(xì)胞：骨表面被一由成骨前體細(xì)胞形成的包膜所覆蓋，體現(xiàn)為骨外膜、骨內(nèi)膜和哈佛管內(nèi)膜。這些細(xì)胞可分化為成骨細(xì)胞合成骨基質(zhì)(圖3-11)，除合成骨基質(zhì)外，尚有一種引發(fā)骨質(zhì)礦化和調(diào)節(jié)細(xì)胞外液和骨液(bonefluid)間電解質(zhì)流動(dòng)的作用。一種成骨細(xì)胞在3～4d內(nèi)可分泌其三倍體積的基質(zhì)，然后本身埋于其中，即變?yōu)楣羌?xì)胞。成骨細(xì)胞常呈圓形、錐形和立方形，胞漿嗜堿性，嗜堿性與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核酸糖小體有關(guān)。成骨細(xì)胞伸出細(xì)短的突起，與相鄰的細(xì)胞連接，胞核位細(xì)胞的一端，有明顯的核仁，在核仁附近有一淺色區(qū)，高爾基復(fù)合體即在此區(qū)內(nèi)，胞漿內(nèi)有散在的線粒體。電鏡下，活躍的成骨細(xì)胞胞漿基本上由粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)占據(jù)，形成一被核酸糖小體附著的膜狀管，游離核酸糖小體較易觀察。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)正常狀況下包繞高爾基復(fù)合體。嵌在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間的是線粒體，常呈圓形。某些線粒體含有某些小的礦質(zhì)化顆粒，沉積并附著于線粒體嵴外面。這些顆粒有較高濃度的鈣、磷和鎂，還存在其它某些有機(jī)成分。線粒體在細(xì)胞內(nèi)的能量循環(huán)中是氧化加磷氧基作用的部位，其后產(chǎn)生ATP。線粒體的第二個(gè)重要功效是從細(xì)胞漿中去除鈣離子。線粒體的鈣通過和磷的共同沉積，形成線粒體顆粒，使細(xì)胞漿內(nèi)的鈣水平調(diào)節(jié)在10-8～10-7mol/L的正常范疇內(nèi)。骨的細(xì)胞常有大量的線粒體顆粒，可能是激素作用于細(xì)胞膜的成果。例如，甲狀旁腺素(parathyroidhormone，PTH)能引發(fā)進(jìn)入細(xì)胞的鈣增加，并隨之有線粒體顆粒數(shù)目的增加。鄰近基質(zhì)正在礦化的成骨細(xì)胞，其線粒體顆粒增加，而鄰近完全礦化的基質(zhì)區(qū)則較少。被嚴(yán)重破壞的細(xì)胞，顯示出線粒體顆粒聚集而引發(fā)細(xì)胞的鈣化。接受X線照射的靶細(xì)胞能夠鈣化，可能是因細(xì)胞膜破裂后線粒體過多所致。在某些細(xì)胞，鈣是沿著嵴表面沉積，而不是分散在顆粒內(nèi)。成骨細(xì)胞含有合成膠原、粘多糖和糖蛋白的作用，其細(xì)胞內(nèi)合成過程與成纖維細(xì)胞或軟骨細(xì)胞相似。成骨細(xì)胞胞漿內(nèi)富含堿性磷酸酶，因此，血中堿性磷酸酶水平的升高可提示成骨細(xì)胞的活性。在Paget病中，用降鈣素(calcitonin)治療后血堿性磷酸酶水平下降表明治療有效。如果5-核酸磷酸酶或γ-谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶活性水平正常，則血堿性磷酸酶水平的升高可能是成骨細(xì)胞活性所致，而非肝堿性磷酸酶。血堿性磷酸酶水平也常在成骨性腫瘤及轉(zhuǎn)移癌中有所升高。成骨細(xì)胞內(nèi)含有腺苷酸環(huán)化酶(adenylatecyclase)及蛋白激酶系統(tǒng)，而成骨細(xì)胞又是甲狀旁腺素的靶細(xì)胞，因此，這些酶系統(tǒng)有可能代表了甲狀旁腺素的作用方式。甲狀旁腺素與成骨細(xì)胞質(zhì)膜上的受體結(jié)合，增進(jìn)膜上的腺苷酸環(huán)化酶活性，使鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并產(chǎn)生環(huán)化一磷酸腺苷(cyclicadenosinemonophosphate,cAMP)。細(xì)胞內(nèi)cAMP及鈣離子水平的升高激發(fā)成骨細(xì)胞進(jìn)一步的代謝活動(dòng)。前列腺素E系列也可通過與成骨細(xì)胞樣細(xì)胞的特異性結(jié)合而刺激cAMP的形成而影響成骨細(xì)胞功效。酸性肽鈣調(diào)蛋白(calmodulin)有四個(gè)鈣離子結(jié)合域，廣泛存在于哺乳類動(dòng)物的多個(gè)細(xì)胞內(nèi)，分子量約為1700U，對(duì)酸及熱穩(wěn)定，可調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞內(nèi)的磷酸二酯酶、腺苷酸環(huán)化酶及部分膜激酶等許多酶的活性。(2)骨細(xì)胞：骨細(xì)胞是骨組織的重要細(xì)胞，包埋在堅(jiān)硬的細(xì)胞基質(zhì)腔隙中，此腔隙稱作骨陷窩。骨細(xì)胞的胞體呈扁卵圓形，有許多細(xì)長(zhǎng)的突起。這些細(xì)長(zhǎng)的突起伸進(jìn)骨陷窩周邊的小管內(nèi)，此小管又稱作骨小管。突出物能使骨細(xì)胞保持在通道的骨內(nèi)，便于骨與血液之間交換離子和營(yíng)養(yǎng)。骨細(xì)胞胞核大都為卵圓形，著色略深，胞漿稍呈嗜堿性。Belanger發(fā)現(xiàn)骨細(xì)胞含有釋放檸檬酸、乳酸、膠原酶和溶解酶的作用。溶解酶會(huì)引發(fā)骨細(xì)胞周邊的骨蝕損(erosion)或吸取，他把這種現(xiàn)象稱之為骨細(xì)胞性骨溶解(osteocyticosteolysis)。有些學(xué)者認(rèn)為，骨細(xì)胞對(duì)骨吸取和骨形成都起作用。由于骨細(xì)胞是由成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來，故新形成的骨細(xì)胞有許多活躍的成骨細(xì)胞特性，即含有豐富的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，大的高爾基復(fù)合體，許多線粒體以及細(xì)胞體積較大和含有許多染色質(zhì)的核。這種新形成的骨細(xì)胞容易認(rèn)出，由于附在成骨細(xì)胞表面，普通在三面已完全礦質(zhì)化的基質(zhì)包裹期看到，而另一側(cè)被密集的膠原包圍，使新形成的結(jié)晶體分散沉積在基質(zhì)中。骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞同樣，在甲狀旁腺素和降鈣素作用下，能變化電解質(zhì)濃度，表明這些細(xì)胞有這類激素的受體。(3)破骨細(xì)胞：破骨細(xì)胞由多核巨細(xì)胞(multinucleargiantcell,MNGC)構(gòu)成，直徑100μm，含有2～50個(gè)核，重要分布在骨質(zhì)表面、骨內(nèi)血管通道周邊。破骨細(xì)胞的數(shù)量較少，它是由多個(gè)單核細(xì)胞融合而成的，胞漿嗜堿性但隨著細(xì)胞的老化，漸變?yōu)槭人嵝?。破骨?xì)胞含有特殊的吸取功效，某些局部炎癥病灶吸取中，巨噬細(xì)胞也參加骨吸取過程。在破骨細(xì)胞吸取骨基質(zhì)的有機(jī)物和礦質(zhì)的過程中，造成基質(zhì)表面不規(guī)則，形成近似細(xì)胞形狀的陷窩，稱為Howship陷窩。在陷窩內(nèi)對(duì)著骨質(zhì)的一面，細(xì)胞伸出許多毛樣突起，很象上皮細(xì)胞表面的縱紋緣和刷毛緣。電鏡下，貼近骨質(zhì)的一側(cè)有許多不規(guī)則的微絨毛，即細(xì)胞突起，稱為皺褶緣(ruffledborder)。在皺褶緣區(qū)的周緣有一環(huán)形的胞質(zhì)區(qū)，含多量微絲，但缺少其它細(xì)胞器，稱為亮區(qū)(clearzone)，此處的細(xì)胞膜平整并緊貼在骨質(zhì)的表面。亮區(qū)猶如一道以胞質(zhì)構(gòu)成的圍墻，將所包圍的區(qū)域形成一種微環(huán)境。破骨細(xì)胞向局部釋放乳酸及檸檬酸等，在酸性條件下，骨內(nèi)無機(jī)礦物質(zhì)自皺褶緣吞飲，于皺褶緣基質(zhì)內(nèi)形成某些吞飲泡或吞噬泡。于破骨細(xì)胞內(nèi)，無機(jī)質(zhì)被降解，以鈣離子的形式排入血流中。無機(jī)質(zhì)的丟失使骨基質(zhì)內(nèi)的膠原纖維裸露，破骨細(xì)胞分泌多個(gè)溶酶體酶，特別是組織蛋白酶B和膠原溶解組織蛋白酶。破骨細(xì)胞離開骨表面后，其皺褶緣消失，細(xì)胞內(nèi)發(fā)生變化，進(jìn)入靜止期。血中的單核細(xì)胞或組織中的吞噬細(xì)胞不能轉(zhuǎn)變成破骨細(xì)胞，由于全部這些細(xì)胞僅含有成熟的、不能分裂的、晚期的單核吞噬細(xì)胞，只有早期未成熟的增殖性單核吞噬細(xì)胞才是破骨細(xì)胞的前體。2.骨基質(zhì)：破骨細(xì)胞吸取骨產(chǎn)生吸取隧腔，隨即被成骨細(xì)胞分泌的基質(zhì)充填閉合。成人骨無機(jī)成分約占2/3，有機(jī)成分僅占1/3，膠原占有機(jī)物90%，非膠原占10%。(1)膠原：是一種結(jié)晶纖維蛋白原，被包埋在含有鈣鹽的基質(zhì)中。若用弱酸或絡(luò)合劑乙烯四醋酸等溶液浸泡后，溶去基質(zhì)中的無機(jī)成分，骨質(zhì)因失去堅(jiān)硬性而變?yōu)槿犴g可屈，同時(shí)膠原也被顯示出來。含有典型的X線衍射像和電鏡圖像，并有640A軸性周期。膠原的分子構(gòu)造為三條多肽鏈。每一條鏈含有一千多個(gè)氨基酸，分子量為95KU。這三條肽鏈交錯(cuò)呈繩狀，故又稱三聯(lián)螺旋構(gòu)造。其特點(diǎn)有一群氨基酸，如丙氨酸、亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸等，其總氮量為18.45%，而甘氨酸、脯氨酸和羥脯氨酸構(gòu)成膠原總量的60%。膠原分子合成是在成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞和成軟骨細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)還合成和分泌某些非膠原性基質(zhì)。膠原在生理狀態(tài)下，是不可溶性結(jié)晶樣物質(zhì)?？扇苄阅z原是未交聯(lián)的膠原類型，在生理狀態(tài)下是固體，但能用冷氯化鈉液和冷的稀釋酸溶解，這種溶液貯藏在pH7和37℃的條件下，能形成由微原纖維構(gòu)成的乳白色膠。膠原的功效是使多個(gè)組織和器官含有強(qiáng)度構(gòu)造完整性。1mm直徑的膠原承受10～40kg的力。骨質(zhì)含的膠原為I型膠原。膠原細(xì)纖維普遍呈平行排列，但也分支，交互連接成錯(cuò)綜的網(wǎng)狀構(gòu)造。膠原細(xì)纖維的直徑和其它種類有很大不同，但普通說，隨年紀(jì)增加，直徑逐步增粗，顯得更密集。(2)非膠原蛋白：非膠原蛋白普通約占類骨質(zhì)(osteoid)的20%。隨著骨的成熟和鈣化，比例逐步下降，約為6%?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)有多個(gè)對(duì)于骨的生長(zhǎng)、再生、發(fā)育等有重要作用的蛋白質(zhì)，如骨粘連素(osteonectin)、纖維粘連素、骨鈣素等。骨粘連素分子量大小約32KU，系磷酸糖蛋白，與軟骨內(nèi)成骨過程中軟骨鈣化區(qū)內(nèi)新骨基質(zhì)的形成以及膜內(nèi)成骨過程中新骨核的形成有關(guān)。與骨磷灰石有強(qiáng)的親和力，促使游離鈣離子與I型膠原結(jié)合。但纖維粘連素可竟?fàn)幮钥酥乒钦尺B素促鈣離子結(jié)合I型膠原的作用。纖維粘連素分子量約為220KU，含有兩個(gè)由二硫鍵連接的亞單位，含有能與膠原、肝素和細(xì)胞表面結(jié)合的位點(diǎn)。在生長(zhǎng)過程中的骨中，骨粘連素的含量遠(yuǎn)較纖維粘連素的為多。2/3的骨鈣素與磷灰石結(jié)合緊密，難以分離。骨鈣素屬于γ-羧谷氨酸包含蛋白類(gamma-carboxyglutamic-acid-containingproteins,GLAproteins)，此蛋白類為維生素K依賴性。骨鈣素又稱骨γ-羧谷氨酸包含蛋白(bonegamma-carboxyglutamic-acid-containingproteins,BGP)。該蛋白在骨礦化峰期之后才出現(xiàn)積聚。使用維生素K拮抗劑，可使此蛋白在骨中的含量減少，但并不影響其脯氨酸的含量，也不影響骨的機(jī)械強(qiáng)度。(3)蛋白多糖類：礦化骨組織所含的蛋白多糖量極少，約占骨有機(jī)物的4%～5%，其化學(xué)構(gòu)造及免疫學(xué)特性皆與其它組織內(nèi)的蛋白多糖有明顯之不同。其分子量大概為120KU，其分子的25%為蛋白質(zhì)。蛋白多糖類可能克制骨羥基磷灰石晶體的沉積，因此，在正在鈣化的組織中，蛋白多糖的變化有可能加緊組織的礦化。有資料表明，蛋白多糖聚合體克制骨骺生長(zhǎng)板鈣化過程中羥基磷灰石生長(zhǎng)沉積的效應(yīng)高于單體，蛋白多糖單體的克制效應(yīng)強(qiáng)于糖胺多糖鏈。Buckwalter的研究表明，正在鈣化的軟骨內(nèi)，蛋白多糖的構(gòu)造和大小均發(fā)生了變化。(4)脂質(zhì)：脂質(zhì)約占骨有機(jī)基質(zhì)的7%～14%，重要分布于細(xì)胞外基質(zhì)泡的膜上和細(xì)胞膜上，細(xì)胞內(nèi)構(gòu)造以及細(xì)胞外的沉積也有脂質(zhì)的存在，重要為游離脂肪酸、磷脂類和膽固醇等。酸性磷酸脂與磷酸鈣結(jié)合形成復(fù)合體，參加骨的鈣化過程?？赦}化的脂蛋白在骨骺軟骨開始鈣化時(shí)含量最高。(5)無機(jī)物：骨基質(zhì)中的無機(jī)物普通稱為骨鹽，在電鏡下呈細(xì)針狀結(jié)晶。這些骨鹽結(jié)晶大都沉積在膠原纖維中。結(jié)晶銜接成鏈，并沿纖維長(zhǎng)軸呈平行排列，其排列方向顯示出很強(qiáng)的抗壓力效能。無機(jī)物占干重量骨的65%～75%，其中95%是固體鈣和磷。鈣磷固體是一種結(jié)晶度很差的羥基磷灰石。人骨僅有0.50%的鈣是能夠交換的。骨質(zhì)中次要的礦物質(zhì)是鎂、鈉、鉀和某些微量元素，涉及鋅、錳、氟化物和鉬。(五)骨的改建在骨生成的過程中，隨著骨的增加增粗，每個(gè)骨的形狀需要通過不停改建才干與身體的生長(zhǎng)和體型相適應(yīng)。最初形成的原始骨小梁，纖維排列較亂，含骨細(xì)胞較多，支持性能較差，通過多次改建后才含有整潔的骨板，骨單位也增多，骨小梁根據(jù)張力和應(yīng)力排列，以適應(yīng)機(jī)體的運(yùn)動(dòng)和負(fù)重。骨單位是長(zhǎng)骨的重要支持性構(gòu)造，它在1歲后才開始出現(xiàn)，此后不停增多和改建，增強(qiáng)長(zhǎng)骨的支持力。骨單位的形成是由一端開始，向另一端進(jìn)展。先由破骨細(xì)胞分解吸取陳舊骨質(zhì)，形成一錐形隧道，在隧道最寬處出現(xiàn)一轉(zhuǎn)變區(qū)(reversalzone)，此處破骨細(xì)胞消失，成骨細(xì)胞前體形成成骨細(xì)胞，開始形成粘合線并分泌類骨質(zhì)，鈣化形成骨板。骨板由外向內(nèi)逐級(jí)增加，使隧道縮小形成中央管。骨單位形成后，中央管內(nèi)則無成骨細(xì)胞，僅襯有一層扁平的成骨細(xì)胞前體。這樣，新的骨單位不停形成，舊的骨單位不停被分解吸取，與此同時(shí)，環(huán)骨板也不停地改建，間骨板則是陳舊骨的殘存。人一生中骨的改建是始終進(jìn)行的，幼年時(shí)骨的生成速率不不大于吸取，成年人漸趨于平衡，老年人則骨質(zhì)的吸取速率往往不不大于生成，使骨質(zhì)變得疏松，結(jié)實(shí)性與支持力也削弱。二、骨的組織病理學(xué)(HistopathologyofBone)(一)骨前體細(xì)胞在胎兒期和出生后，全部的結(jié)締組織細(xì)胞均來源于一種未分化的，高度增殖的間充質(zhì)細(xì)胞?，F(xiàn)已證明，一生之中，未分化的間充質(zhì)細(xì)胞廣泛存在于循環(huán)血液、造血組織、全部結(jié)締組織內(nèi)血管通道周邊，這些間充質(zhì)細(xì)胞可經(jīng)誘導(dǎo)作用而生成骨、軟骨、纖維組織或血。它們的普遍分布構(gòu)成一多能細(xì)胞庫。由這些未分化的間充質(zhì)細(xì)胞生成骨只是一種臨時(shí)的過程，它需要持續(xù)不停的骨誘導(dǎo)作用，一旦這種誘導(dǎo)因素去除，骨生成亦即停止。未分化間充質(zhì)細(xì)胞的形態(tài)學(xué)體現(xiàn)尚不明了，常被描述為細(xì)胞核色淡，呈囊泡狀、卵圓形或梭形、而細(xì)胞質(zhì)并不明顯的細(xì)胞。但事實(shí)上，其形態(tài)不一。盡管其形態(tài)無定形，但通過放射性同位素?fù)饺?、組織化學(xué)研究及誘導(dǎo)因子的作用證明了間充質(zhì)細(xì)胞的存在。單純從形態(tài)學(xué)角度鑒別間充質(zhì)細(xì)胞向特定細(xì)胞(如骨前體細(xì)胞)的轉(zhuǎn)變是非常困難的。這些分裂細(xì)胞群常位于骨表面，由于它們即是成骨細(xì)胞的前體，也是破骨細(xì)胞的前體，因此稱為骨前體細(xì)胞。機(jī)體內(nèi)存在有兩種類型的成骨前體細(xì)胞能夠形成新骨。一種重要存在于骨髓，不需誘導(dǎo)因子的作用，即可本身分化，形成成骨細(xì)胞而成骨，稱之為定向成骨前體細(xì)胞(determinedosteogenicprecursorcells，DOPC)；另一類為廣泛分布的未分化間充質(zhì)細(xì)胞，需要骨誘導(dǎo)因子的參加，才干轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞而成骨，稱之為可誘導(dǎo)的成骨前體細(xì)胞(inducibleosteogenicprecursorcells,IOPC)。骨移植中最慣用本身紅骨髓以增進(jìn)骨愈合，重要是由于其內(nèi)含有豐富的定向成骨前體細(xì)胞。成骨前體細(xì)胞理論認(rèn)為：在全部的結(jié)締組織內(nèi)均存在有間充質(zhì)細(xì)胞樣干細(xì)胞，在多個(gè)不同因素的作用下，有可能經(jīng)誘導(dǎo)作用而快速增殖分化為含有特定功效的細(xì)胞。一旦這些特定功效的細(xì)胞在特定的時(shí)間內(nèi)完畢其使命后，它們即通過自溶、或者轉(zhuǎn)化為其它細(xì)胞、或回返其原間充質(zhì)細(xì)胞狀態(tài)而消失。如果成骨過程必須持續(xù)進(jìn)行，則新的間充質(zhì)細(xì)胞不停增殖、分化，以補(bǔ)充成骨細(xì)胞。對(duì)于骨來說，該理論是骨改建、骨折修復(fù)、壞死骨的吸取和替代過程的基礎(chǔ)。骨修復(fù)不僅依賴于成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)代謝活動(dòng)，也依賴于各自前體細(xì)胞內(nèi)的代謝活動(dòng)，由于已分化完善并含有特定功效的細(xì)胞再分裂的能力極少或沒有，而骨吸取和骨形成過程需要由原始結(jié)締組織細(xì)胞不間斷的補(bǔ)充破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞。有研究表明，已分化的骨髓血竇內(nèi)壁的網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、有核紅細(xì)胞(nucleatederythrocytes)和組織細(xì)胞(histiocytes)能夠轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞。這些形態(tài)學(xué)變化能夠通過電刺激及誘導(dǎo)因子而實(shí)現(xiàn)。這些觀察與干細(xì)胞理論相一致，由于干細(xì)胞可能是間充質(zhì)細(xì)胞向高度特異的骨細(xì)胞分化過程中的中間態(tài)，或者這些原始的結(jié)締組織細(xì)胞可經(jīng)誘導(dǎo)而在分化為成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之前返回其間充質(zhì)狀態(tài)。(二)骨生成的影響因素1.壓力：肌肉組織產(chǎn)生的生理程度內(nèi)的壓力刺激可增強(qiáng)骨的生成，壓力過高則使骨生成延緩及骨壞死。沒有壓力則使其刺激作用喪失，但并不妨礙骨生成。即使在感染條件下壓力仍可刺激骨的生成。當(dāng)骨受到壓應(yīng)力后，骨小梁沿壓應(yīng)力軸線發(fā)育以適應(yīng)應(yīng)力的分布(Wolff定律)。與長(zhǎng)骨軸線垂直的力使骨吸取，沿長(zhǎng)骨軸線的力增進(jìn)骨生成。2.循環(huán)：骨生成需要血液循環(huán)，但瘀血可造成骨生成減少，骨質(zhì)脫鈣和骨質(zhì)疏松。骨質(zhì)缺血可造成骨壞死。一旦骨壞死出現(xiàn)，壞死骨的密度較其周邊因瘀血而脫鈣的骨質(zhì)的密度為高3.廢用性及制動(dòng)：當(dāng)機(jī)體制動(dòng)或廢用后，骨生成減少，制動(dòng)部分的全部骨質(zhì)疏松，重要因素是血流瘀滯和肌力的喪失。4.炎癥：創(chuàng)傷或感染可引發(fā)反映性充血，進(jìn)而影響鈣鹽的降解。粒細(xì)胞蛋白溶解酶使基質(zhì)降解，干擾類骨質(zhì)的形成。5.神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)障礙(Sudeck萎縮；反射性交感神經(jīng)性營(yíng)養(yǎng)障礙)：創(chuàng)傷后，反射性血管擴(kuò)張可影響創(chuàng)傷區(qū)域局部或甚至延至整個(gè)肢體。受累部位血流瘀滯，膚色青紫，皮溫減少，由于瘀血后局部酸中毒而出現(xiàn)斑點(diǎn)狀溶骨變化和局部氧張力的下降。6.牽引：牽引延緩骨生成，例如：骨折斷端的牽引可減少骨痂的生成，延遲骨愈合連接。7.剪應(yīng)力：骨折后，當(dāng)骨折對(duì)側(cè)端處在剪應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，骨生成減少，而重要形成纖維組織和軟骨。8.骨膜：對(duì)于骨生成來說，即使骨膜的包裹并非絕對(duì)需要，但卻非常重要，如肋骨去骨膜后即不能再生。骨膜移植可形成新骨，骨膜破壞則延緩骨生成。當(dāng)骨膜被腫瘤等撐離骨表面后，骨膜下可形成一層新骨。9.局部骨質(zhì)無缺損：局部骨的存在，不管是帶血運(yùn)的活骨組織，還是無血循的移植骨，均可刺激骨生成。骨中存在骨誘導(dǎo)蛋白(osteo-inductiveprotein)隨著死骨的吸取可誘導(dǎo)新骨的形成。骨折纖維連接時(shí)，于骨折斷端假關(guān)節(jié)兩側(cè)植骨，即可促使纖維組織內(nèi)骨化，增進(jìn)骨愈合。10.生長(zhǎng)激素：生長(zhǎng)激素可增加骨的生成，即使骨外膜和皮質(zhì)內(nèi)成骨也有增加，但重要以骨內(nèi)膜成骨。骨生成與骨吸取的速度都有增加，但生成不不大于吸取，因此凈骨含量增加。11.生長(zhǎng)因子：組織損傷后局部釋放多個(gè)生長(zhǎng)因子，參加骨質(zhì)形成的增進(jìn)和調(diào)節(jié)，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforminggrowthfactor,TGF)、骨誘導(dǎo)蛋白、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblastgrowthfactor,FGF)、血小板衍生性生長(zhǎng)因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin-likegrowthfactor,IGF)等。12.生物電：水化的活骨外部應(yīng)用弱電流可影響間充質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞前體的轉(zhuǎn)化，在負(fù)電極周邊增進(jìn)骨形成。三、骨礦化的影響因素(FactorsInfluencingBoneMineralization)(一)膠原的組織分布偏振光下，膠原板呈持續(xù)的黑白相間層狀排列，當(dāng)膠原纖維未能按此方式排列時(shí)，如在編織骨中，就沒有這種板狀雙折射現(xiàn)象。由于最后是膠原纖維發(fā)生礦化，因此，整個(gè)骨質(zhì)成熟過程首先是由成骨細(xì)胞在特定的條件下合成分泌膠原來啟動(dòng)的。四環(huán)素是骨礦化的良好標(biāo)記物，對(duì)不脫鈣骨切片的熒光染色可清晰地顯示新生骨的礦化緣。(二)線粒體的作用骨基質(zhì)鈣化的調(diào)節(jié)尚未完全理解。線粒體通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP提供能量。正在鈣化的基質(zhì)內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)線粒體可聚和鈣與磷。在鈣化前的生長(zhǎng)板中，軟骨細(xì)胞內(nèi)的線粒體富含鈣和磷，而肥大軟骨細(xì)胞內(nèi)線粒體的鈣磷丟失，使細(xì)胞外基質(zhì)中出現(xiàn)礦鹽沉積(動(dòng)物缺鈣患佝僂病時(shí)除外)。(三)基質(zhì)泡的作用在骨礦化過程中，基質(zhì)泡比較常見，且與礦化有關(guān)。當(dāng)未成熟骨或編織骨并有大量類骨質(zhì)時(shí)，在軟骨內(nèi)成骨中即可見基質(zhì)泡的存在。但當(dāng)已有大量礦鹽晶體存在的板層骨礦化一開始，基質(zhì)泡似乎并非其所必需，有可能會(huì)消失。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)基質(zhì)泡是由軟骨細(xì)胞芽生形成的?；|(zhì)泡內(nèi)富含磷酸酶，基質(zhì)泡膜上含有酸性磷酸脂。(四)骨誘導(dǎo)基質(zhì)蛋白的作用纖維粘連素與膠原有高度的親和力。普通認(rèn)為，通過化學(xué)趨化作用，纖維粘連素誘使成骨前體細(xì)胞趨移和附著，此為骨誘導(dǎo)的第一步。現(xiàn)已通過化學(xué)辦法從骨基質(zhì)中提取了一種能夠誘導(dǎo)軟組織成骨的蛋白質(zhì)，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bonemorphogeneticprotein,BMP)。通過基因工程技術(shù)，已獲得了基因重組體現(xiàn)的重組人BMP(recombinanthumanBMP,rhBMP)。骨鈣素和骨粘連素的作用前已述及。在生長(zhǎng)板軟骨內(nèi)還發(fā)現(xiàn)有一種鈣結(jié)合蛋白—軟骨鈣素(chondrocalcin)，與羥基磷灰石有強(qiáng)親和力。它存在于骨骺軟骨的增殖成熟區(qū)和上部肥大鈣化區(qū)內(nèi)的軟骨細(xì)胞胞內(nèi)空泡中，下部肥大鈣化區(qū)的軟骨細(xì)胞內(nèi)則無，而存在于胞外基質(zhì)中，可能系軟骨細(xì)胞釋放所致。基質(zhì)泡的位置與軟骨鈣素濃集之位置沒有明顯的形態(tài)學(xué)關(guān)系。軟骨細(xì)胞能夠誘導(dǎo)軟骨基質(zhì)鈣化。異體移植培養(yǎng)的生長(zhǎng)板軟骨細(xì)胞能夠異位誘導(dǎo)軟骨內(nèi)成骨。合成分泌軟骨鈣素為骺軟骨細(xì)胞所特有，由于關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞無此誘導(dǎo)活性。(五)骨礦化的機(jī)理骨的礦鹽重要由鈣和磷構(gòu)成，也含有相稱數(shù)量的碳酸鹽，含有晶體化程度差的羥基磷灰石的X線構(gòu)造特性。骨鹽晶體非常小，為化學(xué)反映提供更大的交互面積，同時(shí)，也是機(jī)體大的鈣離子和鎂離子庫(機(jī)體約2/3的鎂離子存在于骨骼中)。更重要的是隨著組織的老化、動(dòng)物種類的不同或者礦鹽本身的老化，骨礦鹽X線衍射方式也發(fā)生進(jìn)行性變化。在生長(zhǎng)板的軟骨內(nèi)成骨過程中，有證據(jù)表明，骨礦化過程呈多相性，組織內(nèi)各部分的啟動(dòng)機(jī)理不盡相似，但礦鹽晶核過程(nucleation)的物理化學(xué)過程卻完全相似。軟骨基質(zhì)含Ⅱ型膠原，而骨基質(zhì)含I型膠原，通過氨基酸組織化學(xué)染色研究軟骨內(nèi)成骨過程中這種膠原類型發(fā)生變化的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)細(xì)胞(可能是侵入的成骨細(xì)胞)于侵蝕的軟骨表面分泌I型膠原，逐步地，于肥大軟骨細(xì)胞周邊基質(zhì)內(nèi)，與Ⅱ型膠原一并出現(xiàn)，闡明，隨著軟骨細(xì)胞的退變，軟骨細(xì)胞轉(zhuǎn)向開始合成I型膠原，為形成類骨質(zhì)做準(zhǔn)備。Glimcher認(rèn)為，在基質(zhì)泡和線粒體內(nèi)所見的固相磷酸鈣顆粒并不能對(duì)較遠(yuǎn)部分例如膠原纖維，產(chǎn)生直接的物理作用。在以不同方式鈣化的不同區(qū)域內(nèi)，基質(zhì)泡并不存在。認(rèn)為基質(zhì)泡啟動(dòng)晶核過程后，隨之通過二級(jí)晶核過程(secondarynucleation)而進(jìn)入膠原纖維的孔洞區(qū)，但該理論似乎又不能完全成立，由于在膠原纖維礦化前，大多數(shù)狀況下，膠原原纖維間隙一開始并不是由固相的磷酸鈣充填。Glimcher認(rèn)為礦化早期的明顯特性是在膠原纖維間尚無礦鹽時(shí)，起始晶體即沉積于膠原纖維的孔洞區(qū)。推測(cè)開始時(shí)，液相磷酸鈣在膠原纖維內(nèi)可形成晶體，但在膠原纖維間的細(xì)胞外液中不能形成晶體。該假說認(rèn)為，骨內(nèi)膠原纖維的構(gòu)型是多相性晶核過程的催化劑，并是早期膠原原纖維孔洞區(qū)內(nèi)固相磷酸鈣顆粒形成的重要因素。骨膠原基質(zhì)提取物的骨誘導(dǎo)特性也支持上述假說。膠原原纖維內(nèi)存在有特殊的晶核集結(jié)部位可能是膠原原纖維對(duì)晶核過程含有強(qiáng)催化作用的重要因素。因此，Glimcher認(rèn)為，線粒體、基質(zhì)泡、膠原以及其它構(gòu)成成分的鈣化是互相獨(dú)立的物理化學(xué)過程。每一區(qū)域內(nèi)有機(jī)大分子的特定排列分布提供了由液相磷酸鈣形成骨固相磷酸鈣的對(duì)的環(huán)境。這些分子的變化受增進(jìn)因素以及克制酶系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。四環(huán)素對(duì)類骨質(zhì)礦化區(qū)的親和性已為人所共知。四環(huán)素還可通過克制組織膠原酶活性克制過分膠原溶解活性介導(dǎo)的結(jié)締組織的降解。成骨細(xì)胞合成的磷酸蛋白將骨鹽連接于骨有機(jī)基質(zhì)。在膠原纖維孔洞區(qū)周邊的特定部位，磷酸蛋白通過磷酸絲氨酸和磷酸蘇氨酸間的磷酸一酯鍵將礦鹽與有機(jī)物相連接。在礦化早期，絲氨酸和蘇氨酸濃度最高，隨著礦化的進(jìn)行，兩者濃度也減少。這闡明，上述機(jī)理論述了首批礦鹽顆粒集結(jié)的過程，而進(jìn)一步的礦化則由二級(jí)晶核過程完畢。四骨的代謝（BoneMetabolism）（一）鈣身體內(nèi)９９％的鈣貯存于骨中，１％的骨鈣為可交換鈣，其它骨鈣的交換則需要某些細(xì)胞（如破骨細(xì)胞）、旁分泌（如破骨細(xì)胞刺激因子）、或內(nèi)分泌（如甲狀旁腺素）因素的共同參加。細(xì)胞外鈣濃度的調(diào)控非常重要，肌肉細(xì)胞膜的興奮性與下述公式之值成正比：(HCO3-)(HPO4-)/(Ca++Ｍg++)(H-)根據(jù)上述公式，細(xì)胞外液中鈣濃度的減少可引發(fā)肌肉強(qiáng)直，這即是Chvostek征的基礎(chǔ)，即敲擊刺激咬肌可引發(fā)咬肌痙攣，同時(shí)有可能合并出現(xiàn)手足的抽搐，低鈣血癥的治療是適宜的補(bǔ)鈣。過量的攝入維生素Ｄ以及口服鈣劑可造成高鈣血癥，如果血鈣含量超出400mg/L則會(huì)很快危及生命。治療急性高鈣血癥的方法重要涉及再水化和使用速尿。高鈣血癥的癥狀可有精神抑郁、嗜睡以及精神病發(fā)作，肌張力下降，肌力減少，并出現(xiàn)心律不齊，腦電圖和心電圖統(tǒng)計(jì)也發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化。鑒別診療涉及骨惡性腫瘤、原發(fā)性甲狀旁腺功效亢進(jìn)、維生素Ｄ中毒以及類肉瘤病(sarcoidosis)，也應(yīng)注意少有的遺傳性高鈣血癥。血鈣的存在方式有三種：４８％為游離鈣離子；４６％為與血漿蛋白，重要是白蛋白結(jié)合的鈣離子，剩余部分鈣則與檸檬酸鹽和磷酸鹽形成復(fù)合物。根據(jù)上述公式可見，即使血鈣正常，pH值偏堿，如過分通氣所致，也可產(chǎn)生低鈣血癥的生理效應(yīng)。其它某些因素涉及醫(yī)原性甲狀旁腺功效減退、假性甲狀旁腺功效減退、吸取障礙綜合征（malabsorptionsyndromes）及維生素Ｄ缺少。鈣吸取經(jīng)由腸上皮細(xì)胞的刷狀緣通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)完畢。該過程受1，25-二羥基維生素D3調(diào)節(jié)。在粘膜細(xì)胞的腸腔面，鈣吸取進(jìn)入細(xì)胞受刷狀緣內(nèi)1,25-二羥基維生素D3依賴的鈣載體介導(dǎo)。1，25-二羥基維生素D3增進(jìn)鈣由粘膜細(xì)胞進(jìn)入血液。通過刺激α-腎上腺素能受體（如使用腎上腺素）可增加鈣運(yùn)輸所必需的ＡＴＰ酶。當(dāng)血鈣水平下降后來，腎臟增加1,25-二羥基維生素D3的產(chǎn)量；血鈣水平升高后，由腎臟產(chǎn)生的1,25-二羥基維生素D3含量下降，由此來調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)鈣的吸取。鈣也可通過鈣調(diào)蛋白依賴的鈣轉(zhuǎn)運(yùn)ＡＴＰ酶由腸壁細(xì)胞分泌入腸腔內(nèi)，繼而又被其它腸壁細(xì)胞再吸取。某些鈣也可經(jīng)被動(dòng)擴(kuò)散以及與某些物質(zhì)結(jié)合形成不溶性化合物而被吸取。磷酸鹽有可能減少飲食中鈣的吸取。飲食中鈣的嚴(yán)重缺少或者腸吸取障礙均可造成骨骼礦化缺點(diǎn)（骨軟化）。鈣吸取個(gè)體差別較大，且在老年人，往往低于正常。幾乎全部的濾過鈣在腎臟內(nèi)重吸取，近端腎小管內(nèi)完畢６０％的鈣重吸取，其它的由遠(yuǎn)側(cè)腎小管重吸取并受甲狀旁腺素的調(diào)節(jié)（圖3-12）。（二）磷血磷含量普通為24～44mg/L，大多數(shù)為可擴(kuò)散形式，只有１２％的磷與蛋白結(jié)合。磷不僅在重要細(xì)胞酶系統(tǒng)和分子間交互作用中發(fā)揮作用，并且也是骨礦物的構(gòu)成成分。因此并不奇怪，身體總磷含量為500～800g，85%～90%的磷都在骨骼內(nèi)。鈣、磷離子的運(yùn)動(dòng)往往有關(guān)聯(lián)。磷酸鹽是腸吸取過程中，正常隨著鈣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的陰離子，但推測(cè)存在有一種依賴維生素Ｄ的獨(dú)立的磷吸取系統(tǒng)。經(jīng)腸吸取的磷與飲食中的磷含量呈線性比例關(guān)系。經(jīng)腎小球?yàn)V過的磷只有１０％排入尿液，其它的被重吸取。有兩種吸取機(jī)理：①腎單位的近側(cè)腎小管通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的主動(dòng)重吸取。使用甲狀旁腺素克制后，可引發(fā)磷酸鹽尿；②此路過與甲狀旁腺功效無明顯關(guān)系，當(dāng)血中無機(jī)磷水平升高后，腎小管減少磷的重吸取，但這并不是簡(jiǎn)樸的依賴于腎小球?yàn)V過的磷含量的變化。血磷水平與腎轉(zhuǎn)化25-羥基維生素D3為高活性的1,25-二羥基維生素D3的羥基化酶之間存在有反饋調(diào)節(jié)機(jī)理（圖3-12）。高血磷水平可克制此酶的活性，使活性代謝產(chǎn)物的含量下降，而血磷水平對(duì)于甲狀旁腺分泌甲狀旁腺素似乎無多大影響。血磷升高可使血鈣水平下降（如慢性腎臟疾病中濾過率下降所致），低血鈣可刺激甲狀旁腺素的活性，促使腎臟去除磷，升高血鈣水平，恢復(fù)鈣磷平衡。如果腎臟對(duì)于高磷負(fù)荷無反映，由于甲狀旁腺素也可刺激骨釋放磷，因此，血磷水平居高不下。逐步地，低水平的1,25-二羥基維生素D3不能夠滿足維持鈣平衡的規(guī)定，而甲狀旁腺素繼續(xù)在分泌與作用，最后造成腎性骨營(yíng)養(yǎng)不良。1,25-二羥基維生素D3的缺少可引發(fā)骨軟化，繼發(fā)性甲狀旁腺功效亢進(jìn)可引發(fā)囊狀纖維性骨炎(osteitisfibrosacystica)。腎小管疾病中，也有類似的1,25-二羥基維生素D3的缺少，但腎磷排泄水平異常高。（三）甲狀旁腺素細(xì)胞外液中離子鈣含量的下降可刺激甲狀旁腺釋放甲狀旁腺素。血鈣水平升高后，其釋放受克制。甲狀旁腺素可促使骨表面的細(xì)胞釋放鈣和磷。它可增加腎對(duì)磷的排泄而產(chǎn)生磷酸鹽尿，也可影響維生素Ｄ的代謝。cAMP和鈣離子是甲狀旁腺素的細(xì)胞內(nèi)第二信使。骨內(nèi)，甲狀旁腺素作用于成骨細(xì)胞膜上的受體，增進(jìn)膜上腺苷酸環(huán)化酶的活性及鈣離子進(jìn)入細(xì)胞，使胞內(nèi)鈣離子水平升高，cAMP含量增加。尿中cAMP含量的增加表明甲狀旁腺素活性水平的升高。甲狀旁腺素的半衰期不到２０min，很快就被肝Kupffer細(xì)胞代謝降解。甲狀旁腺素通過腎內(nèi)１α-羥基化酶刺激1,25-二羥基維生素Ｄ３的合成而升高鈣離子水平。其對(duì)骨的直接作用是增進(jìn)骨吸取，促使鈣的釋放，恢復(fù)血鈣水平。由于骨吸取與破骨細(xì)胞的激活有關(guān)，而成骨細(xì)胞又是甲狀旁腺素的初級(jí)靶細(xì)胞，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，不管是在骨的形態(tài)發(fā)生過程中，還是受激素的刺激，破骨細(xì)胞的許多功效均受成骨細(xì)胞介導(dǎo)。甲狀旁腺素、1,25-二羥基維生素Ｄ３和前列腺素E2(PGE2)與成骨細(xì)胞作用后間接刺激破骨細(xì)胞。甲狀旁腺素可誘使骨表面的成骨細(xì)胞發(fā)生形態(tài)學(xué)變化（變?yōu)樗笮危?，同時(shí)通過變化原膠原信使ＲＮＡ（mRNA）的活性而克制骨膠原的合成。（四）維生素Ｄ動(dòng)物體內(nèi)存在的維生素Ｄ３，與人工合成的維生素Ｄ２化學(xué)構(gòu)造相似。存在于皮膚內(nèi)的其前體二氫膽固醇受陽光紫外線照射后可轉(zhuǎn)化為膽骨化醇（維生素Ｄ３）(圖3-13)。維生素Ｄ３在肝臟內(nèi)轉(zhuǎn)化為２５-羥基膽骨化醇(25-OH-D3)，與其它維生素Ｄ衍生物同樣，25-羥基膽骨化醇經(jīng)與血漿中特異性結(jié)合球蛋白(維生素D結(jié)合蛋白)結(jié)合而被轉(zhuǎn)運(yùn)。在近端腎小管細(xì)胞的線粒體內(nèi)，經(jīng)腎１α羥基化酶作用，生成1,25-二羥基膽骨化醇(1,25(OH)2D3)。但血磷水平的升高和甲狀旁腺素水平的減少均可克制１α羥基化酶的活性，基此機(jī)理能夠調(diào)控細(xì)胞外液中鈣離子的水平。腎內(nèi)5-羥基膽骨化醇的進(jìn)一步羥基化可生成２４，２５-二羥基膽骨化醇［２４,25（OH）2D3］，1，25-二羥基膽骨化醇水平的升高可增加２４，25-二羥基膽骨化醇的生成。1,25-二羥基膽骨化醇不僅調(diào)節(jié)腸對(duì)鈣的吸取，并且可直接作用于骨。與甲狀旁腺素同樣，對(duì)骨基質(zhì)的合成含有重要的作用，在體外條件下可使骨基質(zhì)合成減少５０％之多，但可使骨鈣素的合成和血清骨鈣素的濃度增加。體外組織培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)維生素Ｄ可克制骨膠原的合成，此機(jī)理對(duì)于鈣與磷缺少時(shí)有用。1，25-二羥基維生素D3克制脫礦骨肌肉內(nèi)移植骨誘導(dǎo)過程中第一代間充質(zhì)細(xì)胞的增殖，延緩間充質(zhì)組織增生和軟骨形成的起始，但在骨誘導(dǎo)后期，當(dāng)毛細(xì)血管芽生明顯時(shí)，可刺激細(xì)胞隨著血管的長(zhǎng)入而分化。這些細(xì)胞分化為成骨細(xì)胞，并堿性磷酸酶水平升高。成骨細(xì)胞有1，25-二羥基維生素D3的受體，其對(duì)骨表面成骨細(xì)胞的作用與對(duì)腸粘膜細(xì)胞的作用相似，調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)鈣離子的轉(zhuǎn)運(yùn)。研究發(fā)現(xiàn)，夏季血1，25-二羥基維生素D3的水平并未升高，但確實(shí)存在有季節(jié)有關(guān)性疾病，如骨軟化和某些骨折，在冬季的發(fā)病率有增加的趨勢(shì)，可能闡明維生素Ｄ的其它代謝產(chǎn)物的生理作用可能比1,