骨的结构与机能解剖

第一节骨的结构与机能解剖学习内容一、骨的组成与形状二、骨的结构三、骨的成分四、骨的代谢五、骨的钙化六、骨的血液供应，淋巴与神经七、骨的机能八、骨的表面形态学习目标1.掌握骨结构、长骨骨干密质骨的结构及骨的成份。2.熟悉骨的代谢、骨的钙化。3.了解骨的机能。一、骨的组成与形状（一）骨的组成正常成人有206块骨，分成躯干骨、头颅骨、四肢骨三部分，分别见表和图。人体骨骼.名称总数各骨名称与块数.头颅骨29脑颅骨8：额骨1顶骨2颞骨2枕骨1筛骨1蝶骨1面颅骨15：成对的：上腭骨腭骨颧骨鼻骨泪骨下鼻甲骨不成对的：下颌骨1犁骨1舌骨1听小骨6：锤骨2砧骨2镫骨2.躯干骨51椎骨24：颈椎7胸椎12腰椎5骶骨1尾骨1胸骨1肋骨24.四肢骨126上肢骨64：肩胛骨2锁骨2肱骨2尺骨2桡骨2腕骨16掌骨10指骨14下肢骨62：髖骨2股骨2髌骨2胫骨2腓骨2跗骨14跖骨10趾骨14（二）骨的形状根据骨的外部形状，一般将其分为长骨、短骨、扁骨、不规则骨四种。1.长骨一般呈长管状，分布于四肢。从力学角度上分析，长骨的中空性管状结构体现出了机体的最佳工程设计，即可使长骨在矢状面和额状面上能有效抗弯曲及在骨的长轴上有效抗扭曲。长骨的形态结构长骨两端膨大为骨骺。骨骺和骨干相连处，称干骺端。幼年时期干骺端处的骺软骨，参与骨的长长。成年后，骺软骨板骨化，骺与骨干相互愈合后遗留成骨骺线，骨的长长也随之停止。骨骺损伤可导致骨骼生长障碍，影响幼儿的生长发育。骺板分离或骨折和骨软骨炎是儿童少年时期特有的骨损伤。骺板分离大多由间接外力所致，最常见的外力是剪力、撕脱力、劈力和挤压力。2.短骨常以多个短骨集群存在，当承受压力时，各骨紧密聚集，形成拱桥结构。因此，多分布于承受压力较大、运动形式较复杂而运动又灵活的的部位，如踝部和腕部。3.扁骨多分布于头部、胸部及四肢带部。常围成体腔保护内部器官，如头颅骨围成颅腔等。4.不规则骨其外形极不规则，典型者如椎骨。二、骨的结构（一）器官水平的骨结构在器官水平的基础上可将骨分为骨膜、骨质、关节面软骨、骨髓及血管、神经等。骨的结构1.骨膜分骨外膜与骨内膜。1）骨外膜：覆盖于除关节面外的骨外表面。富有血管、神经及淋巴管，对骨的营养、新生及感觉有重要意义。膜内有成骨细胞，其细胞在幼年期非常活跃，进行分裂繁殖，可分化为成骨细胞直接参与骨的生成。到成年期转为静止状态，但能终生保持分化能力。当发生骨的损伤如骨折时，可重新分化为成骨细胞，形成骨痂，愈合折端。因此，被剥离骨外膜后，骨易于坏死，且不易修复。2）骨内膜：被覆于骨髓腔及松质骨表面。除衬在长骨骨髓腔的骨内膜在幼年时通过破骨细胞参与骨的长粗外，骨内膜尚具有终生的生骨潜能。2.骨质骨的主体成分，分为骨密质与骨松质。骨密质结构复杂，由规则且紧密成层排列的骨板构成。长骨的骨密质由外到内分别为外环骨板层、骨单位及内环骨板层。骨密质因结构致密，具有抗压、抗拉力强的特点，常分布于骨的表面及长骨的骨干。（1）外环骨板层由靠表面的数层骨板绕骨干呈同心圆排列而成。外侧与骨膜紧密相连，中间有与骨干垂直并横行穿过骨板层的管道，称穿通管，是营养血管进入骨内的管道。（2）内环骨板层由靠近骨髓腔面的数层骨板绕骨干呈同心圆排列而成。最内层与骨内膜相连，其中亦有穿通管出现。（3）骨单位是骨密质的基本结构单位。位于骨内、外环骨板之间，是骨干骨密质的主体。从骨单位的横断面可以看到同心分布的骨板，成为不同直径的、—层套一层的封闭的圆柱，这种结构又被称为哈佛氏系统。骨松质由针状或片状的骨板构成，呈网状结构，形成骨小梁。骨小梁按压力及张力的方向排列，负责力学上的支撑机能。骨松质的疏松结构及骨小梁的力学特性，大大地减轻了骨的重量，又使骨达到最大的力学性能。由于骨松质结构疏松，常分布于长骨骨骺内部及其他骨的内部。3.骨髓分红骨髓与黄骨髓。红骨髓具有造血功能。成人的短骨及扁平骨的松质骨网眼中的红骨髓伴随人的终生黄骨髓富含脂肪组织，不具有造血功能，但在应急状态下黄骨髓可转化为红骨髓而再次具有造血功能，如恶性贫血或外伤大出血时。4.关节面软骨由透明软骨组成，覆盖在骨关节面上。薄而光滑且具有弹性，在功能上主要起减少摩擦、缓冲震动的作用。（二）细胞和组织水平的骨结构骨组织中含有多种细胞成分，称骨细胞系。骨细胞系包括骨细胞、成骨细胞和破骨细胞等。在骨形成、骨吸收、骨基质矿化平衡和骨修复过程中，骨细胞系扮演着各种不同的角色，具有不同的形态、功能和局部特征。1.骨细胞在成年人骨骼中90%以上的骨组织细胞是骨细胞，几乎所有骨基质表面都被骨细胞体和质突覆盖。骨细胞的大面积覆盖和复杂的网状结构可以很敏感地感觉作用于骨上的各种应力，具有控制离子进出骨基质的作用。此外，骨细胞和成骨细胞等所形成的细胞网络关系可以很好地感觉和处理骨骼变形，调节骨吸收和形成，调节矿物质离子在骨基质和细胞外液之间的流动和交换。2.成骨细胞排列在骨表面或紧紧包靠在邻近成骨细胞上。主要功能有：（1）合成和分泌有机骨基质（骨胶纤维和基质），称类骨质，参与骨的形成并影响骨基质钙化；（2）释放某些细胞介质，以激活破骨细胞。3.破骨细胞由多核巨细胞组成，主要分布在骨质表面、骨内血管通道周围。破骨细胞具有非常大的降解骨基质的能力，它通过改变其作用区域内的酸碱度（由原来约7.0的pH值降低到约4.0），以溶解骨矿物质；通过分泌酸性蛋白酶以降解有机骨基质。在松质骨，破骨细胞则可从骨吸收的一边运动到另一边。一旦完成了骨吸收任务，破骨细胞便分裂成单核细胞，后者若被再次激活又可形成新的破骨细胞。临床上骨硬化症是由于破骨细胞吸收钙化软骨和骨细胞功能丧失所致，采用骨髓移植的方法可成功地治愈动物和人骨硬化症。三、骨的成分骨的成分由有机质和无机质组成:有机物使骨具有一定的弹性与韧性；无机物使骨坚硬。骨的有机质主要是骨胶原纤维及骨非胶原蛋白。骨胶原纤维简称骨胶原，分为Ⅰ型和Ⅱ型胶原等。占有机物的90%；其余10%由非胶原粘蛋白和骨特异性粘蛋白组成。遗传性Ⅰ型胶原异常(包括数量减少和结构异常称为成骨不全，临床上主要表现为骨脆性增加。骨非胶原蛋白包括骨钙素、骨结合素、骨涎蛋白、骨磷蛋白和少量粘蛋白。骨非胶原蛋白可影响基质结构、骨钙化和骨细胞的功能。其他：骨基质中还含可能影响骨细胞功能的生长因子如β-转化生长因子簇(FGFs-β)、胰岛素样生长因子Ⅰ和Ⅱ(IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ)、骨形成蛋白(BMP)、血小板源性生长因子(PDGF)、白介素-1和6(IL-1和IL-6)和集落刺激因子(CSF)等。无机质主要成分是磷酸钙、碳酸钙和柠檬酸钙。此外还有镁、枸橼酸离子等。无机质有两个基本功能，即离子库和维持骨的刚度和强度。人体中约99%的钙离子、约85%的磷离子、40%的钠离子和60%的镁离子贮存于骨矿结晶中。有机质与无机质的比例：有机质与无机质按一定的比例（前者约1/3，后者约2/3）有机地结合在一起，使骨组织具有坚硬、抗冲击力的特征，而又能获得很高的机械性能和生理功能。因此，有机物和无机物的结合，加之骨的结构特点，使骨具有一定的坚固性和弹性。有机物和无机物的比例的年龄特征：有机质与无机质的比例具有明显的年龄特征：少年儿童有机质的含量相对较多，因而其骨具有弹性好、坚固性差、不易骨折但易变形的特点。老年人的骨其无机质的含量相对较多，其骨脆性大，容易骨折，且骨折后不易愈合。因此，在日常生活及体育运动中应充分注意其年龄特征，以避免骨变形或骨折的发生。四、骨的代谢是通过成骨细胞和破骨细胞参与的骨形成与骨吸收来实现的，其代谢活动是一个动态平衡过程。在人的生长期，骨形成大于骨吸收，骨量呈线性增长，表现为骨皮质增厚，骨松质更密集，这一过程称为骨构建或称骨塑形。在成人期，骨生长停止，但骨的形成和吸收仍在继续，处于一种平衡状态，称为骨重建（remodling）。骨重建开始于骨吸收，随后是骨形成。骨的吸收与形成连续进行，最终使骨能不断地自我修复和适应新的应力要求。骨重建过程分为5期第一期：休止期或静止期。此期既无骨吸收也无骨形成。第二期：激活期。破骨细胞的前驱细胞分化成破骨前细胞，并附着在骨表面上。第三期：吸收期。破骨前细胞与暴露表面接触、融合、分化成破骨细胞，进行骨吸收。正常人约持续1个月，在吸收期骨表面形成一个陷窝，称为吸收陷窝。第四期：转换期。吸收期结束，破骨细胞移向其他部位。第五期：形成期。成骨细胞在陷窝的表面上相继出现并分化、增殖，形成类骨。随后，类骨成熟骨化成骨。待陷窝接近填平时成骨细胞失去成骨活性，成为表面上的衬托细胞，此期为形成期。★一个骨重建周期约需3个月。★一个骨重建所形成的结构为一个骨重建单位（BRU）。★在骨重建过程中，先出现骨的吸收，然后再有骨的形成，但吸收与形成的骨量大致相当。★骨重建可调节骨矿盐平衡、修复显微损伤及移除无承载功能的骨组织，可维持或降低骨强度和骨量。★每年在骨表面上出现的BRU数量称为BRU的激活率，激活率越高，骨表面BRU数量则越多，更新的骨量也就越多，一般将其称为高转换，反之则称之为低转换。★1年中全身骨的95％参与骨重建过程。★影响骨重建的因素：即促进骨吸收和促进骨形成的因素。★骨吸收的因素：甲状腺激素、甲状旁腺激素、皮质类固醇激素、前列腺素E2及雌激素等。★促进骨形成的因素：维生素D、胰岛素、运动等。当任何一种因素缺乏时均会影响到骨代谢的过程。五、骨的钙化概念：在成骨细胞合成并分泌骨的有机成分（有机基质）后、在一定的条件下无机盐有序地沉积于有机质内的过程。骨的钙化过程极为复杂而微妙，它涉及细胞内、外生物化学和生物物理学的过程。（一）骨钙化的基本物质与途径骨钙化的基本物质是：钙与磷离子；其次还有镁、钠、钾及其他微量元素；骨胶原纤维则为骨钙化提供基本结构场所。骨钙化的途径是：首先，成骨细胞合成并分泌骨的有机成分（主要是骨胶原，其次还少量的骨钙素蛋白、多糖类等）。有机物为骨钙化提供结构基础。其次，体内的钙离子与磷离子结合形成晶体形式的羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]（无机盐）。羟基磷灰石结晶呈针状或板状，经转运至骨胶原间隙区域内。然后，无机盐再与有机质相鳌合形成鳌合物，最后形成正常骨质。（二）影响骨钙化的因素影响骨钙化的主要因素有：1．胶原骨胶原含有丝氨酸和甘氨酸，大量的丝氨酸以磷酸丝氨酸盐的形式存在，在胶原基质的纤维上、纤维内与钙离子结合或与磷离子结合，形成羟磷灰石结晶。2．粘多糖类粘多糖是大分子的蛋白多糖类物质，这种蛋白多糖复合物和钙化作用有关。酸性蛋白多糖的游离阴离子可选择性结合钙离子，减少羟磷灰石结晶的形成，从而抑制钙化作用。当蛋白多糖被酶分解后，即可解除该抑制作用。3．基质小泡是由成骨细胞向类骨质中所释放的小泡，泡内含钙、小的骨盐结晶和钙结合蛋白。基质小泡是使类骨质钙化的重要结构。基质小泡出现时，可增加磷酸钙的沉淀。基质小泡中所含的各种酶可通过多种途径促进软骨钙化。六、骨的血液供应，淋巴与神经（一）血管成熟骨具有丰富的血管并形成精巧的血液供应管道系统，为骨组织、骨膜提供血液来源。（二）骨的淋巴管骨膜具有丰富的淋巴管。（三）骨的神经长骨的关节端、较大的扁骨、椎骨及骨膜是骨的神经分布最丰富的部位。骨的神经纤维分二类：一类是骨内脏传出神经纤维，大多分布于血管壁及骨髓。另一类是躯体传入神经纤维，主要分布于骨膜及关节软骨的深面。七、骨的机能（一）力学机能1.支撑机能骨是全身最坚硬的组织，通过骨连接构成一个有机的整体，使机体保持一定的形状和姿势，对机体起着支撑作用，并负荷身体自身的重量及附加的重量。如脊柱、四肢在支撑。2.杠杆机能运动系统的各种机械运动均是在神经系统的支配下，通过骨髂肌的收缩、牵拉骨围绕关节而产生的。骨在其各种运动中发挥着杠杆机能和承重作用。3.保护机能某些骨按一定的方式互相连接围成体腔或腔隙，如头颅骨借缝隙及软骨连接方式围成颅腔，以保护脑。（二）生理学机能骨的生理学机能包括钙、磷贮存机能、物质代谢机能、造血机能和免疫机能等。1.钙、磷贮存机能与物质代谢机能骨是人体最大的钙库和磷库，在维护血中的钙、磷含量的恒定中起调节作用。2.造血机能和免疫机能出生后，红骨髓是唯一