Biology for Majors II

beszéljétek meg a szerkezet és funkció a csontok

számos különböző típusú csontok az emberi csontváz. Ebben a részben megtudjuk, hogy a csontok hogyan osztályozottak, és hogyan működnek a testünkben.

A csontok típusai

a csont vagy a csontszövet egy kötőszövet, amely az endoskeletont alkotja. Speciális sejteket és ásványi sók és kollagén rostok mátrixát tartalmazza.

az ásványi sók elsősorban hidroxi-apatitot tartalmaznak, amely kalcium-foszfátból képződik. A meszesedés az ásványi sók lerakódásának folyamata a kollagén rost mátrixon, amely kristályosítja és megkeményíti a szövetet. A meszesedés folyamata csak kollagénszálak jelenlétében fordul elő.

az emberi csontváz csontjait alakjuk szerint osztályozzák: hosszú csontok, rövid csontok, lapos csontok, suturális csontok, szezamoid csontok és szabálytalan csontok (1.ábra).

1. ábra. Különböző típusú csontok láthatók: lapos, szabálytalan, hosszú, rövid és szezamoid.

2. ábra. A hosszú csontot mindkét végén ízületi porc borítja, csontvelőt tartalmaz (ezen az ábrán sárga színnel látható) a csontvelő üregében.

a hosszú csontok hosszabbak, mint szélesek, tengelyük és két végük van. A diaphysis vagy a központi tengely csontvelőt tartalmaz a csontvelő üregében. A lekerekített végeket, az epifíziseket ízületi porc borítja, vörös csontvelővel töltik meg, amely vérsejteket termel (2.ábra). A végtagcsontok többsége hosszú csontok—például a combcsont, a sípcsont, az ulna és a sugár. Ez alól kivételt képeznek a térdkalács és a csukló és a boka csontjai.

a rövid csontok vagy a kocka alakú csontok azonos szélességű és hosszúságú csontok, amelyek kocka alakú alakot adnak nekik. Például a csukló (carpals) és a boka (tarsals) csontjai rövid csontok (1.ábra).

a lapos csontok vékonyak és viszonylag széles csontok, amelyek ott találhatók, ahol a szervek kiterjedt védelme szükséges, vagy ahol az izmok széles felületei szükségesek. A lapos csontok példái a szegycsont (mellcsont), a bordák, a lapockák (lapockák), valamint a koponya teteje (1.ábra).

a szabálytalan csontok összetett formájú csontok. Ezeknek a csontoknak rövid, lapos, bevágott vagy bordázott felületük lehet. A szabálytalan csontokra példa a csigolyák, a csípőcsontok és számos koponyacsont.

a szezamoid csontok kicsi, lapos csontok, és a szezámmaghoz hasonló alakúak. A patellák szezamoid csontok. A szezamoid csontok az inak belsejében alakulnak ki, és a térd, a kéz és a láb ízületei közelében találhatók.

a Suturális csontok kicsi, lapos, szabálytalan alakú csontok. A koponya lapos csontjai között találhatók. Ezek száma, alakja, mérete és helyzete változik.

csontszövet

a csontokat szerveknek tekintik, mivel különböző típusú szöveteket tartalmaznak, például vért, kötőszövetet, idegeket és csontszövetet. Az oszteociták, a csontszövet élő sejtjei alkotják a csontok ásványi mátrixát. Kétféle csontszövet létezik: kompakt és szivacsos.

kompakt csontszövet

A kompakt csont (vagy kortikális csont) képezi az összes csont kemény külső rétegét, és körülveszi a medulláris üreget vagy a csontvelőt. Védelmet és erőt biztosít a csontoknak. A kompakt csontszövet oszteonoknak vagy Haversian rendszereknek nevezett egységekből áll. Az oszteonok hengeres szerkezetek, amelyek ásványi mátrixot és élő oszteocitákat tartalmaznak, amelyeket canaliculi köt össze, amelyek vért szállítanak. A csont hosszú tengelyével párhuzamosan vannak igazítva. Minden osteon lamellákból áll, amelyek kompakt mátrixrétegek, amelyek a Haversian-csatorna nevű központi csatornát veszik körül. A Haversian-csatorna (osteonic-csatorna) a csont ereit és idegrostjait tartalmazza (3.ábra). A kompakt csontszövetben lévő oszteonok ugyanabba az irányba igazodnak a stresszvonalak mentén, és segítenek a csontnak ellenállni a hajlításnak vagy a törésnek. Ezért a kompakt csontszövet kiemelkedő azokon a csontterületeken, ahol a feszültségeket csak néhány irányban alkalmazzák.

3. ábra. A kompakt csontszövet olyan oszteonokból áll, amelyek párhuzamosak a csont hosszú tengelyével, és a Haversian csatorna, amely a csont véredényeit és idegrostjait tartalmazza. A csontok belső rétege szivacsos csontszövetből áll. Az osteon kis sötét oválisai az élő oszteocitákat képviselik. (hitel: a munka módosítása NCI, NIH által)

szivacsos csontszövet

míg a kompakt csontszövet képezi az összes csont külső rétegét, a szivacsos csont vagy a csontos csont alkotja az összes csont belső rétegét. A szivacsos csontszövet nem tartalmaz osteonokat, amelyek kompakt csontszövetet alkotnak. Ehelyett trabekulákból áll, amelyek lamellák, amelyek rudakként vagy lemezekként vannak elrendezve. Vörös csontvelő található a trabuculae között. A szövetben lévő erek tápanyagokat szállítanak az oszteocitákhoz és eltávolítják a hulladékot. A combcsont vörös csontvelője és más nagy csontok, például az ileum belseje vérsejteket képez.

4. ábra. A szivacsos csontban lévő trabekulák úgy vannak elrendezve, hogy a csont egyik oldala feszültséget visel, a másik pedig ellenáll a tömörítésnek.

a szivacsos csont csökkenti a csont sűrűségét, és lehetővé teszi a hosszú csontok végeinek összenyomódását a csontra gyakorolt feszültségek eredményeként. A szivacsos csont kiemelkedő azokon a csontterületeken, amelyek nincsenek erősen megterhelve, vagy ahol a stressz sok irányból érkezik. A csontok epifízisei, például a combcsont nyaka, sok irányból stressznek vannak kitéve. Képzelje el, hogy egy nehéz keretes képet laposan fektet a padlóra. A kép egyik oldalát fogpiszkálóval fel lehet tartani, ha a fogpiszkáló merőleges a padlóra és a képre. Most fúrjon egy lyukat, és ragassza be a fogpiszkálót a falba, hogy letegye a képet. Ebben az esetben a fogpiszkáló funkciója a kép lefelé irányuló nyomásának továbbítása a falra. A képen lévő erő egyenesen a padlóig terjed, de a fogpiszkálóra gyakorolt erő mind a képhuzal lefelé húzása, mind a falon lévő lyuk alja felfelé tolása. A fogpiszkáló közvetlenül a falnál letörik.

a combcsont nyaka vízszintes, mint a fogpiszkáló a falban. A test súlya lenyomja az ízület közelében, de a combcsont függőleges diafízise a másik végén felfelé tolja. A combcsont nyakának elég erősnek kell lennie ahhoz, hogy a testtömeg lefelé irányuló erejét vízszintesen átvigye a combcsont függőleges tengelyére (4.ábra).

sejttípusok a csontokban

a csont négyféle sejtből áll: osteoblastok, osteoclastok, osteocyták és osteoprogenitor sejtek. Az oszteoblasztok olyan csontsejtek, amelyek felelősek a csontképződésért. Az oszteoblasztok szintetizálják és szekretálják a csontszövet extracelluláris mátrixának szerves részét és szervetlen részét, valamint a kollagénszálakat. Az oszteoblasztok csapdába esnek ezekben a váladékokban, és kevésbé aktív oszteocitákká differenciálódnak. Az oszteoklasztok nagy csontsejtek, legfeljebb 50 maggal. Eltávolítják a csontszerkezetet azáltal, hogy felszabadítják a lizoszomális enzimeket és savakat, amelyek feloldják a csontos mátrixot. Ezek az ásványi anyagok, amelyek a csontokból a vérbe kerülnek, segítenek szabályozni a testfolyadékok kalciumkoncentrációját. A csont is felszívódhat az átalakításhoz, ha az alkalmazott feszültségek megváltoztak. Az oszteociták Érett csontsejtek, amelyek a csontos kötőszövet fő sejtjei; ezek a sejtek nem tudnak osztódni. Az oszteociták fenntartják a normális csontszerkezetet azáltal, hogy újrahasznosítják az ásványi sókat a csontos mátrixban. Az Osteoprogenitor sejtek laphám őssejtek, amelyek osztódnak, hogy olyan leánysejteket termeljenek, amelyek oszteoblasztokká differenciálódnak. Az Osteoprogenitor sejtek fontosak a törések javításában.

csontnövekedés és fejlődés

csontosodás vagy osteogenesis az oszteoblasztok által végzett csontképződés folyamata. A csontosodás különbözik a meszesedés folyamatától; míg a meszesedés a csontok csontosodása során történik, más szövetekben is előfordulhat. A csontosodás körülbelül hat héttel az embrió megtermékenyítése után kezdődik. Ez idő előtt az embrionális csontváz teljes egészében rostos membránokból és hialinporcból áll. A rostos membránokból származó csont fejlődését intramembranos csontosodásnak nevezzük; a hialinporcból történő fejlődést endokondrális csontosodásnak nevezzük. A csontok növekedése körülbelül 25 éves korig folytatódik. A csontok vastagsága egész életen át növekedhet, de 25 éves kor után a csontosodás elsősorban a csontok átalakításában és javításában működik.

Intramembranos csontosodás

az Intramembranos csontosodás a rostos membránok csontfejlődésének folyamata. Ez részt vesz a kialakulását a lapos csontok a koponya, a mandibula, a kulcscsontok. A csontosodás akkor kezdődik, amikor a mezenchimális sejtek a jövő csontjának sablonját alkotják. Ezután oszteoblasztokká differenciálódnak a csontosodási központban. Az oszteoblasztok kiválasztják az extracelluláris mátrixot és lerakják a kalciumot, amely megkeményíti a mátrixot. A csont vagy osteoid nem mineralizált része továbbra is az erek körül alakul ki, szivacsos csontot képezve. A mátrix kötőszövete vörös csontvelővé válik a magzatban. A szivacsos csontot vékony, kompakt csontréteggé alakítják át a szivacsos csont felületén.

endokondrális csontosodás

az endokondrális csontosodás a hialinporc csontfejlődésének folyamata. A test minden csontja, kivéve a koponya, az állkapocs és a kulcscsontok lapos csontjait, endokondrális csontosodással alakul ki.

hosszú csontokban a kondrociták a hyaline porc diaphysis sablonját alkotják. A komplex fejlődési jelekre reagálva a mátrix meszesedni kezd. Ez a meszesedés megakadályozza a tápanyagok diffúzióját a mátrixba, ami a kondrociták elpusztulását és az üregek megnyitását eredményezi a diaphysis porcban. Az erek behatolnak az üregekbe, és az oszteoblasztok és oszteoklasztok a kalcifikált porcmátrixot szivacsos csontokká alakítják. Az oszteoklasztok ezután lebontják a szivacsos csont egy részét, hogy csontvelőt vagy medulláris üreget hozzanak létre a diaphysis közepén. A sűrű, szabálytalan kötőszövet hüvelyt (periosteumot) képez a csontok körül. A periosteum segíti a csontot a környező szövetekhez, inakhoz és szalagokhoz. A csont tovább növekszik és megnyúlik, ahogy az epiphyses porcsejtek osztódnak.

a prenatális csontfejlődés utolsó szakaszában az epifízisek központjai meszesedni kezdenek. Másodlagos csontosodási központok alakulnak ki az epifízisekben, amikor az erek és az oszteoblasztok belépnek ezekre a területekre, és a hialinporcot szivacsos csontokká alakítják. A serdülőkorig a hyaline porc az epiphysealis lemeznél (növekedési lemez) marad fenn, amely a diaphysis és az epiphysis közötti régió, amely felelős a hosszú csontok hosszirányú növekedéséért (5.ábra).

5. ábra. Az endokondrális csontosodás a hialinporc csontfejlődésének folyamata. A periosteum a csont külső részén található kötőszövet, amely a csont, az erek, az inak és az ínszalagok közötti interfészként működik.

a csontok növekedése

a hosszú csontok továbbra is meghosszabbodnak, potenciálisan serdülőkorig, csontszövet hozzáadásával az epiphysealis lemezen. Az alkalmazásbeli növekedés révén szélességük is növekszik.

A hosszú csontok meghosszabbítása

az epiphysealis lemez epiphysealis oldalán lévő kondrociták osztódnak; az egyik sejt differenciálatlan marad az epiphysis közelében, az egyik sejt pedig a diaphysis felé mozog. A sejtek, amelyek az epiphysisből származnak, érlelődnek és elpusztulnak a meszesedéssel. Ez a folyamat a porcot csonttal helyettesíti a lemez diaphysealis oldalán, ami a csont meghosszabbodását eredményezi.

a hosszú csontok növekedése nőstényeknél 18 éves kor körül, férfiaknál 21 éves korban megáll az epiphysealis lemez lezárásának nevezett folyamat során. E folyamat során a porcsejtek leállnak, és az összes porcot csont váltja fel. Az epiphysealis lemez elhalványul, így az epiphysealis vonalnak vagy epiphysealis maradványnak nevezett szerkezet, valamint az epiphysis és a diaphysis biztosíték marad.

A hosszú csontok megvastagodása

az Appozíciós növekedés a csontok átmérőjének növekedése csontszövet hozzáadásával a csontok felületén. A csontfelszínen lévő oszteoblasztok csontmátrixot választanak ki, a belső felületen lévő oszteoklasztok pedig lebontják a csontot. Az oszteoblasztok oszteocitákká differenciálódnak. A két folyamat közötti egyensúly lehetővé teszi a csont megvastagodását anélkül, hogy túl nehéz lenne.

csont Remodeling and Repair

Csontmegújulás folytatódik a születés után a felnőttkorban. A csontátalakítás a régi csontszövet új csontszövetekkel történő helyettesítése. Ez magában foglalja az oszteoblasztok által a csontlerakódás folyamatát, az osteoclastok által pedig a csontreszorpciót. A normális csontnövekedéshez D -, C-és A-vitamin, valamint ásványi anyagok, például kalcium, foszfor és magnézium szükségesek. Hormonok, mint a mellékpajzsmirigy hormon, növekedési hormon, és kalcitonin is szükséges a megfelelő csontnövekedést és fenntartását.

a csontforgalom aránya meglehetősen magas, a csonttömeg öt-hét százalékát hetente újrahasznosítják. A csontváz különböző területein és a csont különböző területein különbségek vannak a forgalom arányában. Például a combcsont fejében lévő csont félévente teljesen kicserélhető, míg a tengely mentén lévő csont sokkal lassabban változik.

6. ábra. Miután ez a csont be van állítva, egy kallusz köti össze a két végét. (hitel: Bill Rhodes)

a csontok átalakítása lehetővé teszi a csontok számára, hogy alkalmazkodjanak a stresszhez azáltal, hogy vastagabbá és erősebbé válnak, amikor stressznek vannak kitéve. Azok a csontok, amelyek nem esnek normális stressz alá, például amikor egy végtag öntött állapotban van, tömegüket elveszítik. A törött vagy törött csont négy szakaszon keresztül javul:

1. a törött csont szakadásában lévő erek és vérzés, ami alvadt vér vagy hematoma kialakulását eredményezi a törés helyén. A csont törött végein lévő levágott ereket az alvadási folyamat lezárja, és a tápanyagoktól megfosztott csontsejtek elkezdenek meghalni.
2. a törést követő napokon belül a kapillárisok a hematómába nőnek, és a fagocita sejtek elkezdik megtisztítani az elhalt sejteket. Bár a vérrög töredékei megmaradhatnak, a fibroblasztok és az oszteoblasztok belépnek a területre, és elkezdik reformálni a csontot. A fibroblasztok kollagénszálakat termelnek, amelyek összekötik a törött csontvégeket, az oszteoblasztok pedig szivacsos csontot képeznek. A törött csontvégek közötti javító szövetet fibrocartilaginous kallusznak nevezzük, mivel mind a hialinból, mind a fibrocartilázsból áll (6.ábra). Néhány csont spicules is megjelenhet ezen a ponton.
3. a fibrocartilaginous kallusz szivacsos csont csontos kalluszává alakul. Körülbelül két hónapig tart, amíg a törött csontvégek a törés után szilárdan összekapcsolódnak. Ez hasonló a csont endokondrális képződéséhez, mivel a porc csontosodik; osteoblastok, osteoclastok, csontmátrixok vannak jelen.
4. a csontos kalluszt ezután osteoclastok és oszteoblasztok alakítják át, a csont külső részén és a medulláris üregben lévő felesleges anyagot eltávolítják. Kompakt csontot adnak hozzá az eredeti, töretlen csonthoz hasonló csontszövet létrehozásához. Ez az átalakítás több hónapig is eltarthat, és a csont évekig egyenetlen maradhat.

ellenőrizze a megértést

válaszoljon az alábbi kérdés(ek) re, hogy lássa, mennyire érti jól az előző szakaszban tárgyalt témákat. Ez a rövid kvíz nem számít bele az osztályzatába, és korlátlan számú alkalommal megismételheti.

használja ezt a kvízt, hogy ellenőrizze a megértést, és eldöntse, hogy (1) tanulmányozza-e tovább az előző részt, vagy (2) lépjen tovább a következő szakaszra.