biologie pentru Majors II

discutați despre structura și funcția oaselor

există mai multe tipuri diferite de oase în scheletul uman. În această secțiune, vom afla despre modul în care oasele sunt clasificate și cum funcționează în corpul nostru.

tipuri de os

osul sau țesutul osos este un țesut conjunctiv care constituie endoscheletul. Conține celule specializate și o matrice de săruri minerale și fibre de colagen.

sărurile minerale includ în principal hidroxiapatita, un mineral format din fosfat de calciu. Calcificarea este procesul de depunere a sărurilor minerale pe matricea fibrelor de colagen care cristalizează și întărește țesutul. Procesul de calcificare are loc numai în prezența fibrelor de colagen.

oasele scheletului uman sunt clasificate după forma lor: oase lungi, oase scurte, oase plate, oase suturale, oase sesamoide și oase neregulate (Figura 1).

Figura 1. Sunt prezentate diferite tipuri de oase: plate, neregulate, lungi, scurte și sesamoide.

Figura 2. Osul lung este acoperit de cartilaj articular la ambele capete și conține măduvă osoasă (prezentată în galben în această ilustrație) în cavitatea măduvei.

oasele lungi sunt mai lungi decât sunt largi și au un arbore și două capete. Diafiza, sau arborele central, conține măduva osoasă într-o cavitate a măduvei. Capetele rotunjite, epifizele, sunt acoperite cu cartilaj articular și sunt umplute cu măduvă osoasă roșie, care produce celule sanguine (Figura 2). Majoritatea oaselor membrelor sunt oase lungi-de exemplu, femurul, tibia, ulna și raza. Excepțiile de la aceasta includ patella și oasele încheieturii și gleznei.

oasele scurte, sau oasele cuboidale, sunt oase care au aceeași lățime și lungime, oferindu-le o formă de cub. De exemplu, oasele încheieturii mâinii (carpiene) și gleznei (tarsale) sunt oase scurte (Figura 1).oasele plate sunt oase subțiri și relativ largi care se găsesc acolo unde este necesară o protecție extinsă a organelor sau unde sunt necesare suprafețe largi de atașament muscular. Exemple de oase plate sunt sternul (osul sânului), coastele, scapulele (omoplații) și acoperișul craniului (Figura 1).

oasele neregulate sunt oase cu forme complexe. Aceste oase pot avea suprafețe scurte, plate, crestate sau crestate. Exemple de oase neregulate sunt vertebrele, oasele șoldului și mai multe oase ale craniului.

oasele sesamoide sunt oase mici, plate și au o formă similară cu o sămânță de susan. Patelele sunt oase sesamoide. Oasele sesamoide se dezvoltă în interiorul tendoanelor și pot fi găsite în apropierea articulațiilor la genunchi, mâini și picioare.

oasele Suturale sunt oase mici, plate, de formă neregulată. Ele pot fi găsite între oasele plate ale craniului. Acestea variază în număr, formă, dimensiune și poziție.

țesutul osos

oasele sunt considerate organe deoarece conțin diferite tipuri de țesut, cum ar fi sângele, țesutul conjunctiv, nervii și țesutul osos. Osteocitele, celulele vii ale țesutului osos, formează matricea minerală a oaselor. Există două tipuri de țesut osos: compact și spongios.

țesutul osos Compact

osul Compact (sau osul cortical) formează stratul exterior dur al tuturor oaselor și înconjoară cavitatea medulară sau măduva osoasă. Oferă protecție și rezistență oaselor. Țesutul osos Compact este format din unități numite osteoni sau sisteme haversiene. Osteonii sunt structuri cilindrice care conțin o matrice minerală și osteocite vii conectate prin canaliculi, care transportă sânge. Ele sunt aliniate paralel cu axa lungă a osului. Fiecare osteon este format din lamele, care sunt straturi de matrice compactă care înconjoară un canal central numit canalul Haversian. Canalul Haversian (canalul osteonic) conține vasele de sânge ale osului și fibrele nervoase (Figura 3). Osteonii din țesutul osos compact sunt aliniați în aceeași direcție de-a lungul liniilor de stres și ajută osul să reziste la îndoire sau fracturare. Prin urmare, țesutul osos compact este proeminent în zonele osoase la care tensiunile sunt aplicate în doar câteva direcții.

Figura 3. Țesutul osos Compact constă din osteoni care sunt aliniați paralel cu axa lungă a osului și canalul Haversian care conține vasele de sânge ale osului și fibrele nervoase. Stratul interior al oaselor constă din țesut osos spongios. Micile ovale întunecate din osteon reprezintă osteocitele vii. (credit: modificarea muncii de către NCI, NIH)

țesut osos spongios

în timp ce țesutul osos compact formează stratul exterior al tuturor oaselor, osul spongios sau osul spongios formează stratul interior al tuturor oaselor. Țesutul osos spongios nu conține osteoni care constituie țesut osos compact. În schimb, este format din trabecule, care sunt lamele care sunt dispuse ca tije sau plăci. Măduva osoasă roșie se găsește între trabucule. Vasele de sânge din acest țesut furnizează substanțe nutritive osteocitelor și elimină deșeurile. Măduva osoasă roșie a femurului și interiorul altor oase mari, cum ar fi ileonul, formează celule sanguine.

Figura 4. Trabeculele din osul spongios sunt aranjate astfel încât o parte a osului poartă tensiune, iar cealaltă rezistă compresiei.

osul spongios reduce densitatea osului și permite capetele oaselor lungi să se comprime ca urmare a tensiunilor aplicate osului. Osul spongios este proeminent în zonele oaselor care nu sunt puternic stresate sau unde stresul ajunge din mai multe direcții. Epifizele oaselor, cum ar fi gâtul femurului, sunt supuse stresului din mai multe direcții. Imaginați-vă că așezați o imagine încadrată grea pe podea. Puteți ține o parte a imaginii cu o scobitoare dacă scobitoarea era perpendiculară pe podea și pe imagine. Acum găuriți o gaură și lipiți scobitoarea în perete pentru a închide imaginea. În acest caz, funcția scobitorului este de a transmite presiunea descendentă a imaginii pe perete. Forța de pe imagine este direct în jos până la podea, dar forța de pe scobitoare este atât firul de imagine trăgând în jos, cât și partea inferioară a găurii din perete împingând în sus. Scobitoarea se va rupe chiar la perete.

gâtul femurului este orizontal ca scobitoarea din perete. Greutatea corpului îl împinge în jos lângă articulație, dar diafiza verticală a femurului îl împinge la celălalt capăt. Gâtul femurului trebuie să fie suficient de puternic pentru a transfera forța descendentă a greutății corporale orizontal pe arborele vertical al femurului (Figura 4).

tipuri de celule în oase

osul este format din patru tipuri de celule: osteoblaste, osteoclaste, osteocite și celule osteoprogenitoare. Osteoblastele sunt celule osoase care sunt responsabile pentru formarea oaselor. Osteoblastele sintetizează și secretă partea organică și partea anorganică a matricei extracelulare a țesutului osos și a fibrelor de colagen. Osteoblastele devin prinse în aceste secreții și se diferențiază în osteocite mai puțin active. Osteoclastele sunt celule osoase mari cu până la 50 de nuclee. Îndepărtează structura osoasă prin eliberarea enzimelor lizozomale și a acizilor care dizolvă matricea osoasă. Aceste minerale, eliberate din oase în sânge, ajută la reglarea concentrațiilor de calciu din fluidele corporale. Osul poate fi, de asemenea, resorbit pentru remodelare, dacă tensiunile aplicate s-au schimbat. Osteocitele sunt celule osoase mature și sunt principalele celule din țesutul conjunctiv osos; aceste celule nu se pot diviza. Osteocitele mențin structura osoasă normală prin reciclarea sărurilor minerale din matricea osoasă. Celulele osteoprogenitoare sunt celule stem scuamoase care se divid pentru a produce celule fiice care se diferențiază în osteoblaste. Celulele osteoprogenitoare sunt importante în repararea fracturilor.

creșterea și dezvoltarea oaselor

osificarea sau osteogeneza este procesul de formare a oaselor de către osteoblaste. Osificarea este distinctă de procesul de calcificare; în timp ce calcificarea are loc în timpul osificării oaselor, poate apărea și în alte țesuturi. Osificarea începe la aproximativ șase săptămâni după fertilizare într-un embrion. Înainte de acest timp, scheletul embrionar constă în întregime din membrane fibroase și cartilaj hialin. Dezvoltarea osului din membranele fibroase se numește osificare intramembranoasă; dezvoltarea cartilajului hialin se numește osificare endochondrală. Creșterea osoasă continuă până la aproximativ 25 de ani. Oasele pot crește în grosime pe tot parcursul vieții, dar după vârsta de 25 de ani, osificarea funcționează în principal în remodelarea și repararea oaselor.

osificarea intramembranoasă

osificarea intramembranoasă este procesul de dezvoltare osoasă din membranele fibroase. Este implicat în formarea oaselor plate ale craniului, mandibulei și claviculelor. Osificarea începe pe măsură ce celulele mezenchimale formează un șablon al osului viitor. Apoi se diferențiază în osteoblaste la Centrul de osificare. Osteoblastele secretă matricea extracelulară și depun calciu, care întărește matricea. Porțiunea nemineralizată a osului sau osteoidului continuă să se formeze în jurul vaselor de sânge, formând os spongios. Țesutul conjunctiv din matrice se diferențiază în măduva osoasă roșie la făt. Osul spongios este remodelat într-un strat subțire de os compact pe suprafața osului spongios.

osificarea endocondrală

osificarea endocondrală este procesul de dezvoltare osoasă din cartilajul hialin. Toate oasele corpului, cu excepția oaselor plate ale craniului, mandibulei și claviculelor, se formează prin osificare endocondrală.

în oasele lungi, condrocitele formează un șablon al diafizei cartilajului hialin. Răspunzând semnalelor complexe de dezvoltare, matricea începe să se calcifice. Această calcificare previne difuzia nutrienților în matrice, ducând la moartea condrocitelor și deschiderea cavităților în cartilajul diafizei. Vasele de sânge invadează cavitățile, iar osteoblastele și osteoclastele modifică matricea cartilajului calcificat în os spongios. Osteoclastele descompun apoi o parte din osul spongios pentru a crea o cavitate medulară sau medulară în centrul diafizei. Țesutul conjunctiv dens și neregulat formează o teacă (periost) în jurul oaselor. Periostul ajută la atașarea osului la țesuturile, tendoanele și ligamentele din jur. Osul continuă să crească și să se alungească pe măsură ce celulele cartilajului de la epifize se împart.

în ultima etapă a dezvoltării osoase prenatale, centrele epifizelor încep să se calcifice. Centrele secundare de osificare se formează în epifize pe măsură ce vasele de sânge și osteoblastele intră în aceste zone și transformă cartilajul hialin în os spongios. Până la adolescență, cartilajul hialin persistă la placa epifizică (placa de creștere), care este regiunea dintre diafiză și epifiză care este responsabilă pentru creșterea longitudinală a oaselor lungi (Figura 5).

Figura 5. Osificarea endochondrală este procesul de dezvoltare osoasă din cartilajul hialin. Periostul este țesutul conjunctiv din exteriorul osului care acționează ca interfață între os, vasele de sânge, tendoanele și ligamentele.

creșterea osului

oasele lungi continuă să se prelungească, eventual până la adolescență, prin adăugarea de țesut osos la placa epifizală. De asemenea, cresc în lățime prin creșterea apozițională.

prelungirea oaselor lungi

condrocitele de pe partea epifizică a plăcii epifizale se divid; o celulă rămâne nediferențiată în apropierea epifizei și o celulă se deplasează spre diafiză. Celulele, care sunt împinse din epifiză, se maturizează și sunt distruse prin calcificare. Acest proces înlocuiește cartilajul cu osul pe partea diafizică a plăcii, rezultând o prelungire a osului.

oasele lungi încetează să crească în jurul vârstei de 18 ani la femei și la vârsta de 21 de ani la bărbați într-un proces numit închiderea plăcii epifize. În timpul acestui proces, celulele cartilajului nu se mai divid și tot cartilajul este înlocuit cu OS. Placa epifizală se estompează, lăsând o structură numită linia epifizală sau rămășița epifizală și siguranța epifizei și diafizei.

îngroșarea oaselor lungi

creșterea Apozițională este creșterea diametrului oaselor prin adăugarea de țesut osos la suprafața oaselor. Osteoblastele de la suprafața osoasă secretă matricea osoasă, iar osteoclastele de pe suprafața interioară descompun osul. Osteoblastele se diferențiază în osteocite. Un echilibru între aceste două procese permite osului să se îngroașe fără a deveni prea greu.

Remodelarea și repararea oaselor

reînnoirea oaselor continuă după naștere până la vârsta adultă. Remodelarea osoasă este înlocuirea țesutului osos vechi cu țesut osos nou. Aceasta implică procesele de depunere osoasă de către osteoblaste și resorbția osoasă de către osteoclaste. Creșterea normală a oaselor necesită vitaminele D, C și a, plus minerale precum calciu, fosfor și magneziu. Hormoni precum hormonul paratiroidian, hormonul de creștere și calcitonina sunt, de asemenea, necesari pentru creșterea și întreținerea corespunzătoare a oaselor.ratele de rotație a oaselor sunt destul de mari, cinci până la șapte procente din masa osoasă fiind reciclate în fiecare săptămână. Diferențele în rata cifrei de afaceri există în diferite zone ale scheletului și în diferite zone ale unui os. De exemplu, osul din capul femurului poate fi înlocuit complet la fiecare șase luni, în timp ce osul de-a lungul arborelui este modificat mult mai lent.

Figura 6. După ce acest os este setat, un calus va tricota cele două capete împreună. (credit: bill Rhodes)

remodelarea oaselor permite oaselor să se adapteze la stres, devenind mai groase și mai puternice atunci când sunt supuse stresului. Oasele care nu sunt supuse stresului normal, de exemplu atunci când un membru este într-o castă, vor începe să piardă masa. Un os fracturat sau rupt suferă reparații prin patru etape:

1. vasele de sânge din ruptura osoasă ruptă și hemoragia, rezultând formarea de sânge coagulat sau un hematom la locul ruperii. Vasele de sânge tăiate la capetele rupte ale osului sunt sigilate prin procesul de coagulare, iar celulele osoase care sunt lipsite de nutrienți încep să moară.
2. în câteva zile de la fractură, capilarele cresc în hematom, iar celulele fagocitare încep să îndepărteze celulele moarte. Deși fragmente de cheag de sânge pot rămâne, fibroblastele și osteoblastele intră în zonă și încep să reformeze osul. Fibroblastele produc fibre de colagen care leagă capetele osoase rupte, iar osteoblastele încep să formeze os spongios. Țesutul reparator dintre capetele osoase rupte se numește Calus fibrocartilaginos, deoarece este compus atât din hialin, cât și din fibrocartilaj (Figura 6). Unele spicule osoase pot apărea, de asemenea, în acest moment.
3. calusul fibrocartilaginos este transformat într-un calus osos de os spongios. Este nevoie de aproximativ două luni pentru ca capetele osoase rupte să fie unite ferm după fractură. Acest lucru este similar cu formarea endocondrală a osului, deoarece cartilajul devine osificat; osteoblaste, osteoclaste și matrice osoasă sunt prezente.
4. calusul osos este apoi remodelat de osteoclaste și osteoblaste, cu excesul de material pe exteriorul osului și în interiorul cavității medulare fiind îndepărtat. Osul Compact este adăugat pentru a crea țesut osos care este similar cu osul original, neîntrerupt. Această remodelare poate dura mai multe luni, iar osul poate rămâne neuniform ani de zile.

verificați-vă înțelegerea

răspundeți la întrebarea(întrebările) de mai jos pentru a vedea cât de bine înțelegeți subiectele abordate în secțiunea anterioară. Acest test scurt nu contează pentru nota dvs. în clasă și îl puteți relua de un număr nelimitat de ori.

utilizați acest test pentru a verifica înțelegerea dvs. și pentru a decide dacă (1) studiați secțiunea anterioară în continuare sau (2) Treceți la secțiunea următoare.