۳- جنس و ساختار استخوانها

کلمه استخوان هم بخش فیزیکی، ساختار قابل شناسایی هر استخوان اسکلت و هم بافتی که بخش فیزیکی (ساختار قابل شناسایی که به طور معمول به "استخوان" معروفه) رو میسازه، توضیح میده. یه استخوان فیزیکی شامل بافت استخوان و بافتهای دیگه مثل مغز (ماده چربی مانند که درون استخوان رو پر میکنه) و خون ه. استخوانها به صورتی غنی بوسیله رگهای خونی تغذیه میشن که بهشون اجازه میده که وقتی آسیب میبینن، ترمیم بشن.

بافتها با هم کار میکنن تا به استخوان فیزیکی اجازه بدن که چند تا نقش رو در سیستم اسکلتی انجام بدن. در این بخش، یه خلاصه از بافت استخوان رو میگم و بدش ساختار فیزیکی استخوان تو در نظر میگیرم.

مواد: چیزی که استخوانها از آن ساخته شده اند

بافت استخوانی شامل سلول ها و یه ماتریکس خارج سلولی (ساختاری که سلول هارو درجا نگه میداره) ست. تو این بخش، اصول اولیه سلولهای استخوانی و ماتریکس خرج سلولی رو شرح میدم.

سه نوع اصلی سلول در بافت استخوانی هست: 

Osteocyte ها: Osteocyte ها سلولهای استخوانی بالغ هستن. آنها خیلی محکم درجشن در ماتریکس خارج سلولی با یه پوشش معدنی قرار گرفتن. Osteocyte ها فعالیت زیستی درون استخوان را با پاسخ به بار مکانیکی ای روی استخوان هاستم کنترل میکنند.

Osteoblast ها: Osteoblast ها سلولهای استخوان ساز هستند. عبارت blast از کلمه یونانی برای "جوانه" است - Osteoblast یعنی ساخت استخوان جدید. یک Osteoblast ماتریکس خارج سلولی میگذارد و سس درون این ماتریکس جدید گیر میفتند. نهایتا، یه Osteoblast به یک osteocyte تبدیل میشود وقتی که ماتریکس به دورش سفت میشود (با مواد معدنی) و سختی استخوان را ایجاد میکند. همانطور که استخوان رشد میکند، Osteoblast ها استخوان جدید تولید میکنند، و آنها همچنین برای ترمیم آسیب، استخوان جدید تولید میکنند.

Osteoclast ها: Osteoclast ها سلولهای مسوول تخریب ماتریکس خارج سلولی موجود و رهاسازی مواد معدنی هستند. عبارت clast از کلمه یونانی "شکسته" است - Osteoclast ها استخوان موجود را میشکنند. این روند، جذب استخوانی نامیده میشود. همانطور که استخوان جذب میشود، مواد معدنی رهاشده از محل برای استفاده در جای دیگر بدن، یا دفع از بدن منتقل میشود. Osteoclast ها هم برای جذب استخوان موجود (همانطور که استخوان رشد میکند) و هم برای حذف استخوان اسب دیده (به عنوان بخشی از ترمیم استخوان آسیب دیده) فعالند.

ماتریکس خارج سلولی استخوان شامل

انواع فیبرها: فیبر اصلی در ماتریکس خارج سلولی، کلاژن، یک فیبر براساس پروتئین است. کلاژن در مقاومت کششی استخوان مشارکت و مقاومت زیادی در برابر کشیده شدن زیر بار کشنده ایجاد شده بوسیله تنش ماهیچه ای ایجاد میکنه. کلاژن همچنین به استخوان، قابلیت ارتجاعی یا توانایی برگشت به شکل اصلی هنگام تعامل بدن با محیط، بعد از آنکه بار نیروهای خارجی روی استخوان اعمال شد، میدهد.

ماده ای که ماده زمینی نامیده میشه: ماده زمینی ماتریکس خارج سلولی استخوان شامل بسیاری از مواد است و مهمترین ماده های آن:

کلسیم: کلسیم تقریبا ۶۰ تا ۷۰ درصد وزن یه استخوان رو میسازه. به عنوان یه ماده معدنی سفت، کلسیم بیشترمقاومت استخوان به تغییر شکل و شکستگی رو ارایه میده. کلسیم به یه osteoblast در ماتریکس خارج سلولی کشیده و همونطور که کلسیم، درون ماتریکس کریستالیزه یا سفت میشه، به استخوان قدرت میبخشه.

آب: آب تقریبا ۲۵ تا ۳۰ درصد وزن یه استخوان رو میسازه. آب در کشش و مقاومت فشاری (مقاومت در مقابل بلند شدن و فشرده شدن مشارکت میکنه؛ در مورد تنش و فشردگی در فصل ۱۲ بیشتر بخونید) یه استخوان مشارکت میکنه.

ساختار: چگونگی ترتیب استخوانها

درون هر استخوان، بافت استخوان به دو شکل مرتب شده. فرم ها در تخلخل، فضای غیر معدنی درون بافت استخوان در ساختار فیزیکی، با هم تفاوت دارن. در این بخش، توضیح میدم که چجوری دو ترتیب بافت استخوانی، یه ساختار عمومی از یه استخوان معمولی رو درست میکنه و نقشی که هر ترتیب بازی میکنه.

استخوان غشایی

استخوان غشایی (که به استخوان متراکم هم معروفه) پوسته خارجی سخت، یا cortex یه استخوان رو شکل میده (شکل ۲-۱۳ رو ببینید). استخوان غشایی با بافت استخوانی محکم و متراکم شده. کمتر از ۵ تا ۳۰ درصد فضای باز یا تخلخل در استخوان فشرده وجود داره. فضای غیر معدنی بین یستوخان غشایی شامل گذرگاه هایی برای اعصاب و عروق خونی در درون استخوان هستند.

Diaphysis یا ستون یه استخوان بلند شکلی مثل یه لوله توخالی داره. دیوارهای سخت لوله از استخوان غشایی تشکیل شدن. منطقه مرکزی توخالی لوله، medullary cavity نامیده میشه و با مغز استخوان و چربی پوشیده شده.

سلولهای استخوانی و ماتریکس خارج سلولی در استخوان غشایی، به صورت تصادفی همراستا نشدن. بافت استخوانی بوسیله مدل سازی و دوباره-مدل سازی همراستا میشن (بعدا در همین فصل توضیح داده شده) تا بالاترین مقاومت رو در جهت معمول استرس عملی روی استخوان، ارایه بده. استخوان غشایی بیشترین سختی یا مقاومت نسبت به تغییر شکل، زمانی که بار فشاری روی استخوان اعمال میشه، ارایه میده.

در سطح خارجی تر استخوان غشایی، یه غشای دو لایه ست که perisosteum نام داره (که peri یعنی دور و osteum به استخوان اشاره میکنه). روی سطح داخلی استخوان غشایی، یه غشای مشابه به نام endosteum وجود داره (endo یعنی درون). لایه های خارجی periosteum و endosteum به عنوان صفحات محافظتی روی سطح استخوانها کار میکنن، در حالی که لایه های دخلی به مدل سازی استخوان کمک میکنن.

شکل ۲-۱۳: استخوان فشرده و trabecular

osteoclastها و osteoblastها روی سطح استخوان غشایی زیر periosteum و endosteum فعال هستند. فعالیت غالب osteoblastها روی سطح خارجی، محیط استخوان رو افزایش میده و فعالیت غالب osteoclastها در سطح داخلی، عرض شفت استخوان غشایی رو در کلفتی بهینه نگه میداره. در مورد تعادل فعالیت osteoclastها و osteoblastها بعدا توضیح میدم.

استخوان اسفنجی

استخوان اسفنجی بین درون یه استخوان، در epiphysisهای استخوان های بلند (به شکل ۲-۱۳ مراجعه کنید) و بین درون استخوان های کوتاه، نامنظم و صاف پیدا میشه. استخوان اسفنجی از یه ساختار مشبک سه بعدی ستون ها و شبکه های استخوانی که trabeculae نامیده میشن تشکیل شده که به استخوان اسفنجی یه شکل اسفنجی یا کندومانند میدن. اسامی متداول cancellous (به معنی توری)، اسفنجی، یا استخوان اسفنجی، به خوبی شکل ظاهری این استخوان رو توضیح میدن. بین ۳۰ تا ۹۰ درصد استخوانهای اسفنجی غیر معدنی یا متخلخل اند. فضای غیر معدنی در استخوان اسفنجی با مغز استخوان پر شده.

استخوان اسفنجی قدرت بالایی به یه استخوان میده و همزمان، وزن کلی ش رو هم کم نگه میداره تا اجازه حرکت بده. trabeculae درون استخوانهای اسفنجی بوسیله مدلسازی و بازسازی و در جواب استرس های معمول که روی استخوان اعمال میشن، تراز میشن و سبب قدرت حداکثری استخوان میشن. trabeculae درون استخوانهای اسفنجی اونرو نسبت به استخوان فشرده کمتر سخت میکنه، پس وقتی برگزاری میشه بیشتر تغییر شکل پیدا میکنه تا بتونه جذب انرژی رو بوسیله استخوان ارایه بده.