骨与骨组织的发生及构造

骨与骨组织的发生及构造 一、骨组织的发生方式和基本过程 (一)骨组织发生的基本过程 1.骨组织的形成  骨发生 骨组织的形成经历两个步骤。第一步是形成类骨质，第二步是类骨质钙化为骨组织。在胚胎早期，首先由中胚层间充质细胞在将要形成骨的部位转化为前成骨细胞(又名骨原细胞、骨祖细胞)，然后分化为成骨细胞，再由成骨细胞进一步成熟为骨细胞。当骨膜形成以后，骨细胞则由骨膜中的骨原细胞逐步分化而来。 成骨细胞是骨组织形成过程中最活跃的细胞，具有合成和分泌骨胶纤维和基质的功能。刚刚形成的骨细胞尚有产生基质的能力，当其成为成熟的骨细胞时便失去了这种功能。 在骨组织形成过程中，成骨细胞先合成骨胶纤维和有机骨基质，内含唾液蛋白、硫酸软骨素、类脂等。因尚无骨盐沉积，故称类骨质。类骨质逐渐将成骨细胞包埋，埋入类骨质中的成骨细胞则成为骨细胞。类骨质形成后不久即有钙盐沉积。钙盐在类骨质的沉积称为类骨质的钙化。此种钙盐由钙、磷酸根和羟基结合而成，其分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，称为羟基磷灰石，其结晶体呈针状，沿骨胶纤维平行排列。类骨质一经钙化便成为骨组织。随后在新形成的骨组织表面又有新的成骨细胞继续形成类骨质，并有钙盐沉积钙化，如此不断地进行，使胚胎时期和出生后生长发育时期的骨组织不断形成生长。因此，骨组织形成的关键在于类骨质的形成和类骨质的钙化。 关于钙盐沉积的，目前尚未完全明了。沉积于类骨质中的无机物来自血液，它们通过毛细血管渗透到骨组织液中。正常人血浆中Ca×Pi= 3～40mg/100ml(Pi指全部游离的正磷酸盐，如HPO42-、H2PO4-和PO43-)，当此乘积达到一定阈值，即Ca×Pi＞40mg/100m1时，组织液中的钙和磷就在类骨质中先形成无定型的胶体磷酸钙，然后进一步转变为羟磷灰石结晶，从而使类骨质发生钙化。至于为何在正常情况下，钙盐只选择性地沉积在骨组织，而不沉积于其他结缔组织，原因尚不清楚。有人认为，线粒体对钙盐有浓集和释放作用，其基质颗粒中的磷酸钙可排至细胞外基质中，加速钙盐沉积。另一种看法是骨胶纤维在细胞外形成过程中，作为核晶，起着对骨盐沉积的诱导作用。 成熟的成骨细胞具有合成和分泌骨钙素的功能。骨钙素多沉积于骨内，少量进入血液循环。它具有维持骨的正常钙化速率、抑制异常羟基磷灰石结晶形成以及抑制软骨钙化的作用。 2.骨组织的重吸收 在骨组织的发生和生长过程中，既有骨组织的形成，同时也有骨组织的重吸收。骨在不断增大时，尚需变形以适应胚胎时期其他器官的发育，因此既有的骨组织需要通过再吸收以适应新环境的要求。参与吸收过程的细胞是破骨细胞。骨组织被吸收的浅凹，是由破骨细胞侵蚀溶解骨组织所造成的。 骨组织吸收的机制即破骨细胞溶骨，其过程为：由破骨细胞的皱褶缘与亮区共同构成重吸收装置，提供一个局部封闭的微环境；破骨细胞分泌酸性物、溶酶体酶和胶原酶，溶解骨的无机盐和有机质，然后通过皱褶缘摄入破骨细胞内，再排至细胞外液。破骨细胞有很强的移动能力，当一个部位完成骨质吸收后，可以移至另一部位进行骨质的重吸收活动。甲状旁腺激素、前列腺素和破骨细胞活化因子均能促进破骨细胞的溶骨作用和增加破骨细胞的形成。 成骨细胞的骨形成与破骨细胞的骨重吸收是骨组织发生以及生长发育过程中不可缺少的两个方面，通过二者相辅相成不可分割的活动完成骨的成形和改建。成年后这两方面的活动仍缓慢持续终生。在完成骨改建的过程中，若因某种原因出现二者活动不协调，就会造成骨的异常和病变。 (二)骨组织发生的基本方式 由于骨的类型不同，骨组织发生的方式有两种：膜性骨发生和软骨性骨发生。膜性骨发生是指从胚胎性结缔组织不经过软骨阶段直接骨化形成骨组织，也称为膜内成骨；软骨性骨发生是指先由间充质形成软骨雏形，在此基础上再进一步骨化形成骨组织，又称为软骨内成骨。 1.膜内成骨 人体内只有少数骨骼以此种方式成骨，它们在发生过程中与软骨无关，主要发生在一些扁平骨，如顶骨、额骨、枕骨、颞骨等，以及上、下颌骨和锁骨的一部分等。膜内成骨的成骨过程开始于胚胎期的第8周，最典型的部位是颅顶骨。下面以颅顶骨为例叙述膜内成骨的具体过程。 胚胎时期在将要形成顶骨的部位，间充质细胞增殖、密集，形成富含血管的胚胎性结缔组织膜。膜内的间充质细胞先增殖、分化为成骨细胞群。出现这些成骨细胞群的部位是最早骨化的部位，称为骨化中心。当骨化中心继续扩展时，周围的间充质细胞又逐渐分化为成骨细胞。每一块颅顶骨通常由2个骨化中心。骨化中心的成骨细胞合成并分泌基质和纤维，形成类骨质，并逐渐被类骨质包埋，继而类骨质中有骨盐沉积而钙化为最早的原始骨组织，成骨细胞变为骨细胞。这种原始的骨组织是海绵状原始松质骨，由细的骨针和薄片状骨小梁互相连接的骨小梁网构成。在互相交织成网的骨小梁网眼内充满间充质细胞和毛细血管，间充质细胞能不断转化为成骨细胞。在骨质的表面始终保留着成骨细胞和前成骨细胞，继续不断为骨小梁增添新的骨质。随着胚胎的发育，成骨过程不断向四周扩展，形成的骨小梁愈来愈多，骨的面积也越来越大。但所有骨小梁中的骨细胞都是通过骨小管系统获得营养。  到胎儿出生前，颅顶骨的外形已初步建立，原始骨板表面均有骨膜被覆。两块顶骨之间仅留有原始结缔组织连接的窄隙，连接两块顶骨。这种连结装置称为缝。此时每块顶骨的骨组织已由原来的海绵状原始松质骨，变成原始密质骨。与此同时，颅骨的内、外表面变化大不相同，其外表面(即皮肤面)表现为骨形成，内表面(即脑面)则主要为骨重吸收。通过骨的边建边破和先松后密的生长改建过程，到胎儿出生时，终于变成由一层原始密质骨和骨膜构成的颅顶骨。骨质中有许多容小静脉穿行的小管道，管内还有伴随血管的少量原始结缔组织。颅顶骨外面被覆着的骨外膜内层仍然含有间充质细胞，可以形成成骨细胞，继续形成新骨，直至颅顶骨完全发育成熟，才演变为梭形细胞。 胎儿出生后，颅顶骨随着机体和大脑的发育继续扩大。颅顶骨外围骨膜内的骨原细胞不断分化为成骨细胞，向骨的外表面添加新的骨组织，内侧面则以骨的重吸收为主，而且这两个过程尤以骨的周边部最为明显，使颅顶骨在生长的同时，保持一定的曲度，颅腔因而得以相应的扩大，与脑的发育相适应。到8岁左右，颅顶骨的内部结构才改建成具有双层成熟骨密质(即外板和内板)，在内、外板之间夹以薄层骨松质(即为板障)的成人颅顶骨结构。此后颅顶骨继续生长直到成年，而内部改建则持续终生，但成年后改建速度减慢。颅顶骨以及整个颅的生长发育速度，终与脑的生长发育相适应，保证了脑和头面部的正常发育。 2.软骨内成骨 人体中大多数骨骼，如躯干骨、四肢骨以及部分颅底骨等都是由软骨内成骨方式形成，但在骨外膜的内层又有膜内成骨。在软骨内成骨过程中，先由间充质形成透明软骨，当发育到一定程度时，透明软骨逐渐退化，随着血管的侵入，前成骨细胞自软骨膜进入软骨组织，在退化的软骨组织中造骨并逐渐取代软骨组织。下面以长骨为例，具体说明软骨内成骨的过程。 1)软骨雏形(cartilage model)的形成　由间充质形成软骨是软骨内成骨的开始。在将有长骨发生的部位间充质细胞分化为透明软骨，形成的软骨形状与即将形成的长骨外形近似，故名软骨雏形。软骨外面覆有软骨膜。由间充质细胞转化来的前成软骨细胞分裂增殖，分化成为成软骨细胞。它分泌细胞间质(基质和纤维)，细胞自身被包埋其中，变为软骨细胞，形成了透明软骨。软骨雏形经过外加性生长使软骨雏形逐渐增粗，并通过由软骨中段开始的、不断向两端推进的内积性生长而使软骨雏形加长。 2)软骨的退化　软骨雏形生长到一定程度时，其中段的软骨细胞体积增大，并分泌碱性磷酸酶，导致细胞周围的薄层软骨基质钙化，钙化的软骨基质阻断了弥散性营养供应，导致软骨细胞退化死亡，留下较大的软骨陷窝。 3)骨领(bone co11ar)的形成　骨领开始形成于软骨雏形中段的软骨膜下，在软骨雏形中段开始退化的同时，软骨膜周围的毛细血管长入软骨膜，其内层的骨原细胞分化为成骨细胞。由于毛细血管的长入，在氧充足的微环境诱导下，在软骨中段的表面形成薄层原始骨松质鞘，形如领圈状围绕着软骨雏形中段，故名骨领。骨领形成后，其周围的软骨膜改称为骨外膜。骨外膜内层的骨原细胞继续分裂、分化，在骨领表面以及两端增添新的骨组织，使骨领增厚加长，成为原始骨干的松质骨。 4)初级骨化中心(primary ossification center)的形成　发生在软骨雏形的中央部位。在骨领形成后不久，骨外膜的血管连同骨外膜中的间充质细胞、骨原细胞和血液的单核细胞来源的破骨细胞等从骨干中段穿过骨领，进入正在退变的软骨组织。破骨细胞首先分解吸收钙化的软骨基质，形成许多与骨干长轴相平行的隧道，称为原始骨髓腔，其内的间充质细胞分化为造血组织。接着骨原细胞不断分化为成骨细胞，附于残留的钙化的软骨基质表面造骨(即在原始骨髓腔的壁上造骨)，先后形成类骨质和骨质，形成以钙化软骨基质为支架，表面包以骨组织的原始骨小梁。在骨干内部最早出现这种骨化的区域，称为初级骨化中心，也称为干骨化中心(diaphyseal ossification center)。侵入的血管以后发育为骨的营养动脉及静脉，其穿过骨领的通路极为滋养孔。 5)骨髓腔的形成　初级骨化中心区形成的骨组织都是原始的骨组织，并且是针状或薄片状的骨小梁，它们相互连接成为原始骨松质，这些骨小梁的中央部分是钙化的软骨基质。所以在HE染色切片上，小梁的骨组织着红色，而其中央的钙化软骨基质却染成蓝色，附在小梁表面的成骨细胞，由于细胞质嗜碱性也染成蓝色。原始骨小梁的存在时间较为短暂，不久就被破骨细胞分解吸收，于是原始的骨髓腔互相融合通联成大腔，称为骨髓腔，其内有血管和造血组织构成红骨髓，在儿童时期有重要的造血功能，到成人时被脂肪组织所代替，称为黄骨髓。 此后，骨领的外表面不断有新的骨组织添加，使骨干加粗；而骨领内面的骨组织则以骨吸收为主，因此在骨干增粗的同时，骨领一直保持一定厚度，骨髓腔则能够得到相应扩大，以适应机体的需要。 当骨髓腔形成时，骨干的两端仍为软骨组织，称为骺软骨。在骺软骨不断增长的同时，初级骨化中心的成骨过程也在不断地由中段向两端推移。因此，一方面长骨在不断加长，另方面骨髓腔在进一步扩大，致使从骺软骨到初级骨化中心之间出现了一个中间移行区。此区可分为以下4个区带。 (1)软骨储备区：此区又称为静止软骨区，位于长骨的两端。此区软骨细胞数量多、体积小，呈圆形，较为幼稚，少见分裂像，软骨基质少。在成骨初期，此区范围较大。 (2)软骨细胞增殖区：位于软骨储备区的深面。此区软骨细胞分裂增殖活跃，形成同源细胞群，细胞扁而多，沿骨的长轴排列成纵形的细胞柱。是软骨生长区，使骨长度增加。 (3)软骨基质钙化区：由软骨细胞增殖区移行而来。此区软骨细胞进一步增大，呈空泡状，已失去分裂能力，核固缩，进而退化死亡，软骨基质出现钙化。钙化的软骨基质因酸性糖胺多糖含量较高，嗜碱性增强，故在HE染色切片上呈深蓝色。此区有破骨细胞存在，退化的软骨细胞和钙化的软骨基质被破骨细胞吞噬清除，可见许多扩展中的原始骨髓腔，并有成骨细胞侵入。 (4)骨化区：此区靠近骨髓腔，且有血管进入，由于破骨细胞吸收钙化的软骨基质而出现纵行隧道，在残留的钙化软骨基质表面可见整齐排列成行的成骨细胞，它们不断产生类骨质，随即钙化为骨质，形成许多骨小梁。由于破骨细胞的多次吸收和成骨细胞的不断造骨，使该处的软骨全部被骨质所替换。骨小梁的不断生成又不断被吸收，结果使骨的长度在逐渐增长的同时，骨髓腔也向两端逐渐扩大。 6)次级骨化中心的出现和骺板形成　出生前后，在长骨两端骨骺中出现新的骨化中心，称为次级骨化中心或骺骨化中心。其变化过程基本上和初级骨化中心相类似，都经历4个基本步骤，只是次级骨化中心是向周围呈辐射状扩展，形成的骨小梁交织成网，构成了骨松质。供应次级骨化中心的动脉来自软骨之外，而不是软骨膜。次级骨化中心的出现时间并不相同，大多出现在出生后，少数发生于出生前，同一长骨两端的次级骨化中心的出现时间也有早晚之分。骨化中心的数目亦因骨而异，通常为1个，但骨骺形状复杂者往往不只1个，如股骨近端先后出现3个次级骨化中心。 骨骺的次级骨化中心和骨干的初级骨化中心之间在相当一段时间内不相融合，两者之间有一片软骨存在，称为骺板或生长板。其软骨细胞不断繁殖，致使骨干不断加长。成年之前，骺板始终具有从骨骺侧向骨干侧的软骨内成骨的四步基本变化，因此，骺板的发育直接关系到骨干的加长。到17～20岁左右，骺板软骨停止增生，不久便完全被骨小梁取代，骨骺与骨干愈合，此时长骨即停止增长。骨骺和骨干之间留有一道致密线，名为骺线。仅关节面终生保留薄层透明软骨，即为关节软骨。 7)骨单位的形成和改建　早期的骨干(骨领)由薄层原始骨松质构成。以后逐渐增厚，内部骨小梁增粗，骨质变密。到1岁左右，骨干内部开始有骨单位的发生。骨单位的形成必须具备以下3个条件：①具有管状隧道。②进入隧道的营养血管。③伴随血管进入的骨原细胞等。在骨干外表面出现许多被破骨细胞吸收形成的纵沟，沟内有来自骨外膜的血管以及骨原细胞等。首先骨原细胞分化为成骨细胞，在沟沿上产生骨组织，使纵沟闭合成管，随后在纵沟内的成骨细胞自外向内逐层形成哈佛骨板，逐渐缩小的管腔即为中央管，内含有血管、淋巴管、骨原细胞等。最内层骨板表面的骨原细胞构成骨内膜。骨干的外表面不断形成骨单位，而内面的原始骨密质则逐渐被吸收，从而使骨干不断加粗，骨髓腔逐渐增大。骨骼的增粗大约到25～30岁停止。当成年长骨不再增粗时，骨干的外、内表面分别形成永久性的外、内环骨板。但骨单位的更新却持续终生，这种更新一般是在内、外环骨板之间进行。新骨单位的形成是先由破骨细胞侵蚀吸收骨质，造成重吸收腔，再由成骨细胞成骨。破骨细胞所侵蚀吸收的往往是死骨，包括骨细胞因营养不良而致死亡的哈佛骨板和无血管供应的间骨板等。成人的骨单位形成约需4～5周，当骨单位接近形成时，骨形成的速率减慢。在人的一生中，通过破骨细胞和成骨细胞的作用，哈佛系统不断更新。更新中残留的一些不规则骨板，即为间骨板。骨的改建终生进行，只是速度愈来愈慢。 二、骨的构造 骨由骨质、骨膜、骨髓、血管等构成的。 1.骨质 骨质是骨的主要部分，骨组织在骨内的存在形式有两种，即密质骨和松质骨。密质骨又称为皮质骨，质地致密而坚硬，耐压性强，由紧密排列的成层骨板构成，分布于长骨干以及其他类型骨的表层。松质骨呈海绵状，弹性较大，结构疏松多孔，孔内含有骨髓。成人松质骨亦由板层骨构成。骨小梁的形态不规则，骨小梁的排列与骨所承受的压力、相应的张力方向一致，这样的排列可使力向各方分散，因而能承受较大的压力。 骨板是密质骨的主要构成单位，它以骨胶纤维束高度有规律地成层排列为特征。骨胶纤维束一般较细，因此又称为细纤维骨。细纤维束直径通常仅为2～4μm，成层排列，与骨盐和无定型有机基质紧密结合，共同构成骨板(bone 1amella)。骨板的骨胶原纤维排列具有一定特性，即同一层骨板内的纤维大多是相互平行的，相邻两层骨板的纤维则相互交叉。骨板的厚薄不一，但一般为3～7μm。骨细胞一般比较小，数量也较少，胞体大多位于相邻骨板之间的钙化基质中，但也有少数散在于骨板的胶原纤维层内。骨细胞的长轴基本与骨胶纤维的长轴方向一致，显示出有规律的排列方向。 板层骨中的蛋白多糖复合物含量明显比编织骨的少，骨基质染色呈嗜酸性，与编织骨的染色形成明显的对照，这是与编织骨的差别之一。成体骨的密质骨和松质骨均由板层骨构成，密质骨和松质骨的主要差别是骨板的排列形式和空间结构。松质骨的代谢一般要比密质骨活跃，改建速率也快，因此由于局部病变或代谢异常引起的骨结构改变，往往首先从松质骨反映出来。 成熟松质骨骨小梁的骨板走向常和其长轴平行，骨小梁形态不规则，其骨板的层次多少以及长短也不同。皮质骨中的骨板形状有多种，如在长骨的骨干部位存在哈佛骨板、内环骨板、外环骨板以及间骨板等。 (1)环骨板：是指环绕骨干外、内表面排列的骨板，分别称为外环骨板和内环骨板。外环骨板环绕于骨干的外围，由数层到十多层骨板与骨干表面平行排列而成，其表面有骨外膜覆盖。内环骨板位于骨干的髓腔面，骨板层数少，仅排列成数层，而且不如外环骨板平整(与髓腔内面凹凸不平有关)。内环骨板表面衬以骨内膜。从内、外环骨板最表层骨陷窝发出的骨小管，一部分伸向深层，与深层骨陷窝的骨小管相通；一部分伸向表面，终止于骨和骨膜交界处，其末端是开放的。 (2)哈佛骨板(Haversian lamella)：位于内、外环骨板之间，沿着骨干长轴分布，是骨干骨皮质的主要组成部分。它们以哈佛管(Haversian canal)为中心呈同心圆排列，并与哈佛管共同组成哈佛系统。哈佛管又称为中央管(central canal)，内有血管、神经及少量结缔组织。长骨骨干主要由大量哈佛系统组成，所有哈佛系统的结构基本相同，是长骨骨皮质的主要结构单位，所以哈佛系统又称为骨单位(osteon)。 骨单位呈圆柱形，其长轴方向与骨干的长轴平行，骨单位之间有横向的穿通管(perforating canal)或福克曼管(Volkmann canal)连接。哈佛骨板一般为4～20层，故不同骨单位的横断面积大小不一。每个骨单位最内层骨板均衬被有骨内膜。哈佛管的直径因各骨单位而异，其中通行的血管也不一致。哈佛系统的血管彼此相通，并与穿通管中的血管交通。与血管伴行的神经大多为无髓神经，偶可见有髓神经纤维。 密质骨和松质骨的分布因骨的种类而异。长骨的密质骨在骨干形成厚的骨管壁，管腔称髓腔。在长骨的骺、短骨和不规则骨的表面均为一层薄层密质骨，其内部则是松质骨。扁骨的内、外两面各有一层密质骨，分别称为内板和外板，内外板之间夹有松质骨。颅顶骨内外板之间的松质骨特称为板障。 2.骨膜 是一种致密的结缔组织膜，由纤维结缔组织构成，薄而坚韧，被覆在除关节面以外的骨表面，骨髓腔的内面和骨松质的腔隙内衬有骨内膜。骨膜含有丰富的血管、淋巴管、神经等。骨膜可分为内、外两层。外层致密，主要有许多胶原纤维束；内层疏松，含有丰富的骨原细胞，对骨的生长、再生和修复起重要作用，故又称生发层。 3.骨髓 充填于骨髓腔和骨松质间隙内，可分为红骨髓和黄骨髓两种。胎儿和幼儿的骨髓内含有发育阶段不同的红细胞和一些白细胞，呈红色，故称红骨髓。红骨髓有造血功能。随年龄的增长，髓腔内的红骨髓逐渐为脂肪组织所代替，呈黄色，称为黄骨髓。长骨的骺、短骨和扁骨的松质骨内，终生都是红骨髓。因此，临床上选择髂骨和胸骨处穿刺抽取骨髓活检。 4.骨的血管、淋巴管和神经 (1)血管：骨有丰富的血管供应，骨的血管网络由动脉、静脉和毛细血管构成。血管的分布随骨的生长、塑形改造而变化。关节软骨内无营养血管，其营养来源靠软骨下骨内血管的渗透和关节滑液的渗透。 (2)淋巴管：19世纪有人提出骨内血管周围可能有淋巴间隙，但迄今未能得到证实。近来的研究证实，骨膜的淋巴管很丰富，但骨的淋巴管是否存在，尚有争论。 (3)神经：神经伴滋养血管进入骨内，分布到哈佛管的血管周围间隙中，以内脏传出纤维较多，分布到血管壁；躯体传入纤维则多分布于骨膜，骨膜对张力或撕扯的刺激较为敏感，故骨折和骨脓肿常引起剧痛。 三、骨组织的形态结构 骨是由骨组织(osseous tissue)和骨膜构成的，骨组织是由细胞和细胞间质组成。骨组织的细胞间质含有大量骨盐，因此骨组织是一种坚硬而又有一定韧性的结缔组织。骨组织不仅有年龄性变化，并且可随所承受的压力进行改建，从而保证骨骼对机体的支持、负荷以及保护内脏器官等功能的正常。此外，骨组织中的钙和磷不断更新，与机体的钙磷代谢密切相关，当机体需要时可以通过动员大量钙、磷离子入血或将血中过量的钙、磷离子贮存于骨，从而维持血钙的稳定。 (一)骨组织的细胞结构 骨组织细胞包括骨细胞、成骨细胞、骨原细胞和破骨细胞，其中骨细胞最多，位于骨质内，其余三种细胞均位于骨质边缘。 1.骨细胞 骨细胞(osteocyte)是扁椭圆形、多突起的细胞，单个分散排列于骨板内或骨板间，其胞质嗜碱性。骨细胞胞体位于骨陷窝(bone lacuna)内，突起位于骨小管(bone canaliculi )内。相邻骨细胞的突起以缝隙连接相连，离子和小分子物质可通过此连接从一个骨细胞进入另一个骨细胞。骨小管也彼此相互沟通，骨陷窝和骨小管内含有组织液，可营养骨细胞和排出代谢产物。 据测算，成熟骨细胞的胞体及其突起的总表面积占成熟骨基质总表面积的90%以上，骨细胞几乎与所有钙化的骨基质表面接触，这对骨组织液与血液之间由细胞介导的无机物交换有重要作用。甲状旁腺素水平升高可引起骨细胞性溶骨(osteocytic osteolysis)。当骨细胞进行溶骨活动时，其所在骨陷窝往往呈不规则形，腔隙变大，窝壁粗糙不平。电镜观察可见窝壁表层骨质先失去骨盐，继之骨胶纤维溶解，最后仅残存少量无定形有机基质。骨细胞的溶骨活动可释放较多的骨钙入血。当骨细胞性溶骨活动结束后，成熟骨细胞又可在较高水平的降钙素作用下进行继发性骨形成，使骨陷窝壁增添新的钙化骨基质。 退变老化的骨细胞呈皱缩状态，核固缩。但这种骨细胞在降钙素的作用下仍可恢复原来成熟骨细胞的形态。 生理情况下，骨细胞性溶骨和骨细胞性成骨(osteocytic osteogenesis)是反复交替的。因此，骨细胞的功能可概括为两个方面，即平时维持骨基质的成骨作用和在机体需提高血钙量时通过骨细胞溶骨活动从骨基质中释放钙离子。 骨细胞之所以平时能维持骨基质，是因为骨细胞内尚有一定量的分泌性细胞器，可以产生少量的供维持用的基质成分。近年来对骨细胞性溶骨作用进行了组织化学研究发现：骨细胞既可与甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)结合，又可与降钙素(calcitonin，CT)结合。更有一系列证据证明，破骨细胞对PTH的反应依赖于骨的其他类型细胞(如成骨细胞)。此外，在PTH作用下，骨细胞的溶酶体可由少变多，因而不能排除它们通过释放溶酶体酶而酸化周围微环境的可能性。虽然骨细胞不可能像破骨细胞那样表现出即时高速的溶骨效应，但骨细胞的巨大表面积所起作用仍然是不可忽视的。 2.成骨细胞 成骨细胞又称为骨母细胞，是形成骨组织的细胞，能合成和分泌骨基质，并参与骨的钙化，调节钙磷骨进出量。成骨细胞来源于骨祖细胞(osteoprogenitor cell)。成骨细胞形态多样，其形状与功能状态有关，活跃时丰满，呈多边形、立方形、圆形甚至柱状等，而在静止期变为扁平状；成骨细胞常存在于新生骨的表面，呈单层排列。成骨细胞胞浆嗜碱性，细胞核较大且圆，位于胞体的一端。超微结构观察显示：成骨细胞胞质内的细胞器丰富，有发达的高尔基复合体、粗面内质网及游离的核蛋白小体，线粒体数量多，此外还有溶酶体、空泡和糖原颗粒。表明成骨细胞具有旺盛的合成与分泌蛋白质的功能。当功能活跃时，粗面内质网池扩张明显。组成类骨质的骨胶纤维和无定形有机基质均由成骨细胞产生。成骨细胞产生的类骨质填充于成骨细胞之间，逐渐将成骨细胞包埋，成骨细胞被埋入类骨质中转化为骨细胞。此外，成骨细胞还能分泌骨粘连蛋白、骨钙蛋白和多种生物活性物质。 成骨细胞可以产生基质小泡(matrix vesicle)分布于附近的类骨质中。基质小泡富含碱性磷酸酶(ALP)、磷脂及针样钙盐结晶，基质小泡破裂后，作用于底物，使局部磷酸盐含量增高。磷脂与钙有很强的亲和性，钙盐结晶可成为钙化核心，导致类骨质迅速钙化。基质小泡与类骨质钙化的启动、维持和停止过程密切相关。 3.骨原细胞(osteogenic cell) 骨原细胞又称为生骨细胞或骨祖细胞，是骨组织的干细胞。骨原细胞位于或靠近骨的所有游离面上，如骨外膜和骨内膜的最内层、哈佛管的内衬以及成长骨的骺板软骨基质的小梁上。光镜下处于静止期的骨外膜中的骨原细胞与成纤维细胞和内皮细胞形态相似：细胞长、有细小突起，核椭圆，核与胞质淡。电镜下，骨原细胞胞质中仅有少量的游离核蛋白体及线粒体，高尔基复合体不发达，染色质颗粒细而分散，其他的细胞器不发达，电子密度低。在观察时往往不是以细胞的形态特征作为细胞的主要特点，而常常是以细胞本身所处的部位作为辨认这类细胞的依据。只有当骨内部组织改建或骨折愈合以及其他形式损伤修复、骨原细胞活化、增殖并调整为成骨细胞或成软骨细胞时，才能从形态特征上分辨出这类细胞。活化后的骨原细胞中，细胞核和细胞质内的核糖核酸含量增多，细胞质内的游离核蛋白体增多。当骨原细胞调整为成骨细胞以后，细胞质中的粗面内质网更为丰富。骨原细胞有分裂繁殖和进一步分化成专一功能细胞——成骨细胞或成软骨细胞的功能。骨原细胞将向哪种细胞系转化，虽然影响因素很多，如压力、新形成组织等，但最主要是氧分压和营养成分的供给。在胚胎期和出生以后的生长期中，骨膜最内层细胞的主要成分是成骨细胞，成年以后则是终身保持生骨潜能的静止期骨原细胞。 4.破骨细胞(osteoclasts) 破骨细胞是专门从事骨吸收功能的一种细胞，故名破骨细胞。破骨细胞数量较少，是多核巨细胞，直径约为l00μm，一般含2～50个核，多者可达100个核。核呈不规则的圆形、卵圆形，核膜光滑，染色质颗粒微细，分布均匀，故染色较淡，有1～2个核仁。光镜下破骨细胞的胞浆常呈泡沫样，多为嗜酸性。破骨细胞大小不等，形状不一。破骨细胞位于骨组织表面的吸收陷窝或豪氏陷窝(Howships lacunae)内。陷窝因破骨细胞侵袭溶解骨组织而形成。贴附骨组织表面的一侧胞浆边界不清，可见纤细的指状突起纵纹，称为皱褶缘(ruffled border)，伸进到骨基质内。 骨组织被侵蚀溶解称为骨组织重吸收，破骨细胞侵蚀溶解骨组织的作用称为破骨细胞性溶骨作用。功能活跃的破骨细胞结构有明显的极性——以紧贴骨质侧为顶极，远离骨质侧为底极，依次可分为皱褶缘区(ruffled border region)、亮区(clear zone)、小泡区(vesicular region)、基底区(basal region) 4个区。 破骨细胞具有极强的溶骨能力，一个破骨细胞可以侵蚀溶解由100个成骨细胞所形成的骨质。其溶骨过程为：①在即将被重吸收的骨质表面，破骨细胞凭借亮区肌动蛋白微丝赋予的移动性到达该处，并以皱褶缘区和亮区紧贴骨质表面。②一方面，通过皱褶突排出大量有机酸(如碳酸、柠檬酸和乳酸)，造成局部酸性环境，皱褶缘附近有碳酸酐酶，其作用是增加碳酸产量，使骨基质中的不溶性钙盐转变成可溶的酸性盐而溶解；另一方面，基底区形成大量初级溶酶体，它们进入小泡区，在皱褶缘基部以胞吐方式将其酸性水解酶排入吸收陷窝的细胞外分隔间，进行骨基质有机成分的细胞外消化；同时又以胞吞活动形成小泡，将细胞外消化后的物质摄入细胞内，通过小泡与初级溶酶体融合而成的次级溶酶体进行细胞内消化。 破骨细胞受甲状旁腺激素的影响，使破骨细胞数量增加，降钙素则抑制破骨细胞活动，使皱褶缘减少或消失，液泡减少。 破骨细胞的功能是通过位于细胞膜上的异性受体进行调节。现已证明，破骨细胞分布着降钙素与甲状旁腺激素的受体。 (二)骨细胞间质 习惯上把骨的细胞间质称为骨基质(bone matrix)。骨基质分为有机质和无机质两种成分。骨基质中含的水分极少，仅占骨湿重的8%～9%，这与骨组织的营养由骨陷窝和骨小管系统输送而不靠基质渗透有关。 1.骨的有机质 骨有机质中的无定型基质仅占10%左右，主要是蛋白多糖和蛋白多糖聚集体，均由成骨细胞分泌。骨组织的蛋白多糖含量远低于软骨。骨有机质的主要成分是骨胶原纤维，即通常所称的骨胶原(bone co11agen)，约占骨有机质的90%以上，人的胶原纤维大约50%存在于骨组织内。构成骨胶原原纤维的蛋白质主要是Ⅰ型胶原蛋白和少量的Ⅴ型胶原蛋白。电镜下可见骨胶纤维的结构和一般结缔组织中胶原纤维大致相同，仅直径略宽，在不脱钙骨切片上可见羟磷灰石结晶沿着骨胶原原纤维的长轴分布。胶原原纤维的抗压性和弹性都比较差，羟磷灰石结晶质脆易碎，但两者结合在一起后，其结构强度有很大加强，从而使骨组织获得坚强的机械性能，具有硬而抗冲击力的特征。 骨无定型基质(bone ground substance)是一种没有固定形态呈胶体的物质，其中主要成分为蛋白多糖(proteoglycan)，是一种由蛋白和多糖组成的大分子复合物，其多糖部分为糖胺多糖(glycosaminoglycan，GAG)，又称为黏多糖(mucopolysaccharide)。糖胺多糖又可具体分为透明质酸、硫酸软骨素A、硫酸软骨C、硫酸角质素、硫酸乙酰肝素等。蛋白多糖的蛋白部分构成核心骨架，在其侧面结合不同的糖胺多糖侧链，组成不同的蛋白多糖亚单位。蛋白多糖亚单位通过共价键结合到透明质大分子的长键上。 2.骨的无机质 骨细胞间质中的无机质又称无机盐，成年人约占干骨重的65%～70%，其中95%是钙磷固体，按其含量的多少依次是磷酸钙(占84%)、碳酸钙(占l0%)、柠檬酸钙(占2%)等。在幼稚骨以及新形成的骨中占45%～50%，而在旧的已经成熟的骨骼中约占25%～30%。它们以羟基磷灰石结晶和无定形的胶体磷酸钙的形式分布于骨的有机质中。骨中的羟基磷灰石结晶[Ca5 (PO4)30H ，hydroxyapatite crystal ]主要由钙、磷酸根和羟基结合而成，呈柱状或针状，长约10～20nm，宽约3～5nm。其表面常附着多种离子，包括Na+、K+、Mg2+、F-、Cl-、CO32-等离子。 3.骨的矿化 骨的矿化是指无定形的磷酸钙演变为羟基磷灰石结晶并沉积于骨的有机质间隙内的过程。骨的矿化过程非常复杂，包括细胞内和细胞外过程，但关键是磷灰石的成核过程。当成骨细胞合成并分泌骨的有机基质(包括骨胶原纤维和无定型有机基质)后，在一定条件下，无机盐有序地沉积于其内。在这过程中，有机质以骨胶原纤维为主，而无机质以羟基磷灰石为主要物质。骨胶原纤维是骨基质中含量最多的有机成分，矿化后的骨基质是无机盐成分以晶体的针状或板层结构沉着于骨胶原纤维空隙内，因此可以认为骨胶原纤维为骨矿化提供了基本的结构场所，而羟基磷灰石是骨矿化的物质条件。 骨的矿化过程受多种激素，如降钙素、甲状旁腺素、性激素和活性维生素D等的调控。