1、第二章 骨的构造与骨折愈合第一节 骨的结构人体有206块骨，通常依据骨的形态分为长骨、短骨、扁骨和不规则骨。每一块骨骼都是由四种基本组织构成的器官，具有一定的形态结构和功能，从解剖学和生理学上都可以视为一个相对独立的单位。虽然骨的形状各异，但是骨的结构具有共同的模式，即骨的表面被覆一层骨膜，骨膜深方是结构致密的皮质骨，虽然皮质骨的厚薄不等，但是都形成一个封闭的皮质骨壳，即骨的外表面。在表层皮质骨的深方是海绵状的松质骨。在长骨的内部和松质骨的小梁骨之间有骨髓腔，容纳骨髓。骨组织是组成骨器官最基本的成分。骨组织属于结缔组织，是由细胞和矿化的细胞外间质组成的、坚硬的结缔组织。在生活状态下，骨组织有活
2、跃的新陈代谢，其对于环境的变化，特别是应力变化，有积极的反应，并且以其微细结构周期性的重塑建，适应内外环境和应力的变化。骨的基本功能可以概括为支持、运动和保护等3个主要方面。此外，骨组织是机体代谢所必需的、最重要的钙离子“库”；红骨髓是机体的造血器官；骨组织合成及分泌一些细胞因子参与机体造血、内分泌和免疫等许多系统的机能调节。一、骨的组织学构造 骨由骨膜、骨质和骨髓等3部分构成。骨膜是骨的被覆。骨质即骨组织，由骨系细胞和骨间质组成。骨系细胞主要指骨原细胞、成骨细胞、骨细胞与破骨细胞等，有时也涉及到中胚层间充质的多能干细胞。骨间质即骨组织的细胞外间质，通常分为有机间质与无机间质。有机间质由骨胶原
3、纤维和无定形基质组成；无机间质即骨盐，它们主要沉积在骨的胶原原纤维上。为方便起见，拟分骨系细胞、细胞间质、骨膜和骨髓4个标题介绍。（一）骨组织的细胞：骨组织的基本细胞有4种：骨原细胞、成骨细胞、骨细胞和破骨细胞。其中骨细胞最多，埋于骨间质内部，其它细胞均位于骨质的表面（边缘）。1. 骨原细胞（Osteogenic cell）：也称前骨母细胞（Preosteoblast）或骨祖细胞，它们是骨组织的干细胞。位于骨外膜和骨内膜的深方。骨内膜除贴覆在长骨干皮质骨内面外，也贴覆在小梁骨表面和骨内管道系统的腔面。换言之，在骨膜与骨质的表面之间（或者说在骨膜的最深层），覆有一层骨原细胞。此外，在骺板的毛细血
4、管周围及其软骨小梁处，也有少量骨原细胞。骨原细胞的形态与内皮细胞或纤维母细胞相似。骨原细胞的胞体较小，呈梭形。细胞质较少，呈弱嗜碱性，浅染且富于空泡；细胞核椭圆形，核染色浅淡。在生理条件下，骨原细胞与骨的生长和重塑建有关；它也参与骨折愈合的修复。利用 3H标记的胸腺嘧啶标记骨原细胞后，只在分化的成骨细胞和破骨细胞内检测到 3H-胸腺嘧啶。这表明骨原细胞可以通过有丝分裂、增殖和分化，形成成骨细胞和破骨细胞。2. 成骨细胞（Osteoblast）：又称骨母细胞，它们位于骨膜的深方，新生骨的表面。成骨细胞比较大，呈多形性，可以是矮柱状、立方形、椭圆形或扁平梭形。细胞直径由2050mm，胞浆丰富，因含
5、大量核糖核蛋白，故呈较强的嗜碱性，染为深蓝色。细胞核较大，呈圆形或椭圆形，核染色质少而比较透明，核仁明显，有13个。核常位于新生骨表面的对侧，而胞浆靠近新生骨。在细胞中央与核相邻处，常有一透明区。成骨细胞常呈单行排列，颇似覆盖于新生骨表面的一层上皮。成骨细胞表面有许多长短不一的突起，细胞之间借突起相互连接形成网络。成骨细胞间有时也形成缝隙连接（Gap junction）。当成骨细胞转化为骨细胞后，这些突起则成为骨小管内的骨细胞突起。幼儿的成骨细胞较成人的多。在电镜下，成骨细胞有大量发育良好的粗面内质网、游离核糖体和发达的高尔基复合体。它们也富于线粒体，其线粒体比较小，多为圆形。此外，可见溶酶体
6、、胞饮小泡（Pinocytotic vesicles）、空泡和糖原颗粒等。（图21成骨细胞结构模式图）成骨细胞的主要功能有以下3方面：（1）合成与分泌骨基质的胶原和蛋白质。在成骨细胞的粗面内质网中合成胶原的前体，再转移到高尔基复合体内合成原胶原，经分泌性管泡排放到细胞外。在细胞外，原胶原转变为胶原。此外，成骨细胞合成分泌多种糖蛋白和非胶原骨基质蛋白，这是组成无定形骨基质的主要成分；（2）参与类骨基质的矿化过程。在矿化过程中，类骨质内的基质小泡有重要的作用，当基质小泡破裂后，局部磷酸盐浓度增高，出现钙盐结晶，这是类骨质钙化的核心，并且迅速扩展，使类骨质矿化。据认为，成骨细胞的线粒体或Golgi氏
7、复合体是形成基质小泡的结构。形成的基质小泡逐渐移向胞膜下区，并且有微量钙盐沉积。基质小泡被排放到基质内后，很快称为类骨质钙化的核心。近代的研究报道了一些相关的证据，例如： 在出现类骨质时，成骨细胞内线粒体数量很多，而胞外基质小泡发生钙盐沉积时，线粒体的数量则明显地减少。这提示线粒体可能形成基质小泡；成骨细胞的线粒体含有钙、磷颗粒，即线粒体内小体（Intramitochondral bodies），携带钙、磷颗粒的线粒体可移行到成骨细胞的胞膜下区，这提示线粒体可以把血液中的钙、磷运送至钙化部位，然后排放到细胞外； 线粒体可以摄取血液的钙和磷，并且输送给Golgi复合体的囊泡。囊泡再与细胞膜结合，
8、以胞吐方式排出细胞，即可诱导类骨质的钙化。尽管目前尚不能确定基质小泡是来源于线粒体，或/和源于 Golgi 氏器的囊泡，但是成骨细胞的线粒体对矿物质的运输确有重要作用； 基质小泡内含有碱性磷酸酶、焦磷酸酶和ATP酶等与矿化相关其酶； 基质小泡沉积在类骨质内，而小泡膜的磷脂成分，与钙离子有很强的亲和力。这提示基质小泡是介导类骨质矿化的重要成分。（3）分泌细胞因子如IGF（胰岛素样生长因子）、TGF（转化生长因子）和PDGF（血小板源生长因子）等，调节破骨细胞、造血和免疫系统的功能。依据成骨细胞的形态和机能状态可以分下述几型：（1）前成骨细胞（Preosteoblast）：是处于静止状态、未被激活
9、的成骨细胞，呈扁平状，无合成骨基质的功能。（2）柱状或立方形成骨细胞（Cubic osteoblast）：是处于最活跃状态的成骨细胞，前成骨细胞在内环境因子，特别是甲状旁腺激素（PTH），的作用下被激活，转变为柱状成骨细胞。当这类细胞增多时，类骨质的面积扩大，其厚度增加。（3）中间型成骨细胞（Intermediate osteoblast）：当柱状成骨细胞合成与分泌骨基质的功能达到高峰时，其功能将逐渐跌落，细胞也逐渐变为扁平，它们分布在新生骨基质的表面。（4）覆盖型成骨细胞（Lining osteoblast）：由中间型成骨细胞转化而来，当成骨细胞分泌完骨基质后，多数成骨细胞将自身埋于骨间质内
10、，则成为骨细胞。部分成骨细胞恢复到静止状态，停留在新生类骨质的表面，变成扁平的覆盖型成骨细胞。覆盖型成骨细胞也称骨衬细胞，它们具有界膜的作用，分隔血管与新生的骨基质，一些营养成分、矿物质和水可通过此层从血液进入骨组织。而且在适宜刺激出现时，覆盖型成骨细胞还可以被激活，执行活跃的功能。活跃的成骨细胞、骨衬细胞与骨基质的相互作用，对于成骨细胞的增殖和分化具有重要的意义。此外，成骨细胞家族的细胞与骨细胞及骨基质之间，通过骨小管内的细胞突起进行广泛的通信联络。骨内的细胞网络对于调节骨骼的动态平衡有重要的作用。而细胞之间、细胞与基质之间的相互作用是由细胞粘连分子介导的，这对于理解骨骼周转中成骨细胞作用具
11、有重要的意义。细胞粘连分子表达的变化对于探明人类骨骼系统疾病有一定的意义1。3骨细胞（Osteocyte）：骨细胞位于骨基质的骨陷凹（Bone lacuna）内。成骨细胞逐渐丧失成骨功能，而转变为骨细胞。骨细胞是多突起细胞，胞体为扁平椭圆形，突起细长，数量较多，位于骨小管（Bone canaliculi）内，相邻骨细胞的突起之间形成缝隙连接。骨细胞及其突起与骨陷凹和骨小管之间，存在少量骨液，即骨组织的细胞外液。骨细胞胞浆内含线粒体、高尔基复合体和粗面内质网等。细胞核呈卵圆形，染色质多，位于胞体的中部。骨细胞的完整和活力不仅是骨生命力的标志，而且也是保持骨组织完整性的重要成分。由于骨细胞经历着逐
12、渐发育、成熟、衰老和死亡的过程，故可以把骨细胞大致分为4型。（图22骨细胞结构模式图）（1）形成期骨细胞：位于钙化骨基质的浅层，形态酷似成骨细胞，胞体肥胖较大，骨陷凹也比较大。胞浆的内质网发育良好，Golgi复合体和线粒体较多，胞浆内可见多数空泡。胞核多位于细胞的一侧。形成期骨细胞仍具有微弱的合成与分泌细胞间质的功能，使骨陷窝壁逐渐沉积一些新生的间质而缩小，骨细胞体积也逐渐缩小而转变为成熟的骨细胞。（2）成熟期骨细胞：位于板状骨的内部，其长轴平行于板状骨的板层。细胞体积比形成期骨细胞略瘦小，呈扁平或卵圆形，有许多细而长的细胞突起，胞浆内的粗面内质网、线粒体和高尔基复合体等数量减少。细胞核较大，
13、位于细胞的中央区。（3）吸收期骨细胞：吸收期骨细胞的体积进一步减小，而骨陷窝扩大，骨细胞周围的骨质出现溶解征象。胞浆内的粗面内质网和线粒体数量极少，Golgi复合体不发达。这表明其合成蛋白质的功能已经十分低下。在骨细胞周围的间隙内，可见脂质、蛋白质和断裂的胶原，这些可能是骨细胞间质的崩解产物。由于此期常出现骨内膜下破骨性吸收，所以有学者认为，出现崩解产物表明这类骨细胞具有吸收骨间质的作用。（4）变性期骨细胞：此期的骨细胞胞浆内出现许多空泡，粗面内质网、线粒体和Golgi复合体基本消失。变性期骨细胞的出现，一方面表明骨细胞衰老死亡的新旧更迭过程；另一方面，这种现象也见于成人骨的重塑建相，即所谓的
14、骨细胞性微观重塑建（Osteocytic microremodeling）。骨重塑建是在应力负荷的作用下，通过破骨细胞吸收骨质，和成骨细胞分泌骨基质形成新骨，而进行的细微的、周期性的骨质更新活动。骨细胞的功能可以概括为： 骨细胞是构成骨组织的最基本的细胞成分和功能单位，它的存在和更新，赋予骨组织生命力和生物力学的特性； 由于形成期骨细胞胞浆内硷性磷酸酶的活性很高，胞浆内富于粗面内质网、线粒体和高尔基复合体等细胞器，所以认为骨细胞具有合成与分泌原胶原的功能； 由于骨细胞内显示有焦磷酸酶和特异性脂酶的活性，一些骨细胞含有比较多的线粒体和高尔基复合体，所以骨细胞可能与骨盐的代谢和/或骨的钙化有关；
15、在甲状旁腺激素和骨液钙浓度的调节下，骨细胞通过激活或抑制骨陷窝壁的骨质溶解，以维持血清钙含量的稳定。一些骨细胞含有比较多的溶酶体，也从结构上支持，骨细胞参与骨质吸收的功能。这种骨质吸收也称为骨细胞性骨溶解（Osteocytic osteolysis）。据信，在体内出现激动骨吸收的信息后，骨细胞性骨溶解可以迅速被激活，而破骨细胞的动员和投入，往往需要更长的间隔时间； 执行骨细胞之间信息和物质传递：骨细胞的突起沿骨小管伸展，在基质内与相邻的骨细胞相连接。这是骨细胞之间进行信息传递的结构基础。骨细胞的微丝和微管，是细胞内离子和分子运输的通道，也是骨细胞间电解质与小分子物质交换的通路。这保障了信息和物
16、质沿骨细胞网络的顺利和及时的传递； 执行骨细胞与体液之间信息传递和物质交换：微骨小管（Microcanal）是从骨小管分出的放射状微管，它们散布在细胞间质的胶原原纤维之间，形成骨细胞与骨液之间信息传递和物质交换的界面，也是骨与血液之间信息传递和进行物质交换的界面； 形成骨原细胞：多数骨细胞位于基质内，直到衰老死亡。但当破骨细胞吸收骨细胞周围的钙化基质后，部分没有死亡的骨细胞可自骨陷窝内暴露，并且可能反祖形成骨原细胞，再转变为成骨细胞，实现成骨循环2。4. 破骨细胞（Osteoclast）：破骨细胞位于骨膜下或小梁骨破骨区的豪氏陷窝（Howships lacunae）内，数量较其它骨细胞少。在患
17、甲状旁腺机能亢进症患者的骨切片，可见比较多的破骨细胞，其胞体也比正常人的大。通常把破骨细胞分为多核破骨细胞、单核破骨细胞和覆盖型破骨细胞等三种，以多核破骨细胞最为常见，其结构也比较典型。关于破骨细胞的分型和形态构造简述如下。（1）多核破骨细胞（Multinucliated osteoclast）：这型破骨细胞形体巨大，直径为30100mm.。成熟破骨细胞的胞浆呈嗜酸性，幼稚破骨细胞的胞浆多为异染性，有时呈嗜碱性，胞浆内有泡沫状小泡。电镜下可见大量粗面内质网、发达的高尔基复合体、丰富的线粒体和溶酶体，以及微管、微丝和嗜锇颗粒等。一般可有650个细胞核，最多可达100个以上。核的形态多为不规则的圆
18、形或卵圆形。细胞核内染色质颗粒微细，分布均匀，核浅染，有12个核仁。在细胞和骨面的贴附区，破骨细胞胞浆的边界不清，有纤细的指状突起伸入骨基质内，称为皱褶缘（Ruffled border），也称纹状缘（Striated border）或刷样缘（Brush border）。皱折缘由许多突起与凹陷构成，突起的大小和形状各异，与骨基质相贴，胞浆的内容物可以经皱褶缘渗透到骨的表面。皱褶缘处的突起，覆以胞膜，表面为小鬃毛样结构，长约1520 nm，间隙约 2025 nm。皱褶缘之间有特化的胞膜，有纤细的无定形颗粒物，称为透明带（Clear zone）。皱褶缘和透明带是骨质吸收的重要装置，皱褶缘溶解和吞噬分
19、解的骨基质，透明带把吞噬的骨基质加以包围和封闭，以保持最适宜的骨吸收微环境。在透明带处可见与细胞表面垂直的、含纤维蛋白的微丝。微丝伸入到骨基质内，其功能是使皱褶缘沿骨表面移动，或封闭破骨细胞与骨相接触的部位，以控制皱褶缘的组织液循环。埋藏在骨基质内的破骨细胞没有皱褶缘和透明带。（图23 破骨细胞结构模式图）（2）单核破骨细胞（Mononucliated osteoclast）：形体较小，数量极少，只分布在骨的吸收表面。细胞体呈圆形或椭圆形，常伸出12条突起，胞浆嗜碱性，只有一个细胞核。（3）覆盖型破骨细胞（Lining osteoclast）：是由活动期破骨细胞转化而来，处于静止状态，无骨吸收
20、作用。关于破骨细胞的功能可以概述如下：（1）破骨细胞有强大的骨吸收功能：破骨细胞表面富于突起、微绒毛、皱褶缘和透明带，细胞内富含酸性磷酸酶、溶酶体、嗜锇颗粒、空泡和吞噬的骨质和骨盐碎粒，而且在细胞基底部皱褶缘区常分布比较多的线粒体，一些骨盐颗粒常附着在线粒体嵴上。这些都提示破骨细胞具有旺盛的吸收和消化骨质的功能。（2）破骨细胞是变性骨间质的“清道夫”：根据 Reymold 提出的原理，对于骨间质的吸收过程可以概述如下：破骨细胞的皱褶缘与透明带形成完整的骨吸收装置，为骨吸收提供适宜的微环境，线粒体和溶酶体酶集中在皱褶缘下，溶酶体释放，使局部微环境酸化，酸性磷酸酶使骨质溶解，先把骨盐移出，与胶原纤
21、维分离。破骨细胞吞噬断裂的胶原纤维和骨盐碎粒，由胞浆内溶酶体进一步消化胶原，骨盐被线粒体摄取，完成了骨间质的吸收和消化。研究表明，破骨细胞胞浆内还含有 b一半乳糖苷酶、b一糖苷酶、ATP酶和亮氨酸氨基酞酶，这些从生物化学角度提示了破骨细胞的功能，但是在破骨细胞未能分离出胶原酶。（3）参与骨组织的塑建和重塑建：破骨细胞的基本功能是吞噬老化变性的矿化骨，参与骨组织的代谢更新过程。成骨细胞形成新骨与破骨细胞对于骨组织的破坏和吸收是骨组织的发生、生长、发育、成熟、老化和更新等生理过程必不可少的两个方面，通过二者的协同活动完成骨塑建和重塑建。 关于破骨细胞功能的调制：破骨细胞的活动主要接受激素和局部因子
22、的调控，对于这些虽然还没有十分透彻的了解，但是已经证明了一些环节。简要介绍如下：（1）破骨细胞的激动：现已证明，破骨细胞胞膜上有甲状旁腺激素受体和降钙素受体。在甲状旁腺激素的刺激下，破骨细胞激动，细胞的数量增加，细胞核内RNA合成增加，进而胞浆内RNA含量增加，破骨细胞的功能增强。降钙素可以使破骨细胞的皱褶缘和胞浆内的液泡数量减少或消失，从而抑制破骨细胞的活动。此外，成骨细胞胞膜也有甲状旁腺激素受体和1, 25-2羟VD3受体，这表明成骨细胞可能也参与破骨细胞功能的调节。（2）局部因子对破骨细胞功能的调节：一些研究表明，骨吸收受局部细胞因子的调节。例如， 植物血凝素可以激活人的淋巴细胞，使其分
23、泌破骨细胞激活因子（Osteoclast active factor, OAF）；当淋巴细胞与巨噬细胞交互作用时也可以产生OAF。OAF可以诱导破骨细胞的形成，并且激活其骨质吸收活动。在OAF的作用下，单个核细胞又可以反复融合，形成多核巨细胞。每次融合，均带进了新的信息，或带进破骨细胞的遗传信息。这样，在OAF的作用下，破骨细胞数量也可以增加； 在局部还存在一种来自软骨的抗侵袭因子（Anti-invasion factor, AIF），AIF不仅可以使破骨细胞的数量减少，而且能够使破骨细胞的皱褶缘变小和减少，从而抑制骨吸收。显然，局部OAF与AIF的协调活动，是调节破骨细胞骨质吸收功能的重要因
24、素。而且破骨细胞与单个核细胞之间的局部相互作用，可以调节破骨细胞在局部的功能； 前列腺素是另一个可促进骨质吸收局部因子，局部前列腺素浓度增加时，骨质吸收加强，骨盐丢失增加，并且诱发骨质疏松。 骨髓巨噬细胞可以分泌颗粒细胞集落刺激因子（Granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF），G-CSF过度表达不仅可以削弱BMP2的表达，而且能够抑制破骨细胞的骨质吸收活动3。由此可见，破骨细胞在局部的吸收功能，也是受到局部组织特异性影响的。关于破骨细胞的来源和归宿：这是尚未解决的、存在一些争议的问题。试简介如下：（1）对于破骨细胞的来源，存在着不同的看法： 流行的
25、观点认为，在适宜因子的驱使下，一些骨原细胞通过增殖和分化成为破骨细胞； 部分多核破骨细胞可能是由单核破骨细胞融合而成； 有证据表明，间充质细胞可分化成为破骨细胞，而破骨细胞也可能逆转成为间充质细胞或成骨细胞； 有据表明，造血性干细胞、白细胞、单核细胞等血细胞可以分化形成破骨细胞； 有人认为破骨细胞是由骨髓内巨噬细胞演变而来，当多核巨噬细胞进入骨质内，可以转化为破骨细胞。（2）对于破骨细胞的归宿，有以下几种意见： 流行观点认为，衰老的破骨细胞，通过变性崩解消失； 少量衰老的破骨细胞可能通过逆转，转化为成骨细胞； 少量衰老的破骨细胞可能通过逆转，转化为间充质细胞； 也有人报道，在小梁骨内部，活动状
26、态的破骨细胞，沿着骨小管的吸收表面，边匍行，边吞噬和吸收衰老的骨组织，在这个移行过程中，破骨细胞的胞核与胞浆的数量可以逐渐丢失而进入衰老期。衰老破骨细胞的胞膜破碎，胞浆与胞核离散。离散的细胞核可以贴附在骨小管管壁上，在它获得新的遗传信息后，可以转化为骨小管腔面的衬细胞。因此，破骨细胞胞核及胞浆的丢失与破骨细胞的死亡，之间是否必然相关，还是一个尚不完全明了的问题。5间充质细胞（Mesenchymal cell）：骨的间充质细胞是胚胎时期中胚层间充质细胞的后裔，数量不多，主要分布在骨膜下。它们是骨组织的多能干细胞，平时多处于静息状态，当机能需要时，可以分化为成纤维细胞和多能骨原细胞，后者可以进一步
27、分化为成骨细胞和破骨细胞。所以间充质细胞是骨的储备细胞。（二）骨的细胞间质（Intercell substances of bone）：也称骨间质，指骨组织细胞周围的物质，包括有机间质和无机间质。骨间质是骨细胞生存和进行机能活动的外环境和基质，对于骨细胞的发育、功能具有重要的调节作用。1. 有机间质：主要由骨胶原纤维和无定形骨基质组成。无定形基质主要包括糖蛋白、蛋白多糖、非胶原骨蛋白、脂质、枸橼酸和酶等。（1）胶原纤维（Collagen fiber）：胶原纤维是骨间质的有形成分，由胶原（蛋白）组成。胶原是体内含量最多、分布最广和功能比较复杂的蛋白质。机体胶原蛋白质的含量约占全身蛋白质总量的1/
28、3-4。根据其肽链的组成，可以分为IIV型胶原，骨间质内的几乎都是 I 型胶原（软骨内主要是II型胶原）。体内的胶原多以胶原纤维的形式存在，其直径约为10100mm。胶原纤维由平行排列的、直径为3001300埃的胶原原纤维组成。钙盐即沉积在胶原原纤维上，形成坚硬的骨质。胶原原纤维由原胶原分子（Tropocollagen molecule）按定向排列组成，分子之间通过共价键搭桥交连，形成结构稳定的胶原原纤维。胶原属于不溶性硬蛋白。4型胶原的原胶原分子都是由3条a-肽链螺旋盘绕组成。I 型胶原分子由2条a1肽链和1条a2肽链组成。a肽链主要由甘氨基酸、脯氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸和羟赖氨酸等20种氨基
29、酸组成。其中甘氨酸含量约占氨基酸总量的1/3；因为体内含羟脯氨酸和羟赖氨酸的蛋白质比较少见，所以这两种氨基酸是原胶原分子的特异性成分。一些学者认为，甘氨酸和羟脯氨酸之间形成的氢键，可以增加原胶原肽链的稳定性。胶原约占骨间质中有机物质的93，在未矿化的类骨基质中，胶原所占的比例可达96。成骨细胞、成软骨细胞和成纤维细胞都可以合成与分泌可溶性原胶原分子，在间质内它们互相聚合，紧密排列，形成胶原原纤维和胶原纤维。在细胞的粗面内质网上，通过mRNA合成前a-肽链，进入粗面内质网的管内，在脯氨酸和赖氨酸羟化酶的作用下，使前a-肽链的脯氨酸和赖氨酸羟化，生成羟脯氨酸和羟赖氨酸，再脱去多余的氨基酸和糖化，形
30、成a-肽链。3条肽链互相扭转形成原胶原分子。羟化反应是耗氧反应，所以充足的氧供应是合成原胶原的重要条件之一；缺氧使骨折愈合延缓可能与此有关。V C和铁离子，可以维持羟化酶的活性，所以充足的Vit C和铁离子供应，有利于创伤和骨折愈合。原胶原分子进入高尔基复合体，通过高尔基复合体和微管，把原胶原分子分泌到细胞外。在间质内，原胶原分子平行排列，依靠电荷的吸附作用，互相重迭聚合，形成胶原原纤维。原胶原分子比较长（其长280nm，宽1.5nm），其重迭部分的长度约为6467nm，约相当于其分子长度的14。在1个分子的末端与下1个分子的始端之间，存在的缝隙称为洞带（Hole zone）。诸原纤维分子洞带
31、可能是矿物质开始沉积于原纤维的部位，钙化过程由此向周围放射状扩散。所谓的成核作用（Nucleation）即指矿物质沉积于胶原原纤维洞带的过程。（2） 糖蛋白（Glycoprotein）：糖蛋白是碳水化合物与蛋白质的络合物，在体内分布十分广泛。糖蛋白的蛋白质部分与一般蛋白质没有明显的差别。而其糖链是受遗传决定的、具有种系和功能差异的结构集团。糖链的数目、种类及其在肽链上的空间分布等等，对于糖蛋白的功能、特性具有决定性意义。成纤维细胞、成软骨细胞和成骨细胞都有合成与分泌糖蛋白的功能。在这些细胞内质网的核蛋白体内，根据mRNA提供的信息，进行糖蛋白的合成。单糖残基和肽链是分别合成的，然后再把单糖残基
32、装配到肽链的适当位点上，就合成了具有特定功能意义的糖蛋白。（3）蛋白多糖（Protein polysaccharides）也称粘多糖或氨基多糖。人体常见的蛋白多糖有透明质酸、硫酸软骨素A、B和G、肝素、硫酸类肝素和硫酸角质素等。在软骨内含有大量（约50）硫酸软骨素和透明质酸，而骨质内硫酸软骨素含量仅有5。氨基多糖是构成蛋白多糖的基础单位，若干氨基多糖连接在蛋白质核心链上，则构成各种各样的蛋白多糖。一般认为氨基多糖链是在粗面内质网上合成的，合成后可以转移到滑面内质网中和高尔基复合体内，继续合成蛋白多糖。合成后可以被分泌到细胞外。糖蛋白和蛋白多糖的功能因所在的组织而异。在骨组织内，其作用可以概括为
33、： 促进钙盐沉积和成骨：硫酸软骨素的硫酸基与基质中的钙离子结合，促进钙离子与磷酸根结合，形成骨盐。在这个过成中，成骨细胞释放溶酶体促使蛋白多糖分解，释放出磷酸钙结晶，并沉积在胶原原纤维的洞带，促进软骨化骨的进程。 促进骨折愈合，氨基多糖的释放，可以促进胶原的合成与分泌，产生更多的骨基质，有利于骨痂的形成和骨折愈合。 调节骨间质内的成分：蛋白多糖富于丰富的硫酸根，可以促使钙、镁、钠和钾等阳离子进入骨间质内。（4）非胶原骨蛋白：已经查明在有机骨间质内除胶原、糖蛋白和蛋白多糖等蛋白质以外，还有少量非胶原骨蛋白，其中包括骨钙素（Osteocalcin，OC）、骨粘连蛋白（Osteonectin，ON）
34、和骨桥梁蛋白（Osteopontin，OP）等等。根据对成骨过程中非胶原骨蛋白基因表达时相的观察，它们与成骨细胞的分化有关；而对于骨生成及其矿化没有直接作用4。（5）脂质（Lipid）：骨间质中脂质多以磷脂的形式存在。由于磷脂与钙离子有显着的亲和力，所以基质中的脂质具有促进钙盐在骨基质中沉积的作用。从一定的意义上讲，骨间质中的脂质具有离子结合作用，也是产生骨盐结晶核的部位。（6）枸橼酸（Citric acid）：骨组织富含枸橼酸，其含量约占全身总量的70。骨内的枸橼酸主要分布在羟磷灰石的表面，枸橼酸常与钙离子结合形成枸橼酸钙，有利于骨钙的沉积和保持。此外，枸橼酸对于糖、脂肪和蛋白质的氧化代谢过
35、程有一定的作用，在三羧酸循环中，可以产生能量。但是当骨间质中枸橼酸含量过高时，由于局部环境的酸化，可以促使骨盐溶解和脱失，甚至可以启动溶骨作用。（7）酶：骨组织也有活跃的新陈代谢活动，因此骨组织内具有各种蛋白质合成和糖元代谢的酶体系。此外，在成骨细胞内有高表达的碱性磷酸酶活性，这与成骨细胞的合成代谢有关。特别是在钙离子与磷酸根结晶之前，碱性磷酸酶的活性与骨基质的形成有关。新生骨和钙化软骨等处，都有碱性磷酸酶。在骨细胞内有比较高的酸性磷酸酶活性。在破骨细胞内有糖酵解酶的活性，它可以使葡萄糖转变成丙酮酸盐，形成腺苷三磷酸，丙酮酸再转化为乳酸盐。这可以激动骨质吸收。溶酶体含有大量酸性水解酶，这是促进
36、蛋白质分解代谢的酶系，并且可以溶解骨细胞及其周围骨基质。胶原酶是特殊的蛋白溶解酶，可以使胶原分解成3条a肽链；但是在破骨细胞内，尚未发现有胶原酶。2. 无机成分：由骨盐和水组成。骨盐主要是羟基磷灰石和磷酸钙。（1）水：在骨组织中，水以“游离水”和“结合水”两种形式存在。“游离水”是指在类骨组织钙化前，类骨组织细胞间质中的水，即组织液。它是骨组织细胞间液的主要成分，可以输送离子，组成羟磷灰石内的一部分水，并且与胶原原纤维分子的氢链连接。在骨化开始后，由于磷酸钙复合物的沉积，使骨盐结晶、离子、胶原原纤维和蛋白多糖之间的间隙变小，在静水压和渗透压的驱使下，“游离水”渗入骨间质的组织成分内，并且与之结
37、合，成为“结合水”。（2）骨盐：在成熟的皮质骨中，矿物质含量可高达干骨总量的86。脊椎动物骨的矿物质主要是羟磷灰石和磷酸钙，其分子结构与自然界存在的羟磷灰石相似。其基本分子式为 Ca10（PO4）6（OH）2 或 3Ca3（PO4）2 Ca（OH）2。骨含有的钙是全身钙总量的99，骨磷为全身磷总量的90。钙磷之比值为1.67（克分子）或2.15（重量）。成熟骨之钙磷比值为2.15，而幼稚或部分矿化骨组织的钙磷比值约为1.95。在电镜下矿化组织可见单个结晶，呈扁平板状。有的观察则发现是呈棒状，其体积小于牙釉质结晶，约为 5 25nrn。除以上钙盐外，在骨内还含有碳酸钙、柠檬酸钙、磷酸氢二钠和一些
38、微量元素如铜、锰、矽、硅、镁、钴和铁等等。（三）骨膜：骨膜是骨的重要结构成分和功能成分。营养骨的血管需要穿行骨膜达到骨质内部；分布到骨的感觉神经主要分布在骨膜的感受器。这是接受内、外环境刺激和向骨组织传递应力、化学和生物学信息的受纳器。作用于骨膜的应力刺激，既可以比较直接地传递给骨膜深部的干细胞、成骨细胞、破骨细胞和骨细胞；也可以通过骨质传递给骨间质内的骨细胞，或者通过对骨小管内骨细胞突起的作用，通过骨细胞网络，比较迅速而直接地传递给各方位的骨细胞。骨膜与骨组织发生、吸收、形成和改建相关细胞的关系十分密切。这些细胞多数来源于骨膜，或骨膜下的间充质。根据骨膜所在的位置，可以把骨膜分为骨外膜和骨内
39、膜。 1 骨外膜（Periosteum）：骨外膜被覆在皮质骨的外表面，由内、外两层组成，外层致密而厚，由致密结缔组织和密集的胶原纤维束组成。由此胶原纤维束向深部发出一些较粗而密集的纤维束，穿过骨质抵达内环骨板。这些纤维称为穿通纤维（Perforating fiber），对骨外膜和韧带起固定作用。骨外膜的内层比较疏松，含有比较多的血管及神经分支，细胞成分也比较多，例如骨原细胞、成骨细胞和成纤维细胞等等。有一些资料表明，如果一块骨有大面积骨外膜脱失，该骨将不可避免地变性坏死。 2 骨内膜（Endosteum）：在皮质骨内表面、小梁骨表面和骨质内部管道和陷凹，特别是哈氏管和福氏管的表面，都衬覆一薄层
40、结缔组织膜，称骨内膜。骨内膜柔软而菲薄，缺乏胶原纤维，衬有一层扁平细胞。细胞排列整齐，颇像单层扁平上皮，细胞间有缝隙连接。通常将之称为衬细胞。衬细胞与骨细胞的突起之间，可能也有缝隙连接。衬细胞虽然扁平，但是具有成骨细胞膜电位，故认为它们是静止型成骨细胞，也称内表面骨细胞。衬细胞把骨质与邻近的软组织分隔开，可能具有“血骨屏障”的作用。（四）骨髓：成体的骨髓分为黄骨髓和红骨髓。黄骨髓分布在管状骨骨体的骨髓腔内，主要由脂肪组织构成。脂肪组织由网状组织构成支架，在网眼内填充大量脂肪细胞，是机体脂肪和热力的贮存库。有人认为，在脂肪组织网状支架内，可能存在少量具有分化为造血细胞潜能的网状细胞。在一些特定情
41、况下，它们可能被激活，恢复造血功能。红骨髓是造血组织，分布在小梁骨织成的网眼内。骨髓细胞分泌的一些细胞因子对于骨塑建和骨重塑建具有一定的调节作用（见后）。红骨髓的细胞成分十分复杂，功能也多种多样，在此不拟介绍。 二、骨组织的构建：无论是皮质骨还是松质骨，都是由骨板按一定程式组合成的。构成骨组织最小的骨板，称为骨结构单位。根据显微镜下骨板排列的情况，可以把骨组织分为两型，即编织骨和板层骨。前者骨质的胶原纤维和骨板杂乱无序地交织成网状结构，生理状态下骨骺板下的原始松质骨，和骨折愈合过程中新生的骨性骨痂是由编织骨组成。板层骨的胶原和骨细胞排列成规则的板层，结构比较致密。骨骼应力负荷的大小、方向及其变
42、化，对于骨组织构建的方式和变化有决定性影响。以下就骨组织构筑的一些问题，进行简要的讨论。（一）骨结构单位（Bone structure unit, BSU）组织学研究发现构成骨组织最小的结构单位是“小骨片”，它们被一种不含胶原的结缔组织粘合在一起，小骨片的结合面称为粘合线或粘合面。在电镜下粘合线是电子致密的锯齿线。这种“小骨片”被命名为骨结构单位。通俗地比拟，每个骨结构单位，就象1块砖瓦，其间的粘合物质，就象是粘土，而骨骼就象是由砖瓦和粘土构筑成的建筑物。骨的粘合物质把骨结构单位粘合成为一个坚固的整体，并使整骨承受应力的能力明显地增强。但长期的应力负荷造成应变的累积，使粘合面发生微小的位移，导
43、致骨承受应力能力的降解。粘合线也是骨重塑建时期的更新界面，它标志着陈旧骨质吸收过程所达到的最远疆界。粘合线的形态不规则，活动的粘合线是酸性磷酸酶表达呈强阳性结构。少数粘合线是静止线，其结构平齐光滑，酸性磷酸酶表达阴性。静止线也可以恢复其活动；但是随年龄的增长，有“静止线”骨结构单位的数量也会逐渐增多。（图22）成人小梁骨的骨结构单位是扁平的骨板，与骨小梁表面平行。骨小梁表面的BSU就像一个浅碟，深度大约为50mm，长约lmm。皮质骨结构单位是哈佛氏系统（图23），也称继发性骨单位（Secondary osteon），其直径大约为200mm，与骨的长轴平行，中央管腔的直径大约为40mm。其内有少
44、量结缔组织和穿行的血管、淋巴管和神经。它们与骨髓和外骨膜相应的组织相连接，即哈佛氏管系统可以从骨外膜下蜿蜒伸抵骨内膜的深方。哈佛氏管彼此靠横向的福克曼（Volkmann）管相连接并形成网络。狗的哈佛氏管平均长度约为45mm, 人的约为 2.5mm。人皮质骨BSU的平均体积为 0.065mm3。全部皮质骨体积的2/3为骨结构单位，在成年后，这个比例将随年龄而逐年下降。骨结构单位壁由厚约7mm的同心性样板层骨组成。骨细胞呈同心圆的环状分布。相邻骨结构单位内的骨细胞是交错分布的，它们借微管系统内的突起互相连接，骨的微管系统在三维空间呈放射状分布，有时可以穿过23个板状骨层。（图22）（二）小梁骨（T
45、rabecular bone）：小梁骨又称松质骨或海绵骨（Spongy bone），由三维排列的骨板和骨柱组成，它们互相交错，组成复杂的网格。组成松质骨的骨板和骨柱称为骨小梁。骨小梁位于皮质骨围成的封闭“骨壳”中，并与皮质骨的内面相连。小梁骨的数量因部位而异，在长骨的骨干，十分稀少；但是却充满了干骺端；短骨与不规则骨内也充满了小梁骨。小梁骨与皮质骨一样，也需要承受和传导各种应力负荷。从材料力学观点看，小梁骨板排列的形式和方向符合“以最少物质承受最大应力”的原则。从组织构造看，小梁骨与皮质骨有明显的区别：1 小梁骨结构疏松：在皮质骨中其孔隙的体积约占皮质骨总体积的10（以下），而小梁骨内的腔隙约
46、占松质骨总体积的75。尽管小梁骨的结构疏松，但是小梁骨的骨板是薄而坚硬的。其板层骨片通常是顺应压应力的方向排列，形成垂直走向的骨板。在垂直骨板之间分布着疏密不等的杆状骨柱。它们与骨板紧密连接，并且顺应着张力传导的方向排列。构成小梁的骨板常不分层，但是其厚度和宽度各不相同。其厚度通常介于100200mm之间。在骨板和骨柱纵横交错形成的海绵状网眼内，充满了红骨髓。2 小梁骨哈佛氏系统（Haversian system）发育的比较差，比皮质骨的小，且略显松散。3 小梁骨的形状和排列因所在部位的功能而异，通常可以分为3型：第1型为动力型小梁骨，分布在运动灵活而多样化的部位，如肱骨的近端，该部位于身体重
47、心线以外，压应力负荷比较小。该部的骨小梁比较纤细，形状比较均匀一致，骨板间的腔隙大而均匀，骨小梁排列方向的趋向性不十分突出；第2型为静力型小梁骨，分布在躯干的中轴骨，即椎骨的椎体内，此区是人体重心线通过的中轴线，而运动幅度不大，持重功能明显地超出其运动功能。椎体小梁骨的主要骨板都顺应压应力传导的方向呈垂直向排列，骨板的两端都与皮质骨连接。这是顺应压应力传递方向分布的骨板，它们虽然垂直分布，但是又有轻微的弯曲。这种形态增加了小梁骨对于压应力的应变能力。此外，沿张力曲线分布的骨柱也很发达；第3型称为动静结合型小梁骨，分布在下肢，如股骨的干骺端，这些部位既要承担强大的持重功能，又有比较灵活多样的运动
48、活动，这些部位的小梁骨板既要按压应力传递方向排列，又要按张力传导曲线排列，而且骨板粗壮而分布密集，骨板间的腔隙十分细密。（三）皮质骨（Cortical bone）：又称密质骨（Compact bone），它们约占成人骨总量的80。它们分布在所有骨的表面，形成了骨的外皮，并且包裹着小梁骨。一些骨的皮质骨十分菲薄，例如椎骨的椎体；另一些骨则相当厚，例如长骨的骨干。皮质骨由密集排列的骨板构成，根据长骨干内骨板排列的形式，可以分为四种骨板：（图23）1 外环骨板（Outer circumferential lamella）：位于骨外膜的深方，即皮质骨的外表面。在骨干的表面约有10层骨板环绕和包被着骨干
49、，它们以骨髓腔为中心呈同心圆状排列，故外环骨板与骨干表面平行。在外环骨板的深方有沿骨长轴分布的血管隧道称哈佛氏管（Haversian canal），也称穿通管（Perforating canal），管内通行略大的血管和神经。在外环骨板内常可以看到横行的福克曼氏管（Volkmann canal），它们穿通外环骨板，开口于骨的表面，其内端与哈佛氏管连接，是骨膜内血管神经进出的通道。2 内环骨板（Inner circumferential lamella）：位于骨内膜的深方，即衬附于皮质骨的髓腔面。通常有36层骨板，呈不规则的同心圆样排列。在内环骨板也有福克曼氏管通行，其内端开口于髓腔，外端与哈佛氏管连接，是髓腔血管进出的通道。3 哈佛骨板（Haversian lamella）：分布在内、外环骨板之间，是构成皮质骨最主要的成分，也是为数众多的骨结构单
