استخوان ها ساختارهایی زنده و محکم در بدن حیوانات هستند که به شکل داربستی مستحکم اندام‌ها و ساختمان کلی بدن را حفظ می‌کنند. استخوان‌ها اشکال و انواع گوناگونی دارند که در بخش‌های مختلف بدن وظایف متفاوتی را بر عهده دارند.

استخوان چیست؟

استخوان‌‌ها اندام‌‌های نیمه سفت، متخلخل و معدنی هستند که از سلول‌‌هایی در یک ماتریکس سخت تشکیل شده‌اند و بخشی از اسکلت درونی مهره‌داران را تشکیل می‌دهند. استخوان‌‌ها برای حرکت، پشتیبانی و محافظت از بدن، تولید گلبول‌‌های قرمز و سفید و ذخیره مواد معدنی در بدن فعالیت می‌کنند.

اگرچه ممکن است، استخوان‌های بیرونی ساختار‌های ساده و حتی محکمی به نظر برسند، اما در حقیقت آن‌ها از بافت استخوانی زنده متصل به هم، به همراه رگ‌‌های خونی و الیاف عصبی تشکیل می‌شوند و شکل‌گیری، ساختار و عملکرد آن‌ها شامل هماهنگی بسیار پیچیده‌ای است.

استخوان‌‌ها در اشکال مختلفی ساخته می‌شوند و ساختار داخلی و خارجی پیچیده‌ای دارند که به آن‌ها امکان می‌دهد، ضمن انجام بسیاری از کارکرد‌های دیگر، سبک و در عین حال قوی و سخت باشند. یکی از انواع بافت‌‌هایی که استخوان‌‌ها را تشکیل می‌دهند، بافت استخوانی معدنی است که به آن بافت استخوانی نیز می‌گویند.

یک بافت همبند تخصصی در استخوان‌ها وجود دارد که به استخوان‌‌ها استحکام و ساختار داخلی سه بعدی شبیه لانه زنبوری می‌بخشد. انواع دیگر بافت‌های موجود در استخوان‌ها شامل بافت مغز استخوانی، پریوستوز یا پوشش استخوانی، اعصاب، عروق خونی و غضروف هستند.

از آنجا که در استخوان‌ها، گروهی از بافت‌‌ها درگیر هستند که عملکرد خاص یا مجموعه‌ای از عملکرد‌ها را به صورت هماهنگ با هم انجام ‌دهند، استخوان‌‌ها را می‌توان به عنوان یک اندام‌‌ در نظر گرفت، اگرچه بافت استخوانی یک بافت غالب در استخوان‌ها به شمار می‌رود اما استخوان‌ها اغلب به صورت انواع مختلفی از بافت همبند طبقه‌بندی می‌شود.

خصوصیات استخوان

تمام استخوان‌‌ها از سلول‌‌های زنده تعبیه شده در ماتریکس آلی و معدنی تشکیل شده‌اند که بافت استخوانی را تشکیل می‌دهند. بافت اولیه استخوان یا بافت استخوانی، یک ماده کامپوزیت نسبتاً سخت و سبک است که اکثراً از فسفات کلسیم در ترکیب شیمیایی با نام هیدروکسیلاپاتیت کلسیم تشکیل شده است (این بافت استخوانی موجب استحکام استخوان‌‌ها می‌شود). این بافت از مقاومت فشاری نسبتاً بالایی برخوردار است اما استحکام کششی ضعیفی دارد، به این معنی که در مقابل نیرو‌های فشار به خوبی مقاومت می‌کند، اما نیرو‌های کششی به این بافت آسیب وارد می‌کند.

کلاژن در بافت استخوان
تصویر ۱: کلاژن در بافت استخوانی

با این که استخوان‌‌ها اساساً ساختاری شکننده دارند، دارای درجه قابل توجهی از خاصیت ارتجاعی نیز هستند. این خاصیت ارتجاعی استخوان‌ها عمدتا توسط کلاژن تامین می‌شود. کلاژن پروتئین اصلی بافت همبند در حیوانات است و شامل قرارگیری سه زنجیره پلی‌پپتیدی به شکل مارپیچ سه‌گانه است.

ساختار کلاژن با تنظیم توالی اسید‌های آمینه در هر یک از سه زنجیره کلاژن مشخص می‌شود. تحت نیروهای محیطی، مارپیچ سه‌گانه کلاژن استحکام خود را حفظ کرده و در برابر کشش مقاومت می‌کند و همین دلیل وجود کلاژن برای حفظ ساختار و پشتیبانی از استخوان‌ها بسیار اهمیت دارد، علاوه بر موارد بالا کلاژن خاصیت ارتجاعی نیز به استخوان می‌دهد.

انواع استخوان‌ها

استخوان از نظر ساختار میکروسکوپی و ماکروسکوپی به دو گروه جداگانه تقسیم می‌شوند که هر استخوان ماکروسکوپی شامل استخوان‌های «فشرده» (Cortical Bone) و «اسفنجی» (Cancellous Bone) هستند و استخوان‌های میکروسکوپی به دو گروه استخوان‌های بافته شده و استخوان‌های لایه لایه تقسیم‌بندی می‌شوند. در ادامه به بررسی انواع این استخوان‌ها می‌پردازیم:

استخوان فشرده یا متراکم

استخوان یک ماده کاملاً یکنواخت نیست، بلکه بین اجزای سخت آن فاصله و منافذی وجود دارند. لایه بیرونی سخت استخوان‌‌ها به دلیل تعداد شکاف‌‌ها یا فاصله‌‌های کمی که دارد، به «استخوان کامپکت» (Compact Bone Tissue) معروف است. این بافت ظاهر صاف، سفید و جامد استخوان‌‌ها را ایجاد می‌کند و 80 درصد از کل استخوان‌های اسکلتی بزرگسالان را تشکیل می‌دهد.

همچنین ممکن است استخوان کامپکت به عنوان استخوان متراکم یا استخوان قشر مغز نیز شناخته شود. استخوان‌های متراکم از واحدهای ساختمانی به نام «استئون» (Steon) تشکیل شده‌اند و در تصاویر میکروسکوپی دارای آرایشی از دایره‌های متحدالمرکزی به نام «سیستم هاورس» (Haversian System) هستند. سیستم هاورس خود به چهار بخش تقسیم می‌شود، عبارتند از:

  • مجرای هاورس: یک حفره در مرکز این سیستم است که محل قرارگیری اعصاب و عروق است. مجاری هاورس از طریق کانال‌های عرضی باریکی به هم وصل می‌شوند که به این کانال‌ها «مجاری ولکمن» (Volkmann’s Canal) می‌گویند.
  • تیغه‌های استخوانی یا لاملا (Lamellae): دایره‌های متحدالمرکزی که مجرای هاورس را احاطه کرده‌اند.
  • لاکونا: فضاهایی که بین لاملا قرار دارند و از سلول‌های استخوانی ساخته شده‌اند، لاکونا می‌گویند.
  • کانالیکول (Canaliculi): مجراهای کوچکی هستند که در سراسر بخش‌های کلسیمی شده استخوانی قرار دارند و با عبور رگ‌ها موجب انتقال مواد مغذی، اکسیژن و دی اکسید کربن و سایر مواد زائد در سلول‌های استخوانی می‌شوند.
استخوان متراکم
تصویر ۲: ساختمان استخوان متراکم

استخوان اسفنجی

قسمت داخلی استخوان‌ها را بافت بسیار متخلخلی به نام بافت «استخوانی اسفنجی» (Spongy Bone Tissue) تشکیل می‌دهد که به آن استخوان لخته یا استخوان ترابکولار نیز گفته می‌شود. این بافت از شبکه‌ای از ترابکولای مسطح یا سوزنی تشکیل شده است که باعث شده وزن کلی اندام استخوان سبک‌تر شود. فضای داخل منافذ بافت استخوانی متخلخل را بافت چربی، مغز استخوان و رگ‌های خونی تشکیل داده‌اند. بافت استخوان اسفنجی 20 درصد باقی مانده از کل استخوان را به خود اختصاص می‌دهد، اما تقریباً سطحی برابر با ده بار بزرگ‌تر از سطح استخوان‌های متراکم را در بر دارند.

پرئوستوم

قسمت بیرونی استخوان‌‌ها توسط «پرئوستوم» (Periosteum) یا «برون‌است» که دارای یک لایه فیبر بیرونی و یک لایه داخلی است، سطح استخوان را پوشش می‌دهند. این بخش مانند غشایی تمام سطح خارجی استخوان‌ها را می‌پوشاند. بافت پرئوستوم در جایی از استخوان که با استخوان‌‌های دیگر از طریق اتصالات در تعامل باشند، مانند مفاصل حرکتی، وجود ندارد. پرئوستوم به وفور با خون، لنف و عروق عصبی تغذیه می‌شود و از طریق «الیاف شارپی» (Sharpey’s Fibers) (یک ماتریکس از بافت همبند متشکل از دسته‌هایی از الیاف کلاژن) به خود استخوان متصل می‌شود. غشای پرئوستوم از جنس بافت همبند و قابل انعطاف است.

استخوان بافت شده

استخوان از نظر میکروسکوپی همچنین می‌تواند به شکل بافت Woven Bone یا لایه لایه باشد. استخوان به شکل بافت شده ساختاری ضعیف است، با تعداد کمی ‌از الیاف کلاژن که به طور تصادفی جهت گیری کرده‌اند، اما این نوع استخوان‌ها به سرعت و بدون ساختار از پیش تعیین شده در طی دوره‌‌های ترمیم یا رشد شکل می‌گیرد. این بافت استخوانی در استخوان‌های دوران جنینی مشاهده می‌شود.

استخوان لاملا و بافته شده
تصویر ۳: الف) استخوان بافت شده یا فیبروز، ب) استخوان لایه لایه یا لاملار

استخوان لایه لایه

استخوان لاملار (Lamellar Bone) یا لایه لایه دارای ساختاری قوی‌تر از استخوان‌های بافتی است. این استخوان‌ها از لایه‌‌های متعدد انباشته بر روی هم تشکیل شده و در ساختار آن‌ها بسیاری از الیاف کلاژن به موازات سایر الیاف یک لایه، جهت گیری کرده‌اند. الیاف در لایه‌‌های متناوب در جهت مخالف قرار دارند و همین امر به توانایی استخوان در مقاومت در برابر نیرو‌های پیچشی کمک می‌کنند. پس از شکستگی در استخوان‌ها، استخوان بافتی به سرعت شکل می‌گیرد و به تدریج توسط استخوان لاملار با سرعت رشدی کمتر جایگزین می‌شوند. این فرایند طی کلسیفیکاسیون روی غضروف شیشه‌ای (هیالین) از طریق مکانیسمی معروف به «جایگزینی استخوانی» انجام می‌شود.

عملکرد استخوان

استخوان‌ها هفت عملکرد اصلی را در بدن بر عهده دارند که در در ادامه به معرفی و بررسی هر یک از آن‌ها می‌پردازیم:

  • محافظت: استخوان‌‌ها می‌توانند از اندام‌‌های داخلی بدن در برابر آسیب‌های مکانیکی محافظت کنند از جمله این محافظت‌ها می‌توان به عملکرد جمجمه برای مغز یا نقش دنده‌‌ها در حافظت از ریه‌ها اشاره کرد.
  • شکل: استخوان‌‌ها قاب و ساختاری را برای حفظ شکل کلی بدن فراهم می‌کنند.
  • تولید سلول‌های خونی: مغز استخوان که در حفره مدولاری استخوان‌های بلند و منافذ بین استخوان‌های اسفنجی وجود دارد، در فرآیندی به نام «هماتوپوسیس» (Hematopoiesis)، سلول‌های خونی تولید می‌کند.
خون سازی در استخوان
تصویر ۴: سلول‌های خونی مانند گلبول‌های قرمز و سفید به همراه پلاکت‌ها در مغز استخوان‌ها ساخته می‌شوند.
  • ذخیره مواد معدنی: استخوان‌‌ها به عنوان ذخایر مواد معدنی مهم برای بدن عمل می‌کنند، مهم‌ترین این مواد معدنی شامل کلسیم و فسفر هستند.
  • حرکات: استخوان‌ها، ماهیچه‌‌های اسکلتی، تاندون‌‌ها، رباط‌‌ها و مفاصل با یکدیگر همکاری می‌کنند تا نیرو‌ها را در جهت حرکت بدن هماهنگ کنند. در این حالت قسمت‌های مختلف بدن و همچنین کل بدن در یک فضای سه بعدی قادر به حرکت می‌شود. تعامل بین استخوان و ماهیچه در علم بیومکانیک مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
  • تعادل اسید و باز: استخوان با جذب یا آزاد کردن نمک‌‌های قلیایی، اسیدیته خون را در برابر تغییرات بیش از حد pH تنظیم می‌کند.
  • سم زدایی: بافت استخوانی، فلزات سنگین و سایر عناصر خارجی را از خون جدا می‌کند و بنابراین اثرات آن‌ها را بر روی عصب و سایر بافت‌‌ها کاهش می‌دهد. استخوان‌ها سپس به تدریج می‌توانند این ترکیبات‌ را به آرامی برای دفع از بدن آزاد کنند.

بیشتر استخوان‌ها همه این کارکرد‌ها را می‌توانند انجام می‌دهند، اما استخوان‌‌های خاصی برای عملکرد‌های ویژه تخصصی‌تر عمل می‌کنند.

آناتومی استخوان

از نظر آناتومی پنج نوع استخوان در بدن انسان وجود دارد:

  • استخوان بلند (Long Bones)
  • استخوان کوتاه (Short Bones)
  • استخوان‌  مسطح (Flat Bones)
  • استخوان نامنظم (Irregular Bones)
  • استخوان کنجدی یا سزاموئیدی (Sesamoid Bone)

در ادامه به بررسی ویژگی‌ها و عملکردهای هر یک از این استخوان‌ها می‌پردازیم:

استخوان‌های بلند یا دراز

طول استخوان‌‌های بلند از عرض آن‌ها بیش‌تر است و از یک تنه بلند یا دیافیز (به قسمت وسط استخوان‌های بلند گفته می‌شود)، به همراه دو سطح مفصلی تشکیل شده‌اند که اپی‌فیز (Epiphysis) نامیده می‌شود. در واقع به قسمت‌های گرد استخوان‌های بلند اپی‌فیز می‌گویند. استخوان‌های دراز معمولا از بافت‌های استخوانی متراکم یا فشرده تشکیل شده‌اند، اما به طور کلی به اندازه کافی ضخیم هستند که حاوی استخوان اسفنجی قابل توجهی باشند و دارای بافت مغز استخوان در مرکز توخالی (حفره مدولاری) خود هستند.

استخوان دراز
تصویر ۵: ساختمان استخوان دراز

بیشتر استخوان‌های اندام‌ها (از جمله سه استخوان انگشتان) استخوان‌های دراز هستند، بجز کشکک زانو (پاتلا) و استخوان‌های کارپال، متاکارپال، تارسال و متاتارسال مچ و مچ پا در گروه استخوان‌های بلند قرار دارند. در این سیستم طبقه بندی به شکل استخوان‌ها بیشتر از اندازه آن‌ها اهمیت داده می‌شود.

استخوان‌‌های کوتاه

استخوان‌های کوتاه تقریباً شکلی شبیه به مکعب دارند و ساختار آن‌ها شامل یک لایه نازک از بافت استخوانی فشرده اطراف یک فضای داخلی با بافت اسفنجی هستند. استخوان‌‌های مچ دست و مچ پا از نوع استخوان‌‌های کوتاه تشکیل شده‌اند، این استخوان‌های کوتاه مشابه استخوان‌‌های کنجد هستند.

استخوان کوتاه
تصویر ۶: ساختمان استخوان‌های کوتاه بدن

استخوان‌‌های مسطح یا پهن

استخوان‌های مسطح یا پهن، نازک و به طور کلی خمیده هستند و در این استخوان‌ها دو لایه موازی بافت استخوانی متراکم، یک لایه از استخوان اسفنجی را در بر می‌گیرند. بسیاری از استخوان‌‌ها نیز مانند استخوان جمجمه و استرنوم یا استخوان جناغ سینه از نوع استخوان‌‌های پهن به شمار می‌آیند.

استخوان‌ های پهن
تصویر ۷: استخوان‌های پهن در ساختمان اسکلتی بدن که شامل استخوان‌های جمجمه، دنده‌ها، جناغ سینه و استخوان پهن لگن هستند.

استخوان‌‌های نامنظم

این گروه از استخوان‌ها از نظر شکل تفاوت‌های زیادی با یکدیگر دارند. آن‌ها از لایه‌‌های نازکی از استخوان فشرده اطراف یک فضای اسفنجی تشکیل شده‌اند. همان طور که از نام آن‌ها مشخص است، این استخوان اشکالی نامنظم و پیچیده دارند. استخوان‌‌های ستون فقرات و باسن از استخوان‌‌های نامنظم است.

استخوان‌‌های سزاموئید

استخوان‌های کنجدی، استخوان‌‌های کوتاهی هستند که در تاندون‌‌ها تعبیه شده‌اند. از آنجا که آن‌ها برای دور نگه داشتن تاندون از مفصل عمل می‌کنند، از این رو با فعالیت این استخوان‌ها زاویه تاندون افزایش یافته و به این ترتیب نیروی ماهیچه نیز افزایش می‌یابد. نمونه‌‌هایی از استخوان‌‌های سزاموئیدی شامل کشک زانو یا پاتلا و استخوان نخودی یا پزی فرم است.

استخوان سزاموئیدی
تصویر ۸: استخوان سزاموئیدی

سلول‌های استخوانی

استخوان‌ها از سلول‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که هر یک ویژگی‌ها و عملکردهای خاصی را در ساختار استخوان‌ها انجام می‌دهند. در زیر به معرفی این سلول‌ها می‌پردازیم:

استئوبلاست‌‌ها

«استئوبلاست‌‌ها» (Osteoblast) سلول‌های تشکیل دهنده استخوان تک هسته‌ای هستند که از سلول‌های «استئوپروژنیتور» (Osteoprogenitor)  یا استم سل ایجاد می‌شوند. این سلول‌ها به عنوان سلول‌های بنیادی استخوان‌ها شناخته می‌شوند. استئوبلاست‌‌ها در سطح درز‌های استئویدها یا استخوان‌واره‌ها (به بافت پایه استخوان‌ها که هنوز معدنی نشده‌اند، استخوان‌واره می‌گویند) واقع شده و مخلوطی از پروتئین را به نام استئویدها می‌سازند که باعث معدنی شدن استخوان می‌شود.

استئوئید در درجه اول از کلاژن نوع I تشکیل شده و هورمون‌‌هایی مانند پروستاگلاندین‌‌ها را تولید می‌کند تا روی خود استخوان عمل کند. آن‌ها به صورت مداوم فسفاتاز قلیایی تولید می‌کنند، این فسفاتاز قلیایی آنزیمی است که در معدنی شدن استخوان و همچنین در تولید بسیاری از پروتئین‌‌های ماتریکس نقش دارد، از این رو به استئوبلاست‌ها سلول‌های سازنده نیز می‌گویند. استئوبلاست‌‌ها سلول‌های استخوانی نابالغ هستند.

سلول های استخوانی
تصویر ۹: محل قرارگیری انواع سلول‌های استخوانی

سلول‌های سازنده استخوانی در واقع سلول‌های استئوپروژنیتور غیرفعال هستند. آن‌ها تمام سطح موجود استخوان را می‌پوشانند و به عنوان مانعی برای عبور یون‌‌های خاص عمل می‌کنند.

اوستئوسیت‌ها

«اوستئوسیت‌ها» (Osteocyte) از استئوبلاست‌ها منشا می‌گیرند که به داخل استخوان مهاجرت کرده و در ماتریس استخوانی قرار می‌گیرند که خود تولید می‌کنند. فضا‌هایی که آن‌ها اشغال می‌کنند به عنوان «لاکونا» (Lacunae) شناخته می‌شوند. استئوسیت‌‌ها فرآیند‌های بسیاری بر عهده دارند که احتمالاً برای اهداف ارتباطی با استئوبلاست‌‌ها به کار گرفته می‌شوند. عملکرد آن‌ها شامل درجات مختلف است که از آن جمله می‌توان به تشکیل استخوان، نگهداری ماتریکس و هموستاز کلسیم اشاره کرد. این سلول‌ها احتمالاً به عنوان گیرنده‌‌های حسی مکانیکی عمل می‌کنند که پاسخ استخوان به استرس را تنظیم می‌کند. اوستئوسیت‌ها سلول‌های استخوانی بالغ هستند.

استئوکلاست‌ها

«استئوکلاست‌ها» (Osteoclast) سلول‌هایی هستند که در تحلیل استخوان (مسئول بازسازی ماده زمینه استخوان در هنگام کاهش حجم استخوان) نقش دارند. استئوکلاست‌‌ها سلول‌های بزرگ و چند هسته‌ای (۶ تا ۵۰ هسته سلولی) هستند که در سطوح استخوان واقع شده‌اند و به آن‌ها چاله‌‌های خلا (Howship’s Lacunae) می‌گویند. این لاکون‌‌ها یا چاله‌‌های جذب، پس از شکسته شدن استخوان‌ها، در ناحیه شکستگی از بین می‌روند و اغلب سطحی به عنوان سطوح پیچیده به وجود می‌آورند.

اشکال سلول های استخوانی
تصویر ۱۰: اشکال سلول‌های استخوانی

استئوکلاست‌ها برخلاف استئوبلاست‌ها نقش تخریب استخوان‌ها را بر عهده دارند و از این رو به آن‌ها سلول‌های مخرب نیز گفته می‌شود. از آنجا که استئوکلاست‌ها از یک سلول بنیادی مونوسیت بدست می‌آیند، آن‌ها به استراتژی‌‌هایی شبیه به ماکروفاژ‌های در گردش، مجهز هستند. استئوکلاست‌ها پس از تشکیل بالغ می‌شوند و یا به سطوح استخوانی مجزا مهاجرت می‌کنند.

به محض ورود این سلول‌ها به سطح استخوان‌ها، آنزیم‌‌های فعال، مانند اسید فسفاتاز مقاوم در برابر تارترات، در مقابل سوبسترای معدنی ترشح می‌شوند. زمانی که میزان کلسیم خون توسط هورمون تیروکسین و پاراتورمون کاهش می‌یابد، استئوکلاست‌ها کلسیم را از استخوان‌ها می‌گیرند و به جریان خون آزاد می‌کنند.

روند تجزیه استخوان، کلسیم ذخیره شده را در گردش سیستمیک آزاد می‌کند و یک فرآیند مهم در تنظیم تعادل کلسیم خون به شمار می‌آید. از آنجا که تشکیل استخوان به صورت فعال، کلسیم در گردش را به شکل معدنی خود تبدیل می‌کند و آن را از جریان خون خارج می‌کند، تخریب استخوان به طور فعال این روند را مختل می‌کند، در نتیجه سطح کلسیم در گردش را افزایش می‌دهد.

این فرایند‌ها به صورت پشت سر هم در مکان‌‌های خاصی اتفاق می‌افتند و به عنوان گردش استخوان یا بازسازی استخوان شناخته می‌شوند. استئوبلاست‌‌ها و استئوکلاست‌‌ها که از طریق سیگنالینگ سلول پاراکرین با یکدیگر هماهنگ می‌شوند، به عنوان واحد‌های بازسازی استخوان شناخته می‌شوند. تکرار مراحل بازسازی در سطح سلولی در شکل‌دهی و ساخت اسکلت در طول رشد و در پاسخ به استرس‌های محیطی (مانند ورزش، تحمل وزن یا بازسازی استخوان) تأثیر دارد.

ماتریکس استخوانی

ماتریکس (Bone Matrix) یکی دیگر از اجزای اصلی تشکیل دهنده استخوان است. ماتریکس دارای بخش‌‌های معدنی و آلی است. مواد معدنی آن عمدتا نمک‌های معدنی کریستالی و کلسیم هستند که به شکل هیدروکسی آپاتیت در استخوان‌ها وجود دارند.

ماتریکس در ابتدا به عنوان استئوئید غیرمستقیم (تولید شده توسط استئوبلاست) در بستر استخوان‌ها قرار می‌گیرد. کانی‌سازی شامل ترشح وزیکول‌‌های حاوی فسفاتاز قلیایی توسط استئوبلاست‌ها است. این عمل گروه‌های فسفات را می‌شکند و به عنوان کانونی برای رسوب کلسیم و فسفات عمل می‌کند. سپس وزیکول‌‌ها پاره می‌شوند و به عنوان مرکزی برای رشد کریستال‌‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

قسمت آلی ماتریکس از کلاژن نوع اول تشکیل شده است. این کلاژن از تروپوکلاژن درون سلولی ساخته شده که پس از ساخت به خارج سلول ارسال می‌شود. این کلاژن‌ها سپس با فیبر‌یل‌ها همکاری می‌کنند. علاوه بر این موارد، تشکیل قسمت آلی ماتریکس نیاز به فاکتور‌های مختلف رشدی دارد که عملکرد آن‌ها کاملاً مشخص نیست.

سایر فاکتور‌های موجود در ماتریکس استخوانی شامل گلیکوزآمینوگلیکان، استئوکلسین، استئونکتین، پروتئین سیالو استخوان و فاکتور اتصالی سلول هستند. یکی از موارد اصلی که ماتریکس یک استخوان را از سایر سلول‌های دیگر متمایز می‌کند، این است که ماتریکس موجود در استخوان ساختاری سخت دارد.

تشکیل استخوان‌ها

تشکیل استخوان در مرحله رشد جنین (در انسان، پس از هفته هفتم یا هشتم تا زمان تولد) با دو روش انجام می‌شود:

  • استخوان‌سازی دورن غشایی: این نوع از استخوان‌سازی عمدتاً هنگام تشکیل استخوان‌‌های صاف جمجمه رخ می‌دهد و در این روش استخوان از بافت مزانشیم تشکیل می‌شود. مراحل استخوان سازی دورن غشایی :
    • توسعه مرکز استخوان سازی
    • کلسیفیکاسیون یا تجمع کلسیم
    • تشکیل ترابکول‌ها (ساختارهای تار مانندی از بافت همبند که به عنوان نگهدارنده سایر بافت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند)
    • توسعه پریوستئوم یا برون‌است
  • استخوان‌سازی درون غضروفی: استخوان‌سازی به روش درون غضروفی در استخوان‌های بلند مانند اکثر اندام‌ها رخ می‌دهد. در این روش استخوان از غضروف تشکیل می‌شود. مراحل استخوان‌سازی درون غضروفی ‌عبارتند از:
    • توسعه مدل غضروف
    • رشد مدل غضروف
    • توسعه مرکز استخوان‌سازی اولیه
    • توسعه حفره مدولاری
    • توسعه مرکز استخوان‌سازی ثانویه
    • تشکیل غضروف مفصلی و صفحه اپی‌فیز

استخوان‌سازی درون غضروفی در نقاطی از غضروف موسوم به «مراکز اصلی استخوانی» شروع می‌شود. این نقاط اکثراً در دوران رشد جنین ظاهر می‌شوند، با این حال چند استخوان کوتاه نیز وجود دارند که پس از تولد شروع به استخوان‌سازی اولیه می‌کنند.

مراکز اصلی استخوانی مسئول تشکیل دیافیز یا تنه استخوان‌های بلند، استخوان‌های کوتاه و قسمت‌های خاصی از استخوان‌های نامنظم هستند. استخوان‌سازی ثانویه پس از تولد رخ می‌دهد و اپی‌فیز یا سرهای گرد استخوان‌‌های بلند و استخوان‌‌های نامنظم و مسطح را تشکیل می‌دهد. دیافیز و هر دو اپی‌فیز یک استخوان بلند با یک منطقه در حال رشد غضروف (صفحه اپی‌فیز) از هم جدا می‌شوند. هنگامی ‌که فرد به بلوغ اسکلتی (18 تا 25 سالگی) رسید، تمام غضروف‌‌ها با استخوان جایگزین می‌شوند، دیافیزها به هم متصل شده و هر دو اپی‌فیز را در کنار هم قرار می‌دهند و در واقع اپی‌فیزها بسته شده و دیگر رشد نمی‌کنند.

مراحل رشد استخوان
تصویر ۱۱: مراحل رشد استخوان

مغز استخوان تقریباً در هر استخوانی که دارای بافت اسفنجی است، یافت می‌شود. در نوزادان، تمام این استخوان‌‌ها به طور انحصاری با مغز قرمز (یا مغز تولید کننده خون) پر می‌شوند، اما با افزایش سن کودک، بیشتر مغز استخوان توسط مغز زرد یا چربی جایگزین می‌شود. در بزرگسالان، مغز قرمز بیشتر در استخوان‌های صاف جمجمه، دنده‌‌ها، مهره‌‌ها و استخوان‌‌های لگن وجود دارند.

بازسازی استخوان‌ها، فرایند تحلیل و به دنبال آن جایگزینی استخوان با تغییر اندک در شکل آن‌ها را در بر می‌گیرد و این فرایند در طول زندگی هر فرد رخ می‌دهد. هدف از بازسازی استخوان، آزادسازی کلسیم و ترمیم استخوان‌‌های آسیب دیده (از فشارهای فیزیکی روزمره) است. فشار فیزیکی مکرر باعث ضخیم شدن استخوان در نقاط حداکثر فشار می‌شود.

بیماری‌ها و مشکلات مربوط به استخوان‌‌ها

  • شکستگی استخوان
  • پوکی استخوان یا «استئوپروز» (Osteoporosis) اختلالی است که اغلب با افزایش سن در بدن اتفاق می‌افتد و در آن فرد دچار کاهش استحکام استخوانی می‌شود.
  • بافت مردگی بی‌خونی یا «آوسکولار نکروز» (Avascular Necrosis) که نوعی بیماری است که در آن به سلول‌های استخوانی به درستی خون رسانی نمی‌شود و این سلول‌ها می‌میرند.
  • «استئوسارکوما» (Osteosarcoma) نوعی سرطان بدخیم استخوانی است که در سلول‌های مزانشیم استخوان‌ها ایجاد می‌شود.
  • اختلال استخوان‌زایی (Osteogenesis Imperfecta) که به آن بیماری «استخوان شکننده» نیز می‌گویند. این بیماری ژنتیکی است و فرد مبتلا در طول عمر خود بارها دچار شکستگی استخوان می‌شود.

استخوان شناسی

از مطالعه ساختمان و ویژگی‌های استخوان‌‌ها و دندان‌‌ها به عنوان «اوستئولوژی» (Osteology) یا استخوان‌شناسی یاد می‌شود. غالباً در انسان‌شناسی، باستان‌شناسی و علوم پزشکی قانونی علم استخوان‌شناسی کاربردهای متنوعی دارد، به عنوان مثال، از روی مطالعه استخوان‌های یک فرد می‌توان به وضعیت تغذیه، سلامتی، سن یا وضعیت آسیب دیدگی او پی برد.

انسان‌شناسان و باستان‌شناسان از مطالعه استخوان‌ها، تفاوت‌های بین گونه‌های انسان امروزی (Homo sapiens) و انسان‌های نئاندرتال (Homo Neanderthalensis) را مورد بررسی قرار دادند.

اگر مطالعه این مطلب برای شما مفید بود، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شود:

^^

شکوفه دلخواهی (+)

شکوفه دلخواهی کارشناس ارشد نانوبیوتکنولوژی است. فعالیت‌های علمی و کاری او در زمینه تکنیک‌های زیست فناوری و طراحی نانوزیست‌حسگر بوده و اکنون در مجله فرادرس آموزش‌های زیست‌شناسی می‌نویسد.

بر اساس رای 45 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

یک نظر ثبت شده در “استخوان چیست؟ — هر آنچه باید بدانید

  1. بسیار متشکرم من برای کنفراسم استفاده کردم
    مطالب در حجم بسیار خوبی بود و توانست مفهوم را به خوبی برساند و همچنین عکس های مناسبی نیز داشتید
    با تشکر فراوان

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *