ساختار آناتومیکی به نام استخوان چیست؟
وجود ماده از طریق حضور استخوان های زنده ای که چارچوب آناتومیکی بدن انسان را تشکیل می دهند قابل مشاهده است. استخوان‌ها به عنوان پایه‌ای انعطاف‌پذیر، از اجزای مختلف بدن پشتیبانی می‌کنند و در عین حال از بافت‌های شکننده با پوشاندن آنها در ساختارهای اسکلتی محافظت می‌کنند.
سیستم اسکلتی به عنوان محل اصلی برای تولید گلبول‌های سفید و قرمز خون عمل می‌کند و همچنین به عنوان محل ذخیره‌سازی مواد معدنی حیاتی، عمدتاً کلسیم، عمل می‌کند که می‌تواند در صورت نیاز توسط بدن آزاد شود.
سیستم اسکلتی از استخوان‌هایی تشکیل شده است که عمدتاً از بافت استخوانی، یک نوع بافت متراکم و سبک، تشکیل شده است. از نظر بافت شناسی، استخوان ها به بافت همبند متصل هستند. هر استخوان دارای ساختار خارجی و داخلی است که به استحکام و ماهیت سبک آن کمک می کند.
استخوان ها از بافت های مختلفی تشکیل شده اند که بافت استخوانی جزء اصلی آن است. در کنار بافت استخوانی، سایر بافت های موجود در استخوان ها عبارتند از: مغز استخوان، اندوستئوم، پریوستوم، رگ های خونی، اعصاب و غضروف.
بدن انسان در زمان تولد حدود 270 استخوان دارد، اما از طریق فرآیند همجوشی با افزایش سن، این تعداد به تعداد نهایی 206 استخوان در بزرگسالی کاهش می یابد. در این ساختار اسکلتی، استخوان ران به عنوان بزرگترین استخوان برجسته می شود، در حالی که استخوان های گوش میانی به دلیل اندازه کوچکشان قابل توجه هستند.
وظایف استخوان ها چیست؟ استخوان ها اهداف اساسی مختلفی را انجام می دهند و عملکرد مکانیکی آنها اهمیت قابل توجهی دارد. اینها جنبه های بعدی را در بر می گیرند.
استخوان های گوش میانی نقش مهمی در انتقال امواج صوتی دارند. سیستم اسکلتی در ارتباط با ماهیچه ها، تاندون ها، رباط ها و مفاصل، حرکات بدن را تسهیل می کند و امکان دستکاری اشیا را فراهم می کند. علاوه بر این، سیستم اسکلتی به عنوان یک مکانیسم محافظتی برای اندام های داخلی حیاتی مانند مغز که توسط جمجمه محافظت می شود و قلب و ریه ها که توسط قفسه سینه محافظت می شود، عمل می کند. علاوه بر این، استخوان‌ها با عمل به عنوان چارچوبی که ثبات و فرم را برای کل بدن تضمین می‌کند، حمایت ساختاری می‌کنند.
سم زدایی یک عملکرد مهم استخوان است زیرا توانایی جذب فلزات سنگین و جلوگیری از تجمع آنها در بافت های آسیب پذیر را دارد. این فلزات متعاقباً با گذشت زمان از استخوان آزاد می شوند و به حذف آنها از بدن کمک می کنند. مغز استخوان زرد به عنوان یک محل ذخیره برای رسوبات چربی عمل می کند و به عنوان ذخیره ای برای اسیدهای چرب عمل می کند. علاوه بر این، استخوان هورمون‌هایی ترشح می‌کند که استئوکلسین مهمترین آنها است. استئوکلسین بر سطح قند خون و ذخیره چربی تأثیر می گذارد، ترشح انسولین را تحریک می کند و حساسیت به انسولین را افزایش می دهد. استخوان همچنین با جذب و آزادسازی نمک های معدنی نقش حیاتی در حفظ تعادل اسید و تنظیم سطح pH بدن دارد و در نتیجه به عنوان یک بافر عمل می کند. ذخیره مواد معدنی به فرآیندی اطلاق می شود که در آن استخوان به عنوان یک مخزن برای کلسیم و فسفر در بدن انسان عمل می کند. این مواد معدنی در صورت نیاز برای عملکرد مناسب بدن از استخوان استخراج می شوند. در نهایت، مغز استخوان مسئول تولید گلبول های قرمز، پلاکت ها و گلبول های سفید خون است.
تعیین جنسیت استخوان به دلیل ترکیب پیچیده و متنوع آن یک تلاش چالش برانگیز است. تجزیه و تحلیل میکروسکوپی نشان می دهد که استخوان از اجزای مجزایی تشکیل شده است که هر کدام وظایف خاصی را انجام می دهند. علاوه بر این، استخوان دارای انواع مختلف سلولی است که هر کدام وظایف منحصر به فردی را بر عهده دارند.
اشاره شده است که رگ های خونی در داخل استخوان به منظور حفظ تغذیه و زنده ماندن آن وجود دارد. به عنوان یک بافت پویا، استخوان هم رشد و هم تغییر شکل را نشان می دهد.
بافت استخوانی از سلول های استخوانی منفرد تشکیل شده است که به دلیل جدایی فضایی و عدم اتصال به یکدیگر از سایر بافت ها منحصر به فرد هستند.
فضای بین سلولی که ماتریکس خارج سلولی نامیده می شود، به عنوان مانع فیزیکی بین این سلول ها عمل می کند و از یک ماده غیر واکنشی تشکیل شده است.
ماتریکس، شبیه به ملات، برای ساکن شدن سلول های استخوانی عمل می کند و نقش مهمی در استحکام ساختاری استخوان ایفا می کند. در نتیجه، بخش قابل توجهی از استخوان‌ها از این ماده پاسخ‌دهنده تشکیل شده است، دقیقاً مانند ملات محکمی که در میان آجرها یافت میشود، که در نهایت بر استحکام استخوان حاکم است.
با این حال، بر خلاف یک ساختار ساکن، این ماده، قابل مقایسه با سیمان یا ملات، تبدیل و تبدیل مداوم را تجربه می کند. بخش‌های خاصی به‌طور پیوسته جذب می‌شوند در حالی که برخی دیگر جایگزین می‌شوند، بنابراین توانایی ذاتی برای تغییر و بازسازی را نشان می‌دهند که به آن ویژگی‌های فوق‌العاده می‌دهد. تصویر میکروسکوپی ارائه شده وجود نشانه‌های کوچک قهوه‌ای تیره را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده سلول‌های استخوانی است که در داخل ماتریکس قرار دارند، که خود رنگ قهوه‌ای روشن را نشان می‌دهد. این ویژگی خاص را می توان به ظرفیت سلول های استخوانی برای کنترل مواد بین سلولی نسبت داد.سلول های استخوانی را می توان به مهندسانی تشبیه کرد که به طور مکرر بخش های فرسوده یک چارچوب را استخراج می کنند و آنها را با عناصر تازه جایگزین می کنند، در نتیجه نگهداری موثر پس از اکتساب سیستم اسکلتی را تسهیل می کنند.
ماتریس از دو جزء به هم پیوسته تشکیل شده است، یعنی داربست و شبکه سه بعدی. داربست از کلاژن تشکیل شده است که یک پروتئین متمایز به همراه یک ترکیب قندی خاص است. به دنبال آن، رسوب نمک های کلسیم در درجه اول به صورت هیدروکسی آپاتیت بر روی این داربست رخ می دهد.
از این رو، ماده خارج سلولی موجود در بافت استخوان را می توان به عنوان یک ماده مرکب متشکل از دو جزء مجزا در نظر گرفت. اولا، یک شبکه پروتئینی دارای خاصیت ارتجاعی و انعطاف پذیری است که به استخوان توانایی مقاومت در برابر کشش را می دهد. ثانیاً، یک جزء معدنی متشکل از نمک های کلسیم است که به استخوان سختی می بخشد و ظرفیت آن را برای تحمل نیروهای فشاری افزایش می دهد. این پیکربندی ساختاری را می توان به تقویت مشاهده شده در موادی مانند بتن یا فایبرگلاس تشبیه کرد.
میلگرد فولادی در بتن مسلح برای مقاومت در برابر نیروهای کششی استفاده می شود، در حالی که سیمان مورد استفاده برای پر کردن فضاهای خالی بین میله ها برای مقاومت در برابر نیروهای فشاری استفاده می شود. به طور مشابه، در سازه های فایبر گلاس، مواد فایبرگلاس خود تحمل نسبت به نیروهای کششی را نشان می دهند، در حالی که مواد رزینی که بین لایه های فایبرگلاس ترکیب شده اند برای مقابله با نیروهای فشاری عمل می کنند.
مقاومت کششی در استخوان به وجود داربست پروتئینی- قندی نسبت داده می شود، در حالی که تحمل استرس در درجه اول توسط نمک های کلسیم ایجاد می شود. مانند بتن مسلح و فایبرگلاس، استخوان ها را می توان به دلیل درج هر سه جزء فوق به عنوان مواد کامپوزیت طبقه بندی کرد.
ریزساختار استخوان به انواع مختلفی از سلول های زنده موجود در بافت استخوانی اشاره دارد که مسئول تنظیم و نگهداری ماتریکس استخوان هستند.
برعکس، استئوکلاست ها سلول هایی با هسته های متعدد هستند که عمدتاً در بررسی استخوان شرکت می کنند. نقش اصلی این سلول ها شکستن و جذب ساختار استخوانی از قبل موجود است. در نتیجه، استئوبلاست ها برای جایگزینی بافت جذب شده، استخوان جدیدی تولید می کنند. استئوکلاست ها را می توان با سوئیچ هایی مقایسه کرد که اجزای معیوب ماتریس را حذف کرده و آنها را با اجزای سالم جایگزین می کنند. از سوی دیگر، استئوبلاست ها سلول های چند هسته ای هستند که پروتئینی به نام Osteoid را سنتز می کنند که به عنوان تسهیل کننده رسوب مواد معدنی در ساختار استخوان عمل می کند. علاوه بر این، استئوبلاست‌ها هورمون‌هایی ترشح می‌کنند که ارتباط با سایر سلول‌ها و بافت‌ها را امکان‌پذیر می‌کنند و در نتیجه بر عملکرد آنها تأثیر می‌گذارند. استئوسیت ها که از استئوبلاست ها مشتق شده اند، سلول های تخصصی هستند که مسئول حفظ یکپارچگی و هموستاز بافت استخوانی هستند.
توزیع فضایی این ماده در داخل استخوان‌ها به یک پیکربندی متمایز می‌پیوندد، به موجب آن نمک‌های معدنی آن به شکل تیغه‌های دایره‌ای به نام Lamella Lamella of United Al-Murksi ساختار می‌یابند.
جزء اصلی این محور یکپارچه از یک هسته تیغه‌ای شکل تشکیل شده است که یک گذرگاه توخالی حاوی رگ‌های خونی و اعصاب را در بر می‌گیرد. این کانال به طور گسترده به عنوان کانال هوارسی شناخته می شود.
سیستم هاثورن از یک مجرای هاثورن تشکیل شده است که توسط تعداد متفاوتی از تیغه های استخوانی احاطه شده است که از شش تا پنج تیغه متفاوت است که منجر به تشکیل یک چارچوب پیچیده و شکننده می شود.
سیستم عروقی که از کانال هاثورن عبور می کند، نقش مهمی در تغذیه استئوسیت ها، موجودات سلولی مسئول سنتز استخوان، ایفا می کند. این سلول های استخوانی در داخل محفظه های فشرده ای قرار دارند که به آنها لوکون ها گفته می شود.
لکون ها از طریق کانال های باریک به کانال های هاثورن متصل می شوند که به رساندن اکسیژن و مواد مغذی به استئوسیت ها کمک می کند. مجاورت بین لکون ها و کانال هاثورن کمتر از 0.1 میلی متر است. از نظر ساختار، بافت استخوانی را می توان به دو گروه مجزا تقسیم کرد: تیغه های استخوانی و تراکم استخوان.
استخوان های قشری که لایه بیرونی بدن انسان را تشکیل می دهند به عنوان چارچوب اساسی سیستم اسکلتی عمل می کنند و جنبه ای ثابت، رنگ پریده و صیقلی را ارائه می دهند. هنگامی که استخوان فشرده می شود، به استخوان کورتیکال یا فشرده تبدیل می شود که حداقل تخلخل بین 30 تا 5 را نشان می دهد. قابل توجه است که تقریباً 80 درصد وزن کلی ساختار اسکلتی انسان را استخوان های قشر تشکیل می دهند.
سیستم های هاثورن در این ساختارهای اسکلتی در مجاورت یکدیگر قرار دارند و یک پیکربندی فشرده و قوی ایجاد می کنند. این اجزای اسکلتی دارای استقامت و انعطاف پذیری قابل توجهی هستند و به دلیل روشنایی افزایش یافته در تصاویر رادیوگرافی به وضوح قابل تشخیص هستند.
استخوان اسفنجی که به آن استخوان ترابکولار نیز گفته می شود، قسمت داخلی استخوان شامل بافت استخوانی اسفنجی را نشان می دهد.این استخوان اسفنجی تخلخل قابل توجهی از خود نشان می دهد. استخوان ها فاقد مکانیسم شناوری هستند. مشابه ساختار استخوان، اسفنج از واحدهای تیغه ای شکل تشکیل شده است که در یک پیکربندی سه بعدی چیده شده اند. بافت چربی، مغز استخوان و عروق خونی در میان این واحدها پراکنده می شوند. وظیفه اصلی مغز استخوان تولید سلول های خونی است.
استخوان اسفنجی ساختار متخلخل و کم چگالی را نشان می دهد که به وجود مناطق خالی نسبت داده می شود، شبیه به یک اسفنج. به طور معمول، تخلخل استخوان اسفنجی از 90٪ تا 30٪ متغیر است. علاوه بر این، آرایش و کمیت ترابکول ها در داخل این استخوان ها تحت تأثیر نیروهای خارجی اعمال شده بر آنها است.
با تشدید نیروی وارد شده به استخوان، تراکم تیغه ها به تدریج افزایش می یابد و در نتیجه استحکام آنها را افزایش می دهد. علاوه بر این، جهت تیغه ها با جهت و بزرگی نیروهای وارد شده به استخوان همسو می شود.
استئوبلاست ها این تیغه ها را در راستای استخوان با در نظر گرفتن وزن نسبتا کم آنها سنتز می کنند تا ظرفیت آنها را برای مقاومت در برابر نیروهای خارجی به حداکثر برسانند.
روند رشد استخوان به طور پیچیده ای با دریافت مواد مغذی مرتبط است. استخوان ها به عنوان بافت های زنده برای حفظ ساختار سلولی خود به تغذیه و انرژی نیاز دارند. اکسیژن و مواد مغذی حیاتی از طریق رگ‌های خونی موجود در کانال‌های هاثورن به سلول‌های مغز استخوان، به‌ویژه استئوسیت‌ها منتقل می‌شوند. استخوان توسط این رگ های خونی از طریق چهار مسیر مشخص قابل دسترسی است.
عروق متافیزال و دیافیز در داخل استخوان از نواحی متافیزال و اپی فیزیال منشا می گیرند. رگ های دیافیز وظیفه خون رسانی به قسمت مرکزی استخوان را از طریق یک یا چند روزنه بر عهده دارند. سپس در تمام طول استخوان پیمایش می کنند، منشعب می شوند و در سراسر ساختار داخلی آن پخش می شوند. این عروق شریانی نقش مهمی در حفظ خونرسانی به استخوان دارند.
در ناحیه‌ای که ماهیچه‌ها به استخوان‌ها متصل می‌شوند، سیاهرگ‌های واقع در داخل ماهیچه‌ها به استخوان نفوذ می‌کنند. و به آنها عروق عضلاتگفته میشود.
رشد استخوان
روند رشد استخوان در درجه اول توسط صفحات رشد که در انتهای استخوان های بلند نزدیک سطح مفصل یافت می شوند تسهیل می شود. این صفحات رشد تا پایان بلوغ فعال می مانند و در این مرحله فعالیت آنها متوقف می شود. در نتیجه، طول استخوان دیگر افزایش نمی یابد و در نتیجه قد فرد ثابت می شود.
فعالیت پریوستوم منجر به رشد عرضی استخوان، یعنی ضخیم شدن استخوان می شود. فعالیت پریوستال حتی پس از بلوغ نیز ادامه دارد. رشد طول استخوان در افراد مختلف متفاوت است و به عوامل مختلفی بستگی دارد که مهمترین آنها عبارتند از:
موضوع تفاوت های ژنتیکی و نژادی در درک تغییرات در رشد استخوان انسان مهم است. علاوه بر این، تأثیر تغذیه و عوامل محیطی بر رشد استخوان یک جنبه حیاتی است که باید در نظر گرفته شود. علاوه بر این، ترشح هورمون ها از غدد داخلی نقش اساسی در تنظیم سلامت استخوان دارد. بیماری‌های مزمنی که مانع رشد استخوان می‌شوند نیز نیاز به توجه دارند. کاوش در اشکال و اجزای مختلف استخوان ها برای درک عملکرد آنها ضروری است. علاوه بر این، چندین طبقه بندی از استخوان ها در بدن انسان وجود دارد که هر کدام اهداف مشخصی را انجام می دهند.
استخوان های بلند شامل استخوان ران، درشت نی، نازک نی، استخوان بازو، استخوان زند زیرین، اولنا، استخوان کف دست و استخوان پا نمونه هایی از عناصر اسکلتی هستند که با ساختار کشیده مشخص می شوند. از سوی دیگر، استخوان‌های کوتاه، مانند استخوان‌هایی که در مچ دست و پا یافت می‌شوند، فرم فشرده‌تری از خود نشان می‌دهند. استخوان های پهن مانند کتف، لگن، جناغ سینه و جمجمه شکلی پهن و صاف دارند. در مقابل، استخوان‌های نامنظم مانند استخوان خاجی، مهره‌ها و فک فاقد شکل یا ساختار ثابتی هستند. شایان ذکر است که استخوان های کوتاه، پهن و نامنظم عمدتاً از بافت استخوانی اسفنجی تشکیل شده است که توسط لایه نازکی از بافت استخوانی فشرده پوشانده شده است.
استخوان های بلند از اجزای مختلفی از جمله اپی فیز، متافیز، دیافیز، صفحه رشد، کانال مدولاری و پریوستئوم تشکیل شده اند.
اپی فیز به انتهای استخوان های بلند اشاره دارد. این اپی فیزها در تماس با یکدیگر قرار می گیرند و یک مفصل را تشکیل می دهند. در این مفصل، لایه ای از غضروف هیالین در سطح اپی فیز وجود دارد که امکان حرکت صاف و مفصل شدن بین استخوان ها را فراهم می کند.
اپی فیز را می توان به عنوان جزئی از ساختار اسکلتی که بین سطح مفصلی و ناحیه رشد استخوان قرار دارد توصیف کرد. اپی فیز که از استخوان ترابکولار تشکیل شده است با همسویی لاملاهای استخوانی آن در امتداد خطوط نیروی اعمال شده به استخوان مشخص می شود. در ناحیه بین اپی فیز و متافیز صفحه رشد قرار دارد.
صفحه رشد چیست؟
صفحه رشد یا صفحه اپی فیزیال یک صفحه غضروفی است که بین اپی فیز و متافیز قرار گرفته و رشد طولی استخوان را تسهیل می کند. کانال مدولاری که در داخل دیافیز یک استخوان بلند قرار دارد، به عنوان حفره ای که مغز استخوان را در خود جای می دهد، که مسئول تولید خون است، عمل می کند. سطح داخلی این کانال توسط غشای اندوستئوم پوشیده شده است که حاوی سلول‌های استئوبلاست است که در طی فرآیند بهبودی شکستگی استخوان، استخوان جدیدی تولید می‌کنند. متافیز که بین اپی فیز و دیافیز قرار دارد، در صفحه رشد بین این دو ناحیه قرار دارد. متافیز که از استخوان اسفنجی تشکیل شده است، ضعیف ترین قسمت استخوان در نظر گرفته می شود. پریوستوم، غشایی که در سطح خارجی استخوان وجود دارد، سرشار از عروق خونی و اعصاب است. با این حال، به غضروف گسترش نمی یابد. اتصال پریوستوم به استخوان در نواحی مختلف استخوان متفاوت است. دیافیز که به عنوان تنه استخوانی نیز شناخته می شود، به بخش میانی یک استخوان بلند اشاره دارد. دیافیز که از استخوان قشر متراکم تشکیل شده است دارای یک مرکز توخالی به شکل لوله است که به عنوان کانال مدولاری شناخته می شود. این ساختار لوله ای به استخوان اجازه می دهد تا هم سبکی و هم استحکام را حفظ کند.
قدرت این اتصال در مناطق مختلف متفاوت است، با مناطق خاصی که پیوند قوی را نشان می دهند در حالی که برخی دیگر یک اتصال سست و ضعیف را نشان می دهند. در کودکان، پریوستوم با ضخامت بیشتر در مقایسه با بزرگسالان مشخص می شود و در نتیجه ارتباط کمتری با استخوان زیرین ایجاد می کند.
به دلیل خاصیت ارتجاعی قابل توجهی که دارد، پریوستوم اغلب دست نخورده باقی می ماند، حتی زمانی که استخوان شکسته می شود، در نتیجه حرکت بیش از حد قطعات شکسته را به طور موثر محدود می کند. پریوستئوم که از سلول های استئوبلاست تشکیل شده است، نقش مهمی در تسهیل بازسازی استخوان پس از شکستگی دارد.
