המטריצה החוץ-תאית בעצם מתחלקת לאורגנית ואי-אורגנית. הרכיב האורגני מהווה כ-30% מרקמת העצם וכולל סיבי קולגן מסוג I, פרוטאוגליקנים וחלבונים נוספים. הפרוטאוגליקנים בעצם שונים מאלה שבסחוס בכך שהם קטנים יותר ומכילים פחות סולפט, דבר ההופך אותם לקשיחים יותר וגמישים פחות. עם החלבונים הנוספים בעצם נמנים האוסטאוקלצין וסיאלופרוטאין. הרכיב האי-אורגני מהווה כ-70% מרקמת העצם. עיקרו גבישים של הידרוקסיאפטיט המקנים לעצם קשיחות. ההידרוקסיאפטיט נוצר במטריצה החוץ-תאית של כונדרוציטים היפרטרופיים במהלך ההתגרמות התוך-סחוסית, והוא משמש מאגר של סידן וזרחן. שאר המינרלים הם כמויות קטנות של מגנזיום, נתרן, אשלגן, פלואור וכלור.
התגרמות העצם.
עצמות החולייתן נוצרות בשלב העוברי ומתפתחות אט-אט עד לקבלת עצם בוגרת. ההתפתחות מתחילה בשלבים המוקדמים של ההתפתחות העוברית, שם נוצרות לראשונה תבניות סחוס בהן תיווצרנה העצמות העתידיות. בשלבים מתקדמים יותר של העוברות, חודרות אל כל תבנית שכזו כלי דם. כלי הדם מזינים את האוסטאובלסטים, המפרישים את חומרי היסוד של רקמת העצם העתידית אל התבנית הסחוסית. מרגע שתאים אלה מוקפים ושקועים בהפרשות של חומר היסוד הם קרויים אוסטאוציטים. האוסטאוציטים אחראים בעצם הבוגרת על תחזוקתה השוטפת של הרקמה. העצם ממשיכה להתפתח לדמות עצם בוגרת גם לאחר הלידה. אף שרוב התבנית הסחוסית הראשונית מתפרקת (התפרקות זו אחראית גם ליצירת חלל מח העצם), נותר סחוס בקצות העצם ובאזורים מסוימים בתוכה. גם סחוס זה מתבלה ונשחק במהלך חיי האורגניזם. הסחוס שבקצות העצם מסייע בהגנה על שחיקת העצם במפרקים. בגלל ההתכלות ההדרגתית של הסחוס הנותר, משתמשים בפתולוגיה ובארכאולוגיה באותם אתרים בתוך העצם בהם נותר סחוס כדי לקבוע את גיל העצם.
רקמת העצם הראשונה שמתפתחת היא העצם הארוגה (woven bone, immature bone, primary bone). זוהי רקמת עצם ספוגית המאופיינת במפרציות לא מסודרות, וכן בסיבי קולגן עבים שאינם מסודרים. זהו מבנה זמני, אשר לאחר הלידה ניתן לראותו רק בעצמות שטוחות בגולגולת, בכיסי השיניים, בכמה נקודות אחז של גידים, וכן בעת חידוש עצם שבורה. עצם זו היא קשיחה פחות ועומדת בכוחות גזירה או מתיחה שבהם עצם בוגרת הייתה נשחקת. מהעצם הארוגה מתפתחת העצם הלוחיתית (lamellar bone, mature bone, secondary bone), הבוגרת. העצם הלוחיתית יכולה להיות צפופה או ספוגית, כאשר במבנה זה התאים וסיבי הקולגן מסודרים במבנה.
נהוג להבחין בין שתי צורות עיקריות בהן העצם מתפתחת: התגרמות תוך-סחוסית (endochondral ossification), האופיינית לעצמות ארוכות, והתגרמות תוך-ממברנלית (intramembranous ossification), האופיינית לעצמות שטוחות.
התגרמות תוך-ממברנלית מתרחשת בעיקר בהתפתחות העוברית. העצם מתפתחת ישירות מתאי המזנכימה (התאים הראשוניים שמהם מתמיינים כל סוגי רקמת החיבור, אולם כאן ההתפתחות מהמזנכימה היא ישירה). רקמת המזנכימה, אשר מכילה כלי דם רבים, מתמיינת לאוסטאובלסטים, המפרישים את המטריצה החוץ-תאית ומאורגנים סביבו. המטריצה בשלב זה טרם עברה הסתיידות. האוסטאובלסטים מפרישים גם שלפוחיות (matrix vesicles), המכילות אנזימים שמסייעים בתהליך ההסתיידות ויצירת ההידרוקסיאפטיט. בשלב זה ישנם גם אוסטאוציטים היושבים במפרציות בתוך מטריצת העצם המתהווה, וכן אוסטאוקלסטים הסופגים את העצם. בשלב מאוחר יותר תיווצר רקמת מסב העצם מסביב לעצם השטוחה.
בהתגרמות תוך-סחוסית העצם מתגרמת מסחוס זגוגי. ההתגרמות מתחילה להתפתח בעובר בשבוע העשירי, אז תאי מזנכימה מתמיינים לכונדרובלסטים, אשר יוצרים את הסחוס הזגוגי. בקצוות הסחוס נוצר הצווארון של מסב העצם (periosteal collar) מעצם ארוגה על ידי התגרמות תוך-ממברנלית. מרכז ההתגרמות הראשוני נמצא בגוף העצם, ובו כונדרוציטים עוברים היפרטרופיה בעוד המטריצה עוברת הסתיידות. הכונדרוציטים ההיפרטרופיים מפרישים שני סוגים של שלפוחיות למטריצה, והן יכולות להכיל אנזימים ליזוזומליים או פוספטאז בסיסי שגורם להסתיידות ראשונית. כתוצאה מההפרשה אין אפשרות לפעפוע דרך המטריצה והכונדרוציטים מתים מכיוון שאינם מקבלים חומרי הזנה. הכונדרוציטים משאירים אחריהם סחוס שעבר הסתיידות. לאחר מכן כלי דם ותאים דמויי מזנכימה חודרים ממסב העצם לאזור גוף העצם, ואוסטאובלסטים המתפתחים מהתאים דמויי המזנכימה בונים עצם ראשונית ארוגה על גבי הסחוס. כמו כן, אוסטאוקלסטים יוצרים בגוף העצם חלל למח העצם. נוסף, במרכז ההתגרמות השניוני שנמצא בקצה העצם, תאי הסחוס עוברים גם כן היפרטרופיה והמטריצה עוברת הסתיידות. אוסטאובלסטים אז בונים עצם ספוגית באזור זה.
במהלך ההתגרמות התוך-סחוסית, סחוס הגדילה, הבנוי סחוס זגוגי, יוצר מבנה מסודר של ארבעה אזורים שניתן להבחין בהם: אזור הסחוס הנח, שבו תאי הסחוס במנוחה במפרציות קטנות, אזור ההתרבות, שבו יש חלוקות רבות והתאים מסתדרים בשורות או בעמודים, אזור ההיפרטרופיה, שבו התאים והמפרציות גדלים על מנת לבנות מקום לבניין העצם, אזור ההסתיידות, שבו שוקע הסידן במטריצה ותאי הסחוס מתים מחוסר תזונה.
לקראת סוף גיל ההתבגרות, נסגר קצה העצם, כאשר חללי מח העצם של קצה העצם וגוף העצם מתאחדים וסחוס הגדילה נעלם. כאשר משתמשים בצילום רנטגן לניבוי גדילה לאורך בודקים כמה חומר נשאר בסחוס הגדילה – אם הסחוס כמעט סגור אפשר לנבא שהגדילה לאורך כמעט נעצרה.
גדילת עצם ארוכה לרוחב מאופיינת בהתעבות העצם, אשר נעשית על ידי אוסטאובלסטים שבונים רקמת עצם באזור מסב העצם. במקביל, אוסטאוקלסטים סופגים רקמת עצם מאזורים פנימיים בעצם ומגדילים את נפח חלל מח העצם. התעבות העצם ממשיכה לרוב עד גיל 25–30, ובמסגרתה עולה צפיפות מסת העצם. העלייה הגדולה בצפיפות זו מושגת בעיקר בתקופת ההתבגרות, והיא מושפעת בין היתר מקיומו של עומס פיזי על העצם. לכן, פעילות גופנית אצל מתבגרות, לרבות תרגילי כוח ומשקלות, עוזרת להגדלת מסת העצם ויכולה לעזור במניעת דלדול עצם.
תחלופת רקמת העצם.
תחלופה תדירה של מינרלים בעצמות שומרת על רמות המינרלים בגוף ועל מבנה העצם. בתהליך זה אוסטאוקלסטים סופגים את הרקמה בפנים העצם ומפחיתים ממסת העצם, דבר החיוני לחופש התנועה של האורגניזם, ומנגד, אוסטאובלסטים מרבדים מינרלים על פני העצם וכך מעלים את קשיחות העצם ועמידותה. המינרלים אשר נגרעים מהעצם נספחים אל פעילותם המטבולית של תאי הגוף. תהליך תחלופת העצם הוא חלק בלתי נפרד בשמירה על משק הסידן בגוף, וכן בתחזוקה של העצם אשר נשחקת בצורה מכנית במהלך החיים.
אוסטאוקלסטים נדבקים למשטח הרקמה על ידי אינטגרינים וקדהרינים ומפרישים אנזימים פרוטאוליטיים שמפרקים את המטריצה החלבונית בעצם וחומצות המפרקות את החלק המינרלי בה. כך האוסטאוקלסטים יוצרים חרירים של ספיגת עצם. שלב זה לוקח כשבועיים, כאשר באדם בוגר יש בזמן נתון כשני מיליון חרירים. אל תוך החרירים הללו נכנסים אוסטאובלסטים ומניחים את המטריצה החלבונית, שעוברת תהליך של מינרליזציה. שלב הבנייה ומינרליזציה אורך כשלושה חודשים, ומאחר שהוא אורך יותר זמן משלב הפירוק, ישנו סיכוי גדול יותר לפגיעה בו אשר תגרום לפתולוגיה – מסת עצם קטנה או מינרליזציה פחותה.
תהליך תחלופת העצם מווסת על ידי הורמונים וחומרים כימיים אחרים. פעילות האוסטאובלסטים מוגברת על ידי הורמון גדילה, הורמונים המופרשים מבלוטת התריס והורמוני מין (אסטרוגנים ואנדרוגנים). הורמונים אלה גם מעודדים יצירה של אוסטאופרוטגרין. אוסטאובלסטים, מנגד, יכולים לעודד את פעילות האוסטאוקלסטים, קרי את ספיגת העצם, ואת התמיינותם מתאי המוצא שלהם, על ידי הפרשת ציטוקינים כמו RANK-ליגנד ואינטרלויקין 6. עידוד זה מושרה על ידי ויטמין D ו-PTH, הגורמים להפרשת חומרים שמגבירים את התמיינות תאי המוצא לאוסטאוקלסטים ואשר מפחיתים את ההפרשה של אוסטאופרוטגרין. קלציטונין ואוסטאופרוטגרין הם הורמונים שמעכבים את ספיגת העצם על ידי האוסטאוקלסטים.
מכיוון שלעצם הספוגית שטח פנים גדול יותר מאשר לעצם הצפופה, קצב התחלופה של העצם הספוגית גבוה פי שישה מזה של העצם הצפופה. זאת אומרת שלעצם הספוגית תפקיד גדול יותר בוויסות משק הסידן. הדבר גם מתבטא בגיל המבוגר כאשר רמת בניית העצם יורדת, ולכן העצמות שנוטות יותר להידלדל הן עצמות בעלי תכולת רקמת עצם ספוגית גבוהה יותר.
מחלות ופציעות.
מחלות עצם מסווגות ב-ICD-10 תחת הפרעות של מערכת השריר-שלד ורקמות החיבור (פרק 13). פציעות המערבות את העצם נכללות תחת פציעות, הרעלות ותוצאות של גורמים חיצוניים (פרק 19), וזאת לפי האיבר שנפגע.
הפרעה בהמשכיות מבנה העצם מוגדרת כשבר. הפרעות כאלה עלולות להיגרם כתוצאה מטראומה גופנית, או בעקבות מאמץ נורמלי בעצמות הסובלות מפגיעה בהרכבן. באורתופדיה משתמשים בצילום רנטגן על מנת להתבונן במבנה העצם, ותוך כדי כך לבחון קיום של שבר ואת חומרתו, בהתבסס על חדירותן הנמוכה של רקמות צפופות, כמו עצם, לקרני רנטגן. במקרים רבים של שברים משתמשים בתחבושת גבס, על מנת לקבע את העצם השבורה ולאפשר לה להתאחות.
מחלה של העצם שבה דחיסות המינרלים בעצם פוחתת היא דלדול עצם (אוסטאופורוזיס). מכיוון שדחיסות המינרלים פוחתת, העצם חשופה יותר לשברים, גם כתוצאה ממאמצים לא חריגים. המחלה אופיינית לגילאים מבוגרים (מעל 50), כאשר סיכויי התחלואה הם אחת מתוך שלוש נשים ואחד מתוך שנים-עשר גברים. מחלות בולטות אחרות הן דלקת העצם, נמק העצם, רככת, פרכת ונוירופיברומטוזיס.
מצרי טיראן