استخوان

نگاره‌ای از استخوان ران انسان
نگاره‌ای از میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM از الیاف کلاژن معدنی در استخوان با بزرگ نمایی ۱۰،۰۰۰
استخوان بندی یک دلفین
استخوان جسم جامدی‌است که تشکیل‌دهنده اسکلت جانوران و پاره‌ای از استخوان‌بندی است. استخوان به شکل‌های گوناگون و اندازه‌های بسیار مختلف در بخش‌های اندام جای گرفته سازه درونی و بیرونی پیچیده‌ای دارد. بخش بیرونی استخوان سفت و سخت و پدیدآمده از مواد آلی مانند کلاژن و املاح معدنی چون فسفات کلسیم و کربنات کلسیم است. استخوان‌ها دارای وزن کمی هستند ولی محکم و پایدارند و عملکرد بسیاری دارند. تولید گلبول‌های سفید و قرمز، انبار کردن املاح و بالا بردن توان جابجایی را استخوان انجام می‌دهد. استخوان در زبان پهلوی «astuxan» بوده‌است.
بافت استخوان
استخوان‌های بدن از بافت سخت و محکمی به نام بافت استخوانی همبند تشکیل شده‌است. استخوان یک بافت زنده و در واقع یک اندام است. رشد می‌کند، تغذیه می‌کند، تغییر شکل می‌دهد و می‌میرد. استخوان از سلول‌هایی تشکیل شده که به آن‌ها سلول‌های استخوانی یا استئوسیت (Osteocyte) می‌گویند. این سلول‌ها در کنار یکدیگر قرار نداشته و از هم فاصله زیادی دارند. فاصله بین این سلول‌ها را ماده‌ای بنام ماده بین سلولی پر کرده‌است. این ماده را ماتریکس (Matrix) هم می‌گویند. این ماده یک داربست و شبکه سه بعدی از پروتئین و مواد قندی بخصوصی تشکیل شده که روی آن املاح کلسیم رسوب کرده‌است. این املاح کلسیم عمدتا از جنس هیدروکسی آپاتیت (Hydroxyapatite) هستند.
طرز قرار گرفتن و ساختمان ماده بین استخوانی نظم خاصی داشته وبطوری‌که املاح معدنی آن به شکل تیغه‌های مدور متحدالمرکزی در کنار هم قرار دارند. به این تیغه‌ها لاملا (Lamella) می‌گویند. در مرکز این دوایر متحدالمرکز تیغه‌ای شکل، کانال توخالی وجود دارد که حاوی عروق و اعصاب است. به این کانال یا مجرا کانال هاورس (Haversian canal) می‌گویند. یک مجرای هاورس و ۶–۵ تیغه استخوانی دایره‌ای که دور آن را گرفته‌اند یک ساختمان ظریف را درست می‌کند که به آن سیستم هاورس (Haversian system) می‌گویند.
عروقی که در کانال هاورس سیر می‌کنند وظیفه تغذیه سلول‌های استخوانی یا استئوسیت‌ها را به عهده دارند. هر سلول استخوانی در یک محفظه کوچک به نام لاکونا (Lacuna) قرار دارد. لاکوناها از طریق مجاری باریکی به کانال هاورسی متصل هستند و از آن طریق اکسیژن و مواد غذایی را به استئوسیت‌ها می‌رسانند. فاصله لاکوناها تا کانال هاورس از یک دهم میلیمتر کمتر است.
ساختار استخوان
استخوان شامل ماده زمینه‌ای و سلول‌های بافت استخوانی است. ماده زمینه‌ای به دو صورت بی‌شکل و شکل‌دار وجود دارد. ماده زمینه‌ای بی‌شکل شامل مواد کانی نظیر فسفات و کربنات کلسیم و منیزیم، یون سیترات، یون فلوراید، سدیم و پتاسیم است. مواد آلی شامل کندروایتین سولفات C و A و پروتئینی به نام استئوموکوئید و مواد آلی دیگری است که عبارتند از: استئونکتین، که بلورهای کانی را به کلاژن وصل می‌کنند. استئوکلسین که کلسیم را به خود می‌بندد. سیالوپروتئین و پروتئین شکل دهنده استخوان.
ماده شکل‌دار زمینه استخوان کلاژن I است. کلاژن به صورت یک هسته مرکزی است که مواد کانی بر روی آن رسوب کرده‌اند. کل این ترکیبات بلورهای هیدروکسی آپاتیت را تولید می‌کنند. هیدروکسی آپاتیت تیغه‌های استخوانی را به شکل دوایر متحدالمرکز می‌سازد. علاوه بر این‌ها ماده سومی بنام سیمان وجود دارد که اولا رشته‌های کلاژن را به یکدیگر می‌چسباند، ثانیا سیستم‌های هاورسی را به یکدیگر متصل می‌کند و شکل منظمی به آن‌ها می‌دهد. سلول‌های بافت استخوانی بر چهار نوع‌اند که هم‌زمان قابل رویت نیستند.
انواع استخوان
استخوان‌های دراز : استخوان دراز، از یک تنه تقریبا استوانه‌ای با یک قسمت پهن در دو انتها تشکیل شده‌اند. این گروه بیشتر استخوانهای اندامهای فوقانی و تحتانی را در بر می‌گیرد.
استخوان‌های کوتاه : از نظر شکل تفاوتهای زیادی باهم دارند ولی بطور کلی می‌توان آن‌ها را به شکل مکعب در نظر گرفت. این گروه استخوانهای قسمت پروکسیمال دست و پا را در بر می‌گیرند که به ترتیب استخوانهای کارپال و تارسال نامیده می‌شوند.
استخوان‌های پهن : استخوانهای پهن در مقایسه با قطرشان سطح پهن دارند و شامل استخوانهای سقف جمجمه، جناغ سینه و دندهها می‌باشند.
استخوان‌های نامنظم : استخوانهای نامنظم در نظر شکل تفاوتهای زیادی باهم دارند و در هیچ‌کدام از گروه‌های فوق قرار نمی‌گیرند و شامل استخوانهایی می‌شوند که ستون فقرات و بعضی از استخوانهای جمجمه را تشکیل می‌دهند.
استخوان‌های سزامویید (کنجدی): این استخوانهای در تاندونهای نزدیک مفاصل ظاهر می‌شوند مهمترین استخوان این گروه استخوان کشکک می‌باشد.
استخوان‌ها از هر دو نوع الاستیک (قابل انعطاف) و سخت هستند. الاستیسیته (انعطاف‌پذیری) آن‌ها ناشی از ماده آلی (پروتئین) موجود در آنهاست، و این در حالی است که سختی آن وابسته به ماده غیرآلی (املاح معدنی مثل کلسیم و فسفر) موجود در آنهاست. با توجه به سن، درصد مواد آلی و غیرآلی موجود در استخوانها فرق می‌کند. با افزایش سن، درصد مواد غیرآلی افزایش می‌یابد، انعطاف‌پذیری استخوانها کاهش می‌یابد، و استعداد شکنندگی استخوان زیاد می‌شود.
استخوان‌ها ی بدن از لحاظ آرایش قرار گرفتن تیغه‌های استخوانی و تراکم استخوانی به دو دسته تقسیم می‌شوند
استخوان‌های کورتیکال Cortical bone :در این استخوان‌ها سیستم‌های هاورسی به صورت متراکم و فشرده‌ای در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. این استخوان‌ها بسیار سخت و محکم هستند و در تصویر رادیولوژی به رنگ سفیدتری دیده می‌شوند.
استخوان‌های اسفنجی Cancellous bone: در این استخوان‌ها در بین تیغه‌های استخوانی فضاهای توخالی وجود دارد که حاوی مغز استخوان است. یکی از وظایف این مغز استخوان تولید سلول‌های خونی است. استخوان‌های اسفنجی به خاطر همین فضاهای خالی، تراکم کمتری داشته و مانند اسفنج متخلخل هستند. در این استخوان‌ها مقدار وجهت قرار گرفتن تیغه‌ها بسته به نیروهایی است که به استخوان وارد می‌شود. هرچه استخوان تحت تاثیر نیروهای بیشتری باشد تراکم این تیغه‌ها بیشتر و تیغه‌ها قویترند. جهت قرار گرفتن تیغه‌ها هم در جهت و امتداد نیروهایی است که به استخوان وارد می‌شوند.
سلولهای بافت استخوانی
استئوسیتها
این سلولها ستاره‌ای شکل‌اند و دو هسته بیضی و پر از کروماتین دارند. هر استئوسیت در پیرامون خود لاکونا دارد. برای جلوگیری از مرگ سلولی، استئوسیتها توسط زواید بسیار ظریف سیتوپلاسمی به یکدیگر مرتبط هستند. استئوسیتهایی که در نواحی عمیق یا پیر بافت استخوانی قرار دارند دارای شبکه آندوپلاسمی ناصاف و دستگاه گلژی کمتری هستند. تا زمانی که صدمه‌ای به استخوان وارد نشود، استئوسیتها تقسیم نمی‌شوند. با ایجاد ضایعه، تقسیمات سلولها آغاز می‌شود. تعدادی از آن‌ها به صورت استئوبلاست، ماده زمینه‌ای بی‌شکل را می‌سازند و خود به استئوسیت تبدیل می‌شوند برخی دیگر به صورت سلولهای اجدادی استخوان باقی می‌مانند.
استئوبلاستها
سلولهایی هستند چند ضلعی با آنزیم فسفاتاز قلیایی فراوان و هسته‌ای که در خارج از مرکز سلول قرار دارد. این سلولها در محلی که فعالیت سازندگی زیاد است فراوان‌اند و دارای شبکه آندوپلاسمی ناصاف و دستگاه گلژی هستند. این دو نشان دهنده فعالیت‌های ترشحی‌اند. به همین دلیل حبابهای ترشحی بسیاری در این سلولها دیده می‌شود. هنگام فعالیت، تعدادی از استئوبلاستها به صورت سلولهای اجدادی استخوان ذخیره می‌شوند. اینها با وجود آنزیم فسفاتاز قلیایی، قادرند ماده زمینه‌ای بسازند و به همین دلیل سلولهای سازنده خوانده می‌شوند. هنگام فعالیت مکعبی شکل و بازوفیلی وهنگام استراحت، پهن و اسیدوفیلی هستند.
استئوکلاستها
استئوکلاست‌ها از مونوسیت‌های خون تولید می‌شوند. استئوکلاست‌ها مسئول تجزیه ماده زمینه استخوان در هنگام استخوان‌سازی هستند. (استئوکلاست‌ها نقش قالب‌گیری استخوان را بر عهده دارند). نقش استئوکلاست‌ها عکس استئوبلاست‌هاست به همین دلیل سلول‌های مخرب نامیده می‌شوند. این سلول‌ها، ابتدا ماده زمینه‌ای بی‌شکل و سپس کلاژن را تجزیه می‌کنند. استئوکلاست‌ها معمولا سلول‌هایی غول آسا با سیتوپلاسم وسیع‌اند و تعداد ۶ تا ۵۰ هسته دارند.
استئوکلاست‌های جوان تک هسته‌ای بوده و در هنگام فعالیت بازوفیلی و هنگام استراحت اسیدوفیلی هستند. با وجود اسید فسفاتاز دراستئوکلاست‌ها این سلول‌ها می‌توانند ماده زمینه‌ای را تجزیه کنند. به علاوه هنگامی که میزان کلسیم خون به علت عمل هورمون تیروکسین و پاراتورمون کاهش می‌یابد، استئوکلاست کلسیم را از استخوان می‌گیرد و به جریان خون می‌فرستد. استئوکلاست‌ها نزدیک سطح استخوان از حفره‌ای از ماده استخوانی در حال تخریب قرار دارند.
استخوان‌های چهاراندام
استخوان‌های چهاراندام (دست‌ها و پاها)