Cấu trúc và Tái tạo xương

Xương là một mô tổng hợp sống gồm khoáng chất và collagen được tổ chức thành một bộ xương cứng nhưng có khả năng thích nghi, và tái tạo là quá trình tế bào diễn ra suốt đời, theo đó xương liên tục được tiêu hủy và thay thế. Cùng với nhau, chúng giải thích tại sao xương đồng thời là một bộ phận hỗ trợ cơ học mạnh mẽ và một cơ quan năng động, tự sửa chữa, điều chỉnh cấu trúc của nó theo tải trọng và nhu cầu trao đổi chất.

Definition

Xương là một mô liên kết khoáng hóa bao gồm một ma trận collagen loại I được ngâm tẩm hydroxyapatite, được sắp xếp thành xương vỏ đặc và xương bè xốp; tái tạo là quá trình tiêu xương sau đó hình thành xương được điều hòa bởi tế bào, liên tục đổi mới bộ xương.

Scope

Chủ đề này bao gồm tổ chức đại thể và vi thể của xương (xương vỏ và xương bè, osteon, màng xương), các tế bào xây dựng và phân hủy xương (tạo cốt bào, hủy cốt bào, cốt bào), và chu trình tái tạo khớp nối duy trì và đổi mới mô xương. Đây là một tài liệu tham khảo về cấu trúc và sinh lý học và không đề cập đến việc quản lý bất kỳ bệnh xương nào.

Core questions

• Xương vỏ và xương bè được tổ chức như thế nào ở cấp độ mô và vi cấu trúc?
• Những tế bào nào thực hiện quá trình hình thành xương, tiêu xương và cảm nhận cơ học, và chúng được ghép nối như thế nào?
• Chu trình tái tạo diễn ra như thế nào, và những tín hiệu nào điều hòa sự cân bằng của nó?
• Cấu trúc và tái tạo cùng nhau xác định khả năng cơ học của xương như thế nào?

Key concepts

• Xương vỏ (đặc) và xương bè (xốp)
• Osteon và hệ thống Havers
• Tạo cốt bào, hủy cốt bào và cốt bào
• Ma trận tổng hợp collagen-hydroxyapatite
• Tín hiệu RANK/RANKL/osteoprotegerin
• Mô hình hóa so với tái tạo
• Cảm nhận cơ học của cốt bào

Key theories

Tái tạo xương khớp nối (đơn vị đa bào cơ bản)

Quá trình đổi mới xương được hiểu là một chuỗi liên kết về thời gian và không gian trong đó quá trình tiêu xương của hủy cốt bào được theo sau bởi quá trình hình thành xương của tạo cốt bào trong một đơn vị đa bào cơ bản, với trục RANK/RANKL/osteoprotegerin điều hòa sự cân bằng giữa hai quá trình này.

Mechanisms

Xương có được các đặc tính cơ học từ một hợp chất collagen khoáng hóa: pha khoáng chất mang lại độ cứng và sức bền nén trong khi ma trận collagen cung cấp độ dẻo dai. Mô này liên tục được luân chuyển bởi các đơn vị đa bào cơ bản trong đó các hủy cốt bào tiêu hủy một phần xương và các tạo cốt bào sau đó lấp đầy nó; các cốt bào nằm trong ma trận cảm nhận biến dạng cơ học và giúp định hướng nơi tái tạo xảy ra. Tương tác RANKL-RANK thúc đẩy sự biệt hóa của hủy cốt bào trong khi osteoprotegerin hoạt động như một thụ thể mồi nhử để hạn chế sự tiêu xương, do đó mức độ tương đối của các phân tử này thiết lập sự cân bằng của quá trình luân chuyển. Ngoài cơ học, xương còn tham gia vào sinh lý hệ thống, bao gồm tín hiệu nội tiết liên kết bộ xương với quá trình chuyển hóa năng lượng.

Clinical relevance

Hiểu biết về vi cấu trúc xương và sự cân bằng tái tạo là cơ sở để giải thích quá trình lành xương gãy, chất lượng xương và sự thích nghi của xương mà các bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình dựa vào. Chủ đề này mô tả cách mô xương được xây dựng và đổi mới và không phải là hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị bệnh xương chuyển hóa ở bất kỳ cá nhân nào.

Evidence & guidelines

Sinh học cấu trúc và tế bào của xương được thiết lập thông qua các công trình thực nghiệm chính và được củng cố trong các tài liệu tham khảo về sinh lý học và giải phẫu học; chủ đề này tóm tắt kiến thức tham khảo đó chứ không phải bất kỳ lộ trình quản lý lâm sàng nào.

History

Mô học cổ điển đã thiết lập osteon và tổ chức xương vỏ-xương bè của xương, trong khi sự hiểu biết về tế bào về quá trình luân chuyển đã tiến bộ trong suốt thế kỷ XX với việc xác định tạo cốt bào, hủy cốt bào và cốt bào. Việc phát hiện ra hệ thống RANK/RANKL/osteoprotegerin vào khoảng năm 2000 đã làm rõ sự kiểm soát phân tử của quá trình tiêu xương, và các công trình tiếp theo đã tiết lộ rằng xương cũng hoạt động như một cơ quan nội tiết, mở rộng quan điểm về tái tạo ngoài cơ học.

Key figures

• Gerard Karsenty
• Lawrence Riggs

Seminal works

• hofbauer-2000
• lee-2007

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa xương vỏ và xương bè là gì?

Xương vỏ (đặc) là lớp vỏ ngoài dày đặc được tổ chức thành các osteon và cung cấp phần lớn sức mạnh và độ cứng của bộ xương, trong khi xương bè (xốp) là mạng lưới bên trong xốp phân phối tải trọng và có diện tích bề mặt lớn hơn cho quá trình trao đổi chất.

Tái tạo xương đạt được điều gì?

Tái tạo liên tục thay thế xương cũ hoặc bị hư hỏng bằng mô mới thông qua quá trình tiêu xương và hình thành xương khớp nối, duy trì tính toàn vẹn cơ học, sửa chữa các tổn thương vi mô và góp phần vào cân bằng nội môi khoáng chất.