6.5: Mifupa ya Mifupa na Maendeleo

Last updated
Save as PDF

Page ID: 184262

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Eleza kazi ya cartilage
Orodha ya hatua za ossification ya intramembranous
Orodha ya hatua za ossification endochondral
Eleza shughuli za ukuaji kwenye sahani ya epiphyseal
Linganisha na kulinganisha mchakato wa kuimarisha na kurekebisha

Katika hatua za mwanzo za maendeleo ya embryonic, mifupa ya kiinitete ina utando wa nyuzi na cartilage ya hyaline. Kwa wiki ya sita au ya saba ya maisha ya embryonic, mchakato halisi wa maendeleo ya mfupa, ossification (osteogenesis), huanza. Kuna njia mbili za osteogenic - intramembranous ossification na endochondral ossification - lakini mfupa ni sawa bila kujali njia inayozalisha yake.

Cartilage Matukio

Mfupa ni tishu badala; yaani, hutumia tishu za mfano ambazo huweka tumbo lake la madini. Kwa maendeleo ya mifupa, template ya kawaida ni cartilage. Wakati wa maendeleo ya fetusi, mfumo umewekwa ambao huamua wapi mifupa yataunda. Mfumo huu ni tumbo rahisi, nusu imara zinazozalishwa na chondroblasts na lina asidi hyaluronic, sulfate ya chondroitin, nyuzi za collagen, na maji. Kama tumbo linazunguka na hutenganisha chondroblasts, huitwa chondrocytes. Tofauti na tishu nyingi zinazojumuisha, cartilage ni avascular, maana yake haina mishipa ya damu inayotumia virutubisho na kuondoa taka za kimetaboliki. Kazi hizi zote zinafanywa na kutenganishwa kwa njia ya tumbo. Hii ndiyo sababu cartilage iliyoharibiwa haina kujitengeneza yenyewe kwa urahisi kama tishu nyingi zinavyofanya.

Katika maendeleo ya fetusi na ukuaji wa utoto na maendeleo, fomu za mfupa kwenye tumbo la cartilaginous. Kwa wakati fetusi inapozaliwa, sehemu nyingi za cartilage zimebadilishwa na mfupa. Baadhi ya cartilage ya ziada itabadilishwa wakati wa utoto, na baadhi ya cartilage inabakia katika mifupa ya watu wazima.

Intramembranous Ossification

Wakati wa ossification intramembranous, kompakt na spongy mfupa yanaendelea moja kwa moja kutoka karatasi ya mesenchymal (undifferentiated) tishu connective. Mifupa ya gorofa ya uso, mifupa mengi ya mifupa, na clavicles (collarbones) huundwa kupitia ossification intramembranous.

Utaratibu huanza wakati seli za mesenchymal katika mifupa ya embryonic zinakusanyika pamoja na kuanza kutofautisha katika seli maalumu (Mchoro 6.16 a). Baadhi ya seli hizi zitatofautisha ndani ya capillaries, wakati wengine watakuwa seli za osteogenic na kisha osteoblasts. Ingawa hatimaye wataenea kwa kuundwa kwa tishu za mfupa, osteoblasts mapema huonekana kwenye nguzo inayoitwa kituo cha ossification.

Osteoblasts secrete osteoid, tumbo uncalcified, ambayo calcifies (hardens) ndani ya siku chache kama chumvi ya madini ni zilizoingia juu yake, na hivyo entrapping osteoblasts ndani. Mara baada ya kuingizwa, osteoblasts huwa osteocytes (Kielelezo 6.16 b). Kama osteoblasts hubadilika kuwa osteocytes, seli za osteogenic katika tishu zinazojumuisha zinafautisha katika osteoblasts mpya.

Osteoid (unmineralized mfupa tumbo) secreted kuzunguka matokeo ya mishipa ya damu katika tumbo trabecular, wakati osteoblasts juu ya uso wa mfupa spongy kuwa periosteum (Kielelezo 6.16 c). The periosteum kisha inajenga safu ya kinga ya mfupa compact juu juu ya mfupa trabecular. Umati wa mfupa wa trabecular karibu na mishipa ya damu, ambayo hatimaye hupungua kwenye mchanga mwekundu-nyekundu (Mchoro 6.16 d).

Image A inaonyesha osteoblasts saba, seli zilizo na ndogo, kidole kama makadirio. Wao ni kuzungukwa na granules ya osteoid. Seli zote mbili na osteoid zilizomo ndani ya bluu, mviringo, kituo cha ossification ambacho kinazungukwa na “tundu” la nyuzi za giza, kama kamba za collagen na seli za kijivu za mesenchymal. Seli kwa ujumla ni amofasi, zinazofanana na muonekano wa amoeba. Katika picha B, kituo cha ossification hakizungukwa tena na pete ya osteoblasts. Osteoblasts imeficha mfupa ndani ya kituo cha ossification, na kujenga tumbo mpya la mfupa. Pia kuna osteocytes tano zilizoingia kwenye tumbo mpya la mfupa. Osteocytes ni nyembamba, seli za mviringo na makadirio mengi ya kidole. Osteoid chembe bado iliyoingia katika tumbo bony katika picha B. picha C kutengwa pete ya osteoblasts jirani kituo cha ossification, na kutengeneza safu ya juu na chini ya osteoblasts iko kati ya tabaka mbili za seli mesenchyme. Lebo inaonyesha kwamba seli za mesenchyme na nyuzi za collagen zinazozunguka huunda periosteum. Osteoblasts hutoa mfupa wa spongy ndani ya nafasi kati ya safu mbili za osteoblast. Kwa hiyo, mfupa wa spongy wa kukusanya unasubu safu ya juu na ya chini ya osteoblasts mbali na kila mmoja. Katika picha hii, wengi wa mfupa wa spongy umefichwa na osteoblasts, kama trabeculae inaonekana. Aidha, ateri tayari imevunjika kupitia periosteum na kuvamia mfupa wa spongy. Picha D inaonekana sawa na picha C, isipokuwa kwamba safu za osteoblasts sasa zimeficha safu za mfupa wa kompakt kati ya mfupa wa spongy na periosteum. Arteri sasa ina matawi na kuenea katika mfupa wa spongy. Lebo inaonyesha kwamba cavities kati ya trabeculae sasa ina marongo nyekundu ya mfupa.

Kielelezo 6.16 Ossification Intramembranous Ossification Intramembranous ifuatavyo hatua nne. (a) seli za Mesenchymal hukundi katika makundi, na vituo vya ossification vinaunda. (b) Mitego ya osteoid iliyofichwa osteoblasts, ambayo huwa osteocytes. (c) Matrix ya Trabecular na fomu ya periosteum. (d) Mfupa wa kompakt unaendelea juu kwa mfupa wa trabecular, na mishipa ya damu iliyojaa ndani ya mchanga mwembamba.

Ossification intramembranous huanza katika utero wakati wa maendeleo ya fetusi na inaendelea katika ujana. Wakati wa kuzaliwa, fuvu na clavicles hazipatikani kikamilifu wala sutures ya fuvu imefungwa. Hii inaruhusu fuvu na mabega kuharibika wakati wa kifungu kupitia mfereji wa kuzaliwa. Mifupa ya mwisho ya kufuta kupitia ossification ya intramembranous ni mifupa ya gorofa ya uso, ambayo hufikia ukubwa wao wa watu wazima mwishoni mwa ukuaji wa vijana.

Endochondral Ossification

Katika ossification endochondral, mfupa unaendelea kwa kuchukua nafasi ya hyaline cartilage. Cartilage haina kuwa mfupa. Badala yake, cartilage hutumika kama template ya kubadilishwa kabisa na mfupa mpya. Ossification Endochondral inachukua muda mrefu zaidi kuliko ossification intramembranous. Mifupa chini ya fuvu na mifupa ndefu huunda kupitia ossification endochondral.

Katika mfupa mrefu, kwa mfano, katika muda wa wiki 6 hadi 8 baada ya mimba, baadhi ya seli mesenchymal kutofautisha katika chondrocytes (cartilage seli), ambayo ni cartilaginous skeletal mtangulizi wa mifupa (Mtini. 6.17 a). Hivi karibuni, perichondrium, membrane ambayo inashughulikia cartilage, inaonekana Mchoro 6.17 b).

Image A inaonyesha kipande kidogo cha hyaline cartilage kwamba inaonekana kama mfupa lakini bila tabia wazi mwisho. Cartilage ya hyaline imezungukwa na perichondrium nyembamba. Katika picha B, cartilage ya hyaline imeongezeka kwa ukubwa na mwisho umeanza kuongezeka nje. Kikundi cha granules za giza huunda katikati ya cartilage. Hii inaitwa tumbo la calcified, kinyume na wengine wa cartilage, ambayo ni tumbo uncalcified. Katika picha C, cartilage ya hyaline imeongezeka tena kwa ukubwa na mfupa wa spongy umeunda kwenye tumbo la calcified. Hii sasa inaitwa kituo cha msingi cha ossification. Arteri ya virutubisho imevamia kituo cha ossification na inakua kwa njia ya cavities ya mfupa mpya wa spongy. Katika picha D, cartilage sasa inaonekana kama mfupa, kwa kuwa imeongezeka sana kwa ukubwa na kila mwisho ina bulges mbili. Nusu tu ya mfupa inavyoonekana katika picha zote zilizobaki. Katika picha D, mfupa wa spongy umeendelezwa kabisa katika cavity ya medullary, ambayo imezungukwa, pande zote mbili, na mfupa wa compact. Sasa, tumbo la calcified iko kwenye mpaka kati ya metaphysis ya kupakana na epiphysis inayofaa. Epiphysis bado inajumuisha tumbo la uncalcified. Katika picha E, mishipa na mishipa sasa vimevamia epiphysis, na kutengeneza tumbo la calcified katikati yake. Hii inaitwa kituo cha ossification ya sekondari. Katika picha F, mambo ya ndani ya epiphysis sasa yamehesabiwa kabisa kwenye mfupa. Makali ya nje ya epiphysis bado kama cartilage, na kutengeneza cartilage ya articular kwa pamoja. Aidha, mpaka kati ya epiphysis na metaphysis bado uncalcified, kutengeneza sahani epiphyseal.

Kielelezo 6.17 Endochondral Ossification Endochondral ossification ifuatavyo hatua tano. (a) seli za Mesenchymal zinatofautiana katika chondrocytes. (b) Mfano wa cartilage wa mifupa ya bony ya baadaye na fomu ya perichondrium. (c) Capillaries kupenya cartilage. Perichondrium inabadilika kuwa periosteum. Kola ya periosteal inakua. Kituo cha msingi cha ossification kinaendelea. (d) Cartilage na chondrocytes huendelea kukua mwisho wa mfupa. (e) Vituo vya sekondari vya ossification kuendeleza. (f) Cartilage inabakia kwenye sahani ya epiphyseal (ukuaji) na kwenye uso wa pamoja kama cartilage ya articular.

Kama tumbo zaidi huzalishwa, chondrocytes katikati ya mfano wa cartilaginous hukua kwa ukubwa. Kama tumbo linalohesabu, virutubisho haviwezi kufikia chondrocytes tena. Hii inasababisha kifo chao na kugawanyika kwa cartilage inayozunguka. Mishipa ya damu huvamia nafasi zinazosababisha, si tu kupanua cavities lakini pia kubeba seli za osteogenic pamoja nao, nyingi ambazo zitakuwa osteoblasts. Nafasi hizi za kupanua hatimaye zinachanganya kuwa cavity ya medullary.

Kama cartilage inakua, capillaries hupenya. Uingizaji huu unaanzisha mabadiliko ya perichondrium ndani ya periosteum inayozalisha mfupa. Hapa, osteoblasts huunda collar ya periosteal ya mfupa wa kompakt karibu na kamba ya diaphysis. Kwa mwezi wa pili au wa tatu wa maisha ya fetasi, maendeleo ya seli za mfupa na ossification hupanda na hujenga kituo cha msingi cha ossification, eneo la kina katika collar ya periosteal ambapo ossification huanza (Kielelezo 6.17 c).

Wakati mabadiliko haya ya kina yanatokea, chondrocytes na cartilage huendelea kukua mwishoni mwa mfupa (epiphyses ya baadaye), ambayo huongeza urefu wa mfupa wakati huo huo mfupa unachukua nafasi ya cartilage katika diaphyses. Kwa wakati mifupa ya fetasi imeundwa kikamilifu, cartilage inabakia tu kwenye uso wa pamoja kama cartilage ya articular na kati ya diaphysis na epiphysis kama sahani ya epiphyseal, ambayo mwisho ni wajibu wa ukuaji wa longitudinal wa mifupa. Baada ya kuzaliwa, hii mlolongo huo wa matukio (matrix mineralization, kifo cha chondrocytes, uvamizi wa mishipa ya damu kutoka periosteum, na mbegu na seli osteogenic kuwa osteoblasts) hutokea katika maeneo epiphyseal, na kila moja ya vituo hivi shughuli inajulikana kama sekondari kituo cha ossification (Kielelezo 6.17 e).

Jinsi Mifupa inavyokua kwa Urefu

Sahani ya epiphyseal ni eneo la ukuaji katika mfupa mrefu. Ni safu ya cartilage ya hyaline ambapo ossification hutokea katika mifupa machafu. Kwenye upande wa epiphyseal wa sahani ya epiphyseal, cartilage huundwa. Kwenye upande wa diaphyseal, cartilage imefungwa, na diaphysis inakua kwa urefu. Sahani ya epiphyseal inajumuisha maeneo manne ya seli na shughuli (Kielelezo 6.18). Eneo la hifadhi ni kanda iliyo karibu na mwisho wa epiphyseal wa sahani na ina chondrocytes ndogo ndani ya tumbo. Hizi chondrocytes hazishiriki katika ukuaji wa mfupa lakini salama sahani ya epiphyseal kwa tishu za osseous za epiphysis.

Mfano huu unaonyesha maeneo yaliyopakana na sahani ya epiphyseal ya epiphysis. Safu ya juu ya epiphysis ni eneo la hifadhi, ambalo ni rangi ya bluu kwa sababu imefanywa kwa cartilage. Mishipa miwili huonyeshwa kusafiri kupitia eneo hili ili kutoa virutubisho kwenye eneo la pili: eneo la kuenea. Hapa, chondrocytes tano zinaendelea mitosis. Wao hugawanyika daima, huzalisha safu tano ndefu za chondrocytes. Eneo linalofuata ni eneo la kukomaa na hypertrophy. Hapa, lipids, glycogen na phosphatase ya alkali hujilimbikiza, na kusababisha tumbo la cartilaginous kuhesabu. Eneo hili lina safu tano za chondrocytes kumi ambazo zinaongezeka kwa ukubwa kama moja huenda chini ya mstari. Eneo linalofuata ni tumbo la calcified. Hapa, chondrocytes kuwa ngumu na kufa kama tumbo karibu nao ina calcified. Mstari wa chini ni eneo la ossification. Eneo hili ni kweli sehemu ya metaphysis. Mishipa kutoka tawi la metaphysis kupitia trabeculae mpya katika eneo hili. Tissue mpya zilizowekwa mfupa juu ya eneo la ossification inaitwa spongiosa ya msingi. Mfupa mzee chini ya ukanda wa ossification huitwa spongiosa ya sekondari.

Kielelezo 6.18 Ukuaji wa Mfupa wa Longitudinal Sahani ya epiphyseal ni wajibu wa ukuaji wa mfupa

Eneo la kuenea ni safu inayofuata kuelekea diaphysis na ina magunia ya chondrocytes kubwa kidogo. Inafanya chondrocytes mpya (kupitia mitosis) kuchukua nafasi ya wale wanaokufa mwisho wa sahani. Chondrocytes katika safu inayofuata, ukanda wa kukomaa na hypertrophy, ni wakubwa na mkubwa zaidi kuliko wale walio katika eneo la kuenea. Seli za kukomaa zaidi ziko karibu na mwisho wa sahani ya diaphyseal. Ukuaji wa muda mrefu wa mfupa ni matokeo ya mgawanyiko wa seli katika eneo la kuenea na kukomaa kwa seli katika ukanda wa kukomaa na hypertrophy.

Wengi wa chondrocytes katika ukanda wa tumbo calcified, eneo karibu na diaphysis, wamekufa kwa sababu tumbo karibu nao ina calcified. Capillaries na osteoblasts kutoka diaphysis hupenya eneo hili, na osteoblasts hutoa tishu za mfupa kwenye cartilage iliyobaki iliyobaki. Hivyo, eneo la tumbo la calcified linaunganisha sahani ya epiphyseal kwa diaphysis. Mfupa unakua kwa urefu wakati tishu za osseous zinaongezwa kwenye diaphysis.

Mifupa inaendelea kukua kwa urefu hadi utu uzima mapema. Kiwango cha ukuaji kinadhibitiwa na homoni, ambazo zitajadiliwa baadaye. Wakati chondrocytes katika sahani ya epiphyseal kusitisha kuenea kwao na mfupa hubadilisha cartilage, ukuaji wa muda mrefu huacha. Yote iliyobaki ya sahani ya epiphyseal ni mstari wa epiphyseal (Kielelezo 6.19).

Mfano huu unaonyesha maoni ya anterior ya femur ya kulia na ya kushoto. Femur wa kushoto ana sahani ya ukuaji kwenye mpaka wa metaphysis yake ya distal na epiphysis ya distal. Epiphysis ya kupakana ina sahani mbili za ukuaji. Ya kwanza iko chini ya kichwa cha femur wakati wa pili iko chini ya trochanter, ambayo ni mapema upande wa pili wa femur. Femur ya haki ina sahani sawa na femur ya kushoto. Hata hivyo, femur ya kushoto inawakilisha mfupa mrefu wa kukomaa. Hapa, ukuaji umekamilika na sahani ya epiphyseal imeharibika kwa mstari mwembamba, wa kukata tamaa, wa epiphyseal.

Kielelezo 6.19 Maendeleo kutoka Epiphyseal Bamba kwa Epiphyseal Line Kama mfupa kukomaa, sahani epiphyseal inaendelea na mstari epiphyseal. (a) Sahani za Epiphyseal zinaonekana katika mfupa unaokua. (b) Mstari wa Epiphyseal ni mabaki ya sahani za epiphyseal katika mfupa mzima.

Jinsi Mifupa inavyokua katika Kipenyo

Wakati mifupa yanaongezeka kwa urefu, pia huongezeka kwa kipenyo; ukuaji wa kipenyo unaweza kuendelea hata baada ya ukuaji wa muda mrefu ukoma. Hii inaitwa ukuaji wa appositional. Osteoclasts resorb mfupa wa zamani kwamba mistari cavity medullary, wakati osteoblasts, kupitia intramembranous ossification, kuzalisha tishu mpya mfupa chini ya periosteum. Mmomonyoko wa mfupa wa zamani pamoja na cavity medullary na utuaji wa mfupa mpya chini ya periosteum si tu kuongeza kipenyo cha diaphysis lakini pia kuongeza mduara wa cavity medullary. Utaratibu huu unaitwa mfano.

Upyaji wa mfupa

Mchakato ambao tumbo hutumiwa kwenye uso mmoja wa mfupa na kuwekwa kwenye mwingine hujulikana kama mfano wa mfupa. Modeling hasa hufanyika wakati wa ukuaji wa mfupa. Hata hivyo, katika maisha ya watu wazima, mfupa hupitia remodeling, ambapo resorption ya mfupa wa zamani au kuharibiwa hufanyika kwenye uso huo ambapo osteoblasts kuweka mfupa mpya kuchukua nafasi ya ambayo ni resorbed. Kuumia, zoezi, na shughuli nyingine husababisha kurekebisha. Mvuto huo hujadiliwa baadaye katika sura, lakini hata bila kuumia au zoezi, asilimia 5 hadi 10 ya mifupa hurejeshwa kila mwaka kwa kuharibu mfupa wa zamani na kuifanya upya kwa mfupa safi.

Magonjwa ya...

Mfumo wa mifupa

Osteogenesis imperfecta (OI) ni ugonjwa wa maumbile ambamo mifupa hayafanyi vizuri na kwa hiyo ni tete na kuvunja kwa urahisi. Pia huitwa ugonjwa wa mfupa wa brittle. Ugonjwa huo umepo tangu kuzaliwa na huathiri mtu katika maisha yote.

Mabadiliko ya maumbile ambayo husababisha OI huathiri uzalishaji wa mwili wa collagen, moja ya vipengele muhimu vya tumbo la mfupa. Ukali wa ugonjwa huo unaweza kuanzia mpole hadi kali. Wale walio na aina kali zaidi ya ugonjwa huendeleza fractures nyingi zaidi kuliko wale walio na fomu kali. Fractures ya mara kwa mara na nyingi husababisha uharibifu wa mfupa na muda mfupi. Kuinama kwa mifupa marefu na ukingo wa mgongo pia ni kawaida kwa watu wanaosumbuliwa na OI. Uvunjaji wa mgongo hufanya kupumua vigumu kwa sababu mapafu yanasisitizwa.

Kwa sababu collagen ni protini muhimu ya kimuundo katika sehemu nyingi za mwili, watu walio na OI wanaweza pia uzoefu wa ngozi tete, misuli dhaifu, viungo vya kutosha, kuvunja rahisi, vidonda vya mara kwa mara, meno ya brittle, sclera ya bluu, na kupoteza kusikia. Hakuna tiba inayojulikana ya OI. Matibabu inalenga kumsaidia mtu kurejesha uhuru kama iwezekanavyo wakati kupunguza fractures na kuongeza uhamaji. Kuelekea mwisho huo, mazoezi salama, kama kuogelea, ambayo mwili hauwezekani kupata migongano au vikosi vya kuchanganya, vinapendekezwa. Braces kusaidia miguu, vidole, magoti, na mikono hutumiwa kama inahitajika. Canes, walkers, au viti vya magurudumu pia vinaweza kusaidia kulipa fidia kwa udhaifu.

Wakati mifupa yanapovunja, hutupa, splints, au wraps hutumiwa. Katika hali nyingine, viboko vya chuma vinaweza kuingizwa ndani ya mifupa ndefu ya mikono na miguu. Utafiti kwa sasa unafanywa juu ya kutumia bisphosphonates kutibu OI. Kuvuta sigara na kuwa overweight ni hatari hasa kwa watu wenye OI, kwani sigara inajulikana kudhoofisha mifupa, na uzito wa ziada wa mwili unaweka dhiki zaidi juu ya mifupa.

Interactive Link

Tazama video hii ili uone jinsi mfupa unavyokua.