HISTOLOGY OF BONE AND CARTILAGE .pdf HISTOLOGY OF BONE AND CARTILAGE .pdf

HISTOLOGY OF BONE AND CARTILAGE .pdf

1. HISTOLOGY OF BONE AND CARTILAGE
โครงร%างจุลกายวิภาคของกระดูกอ%อนและกระดูก
y Histology of Cartilage
y Histology of Bone

Ø Histology of Cartilage
องค%ประกอบของกระดูกอ.อน
- 65% - 80% น้ำ ของน้ำหนักสด
- 20% - 35% สารอนินทรีย%และสารอินทรีย%
100% น้ำหนักแหEง 5-6% สารอนินทรีย%(inorganic substances)
ผลึกของ Ca10(PO4)6(OH)2 : Calcium hydroxyapatite
94-95% สารอินทรีย%(organic substances)
5% เซลล%กระดูกอ.อน
95% Grand substance 65-80% Collagen
22-28% Proteoglycan
• โครงสร&างของกระดูกอ.อน (Cartilage)
- เซลล%กระดูกอ.อน (cartilaginous cell)
Mesenchymal cell เซลล%ตEนกำเนิดกระดูก
Chondrogenic cell หรือ Chondroprogenitor เปjนเซลล%ตั้งตEนของกระดูกอ.อน
Chondroblast เซลล%รูปร.างแบน อยู.บริเวณขอบผิว
Chondrocyte เซลล%กระดูกอ.อนที่โตเต็มที่ และขังตัวเองไวEใน grand substance
pericellular capsule ขอบเขตที่อยู.ของ Chondrocyte
pericellular matrix สารประกอบพวก grand substance (collagen และ Proteoglycan)
Lacuna ช.องว.างที่เปjนที่อยู.ของเซลล% Chondrocyte
- โครงสรEางนอกเซลล% Extracellular matrix
Territorial matrix สาร matrix ที่พึ่งสรEางขึ้นมาใหม. และอยู.ชิดลEอมรอบ Chondrocyte
Interterritorial matrix สาร matrix ที่อยู.ถัดจาก territorial matrix ออกไป
Fiber ต.างกันตามชนิดของกระดูกอ.อน
Type I และ II ของ Collagen fiber
Elastic fiber
Cartilage mineral สารที่เปjนผลึกแร.ธาตุของ Calcium hydroxyapatite; Ca10(PO4)6(OH)2 พบเพียง 5-6 %
Ground substance น้ำ 65% - 80%
สาร Proteoglycans ชื่อ Aggrecan : มีคุณสมบัติในการดูดน้ำเขEามาในกระดูกอ.อน
Glycosaminoglycan (GAGs) + core protein
Chondroitin sulphate
Keratan sulphate
Hyaluronan

2. • กระดูกอ.อน (Cartilage)
เปjนเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน (Connective tissue) ชนิดที่ไม.พบหลอดเลือด
จัดเปjน nonvascular/avascular organs
มีหนEาที่ ช.วงรองรับแรงและกระจายแรง
เสริมสรEางความแข็งแรงของอวัยวะ
ทำใหEเกิดความยืดหยุ.น
กระดูกอ.อนแบ.งเปjน : Hyaline cartilage, Elastic cartilage, Fibrocartilage

> Hyaline cartilage
มีองค%ประกอบของ grand substance เปjน collagen type II เปjนส.วนใหญ.
ทำหนEาที่เปjนโครงสรEางค้ำจุนที่ Nasal cartilage กระดูกอ.อนที่จมูก
Thyroid cartilage กระดูกอ.อนที่กล.องเสียง
Cricoid cartilage กระดูกอ.อนต.อจาก thyroid ไปดEานหลัง
Tracheal cartilage
Costal cartilage กระดูกอ.อนซี่โครง
Epiphyseal plate กระดูกอ.อนปลาย long bone
ทำหนEาที่รองรับแรงกดและกระแทก เช.น กระดูกอ.อนผิวขEอ (Articular cartilage)
histology of Hyaline cartilage
- ชั้น Perichondrium, เยื่อหุEมกระดูกอ.อน เปjนชั้นที่อยู.ดEานนอกสุด
Outer fibrous layer : Dense fibrous connective tissue
Inner chondrogenic layer ประกอบดEวยเซลล% 2 ชนิด
Chondrogenic cell เซลล%ตั้งตEนของกระดูกอ.อน
Chondroblast เซลล%รูปร.างแบน และอยู.ชิดกับ Perichondrium
- ชั้น Cartilage, ชั้นกระดูกอ.อน
เซลล%กระดูกอ.อน(Chondrocyte) อยู.ภายใน lacunae
Young Chondrocyte เซลล%ขนาดเล็ก และ lacunae ชิดกับเซลล%
Mature Chondrocyte เซลล%ขนาดกลมใหญ. และ lacunae ห.างออกจากเซลล%
Cell nests (Isogenous group) กลุ.มของเซลล% Chondrocyte ที่อยู.ติดกัน
Matrix เปjน grand substance ที่มี collagen type II เปjนส.วนใหญ.
Matrix มีลักษณะ clear ใส
u กระดูกอ.อนผิวขEอ (Articular cartilage)
เปjน hyaline cartilage แต.ไม.มี Perichondrium
กระดูกอ.อนอยู.ระหว.างขEอต.อระหว.างกระดูก เช.น ที่ acetabulum, ขEอเข.า, ขEอต.อกระดูกสั้นหลังผ.าน articular process
แบ.งเปjน 4 ชั้น
Superficial layer เซลล% Chondrocytes มีลักษณะแบน(Flattened)
มี collagen type II และน้ำ สูง ช.วยรับแรงกระแทกไดEดี
มี proteoglycans ต่ำ
Fiber เรียงตัวแนวนอนขนานกับหนEากระดูก
Middle zone หรือ Intermediate layer
Deep zone เซลล% Chondrocytes มีลักษณะกลม(Round)
มี collagen type II และน้ำ นEอยมาก
มี proteoglycans สูง
Fiber เรียงตัวตามแนวตั้ง
Calcified layer มีการสะสม Ca และมีเสEน Tidemark เปjนตัวแบ.งชั้น

3. > Elastic cartilage
พบตามบริเวณที่ตEองการความยืดหยุ.นสูง
พบ elastic fiber ชนิด collagen type II มาก ทำใหE Matrix มีลักษณะเปjนเสEนใย ไม. clear ใส
การมี elastic fiber มากทำใหEสามารถคืนรูปไดEดีหลังจากมีการเปลี่ยนแปลง
มี perichondrium
พบที่ Auricular cartilage(กระดูกอ.อนใบหู), Epiglottis & Cuneiform cartilage, Wattle ของหมู

> Fibrocartilage
พบในขEอต.อบางชนิดของร.างกาย
intervertebral joint (Annulus fibrosus) กระดูกอ.อนรอบหมอนรองกระดูกที่ vertebra
Meniscus of Tibia หมอนรองกระดูกหัวเข.า
Mandibular/Pelvic symphysis
ไม.พบชั้น perichondrium
เซลล% Chondrocyte เรียงตัวกันเปjนแถว เรียกว.า Isogenous group
พบ Collagenous fiber type I (เปjนหลัก) และแทรกระหว.างแถวของ Chondrocyte

Ø Histology of Bone
องค%ประกอบของกระดูก
- 25% น้ำ
- 45% สารอนินทรีย% หรือ แร.ธาตุ
37% Calcium Ca10(PO4)6(OH)2 : Calcium hydroxyapatite
18.5% Phosphorus
อื่นๆ
- 30% สารอินทรีย%
90% Collagen
5% Osteocyte
5% Proteoglycan
• โครงสร&างของกระดูก (Bone)
- เยื่อหุEมกระดูกชั้นนอก (Periosteum), สัมผัสกับกลEามเนื้อ
- เยื่อหุEมกระดูกชั้นใน (Endosteum), สัมผัสกับเซลล%กระดูก
- เซลล%กระดูก (Bone cells); Osteocyte
Mesenchymal cell Osteogenic cell/ Osteoprogenitor cell
Osteoblast: เซลล%กระดูกที่ยังเจริญไม.สมบูรณ%
Osteocyte: เซลล%กระดูกที่เจริญเติบโตเต็มที่แลEว
Hematopoietic cells Osteoclast: เซลล%ที่ทำหนEาที่ในการสลายเนื้อกระดูก
- เนื้อกระดูก(Bone matrix)
จะอยู.รอบเซลล%กระดูก
เนื้อแข็งเพราะมีการสะสม calcium และ collagen type I มาก
u Type of bone matrix
compact lamellar, cortical bone หรือกระดูกแน.น
เมื่อตัดกระดูกแนวยาวจะพบเนื้อกระดูกแน.นอยู.บริเวณขอบดEานนอกของกระดูก
spongy trabecular, cancellous bone หรือกระดูกฟองน้ำ
อยู.ถัดเขEาไปดEานใน เนื้อกระดูกมีลักษณะเปjนรูพรุน คลEายกิ่งตEนไมE

4. - Type of collagen arrangement, รูปแบบการเรียงตัวของ collagen
o Woven bone พบใน Immature bone
เสEนใย Collagen fiber และเซลล%เรียงตัวไม.เปjนระเบียบหรือเรียงตัวไม.สมบูรณ%
พบที่ Embryo, ลูกสัตว%แรกเกิด และ Epiphyseal plate
กระดูกที่สรEางใหม.หลังมีการหัก (callus)
o Lamellar bone พบใน mature bone เรียกว.า Harversian bone
Collagen fiber เรียงตัวเปjนระเบียบคลEายท.อนซุง
เปjนกระดูกที่เจริญเต็มที่แลEว
พบที่ Compact bone (Cortical bone/ lamellar bone)
Spongy bone (Cancellous bone/ trabecular bone)
> Compact bone (Lamellar / cortical bone), กระดูกแน.น
เห็นชัดเจนบริเวณ diaphysis of long bone
Lamellae : ลักษณะของโครงสรEางของ extracellular matrix
Lacunae : ที่อยู.ของ Osteocytes ที่สรEางออกมาขังเซลล%ตนเอง
Harversian system (Osteon) : คือ Lamellae รูปร.างกลมคลEายท.อนซุง สำหรับเนื้อกระดูกแบบ compact
Cement line : ขอบกลมริมนอกที่สุดของ Harversian system
Canaliculi : ท.อแขนงขนาดเล็ก ไวEสำหรับ osteocyte ที่ยื่นเยื่อหุEมออกไปเพื่อติดต.อสื่อสารและสารอาหาร
เชื่อมระหว.าง lacunae และ harversian canal
Harversian canal : ท.อขนาดใหญ. ตรงกลาง Harversian system เปjนทางผ.านสำหรับ capillaries, lymphatic vessels, nerves
Volkmann’s canal : ท.อทางเชื่อมต.อ harversian canal และ harversian canal เขEาหากัน
- ระบบท.อภายในเนื้อกระดูก Compact bone (Lamellar bone)
Canaliculi ท.อของแขนงเซลล% Osteocytes จากแต.ละ Lacunae
Harversian canal ท.อใหญ.ตรงกลางของ Harversian system (Osteon) ไวEสำหรับ capillaries, lymphatic vessels, nerves
Volkmann’s canal ท.อทางเชื่อมของแต.ละ harversian canal

- โครงสรEางเนื้อกระดูก
Haversian systems (Osteon) มองเห็น Lamellar พาดเปjนวงกลม
Circumferential systems Lamellar ไม.พาดเปjนวงกลม แต. Lamellar จะพาดเปjนแถบอยู.ชั้นนอกสุดและในสุด
Interstitial systems Lamellar ไม.พาดเปjนวงกลม แต. Lamellar จะพาดเปjนรูปสามเหลี่ยมอยู.ระหว.าง Osteon
ทั้ง Circumferential และ Interstitial systems จะไม.มี Harversian canal
> Spongy bone (Trabecular / Cancellous bone)
พบบริเวณชั้นในของกระดูก
Lamellae : extracellular matrix เรียงตัวเปjนชั้น แต.ไม.เรียก Harversian system เพราะ ไม.พบ Harversian canal
Trabeculae : แขนงกิ่งไมE ทำใหEเกิดช.องและเปjนที่อยู.ของ Bone marrow
Endosteum : เยื่อบุ bone lanning ดEานใน เปjนเซลล%พวก Osteoblast
> Epiphyseal plate
เปjนที่อยู.ของ Chondrocyte ตั้งแต.เด็กเพื่อช.วยเพิ่มความยาวกระดูก และจะเปลี่ยนเปjน Epiphyseal line เมื่อสัตว%เขEาสู.ช.วง mature
ไม.มี Perichondrium
Epiphyseal plate Zone of reserve cartilage หรือ Resting zone พบเซลล% chondroblast และมี matrix ใส จัดเปjน hyalin cartilage
Zone of multiplication หรือ Proliferative zone พบเซลล% chondrocytes แบ.งตัวเพื่อเพิ่มพื้นที่ของกระดูก
Zone of hypertrophy พบเซลล% chondrocytes ที่ขยายขนาด (Hypertrophic) เพื่อจะเกิด apoptosis
Zone of calcification เซลล%เปลี่ยนสี เพราะมีการสะสม Ca และเซลล% chondrocytes ตายเหลือเพียง lacunae
Zone of ossification เซลล% Osteocyte เขEามาแทนที่ดEานใน matrix และ Osteoblast อยู.ที่ผิว Matrix
เซลล% Osteoclast จับกินเศษเซลล% เพื่อสรEางพื้นที่ใหEกับ Osteocyte

5. > Periosteum เยื่อบุผิวกระดูกดEานนอก
หุEมผิวกระดูกดEานนอก
Periosteum มี 2 ชั้น Outer fibrous layer ส.วนชั้นนอก เปjนเนื้อเยื่อพังผืด
Inner cellular Osteogenic layer ชั้นใน พบเซลล% osteoblast
> Endosteum เยื่อบุผิวกระดูกดEานในโพรงกระดูก
มีเยื่อ endosteum บุอยู. ซึ่งเปjนชั้นบางๆ ของ bone lining cells ที่มาเรียงต.อกันและสามารถหลั่ง matrix เปjนองค%ประกอบของเนื้อกระดูกไดE
ทำหนEาที่ควบคุมปริมาณแคลเซียมและฟอสฟอรัส สะสมและสลายจากกระดูก
สามารถเปลี่ยนเปjน Osteoprogenitor cell ไดE
Quiz: Osteoprogenitor cell พบไดEที่ชั้นไหนบEาง?
: ชั้น Inner cellular(Osteogenic layer) และ ชั้น Endosteum

• Bone cells
Osteoprogenitor cell
- พัฒนามาจาก mesenchymal stem cell และเปjนเซลล%ตั้งตEนของ Osteoblast
- พบที่ชั้น Osteogenic layer ของ Periosteum และ ชั้น Endosteum
Osteoblast
- รูปร.างกลม (Cuboidal) หรือทรงกระสวย พบที่ชั้น Periosteum & Endosteum
- Cytoplasm ติดสีน้ำเงิน (basophilic) เมื่อยEอมดEวย H&E
- มี RER มาก เพื่อสรEาง collagen fiber และมี Golgi body ขนาดใหญ.
- เมื่อ Osteoblast กําลังเจริญเติบโต จะหลั่งสารที่เปjนองค%ประกอบของกระดูก เรียกว.า osteoid
- Osteoblast ที่อาศัยในเนื้อกระดูก จะถูกขังอยู.ในช.องว.าง lacunae ลEอมรอบดEวย osteoid
- เมื่อเจริญพัฒนาเต็มที่ เรียก Osteocyte
Osteocyte
- มองเห็น Osteocyte อาศัยอยู.ในช.องว.างของเนื้อกระดูก ถูกลEอมรอบดEวย bone matrix ที่สรEางขึ้นมาเอง ที่เรียกว.า lacuna
- Cytoplasmic process คือ cytoplasm ของ osteocyte ที่ยื่นออกมาเปjนสาขา และอยู.ในช.องว.าง canaliculi
- Canaliculi มีการเชื่อมต.อกับหลอดเลือดฝอยไดE ทำหนEาที่เปjนทางผ.านของอาหาร และแร.ธาตุต.างๆ ไปเลี้ยง Osteocyte
- เซลล%มีหนEาที่ช.วยควบคุมปริมาณแร.ธาตุในเนื้อกระดูก โดยเอนไซม% lysosomal enzyme
Osteoclast
- Osteoclast เกิดจากเซลล% Hematopoietic stem cell พบอยู.ภายใน Bone marrow
- Multinucleated cells มีหลายนิวเคลียส 15-30 อัน
- Eosinophilic cytoplasm cytoplasm ยEอยติดสีชมพู (eosinophilic) เมื่อยEอมดEวย H&E และยEอยติดสีม.วงของ Masson’s dry
- ขอบของ Osteoclast จะมีลักษณะหยาบ (ruffled border) เนื่องจากมี microvilli จำนวนมาก เพื่อจะไปเกาะกระดูก
โดยจะปล.อย H
+
เพื่อสลาย Calcium hydroxyapatite และมีเอนไซม%ย.อยสลายโปรตีน และ คอลลาเจน (proteolytic enzyme)
- Howship’s lacuna แอ.งสัมผัสระหว.าง Osteoclast กับ Osteocyte
Chondroclast
- พัฒนามาจาก Osteoclast เพื่อย.อยสลายเซลล% chondrocyte

6. u Clinical application
Haversian systems (Osteon) แบ.งออกเปjน 2 ชนิด
ออสติออยด%ปฐมภมิ; Primary osteon
ไม.พบ cement line
พบในลูกสัตว%มีลักษณะคลEายผนังอิฐ เรียก Plexiform bone
ในสัตว%โตบางชนิดจะยังมี Plexiform bone เช.น สุกร กวาง แกะ โค
ออสติออยด%ทุติยภูมิ; Secondary osteon
พบ cement line
Type 1: Common osteon เปjน osteon เดี่ยว ๆ
Type 2: Embedded osteon เปjน osteon ที่ฝ??งอยู.ใน osteon แต.มีขนาดเท.ากับ Common osteon
Type 3: Double zonal osteon เปjน osteon ที่ฝ??งอยู.ใน osteon แต.มีขนาดใหญ. และเห็น cement line 2 ชั้น
Type 4: Drifting osteon เปjน osteon ที่เลื่อนไถลเปjนเสEน มองดูคลEายตัวหนอน
ชEาง พบ Double zonal osteon
สัตว%แต.ละชนิดจะมีขนาดของ osteon แตกต.างกัน จึงสามารถใชEจำแนกชนิดของสัตว%ไดEในเชิงนิติเวช