Xương là những cơ quan được cấu tạo chủ yếu bằng mô xương, một loại mô liên kết rắn. Bộ xương đảm nhiệm các chức năng: nâng đỡ cơ thể, bảo vệ và làm chỗ dựa cho các cơ quan, và vận động (cùng hệ cơ - khớp); bộ xương cũng là nơi sản sinh các tế bào máu và là kho dự trữ chất khoáng và chất béo.
1.1. Số lượng và phân chia.
206 xương của bộ xương người được sắp xếp thành hai phần: 80 xương của bộ xương trục và 126 xương của bộ xương treo. Bộ xương trục (axial skeleton) gồm 22 xương sọ, 1 xương móng, 6 xương nhỏ của tai và 51 xương thân (gồm 26 xương cột sống, 24 xương sườn và 1 xương ức). Bộ xương treo hay xương chi (appendicular skeleton) gồm 64 xương chi trên và 62 xương chi dưới.
1.2. Cấu tạo
1.2.1. Cấu tạo chung của các loại xương
Bất kỳ một xương nào cũng được cấu tạo bằng các phần sau đây, kể từ ngoài vào trong: màng ngoài xương, mô xương đặc, mô xương xốp và ổ tuỷ. Mô xương thuộc loại mô liên kết, bao gồm các tế bào bị vây quanh bởi chất căn bản rắn đặc. Chất căn bản của xương bao gồm 25% nước, 25% sợi protein và 50% muối khoáng. Các loại tế bào của mô xương là tạo cốt bào, huỷ cốt bào và tế bào xương. Màng ngoài xương (periosteum), hay ngoại cốt mạc, là một màng mô liên kết dai giàu mạch máu bọc quanh bề mặt xương (trừ nơi có sụn khớp). Màng này gồm hai lớp: lớp ngoài là mô sợi, lớp trong chứa các tế bào sinh xương (osteogenic cells). Màng ngoài xương giúp xương phát triển về chiều rộng. Nó cũng có tác dụng bảo vệ và nuôi dưỡng xương, giúp liền xương gãy và là nơi bám cho các dây chằng và gân. Sụn khớp là một lớp sụn trong bao phủ mặt khớp của các xương. Nó làm giảm ma sát và làm giảm sự va chạm tại những khớp hoạt dịch. Xương đặc (compact bone) là thành phần đóng vai trò chính trong chức năng bảo vệ, nâng đỡ và kháng lại lực nén ép của trọng lực hay sự vận động. Mô xương đặc được tổ chức thành những đơn vị được gọi là các hệ thống Havers. Mỗi hệ thống Havers bao gồm một ống Havers ở trung tâm chứa các mạch máu, mạch bạch huyết và thần kinh. Bao quanh ống này là các lá xương đồng tâm. Giữa các lá xương là những khoang nhỏ (gọi là các hồ) chứa các tế bào xương và dịch ngoại bào. Ống Havers và các hồ được nối liền bằng những kênh nhỏ gọi là các tiểu quản xương. Vùng nằm giữa các hệ thống Havers chứa các lá xương kẽ. Các lá xương bao quanh xương ở ngay dưới màng ngoài xương là các lá chu vi ngoài. Xương xốp (spongy bone) do nhiều bè xương bắt chéo nhau chằng chịt tạo nên một mạng lưới vây quanh các khoang nhỏ, trông như bọt biển. Khoang nằm giữa các bè xương chứa tủy đỏ (red bone marrow), nơi sản xuất các tế bào máu. Mỗi bè của xương xốp cũng được cấu tạo bằng các lá xương, các hồ chứa các tế bào xương và các tiểu quản nhưng không có các hệ thống Havers thực sự.Ổ tủy (medullary cavity) là khoang rông bên trong thân xương dài chứa tủy vàng (yellow bone marrow). Thành ổ tủy được lót bằng nội cốt mạc (endosteum). Tủy vàng chứa nhiều tế bào mỡ.
1.2.2. Đặc điểm cấu tạo riêng của mỗi loại xương
Xương dài. Ở thân xương (diaphysis), lớp xương đặc dày ở giữa và mỏng dần về phía hai đầu; lớp xương xốp thì ngược lại. ở hai đầu xương (epiphysis), lớp xương đặc chỉ còn là một lớp mỏng, bên trong là khối xương xốp chứa tủy đỏ. Xương ngắn có cấu tạo giống như đầu xương dài. Xương dẹt gồm hai bản xương đặc kẹp ở giữa là một lớp xương xốp.
1.3. Hình thể ngoài
Dựa vào hình thể ngoài và cấu tạo, có thể chia xương thành các loại như xương dài (long bone), xương ngắn (short bone), xương dẹt (flat bone), xương không đều (irregular bone), xương có hốc khí (pneumatized bone) và xương vừng (sesamoid bone). Các loại xương với những hình thẻ khác nhau kể trên thích ứng với các chức năng riêng biệt, ví dụ như xương dài có khả năng vận động với động tác rộng rãi, xương dẹt thiên về chức năng bảo vệ Y.Y... Các xương dài có một thân xương nằm giữa các đầu: thân và mỗi đầu xương được ngăn cách nhau bằng một sụn đầu xương.
1.4. Các mạch máu của xương
Xương được cấp máu tốt nhờ hai loại động mạch: các động mạch nuôi xương và các động mạch mạch màng xương. Với một xương dài, các động mạch nuôi xương thường gồm một động mạch lớn chạy chếch qua xương đặc qua một lỗ nuôi xương (nutrient foramen) ở gần giữa thân xương đến ổ tủy xương và một số động mạch nhỏ đi vào đầu xương. Trong ổ tủy xương, động mạch lớn chia thành các nhánh gần và xa chạy dọc theo chiều dài của ổ tuỷ và phân chia thành các nhánh nhỏ dần đi vào mô xương của thân xương; các động mạch còn lại nuôi dưỡng cho mô xương và tuỷ đỏ của đầu xương. Các động mạch màng xương cấp máu cho màng ngoài xương (trừ các mặt khớp); một số nhánh mạch rất nhỏ chui qua màng ngoài xương tới phần ngoài xương đặc và nối tiếp với các nhánh của động mạch nuôi xương từ phía ổ tuỷ đi ra.
1.5. Sự hình thành và phát triển của xương
Quá trình hình thành xương được gọi là sự cốt hoá. Quá trình này bắt đầu từ tuần thứ sáu hoặc thứ bảy từ hai dạng khuôn mẫu là màng mô liên kết đặc của phôi và các miếng sụn giống với hình dáng của các xương. Có hai cách cốt hoá: cốt hoá nội màng và cốt hoá nội sụn.
Cốt hoá nội màng. Cốt hoá nội màng là hình thức cốt hoá tạo nên các xương dẹt của sọ và xương hàm dưới. Các tế bào trung mô trong màng mô liên kết sợi của phôi tập trung lại và biệt hoá, trước hết thành các tế bào sinh xương và sau đó thành các loại cốt bào. Nơi diễn ra sự tụ lại và biệt hoá như vậy được gọi là một trung tâm cốt hoá. Các tạo cốt bào tiết ra chất căn bản xương cho tới khi chúng bị vây quanh hoàn toàn bởi chất căn bản. Chất căn bản ngấm calci (calci hoá) và trở nên cứng, các tạo cốt bào trở thành các tế bào xương. Chất căn bản xương phát triển thành các bè, và các bè hợp lại với nhau tạo nên xương xốp. Các mạch máu tiến vào các bè xương, và mô liên kết đi kèm theo các mạch máu trong các bè này biệt hoá thành tủy xương đỏ. Trung mô trên bề mặt xương kết đặc lại trở thành màng xương. Cuối cùng, các lớp ngoài cùng của xương xốp được thay thế bằng xương đặc do màng xương sinh ra nhưng xương xốp vẫn tổn tại ở trung tâm. Cốt hoá nội sụn. Cốt hoá nội sụn là sự thay thế sụn bằng xương và hầu hết các xương được hình thành theo cách này. Quá trình cốt hoá nội sụn diễn ra như sau:
(1) Sự hình thành mô hình sụn. Các tế bào trung mô tụ tập lại tại vị trí của xương tương lai và biệt hoá thành các nguyên bào sụn; nguyên bào sụn tiết ra chất căn bản sụn, tạo nên mô hình của xương tương lai bằng sụn trong. Quanh mô hình sụn hình thành màng sụn.
(2) Mô hình sụn tăng trưởng. Khi nguyên bào sụn bị vùi trong chất căn bản sụn chúng trở thành- các tế bào sụn. Các tế bào sụn phân chia, tiết thêm chất căn bản làmcho sụn tăng trưởng về chiều dài. Các nguyên bào sụn mới phát triển từ màng sụn và chúng bồi đắp thêm chất căn bán vào bề mặt của mô hình, làm cho mô hình tăng trưởng về bề dày. Khi mô hình sụn tiếp tục tăng trưởng, các tế bào ở vùng giữa của nó phì đại, vỡ ra và làm thay đổi pH của chất căn bản, dẫn đến sự calci hoá và sự chết thêm của các tế bào sụn khác. Khi các tế bào sụn chết, các hồ nhỏ hình thành và cuối cùng hợp lại thành những hốc lớn hơn.
(3) Hình thành trung tâm cốt hoá nguyên phát. Một động mạch xuyên vào màng sụn và mô hình sụn đang calci hóa qua một lỗ ở vùng giữa mỏ hình, kích thích các tế bào sinh xương trong màng sụn biệt hoá thành các tạo cốt bào. Các tế bào này tiết ra ở dưới màng sụn một lớp xương đặc mỏng 2ỌÍ là xương màng xương và màng sụn lúc này được gọi là màng xương. Các mạch máu cùng các thành phần đi theo (tạo cốt bào, huỷ cốt bào và tuỷ đỏ) hợp thành một nụ tiến sâu vào vùng sụn đã calci hoá tạo nên trung tâm cốt hoá 1 nguyên phát, vùng mà mô xương sẽ thay thế sụn. Các tạo cốt bào tiết chất căn bản xương lên tàn tích của sụn bị calci hoá, tạo nên các bè xương xốp. Khi trung tâm cốt hoá mở rộng về các đầu xương, các hủy cốt bào phá huỷ các bè xương xốp mới được hình thành, tạo nên ổ tủy ở trung tâm của mô hình. Sau đó ổ tuỷ được lấp đầy bằng tủy xương đỏ.
(4) Hình thành các trung tâm cốt hoá thứ phát. Khi các mạch máu đi vào các đầu xương, các trung tâm cốt hóa thứ phát hình thành, thường ở quanh thời gian sinh. Sự cốt hóa diễn ra như ở các trung tâm cốt hoá nguyên phát nhưng có một điểm khác biệt là xương xốp vẫn tồn tại bên trong đầu xương mà không bị tiêu đi để hình thành ổ tuỷ. Sự cốt hoá thứ phát tiến từ trung tàm đầu xương tới mặt ngoài của xương.
(5) Sự hình thành sụn khớp và sụn đầu xương. Phần sụn trong che phù đầu xương trở thành sụn khớp. Trước tuổi trưởng thành, cách vùng giữa đầu xương và thân xương (metaphysis) vẫn tồn tại một tấm sụn gọi là sụn đầu xương, một cấu trúc giúp xương dài tăng trưởng về chiều dài.
1.6. Sự tăng trưởng của xương
Tăng trưởng về chiều dài. Sụn đầu xương ở xương đang phát triển có khả năng tăng sinh và mặt hướng về thân xương của nó được cốt hoá làm cho chiều dài thân xương tăng dần. Ở giữa 18 và 25 tuổi, các tế bào ở sụn đầu xương ngừng phân chia và tấm sụn được thay thế bằng xương. Vết tích của sụn đầu xương ở xương trưởng thành là đường đầu xương. Tăng trưởng về chiều dày. Ở bể mặt xương, các tế bào màng xương biệt hóa thành các tạo cốt bào và các tế bào này tạo nên các hệ thống Havers mới. làm cho môxương mới được bồi đắp lên mặt ngoài của xương. Trong khi đó mô xương lót thành ổ tủy bị tiêu huỷ bởi các huỷ cốt bào có mặt ở nội cốt mạc. Theo cách này, ổ tủy rộng ra khi đường kính của xương tăng lên. Sự tăng trưởng của xương màng về cơ bản là bằng một quá trình bồi đắp thêm xương trên bề mặt và các bờ xương. Ví dụ như sự đóng dần của các thóp (vùng nằm giữa các bờ và góc xương vòm sọ): xương tiến dần vào màng thóp bằng cách bồi đắp thêm xương vào các bờ xương: đồng thời, màng xương bồi đắp thêm xương lên bề mặt xương.
Tham khảo: Tài liệu giải phẫu người
1.1. Số lượng và phân chia.
206 xương của bộ xương người được sắp xếp thành hai phần: 80 xương của bộ xương trục và 126 xương của bộ xương treo. Bộ xương trục (axial skeleton) gồm 22 xương sọ, 1 xương móng, 6 xương nhỏ của tai và 51 xương thân (gồm 26 xương cột sống, 24 xương sườn và 1 xương ức). Bộ xương treo hay xương chi (appendicular skeleton) gồm 64 xương chi trên và 62 xương chi dưới.
1.2. Cấu tạo
1.2.1. Cấu tạo chung của các loại xương
Bất kỳ một xương nào cũng được cấu tạo bằng các phần sau đây, kể từ ngoài vào trong: màng ngoài xương, mô xương đặc, mô xương xốp và ổ tuỷ. Mô xương thuộc loại mô liên kết, bao gồm các tế bào bị vây quanh bởi chất căn bản rắn đặc. Chất căn bản của xương bao gồm 25% nước, 25% sợi protein và 50% muối khoáng. Các loại tế bào của mô xương là tạo cốt bào, huỷ cốt bào và tế bào xương. Màng ngoài xương (periosteum), hay ngoại cốt mạc, là một màng mô liên kết dai giàu mạch máu bọc quanh bề mặt xương (trừ nơi có sụn khớp). Màng này gồm hai lớp: lớp ngoài là mô sợi, lớp trong chứa các tế bào sinh xương (osteogenic cells). Màng ngoài xương giúp xương phát triển về chiều rộng. Nó cũng có tác dụng bảo vệ và nuôi dưỡng xương, giúp liền xương gãy và là nơi bám cho các dây chằng và gân. Sụn khớp là một lớp sụn trong bao phủ mặt khớp của các xương. Nó làm giảm ma sát và làm giảm sự va chạm tại những khớp hoạt dịch. Xương đặc (compact bone) là thành phần đóng vai trò chính trong chức năng bảo vệ, nâng đỡ và kháng lại lực nén ép của trọng lực hay sự vận động. Mô xương đặc được tổ chức thành những đơn vị được gọi là các hệ thống Havers. Mỗi hệ thống Havers bao gồm một ống Havers ở trung tâm chứa các mạch máu, mạch bạch huyết và thần kinh. Bao quanh ống này là các lá xương đồng tâm. Giữa các lá xương là những khoang nhỏ (gọi là các hồ) chứa các tế bào xương và dịch ngoại bào. Ống Havers và các hồ được nối liền bằng những kênh nhỏ gọi là các tiểu quản xương. Vùng nằm giữa các hệ thống Havers chứa các lá xương kẽ. Các lá xương bao quanh xương ở ngay dưới màng ngoài xương là các lá chu vi ngoài. Xương xốp (spongy bone) do nhiều bè xương bắt chéo nhau chằng chịt tạo nên một mạng lưới vây quanh các khoang nhỏ, trông như bọt biển. Khoang nằm giữa các bè xương chứa tủy đỏ (red bone marrow), nơi sản xuất các tế bào máu. Mỗi bè của xương xốp cũng được cấu tạo bằng các lá xương, các hồ chứa các tế bào xương và các tiểu quản nhưng không có các hệ thống Havers thực sự.Ổ tủy (medullary cavity) là khoang rông bên trong thân xương dài chứa tủy vàng (yellow bone marrow). Thành ổ tủy được lót bằng nội cốt mạc (endosteum). Tủy vàng chứa nhiều tế bào mỡ.
1.2.2. Đặc điểm cấu tạo riêng của mỗi loại xương
Xương dài. Ở thân xương (diaphysis), lớp xương đặc dày ở giữa và mỏng dần về phía hai đầu; lớp xương xốp thì ngược lại. ở hai đầu xương (epiphysis), lớp xương đặc chỉ còn là một lớp mỏng, bên trong là khối xương xốp chứa tủy đỏ. Xương ngắn có cấu tạo giống như đầu xương dài. Xương dẹt gồm hai bản xương đặc kẹp ở giữa là một lớp xương xốp.
1.3. Hình thể ngoài
Dựa vào hình thể ngoài và cấu tạo, có thể chia xương thành các loại như xương dài (long bone), xương ngắn (short bone), xương dẹt (flat bone), xương không đều (irregular bone), xương có hốc khí (pneumatized bone) và xương vừng (sesamoid bone). Các loại xương với những hình thẻ khác nhau kể trên thích ứng với các chức năng riêng biệt, ví dụ như xương dài có khả năng vận động với động tác rộng rãi, xương dẹt thiên về chức năng bảo vệ Y.Y... Các xương dài có một thân xương nằm giữa các đầu: thân và mỗi đầu xương được ngăn cách nhau bằng một sụn đầu xương.
1.4. Các mạch máu của xương
Xương được cấp máu tốt nhờ hai loại động mạch: các động mạch nuôi xương và các động mạch mạch màng xương. Với một xương dài, các động mạch nuôi xương thường gồm một động mạch lớn chạy chếch qua xương đặc qua một lỗ nuôi xương (nutrient foramen) ở gần giữa thân xương đến ổ tủy xương và một số động mạch nhỏ đi vào đầu xương. Trong ổ tủy xương, động mạch lớn chia thành các nhánh gần và xa chạy dọc theo chiều dài của ổ tuỷ và phân chia thành các nhánh nhỏ dần đi vào mô xương của thân xương; các động mạch còn lại nuôi dưỡng cho mô xương và tuỷ đỏ của đầu xương. Các động mạch màng xương cấp máu cho màng ngoài xương (trừ các mặt khớp); một số nhánh mạch rất nhỏ chui qua màng ngoài xương tới phần ngoài xương đặc và nối tiếp với các nhánh của động mạch nuôi xương từ phía ổ tuỷ đi ra.
1.5. Sự hình thành và phát triển của xương
Quá trình hình thành xương được gọi là sự cốt hoá. Quá trình này bắt đầu từ tuần thứ sáu hoặc thứ bảy từ hai dạng khuôn mẫu là màng mô liên kết đặc của phôi và các miếng sụn giống với hình dáng của các xương. Có hai cách cốt hoá: cốt hoá nội màng và cốt hoá nội sụn.
Cốt hoá nội màng. Cốt hoá nội màng là hình thức cốt hoá tạo nên các xương dẹt của sọ và xương hàm dưới. Các tế bào trung mô trong màng mô liên kết sợi của phôi tập trung lại và biệt hoá, trước hết thành các tế bào sinh xương và sau đó thành các loại cốt bào. Nơi diễn ra sự tụ lại và biệt hoá như vậy được gọi là một trung tâm cốt hoá. Các tạo cốt bào tiết ra chất căn bản xương cho tới khi chúng bị vây quanh hoàn toàn bởi chất căn bản. Chất căn bản ngấm calci (calci hoá) và trở nên cứng, các tạo cốt bào trở thành các tế bào xương. Chất căn bản xương phát triển thành các bè, và các bè hợp lại với nhau tạo nên xương xốp. Các mạch máu tiến vào các bè xương, và mô liên kết đi kèm theo các mạch máu trong các bè này biệt hoá thành tủy xương đỏ. Trung mô trên bề mặt xương kết đặc lại trở thành màng xương. Cuối cùng, các lớp ngoài cùng của xương xốp được thay thế bằng xương đặc do màng xương sinh ra nhưng xương xốp vẫn tổn tại ở trung tâm. Cốt hoá nội sụn. Cốt hoá nội sụn là sự thay thế sụn bằng xương và hầu hết các xương được hình thành theo cách này. Quá trình cốt hoá nội sụn diễn ra như sau:
(1) Sự hình thành mô hình sụn. Các tế bào trung mô tụ tập lại tại vị trí của xương tương lai và biệt hoá thành các nguyên bào sụn; nguyên bào sụn tiết ra chất căn bản sụn, tạo nên mô hình của xương tương lai bằng sụn trong. Quanh mô hình sụn hình thành màng sụn.
(2) Mô hình sụn tăng trưởng. Khi nguyên bào sụn bị vùi trong chất căn bản sụn chúng trở thành- các tế bào sụn. Các tế bào sụn phân chia, tiết thêm chất căn bản làmcho sụn tăng trưởng về chiều dài. Các nguyên bào sụn mới phát triển từ màng sụn và chúng bồi đắp thêm chất căn bán vào bề mặt của mô hình, làm cho mô hình tăng trưởng về bề dày. Khi mô hình sụn tiếp tục tăng trưởng, các tế bào ở vùng giữa của nó phì đại, vỡ ra và làm thay đổi pH của chất căn bản, dẫn đến sự calci hoá và sự chết thêm của các tế bào sụn khác. Khi các tế bào sụn chết, các hồ nhỏ hình thành và cuối cùng hợp lại thành những hốc lớn hơn.
(3) Hình thành trung tâm cốt hoá nguyên phát. Một động mạch xuyên vào màng sụn và mô hình sụn đang calci hóa qua một lỗ ở vùng giữa mỏ hình, kích thích các tế bào sinh xương trong màng sụn biệt hoá thành các tạo cốt bào. Các tế bào này tiết ra ở dưới màng sụn một lớp xương đặc mỏng 2ỌÍ là xương màng xương và màng sụn lúc này được gọi là màng xương. Các mạch máu cùng các thành phần đi theo (tạo cốt bào, huỷ cốt bào và tuỷ đỏ) hợp thành một nụ tiến sâu vào vùng sụn đã calci hoá tạo nên trung tâm cốt hoá 1 nguyên phát, vùng mà mô xương sẽ thay thế sụn. Các tạo cốt bào tiết chất căn bản xương lên tàn tích của sụn bị calci hoá, tạo nên các bè xương xốp. Khi trung tâm cốt hoá mở rộng về các đầu xương, các hủy cốt bào phá huỷ các bè xương xốp mới được hình thành, tạo nên ổ tủy ở trung tâm của mô hình. Sau đó ổ tuỷ được lấp đầy bằng tủy xương đỏ.
(4) Hình thành các trung tâm cốt hoá thứ phát. Khi các mạch máu đi vào các đầu xương, các trung tâm cốt hóa thứ phát hình thành, thường ở quanh thời gian sinh. Sự cốt hóa diễn ra như ở các trung tâm cốt hoá nguyên phát nhưng có một điểm khác biệt là xương xốp vẫn tồn tại bên trong đầu xương mà không bị tiêu đi để hình thành ổ tuỷ. Sự cốt hoá thứ phát tiến từ trung tàm đầu xương tới mặt ngoài của xương.
(5) Sự hình thành sụn khớp và sụn đầu xương. Phần sụn trong che phù đầu xương trở thành sụn khớp. Trước tuổi trưởng thành, cách vùng giữa đầu xương và thân xương (metaphysis) vẫn tồn tại một tấm sụn gọi là sụn đầu xương, một cấu trúc giúp xương dài tăng trưởng về chiều dài.
1.6. Sự tăng trưởng của xương
Tăng trưởng về chiều dài. Sụn đầu xương ở xương đang phát triển có khả năng tăng sinh và mặt hướng về thân xương của nó được cốt hoá làm cho chiều dài thân xương tăng dần. Ở giữa 18 và 25 tuổi, các tế bào ở sụn đầu xương ngừng phân chia và tấm sụn được thay thế bằng xương. Vết tích của sụn đầu xương ở xương trưởng thành là đường đầu xương. Tăng trưởng về chiều dày. Ở bể mặt xương, các tế bào màng xương biệt hóa thành các tạo cốt bào và các tế bào này tạo nên các hệ thống Havers mới. làm cho môxương mới được bồi đắp lên mặt ngoài của xương. Trong khi đó mô xương lót thành ổ tủy bị tiêu huỷ bởi các huỷ cốt bào có mặt ở nội cốt mạc. Theo cách này, ổ tủy rộng ra khi đường kính của xương tăng lên. Sự tăng trưởng của xương màng về cơ bản là bằng một quá trình bồi đắp thêm xương trên bề mặt và các bờ xương. Ví dụ như sự đóng dần của các thóp (vùng nằm giữa các bờ và góc xương vòm sọ): xương tiến dần vào màng thóp bằng cách bồi đắp thêm xương vào các bờ xương: đồng thời, màng xương bồi đắp thêm xương lên bề mặt xương.
Tham khảo: Tài liệu giải phẫu người
