肌肉骨骼组织的再生-ORTCUHK.PDFVIP

第二章 肢体再生的生物学基础与进展 再生是人类的梦想，医学领域的最高境界，再生医学成为20 世纪90 年代来，医学领域最为热门的 课题。肢体再生是“再生医学”的重要组成部分，骨外固定的核心理论之一。现今，肢体再生并非 科幻故事，在骨外固定条件下已成为现实。肢体再生的必威体育精装版研究证明：现今的骨外固定生物学理论， 亦非局限于骨折愈合或牵拉成骨的组织学层面，而已是建立在肢体全部、部分或单一组织在损伤或 应力环境下，激活细胞内信号转导（cellular signal transduction）系统，呈现原始生长发育的 生物学功能过程。为了使读者了解肢体再生与骨外固定原理和临床实践的关联性，作者根据近些年 来的学习、理解和研究总结，就肢体再生的生物学基础研究进展简述如下。 第一节 骨的发育与形成 一、骨的发育 骨骼和肌肉是由胚胎的中胚层分化而来，其中包括骨骼、关节、肌肉、肌腱和韧带等软组织。骨骼 和肌肉损伤和疾病是人类最常见的病症之一。当损伤之后，骨骼和肌肉会进行修复。但是，非多发 骨折或者外科手术造成的骨骼间隙、大范围损伤或者手术造成的肌肉间隙则被瘢痕组织填充。关节 软骨和关节半月板修复能力较弱，主要依靠纤维软骨瘢痕组织将其修复。肌腱和韧带的修复主要是 依靠形成类似于原始组织的瘢痕，但是其强度有所下降。在这一节中，我们将讨论和回顾肢体组织 的修复的生物学机理。 (一)骨的胚胎起源 骨由围绕着骨细胞的和坚韧的及高度钙化的有机基质构成。所有脊椎动物 的骨组织均起源于三胚层结构的外胚层或中胚层。头面部骨组织起源于被称作神经嵴的外胚层间 充质细胞。神经胚形成过程中,神经嵴细胞出现并沿神经管的背侧缘分布,然后迁移发育而成。长骨 有几部分组成。骨的较长部分为圆柱形骨干，骨干的两侧为干骨后端，并有盘状骨骺被关节软骨包 裹。图 1 介绍了骨干区的结构。圆柱状骨干的外部由密致皮质或密实骨组成，并在骨骺和干骨后端 渐渐变薄。骨细胞被埋在小腔内，形成围绕血管的同心圆，形成Haversian 系统，或骨单位。骨细 胞之间联系紧密，并骨内膜、外膜相交通，并在骨质中的小管内形成网络。在密实骨内部有薄的骨 小梁。此小梁骨看似海绵常被称作海绵骨。小梁间的空间和骨干的髓腔相连。 1 图1. 软骨内骨化的结构。A 长骨切开。骨由骨干、骺端、2 个头端和有软骨覆盖的骺组成。骨髓腔 被海面骨覆盖。海面骨被密实骨包绕，并被骨周围膜包绕外层。B 干骺端的内部结构。密实骨包含 内层和外层环状的板层，再其间有哈佛系统，或叫骨单元，有同心骨环包绕中心内哈佛管组成。血 管在哈佛管内横行穿越，在福克曼管中纵行穿过。在骨单元之间是骨髓的间质板。 髓腔与骨膜下结缔组织相连并填充骨髓腔。成纤维细胞、间充质干细（Mesenchymal stem cells， MSCs）、前造骨细胞和造骨细胞组成骨内膜，而骨髓有间质干细胞、成纤维细胞、脂肪细胞、巨噬细 胞和内皮细胞组成。这些细胞，与骨内膜结缔组织层，组成骨髓基质。埋藏于基质内，并依赖于其 生存的是造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）和内皮干细胞（endothelial stem cells， EnSCs）。骨的外层有另一层结缔组织层覆盖，称作骨周围膜。骨周围膜和Haversian管也包含MSCs、 前成骨细胞和成骨细胞。90%骨基质的有机物质为胶原蛋白，另外10%有各种糖蛋白和蛋白多糖组成。 在有机基质中散在的是羟磷灰石晶体，为骨基质提供强度。 2 图 2. 软骨内成骨发育。上：(a) 当成软骨细胞被早期软骨周围膜包绕后，间质细胞浓缩并分化， 使其成为骨周围膜。(b, c) 软骨板形成从中心向骨端。密实骨的骨周围膜形成于软骨板周围的骨周 围膜。(d, e, f) 软骨细胞增生，软骨基质钙化，骨周围膜骨和钙化的骨基质被血管穿透，相关的 间质细胞和造血干细胞分化为成骨细胞形成骨小梁和骨髓基质。下：生长板的发育在干骨后端和骨 干间。(a, b) 骨化软骨存在于的骺段和骨干并在其间有生长板。在生长板内的软骨细胞层表现为进 行性的骨取代软骨。幼软骨细胞仔静止层，