Histoloji - Kemik Doku

KEMİK DOKUSU

Dişlerin mina ve dentin tabakalarından sonra en sert dokudur,

Gerçek anlamda destek dokudur,

Birçok visseral organ kemikler tarafından korunur ve desteklenir,

Kaslar bağlanarak hareket sağlarlar,

Kalsiyum ve fosfor depolarıdır,

Kan yapan kemik iliği ile yakın ilişkidedir.

 

Kemik doku, hidroksiapatite çok bezeyen kristal formda kalsiyum-fosfat ile mineralize olmuş bir matrikse sahip olmasıyla diğer konnektif dokulardan ayrılır.

Mineraller, matriksin %95’ini oluşturan kollagen fibrillerde (kollagen tip I) hem de temel madde de bulunur.

Kıkırdağa göre daha az olan şekilsiz temel madde proteoglikanlar veya GAG (kondroitin 4-sülfat, kondroitin 6-sülfat, keratan sülfat, hyoluronik asit) ve glikoproteinler (osteonektin) meydana getirir.

Hidroksiapatit: Kalsiyum Fosfat

([Ca3 (PO4)2]·Ca(OH)2)

Kemik doku hem esnek hem de sert kıvamdadır. Esnek yapısı organik materyale bağlıdır (kollagen), sert olması ise inorganik minerallere bağlıdır.

Kemik kalsiyum ve fosfat deposu olarak hizmet eder.

Kan kalsiyum düzeyleri paratiroid hormon (parathyroid hormon) ve kalsitonin (calcitonin) tarafından düzenlenir.

PTH kemik resorpsiyonunu stimüle ederek kan kalsiyum düzeylerini artırır.

Kalsitonin ise kan kemik resorpsiyonunu baskılayarak ve osteoid kireçlenmesini artırarak kan kalsiyum seviyelerini azaltır.

Osteoid mineralizasyondan önce osteoblast ve osteositlerce salgılanan matrikstir.

Kemik dokunun iki türü vardır:

Primer kemik doku (olgunlaşmamış=immature): Intrauterin hayatta şekillenir.

Sekonder kemik doku olgunlaşmış=mature): Erişkinlerde daha fazla bulunan kemik doku tipi.

Primer ve sekunder kemik dokularında bulunan hücrelere osteosit (osteocyte) adı verilir.

Osteositler primer kemik dokularında gelişigüzel yerleştikleri halde, sekonder kemik dokuda komşu lamellerin aralarına sıkışmışlardır ve miktarca daha azdırlar.

Osteositlerin doldurdukları boşluklar “lakunalar” primer kemik dokuda yuvarlak, sekonder kemik dokuda kavun çekirdeği şeklindedir.

Lakunalardan her yöne ince kanalcıklar (kanaliküli) çıkar ve birbirleriyle birleşerek sistem oluştururlar. 

Olgunlaşmış kemik dokunun iki tipi vardır:

spongiyöz (süngerimsi) ve

kompakt

Spongiyöz Kemik

Spongiyöz kemiğe aynı zamanda kansellöz (cancellous) kemik, trabeküler kemik veya medullar kemik de denir.

Süngerimsi kemik,  kemik spicule’lerden oluşur ve bunlara trabekül de denir. Bunlar değişik şekil ve büyüklüktedir.

Trabeküller arasını kemik iliği doldurur.

Spongiyöz kemiğin yapısı da hücre ve matriks olarak kompakt kemiğe benzer. Bununla beraber kollagen lamelleri  birbirine paraleldir fakat santral kanal çevresinde yoğunlaşmamıştır.

Kompakt kemiğe yoğun kemik ve kortikal kemikte denir.

Spongiyöz kemiğin aralarının doldurulması ile oluşur.

Diğer bir ifade lamellar kemiktir ve sadece kompakt kemik için bazen de mature (olgun) kemik için kullanılır (kemik ister kompakt olsun isterse spongiyöz olsun). Bu nedenle lamellar kemik ifadesi bazen karışıklığa yol açar.

 

Kompakt kemik, silindirik yapılardan oluşmuştur. Bu yapılara osteon veya Havers Sistem’leri denir.

Bir osteon kollagen fibrillerden oluşan konsantrik kemik matriksi lameller (Spesiyal lameller)’inden yapılmıştır.

Bu lameller Havers kanalı denen santral kanalı çevreler. Bu kanal içerisinden küçük kan damarları ve sinirler geçer.

Osteonların uzun ekseni genellikle kemiğin uzun eksenine paraleldir.

Herhangi bir lamel içerisindeki kollagen fibriller genellikle  birbirine paraleldir ancak osteonun farklı lamellerindeki kollagen fibriller farklı açılarda yerleşmişlerdir. Bu, osteonun gücünü artırmaktadır.

Lamellerde Kollagen (tip I) Dizilimi

Farklı osteonlara ait Havers kanallarını birbiriyle ve kemik iliği boşluğu ile  bağlayan kanallara Volkmann Kanalı denir. Bu kanallar, kemik iliğinden gelen kan damarları için Havers kanallarına doğru bir rota sağlar.

Demineralize kompakt kemik

Osteon lamelleri arasında osteositleri barındıran lakunalar bulunur.

Kanalikuli’ler ise lakunları birbirlerine ve Havers kanalına bağlar.

Kanaliküller osteositlerin uzantılarıdır ve gap junctionlar ile iletişim kurarlar. Böylece gıda maddeleri ve hormon gibi diğer maddeler, “kova ile su taşıma” benzeri şekilde Havers kanalındaki kan damarlarından uzak osteositlere taşınırlar.

Osteositler hem kemik oluşumunda hem de kemik resorpsiyonunda görev alır.

Osteonlardaki lamellere ilave olarak osteonla ilişkisi olmayan ve sadece kompakt kemikte bulunan lameller vardır. Bunlara interstitiyal lameller denir. Bunlar önceki osteonların kalıntılarıdır.

Onların varlığı kemiğin statik olmadığını ve sürekli remodelling denen şekilde yapım ve yıkım aşamaları geçirdiğini gösterir.

Ayrıca uzun kemiğin iç ve dış yüzeylerinde bulunan ve kemiğin uzunluğunca devam eden lameller vardır bunlara sırasıyla iç ve dış sirkumferensiyal lameller adı verilir.

Kompakt ve spongiyöz kemikler özelleşmiş bölgelerde bulunur.

Uzun kemiklerde diafizin kalınlığının çoğu kompakt kemikten yapılmıştır ve kemik iliğine bakan tarafta küçük miktarlarda spongiyöz kemik bulunur.

Uzun kemiklerin epifiz bölgeleri ise çoğunlukla spongiyöz kemikten oluşur ve bu kompakt kemikten oluşan bir kabukla çevrilmiştir.

Kafatası gibi düz kemikler ise sandviç şekilde ortada spongiyöz kemik ve dıştan iki adet kompakt kemik katmanı ile çevrilidir.

Uzun Kemik

Kemik İliği (sarı ve kırmızı kemik iliği)

-Osteoprogenitor hücreler
   (periosteal ve endosteal)

-Osteoblasts

-Osteositler

-Osteoklastlar

Kemik doku,  yoğun konnektif dokudan oluşan bir zarla (periost) çevrilidir.

Perikondrium gibi periost da iki katmandan oluşur: Fibroblastlardan oluşan dış fibröz katman ve osteprogenitör hücreleri içeren iç hücresel katman.

Bu bölgedeki osteoprogenitör hücrelere periosteal hücreler de denir. Bu hücreler osteoblastlara dönüşme özelliğindedir.

Periost

Kompakt kemiğin kemik iliğine bakan yüzü ve spongiyöz kemiğin trabekülleri de tek katman halinde hücresel bir zarla çevrilir. Buna endost (=endosteal hücreler) denir.

Periosteal hücreler gibi endosteal hücreler de osteoprogenitor hücrelerdir ve osteoblastlara dönüşebilirler.

Osteoblastlar kollageni ve temel maddeyi (matriks) sentezlerler ve matriksin kireçlenmesinden (kalsifikasyon) sorumludurlar. Bu hücreler bölünme yeteneklerini kaybetmezler ve sitoplazmik gap junctionlar sayesinde haberleşirler.

Osteoblastlar tamamen matriksle çevrelenirlerse bu hücrelere osteosit denir.

Osteositler matriksin devamından, salgılanmasından ve aynı zamanda rezorpsiyonundan da sorumludurlar.

Böylece osteoprogenitör hücreler, osteoblastlar ve osteositler birlikte mezenşimal hücrelerden köken alan bir seri hücrenin devamıdırlar.

Osteoblast-Osteosit

Diğer bir hücre tipi osteoklast’lardır ve kemiğin resorbsiyonundan sorumludurlar. Bu hücreler çok çekirdekli dev hücreleridir ve kandaki monosit’lerden köken alırlar. Kemik matriksini eritmek üzere lizozom, organik asitler ve hidrolitik enzimler salgılarlar.

Aktif osteoklastlar ve Howships lakuna.  Kemik iliği boşluğundaki Hematopoietik hücreler ve büyük makrofajlar

Kemik Oluşumu (Ossifikasyon)

Intramembranöz ve endokondral ossifikasyon:

Embriyoda kemik doku her iki yolla da oluşur.

İntramembranöz ossifikasyonda kemik direkt mezenşimal hücrelerden oluşur. Kafatası, yüz, mandibula ve diğer bazı kemikler bu yolla oluşur.

   Endokondral ossifikasyonda ise önce kemiğin kıkırdak bir modeli oluşur, sonra bu kıkırdak model kemikle yer değiştirir. Ağırlık taşıyan kemikler ve ekstremite kemikleri bu yolla oluşur.

İster mezenşimden isterse kıkırdaktan oluşsun, ilk kemik önce trabekül halindedir. Kompakt kemik bu trabeküllerin arasının doldurulması ile şekillenir.

Bu ilk trabeküller içeren olgunlaşmamış kemikten oluşmuştur ve buna örgü (woven) kemik denir.

Olgunlaşmamış kemikte kollagen lameller, mature spongiyöz kemikteki gibi birbirine paralel ya da kompakt kemikteki gibi konsantrik değildir, ancak rastgele ve  gevşek dizilmişlerdir (woven=örgü kemik).

Olgunlaşmamış kemik, olgun kemikten daha fazla temel madde içerir.

Olgunlaşmamış kemik daha fazla hematoksilenle boyanırken, olgun kemik daha çok eozinle boyanır.

Kalsifiye olmamış trabekül

Kalsifiye trabekül

Olgunlaşmamış kemik trabekülleri, kemik remodelling sürecine girer ve sonuçta ya spongiyöz ya da kompakt kemik meydana getirir.

Bu remodelling yaşam boyu süren bir durumdur.

Kemik matriksi ilk oluştuğunda henüz mineralize değildir. Bu kemiğe osteoid denir.

Olgunlaşmamış kemik, gelişmekte olan fötüsta dominant kemik tipidir.

Erişkinlerde bu kemik olgun kemikle yer değiştirir. Fakat olgunlaşmamış kemik erişkinlerde remodelling olan yerlerde (epifiz gibi) ya da tamir bölgelerinde görülür. Bu nedenle hatalı olarak olgunlaşmamış kemik sinonim olarak spongiyöz kemikle karıştırılır.

İntramembranöz Ossifikasyon

Bu şekildeki ossifikasyonda ilk basamak, kemik oluşacak yerde mezenşimal hücrelerin toplanmalarıdır.

Bu alandaki doku daha fazla vaskülarize olur ve mezenşimal hücreler kollagen, kemik matriksinin (osteoid) temel substansını (proteoglikanlar)  salgılayacak olan osteoblastlara dönüşürler.

Osteoblastlar, hücresel uzantıları ile birbirleriyle temasa gelirler. Osteoid zamanla kalsifiye olur, matriks çoğalınca bu hücreler osteosit adını alırlar.

İntramembranous ossification

Gelişmekte olan kemik trabeküllerini çevreleyen mezenşimal hücrelerden bazıları çoğalır ve osteoprogenitor hücrelere dönüşürler.

Kemik trabekülleri ile temastaki osteoprogenitor hücreler osteoblastlara dönüşür ve matriks salgılarlar, sonuçta trabekülün apozisyonel büyümesine neden olur.

Endokondral Ossifikasyon:

Bu tip ossifikasyon yine mezenşimal hücrelerin toplanmasıyla başlar ve bu hücreler kıkırdak hücrelerine yani kondroblastlara dönüşürler. Bu hücreler hyalin kıkırdak matriksi salgılarlar. Kıkırdak doku genellikle, oluşturacağı kemiğin şeklinde sentezlenir ve hem uzunluğuna (interstisyel) ve hem de genişliğine (apozsiyonel) büyür.

Uzun Kemik

Kırmızı noktalı hat - Epifiz

Sarı noktalı hat - Diafiz

Beyaz ok - Hyalin Kıkırdak taslak

Siyah ok – Ossifikasyondan meydana gelen kemik

Mavi çizgiler –  kompakt kemik

Yeşil ok – İnaktif kıkırdak alanı / Mavi ok – Proliferasyon alanı / Siyah ok – Hipertrofi alanı / Sarı noktalı hat – Hızlı bölünmete olan hücreler / Mavi noktalı hat – şişmekte olan hücreler / Kırmızı ok – Kalsifikasyon alanı / Sarı ok – Kalsifiye kıkırdak / Beyaz ok – osteoblastlardan oluşan kemik /Pembe ok – Ölmekte olan hücreler

Uzun bir kemikte Endokondral Ossifikasyon

Bu kıkırdak modelin büyümesi sırasında iç perkondrial hücreler kondroblast yerine osteositlere dönüşür ve böylece zar periost adını alır.

Uzun kemiklerde bu süreç kemiğin orta bölgesinde başlar. Yeni oluşan osteblastlar kıkırdak modelin çevresinde ilk kemik dizileri (bone collar) oluşturacak osteoidi salgılar.

Böylece endokondral ossifikasyon sırasında en önce oluşan kemiğin, intramembranous ossifikasyonla ortaya çıktığı düşünülür.

Kemik köprülerin oluşması ile birlikte kıkırdağı döşeyen kıkırdak hücreleri hipertrofik olur ve alkalin fosfataz salgılarlar.

Çevredeki kıkırdak matriksi de kalsifiye olmaya başlar. İlk kemik dizileri (bone collar) ve kalsifiye matriks, gıdaların diffüzyonunu engeller ve kondrositler ölmeye başlarlar.

Matriks yıkımlanır ve ölen kondrositlerin lakunaları büyük boşluklar oluştururlar.

Aynı zamanda periosteal osteoprogenitor hücreleri getiren kan damarları, kemik köprüler aracılığı ile büyürler.

Bu osteoprogenitor hücreler daha sonra kalsifiye kıkırdakla temasa geldiklerinde osteoblastlara dönüşürler.

Sonuçta osteoid kalsifiye matriks üzerine depolanır. Kemik trabekülleri osteoklastlar ve osteoblastlar tarafından şeklini alırlar (remodelling). Hücreleri buraya getiren kan damarları da kemik iliğinin hematopoietik hücrelerine dönüşürler. 

Uzun kemiklerde kemik sentezinin başlatıldığı orta bölge primer ossifikasyon merkezi olarak adlandırılır. Sekonder ossifikasyon merkezleri kemiğin epifiz bölgelerinde doğumdan sonra gelişir. Büyümenin olduğu süre boyunca primer ve sekonder ossifikasyon merkezleri epifizyal plak denen kıkırdak plakla birbirinden ayrılır. Bu plak kemiklerin uzunluğuna büyümesine neden olur.

Uzun Kemik

Vertebrada kıkırdak-osifikasyon sınırı

Kemik collar ve hipertrofik kıkırdak hücreleri

Ölen kıkırdak hücreleri

Endokondral Kemik Oluşum Örneği:

Hyalin kıkırdak model

Kondroblastlar ileride kemik olacak bir hyalin kıkırdak model oluştururlar.

Kondroblastlar bir kez matriksle çevrelenirlerse kondrositlere dönüşürler.

Perikondrium eklem yüzeyi hariç diğer bölgelerde oluşur.

Perikondrium eklem kapsülü ile devam eder.

Kıkırdağın kalsifikasyonu

Kan damarları perikondriumu besler

Perikondriumdan gelen osteoprogenitor hücreler osteoblastlara dönüşürler.

Osteoblastlar periost ile çevrili woven kemik collar oluştururlar.

Interstitial ve apozisyonel kkırdak büyümesi kıkırdak modelin genişlemesine ve uzamasına yol açar.

Diafizde kondrositler hipertrofik olmaya başlarlar.

Kodrositler arasındaki matriks kalsifiye kıkırdak oluşturmak üzere kalsiyum karbonat ile mineralize olur.

Kalsifiye matrikste hapsolan kondrositler ince kalsifiye matrik duvarlı lakunalar bırakarak ölürler.

Primer ossifikasyon merkezinin oluşumu

Kan damarları kalsifiye kıkırdaktaki lakunaları istila ederler.

Osteoklastlat ve osteoblastlar  kan damarlarının bağ dokusu aracılığı ile kalsifiye kıkırdağa göç ederler.

Osteoblastlar kansellöz kemik oluşturmak üzere dafizde kemik trabekülleri oluştururlar.

Gelişecek kemiğin bu bölümüne primer ossifikasyon merkezi denir.

Medullar boşluğun oluşumu

Kıkırdak model daha fazla büyür

Kemik collar kalınlaşır ve uzar.

Remodelling ile woven kemikten erişkin kemik meydana gelir.

Osteoklastlar diafizden kemiği uzaklaştırınca medullar boşluk oluşur.

Kemik iliği yeni şekillenen medullar boşlukta oluşturulur.

Sekonder ossifikasyon merkezi oluşumu

Sekonder ossifikasyon merkezleri uzun kemiklerin epifiz bölgesinde oluşur.

Bunlar fötal gelişimin son evresinde meydana gelir ve yavru büyüyünceye kadar uzun kemiklerde kaybolmazlar.

Sekonder ossifikasyon merkezinde medullar boşluk oluşmaz.

Kompakt kemik oluşumu

Kıkırdak hızlı bir şekilde sadece epifizyal büyüme plağı kalacak şekilde, kemik dokuyla yer değiştirir. Bu plak büyüme tamamlanıncaya kadar kalır.

Artikular kıkırdak tüm eklem yüzeylerinde yaşam boyunca ve  gelişim süresince kalır.

Erişkin kemik

Kompakt kemik ve kansellöz kemik tamamen gelişmiş olan kemiktir. Epifizyal büyüme plağı kemik büyümesinin tamamlanması ile birlikte hemen bu bölgede epifizyal hat bırakarak birleşir (kapanır). Sadece eklem yüzeyindeki kıkırdak kalır.

Perikondriumların tümü artık periost olmuştur.

Tendo ve kas

Tendo ve ligamentlerden gelen gelen kollagen fibriller kemiktekilerle birleşirler. Bu bölgedekilere Sharpey’in fibrilleri denir.

Kemik ile tendo bağlantısı

Synovium

Synovium hareket eden iki kemik arasındaki eklem boşluğudur.

Synoviumdaki kemik yüzeyler kıkırdak ile çevrilidir.

Eklemi çevreleyen artiküler kapsül iki kısımdan oluşur:

Dış kısım fibröz kapsül (her iki kemiğin artiküler kıkırdağı boyunca uzanır). İç kısmı ise synovial membran’dır. Fibröz kapsülün hemen altında uzanır.

Synovial membran kan damarı ve lenfatikten zengindir, eklem yüzeyine bakan yüzü epitel hücreleri ile çevrilidir ve hyaluronik asit  salgılar. Ayrıca plazmadan gelen sıvılar synovial sıvıyı oluşturur.