استخوان
استخوان \ osto(e)xān\ ، بـافـتی سخت کـه استخوان‌بندی (ه م) بدن مهره‌داران را تشکیل می‌دهد.
استخوان متشکل از سلولهایی است که در ماتریکسِ میان‌سلولیِ سختی جای دارند. این بافت عملکردهای بسیاری دارد: اسکلتِ (استخوان‌بندیِ) ساختمان بدن را می‌سازد؛ با فراهم کردن نقطۀ اتصالی برای ماهیچه‌ها، و به‌عنوان دستگاهی از اهرمها، حرکت را ممکن می‌کند؛ از مغز، نخاع، ششها، قلب و اعضای نرم داخلی بدن محافظت می‌کند؛ دستگاه خون‌سازیِ سازندۀ گلبولهای قرمز، برخی گلبولهای سفید و پلاکِتهای خون (مغز قرمز استخوان) را در خود جای می‌دهد؛ و منبع ذخیرۀ کلسیم، که برای بسیاری از فرایندهای بدن حیاتی است، به‌شمار می‌رود و به این ترتیب، در فیزیولوژی بدن شرکت می‌کند.
ترکیب
ماتریکس میان سلولی استخوان حاوی ترکیبی آلی (پروتئینِ همبندِ رشته‌ایِ کُلاژن) و ترکیبی غیرآلی (بلورهای تشکیل شده از مواد معدنیِ کلسیم، فسفات و کربنات) است. این دو ترکیب کاملاً به هم پیوند خورده‌اند؛ بلورهای مواد معدنی در هم پیچیده، و در میان رشته‌های کلاژن جای گرفته‌اند. بلورهای سخت معدنی توان بسیاری برای تحمل فشار دارند، این ویژگی استخوان را مادۀ مناسبی برای تحمل وزن ساخته است. تارهای کلاژن به استخوان خاصیت ارتجاعی و نیروی کشسانی زیادی می‌دهند و استخوان را قادر می‌سازند تا در برابر فشار مقاومت کند.
مادۀ زندۀ استخوان، یا سلولهای استخوان، فقط 1 تا 5٪ حجم آن را در استخوان‌بندی بزرگ‌سالان در بر می‌گیرد. این سلولها از 4 نوع اصلی تشکیل می‌شوند: 1. اُستِئوبلاستها، که در سطوح بیرونی و درونی استخوان قرار دارند و کار آنها ساختن مادۀ میان‌سلولی (ماتریکس) تازه است؛ 2. استئوکلاستها، که آنها هم بر روی سطوح استخوانی جای گرفته‌اند، اما کارشان بازجذب و تخریب مادۀ میان سلولی استخوان است؛ 3. استئوسیتها، که از استئوبلاستهای واقع در مادۀ میان‌سلولی مشتق می‌شوند و کار آنها نگهداری از استخوان به‌عنوان بافتی زنده است؛ 4. سلولهای مِزانشیمیِ تمایز نیافتۀ استخوان، که عمدتاً روی غشای فیبروزی پوشانندۀ قسمت خارجی استخوان (پِریوست)، و نیز در میان فضاهای داخلی استخوان یافت می‌شوند و استئوبلاستها یا استئوکلاستهای جدید می‌سازند.
ساختار
بیشتر استخوانها، به ویژه استخوانهای دراز، دو نوع ساختار دارند: دیافیز یا تنه که از استخوان متراکم تشکیل شده است، و اِپیفیز یا دو سر بزرگ استخوان دراز که معمولاً دارای ساختمانی شبیه به طاقهای ضربی، و از جنس استخوان اسفنجی یا مشبک است و لایه‌ای خارجی یا قشری نازک از استخوان متراکم، آن را می‌پوشاند. این آرایش سبب انتقال وزن و فشار از تنۀ استخوان به مفاصل می‌شود.
سیستمِ هاوِرس، یا اُستِئون، واحد ساختمانی استخوان متراکم، و به صورت نامنظمی استوانه‌ای و شاخه شاخه است. اندازۀ آن میکروسکوپی، دیواره‌هایش ضخیم، و مجرای مرکزی آن باریک است. در این مجرا یک یا چند رگ خونی کوچک جای دارد. سیستم هاورس معمولاً در جهت محور طولی استخوان قرار گرفته، و دیواره‌های آن از لایه‌هایی هم‌مرکز، یا تیغه‌هایی از جنس کلاژن و بلورهای معدنی ساخته شده است. سیستم هاورس علاوه بر اینکه دور مجرای مرکزی قرار گرفته است، حفره‌ها یا فضاهای کوچک بسیاری به نام لاکونا دارد که استئوسیتها را در خود جای می‌دهند و توسط شبکه‌ای از مجاری ریز با هم در ارتباط‌اند. مایعهای مشتق از خون از میان این مجراهای کوچک به بافت استخوانی می‌سند و آن را تعذیه می‌کنند.
استخوان‌سازی
فرایندی است که طی آن، استخوان جدید تولید می‌شود. استخوان‌سازی در انسان از حدود ماه سوم زندگی جنینی آغاز، و در اواخر نوجوانی به کمال می‌رسد. این فرایند دو شکل کلی دارد: یکی برای استخوان متراکم، و دیگری برای استخوان اسفنجی.
استخوان متراکم در استخوان‌بندی جنین به شکل غضروف پدید می‌آید و به تدریج، استخوان جای آن را می‌گیرد. استئوبلاستهای درون غضروف، ماده‌ای زمینه‌ای به نام اُستِئوئید ترشح می‌کنند که ترکیبی ژلاتین مانند، حاوی کلاژن و نوعی چسب آلی به نام موکوپُلی‌ساکارید است. پس از ساخته شدن استئوئید، نمکهای غیرآلی درون آن رسوب می‌کنند تا مادۀ سختی که با نام استخوان می‌شناسیم، تشکیل شود. سلولهای غضروفی از بین می‌روند و استئوبلاستهای مجتمع در مراکز استخوان‌سازی جایگزین آنها می‌شوند. استخوان‌سازی از این مراکز به طرف بیرون گسترش می‌یابد. بیشتر استخوانهای کوتاه مرکز استخوان‌سازی منفردی در نزدیکی وسط استخوان دارند؛ استخوانهای دراز دست و پا دارای سه مرکز استخوان‌سازی
هستند: یکی در وسط و یکی در هر یک از دو سر استخوان. استخوان‌سازی در استخوانهای دراز تا آنجا پیش می‌رود که فقط نوار باریکی از غضروف که صفحۀ اِپیفیزی نام دارد، تا وقتی درازای استخوان به حد بزرگ‌سالی برسد، باقی می‌ماند؛ آنگاه استخوان جایگزین آن می‌شود.
استخوانهای پهن جمجمه و دیگر استخوانهای اسفنجی، همچون لگن خاصره، دنده‌ها، جناغ و اپیفیز استخوانهای دراز، مانند استخوان متراکم از غضروف ساخته نمی‌شوند، بلکه از غشاهایی لیفی پدید می‌آیند که حاوی مقدار فراوانی کلاژن و رگهای خونی‌اند. استئوبلاستها استئوئید را درون این غشا ترشح می‌کنند و شبکه‌ای اسفنجی از تیغه‌های استخوانی می‌سازند. ساختن استخوان جدید از مراکز استخوان‌سازی در غشا شروع می‌شود و به اطراف گسترش می‌یابد. چندین مرکز استخوان‌سازی در جمجمه وجود دارد؛ در هنگام تولد، استخوان‌سازی کامل نیست و می‌توان در فاصلۀ این مراکز، نقاط نرمی را حس کرد. در محل به هم رسیدن استخوانهای تازه ساخته شده، خطوطی پدید می‌آیند که درزهای جمجمه‌ای را تشکیل می‌دهند؛ این درزها در سطح جمجمۀ بزرگ‌سالان قابل مشاهده است.
تغییر شکل استخوان
در هر دو فرایند استخوان‌سازی، با طرحی نسبتاً تصادفی از رسوب استخوان، استخوان نارس تولید می‌شود و در پی آن، فرایند تخریب و بازسازی که تغییر شکل استخوان نام دارد، برای سازمان دادن استخوان به واحدهای منظم‌تر روی می‌دهد و به استخوان استحکام بیشتری می‌بخشد.
تخریب یا بازجذب استخوان توسط استئوکلاستها این امکان را پدید می‌آورد که استخوان طی رشد خود تا رسیدن به ابعاد استخوان بالغ، تغییر شکل و اندازه بدهد، زیرا ترکیبات غیرآلی استخوان مانع آن هستند که این بافت مانند بافتهای دیگر از راه تقسیم سلولی رشد کند. استئوکلاستها روی سطوح درونی استخوانها، یعنی در حفرۀ مغز استخوان و فضاهای استخوان اسفنجی، فعالیت می‌کنند تا این فضاها را بزرگ‌تر سازند؛ این سلولها روی سطوح بیرونی استخوان نیز فعالیت می‌کنند تا برخی فراینـدهای استخوانـی را ــ مانند برجستگی اپیفیزی در دو سر استخـوانهـای دراز بـازو و سـاق پـا ــ کاهش دهند. فعـالیت استئوکلاستها پشت منطقۀ رشد اپیفیزی صورت می‌گیرد تا از برجستگی اولیۀ این قسمت بکاهد و عرض آن را به عرض تنۀ در حال رشد استخوان برساند. در درون استخوان، تخریب استئوکلاستی تبدیل استخوان نارس را به استخوان متراکم بالغ، از طریق پاک کردن فضاهای لوله‌ای، که مراکزِ رشد استئونها هستند، تسهیل می‌کند.
در همان هنگام که استئوکلاستها استخوان را در نقاط گوناگون بازجذب می‌کنند، استئوبلاستها استخوان جدید می‌سازند تا ساختار استخوان‌بندی بدن را حفظ کنند. در دوران کودکی و در روند رشد، تشکیل استخوان از تخریب آن پیش می‌افتد. پس از آنکه استخوان‌بندی کامل می‌شود، هر دو فرایند تقریباً به تعادل می‌رسند. سرعت ایجاد حفره توسط استئوکلاستها بیش از سرعت استخوان‌سازی استئوبلاستهاست؛ از این‌رو، معمولاً در دستگاه استخوان‌بندی، سلولهای استخوان‌ساز بسیار بیشتر از استئـوکـلاستها هستنـد و فـرایند ساخت استخوان جـدید تدریجی‌تر پیش می‌رود. همان زمان که استئوسیتهای پشت منطقۀ رشد در دو سر استخوانهای دراز، برجستگی کهنۀ اپیفیزی را تخریب می‌کنند، استئوبلاستها در جلوی این منطقه اپیفیز جدید می‌سازند. استئوبلاستها درون مجراهای پاک شده توسط استئوکلاستها، لایه‌ای از استخوان تازه می‌سازند و استئون تشکیل می‌دهند و بدین‌ترتیب، مجرای استئون به اندازۀ قطر رگی که از درون آن می‌گذرد، باریک می‌شود. میان مناطق فعالیت استئوکلاستها و استئوبلاستها، خطی از ماده‌ای مانند سیمان، شامل ماتریکس استخوان، وجود دارد که مرز مناطق بازجذب و تشکیل استخوان جدید را مشخص می‌کند.
استخوان‌سازی در مناطقی صورت می‌گیرد که استخوان بیشترین فشار را تحمل می‌کند؛ بنابراین، استخوانی که کمتر به‌کار گرفته می‌شود، مانند استخوان پایی که بی‌حرکت شده باشد، مستعد بازجذب شدن است.
تغییر شکل استخوان نه‌تنها طرح ساختمان استخوان را تغییر می‌دهد، بلکه بدن را نیز قادر می‌سازد تا غلظت یون کلسیم را در خون و مایع میان سلولی تنظیم کند. غلظت کلسیم باید در دامنۀ نسبتاً محدودی بماند تا انتقال پیام عصبی به درستی صورت گیرد. یکپارچگی و تراوایی غشای سلولی تأمین گردد و خون بتواند لخته شود. استخوان در حدود 99٪ کلسیم بدن را در خود دارد. وقتی غلظت کلسیم مایعات بدن بسیار کم شود، هورمون پاراتیروئید فعالیت استئوکلاستها و آزاد شدن کلسیم در خون را تحریک می‌کند. وقتی غلظت کلسیم در مایعات بدن بیش از اندازه شود، هورمون کَلسیتونین با جلوگیری از بازجذب استخوان، آزاد شدن کلسیم از استخوان را محدود می‌کند. مصرف کلسیم به اندازۀ معمول برای حفظ ذخیرۀ کلسیم بدن ضروری است، وگرنه مقدار کلسیم در بدن بستگی به بازجذب بافت استخوانی خواهد داشت. ویتامین د نیز ضرورت دارد، چون استفادۀ بدن از کلسیم مصرف شده را ممکن می‌سازد.
اختلالهای استخوانی
آسیب‌پذیری در برابر بیماریهای استخوان با سن تغییر می‌کند. اختلال استخوانی در کودکان بیشتر رشد نابهنجار استخوان است. نوجوانان در معرض ابتلا به آرتریت رُماتوئید و مشکلات ستون‌مهره‌ها، مانند اِسکولیوز هستند. مسن‌ترها در برابر این اختلالها آسیب‌پذیرند: اختلالهای سوخت و سازی که ترکیب استخوان را برهم می‌زنند؛ اُستِئو‌آرتریت و دیگر اختلالهای مفصلی؛ و نیز مشکلات گردش خون که بر سلامت استخوان اثر می‌گذارند.
بسیاری از بیماریهای استخوان بستگی به ترکیب و مقدار بافت استخوانی دارند. حالتی که در آن، بافت استخوانی در استخوان بیش از معمول باشد، اُستِئو اِسکلِروز خوانده می‌شود؛ و وقتی این بافت کمتر از حد معمول باشد، اُستِئوپِنی پدید می‌آید. کمبود مواد معدنی استخوان در کودکان راشیتیسم، و در بزرگ‌سالان اُستِئومالاسی نام دارد. در این بیماریها استخوانهای مبتلا انعطاف‌پذیر و آمادۀ تغییر شکل می‌شوند. این حالت در کودکان بیشتر بر اثر کمبود ویتامین د پدید می‌آید. از میان بیماریهای استخوان، معمول‌ترین آنها پوکی استخوان (اُستِئوپوروز) است که استئوپنی عمومی به شمار می‌رود. این بیماری عمدتاً سال‌خوردگان را گرفتار می‌کند و در زنان سخت‌تر از مردان است. استئوپوروز سبب بسیاری از شکستگیهای استخوان در سنین بالا ست. بیماری دیگری که غالباً افراد مسن به آن مبتلا می‌شوند، بیماری پاژه است که ویژگی آن، تغییر شکل استخوان و عدم تعادل کلسیم است.
سلولهای استخوانی بر اثر نرسیدن خون کافی به آنها می‌میرند؛ این مرگِ بافتی، نِکروز یا اُستِئونِکروز نامیده می‌شود. این حالت ممکن است به سبب آسیب، انسداد سرخ‌رگ، اختلال در گردش خون، مصرف هورمونهای کورتیکو استروئیدی برای درمان بیماری دیگر، یا به علت بیماری دستگاه سوخت وساز بدن به وجود آید. اُستِئومیِلیت به عفونت استخوان گفته می‌شود که می‌تواند ازطریق زخمِ باز یاعفونت جایی دیگر از بدن پدید آید. تومورها نیز می‌توانند در بافت استخوانی رشد کنند. تومورهای اولیه محدود به استخوان هستند و ممکن است خوش‌خیم یا بدخیم باشند. تومورهای متاستازی (ثانویه) از بخشهای دیگر بدن منشأ می‌گیرند و همیشه بدخیم‌اند. بیماریهای مادرزادی استخوان به ناهنجاریهایی گفته می‌شود که به هنگام تولد وجود داشته باشند؛ برخی از این ناهنجاریها ارثی‌اند، اما بیشتر آنها به‌سبب مشکلاتی در دوران آبستنی یا به هنگام وضع حمل ایجاد می‌شوند.
شکستگی استخوان نتیجۀ وارد آمدن نیرویی بیشتر از قدرت و مقاومت استخوان، بر آن است. سن و بیماری از عواملی هستند که تعیین می‌کنند آیا استخوان بر اثر نیروی وارد بر آن می‌شکند، یا نه؛ استخوانهای کودکان قابل ارتجاع است، استخوانهای نوجوانان بیشتر می‌تواند در برابر نیرو مقاومت کند و استخوانهای سال‌خوردگان ترد و شکننده است. شکستگی همیشه نتیجۀ وارد شدن ناگهانی نیرو نیست، بلکه می‌تواند طی زمان پدید آید، مانند شکستگیهای ناشی از فشار یا کوفتگی. در بافت استخوانی که دارای رگهای خونی فراوان است، در محل شکستگی، خون‌ریزی روی می‌دهد. شکستگی از لحظۀ رخ دادن، شروع به التیام می‌کند، مگر اینکه خون به اندازۀ کافی به آن قسمت نرسد، عفونتی به وجود آید، یا تکه‌های استخوان از هم جدا باشند.
چندین روش برای درمان بیماریها و آسیبهای استخوان وجود دارد. کشش، ضمن آنکه تکه‌های شکسته را کنار هم نگه می‌دارد، فشار ماهیچه‌ها بر استخوان‌بندی را نیز تعدیل می‌کند. در تثبیت شکستگی از درون، یا اُستِئوسَنتِز، از پیچ، میخ، صفحه و سیم برای ثابت کردن استخوان به هنگام التیام استفاده می‌شود. آرتروپلاستی، تعویض استخوان یا مفصل به کمک جراحی است تا حرکات طبیعی تسهیل شوند. آرترودِز، نوعی جراحی برای برداشتن غضروف مفصل است که به منظور بی‌حرکت کردن مفصل، یا برداشتن بافت عفونی انجام می‌شود. در جفت‌استخوانهایی که طول ناهمگون دارند، به کمک اِپیفیزودِز، سرِ استخوان (اپیفیز) به تنه‌اش اتصال می‌یابد تا از رشد بیشتر آن جلوگیری شود. انتقال زردپی به منظور برداشتن زردپی آسیب دیده، یا برای تغییر حرکت مفصل صورت می‌گیرد. پیوند قطعه‌های استخوان، که معمولاً از استخوان‌بندی خود بیمار برداشته می‌شود، به تشکیل استخوان کمک می‌کند و استقامت استخوان را به هنگام التیام افزایش می‌دهد. قطع کردن عضو وقتی ضرورت می‌یابد که آسیبی جدی، تومور، بیماری دستگاه سرخ‌رگی، یابی‌نظمی واضحی در رشد استخوان پدید آمده باشد.