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第4节 骨的生长发育
（一）骨的形成
骨的形成是分阶段的。首先，间充质细胞密集，形成未来骨的模型。第二阶段，即软骨化，是间质的迅速生长期。最后，软骨转化为骨。这一过程是通过膜内和软骨内骨化完成的。
软骨内骨化见于绝大部分骨中。胎儿期初级骨化中心在长骨骨干中发育。骨化首先发生于软骨膜下。在软骨内肥大细胞降解。接着血管长入，然后软骨模型的中央发生骨化，形成初级化骨中心。软骨内骨化是在软骨-骨交界面进行的。之后二级骨化中心在骨的末端发育，位于初级和二级骨化中心之间的软骨变为生长板。
初级骨化中心对于长骨来说，通常在出生前发育。但短骨，如髌骨及大部分腕骨、跗骨，初级骨化中心是在婴儿期发育的。二级骨化中心则多在婴儿期和儿童早期发育，并在儿童期青春期和成人早期时与初级骨化中心融合。骨的成熟一直持续到整个儿童期和青春期，并表现为有序的融合。因此在X线片上，骨化的程度已成为判断发育成熟度的标准。
编织骨在胎儿期形成。编织骨结构松散，胶原成分相对多，柔韧度较板状骨大。这种柔韧度在分娩过程中非常必要。到婴儿期编织骨逐渐为板状骨代替，儿童期编织骨极为少见。
在整个儿童期，骨皮质渐增厚。股骨骨干的直径比髓腔的直径增长快。随着年龄增长，骨干厚度增加。骨皮质增厚、板层结构增加及钙的比例加大均使成熟骨可耐受更大的张力，但柔韧度下降。这就形成了婴儿、儿童和成人的骨骼损伤类型各不相同的重要原因。
（二）骨的结构和组织学
骨结构的基本单位是哈氏系统。每一个哈氏系统是由20μm直径的中央管及其四周的密集板状组织所构成。在这些哈氏系统之间尚有不规则的间质层。这些板状组织均是含矿物质的胶原纤维，其排列的疏密直接影响骨的硬度。每个哈氏系统的中央管长约9mm，其中有彼此嵌插的网状组织、不同活性的成骨细胞和神经血管束。哈氏系统为组成骨主体的单位，其中的神经血管束再经伏克曼（Volkmann）管向内与骨髓腔和骨内膜相通，向外与骨外膜相连。间质层中有多数小陷窝，彼此有微细导管相连。每个陷窝内均有骨细胞，其原生质延伸到微细导管内，成为一整体。骨的哈氏系统的排列是根据其持重的力学原理组成的。骨外膜为白色纤维组织，具有弹性。骨外膜下由成骨作用强的成骨细胞和血管组成疏松的形成层。此外，骨外膜多与肌肉、韧带等紧密相连，使之成为完整的运动系统。骨内膜则覆盖在骨松质的内面。
骨内血管与有髓鞘、无髓鞘的神经纤维并行，分布在哈氏系统内，骨膜下尤为丰富。因此，对疼痛刺激和震颤都很敏感。一旦失去神经支配，骨的生长和致密度将会受到影响。
骨膜的淋巴管也沿哈氏系统及伏克曼管进入骨内。
骨内的细胞有如下几种：
1.成骨细胞
在成骨活跃处均可见到，产生于骨膜下的形成层、骨内膜、骨髓的网状结构，还可能来自骨内血管壁的细胞。成骨细胞呈立方形，由细小的原生质突起彼此连接。细胞的大小和形态随其活性变化而不同。在由间质细胞转变为成骨细胞以及成骨细胞进入分泌期，细胞的胞质和细胞核内均含碱性磷酸酶。
2.骨细胞
主要位于陷窝的表层，四周包以钙化骨基质。骨细胞的作用类似破骨细胞或网状细胞，骨细胞的功能为传递骨与血液间的离子和营养物质，在电子显微镜下此种细胞与破骨细胞的形态相似。有的作者认为骨细胞既有成骨作用，又有破骨的吸收功能。
3.破骨细胞
为多核间质细胞，凡有骨吸收或溶骨之处均可见到。细胞内含黏液多糖和酸性磷酸酶。不少作者认为此细胞源于组织细胞或网状内皮系统的大吞噬细胞。
4.其他细胞
如网状细胞，多居于骨髓内的网状基质内，有成骨和造血功能；此外，还有骨内层的结缔组织细胞、成纤维细胞。
胚胎期骨髓腔内充以红髓和骨松质，随年龄的增长，脂肪组织渐增多。约12岁时仅能在长管状骨的干骺端内见到红髓，但是在肋骨、椎体、颅骨和无名骨内则终生含有红髓，并具造血功能。骨髓由大量网状结构和松散的造血细胞组成，当成人发生某种贫血性疾病时，脂肪黄髓有时又可转成红髓，再现造血功能。
（三）骨的化学
骨由有机物、无机物和水分构成。
1.有机物
93%的细胞基质为胶原，1%为无定形的黏多糖综合体，余为其他蛋白质。
2.无机物及其代谢
骨内的无机物，钙质占全身总量的99%，磷占90%。它使骨质能承受机械力量，也与全身各组织之间保持化学平衡。经化学分析，骨内的主要离子有钙、磷、氢氧基、碳酸盐和镁，多以羟基磷灰石结晶的形式存在。骨的无机结晶表面尚有格子层（钠、碳酸盐、枸橼酸盐可以透过），含水壳和细胞间液。这种布局与生长、成熟和骨无机盐结晶的消融和沉积有关。
体内99%的钙和90%的磷均储藏在骨内。
（1）钙的代谢：
如凝血，神经冲动的传导，肌肉的兴奋性，细胞膜的渗透压、酸碱平衡以及提供骨骼的机械力，都需要有钙参加。因此，钙的代谢十分重要。
有维生素D和高蛋白质饮食，钙极易从肠道吸收。体内特别需要钙质的情况，如小儿生长发育阶段、妊娠和哺乳期，钙更容易吸收。小儿每日需钙lg，成人需要量较少。每日从尿中排钙100~150mg，大便排钙500~700mg。这种钙的需要量和排泄量反映骨内钙的正常交换。临床上常借此来衡量判断骨的代谢情况。
低钙饮食3~4日后测定血钙的含量，可进一步了解从骨内脱钙程度。正常情况下，99%以上的钙从肾小球排出，再由肾曲管重吸收。血钙经常保持10mg/100ml，其中70%处于游离状态，其余是与蛋白质结合的形式。
内分泌系统调节钙、磷代谢。如甲状腺素升高后，小便和大便的排钙量增加。甲状腺功能亢进时可发生全身性或局限性骨质稀疏。相反，黏液水肿时有钙的储留。
肾上腺皮质酮减少时会有骨质疏松。这可能是继发于蛋白质消耗的缘故。
甲状旁腺激素调节血钙使之维持恒定，是借反馈原理。就是说血浆和骨内不稳定的钙（相当于总血钙的70%）之间保持着平衡，如血钙降低，就增加甲状旁腺激素的分泌，促使骨释放更多的钙，将血钙升高到10mg/100ml的水平。
（2）磷的代谢：
体内90%的磷位于骨内，其余10%分布在细胞内和血中。小儿每日磷的需要量约为1g，在有钙的情况下，磷易自肠道吸收。磷摄入后有60%自小便排泄，小儿血磷为5~ 6mg/100ml，成人只有3~4mg/100ml。体内绝大部分磷为无机磷，极少部分属于磷脂。
（3）镁的代谢：
成人骨灰的38%为钙，19%为磷，镁只占0.7%。体内2/3的镁居于骨骼内，其中25%与蛋白质（主要是白蛋白）相结合。甲状腺激素可使血镁升高，骨内的镁位于骨磷灰石结晶的表面。甲状旁腺参与镁的代谢。甲状旁腺切除后骨内镁与钙的比值增高。
3.水分
见于间隙（或称细胞外液）以及磷灰石结晶的含水壳层内。此外，黏多糖综合体及胶原等有机物与无机物和骨髓内均含有水分。骨内含水的总量在成骨阶段达60%，在老年人的骨皮质内只含10%。
4.枸橼酸盐
主要覆盖于磷灰石结晶和钙离子的表面，其作用是促使钙离子变为可溶解的钙的化合物以加强肠道吸收，然后再沉积到骨内。同时也可使骨内钙质溶解后从骨内脱出，而不太改变局部的酸碱度。平时每日枸橼酸盐的排出量为200~1000mg，此即血浆内枸橼酸盐的含量。维生素D缺乏性佝偻病的患儿，血浆内枸橼酸盐的含量较正常为低。因此，宜及时予以补充。
5.骨内酶含量
骨内酶的正常含量与肝脏相似。骨细胞代谢的活跃程度和氧消耗的速度相当于肝细胞的50%。骨的酶系统在破骨细胞中有糖酵解酶、酸性水解酶、胶原酶和碱性磷酸酶。以上各种酶参与乳糖形成，促进软骨的吸收和骨样组织的形成。另外，破骨细胞中还含有酸性磷酸酶。骨转移瘤、先天性成骨不全的患者血浆内酸性磷酸酶增多。