軟 骨 是 結 締 組 織 的 特 化 ， 所 以 結 構 仍 可 分 為 細 胞 與 細 胞 外 質

CARTILAGE

軟 骨 是 結 締 組 織 的 特 化 ， 所 以 結 構 仍 可 分 為 細 胞 與 細 胞 外 質

（ extracellular matrix ） 。 基 質 包 括 fibers 和 ground substance 。

結 構

1. 軟 骨 細 胞 位 於 腔 隙 (lacunae) 中

腔 隙 中 會 有 由 多 個 子 細 胞 形 成 的 軟 骨 細 胞 群 (isogenous group) 。

2. 軟 骨 細 胞 分 泌 細 胞 外 質 (extracellular matrix) 。 包 括 ： a. fibers (collagen and elastic)

b. ground substance 如

glycosaminoglycans ， proteoglycans ， hyaluronic acid ＆ glycoprotein 等

軟 骨 特 質

1. 從 結 締 組 織 特 化 而 來

2. 能 夠 忍 受 物 理 性 的 壓 力 而 不 扭 曲 → → 支 持 和 連 結 軟 組 織

3. 在 胚 胎 期 間 有 更 多 軟 骨 細 胞 （ 尤 其 在 四 肢 骨 ） ： 軟 骨 會 變 硬 骨 4. 無 血 管 和 神 經 （ 血 管 和 神 經 位 在 perichondrium ）

5. 軟 骨 有 三 種 ， 主 要 差 異 取 決 於 基 質 的 組 成 不 同

Hyaline Cartilage ( 透 明 軟 骨 )

1. 分 布 最 廣 。 如 肋 軟 骨 ， 關 節 ， 呼 吸 道

2. 纖 維 : 主 要 是 由 type II collagen （ collagen

fibrils ） 組 成 。 Type II collagen 在 LM 下 不 易 分 辨 ， 一 部 份 是 因 為 組 成 是 fibril ， 另 外 就 是 其 折 射 率 （ refractive

index ） 與 包 裹 在 外 的 ground substance 幾 乎 相 同 。

3. chondroitin 屬 於 glycosamionglycan 一 類 ， 與 core protein 組 成 proteoglycan 。

4. perichondrium 是 緻 密 的 結 締 組 織 （ dense connective tissue

） ， 有 血 管 神 經 可 供 給 軟 骨 細 胞 營 養 。

***

a. 在 組 織 玻 片 製 作 過 程 中 ， 軟 骨 細 胞 會 萎 縮

b. territorial matrix 在 HE 染 色 下 偏 藍 色 ， 而 interterritorial 則 比 較 淡 藍 。 這 是 因 為 territorial matrix 的 glycosaminoglycans較 多 。 c. perichondrium 內 側 靠 軟 骨 部 分 細 胞 較 多 （ 扁 平 的 chondroblast

和 fibroblast ） ， 外 側 較 遠 部 分 則 是 纖 維 多 。

d. collagen 在 HE stain 下 呈 粉 紅 色 （ 被 eosin 染 色 ） interterritorial matrix territorial matrix

軟骨

Peichondrium

m

Lacunae

Elastic cartilage ( 彈 性 軟 骨 )

1. 分 布 ： auricle, walls of external acoustic meatus, auditory tube, epiglottis, etc

2. 一 般 HE 染 色 下 ， elastic fiber 通 常 看 不 到 。 只 有 在 少 數 地 方 ， 如 彈 性 軟 骨 中 ， 會 聚 集 成 粗 的 構 造 ， 才 能 看 到 。

Fibrocartilage (纖 維 軟 骨 )

1. 分 布 ： intervertebral disks 椎 間 盤 , symphysis pubis 恥 骨 聯 合 & attachments of certain ligaments to cartilaginous

surfaces of bones

2. 簡 單 的 說 ， fibrocartilage 就 是 chondrocyte 和 其 matrix 分 散 在 結 締 組 織 所 形 成 的 構 造 。 所 以 在 LM 下 不 易 找 到 。 而 結 締 組 織 內 的 纖 維 是 屬 於 type I collagen （ collagen fibers)

BONE

骨 頭 的 構 成

1. Calcified( 鈣 化 )intercellular material 使 得 養 分 不 易 輸 送 ， 主 要 依 頼 canaliculi （ 骨 小 管 ） 的 gap junction

2. 3 種 骨 細 胞 osteocyte, osteoblast, osteoclast

3. 還 有 內 外 的 兩 層 膜 periosteum （ 圍 骨 膜 ） , endosteum（ 內 骨 膜 ， 在 軟 骨 缺 此 構 造 ） ， 表 面 有 osteoprogenitor cells

軟 骨 ， 硬 骨 比 較

硬 periosteum osteocyte osteoblast osteoclast

骨 軟 骨

perichondrium chondrocyte chondroblas t

chondroclast

1. Cartilage matrix ：

Main type II collagen fiber ， 其 他 有 proteoglycans, glycoprotein, chondronectin..

2. Bone matrix ：

a. Organic matrix ： type I collagen

b. Inorganic matrix ： calcium & phosphorus形 成 hydroxyapatities or mineral salts

3. 硬 骨 是 非 常 特 別 的 結 締 組 織 ， 其 纖 維 構 成 硬 骨 組 織 的 實 體 。 另 一 項 的 重 要 特 徵 是 ， 硬 骨 的 纖 維 以 特 殊 的 走 向 排 列 ， 並 加 上 鈣 化 的 基 質 ， 來 加 強 骨 頭 硬 度 。

Microscopic Structure of Bone

1. Haversian canal 內 走 神 經 和 血 管 ， 平 行 長 骨 長 軸 ， canal 內 圍 表 面 有 endosteum

2. Volkmann’s canal 與 長 骨 長 軸 垂 直 ， 連 結 central canal ， 周 圍 無 同 心 lamella 環 繞 。

3. lamellae中 的 collagen fiber 同 一 層 走 向 相 同 ， 相 鄰 內 外 兩 層 走 向 交 錯

4. endosteum 的 分 佈 在 compact bone 最 內 層 ， lining of

Haversian canal ， sponge bone 的 trabeculae 上

Matrix

1. Ground section ： 研 磨 至 薄 片 ， 未 染 色 ， 看 不 到 有 機 質

2. Decalcified section ： 脫 鈣 法 ， 例 如 泡 EDTA 再 用 HE 染 色 3. 脫 鈣 法 時 ， 基 質 會 染 成 紅 色 ， 因 為 它 成 份 有 collagen fiber

Bone Cells

1. Osteoprogenitor cell a.

由 mesenchymal cells 分 化 而 來

b.

可 以 在 periosteum 和 endosteum 的 表 面 發 現 ， 也 叫 做 periosteal cells 或 endosteal cells ， 具 有 分 裂 與 增 殖 的 能 力 。 c.

是 處 於 休 眠 狀 態 的 細 胞 。 觀 察 時 ， 細 胞 淡 染 扁 平 ， 核 呈 微 長 或 橢 圓 。 受 到 刺 激 時 （ 如 骨 折 ） ， 會 轉 成 活 躍 的 osteoblast

2. Osteoblast a.

Osteoblast 是 由 osteoprogenitor cell 分 化 來 的 ， 主 要 分 泌 硬 骨 基 質 （ 即 負 責 基 質 的 鈣 化 ） 。 具 有 很 多 rER ， 是 basophilic， 所 以 HE 下 染 成 blue

b.

剛 分 泌 出 來 的 基 質 尚 未 鈣 化 時 ， 稱 為 osteoid （ 淡 染 ） 。 c.

osteoblast 會 有 很 細 的 細 胞 質 凸 起 ， 以 gap junction 與 隔 壁 的 osteoblast 或 是 osteocyte 連 通 。 到 後 來 ， 這 些 通 道 會 被 鈣 化 的 硬 骨 基 質 包 裹 ， 形 成 canaliculi 。

d.

當 鈣 化 的 基 質 包 裹 osteoblast 時 ， osteoblast 就 會 轉 型 為 osteocyte

附 註 ： 一 般 而 言 ， 會 分 泌 物 質 ( 蛋 白 質 ) 的 細 胞 ， 如

osteoblast ， chondroblast ， fibroblast 等 等 ， 都 會 被 HE 染 呈 藍 色 。

3. Osteocyte

a. osteocyte 比 較 扁 平 ， 長 軸 與 lamella 方 向 平 行 ， 環 繞 中 心 b. osteocyte 的 process 被 bone matrix 包 住 形 成 的 通 道 為

canaliculi （ 骨 小 管 ）

c. 養分即由 central canal 擴散，再由 process的 gap junction 傳 給 其 他 osteocyte

d. osteocyte 也 會 產 生 bone matrix ， 但 很 少 ， 僅 維 持 周 圍 的 新 陳

代 謝

4. Osteoclast a.

osteoclast細 胞 膜 形 成 凹 陷 ， 有 ruffled border （ EM 才 看 得 到 ） 。 b.

ruffled border 附 近 有 clear zone包 圍 封 閉 ， 以 增 加 H

的 濃 度 。 c.

內 有 多 種 enzyme ， 並 在 ruffled border 處 把 質 子 打 出 去 進 行 蝕 骨 作 用 ， 所 以 HE 染 色 下 特 別 紅 。

d.

O steoclast 的 三 個 特 徵 ： 多 核 ， 細 胞 大 ， HE 下 very very 紅 e.

Osteoclast 與 上 述 三 個 細 胞 ， 其 實 並 無 " 血 緣 " 關 係 。

Osteoclast 主 要 來 自 骨 髓 中 的 monocyte ， 經 過 核 分 質 不 分 ， 或 是 多 個 monocyte （ 發 育 中 的 osteoclast也 行 ） 融 合 而 來 。 這 也 是 osteoclast多 核 的 原 因 。

f.

血 鈣 不 足 時 ， 會 刺 激 osteoclast努 力 工 作 ， 把 骨 鈣 釋 出 至 血 液 中 。

Osteoblast

Calcified cartilage matrix

Calcified bone

matrix

BONE FORMATION

Bone formation （ osteogenesis ） 分 為 兩 類 ： 1. Intramembranous ossification （ 膜 內 骨 化 ） 2. Endochondral ossification （ 軟 骨 內 骨 化 ）

這 兩 種 方 式 最 先 出 現 的 都 是 primary bone （ woven bone） ， 很 快 的 又 被 secondary bone （ lamellar bone ） 取 代 。 兩 者 的 區 分 在 於 是 否 有 軟 骨 做 為 骨 頭 成 形 的 模 版 。 不 過 要 注 意 的 是 ， 將 骨 骼 形 成 的 過 程 分 為 兩 類 ， 並 不 代 表 這 些 骨 頭 終 其 一 生 都 是 膜 狀 骨 （ membrane

bone ） 或 是 軟 骨 內 骨 （ endochondral bone ） 。 這 兩 個 名 稱 只 是 指 剛 開 始 的 骨 頭 形 成 機 制 。 骨 骼 在 發 育 過 程 中 ， 會 快 速 的 重 塑 改 造

（ remodel） 來 取 代 原 先 的 的 骨 骼 ， 而 取 代 骨 均 會 在 原 來 的 骨 頭 表 面

Osteoblast

Osteoclast

生 成 （ 如 骨 內 的 trabeculae 上 ） 。

硬 骨 的 合 成 與 removal是 同 時 發 生 的 。 這 種 重 塑 現 象

（ remodeling ） 一 生 都 存 在 著 ， 只 是 有 速 率 的 差 別 Intramembranous Ossification （ 膜 內 骨 化 ）

1. 膜 內 骨 化 發 生 於 間 葉 組 織 的 聚 集 處 （ condensations of

mesenchymal tissue， 為 非 常 原 始 為 分 化 的 疏 鬆 結 締 組 織 ） ， 其 分 化 為 osteoblast ， 並 被 自 己 向 內 分 泌 的 bone matrix 往 外 推 ， 形 成 如 膜 狀 的 構 造 ， 故 名

2. 形 成 部 位 ： skull （ except a few at the base ） ， clavicle （ 鎖

骨 ）

growth of short bones ， thickening of long bones

成 骨 步 驟 ：

一 定 要 把 這 張 圖 想 像 成 立 體 的 ！ ( 所 以 中 間 聚 集 的 是 一 個 球 狀 ， 形 成 骨 頭 的 是 長 條 形 的 )

A.

膜 內 骨 化 是 由

mesenchyme 的 原 始 間 葉 組 織 的 細 胞 聚 集 成 一 個

ossification center ， 這

個 center裡 面 的 細 胞 會 分 化 成 比 較 圓 的 成 骨 細 胞 (osteoblasts)， 而

osteoblasts 會 分 泌 硬 骨 基 質 (bone matrix or osteoid – 這 是 未 鈣 化 的 基 質 ) 。 分 泌 基 質 變 多 之 後 osteoblast 彼 此 會 被 matrix推 開 成 下 一 張 圖 的 構 造 ， 在 這 裡 要 特 別 注 意 ossification center 是 一 個 球 狀 的 構 造 。

B.

在 基 質 osteoid

推 開 的 過 程 會 有 一

些 原 始 的 osteoblast

陷 在 裡 面 ， 這 些 細 胞 會 成 熟 為 骨 細 胞 (osteocyte) ， 要 注 意 的 是 在 osteoblast 分 泌 基 質 它 也 同 時 在 進 行 分 裂 ， 當 這 些 細 胞 彼 此 推 開 之 後 會 在 基 質 外 排 成 一 圈 ， 形 成 未 來 骨 頭 的 構 造 ( 可 知 此 時 越 接 近 中 間 的 基 質 ， 形 成 時 間 越 早 。 而 越 外 面 的 基 質 則 越 年 輕 ) 。 Osteoid 過 幾 天 就 會 開 始

” 礦 物 質 化 ” mineralized 或 鈣 化 calcified( 也 是 從 中 間 往 外 ) 而 變 成 熟 。

C.

胚 胎 血 管 侵 入 ， 形 成 一 些 空 腔 以 及 network of trabeculae( 骨 小 樑 的 網

路 ) ， 這 些 空 腔 就 是 未 來 有 骨 髓 的 地 方 ， 但 不 一 定 是 骨 髓 腔 ( 因 為 我 們 現 在 膜 內 骨 化 大 部 分 都 在 講 扁 平 骨 ， 所 以 未 來 這 些 空 腔 的 地 方 會 形 成 海 綿 骨 ) 。 血 管 侵 入 後 帶 進 osteoblasts 和 osteoclasts， 而 外 面 的 原 始 間 葉 組 織 (mesenchyme) 會 在 未 來 的 骨 頭 外 面 慢 慢 濃 縮 形 成 periosteum。

D.

外 層 未 來 變 成 骨 頭 的 地 方 形 成 compact bone， 內 層 形 成 sopngy bone 。 血 管 被 留 在 裡 面 但 仍 然 和 外 界 相 通 ， 空 腔 內 開 始 出 現 骨 髓 。

※ 簡 化 步 驟

mesenchyme→osteoblast→ 分 泌 osteoid→成 熟 變 osteocyte→ 血 管 侵 入 形 成 空 腔 及 trabeculae network→ 形 成 骨 頭 及 periosteum

3.

a.

在 mesenchymal condensation layer 會 有 一 群 間 葉 細 胞 分 化 成 osteoprogenitor cells ， 再 分 化 成 osteoblasts ， 形 成 ossification center。

b.

這 些 osteoblasts 會 分 泌 bone matrix （ osteoid ） 。 隨 著 時 間

osteoblasts 會 被 osteoid 向 外 分 散 開 來 ， 而 osteoid 也 逐 漸 鈣

化 （ calcification ） 。 此 時 ， 一 些 留 在 中 央 被 被 matrix 包 圍 住

的 osteoblasts 漸 漸 變 成 osteocytes 。 故 愈 靠 近 osteoblasts 的 osteoid 鈣 化 愈 少 ， 愈 靠 近 中 心 鈣 化 愈 多 。

c.

osteoid 鈣 化 後 會 形 成 骨 針 （ bone spicules ） 。 接 著 有 些 osteoprogenitor cells 會 跑 到 剛 形 成 的 骨 針 上 ， 轉 型 為 osteoblasts ， 繼 續 分 泌 osteoid （ appositional growth ） 。 久 而 久 之 ， 骨 針 彼 此 相 互 癒 合 形 成 network of

trabeculae （ woven bone） 構 成 了 spongy bone 。 d.

network of trabeculae 形 成 同 時 ， 血 管 伸 入 其 中 的 空 腔 （ 也 帶 來 了 osteoclast） 。 另 一 方 面 ， vascularized mesenchyme 則 聚 集 在 woven bone外 面 並 轉 變 成 periosteum 。 Membrane bone （ 或 稱 Intramembranous bone ） 正 式 形 成 。

4. osteoprogenitor cells 的 存 在 可 以 提 供 膜 內 骨 化 時 osteoblast 的 穩 定 來 源 。

Endochondral Ossification（ 軟 骨 內 骨 化 ）

1. 軟 骨 內 骨 化 同 樣 開 始 於 間 質 細 胞 （ mesenchymal cells ） 在 將 形 成 骨 頭 處 的 增 殖 與 聚 集 。 不 過 ， 間 質 細 胞 會 會 先 分 化 成

chondroblast ， 接 著 製 造 軟 骨 基 質 。 這 塊 先 形 成 的 透 明 軟 骨 模 型 ， 必 須 具 有 成 骨 的 大 致 形 狀 與 外 觀 。

2. 軟 骨 模 型 一 旦 建 立 ， 軟 骨 便 開 始 由 間 質 （ interstitial growth ） 與 表 面 （ appositional growth ） 生 長 。 模 型 兩 端 的 間 質 生 長 造 成 軟 骨 增 長 ， 而 寬 度 的 增 加 主 要 是 軟 骨 膜 內 （ perichondrium ） 的 軟 骨 增 生 。

3. 形 成 部 位 ： 主 要 是 在 透 明 軟 骨 內 進 行 （ replacing hyaline

cartilage ） 。 包 括 頭 骨 以 下 的 全 身 骨 頭 （ 鎖 骨 除 外 ） ， short and

long bones

4. 成 骨 步 驟 ： P

art I. P rimary ossification center 在 diaphysis （ 骨 幹 ） 形 成 a.

軟 骨 模 型 的 周 圍 細 胞 ， 產 生 osteoprogenitor cells 或 是 osteoblasts 來 取 代 chondrocytes ， 於 是 軟 骨 膜

（ perichondrium ） 功 能 改 變 ， 名 存 實 亡 ， 名 稱 也 換 成 硬 骨 膜

（ periosteum ） ， 或 是 osteogenic layer。 當 B one collar 在 軟 骨 模 型 中 段 以 膜 內 骨 化 方 式 生 成 時 ， 軟 骨 內 骨 化 旋 即 開 始 。 b.

隨 著 周 圍 硬 骨 組 織 的 形 成 ， 在 軟 骨 模 型 中 央 的 軟 骨 細 胞 會 開 始 肥 大 （ hypertropy ） ， 軟 骨 基 質 也 開 始 鈣 化 。 鈣 化 的 基 質 抑 制 養 分 的 擴 散 ， 結 果 中 央 的 軟 骨 細 胞 死 亡 。

c.

軟 骨 細 胞 一 死 ， 基 質 也 開 始 瓦 解 ， 留 下 一 堆 lacunae 。 Lacunae 彼 此 融 合 ， 產 生 更 大 的 空 腔 。 血 管 便 在 這 時 趁 虛 而 入 ， 佈 滿 整 個 骨 幹 中 央 。

d.

血管以與骨幹垂直的角度侵入 bone collar 後， 其中所含 osteoclast 前 趨 細 胞 跑 出 血 管 ， 形 成 osteoclasts ， 往 骨 幹 兩 端 兵 分 多 路 吃 掉 鈣 化 的 軟 骨 基 質 。 血 管 並 同 時 帶 入 了 periosteum 的

osteoprogenitor cells ， 在 殘 餘 的 鈣 化 軟 骨 基 質 上 ， 繼 續 堆 積 osteoid ， 生 成 硬 骨 （ 稱 為 endochondral bone ） 。 此 時 primary ossification center在 diaphysis （ 骨 幹 ） 形 成 。

P art II. S econdary ossification center 在 epiphysis 形 成 e.

在 primary ossification center形 成 後 ， 兩 端 的 epiphysis 其 中 之 一 （ 不 會 同 時 ） 亦 被 血 管 侵 入 ， 先 形 成 次 級 骨 化 中 心 （ 硬 骨 堆 積 方 式 如 同 初 級 骨 化 中 心 ） 。 另 一 端 雖 然 較 慢 ， 不 過 也 叫 做

secondary ossification center 。

f.

primary ossification center 向 兩 端 發 展 。 secondary ossification center 則 呈輻射發展 ， 最後 只剩下關節處與 epiphyseal plates 仍保有 hyaline cartilage 。軟骨內骨化的同時， epiphyseal plate

內 也 有 許 多 動 作 ， 來 增 長 骨 頭 。

Epiphyseal Plate

1. 在 diaphysis 與 epiphysis 交 接 處 ， 稱 為 epiphyseal plate。 長 骨 生 長 主 要 依 賴 其 中 的 epiphyseal cartilage 。 由 遠 離 至 接 近 骨 幹 中 心 ， 可 分 為 五 區 ：

a. Resting zone

此 區 由 hyaline cartilage組 成 ， 並 無 細 胞 增 生 或 骨 基 質 的 生 成 。 b. Proliferative zone

此 區 的 chondrocytes 不 斷 地 分 裂 ， 並 且 活 潑 開 心 地 製 造 基 質 。 c. Hypertrophic cartilage zone

含 有 許 多 肥 大 的 chondrocytes ， 基 質 被 擠 壓 成 線 狀 。 d. Calcified cartilage zone

軟 骨 外 的 基 質 鈣 化 ， 使 chondrocytes 死 亡 ， 此 時 尚 未 被 血 管 侵 入 e. Ossification zone

血 管 及 osteoprogenitor cells （ from periosteum ） 侵 入 chondrocytes 死亡後留下的空腔， osteoprogenitor cells 轉變成 osteoblasts ， 並 在 殘 餘 的 鈣 化 軟 骨 基 質 表 面 （ trabeculae 的 表 面 ） 排 成 連 續 的 一 層 cells ， 開 始 堆 積 bone

matrix 。 Osteoblasts 若 陷 於 其 中 則 形 成 osteocytes

2. 為 了 維 持 硬 骨 的 適 當 比 例 與 形 狀 ， 外 面 與 裡 面 的 remodeling 速 度 要 隨 著 生 長 而 調 整 。 這 裡 ， epiphyseal plate必 須 ：

a.

epiphyseal plate厚 度 要 十 分 固 定 b.

軟 骨 生 成 的 量 要 等 於 被 吸 收 的 量 c.

吸 收 的 軟 骨 會 由 疏 鬆 的 spongy bone 取 代

3. 當 個 體 達 最 大 生 長 時 ， epiphyseal plate的 軟 骨 細 胞 便 不 再 增 生 。

最 後 軟 骨 用 盡 ， 骨 幹 與 骨 端 的 骨 髓 腔 融 合 。 epiphyseal plate也 退

化 成 由 硬 骨 組 織 構 成 的 epiphyseal line