軟骨内骨化：組織学とプロセス - 解剖学と生理学 - 2024

軟骨内骨化および膜内骨化は、胚発生中の骨形成の二つのメカニズムです。どちらのメカニズムでも、組織学的に同一の骨組織が生じます。

軟骨内骨化は軟骨カビを必要とし、体内のほとんどの長骨と短骨の骨化メカニズムです。この骨形成のプロセスは2つの段階で発生します。1）硝子軟骨のミニチュアモデルが形成されます。2）軟骨は成長し続け、骨形成の構造骨格として機能します。軟骨は骨に置き換わるため、再吸収されます。

硝子軟骨の構造のグラフィック表現（出典：Kassidy Veasaw via Wikimedia Commons）

これは、骨化が内側から発生することから軟骨内膜と呼ばれ、外側（軟骨膜から）内側に発生する軟骨膜骨化とは区別されます。

骨化は骨の形成を意味します。この骨の形成は、骨基質を合成して分泌する骨芽細胞の作用によって生成され、その後骨が鉱化されます。

骨化は、骨化中心または骨核と呼ばれる軟骨の部位から始まります。これらの中心のいくつかは、急速に融合して、骨が発達する一次骨化中心を形成する可能性があります。

組織学

胎児では、骨が形成される領域に硝子軟骨のモデルが発達します。硝子軟骨は、間葉系細胞の分化によって形成されます。II型コラーゲンを含み、体内で最も豊富です。この軟骨から、骨化が起こります。

軟骨形成

軟骨が形成される領域では、間葉系細胞がグループ化されて変更され、その拡張を失って丸みを帯びます。これが軟骨化センターの形成方法です。これらの細胞は軟骨芽細胞に変化し、マトリックスを分泌して閉じ込められ、いわゆる「ギャップ」を形成します。

ギャップを形成するマトリックスに囲まれた軟骨芽細胞は軟骨細胞と呼ばれます。これらの細胞は分裂し、マトリックスを分泌するにつれて分離し、新しいギャップを形成し、結果として軟骨の成長を引き起こします。

このタイプの成長は内側から起こり、間質性成長と呼ばれます。軟骨を囲む間葉系細胞は線維芽細胞に分化し、軟骨骨格を取り囲む軟骨膜を形成します。

骨形成

最初は軟骨は成長しますが、その後中枢肥大の軟骨細胞がグリコーゲンを蓄積し、液胞を形成します。この現象はマトリックスの分割を減らし、次に石灰化します。

これが、骨形成のプロセスが、一連のプロセスを通じて、再吸収された軟骨に取って代わって骨が形成される一次骨化センターから始まる方法です。

骨化の二次的中心は、骨幹の骨化のメカニズムと同様のメカニズムによって骨端の端に形成されますが、骨の首輪は形成しません。

この場合、骨端の軟骨に侵入した骨前駆細胞は骨芽細胞に変わり、マトリックスを分泌し始め、最終的に骨端の軟骨を骨に置き換えます。

内分泌性骨化プロセス

-主なプロセス

軟骨内骨化は、以下に説明する7つのプロセスによって達成されます。

硝子軟骨の形成

軟骨膜で覆われた硝子軟骨のモデルが形成されます。これは、後で骨が発生する領域の胚で発生します。一部の軟骨細胞は肥大してから死に、軟骨基質は石灰化します。

骨化の主要な中心が形成されます

骨幹の中間膜は、軟骨膜に血管新生している。この過程で、軟骨膜は骨膜となり、軟骨形成細胞は骨前駆細胞になる。

骨首輪の形成

新しく形成された骨芽細胞はマトリックスを合成し、骨膜のすぐ下に骨の首輪を形成します。この首輪は、軟骨細胞への栄養素の拡散を防ぎます。

髄腔の形成

栄養素を受けていない肥大していた骨幹の中心内の軟骨細胞は死に、そして変性します。これは、骨幹の中心に合流の空の液胞を残し、骨の髄腔を形成します。

骨形成芽と石灰化の始まり

破骨細胞は骨膜下の骨カラーに「穴」を形成し始め、そこからいわゆる骨形成芽が入ります。後者は、骨前駆細胞、造血細胞、および血管で構成されています。これにより、石灰化と骨の生成が始まります。

軟骨と石灰化した骨からなる複合体の形成

組織学的に、石灰化した軟骨は青に染まり（好塩基性）、石灰化した骨は赤く染まります（好酸性）。骨前駆細胞は骨芽細胞を生じます。

骨成長プロセス（出典：派生物：Chaldor（トーク）Illu_bone_growth.jpg：Fuelbottle via Wikimedia Commons）

これらの骨芽細胞は、石灰化した軟骨に沈着する骨基質を作り、その新しく形成された基質が石灰化し、その時に石灰化した軟骨と骨の複合体が生成されます。

吸収プロセス

破骨細胞は、骨膜下骨が厚くなり、骨幹内のすべての方向に成長するにつれて、石灰化軟骨および骨複合体を吸収し始めます。この吸収プロセスにより、髄管のサイズが大きくなります。

骨膜下骨カラーの肥厚は骨端に向かって成長し、骨幹の軟骨は少しずつ完全に骨に置き換わり、骨端にのみ軟骨が残る。

-二次骨化センター

1-ここで、骨端の骨化が始まります。これは、骨化の主要な中心で発生するのと同じ方法で発生しますが、骨膜下骨リングを形成しません。骨芽細胞は石灰化軟骨にマトリックスを沈着させます。

2-骨は骨端板で成長します。骨の関節面は軟骨のままです。骨はプレートの骨端で成長し、骨はプレートの骨端で追加されます。軟骨骨端板は残っています。

3-骨の成長が終了すると、骨端板の軟骨はもはや増殖しません。成長は、骨端と骨幹が固まった骨と一体化し、骨端の軟骨が骨に置き換わるまで続きます。

この成長プロセスは完了する前に数年続き、その過程で骨は絶えず改造されています。

参考文献

1. Eroschenko、VP、&Di Fiore、MS（2013）。DiFioreの機能的な相関関係を示す組織図のアトラス。リッピンコットウィリアムズ&ウィルキンス。
2. Gartner、LP、&Hiatt、JL（2010）。簡潔な組織学電子ブック。Elsevier Health Sciences。
3. ハイアット、JL（2006）。組織学のカラーアトラス。リッピンコットウィリアムズ&ウィルキンス。
4. Mackie、E.、Ahmed、YA、Tatarczuch、L.、Chen、KS、およびMirams、M（2008）。軟骨内骨化：発達中の骨格で軟骨が骨にどのように変換されるか。生化学と細胞生物学の国際ジャーナル、40（1）、46-62。
5. ナタリーオルテガ、ダニエルJ.ベホニック、ゼナワーブ。（2004）軟骨内骨化の間のマトリックス改造。Trends Cell Biol ;; 14（2）：86–93。