Rusto ja luu / Heikki Hervonen 2012/ Biolääketieteen laitos/ anatomia Solubiologia ja peruskudokset-jakso/ Rusto Ominaisuuksia Esiintyminen - tukeva silti joustava aikuisella kylkirustot, hengitystiet sikiön tukiranka - liukas nivelpinnat - nopeasti kasvava sikiön tukiranka korvautuu luulla epifyysilevyt korvautuvat lopulta luulla - menestyy heikossa verenkierrossa sikiön tukiranka merkitystä luunmurtuman paranemisessa Histogeneesi: - mesenkyymi tiivistyy - mesenkyymisolut menettävät ulokkeensa, pyöristyvät ja joutuvat lähelle toisiaan. - matriksin eritys alkaa solujen (kondroblastien) väliin, mikä loitontaa niitä erilliset solut - kypsälle rustolle tyypilliset soluryhmät syntyvät kun yksittäisen solun tytärsolut eivät enää erkanekaan toisistaan samalla vauhdilla kun aiemmin Ruston kehittyminen mesenkyymistä Mesenkyymisolukko Ulokkeet häviävät rustosoluista ja kudos tiivistyy Rustosolut valmistavat soluväliainetta ja erkanevat toisistaan Rustosolut jakautuvat, tytärsolut muodostavat ryhmiä Hyaliiniruston rakenteesta: rustokalvo, perichondrium - vastaa ruston kasvusta ja ylläpidosta - ulompi sidekudoksinen osa; kondrogeeniset solut sisemmässä, soluisessa osassa - tuottaa uutta rustoa entisen pinnalle appositionaalinen kasvu Kun kondrosyytit sijaitsevat lakuunoissa - matrixtuotanto - solujen jakautuminen - solujen suureneminen interstielli kasvu = uuden ruston tuottaminen ruston sisällä Perichondriumista appositionaalinen kasvu Interstitiaalinen kasvu tapahtuu ruston sisällä -Rustosolut jatkavat jakautumistaan solumäärä lisääntyy -Tytärsolut -jatkavat matrix tuotantoa matrixmäärä lisääntyy Rustokalvon ulompi, sidekudoskerros Uusi matrix erottaa tytärsolut toisistaan Rustokalvon sisempi, chondrogeeninen kerros, josta uusia soluja ruston pinnalle. =Matrixia erittyy solujen väliin tytärsolut jäävät samaan lacunaan Uusi matrix erottaa tytärsolut toisistaan Perichondriumin pinnalla on fibroottinen osa ja syvemmällä kondrogeeninen osa. Tämän alla vastasyntyneet kondrosyytit ovat alkaneet valmistaa matrixia. Syvemmällä kudoksessa nähdään ryhmiä, jotka syntyvät kun ruston sisällä olevat kondrosyytit jakaantuvat syntyy isogeenisiä ryhmiä.
Kondrosyytin tuma on pyöreä, sytoplasmassa näkyy lipidipisaroita. Solun ympärillä näkyvä kirkas alue johtuu kutistumisesta. Soluväliaine - Territoriaalinen ja interterritoriaalinen matrix - Kollageeni II ( ja IX); kondronektiini - Kondroitiinisulfaatti- ja kerataanisulfaattiproteoglykaani- hyaluronihappo aggregaatit - Negatiiviset varaukset - sitovat elektrolyyttejä (Na+) ja vettä - hylkivät toisiaan elektrostaattisesti joustavuus Rustosolut ovat lacunoissaan, matriksissa kaksi vyöhykettä N=Nucleus Kutistumisesta johtuva tyhjä tila IM=Interterritoriaalinen matrix TM=Territoriaalinen matrix Lipidipisara Nivelrusto on hyaliinirustoa: - Jousto/paineen kesto - Nivelpinnoilla ei rustokalvoa vähäinen kitka, hyvät liukuominaisuudet - Rustokalvon puute johtaa siihen, että nivelrusto ei voi uudistua appositionaalisesti - Uusiutuu ainoastaan vähäisessä määrin interstitiellisti, sidekudos useimmiten apuna syyrusto - Alla luinen epifyysi ja etenevä ruston kalkkeutumisvyöhyke altistaa nivelrikolle, artroosille. Elastinen rusto - korvalehti, kurkunpää. Vaihtelevan kokoiset elastiset säikeet tulevat esille matrixisssa erikoisvärjäyksillä Syyrusto - Rustosolujonot sijaitsevat tiiviin, järjestynen sidekudoksen kollageenikimppujen väleissä - Vähäinen soluväliaine rustosolujen ympärillä - Nikamavälilevy, nivelkierukat, symphysis pubis, jänteiden kiinnityskohdat luuhun Nivelrusto Nivelrikon alkuvaihe Rustosoluja kuolee ja rustomatrix vaurioituu Rustosolujen kuolema Kalkkeutunut rusto Ruston alainen luu Rustomatrix halkeaa ja hajoaa Nivelneste pääsee halkeamaan Syyrustoa jänteen ja luun välimaastossa Rustosolut muodostavat jonoja sidekudossäikeiden väliin Syyrustoa Nivelrikon paheneminen C=Rustosoluja Paksuuntunut luu Osteoblasteja Jänteen sidekudosta Mineralisaatiovyöhyke Mineralisoitunut syyrusto Rustosoluja kuolee lisää ja rustomatrix vaurioituu enemmän Rusto pyrkii kasvamaan tuloksena syyrustoinen arpi Rustosolut lisääntyvät Syvä halkeama rustorajan läpi luuhun asti Nivelneste Osteoklasteja Syyrustoinen tulppa Verenkierron mukana luuytimen puolelta tulee korjaavia soluja Sidekudosta/ syyrustoinen arpi
Paljastunut luun pinta, jossa paikallisia nekrooseja Nivelrikon lopputilanne Luukudos reagoi: paksuuntumista, onteloita (kystoja) ja osteofyyttejä Rustonalainen luukysta Halkeama ja nivelnesteen vuoto luuhun Syyrustoa Osteofyytti Paksuntunut ruston alainen luu Reaktiivista uudis Luuydinfibroosia Luukudos: Synty: 1) Sidekudossyntyinen (intramembranous) luun muodostus Esim. kallon luun muodostuminen - Mesenkyymi tiivistyy kalvomainen rakenne - Solut säilyttävät ulokkeillaan yhteyden toisiinsa - Osteoidin (orgaaninen matrix) eritys (osteoblastit) - Matriksin mineralisaatio primaarinen (woven) luu, syntyy nopeasti - Primaarinen luu korvataan paremmin järjestäytyneellä lamellaarisella luulla (remodelling) - Edellytyksenä on hyvä verenkierto Luun kehittyminen mesenkyymistä Mesenkyymin tähtimäiset solut ovat yhteydessä toisiinsa Tulevien luusolujen tiivistymä soluyhteydet säilyvät Osteosyytit jäävät luuväliaineen sisään, yhteys säilyy. Uudet osteoblastit asettuvat luun pinnalle. Rustosyntyinen (endochondral) luun muodostus ks. myöhemmin Epäkypsä ja kypsä luu - Kun synnytetään nopeasti ei ole aikaa näpertelyyn - tällöin tuotetaan kiireesti vähemmän järjestäytynytta kudosta l. primaarinen luu (punottu luu = woven bone). - Heti kun on mahdollista primaarinen luu korvataan sekundaarisella, kypsällä luulla. Kypsälle luulle on tyypillistä lamellaarinen rakenne, niin tiiviissä luussa kuin hohkaluussa!
Sidekudossyntyisen luun ensimmäinen luusäle on primaarista, punottua (woven) Mesenkyymiä Osteoblasteja Verisuonia Lopulta myös hohkaluun rakenne on lamellaarinen Primaarista luukudosta Osteosyytti Kalkkeutunut luumatrix Young et al.:wheater s Lamellaarista Lamellaarista Kypsän luun muokkaus - Hohkaluusta voidaan muokata tiivistä : osteoblastit kurovat hohkaluun ontelon umpeen kerros kerrokselta alkaen ulkoreunoilta. Ontelossa oleva verisuoni jää hiussuonena keskelle. - Tiivistä muokataan siten, että osteoklasti poraa luuhun tunnelin, uudissuoni ja osteogeeniset solut seuraavat. Osteoblastit kurovat tunnelin kerros kerrokselta umpeen suonen ympärille Osteoklastin poraamaan kanavaan muodostetaan osteoni 1.Osteoblastia seuraa hiussuoni ja progenitorsolukko 3. Samankeskeiset lamellit kurovat tilaa umpeen 2. Verisuonta seuranneista progenitorsoluista erilaistuneet osteoblastit asettuvat ontelon seinämille Netter: Ciba 4. Verisuoni säilyy keskellä Collection 5. Haversin kanava uuden osteonin lamellien sisällä Luukudoksen rakenteesta: Solut: - Osteoprogenitor solu - periosteumissa ja endosteumissa - Osteoblasti - luun pinnolla tekemässä - Osteosyytti - muodostuneen luumatriksin sisällä lakuunoissaan - Osteoklasti - luuydinperäinen, hajoittava solu Matrix: - Kollageeni I + hydroksiapatiitti + glycosaminoglykanit - Osteonektiini, osteokalsiini, osteopontin jne. - matriksin glykoproteiineja, jotka liittävät mineraalin muihin rakenteisiin Luukalvo, periosti ja sisäkalvo, endosti: - osteoprogenitorsolut appositionaalinen kasvu ulommat ja sisemmät kehälamellit - tärkeässä asemassa luunmurtuman paranemisessa
Putkiluun seinämän rakenne Periostin alaiset kehälamellit Periosti Välilamellit Hiussuonia Haversin kanavissa Ravintovaltimo Luuydintä Tiiviin luun histologinen rakenne Poikkileikkauksessa näkyvät Haversin kanavat osteonien keskellä Volkmannin kanavat Netter: Thew Ciba Collection Osteoni Luuytimen sinusoideja H=Haversin kanava Hohkaluu: - Kaarevia, haarautuvia ja toisiinsa liittyviä luupalkkeja (lamellaarista! ) - Palkkien välissä onteloita verenkierto (myös luuydin) Tiivis luu: - Osteonissa: - keskellä Haversin kanava, jossa verisuoni - saman keskeiset luulamellit osteosyytteineen - yhdessä lamellissa kollageenisäikeet samansuuntaiset, mutta vastakkaiset viereisille - osteosyytit yhteydessä toisiinsa ulokkeillaan - Osteonin synty: osteoklasti poraa tunnelin verisuonet ja osteogeeniset solut seuravat osteoblastit asettuvat reunoille ja tekevät osteonin uloimmat lamellit ensin tunneli umpeutuu ja verisuoni jää keskelle = luun uudistumisprosessi (remodelling) - Välilamellit - (interstitial) ovat uudistumissajääneitä vanhojen osteonien osia - Kehälamellit ovat tulosta periostin ja endostin alla tapahtuvasta appositionaalisesta kasvusta Epifyysilevyn vyöhykkeet ja tapahtumat: Reservirusto: - lepotilassa olevaa rustokudosta Lisääntymisvyöhyke: - hyvä ravitsemus - interstitielli kasvu, solut lisääntyvät nopeasti, matriksia muodostetaan - muodostuu solupylväitä Hypertrofiavyöhyke: - yhä heikompi ravitsemus mitä kauemmaksi mennään - solut kypsyvät (suurenevat) - solut alkavat degeneroitua (turpoavat) - solut kuolevat ja matrix kalkkeutuu Epifysilevyn histologiset kerrokset Epifyysin rustoa Reservikerros Proliferaatiokerros Maturaatiokerros Hypertrofiakerros Matriksin kalkketuminen Luun muodostus Verisuonten tunkeutuminen Netter: The Ciba Collection Luutumisvyöhyke: - rustosta jäljellä vain kalkkeutunut matrixranka - luun ydinontelon sidekudoksen ja verenkierron mukana saapuvat muodostavat solut alkavat tehdä primaarista kalkkirangan päälle - primaarinen, epäkypsä luu remodelling lopulta lamellaarinen luu
Luunmurtuman paraneminen: - murtumassa aina runsas verenvuoto hematoma - Tulehdusvaihe: granulaatiokudos tunkeutuu hematomaan verisuonet, mesenkyymisolut, fibroblastit, neutrofiilit, makrofagit. Viikon kuluttua ensimmäistä hentoa luunmuodostusta. Murtuman paraneminen I Luusolut kuolleet Luuydin Tiivis luu Kollageenin muodostusta Päiviä Periosti Osteosyytti Uudet verisuonet ja granulaatiokudos järjestelevät verihyytymää Kuolleita osteosyyttejä Elävää - Korjausvaihe: Samalla kun hyytymää edelleen resorboidaan hyvän verenkierron alueilla alkaa luunmuodostus. Huonon verenkierron alueilla syntyy sidekudosta ja rustoa kallus. Myös osteoklastit poraavat kohti vauriota ja tuovat verenkierron ja osteogeenisiä soluja mukanan. Rustossa tapahtuu endochondraalinen luutuminen. - Muokkausvaihe: aluksi hätäisesti tehty primaarinen luu resorboidaan ja tilalle tehdään kypsää. Alkuun syntyvä liian paksu luu muovataan kuormituksen mukaan. Murtuman paraneminen II Periostin läpi tulevat verisuonet Viikkoja Periostin alaista epäkypsää Endostin tuottamaa epäkypsää Epäkypsää Rustoa Kuukausia Osteoklasti Rustosyntyinen luutuminen (endochondral) esim. sikiön putkiluun rustomallin luutuminen (myös epifyysilevyn tapahtumat ovat rustosyntyisen luun muodostusta) Putkiluun kehitys ruston kasvu Perichondrium Prichondrium - paikalla on ennestään rustokudosta - rustomallin pinnan perichondrium muuttuu periostiksi ja sen alle syntyy hyvässä verenkierrossa ohut luukerros (luukalvosin) (tässä kohdassa tapahtuu sidekudossyntyinen luunmuodostus). - rustosolujen ravinnonsaanti heikkenee, ne reagoivat suurenemalla (hypertrofioituvat) Hyaliinirustoa Hyaliinirustoa Rustomalli kasvaa rustokalvon alta (appositionaalisesti) ja kudoksen sisältä interstitiellisti rustosolujen jakautuessa ja tuottaessa soluväliainetta Gray s Anatomy, 33. painos Periosteum Diafyysiin periostin alle ilmaantuu ohut luutunut kalvosin (sidekudossyntyinen luun muodostus) Rusto sen alla alkaa kalkkeutua ja solut hypertrofioituvat
- rustomatriksiin alkaa kertyä kalkkia - kalkkeutunut matrix johtaa ravinnon saannin heikentymiseen edelleen - rustosolut kuolevat, jäljelle jää vain kalkkeutunutta rustorankaa - verisuonet ja mesenkymaaliset luusoluiksi lopulta erilaistuvat solut (ja tulevat luuydinsolut) tunkeutuvat paikalle ja alkavat luukudoksen tuotannon. Tämä rustomallin sisällä tapahtuva prosessi on rustosyntyistä luun muodostusta. Gray s Anatomy, 33. painos Putkiluun kehitys - luutuminen Luukalvosin kasvaa ja kuolleeseen rustoon tunkeutuu verisuonia ja muodostavia soluja, jotka alkavat muodostaa kalkkeutuneen rustorangan jäänteiden päälle (rustosyntyinen luun muodostus) Epifyysiin ilmaantuu verisuonia Primaarisen luutumiskeskuksen prosessi laajenee luun päitä kohti Putkiluun luutumisen seuraava vaihe on epifyysin luutuminen alkaen keskellä olevasta luutumistumakkeesta. Viimeisessä vaiheessa tapahtuu sitten kasvulevyn, epifyysilevyn luutuminen, mikä päättää myös putkiluun pituuskasvun. Rustosta jää jäljelle ainoastaan nivelrusto. Putkiluun kehitys,epifyysin luutuminen Gray s Anatomy, 33. painos Kalkkeutunutta rustoa Epifyysin luutumiskeskus Epivyysin verisuonet Kasvava rusto Kalkkeutunut rusto Luun muodostus rustomatriksin jäänteiden päälle Nivelrusto Epifyysin Metafyysi Diafyysi 1) Alkutilanne: Periosti lisää jatkuvasti kehälamelleja pinnalle 3) Osteoblastit rakentavat uudet osteonit Luuta resorboidaan jatkuvasti sisäpuolelta Tiiviin luun uusiutumista 5) Osteoblastit rakentavat taas uudet osteonit Osteonit siirtyvät kun luu kasvaa paksuutta Netter: The Ciba Collection Kehälamelleja on muodostunut lisää 2) Osteoklastit poraavat käytäviä 4) Osteoklastit poraavat uudet käytävät Myös sisäpuolelle syntyy uusia kehälamelleja Valmiiksi luutuneessa tiiviissä luussa tapahtuu jatkuvaa muovautumista. Putkiluu kasvaa periostin toiminnan kautta jatkuvasti paksuutta ( uudet kehälamellit), jolloin osteonit jäävät jälkeen ja ne pitää uusia. Tämä toistuu uudelleen ja uudelleen