骨膜

雖然骨膜的組織結構因解剖部位和年齡不同而有差別，傳統上常將骨膜分為淺表的纖維層(fibrouslayer)和深面的生髮層(cambiumlayer)，二層並無截然分界。纖維層較厚，細胞成分少，主要為粗大的膠原纖維束，彼此交織成網，有些纖維穿入骨質，稱sharpey纖維或穿通纖維(perforatingfiber)，起固定骨膜和韌帶的作用。生髮層緊鄰骨外表面，其纖維成分少，排列疏鬆，血管和細胞豐富，有成骨能力，故又稱成骨層(osteogeniclayer)，其細胞成分有骨祖細胞、成骨細胞、破骨細胞和血管內皮細胞，生髮層的組織成分隨年齡和機能活動而變化。

在胚胎期和出生后的成長期內，生髮層由數層細胞組成，其外層為成纖維細胞樣骨祖細胞，內層為成骨細胞，二者皆有增殖能力，與骨膜成骨有關。成年後，骨處於改建緩慢的相對靜止階段，生髮層變薄，骨祖細胞相對較少，不再排列成層，而是分散附著於骨的表面，繼續參與終身緩慢進行的骨改建活動及骨折時的修復活動。骨膜的纖維層剝離后，成骨細胞和破骨細胞仍能牢固地附著在骨面上。

近年來，有作者根據骨膜的功能和解剖學基礎提出骨膜分三層的觀點，即淺表的纖維層、中間的血管性未分化區和深面的生髮層。中層組織疏鬆，主要的細胞成分是未分化細胞，它能為生髮層和纖維層提供祖細胞。該層內還有少量單核細胞，在骨重建的局部調節中發揮作用，細胞外基質中膠原排列有序，適於發揮支持作用，並且和基質中非膠原成分共同發揮粘彈性作用，緩衝生髮層內生理範圍內的應力變化。中層疏鬆的特性亦有利於生髮層在活躍的生長期中有效地轉運營養物質和代謝產物。

因此，中層除具有營養作用和供給祖細胞外，還是調節骨和周圍軟組織間相互作用的緩衝帶。骨膜受到應力作用后，通過中層的調節，其纖維彈性組織成分(fibroelasticcomponent)離開或靠近生髮層，結果張力刺激骨膜成骨，壓力誘導骨吸收。成長期的骨膜中層較厚，具有理想的結構，能迅速而敏感地對應力變化做出反應，啟動骨表面的適應性重建活動。骨膜的三層結構隨年齡發生明顯變化。出生后，生髮層的成骨細胞外形細長；中層較厚，分化差，血管極少。在快速成長期，生髮層的成骨細胞呈立方形；中層的血管、未分化細胞和單核吞噬細胞發育達高峰，血管清晰可見。成年後，生髮層細胞呈扁平的靜息狀態；中層結構開始退化，逐漸消失，骨膜對應力反應的敏感性隨之下降，骨膜附著於骨較牢固，一般不易剝離。Squier等根據骨膜內細胞、纖維和基質的比例，提出另一種三層分法。第一層由緊鄰骨表面的成骨細胞和其淺面的成纖維細胞樣細胞組成的成骨細胞上層(supra-osteoblastlayer)構成，後者可能是骨祖細胞。第二層為相對透明區，毛細血管豐富，可能代表傳統的生髮層，骨膜的大多數血管成分位於該層內。第三層由膠原纖維和大量成纖維細胞構成，相當於傳統的纖維層。骨膜除含有豐富的膠原纖維外是否含有彈性纖維，現仍有爭論。Murakami和Emery認為骨膜中有彈性纖維，這些纖維由深層的骨祖細胞合成。彈性纖維沿骨縱軸平行排列，形成5～6層，其內側部分包括在生髮層內，外側部分融入纖維層中。位於彈性纖維最內側部分的細胞可能系未分化細胞，能分化為成骨細胞或成彈性纖維細胞。Tonna的電鏡觀察亦證明骨膜的兩層均有彈性纖維。但Chong等認為骨膜沒有彈性纖維，其他作者發現的彈性纖維可能是網狀纖維。

在光學顯微鏡下，骨膜的纖維層和生髮層無明確的分界；在超微結構水平，兩層間有清晰的界線。在未成年動物，骨膜的纖維層由粗大的膠原纖維束和成纖維細胞組成，膠原纖維束內有大量細小的彈性纖維束穿過，後者常平行排列。生髮層的骨祖細胞有豐富的吞飲小體，但缺乏內質網、絲狀偽足和細胞連接複合體。骨祖細胞被膠原纖維、彈性纖維和獨特的粘多糖基質包圍，膠原纖維交織成網，彈性纖維較纖維層少，粘多糖基質電子密度高，易與纖維層區別。骨祖細胞下方是處於不同分化階段的成骨細胞。成骨細胞體積大，呈橢圓形，胞質豐富，粗面內質網、高爾基複合體和線粒體發達，核大而橢圓，呈顆粒狀。細胞外膠原纖維豐富，彈性纖維少見。緊鄰骨表面的成骨細胞由一層類骨質與骨表面分開。功能活躍的成骨細胞是單核骨細胞系中最大的細胞，在朝向骨表面的一側有大量的絲狀偽足，與鄰近的骨細胞相連接。破骨細胞局限在軟骨周圍區。成年後，隨著年齡的增加，纖維層中彈性纖維的電子密度增高，膠原纖維變粗，單位面積內細胞數逐漸減少，剩餘細胞顯示明顯的超微結構變化，功能活躍的成纖維細胞轉變為纖細的纖維細胞。生髮層細胞減少，細胞體積變小，細胞器和吞飲小體消失，骨表面的成骨細胞類似成纖維細胞。隨著細胞變性加重，脂褐質則在衰老的纖維細胞、成骨細胞和骨細胞內出現。即使在很老的動物中，骨膜中仍保留少數有活力的細胞，這些細胞可被重新激活而增殖。骨膜生髮層的骨祖細胞在形態和功能上與成纖維細胞不同。在骨骼生長期，骨祖細胞能不斷分化轉變為成骨細胞和骨細胞，這三種細胞的胞突相互緊密交鎖，連接成網。當成骨細胞被骨組織包埋后即變為骨細胞，胞體周圍的腔隙稱骨陷窩，胞突周圍的腔隙稱骨小管。因此，這些胞突網不僅能把細胞連繫在一起，而且在將後續的細胞拖入骨組織，誘導骨小管形成和維持細胞通訊方面發揮重要不同部位的骨膜常呈現某些類似的超微結構。Squier等在顱骨膜和齶骨膜的超微結構和體視學(stereology)研究中發現兩處骨膜均呈層狀結構。第一層緊鄰骨表面，主要由成骨細胞組成。成骨細胞占該層細胞總數的90%，其上方常有小而緻密的細胞組成的成骨細胞上層。膠原纖維占該層體積的15%，是該層的另一主要成分。第二層的主要成分是基質(佔32%)，故在光鏡下呈半透明外觀。其餘的成分為成纖維細胞和膠原(各佔25%)及血管(主要為毛細血管，占體積的12%～17%)。第三層中膠原纖維佔46%，成纖維細胞佔34%。

在骨折修復中，完整的骨膜套對骨折迅速癒合尤為重要。雖然骨膜自身不能誘導新骨形成，但它與骨折血腫接觸后即能生成新骨組織。如骨膜套受損，周圍軟組織起源的纖維組織侵入骨折端之間，就可能產生纖維癒合；同時，骨折血腫可能流入軟組織內，使局部間充質細胞擴散，影響骨折癒合。關於骨折癒合過程的組織學和超微結構研究表明：骨膜在骨折后的顯著改變是增厚，尤以生髮層為著。生髮層的骨祖細胞增殖分化為成骨細胞，然後經膜內成骨的方式形成骨膜骨痂。該反應在靠近骨折處最明顯，隨骨膜距骨折處距離的增加，其增殖反應的強度則減弱。大鼠脛骨骨折后1天，骨膜生髮層的骨祖細胞開始增殖；骨折后第2～3天，增殖的骨祖細胞開始形成骨小梁，骨膜骨痂生長約8～9天後停止發育，等待軟骨的肥大和鈣化；骨折后5天，起源於周圍肌肉的間充質細胞在剝離骨膜的骨折端附近聚集，分化為軟骨細胞，形成軟骨骨痂；骨折后9～11天，骨膜骨痂的血管穿入肥大和鈣化的軟骨骨痂，啟動軟骨內成骨。作者認為，骨膜骨痂和軟骨內成骨形成的骨組織共同發揮連接和穩定骨折端的作用。人長骨骨折癒合的過程與實驗動物相似。骨折后第1周，骨膜生髮層的骨祖細胞逐漸增多，骨折后第7天，骨膜內首次出現鈣化灶。骨折后第2周，骨膜生髮層有大量的成骨細胞樣細胞。第12天，骨膜骨痂內出現新生成的骨小梁。骨折后第3周，骨膜骨痂內軟骨明顯可見，但數量有限。第18天，軟骨開始鈣化，這些軟骨細胞很可能起源於骨膜內層的骨祖細胞。與實驗動物相比，人骨膜內鈣化灶和軟骨出現較晚，軟骨數量偏少，其原因尚不清楚。骨膜具有成骨和成軟骨的雙重潛能。用骨膜遊離移植修復關節軟骨缺損，骨膜能生成軟骨填充軟骨缺損。移植后2周，骨膜增厚，細胞大量增殖，未分化細胞呈水平排列。移植后4～8周，增殖細胞分化為幼稚軟骨細胞，開始分泌中性粘多糖，再生軟骨趨於光滑。16周后，骨膜再生組織的結構接近周圍正常的關節軟骨。移植后24周，掃描電鏡見再生軟骨的表面呈蜂窩狀結構，類似正常關節軟骨的表面。染色體核分析顯示，再生軟骨的細胞或單獨起源於移植骨膜的祖細胞，或起源於骨膜移植物和軟骨下組織的多能間充質細胞。

骨膜血管豐富。在纖維層內，動脈和伴行靜脈在骨周圍形成密網狀血管層。此血管網由短支、環行支和縱行支組成。短支無主要走行方向，環支環繞管狀骨，縱行支與骨長軸平行。生髮層血管網細而稀疏，沿長軸走行。二層的血管間有吻合支相連骨膜的血供來源分四組：(1)骨膜固有血管，分佈於骨膜纖維層。(2)肌骨膜血管，在肌肉起點處肌血管與骨膜血管吻合。臨床證實，骨折造成的骨膜剝離，只要不損傷肌肉與骨膜之間的血管吻合，骨膜仍能存活並可形成新骨；若破壞了肌與骨膜間的血管吻合，既可能影響肌肉的側支血供，又可能影響骨膜形成新骨的能力。(3)筋膜骨膜血管，為四肢血管的分支經肌間隔分佈於骨膜。(4)皮質毛細血管吻合，大量的骨膜小血管經Volkmann氏管分佈於皮質的外1/3或1/4。這些小血管不僅具有固定骨膜的作用，而且與哈氏管內的縱行血管互連成縱橫毛細血管網，向內溝通骨髓毛細血管網。當骨折傷及滋養動脈時，骨膜血管可供應較多的皮質骨。健康成人的皮質骨血流是離心的，高壓滋養動脈的血流經皮質血循環分佈於骨膜深層，補充骨膜的血供。在肌附著處，皮質毛細血管借骨膜與肌肉血管的吻合支引流至肌束間小靜脈骨膜血管不僅為骨膜提供營養，還可能參與骨膜的成骨活動。新近的研究表明，在骨膜細胞被激活而成骨的過程中，毛細血管后微靜脈的周細胞(pericyte)能增殖分化為成骨細胞，成為骨膜成骨活動中成骨細胞的補充來源。

骨膜有豐富的神經支配，但其神經纖維和神經遞質的性質尚無詳細系統的記載。一般認為，骨膜內神經纖維主要是無髓神經纖維，其遊離神經末梢與痛覺有關。骨膜神經叢的部分神經纖維經Volkmann氏管進入骨幹，其餘則在骨膜內形成神經末梢。免疫細胞化學定位研究表明：骨膜內有P物質(substanceP)染色的神經叢，緊鄰骨膜表面的下方有細小的神經纖維分支，這些含P物質的肽能神經可能與骨膜敏感的痛覺有關。此外，骨膜內含有血管活性腸肽(VIP)染色的神經纖維，其作用尚不清楚。綜上所述，骨膜是一個結構複雜而有序的器官，有豐富的血管和神經，與周圍軟組織和骨關係密切。骨膜內的骨祖細胞和成骨細胞是其成骨特性的組織學基礎。現由於缺乏有效而特異的研究技術，尚不能確定骨膜內骨祖細胞的位置、來源、結構特徵和增殖分化的機制。骨膜神經的性質及其與骨膜細胞的代謝和成骨特性的關係有待深入研究。隨著這些問題的解決，必將加深對骨膜組織結構和功能的認識，推動骨膜移植在臨床上的廣泛應用。