6.4 Beinmyndun og -þroski
6.4 Beinmyndun og -þroski
Námsmarkmið
Eftir að hafa kynnt þér þennan kafla átt þú að geta:
- Útskýrt hlutverk brjósks
- Talið upp stig himnubeinmyndunar
- Talið upp stig brjóskbeinmyndunar
- Útskýrt vaxtarvirkni í kastþynnu
- Borið saman mótun og endurmótun beina
Á fyrstu stigum fósturþroska er beinagrind fósturvísisins úr trefjahimnum og glærbrjóski. Um sjöttu eða sjöundu viku fósturskeiðsins hefst eiginlegur beinþroski, það er beinmyndun. Bein geta myndast eftir tveimur leiðum, með himnubeinmyndun eða brjóskbeinmyndun, en fullmyndaður beinvefur er hinn sami óháð því hvor leiðin myndaði hann.
Brjóskmót
Beinvefur kemur í stað annars vefs; steinefnaríkt millifrumuefni beins er lagt á mót úr þeim vef. Við þroska beinagrindarinnar er brjósk algengasta mótið. Á fósturskeiði myndast grind sem ákvarðar hvar bein verða til. Hún er úr sveigjanlegu, hálfföstu millifrumuefni sem brjóskkímfrumur mynda og inniheldur hýalúrónsýru, kondróitínsúlfat, kollagenþræði og vatn. Þegar millifrumuefnið umlykur og einangrar brjóskkímfrumurnar nefnast þær brjóskfrumur. Ólíkt flestum gerðum bandvefs er brjósk æðalaust; það hefur því engar blóðæðar sem flytja næringarefni til þess og fjarlægja efnaskiptaúrgang. Þessi efni berast öll með flæði í gegnum millifrumuefnið. Þess vegna grær skaddað brjósk síður en flestir aðrir vefir.
Alla fósturþroskann og fram á vaxtar- og þroskaskeið barna myndast bein á brjóskmótinu. Við fæðingu hefur bein komið í stað mestalls brjósksins. Meira brjósk víkur fyrir beini á bernskuárum en nokkuð brjósk er áfram í beinagrind fullorðinna.
Himnubeinmyndun
Við himnubeinmyndun myndast þéttbein og frauðbein beint úr þynnum úr mesenkými, það er ósérhæfðum bandvef. Flöt andlitsbein, flest heilakúpubein og viðbein myndast með himnubeinmyndun.
Ferlið hefst þegar mesenkýmfrumur í beinagrind fósturvísisins safnast saman og byrja að sérhæfast (mynd 6.16a). Sumar frumurnar sérhæfast og mynda háræðar en aðrar verða að beinforverafrumum og síðan beinmyndunarfrumum. Þótt myndun beinvefs dreifi þeim að lokum um vefinn liggja fyrstu beinmyndunarfrumurnar saman í þyrpingu sem nefnist beinmyndunarmiðja.
Beinmyndunarfrumurnar seyta ósteóíði, ókölkuðu millifrumuefni sem kalkast og harðnar á nokkrum dögum þegar steinefnasölt falla út í það. Við það lokast beinmyndunarfrumurnar inni í efninu. Þegar þær lokast inni verða þær að beinfrumum (mynd 6.16b). Um leið og beinmyndunarfrumurnar breytast í beinfrumur sérhæfast beinforverafrumur í nærliggjandi bandvef í nýjar beinmyndunarfrumur.
Ósteóíð – ósteinefnað beinmillifrumuefni – sem seytt er umhverfis háræðarnar myndar beinbjálkagrind en beinmyndunarfrumur á yfirborði frauðbeinsins mynda beinhimnu (mynd 6.16c). Beinhimnan myndar síðan verndandi þéttbeinslag utan við frauðbeinið. Frauðbeinið þrengir að nærliggjandi æðum sem þéttast að lokum og mynda rauðan beinmerg (mynd 6.16d).
Himnubeinmyndun hefst í móðurkviði á fósturskeiði og heldur áfram fram á unglingsár. Við fæðingu eru höfuðkúpa og viðbein ekki fullbeinuð og saumar höfuðkúpunnar ekki lokaðir. Því geta höfuðkúpan og axlirnar aflagast tímabundið á leið um fæðingarveginn. Síðustu beinin sem myndast með himnubeinmyndun eru flötu andlitsbeinin. Þau ná fullri stærð við lok vaxtarkipps unglingsáranna.
Brjóskbeinmyndun
Við brjóskbeinmyndun myndast bein þegar það kemur í stað glærbrjósks. Brjóskið sjálft verður ekki að beini. Það þjónar þess í stað sem mót sem nýtt bein kemur alveg í staðinn fyrir. Brjóskbeinmyndun tekur mun lengri tíma en himnubeinmyndun. Bein við höfuðkúpubotn og rörbein myndast með brjóskbeinmyndun.
Í rörbeini sérhæfast til dæmis sumar mesenkýmfrumur í brjóskfrumur um 6–8 vikum eftir getnað. Þær mynda brjóskkennt forstig beinagrindarbeinanna (mynd 6.17a). Skömmu síðar myndast brjóskhimna, himna sem þekur brjóskið (mynd 6.17b).
Eftir því sem meira millifrumuefni myndast stækka brjóskfrumurnar í miðju brjóskmótsins. Þegar millifrumuefnið kalkast geta næringarefni ekki lengur borist til brjóskfrumnanna. Þær deyja því og brjóskið umhverfis leysist upp. Blóðæðar vaxa inn í rýmin sem myndast, stækka þau og flytja jafnframt með sér beinforverafrumur sem margar verða að beinmyndunarfrumum. Stækkandi rýmin renna að lokum saman og mynda mergholið.
Háræðar vaxa inn í brjóskið um leið og það stækkar. Það kemur af stað umbreytingu brjóskhimnunnar í beinmyndandi beinhimnu. Þar mynda beinmyndunarfrumur beinhimnukraga úr þéttbeini umhverfis brjósk beinskaftsins. Á öðrum eða þriðja mánuði fósturskeiðsins verða þroski beinfrumna og beinmyndun mun örari og frumbeinmyndunarmiðja verður til. Hún er svæði djúpt í beinhimnukraganum þar sem beinmyndun hefst (mynd 6.17c).
Meðan þessar djúplægu breytingar eiga sér stað halda brjóskfrumur og brjósk áfram að vaxa á endum beinsins, sem síðar verða að beinendunum. Þannig lengist beinið um leið og bein kemur í stað brjósks í beinskaftinu. Þegar beinagrind fóstursins er fullmynduð er brjósk aðeins eftir á liðfletinum sem liðbrjósk og milli beinskafts og beinenda sem kastþynna. Kastþynnan ber ábyrgð á lengdarvexti beina. Eftir fæðingu verður sama atburðarás í beinendunum: millifrumuefnið steinefnast, brjóskfrumur deyja, blóðæðar vaxa inn frá beinhimnunni og beinforverafrumur sem verða að beinmyndunarfrumum setjast þar að. Hver slík virknimiðja nefnist síðkomin beinmyndunarmiðja (mynd 6.17e).
Hvernig bein lengjast
Kastþynnan er vaxtarsvæði rörbeins. Hún er lag af glærbrjóski þar sem beinmyndun fer fram í ófullþroskuðum beinum. Beinendamegin við kastþynnuna myndast brjósk en skaftmegin kalkast það og beinskaftið lengist. Kastþynnan skiptist í fjögur svæði eftir frumugerð og virkni (mynd 6.18). Hvíldarsvæðið liggur næst beinenda kastþynnunnar og inniheldur litlar brjóskfrumur í millifrumuefninu. Þessar brjóskfrumur taka ekki þátt í beinvexti en festa kastþynnuna við beinvef beinendans.
Fjölgunarsvæðið er næsta lag í átt að beinskaftinu og inniheldur stafla af dálítið stærri brjóskfrumum. Þar myndast nýjar brjóskfrumur með mítósu í stað þeirra sem deyja við skaftenda kastþynnunnar. Brjóskfrumur í næsta lagi, þroska- og ofvaxtarsvæðinu, eru eldri og stærri en frumurnar í fjölgunarsvæðinu. Þroskuðustu frumurnar liggja næst skaftenda þynnunnar. Lengdarvöxtur beina stafar af frumuskiptingu á fjölgunarsvæðinu og þroskun frumna á þroska- og ofvaxtarsvæðinu.
Flestar brjóskfrumurnar á svæði kalkaðs millifrumuefnis, svæðinu næst beinskaftinu, eru dauðar vegna þess að millifrumuefnið umhverfis þær hefur kalkast. Háræðar og beinmyndunarfrumur frá beinskaftinu vaxa inn í svæðið og beinmyndunarfrumurnar seyta beinvef ofan á leifar kalkaða brjósksins. Svæði kalkaðs millifrumuefnis tengir þannig kastþynnuna við beinskaftið. Bein lengist þegar beinvefur bætist við beinskaftið.
Bein halda áfram að lengjast fram á fyrstu fullorðinsár. Hormón stjórna vaxtarhraðanum og síðar verður fjallað um þau. Þegar brjóskfrumur kastþynnunnar hætta að fjölga sér og bein kemur í stað brjósksins stöðvast lengdarvöxturinn. Þá stendur aðeins vaxtarrák eftir af kastþynnunni (mynd 6.19).
Hvernig bein þykkna
Bein þykkna um leið og þau lengjast og þykktarvöxtur getur haldið áfram eftir að lengdarvexti lýkur. Þetta nefnist yfirborðsvöxtur. Beinátfrumur brjóta niður gamalt bein sem klæðir mergholið en beinmyndunarfrumur mynda nýjan beinvef undir beinhimnunni með himnubeinmyndun. Niðurbrot gamals beins meðfram mergholinu og útfelling nýs beins undir beinhimnunni auka bæði þvermál beinskaftsins og mergholsins. Ferlið nefnist beinmótun.
Endurmótun beina
Ferlið þar sem millifrumuefni er brotið niður á einum fleti beins en lagt á annan nefnist beinmótun. Beinmótun fer aðallega fram á vaxtarskeiði beins. Hjá fullorðnum fer hins vegar fram endurmótun beina: gamalt eða skaddað bein er brotið niður á sama fleti og beinmyndunarfrumur leggja nýtt bein í staðinn. Áverkar, hreyfing og önnur virkni örva endurmótun. Síðar í kaflanum verður fjallað um þessi áhrif en jafnvel án áverka eða hreyfingar eru um 5–10 prósent beinagrindarinnar endurmótuð á hverju ári með niðurbroti gamals beins og endurnýjun þess.