第五章口腔骨組織生物學

口腔骨組織生物學 掌握 牙槽骨的生物學特征 骨組織細胞成分 骨改建的基本特征及研究口腔骨改建的意義 熟悉 牙周膜的細胞成分特征 力學刺激引起骨改建的基本原理和特征 了解 牙骨質(zhì)的主要基質(zhì)成分 骨改建的影響因素 為什么受壓側(cè)骨吸收 牽引側(cè)骨形成 牙周組織 Periodontium 牙周膜 Periodontalligament 牙齦 Gingiva 牙骨質(zhì) Cement 牙槽骨 Alveolarbone 骨的生物學基礎 第一節(jié) 骨組織的生物學特征骨組織的細胞成分骨基質(zhì)成分 骨的分類及構(gòu)造 一 骨的分類及其構(gòu)造 成人骨共有206塊 依據(jù)其形狀大小可以分為 長骨 短骨 扁骨和不規(guī)則骨四種 依據(jù)其在人體中的存在部位可以分為 顱骨 29 軀干骨 含中軸骨 80 軀干 51 四肢骨 含上肢骨 64 和下肢骨 62 骨 是以骨組織為主體構(gòu)成的器官 是在結(jié)締組織或軟骨基礎上經(jīng)過較長時間的發(fā)育過程 骨化 形成的 按形狀分類的四種骨組織 1 長骨 主要存在于四肢 呈長管狀 可分為一體兩端 體又叫骨干 其外周部骨質(zhì)致密 中央為容納骨髓的骨髓腔 兩端較膨大 稱為骺 骺的表面有關節(jié)軟骨附著 形成關節(jié)面 與相鄰骨的關節(jié)面構(gòu)成運動靈活的關節(jié) 以完成較大范圍的運動 長骨 按形狀分類的四種骨組織 2 短骨 為形狀各異的短柱狀或立方形骨塊 多成群分布于手腕 足的后半部和脊柱等處 短骨能承受較大的壓力 常具有多個關節(jié)面與相鄰的骨形成微動關節(jié) 并常輔以堅韌的韌帶 構(gòu)成適于支撐的彈性結(jié)構(gòu) 按形狀分類的四種骨組織 3 扁骨 呈板狀 主要構(gòu)成顱腔和胸腔的壁 以保護內(nèi)部的臟器 扁骨還為肌肉附著提供寬闊的骨面 如肢帶骨的肩胛骨和髖骨 按形狀分類的四種骨組織 4 不規(guī)則骨 形狀不規(guī)則且功能多樣 有些骨內(nèi)還生有含氣的腔洞 叫做含氣骨 如構(gòu)成鼻旁竇的上頜骨和蝶骨等 骨的構(gòu)造 新鮮的骨由骨膜 骨組織和骨髓構(gòu)成 密質(zhì)骨與松質(zhì)骨的差別 骨組織 細胞 細胞外基質(zhì) 2 骨組織的細胞成分 骨組織的細胞成分 細胞名稱成骨細胞破骨細胞骨襯里細胞骨細胞 細胞分布 骨的表面 骨基質(zhì) 來源 單核細胞 局部骨組織 局部骨組織 局部骨組織 骨的表面 骨的表面 一 成骨細胞 osteoblast 骨組織的細胞成分 參與骨形成的主要細胞 能夠分泌大量的膠原蛋白和非膠原蛋白等骨基質(zhì)成分 同時啟動骨質(zhì)的鈣化 多見于于骨內(nèi)膜和骨外膜成骨細胞的分化成熟分為四個階段前成骨細胞 成骨細胞 骨細胞 骨襯里細胞 成骨細胞 前成骨細胞 preosteoblst 成骨細胞 osteoblast 骨細胞 ostocyte 骨襯里細胞 bone liningcell 覆蓋在骨表面 不活躍的成骨細胞 多潛能的間充質(zhì)干細胞 鈣化的骨基質(zhì)陷窩內(nèi) 成骨細胞的形態(tài) 成骨細胞在骨基質(zhì)沉積活躍的部分呈單層排列 為立方狀單核細胞 直徑約20 30 m 細胞質(zhì)嗜堿性 成熟的成骨細胞細胞質(zhì)內(nèi)含大量線粒體 高爾基復合體和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 其合成蛋白質(zhì)功能活躍 成骨細胞的功能 成骨細胞合成多種骨基質(zhì)蛋白膠原 型膠原非膠原蛋白 骨鈣素 osteocalcin 骨涎蛋白 bonesialoprotein 骨橋蛋白 osteopontin 蛋白多糖 proteoglycan 激素和生長因子的受體 成熟的成骨細胞可以合成膜結(jié)合型堿性磷酸酶參與礦化信號轉(zhuǎn)導 二 骨細胞的特征 骨細胞存在于鈣化的骨基質(zhì)的陷窩內(nèi) 失去了許多成骨細胞的特點 高爾基體 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)明顯減少 骨細胞通過其細長的細胞質(zhì)突起與相鄰細胞 骨表面的骨襯里細胞以及新骨形成部位骨表面的成骨細胞相連接 毛細管 骨陷窩 三 破骨細胞 osteoclast 破骨細胞是唯一行使骨吸收功能的細胞 破骨細胞的來源 破骨細胞來源于造血系統(tǒng)的單核細胞 與巨噬細胞有共同的前體 在特定條件下融合成多核細胞 破骨細胞的鑒定標準 抗酒石酸酸性磷酸酶染色陽性 TRAP 高表達組織蛋白酶K CTSK 在骨表面形成骨吸收陷窩 破骨細胞的形態(tài) 位于骨吸收陷窩內(nèi)多核巨細胞 其細胞胞體變異很大 直徑可達10 100 m 無固定形狀 多核 幾個 上百個 細胞質(zhì)嗜酸 超微結(jié)構(gòu)特征皺褶緣 ruffledborder 清晰區(qū) clearzone 破骨細胞有兩個與骨吸收功能相關的獨特結(jié)構(gòu) 皺褶緣 清晰區(qū) 皺褶緣 破骨細胞與骨表面相對部分 高度折疊 膜上有質(zhì)子泵 行使骨吸收功能的破骨細胞所特有 擴大接觸面積 物質(zhì)交換 吸收陷窩只在正對皺褶緣形成 清晰區(qū) 清晰區(qū)細胞膜與骨基質(zhì)通過整合素緊密附著 形成封閉區(qū) 封閉區(qū)膜上存在整合素 玻連蛋白受體 是破骨細胞附著的分子基礎 破骨細胞的功能 骨吸收與成骨細胞相互作用參與造血干細胞的遷移作為免疫細胞參與炎癥反應 吸收骨基質(zhì) 骨表面附著 細胞極性化 形成封閉區(qū) 形成骨吸收陷窩 脫離骨面 轉(zhuǎn)移 破骨細胞對礦物質(zhì)的降解 1 骨基質(zhì)中的礦物質(zhì)的存在方式 羥基磷灰石2 在生物環(huán)境中 只有低pH狀態(tài)可以溶解羥基磷灰石3 影響因素 質(zhì)子泵碳酸脫氫酶 CA 氯離子通道 破骨細胞對骨基質(zhì)中有機質(zhì)的降解 主要的兩種酶 溶酶體半胱氨酸蛋白酶基質(zhì)金屬蛋白酶 MMPs 另外的降解因子 1 MMP 1 膠原酶 成骨細胞分泌2 游離氧基 加強細胞外基質(zhì)的降解 參與破骨細胞在骨表面附著的調(diào)節(jié)1 為破骨細胞的附著提供條件骨代謝調(diào)節(jié)因子 成骨細胞 1 胞體變圓 從礦化的骨表面移開 2 分泌蛋白酶消化骨表面的類骨質(zhì) 暴露礦化的骨面 成骨細胞與破骨細胞的相互作用 成骨細胞對破骨細胞的作用 2 提供破骨細胞與骨基質(zhì)附著的位置合成骨涎蛋白 骨橋蛋等還有Ary Gly Asp氨基酸序列 與玻連蛋白受體結(jié)合 成骨細胞與破骨細胞的相互作用 成骨細胞合成破骨細胞骨吸收刺激因子前列腺素E 血小板衍生生長因子 IL 6 成骨細胞參與破骨細胞分化成熟的調(diào)節(jié)巨噬細胞集落刺激因子 核因子 B受體活化因子配體 誘導破骨細胞前體分化因子 成骨細胞膜上存在誘導破骨細胞前體分化的因子 接觸 成骨細胞與破骨細胞之間存在雙向信號通路Eph Ephrin 維持骨代謝平衡 破骨細胞皺褶緣上高表達質(zhì)子泵的一種組成蛋白ATP6V0D2可抑制成骨細胞的骨形成活性 破骨細胞可分泌局部的一些因子刺激成骨細胞的分化 或者改變成骨細胞的膠原合成 破骨細胞對成骨細胞的作用 二 骨基質(zhì)成分 無機物鈣磷膠原占有機成分的90 95 非膠原蛋白骨鈣素骨涎蛋白骨橋蛋白骨黏連蛋白生長因子 骨鈣素osteocalcin骨基質(zhì)中最豐富的非膠原蛋白作用 提供鈣結(jié)合位點參與骨基質(zhì)礦化或調(diào)節(jié)晶體增長 臨床意義 血清中骨鈣素的水平可以作為成骨細胞活性的一個指標 骨涎蛋白bonesialoprotein存在于礦化的骨基質(zhì)中作用 1 與細胞表面的整合素結(jié)合2 與羥基磷灰石和細胞結(jié)合3 促進破骨細胞與骨基質(zhì)中的分子結(jié)合 增加破骨細胞的骨吸收能力4 與膠原纖維結(jié)合形成局部高濃度的鈣 導致礦物質(zhì)沉積 骨橋蛋白osteopontin在分化的骨細胞和許多軟組織中表達作用 1 在骨的礦化 成骨細胞和破骨細胞與骨基質(zhì)的黏附過程中起作用2 在細胞介導的免疫反應中起關鍵作用 骨黏連蛋白osteonectin具有與鈣和膠原結(jié)合的區(qū)域作用 推測其參與骨基質(zhì)礦化的開始過程 生長因子growthfactors成骨細胞分泌種類 骨形成蛋白 轉(zhuǎn)化生長因子 集落刺激因子 1顆粒細胞集落刺激因子堿性成纖維細胞生長因子 bFGF 胰島素樣生長因子 生長因子的作用 作用方式1 以自分泌或旁分泌的方式2 結(jié)合進骨基質(zhì)以后作用時間 破骨細胞進行骨吸收時作用 調(diào)節(jié)成骨與破骨的活動 骨形成蛋白BMPbonemorphogeneticprotein表達在骨細胞和很多軟組織中作用 1 BMP 1參與膠原纖維的形成2 BMP 2 3 4 6 7誘導骨生成3 BMP 2成骨細胞的化學趨化劑4 BMP 7與IGF 1協(xié)同作用刺激骨細胞的增值與分化 骨形成蛋白的臨床應用 1 應用BMP 2和BMP 7的骨誘導作用可加速骨折的愈合2 BMP 2可以加強成骨細胞中IL 6和TGF 的表達 三 研究骨組織生物學的意義 牙周病 顏面骨組織缺損 牙列缺失和缺損 即刻及延期種植 口腔正畸 顳下頜關節(jié)以及根尖病變 口腔骨組織及相關組織的生物學特性 第二節(jié) 一 牙槽骨 一 牙槽骨的結(jié)構(gòu) 固有牙槽骨 密質(zhì)骨 松質(zhì)骨 alveolarboneproper corticalbone spongebone 牙槽骨是頜骨包圍牙根的突起部分 又稱為牙槽突 固有牙槽骨 篩狀板 固有牙槽骨是牙槽窩的內(nèi)壁 又稱篩狀板 圍繞于牙根周圍 與牙周膜相鄰 密質(zhì)骨位于牙槽骨的外層 和固有牙槽骨一樣是致密骨 骨的外表面是平行骨板 深部是哈弗系統(tǒng) 松質(zhì)骨介于固有牙槽骨和密質(zhì)骨之間 由骨小梁和骨髓構(gòu)成 二 牙槽骨的生物特征 成分 無機成分70 有機成分22 水8 羥基磷灰石 I型膠原95 蛋白糖原 非膠原蛋白 形態(tài) 致密骨 松質(zhì)骨 固有牙槽骨 密質(zhì)骨 胚胎發(fā)育上看屬于扁骨 是膜內(nèi)化骨高度可塑性變化活躍 與牙的發(fā)育和萌出 乳牙替換 恒牙移動和咀嚼功能均有關系牙萌出和移動的過程中 受壓力側(cè)的牙槽骨發(fā)生吸收 受牽張側(cè)的牙槽骨骨質(zhì)增生不同部位的牙槽骨其結(jié)構(gòu)不盡相同 二 牙周膜 牙周膜 牙周韌帶 由致密結(jié)締組織所構(gòu)成 多纖維排列成束 纖維的一端埋于牙骨質(zhì)內(nèi) 另一端則埋于牙槽窩骨壁里 使牙齒固定于牙槽窩內(nèi) 基本結(jié)構(gòu)牙周膜是纖維性結(jié)締組織 由細胞 纖維及基質(zhì)組成 在牙周膜內(nèi)分布著血管 淋巴 神經(jīng)及上皮剩余基質(zhì)成分膠原I型膠原80 粘蛋白糖蛋白 主要細胞成分成纖維細胞是牙周膜中主要細胞 位于纖維與基質(zhì)之間 分泌膠原 合成基質(zhì)未分化干細胞 具有分化成為骨細胞 成牙骨質(zhì)細胞和成纖維細胞的能力干細胞牙齒修復 牙周膜再生 牙周膜的功能 支持功能 supportivefunction 改建功能 remodelingfunction 感覺功能 sensoryfunction 營養(yǎng)功能 nutritivefunction 三 牙骨質(zhì) 無機成分45 55 鈣和磷 羥基磷灰石有機成分22 膠原 型膠原 95 非膠原蛋白牙骨質(zhì)附著蛋白 cementum derivedattachmentprotein CAP 牙骨質(zhì)來源生長因子 cementum derivedgrowthfactor CGF 無定型基質(zhì) 牙骨質(zhì)是覆蓋于牙根表面的薄層礦化組織 位于牙根部牙本質(zhì)表面 牙骨質(zhì)的生物學特征 在生理情況下 牙骨質(zhì)不像骨組織可以不斷地改建和重塑 只有新生 不被吸收 只有在病理情況下才會發(fā)生吸收 口腔骨組織改建 第三節(jié) 一 骨組織改建的生物學特征 終身改建處于骨吸收和新骨形成的動態(tài)過程骨改建對于維持正常骨的形狀 骨折后修復 維持正常的生理活動都十分重要 正常生理改建病理性改建 二 骨改建的影響因素 花生四烯酸代謝產(chǎn)物前列腺素 第二信號系統(tǒng)骨改建的調(diào)節(jié)因子 一 花生四烯酸代謝產(chǎn)物 前列腺素1 與骨吸收的關系 1 促進破骨細胞的產(chǎn)生和骨組織改建 2 介導其他細胞激肽 生長因子引起骨吸收 如IL 12 與骨形成的關系低濃度促進成骨細胞DNA合成和細胞復制 高濃度抑制細胞分化 一 花生四烯酸代謝產(chǎn)物 前列腺素3 影響前列腺素產(chǎn)生的因素 1 激素 生長因子和細胞激肽 2 前列腺素的自身放大作用 3 機械力 細胞信號分子包括 短肽 蛋白質(zhì) 氣體分子 NO CO 以及氨基酸 核苷酸 脂類和膽固醇衍生物等等 其共同特點是 特異性 只能與特定的受體結(jié)合 高效性 幾個分子即可發(fā)生明顯的生物學效應 這一特性有賴于細胞的信號逐級放大系統(tǒng) 可被滅活 完成信息傳遞后可被降解或修飾而失去活性 保證信息傳遞的完整性和細胞免于疲勞 二 第二信號系統(tǒng)在骨改建中的作用 脂溶性信號分子 如甾類激素和甲狀腺素 可直接穿膜進入靶細胞 與胞內(nèi)受體結(jié)合形成激素 受體復合物 調(diào)節(jié)基因表達 水溶性信號分子 如神經(jīng)遞質(zhì) 細胞因子和水溶性激素 不能穿過靶細胞膜 只能與膜受體結(jié)合 經(jīng)信號轉(zhuǎn)換機制 通過胞內(nèi)信使 如cAMP 或激活膜受體的激酶活性 如受體酪氨酸激酶 引起細胞的應答反應 所以這類信號分子又稱為第一信使 primarymessenger 而cAMP這樣的胞內(nèi)信號分子被稱為第二信使 secondarymessenger 目前公認的第二信使有cAMP cGMP 三磷酸肌醇 IP3 和二酰基甘油 DG Ca2 第二信使的作用 轉(zhuǎn)換和放大的作用 cAMP和IP3均屬于G蛋白耦聯(lián)受體所介導的細胞信號通路 激素 G蛋白耦聯(lián)受體 G蛋白 腺苷酸環(huán)化酶 cAMP 依賴cAMP的蛋白激酶A 基因調(diào)控蛋白 基因轉(zhuǎn)錄 cAMP傳導途徑 IP3傳導途徑 胞外信號分子與細胞表面G蛋白耦聯(lián)型受體結(jié)合 激活質(zhì)膜上的磷脂酶C PLC 使質(zhì)膜上4 5 二磷酸磷脂酰肌醇 PIP2 水解成1 4 5 三磷酸肌醇 IP3 和二?；视?DG 兩個第二信使 胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號 三 骨改建影響因素概論 全身因素 systemicfactors 局部因素 localfactors 其他因素 全身因素 鈣調(diào)節(jié)激素 甲狀旁腺素 Parathormone PTH 1 25 OH 2維生素D3 activevitaminD3 降鈣素 Calcitonin CT 性激素 雌激素 Estrogen 睪丸激素 Testosterone 其他 生長激素 growthhormone 甲狀腺激素 Thyroidhormone 皮質(zhì)醇激素 Cortisol 局部因素 生長因子 Growthfactors 白細胞介素Interleukins IL 腫瘤壞死因子 Tumournecrosisactors 干擾素 Interferons 集落刺激因子 Colonystimulatingfactors 其他 生長因子 胰島素樣生長因子Insulin likegrowthfactors IGF I II 轉(zhuǎn)化生長因子 家族Transforminggrowthfactors TGF s1 3 成纖維細胞生長因子Fibroblastgrowthfactorsacidicandbasic aFGF bFGF 血小板衍生的生長因子Plateletderivedgrowthfactor PDGF 骨形成蛋白BonemorphogeneticproteinsBMPs1 7 白細胞介素 IL 1 IL 3 MultiCSF IL 4 IL 6 IL 8 腫瘤壞死因子 TNF TNF IFN 干擾素 集落刺激因子 GM 粒細胞 巨噬細胞 CSF M 巨噬細胞 CSF 前列腺素Prostaglandins 甲狀旁腺激素相關肽Parathyroidhormonerelatedpeptide PTH RP 降鈣素相關肽Calcitoningenerelatedpeptide CGRP 其他 局部 其他 電刺激Electricalstimulus 環(huán)境因素Environmental 溫度 氧水平 酸堿平衡 局部應力Localstresses 1 25 OH 2維生素D3 1 25 OH 2維生素D3總的調(diào)節(jié)效果是使血鈣 血磷增高 對骨亦有溶骨和成骨的雙重作用 作用與PTH 甲狀旁腺激素 相反 其作用是抑制破骨作用 抑制鈣 磷的重吸收 降低血鈣和血磷 降鈣素CT 雌激素 對成骨細胞和破骨細胞均有作用 抑制骨鹽溶解 促進成骨 睪丸激素 對骨形成直接的促進作用 并且通過促進肌肉生長間接促進骨形成 可在脂肪細胞里轉(zhuǎn)化為雌激素 胰島素樣生長因子IGF 促進成骨細胞增值 通過成骨細胞介導 促進單核的破骨細胞前體分化 促進成熟破骨細胞骨吸收 轉(zhuǎn)化生長因子 家族 作用比較復雜 多變 促進成骨細胞增值 分化 抑制IL 1和維生素D3誘導的骨吸收和破骨細胞的成熟分化 成纖維細胞生長因子FGF 促進間充質(zhì)細胞 前成骨細胞增值 促破骨細胞分化與PGE有關 血小板衍生的生長因子 可以增加間充質(zhì)細胞IGF的合成 促進成熟破骨細胞骨吸收 骨形成蛋白 目前已知的唯一可以獨立在體內(nèi)異位成骨的生長因子 腫瘤壞死因子TNF 促進破骨細胞前體向破骨細胞轉(zhuǎn)化 通過成骨細胞的介導 具有明顯的促進骨吸收的作用 干擾素 可抑制前破骨細胞的增生 分化 從而抑制破骨細胞性骨吸收 是一種多功能的細胞因子 IL IL 1是骨吸收的有效的強力刺激因子 它可以刺激成骨細胞產(chǎn)生PGE2 介導骨吸收 還可刺激成纖維細胞與吞噬細胞產(chǎn)生膠原酶 活化破骨細胞而促進骨吸收 IL 2可以通過刺激破骨細胞分泌促進骨吸收 IL 6為多功能的細胞因子 是介導破骨細胞性骨吸收的中心因子 具有顯著促進骨吸收的作用 集落刺激因子 M CSF是破骨細胞分化過程中不可缺少的因子 前列腺素PGE 通過增加cAMP含量促骨吸收 幾乎所有促進或抑制骨吸收的細胞因子均影響PGE的合成 對成骨細