ระบบโครงกระดูก  

            ระบบโครงกระดูก ประกอบด้วย กระดูก (bone) และกระดูกอ่อน (cartilage) ซึ่งทำหน้าที่หลายอย่างด้วยกัน ได้แก่
     1. เป็นโครงของร่างกาย ทำให้ร่างกายคงรูปร่างอยู่ได้
     2. ช่วยป้องกันอันตรายให้กับอวัยวะภายในที่สำคัญๆ เช่น กะโหลกศีรษะป้องกันอันตรายให้กับสมอง กระดูกซี่โครงป้องกันอันตรายให้กับปอด และหัวใจ
     3. ช่วยในการเคลื่อนไหว ที่ผิวของกระดูกจะมีกล้ามเนื้อมายึดเกาะ เมื่อกล้ามเนื้อมีการหดตัว ก็จะทำให้ข้อต่อมีการเคลื่อนไหว
     4. เป็นแหล่งเก็บสะสมแคลเซี่ยม
     5. การสร้างเม็ดเลือด (hemopoiesis) ภายในกระดูกบางชิ้นของร่างกาย เช่น กระดูกหน้าอก (sternum) กระดูกซี่โครง (rib) จะมีไขกระดูก (bone marrow) ไขกระดูกจะทำหน้าที่ในการสร้างเม็ดเลือด

กระดูกอ่อน (Cartilage)

          กระดูกอ่อนเป็นเนื้อเยื่อเกี่ยวพันชนิดหนึ่ง ประกอบด้วย เซลล์ chondrocytes ฝังตัวอยู่ภายใน matrix matrix ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ fiber อาจเป็น collagen fiber และหรือ elastic fiber กับ ground substance ซึ่งเป็นสารพวก glycosaminoglycans chondrocyte จะทำหน้าที่สร้าง matrix
ความแตกต่างในแง่ของปริมาณ และชนิดของ fiber ที่อยู่ภายใน matrix มีผลให้คุณสมบัติของกระดูกอ่อนแตกต่างกันไป ทำให้สามารถจำแนกชนิดของกระดูกอ่อนได้เป็น 3 ชนิด คือ
1. Hyaline cartilage
2. Elastic cartilage
3. Fibrocartilage
Hyaline cartilage

          ในผู้ใหญ่ จะพบกระดูกอ่อนชนิดนี้ได้ที่ ผนังของจมูก, กล่องเสียง (larynx), ท่อลม (trachea), bronchus,costal cartilage และ articular cartilage
          matrix ของกระดูกอ่อนชนิดนี้ ประกอบด้วย collagen fiber และamorphous intercellular substance
          ส่วนของ matrix ที่อยู่ล้อมรอบขอบๆ ของ chondrocyte เรียกว่า capsule ซึ่งเป็นบริเวณที่ติดสี basic (สีน้ำเงิน) ซึ่งส่วนนี้จะมี glycosaminoglycans มากแต่ไม่มี collagen fiber
          Chondrocyte ส่วนที่อยู่ขอบๆ ของแท่งกระดูกอ่อนชนิดนี้จะมีรูปร่างรี ที่อยู่ถัดเข้ามาด้านในจะมีรูปร่างกลม เซลล์นี้อาจจะอยู่เป็นเซลล์เดียวเดี่ยวๆ หรืออาจจะอยู่เป็นกลุ่มๆ ซึ่งแต่ละกลุ่มอาจประกอบด้วยเซลล์ได้มากถึง 8 เซลล์ เรียก กลุ่มเซลล์นี้ว่า isogenic group หรือ cell nest ซึ่งเป็นการบ่งบอกว่า มันเกิดจากการแบ่งตัวมาจากเซลล์ chondroblast ตัวเดียวกัน
          Hyaline cartilage ทั้งหมดมีเยื่อหุ้มกระดูกอ่อนที่เรียกว่า perichondrium หุ้ม ยกเว้น articular cartilage

 Elastic cartilage

          กระดูกอ่อนชนิดนี้มีโครงสร้างคล้ายกับ hyaline cartilage ใน matrix นอกจากมี collagen fiber แล้ว ยังมี elastic fiber จำนวนมาก ซึ่งทำให้กระดูกอ่อนชนิดนี้มีความยืดหยุ่น สามารถบิดงอได้ กระดูกอ่อนชนิดนี้มีสีเหลือง เนื่องจากมี elastin ซึ่งเป็นองค์ประกอบของ elastic fiber เราพบกระดูกอ่อนชนิดนี้ได้ที่ ใบหู ผนังของหูชั้นนอก Eustatian tube ฝาปิดกล่องเสียง (epiglottis) เป็นต้น

Fibrocartilage

         กระดูกอ่อนชนิดนี้มีลักษณะก้ำกึ่งระหว่าง dense connective tissue กับ hyaline cartilage chondrocyte จะมีการเรียงตัวเป็นแถวยาว ภายใน matrix มี collagen fiber เส้นหยาบ ซึ่งเห็นได้ชัดเมื่อดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ธรรมดา ส่วนใหญ่แล้ว collagen fiber จะเรียงตัวขนานกัน กระดูกอ่อนชนิดนี้ไม่มี perichondriumหุ้ม เราพบกระดูกอ่อนชนิดนี้ได้ที่ pubic symphysis หมอนรอง กระดูกสันหลัง (intervertrebral disk) เอ็นยึดกระดูก (ligament) บางแห่งเอ็นของกล้ามเนื้อ (tendon)

กระดูก (Bone)

          กระดูกเป็นเนื้อเยื่อที่แข็งที่สุดในร่างกาย กระดูกแตกต่างจากกระดูกอ่อน ตรงที่กระดูกมีหลอดเลือดมาเลี้ยงโดยตรง ระยะที่ไกลที่สุดที่เซลล์กระดูกอยู่ห่างจากหลอดเลือดฝอยจะไม่เกิน 0.1 มม. เซลล์กระดูกที่อยู่ห่างจากหลอดเลือดฝอยจะได้รับสารอาหารผ่านทาง canaliculi ซึ่งเป็นช่องว่างเล็กๆ ที่ทำหน้าที่เชื่อมติดต่อกับ lacuna ที่อยู่ใกล้กัน lacuna เป็นช่องว่างที่เป็นที่อยู่ของเซลล์กระดูก ส่วน canaliculi เป็นที่อยู่ของ cytoplasmic process ของเซลล์กระดูก

 

 ภาพโดย : http://www.lks.ac.th/bioweb/picbio/b92.JPG

ชนิดของกระดูก (Types of bone)

          เราสามารถที่จะจำแนกกระดูก ตามลักษณะรูปร่างได้เป็น 4 ชนิด คือ
   1. กระดูกยาว (Long bone) ได้แก่ กระดูก humerus, กระดูก ulna,กระดูก femur, กระดูก tibia, กระดูก fibula และกระดูกนิ้วมือและนิ้วเท้า (phalanges)
   2. กระดูกสั้น (Short bone) ได้แก่ กระดูกข้อมือ (carpal bone) และกระดูกข้อเท้า (tarsal bone)
   3. กระดูกแบน (Flat bone) ได้แก่ กระดูกบางชิ้นของกะโหลกศีรษะ เช่นกระดูก frontal, กระดูก parietal เป็นต้น กระดูกสะบัก (scapula)
   4. กระดูกรูปร่างแปลกๆ (Irregular bone) ได้แก่ กระดูกสันหลัง (vertrebra) กระดูกบางชิ้นของกะโหลกศีรษะ เช่น กระดูก sphenoid กระดูกethmoid และกระดูกขากรรไกรล่าง (mandible)
     นอกจากกระดูก 4 ชนิดนี้แล้ว ยังมีกระดูกอีกชนิดที่เรียกว่า sesamoid bone เป็นกระดูกที่เกิดขึ้นภายใน capsule ของข้อต่อ หรือ เอ็นยึดกล้ามเนื้อ (tendon) ซึ่ง sesamoid bone จะทำหน้าที่ช่วยลดความเสียดทาน (friction) ตัวอย่างของกระดูก sesamoid bone ได้แก่ กระดูกสะบ้า (patella) ซึ่งเป็น sesamoid bone ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในร่างกาย นอกจากนี้ยังพบได้ที่บริเวณโคนนิ้วโป้ง และโคนนิ้วหัวแม่เท้า
Pneumatic bone เป็นกระดูกที่มีโพรง (sinus) อยู่ภายในกระดูก ได้แก่ กระดูก frontal, กระดูก maxilla, กระดูก sphenoid, และกระดูก ethmoid

ลักษณะทางมหกายวิภาคของกระดูก (Gross structure of bone)

          ถ้าเราผ่ากระดูก แล้วดูด้วยตาเปล่าหรือใช้แว่นขยายส่องดู เราสามารถจะแยกเนื้อกระดูกออกเป็น 2 ชนิด คือ
1. Cancellous (spongy) bone มีลักษณะเป็นรูพรุนคล้ายฟองน้ำ ประกอบด้วย กระดูกชิ้นเล็กๆ บางๆ (trabeculae) เชื่อมโยงกันเป็นร่างแห และระหว่าง trabeculae จะมีช่องว่าง ซึ่งภายในช่องว่างนี้มีไขกระดูก (bone marrow)
2. Compact bone มีลักษณะเนื้อแข็งทึบ

กระดูกยาว ประกอบด้วย diaphysis และ epiphyses

         Diaphysis เป็นลำที่อยู่ตรงกลางของแท่งกระดูกยาว รูปร่างทรงกระบอก ภายในกลวง ประกอบด้วย compact bone เป็นหลัก ชั้นในสุดมี spongy bone เป็นชั้นบางๆ ล้อมรอบช่องว่างที่อยู่ตรงกลาง diaphysis เรียกช่องว่างนี้ว่า marrow cavity (medullary cavity)
         Epiphyses เป็นปลายสุดสองด้านของกระดูกยาว มีลักษณะเป็นกระเปาะประกอบด้วย spongy bone ซึ่งมี compact bone ชั้นบางๆ ล้อมรอบอีกที

         ที่ผิวด้านนอกของกระดูกจะมี fibrous membrane หุ้มรอบ เรียกว่า เยื่อหุ้มกระดูก (periosteum) collagen fiber บางส่วนของเยื่อหุ้มกระดูกจะยื่นเข้าไปในเนื้อกระดูก เพื่อยึดกระดูกเข้ากับเยื่อหุ้มกระดูก เรียก Sharpey's fiber ภายในเยื่อหุ้มกระดูกจะมีหลอดเลือด หลอดน้ำเหลือง และเส้นประสาท เลือดซึ่งนำอาหารมาเลี้ยงกระดูกนั้น ได้มาจาก 2 ทางด้วยกัน คือ จากหลอดเลือดจากชั้นของเยื่อหุ้มกระดูก กับหลอดเลือด nutrient artery ซึ่งจะแทงผ่าน diaphysis และยังผ่านเข้าไปถึง marrow cavity ด้วย
         เยื่อหุ้มกระดูก แบ่งได้เป็น 2 ชั้น คือ ชั้นนอกที่มีเส้นใย เรียก fibrous layer ส่วนชั้นในเรียกว่า osteogenic layer จะประกอบด้วยเซลล์ที่คล้ายกับ fibroblastซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงตัวมันไปเป็นเซลล์ที่สร้างกระดูก ที่เรียกว่า osteoblast เซลล์เหล่านี้จะมีบทบาทสำคัญในการเจริญเติบโตของกระดูกในวัยเด็ก และการซ่อมแซมของกระดูกที่แตกหักในวัยผู้ใหญ่ด้วย กระดูกทุกชิ้นจะมีเยื่อหุ้มกระดูกหุ้ม ยกเว้น articular surface
         Endosteum เป็นชั้นของ membrane ที่บุ marrow cavity มีโครงสร้างคล้ายกับ periosteum แต่เป็นชั้นที่บางกว่า และไม่สามารถแยกเป็น 2 ชั้นได้เช่นเดียวกับใน periosteum

กระดูกสั้น
         ประกอบด้วย spongy bone อยู่ตรงกลาง แล้วมี compact bone ล้อมรอบ

กระดูกแบน
         ประกอบด้วย compact bone 2 แผ่นประกบกัน แล้วตรงกลางระหว่าง compact bone 2 แผ่นนี้ จะเป็นชั้นของ spongy bone ซึ่งชั้น spongy bone ที่กระดูกแบนของกะโหลกศีรษะ เรียกว่า diploe

ลักษณะทางจุลกายวิภาคของกระดูก (Microscopic structure)
        กระดูกประกอบด้วย เซลล์ และ intercellular matrix เซลล์กระดูกเรียกว่า osteocyte ฝังตัวอยู่ภายในช่องว่างที่อยู่ภายใน matrix ที่เรียกว่า lacuna ซึ่งจะติดต่อกับ lacuna ที่อยู่ใกล้เคียงโดยผ่านทาง canaliculi ซึ่งเป็นช่องว่างเล็กๆ ภายใน canaliculi จะมี cytoplasmic process ของ osteocyte อยู่

         เซลล์ที่ทำหน้าที่สร้างกระดูก เรียกว่า osteoblast เราจะพบเซลล์ชนิดนี้ได้ที่บริเวณขอบด้านนอกของเนื้อกระดูก เซลล์นี้มีรูปร่างรูปลูกบาศก์ (cuboid) ทำหน้าที่สร้างสารอินทรีย์ที่เป็นองค์ประกอบของ matrix เมื่อมันสร้าง matrix หุ้มรอบตัวมันแล้ว มันก็จะกลายเป็น osteocyte ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีรูปร่างแบนลงฝังตัวอยู่ภายใน lacuna แล้วมี cytoplasmic process ยื่นออกจากตัวเซลล์ทุกทิศทุกทาง นอกจากนี้ยังมีเซลล์อีกชนิดที่ทำหน้าที่ในการกัดกร่อนเนื้อกระดูก (bone resorption) เรียกว่า osteoclast เป็นเซลล์ขนาดใหญ่ มีรูปร่างไม่แน่นอน มีนิวเคลียสหลายอันตั้งแต่ 6-50 นิวเคลียส พบเซลล์นี้บริเวณขอบๆ ของเนื้อกระดูก บริเวณที่มีการกัดกร่อนของเนื้อกระดูกเกิดขึ้น พบว่า osteoclast จะอยู่ภายใน matrix ที่มีลักษณะเป็นแอ่งหวำ เรียกแอ่งนี้ว่า Howship's lacuna

Intercellular matrix แบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือ
   1. สารอินทรีย์ (Organic substance) ประกอบด้วย collagen, glycosaminoglycans, proteoglycans และ glycoprotein
   2. สารอนินทรีย์ (Inorganic substance) จะเป็นองค์ประกอบหลัก คือ ประมาณ 65% เป็นส่วนที่ทำให้กระดูกมีความแข็ง ประกอบด้วย แคลเซี่ยมฟอสเฟต,แคลเซี่ยมคาร์บอเนตเป็นส่วนใหญ่ และส่วนน้อยเป็น แมกนีเซียม,ไฮดรอกไซด์, ฟลูออไรด์และซัลเฟต
ถ้าเอา compact bone มาศึกษา จะพบว่าเซลล์กระดูกและ fiber ของกระดูกจะมีการเรียงตัวเป็นชั้นๆ เรียกว่า lamella โดย lamella อาจเรียงตัวขนานกัน หรือเรียงตัวเป็นวงรอบท่อ (concentric lamella) เรียกท่อนี้ว่า central canal (Haversian canal) ซึ่งภายใน canal นี้จะมีหลอดเลือด เส้นประสาท และ loose connective tissue เรารวมเรียกทั้ง lamellae ที่เรียงตัวเป็นวงรอบท่อ Haversian canal และสิ่งที่บรรจุใน canal นี้ว่า Haversian system หรือ Osteon
          ท่อที่ทำหน้าที่เชื่อมติดต่อระหว่าง Haversian canal กับ periosteum หรือ endosteum โดยท่อนี้มีการวางตัวค่อนข้างตั้งฉากกับ Haversian canal เรียกท่อนี้ว่า Volkmann's canal บริเวณขอบด้านนอกของกระดูกนั้น lamellae จะเรียงตัวขนานกันกับผิวของกระดูก เรียกว่า outer circumferential lamellae เช่นกันขอบด้านในของกระดูกที่ติดกับ marrow cavity นั้น lamellae จะมีการเรียงตัวขนานเช่นกัน เรียกว่า inner circumferential lamellae นอกจากนี้ระหว่าง osteon จะมีส่วนของlamella ที่เรียงตัวไม่เป็นระเบียบ เรียกว่า interstitial lamellae
สำหรับ spongy bone นั้น จะมีโครงสร้างเป็น lamellae เช่นกัน แต่ต่างจาก compact bone ตรงที่ lamellae ส่วนใหญ่ที่อยู่ภายใน spicule หรือ trabeculae จะเรียงตัวไม่เป็นระเบียบ และมี osteon น้อย

ภาพโดย : http://www.lks.ac.th/bioweb/picbio/bb11.JPG

การจัดระบบของโครงกระดูก (Organization of the skeleton)
     โครงกระดูกในร่างกายของคนเรานั้น ประกอบด้วยกระดูก 206 ชิ้น ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ
1. Axial skeleton ประกอบด้วย กระดูก 80 ชิ้น
   -กระดูกกะโหลกศีรษะ (skull) 28 ชิ้น
   -กระดูกกล่องบรรจุสมอง (cranium) 8 ชิ้น
   -กระดูกหน้า (face) 14 ชิ้น
   -กระดูกหู (ear ossicle bones) 6 ชิ้น
   -กระดูก hyoid 1 ชิ้น
   -กระดูกสันหลัง (vertrebral column) 26 ชิ้น
   -cervical vertrebrae 7 ชิ้น
   -thoracic vertrebrae 12 ชิ้น
   -lumbar vertrebrae 5 ชิ้น
   -sacrum 1 ชิ้น
   -coccyx 1 ชิ้น
   -กระดูก thorax 25 ชิ้น
   -กระดูกหน้าอก (sternum) 1 ชิ้น
   -กระดูกซี่โครง (rib) 24 ชิ้น

2. Appendicular skeleton ประกอบด้วย กระดูก 126 ชิ้น
   -Shoulder girdle 4 ชิ้น
   -Upper extremity 60 ชิ้น
   -Pelvic girdle 2 ชิ้น
   -Lower extremity 60 ชิ้น

ข้อต่อ (Joint)
          ข้อต่อเป็นตำแหน่งที่กระดูก 2 ชิ้น หรือมากกว่ามาต่อกัน ข้อต่อช่วยให้ร่างกายมีการเคลื่อนไหว
ชนิดของข้อต่อ (Kinds of joint)
การแบ่งชนิดของข้อต่อ แบ่งได้หลายวิธี
     ก. แบ่งตาม degree of movement แบ่งได้เป็น 3 ชนิด
   1. Synarthrosis เป็นข้อต่อทีเคลื่อนไหวไม่ได้
   2. Amphiarthrosis เป็นข้อต่อทีเคลื่อนไหวได้เล็กน้อย
   3. Diarthrosis เป็นข้อต่อทีเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ

     ข. แบ่งตามโครงสร้างที่อยู่ระหว่างกระดูก (intervening structure) แบ่งได้เป็น 3 ชนิด คือ
   1. Fibrousjoint โครงสร้างที่อยู่ระหว่างกระดูกเป็นพวก fibrous tissue
   2. Cartilagenous joint โครงสร้างที่อยู่ระหว่างกระดูกเป็นกระดูกอ่อน
   3. Synovial joint โครงสร้างที่อยู่ระหว่างกระดูกเป็น synovial membrane และ synovial fluid

Fibrous joint กระดูกจะยึดกันด้วย fibrous tissue ข้อต่อชนิดนี้จะเคลื่อนไหวไม่ได้ หรือเคลื่อนไหวได้เล็กน้อย ขึ้นกับความยาวของ collagen fiber ที่ยึดกระดูกไม่มี joint capsule ข้อต่อชนิดนี้ ได้แก่ 
   1. Syndesmosis กระดูกจะยึดกันด้วย dense fibrous tissue ได้แก่ distal tibiofibular joint 
   2. Suture พบที่กะโหลกศีรษะ กระดูกจะอยู่ใกล้กันมาก และมีเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เพียงเล็กน้อยแทรกอยู่ระหว่างกระดูก

Cartilagenous joint ข้อต่อชนิดนี้เคลื่อนไหวได้เล็กน้อย ไม่มี joint cavityและระหว่างกระดูกจะมีกระดูกอ่อนแทรกอยู่ แบ่งย่อยได้เป็น 2 ชนิด คือ
1. Synchondrosis กระดูกอ่อนที่แทรกระหว่างกระดูก จะเป็น hyaline cartilage ได้แก่ 
   1.epiphyseal plate เป็นรอยต่อระหว่าง diaphysis กับ epiphysisซี่งต่อไปจะถูกแทนที่ด้วยกระดูก เราจึงเรียกว่า synostosis 
   2.ข้อต่อระหว่างกระดูกซี่โครงกับกระดูกหน้าอก (sternum) ซึ่งจะเชื่อมกันด้วยกระดูกอ่อนชิ้นใหญ่ที่เรียกว่า costal cartilage
2. Symphysis กระดูกอ่อนที่เชื่อมระหว่างกระดูกเป็น fibrocartilage ได้แก่ 
   1.symphysis pubis เป็นข้อต่อที่อยู่ระหว่าง pubic bone 
   2.ข้อต่อระหว่าง body ของกระดูกสันหลัง (intervertebral joint) ก็จะมี intervertebral disc คั่น

Synovial joint เป็นข้อต่อที่มีการเคลื่อนไหวมากที่สุด ลักษณะของข้อต่อชนิดนี้ คือ 
   1. มี joint cavity (synovial cavity) 
   2. มี joint capsule และ ligament ทำหน้าที่ยึดกระดูกเข้าด้วยกัน และให้ ความแข็งแรงกับข้อต่อ 
   3. มี synovial membrane ซึ่งบุด้านในของ joint capsule ทำหน้าที่สร้าง synovial fluid เพื่อหล่อลื่น
   4. ภายในข้อต่อ อาจมีแผ่นกระดูกอ่อน articular disc หรือ menicus ทำ หน้าที่รับแรงกระแทก