Bài giảng bài 10 sự phát triển của xương

Tất cả các xương trong cơ thể đều hình thành trên cơ sở sự thay thế các mô liên kết có sẵn với hai kiểu: sự tạo xương nội màng và sự tạo xương nội sụn.. Đồng thời, sự cô đặc các lớp mô l

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA XƯƠNG VÀ MỘT SỐ BỆNH LÝ XƯƠNG CHUYỂN HÓA THƯỜNG GẶP

MỤC TIÊU HỌC TẬP

1 Trình bày được quá trình hình thành và tái tạo của xương

2 Trình bày được sự liên quan giữa yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng xương

3 Giải thích được sự thay đổi hình thái của xương trong bệnh xương chuyển hóa

NỘI DUNG

1 Cấu tạo mô học của xương

1.1 Thành phần mô xương

Mô xương là dạng hình thái đặc biệt của mô liên kết Cũng như mô liên kết nói chung, mô xương được tạo thành từ ba thành phần: tế bào, sợi

và chất căn bản, trong đó chất căn bản được calci hoá, làm cho mô xương trở nên rắn chắc Thành phần sợi trong mô xương chủ yếu là collagen type

1 Tế bào trong xương thuộc 2 dòng:

- Dòng tạo cốt bào

+ Tiền tạo cốt bào (tế bào gốc nguồn gốc trung mô phôi thai – có khả năng tăng sinh và biệt hoá) Tế bào này tồn tại suốt đời sau sinh, dưới dạng tế bào phủ miếng xương Chúng được tái hoạt hoá ở người trưởng thành khi cần sửa chữa xương sau tổn thương

+ Tạo cốt bào: tế bào hình vuông hoặc trụ, xếp thành một lớp đơn phủ lên mọi vị trí có sự tạo xương Tạo cốt bào có tính phân cực cao: chúng tích luỹ chất tiền xương (chất căn bản chưa được khoáng hoá) dọc theo giao diện giữa tạo cốt bào với miếng xương Tạo cốt bào khởi động

và kiểm soát sự khoáng hoá chất tiền xương

+ Cốt bào: khi sự tạo xương hoàn tất, tạo cốt bào dẹt xuống và chuyển thành cốt bào

- Dòng huỷ cốt bào: có nguồn gốc đại thực bào tuỷ xương, theo dòng máu

đến mô xương Sau khi gắn vào chất nền xương, huỷ cốt bào tại ra một môi trường acid khu trú cho sự tiêu hút xương Huỷ cốt bào đóng vai trò chính trong tái cấu trúc và thay mới mô xương Quá trình này bao gồm loại bỏ chất nền ở một số vị trí, sau đó thay thế bằng mô xương mới (do tạo cốt bào)

1.2 Phân loại mô xương

- Theo đại thể: Xét theo mật độ có 2 loại xương đặc và xương xốp

+ Xương đặc: dạng khối đặc

+ Xương xốp: dạng lưới các bè xương bao quanh các khoảng trống chứa tuỷ xương

- Theo vi thể: ở người trưởng thành có 2 loại xương: xương lá và xương lưới

+ Xương lá: xương đã trưởng thành, sợi collagen sắp xếp có định hướng Xương lá cứng chắc và hình thành chậm

+ Xương lưới: hiện diện ở xương đang hình thành, collagen sắp xếp không có định hướng Xương lưới có độ cứng kém, sẽ được thay thế bằng xương lá Xương lưới cũng được tạo ra trong quá trình sửa chữa xương gãy

1.3 Cấu trúc của các xương theo hình dạng trong cơ thể

- Xương dẹt: ở mặt ngoài xương là bản xương đặc, bên trong là xương

xốp

- Xương dài: thân xương là mô xương đặc, có một hốc hình ống ở giữa là

hốc tuỷ Đầu xương là mô xương xốp có một lớp xương đặc mỏng bao bên ngoài Ở cá thể còn tăng trưởng: giữa đầu và thân xương có đĩa tăng trưởng đầu xương (mô sụn) nối vào thân xương qua một mô xương xốp Đây chính là vùng tăng trưởng có vai trò giúp xương dài ra trong giai đoạn tăng trưởng

Bề mặt khớp ở đầu cuối các xương là sụn khớp (sụn trong)

- Xương ngắn: Cấu trúc giống đầu xương dài

Ngoại trừ bề mặt khớp và các chỗ có gân và dây chằng bám, hầu hết các xương đều bao bởi màng ngoài xương Hốc tuỷ trong thân xương dài và các khoảng trống trong các vùng xương xốp đều được lót màng trong xương 2 màng này có khả năng tạo xương (xương màng)

2 Sự hình thành và phát triển của xương

2.1 Sự hình thành của xương

Xương có nguồn gốc trung bì phôi thai Tất cả các xương trong cơ thể đều

hình thành trên cơ sở sự thay thế các mô liên kết có sẵn với hai kiểu: sự tạo xương nội màng và sự tạo xương nội sụn

2.1.1 Sự tạo xương nội màng

Tạo xương nội màng là kiểu hình thành của xương vòm sọ và một số xương mặt Quá trình tạo xương nội màng được tóm tắt qua một số giai đoạn:

 Trung mô phôi thai trở thành mô liên kết giàu mạch máu Các tế bào trung

mô vùi mình vào chất nền chứa các sợi collagen

 Tế bào trung mô chuyển đổi thành tạo cốt bào, bắt đầu chế tiết chất căn bản xương Nhiều trung tâm cốt hoá xuất hiện rối sáp nhập lại, tạo nên mạng lưới bè xương phân nhánh giống mô xốp, gọi là xương xốp nguyên phát Do lúc này sợi collagen xếp lộn xộn, xương tạo ra được gọi là xương lưới

 Calci phosphat được nhập vào chất căn bản theo cách đắp vào

 Các sợi collagen được sắp xếp lại thành bó có định hướng, xương lưới trở thành xương lá Đồng thời, sự cô đặc các lớp mô liên kết phía ngoài và phía trong xương tạo thành màng ngoài xương và màng trong xương chứa các tiền tạo cốt bào có khả năng tạo xương

Ở xương vòm sọ, lúc mới sinh các xương phát triển chưa hoàn tất, các xương cách nhau bởi các khoảng trống gọi là thóp, chứa mô tạo xương Thóp trước có thể hơn một năm mới lấp kìn hết Sau khi thóp đã lấp kín, sọ vẫn tiêps tục lớn cho đến khi trưởng thành Ở trẻ em, nền xương có cả mô xương lưới và

mô xương lá

2.1.2 Sự tạo xương nội sụn

Phần lớn xương trong cơ thể hình thành theo con đường này: xương chi, xương cột sống, xương chậu, xương nền sọ Các khuôn mẫu sụn trong xuất hiện vào khoảng tuần thứ 6 của thai kì Quá trình hình thành xương theo con đường cốt hoá trên nền khuôn mẫu sụn sẽ diễn ra như sau:

 Mạch máu xâm nhập vào khoảng trống trước đó đã có các tế bào sụn phì đại rồi phân nhánh toả về hai đầu trung tâm cốt hoá

 Các tế bào gốc dòng tạo xương và tế bào gốc dòng tạo máu tiến vào lõi

mô sụn, đi theo mô liên kết xung quanh các mạch máu đang xâm nhập Sau đó các tế bào dòng tạo xương biệt hoá trở thành các cốt bào, tập hợp trên bề mặt sụn calci hoá và bắt đầu đắp chất nền xương

 Trung tâm cốt hoá nguyên phát (bao gồm vòng xương màng và trung tâm cốt hoá bên trong miếng sụn khuôn mẫu) ở thân xương Trung tâm cốt hoá thứ phát ở hai đầu xương thì xuất hiện muộn hơn Giống như ở thân xương, các mạch máu cũng tiến đến, xâm lấn vào khoảng trống giữa các

tế bào sụn lúc này đã phì đại và bắt đầu bồi đắp chất nền xương, kết quả là tạo ra xương xốp ở giữa miếng sụn khuôn mẫu Song song với sự phát triển của trung tâm cốt hoá thứ phát, vòng xương màng được tạo ra và lan

về hai phía đầu xương

Sự phát triển trung tâm cốt hoá nguyên phát ở thân xương dài bắt đầu vào khoảng tuần thứ 12 của thai kì Sau khi trẻ được sinh ra, các trung tâm cốt hoá thứ phát mới phát triển ở các đầu xương Hầu hết mô sụn đầu xương được thay thế bằng mô xương, trừ sụn khớp và đĩa tăng trưởng đầu xương (sụn tiếp hợp) Đĩa tăng trưởng đầu xương giúp xương dài ra Cuối giai đoạn tăng trưởng, đĩa tăng trưởng đầu xương thu hẹp dần trở thành đường đầu xương do sự tiến lại gần nhau của đầu và thân xương Khi đĩa tăng trưởng đầu xương biến mất sau tuổi dậy thì (khoảng 13 – 15 tuổi ở nữ và 16 – 17 tuổi ở nam), xương đạt chiều dài tối đa và không còn tăng trưởng chiều dài nữa

Ở các xương dài thì đĩa sụn có ở cả 2 đầu xương Các xương nhỏ hơn như xương đốt ngón tay thì đĩa sụn chỉ có ở 1 đầu xương Ở xương đa dạng như xương đốt sống thì có 1 hoặc vài trung tâm cốt hoá nguyên phát và vài trung tâm cốt hoá thứ phát

Khi xương tăng trưởng chiều dài, các lớp xương mới được đắp thêm vào thành ngoài của thân xương theo cách tăng trưởng đắp nhờ vòng xương màng ở giữa thân xương Vòng xương màng này cũng bù trừ giúp xương vững chắc khi miếng sụn khuôn mẫu bị bào mòn nhưng lại chưa được thay thế bằng mô xương

Sau tạo xương nội sụn, tổ chức của xương được tái cấu trúc theo 1 quá trình gồm: sự tiêu hút xương của huỷ cốt bào, sự tích luỹ xương mới do tạo cốt

bào Kết quả: mô xương xốp được thay thế bằng mô xương đặc nhờ quá trình tạo cốt bào đắp các lá xương lên bề mặt các hốc chứa mạch máu (xương Harves)

2.2 Sự tái cấu trúc xương

Sự tái cấu trúc xương là sự thay thế mô xương cũ bằng mô xương mới thông qua quá trình tiêu hút – sản xuất mô xương với sự tham gia của tạo cốt bào và huỷ cốt bào Đây là quá trình liên tục suốt đời và xảy ra tại các vị trí ngẫu nhiên Mục tiêu của tái cấu trúc là tạo ra sự cứng chắc tối ưu cho xương bàng 1 quá trình sữa chữa tổn thương dưới vi thể (nứt vi thể) và cũng để duy trì cân bằng canxi nội môi

Ở điều kiện bình thường, khối lượng mô xương bị tiêu hút ngang với khối lượng mô xương mới được thay thế Nếu mô xương bị tiêu hút không được thay thế bằng mô xương mới, xương sẽ suy yếu và nguy cơ gãy xương ngẫu nhiên tăng lên

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng xương

Xương là mô có tính chất cứng rắn, phù hợp với chức năng tạo bộ khung chống đỡ, bảo vệ mô mềm Xương cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động chuyển hoá calci của cơ thể Trong thành phần của xương, chất vô cơ chiếm đến 50% trọng lượng khô của chất nền, trong đó thành phần calci đặc biệt phong phú

và đóng vai trò quyết định với chất lượng xương

Calci có ở cả trong và ngoài tế bào, sự ổn định nồng độ nội môi Ca2+ được điều hoà bởi: (1) hormon tuyến cận giáp, (2) calcitonin và (3) vitamin D

- Hormon tuyến cận giáp (Parathyroid hormon – PTH) làm tăng Ca2+ máu

do tác động lên hai vị trí: (1) kích thích tái hấp thu Ca2+ ở ống sinh niệu và hoạt hoá sản xuất vitamin D; (2) kích thích huỷ cốt bào tiêu hút mô xương

để giải phóng Ca2+ vào máu

Ở xương PTH gắn vào thụ thể bề mặt tạo cốt bào để điều hoà tổng hợp protein cần cho sự biệt hoá tạo thành huỷ cốt bào Cường tuyến cận giáp sẽ dẫn đến huỷ cốt bào hoạt động quá mạnh, gây tiêu hút mô xương quá nhiều và tạo thành các khoảng trống trong xương

- Calcitonin tiết ra từ tế bào C nang tuyến giáp, đối kháng về mặt chức năng

với PTH Calcitonin ức chế sự huy động calci từ mô xương vào máu, được kích thích khi có tăng calci máu

- Vitamin D được tạo ra với sự tham gia của da, gan và thận, có vai trò làm

tăng sự hấp thu Ca2+ ở ruột do kích thích các tế bào hấp thu ở biểu mô ruột tổng hợp ra protein gắn Ca2+

Các bệnh lý và các bất thường khác gây ảnh hưởng đến 3 thành phần kể trên đều có thể tác động làm ảnh hưởng đến chất lượng xương

4 Một số bệnh lý xương chuyển hoá thường gặp

Là các bệnh rối loạn chuyển hóa có thể gây ra các tổn thương thứ phát ở xương, bao gồm tình trạng giảm khối lượng xương (do mất cân bằng giữa hoạt động tạo xương và hủy xương) và tình trạng giảm khoáng hóa xương

4.1 Bệnh mềm xương (Osteomalacia) và bệnh còi xương (Rickets)

Bệnh mềm xương là bệnh đặc trưng bởi tình trạng khoáng hóa không đầy

đủ chất dạng xương Xương không được khoáng hóa đầy đủ nên dễ gãy Bệnh xảy ra ở trẻ em được gọi là bệnh còi xương, vì xương còn đang tăng trưởng, sụng tiếp hợp chưa đóng nên bộ xương dễ bị biến dạng

- Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu là tình trạng thiếu hụt vitamin D hoặc hoặc rối loạn chuyển hóa vitamin D, cụ thể:

+ Tình trạng thiếu hụt vitamin D xảy ra khi nguồn thực phẩm cung cấp không đủ vitamin D; thiếu tiếp xúc với ánh nắng; hoặc kém hấp thu tại ruột do các bệnh lý đường tiêu hóa (ví dụ bệnh Crohn, tắc nghẽn đường mật,…)

+ Rối loạn chuyển hóa vitamin D bẩm sinh hoặc mắc phải (mức độ khác nhau, biểu hiện chung là thiếu hụt các enzyme cần thiết cho quá trình hydroxyl hóa vitamin tại gan và thận)

- Hình thái tổn thương:

* Trong bệnh mềm xương ở người lớn:

+ Đại thể: Xương giảm độ cứng chắc (nên được gọi là mềm, nhuyễn xương) và dễ gãy Thường tình cờ phát hiện bệnh qua chụp Xquang, hoặc gặp phải bệnh lý gãy xương

+ Vi thể: Các bè xương được phủ bởi một lớp chất dạng xương dày hơn bình thường hàng chục lần (bình thường dày không quá 12 µm)

* Trong bệnh còi xương ở trẻ em:

+ Đại thể: Tùy vị trí có thể quan sát thấy sự biến dạng của xương, ví dụ hộp sọ dẹt vùng chẩm, lồng ngực chim bồ câu, chuỗi hạt sườn, lưng gù, chân ngắn và cong vòng; sự biến dạng tăng lên khi trẻ đi lại,…

+ Vi thể: Tổn thương tập trung tại đĩa sụn tiếp hợp: Đĩa sụn tiếp hợp phình to với các tế bào sụn kích thước lớn, sắp xếp lộn xộn (do sụn tiếp tục tăng sinh trong khi xương lại mềm đi vì không được khoáng hóa)

4.2 Bệnh loãng xương (Osteoporosis)

Là bệnh xương chuyển hóa rất thường gặp, đặc trưng bởi tình trạng suy giảm khối lượng xương đã được khoáng hóa, làm tăng nguy cơ gãy xương Bệnh loãng xương thường lan tỏa trên toàn bộ hệ xương, chỉ một số trường hợp mới xảy ra khu trú ở vài xương (ví dụ trường hợp liệt chi)

Đối với kiểu lan tỏa, phân biệt thành hai loại:

- Loãng xương nguyên phát, xảy ra ở phụ nữ mãn kinh và người cao tuổi (>70 tuổi) Bệnh căn chưa rõ ràng, có thể hiểu như quá trình lão hóa, thoái triển của xương

- Loãng xương thứ phát, có nguyên nhân, cơ chế bệnh sinh khá rõ ràng như:

+ Các rối loạn nội tiết: Cường tuyến cận giáp (do khối u tuyến cận giáp, suy thận), làm tăng hoạt động hủy xương của hủy cốt bào

+ Các bệnh máu ác tính như đa u tủy, một số bệnh bạch cầu, u lympho cũng làm tăng hoạt động của hủy cốt bào

+ Bệnh lý hệ tiêu hóa làm kém hấp thu calci, phospho và vitamin ở ruột + Biến chứng sau dùng một số loại thuốc, đặc biệt là corticoid

- Cơ chế bệnh sinh: Loãng xương nguyên phát là loại thường gặp nhất, nói tới bệnh loãng xương là có ý nói về loại này Tuy bệnh căn chưa thực sự rõ ràng, nhưng có thể xem như đây là quá trình lão hóa, thoái triển (sinh lý) của xương Các yếu tố ảnh hưởng:

+ Các biến đổi do tuổi: Tuổi càng cao thì hoạt động tạo cốt bào càng yếu, trong khi đó hoạt động của hủy cốt bào vẫn như trước

+ Sự suy giảm hàm lượng estrogen ở phụ nữ mãn kinh sẽ kích thích hoạt động của hủy cốt bào qua trung gian interleukin 1 và TNF

+ Sự suy giảm tự nhiên các hoạt động thể lực ở người già sẽ hạn chế hoạt động tu sửa xương, dẫn đến tăng mất xương

+ Chế độ dinh dưỡng không cung cấp đủ calci, phospho, vitamin D

- Hình thái tổn thương:

+ Đại thể: Biểu hiện loãng xương ở toàn thể bộ xương, nhưng rõ nhất trên các xương xốp như xương đốt sống, cổ xương đùi và đầu dưới xương quay, biểu hiện bởi sự gãy, biến dạng, hoặc xẹp xuống Vỏ xương đặc mỏng hơn, diện cắt thưa thớt lá xương hơn so với bình thường

+ Vi thể: Các bè xương của vùng xương xốp số lượng giảm, phân bố thưa thớt, rời rạc

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trịnh Bình (2007), Mô học, NXB Y học, tr 56 – 70

2 Abraham L Kierszenbaum và Laura L.Tres (2016), Histology and cell biology – An introduction to Pathology (4th edition), tr 145 – 178

3 T.W.Sadler (2015), Medical Embryology (13th edition), tr 143 – 174

4 Bộ môn Giải phẫu bệnh – ĐHY Phạm Ngọc Thạch (2015), Giải phẫu bệnh học, trang 305-308