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| 骨 | |
|---|---|
 絶滅したゾウの種の更新世氷河期の骨 | |
 10,000倍の倍率で撮影した骨の走査型電子顕微鏡写真 | |
| 識別子 | |
| メッシュ | D001842 |
| TA98 | A02.0.00.000 |
| TA2 | 366、377 |
| TH | H3.01.00.0.00001 |
| ＦＭＡ | 5018 |
| 解剖学用語 [Wikidataで編集] | |
骨は、ほとんどの脊椎動物の骨格の一部を構成する硬い 器官[1]です。骨は体のさまざまな器官を保護し、赤血球と白血球を生成し、ミネラルを貯蔵し、体の構造と支持を提供し、可動性を可能にします。骨にはさまざまな形とサイズがあり、複雑な内部構造と外部構造を持っています。[2]軽量でありながら強くて硬く、さまざまな機能を果たします。
骨組織（骨組織）は、数え切れないほどの意味で骨とも呼ばれ、硬組織、つまり特殊な結合組織の一種です。骨組織は、内部にハニカム状のマトリックスを持ち、骨の強度を高めるのに役立ちます。骨組織は、さまざまな種類の骨細胞で構成されています。骨芽細胞と骨細胞は骨の形成と石灰化に関与し、破骨細胞は骨組織の再吸収に関与しています。変性（扁平化）した骨芽細胞は、骨表面に保護層を形成する内層細胞になります。骨組織の石灰化マトリックスには、主にコラーゲンであるオセインと呼ばれる有機成分と、さまざまな塩からなる骨ミネラルの無機成分があります。骨組織は、皮質骨と海綿骨の2種類の石灰化組織です。骨に含まれる他の種類の組織には、骨髄、骨内膜、骨膜、神経、血管、軟骨があります。
人間の体は生まれたとき、約300個の骨を持っています。これらの多くは成長中に癒合し、成人では多数の小さな種子骨を除いて合計206個の骨が残ります。[3] [4]体の中で最も大きな骨は大腿骨で、最も小さい骨は中耳にあるアブミ骨です。
骨を意味するギリシャ語は ὀστέον (「オステオン」) であり、そのため、オステオパシーなど、多くの用語で接頭辞としてこの語が使用されています。国際標準のTerminologia Anatomicaを含む解剖学用語では、骨を意味する単語はosです(例: os breve、os longum、os sesamoideum )。
構造
骨は均一に固いわけではなく、柔軟なマトリックス（約 30%）と結合したミネラル（約 70%）で構成されており、これらは複雑な構造をしており、特殊な骨細胞のグループによって継続的に再構築されています。骨のユニークな構成とデザインにより、骨は比較的硬く強く、軽量なままになっています。
骨基質は、90～95%が弾性コラーゲン繊維（オセインとも呼ばれる）で構成され、[5]残りは基質です。[6]コラーゲンの弾力性により、骨折に対する抵抗力が向上します。[7]基質は、無機ミネラル塩であるリン酸カルシウムの結合によって硬化し、カルシウムアパタイトの一種である骨ミネラルと呼ばれる化学配列を形成します。[8] [9]この石灰化によって骨に強度が与えられます。
骨は、骨芽細胞と破骨細胞と呼ばれる特殊な骨細胞によって、生涯を通じて活発に構築され、再構築されます。単一の骨内では、組織が皮質骨と海綿骨と呼ばれる 2 つの主なパターンに織り込まれており、それぞれ外観と特徴が異なります。
皮質
骨の硬い外層は皮質骨で構成されており、海綿骨よりもはるかに密度が高いため緻密骨とも呼ばれています。骨の硬い外面（皮質）を形成しています。皮質骨は骨に滑らかで白く硬い外観を与え、成人の骨格の全骨量の80％を占めています。[10]皮質骨は、体全体を支え、臓器を保護し、運動のてことなり、主にカルシウムなどの化学元素を貯蔵および放出するという骨の主な機能を促進します。皮質骨は、それぞれがオステオンまたはハバース系と呼ばれる複数の微細な柱で構成されています。各柱は、骨管と呼ばれる中央の管の周囲に骨芽細胞と骨細胞の複数の層で構成されています。直角のフォルクマン管がオステオンを接続しています。柱は代謝的に活発で、骨が再吸収されて生成されると、オステオン内の細胞の性質と位置が変わります。皮質骨は、その外側の表面が骨膜で覆われ、内側の表面が骨内膜で覆われています。骨内膜は皮質骨と海綿骨の境界です。[11]皮質骨の主要な解剖学的および機能的単位は骨単位です。
小柱
海綿骨またはスポンジ状骨[12] [11]は、海綿骨としても知られ、骨格骨の内部組織であり、バイオフォームの材料特性に従うオープンセル多孔質ネットワークです。[13] [14]海綿骨は皮質骨よりも表面積対体積比が高く、密度が低くなっています。これにより、海綿骨はより弱く、より柔軟になります。表面積が大きいため、カルシウムイオンの交換などの代謝活動にも適しています。海綿骨は通常、長骨の端部、関節付近、および椎骨の内部に見られます。海綿骨は血管が豊富で、多くの場合、造血、つまり血液細胞の生成が起こる赤色骨髄を含んでいます。海綿骨の主要な解剖学的および機能的単位は、海綿骨です。海綿骨は、大腿骨などの長骨内で骨が受ける機械的荷重分散に合わせて整列しています。短骨に関しては、椎弓根における骨梁の配列が研究されてきた。[15]骨内膜に覆われた骨芽細胞の薄い形成物は、骨梁として知られる不規則な空間のネットワークを形成する。[16] これらの空間内には骨髄と造血幹細胞があり、血小板、赤血球、白血球が生じる。 [ 16 ]海綿骨は、器官全体を軽くし、血管と骨髄のためのスペースを確保する棒状および板状の要素のネットワークで構成される。海綿骨は、全骨量の残りの20％を占めるが、表面積は緻密骨のほぼ10倍である。[17]
海綿状と骨梁という言葉は、組織を形成する小さな格子状の単位（骨梁）を指します。これは、クリスオストモ・マルティネスの版画で初めて正確に描かれました。[18]
骨髄
骨髄は赤色骨髄中の骨髄組織としても知られ、海綿状組織を含むほぼすべての骨に存在します。新生児では、そのような骨はすべて赤色骨髄または造血骨髄で満たされていますが、子供が成長するにつれて、造血分画の量が減少し、骨髄脂肪組織（MAT）と呼ばれる脂肪/黄色分画の量が増加します。成人では、赤色骨髄は主に大腿骨、肋骨、椎骨、骨盤骨の骨髄に見られます。[19]
血管供給
骨は心拍出量の約10%を受け取ります。[20]血液は骨内膜に入り、骨髄を流れ、皮質の小血管から出ていきます。 [20]ヒトの場合、骨髄の血中酸素分圧は約6.6%ですが、動脈血では約12%、静脈血と毛細血管血では5%です。[20]
細胞
骨は代謝が活発な組織で、数種類の細胞から構成されています。これらの細胞には、骨組織の生成と石灰化に関与する骨芽細胞、骨組織の再吸収に関与する骨細胞、破骨細胞が含まれます。骨芽細胞と骨細胞は骨芽前駆細胞に由来しますが、破骨細胞はマクロファージと単球に分化する同じ細胞に由来します。[21]骨髄内には造血幹細胞もあります。これらの細胞は白血球、赤血球、血小板などの他の細胞を生み出します。[22]
骨芽細胞
骨芽細胞は単核の骨形成細胞です。骨芽細胞は骨接合部の表面にあり、骨様体と呼ばれるタンパク質混合物を作り、これが石灰化して骨になります。[23]骨様体接合部は、骨の表面にある、まだ石灰化していない新しく形成された有機マトリックスの狭い領域です。骨様体は主にI型コラーゲンで構成されています。骨芽細胞は、骨自体に作用するプロスタグランジンなどのホルモンも製造します。骨芽細胞は、実際に自分の周りに構築することで、新しい骨を作り、修復します。まず、骨芽細胞はコラーゲン繊維を立てます。これらのコラーゲン繊維は、骨芽細胞の働きの枠組みとして使用されます。次に、骨芽細胞はリン酸カルシウムを沈着させ、これが水酸化物イオンと重炭酸イオンによって硬化します。骨芽細胞によって作られた真新しい骨は、骨様体と呼ばれます。[24]骨芽細胞が働きを終えると、骨は硬化して骨の中に閉じ込められます。骨芽細胞が閉じ込められると、骨細胞と呼ばれるようになります。他の骨芽細胞は新しい骨の上に残り、下にある骨を保護するために使用され、骨内層細胞と呼ばれるようになります。[25]
骨細胞
骨細胞は間葉系起源の細胞であり、自らが作り出した骨基質に移動して捕捉され、取り囲まれた骨芽細胞に由来する。[11]骨細胞の細胞体が石灰化したI型コラーゲン基質内で占める空間は小腔として知られ、骨細胞の細胞突起は小管と呼ばれるチャネルを占める。骨細胞の多くの突起は、おそらくコミュニケーションを目的として、骨芽細胞、破骨細胞、骨被覆細胞、および他の骨細胞に出会うために伸びている。[26]骨細胞は、ギャップ結合（小管チャネルを通過する結合した細胞突起）を介して骨内の他の骨細胞と接触を保っている。
破骨細胞
破骨細胞は非常に大きな多核細胞で、骨吸収の過程によって骨を分解する役割を担っています。その後、骨芽細胞によって新しい骨が形成されます。骨は破骨細胞による吸収によって絶えずリモデリングされ、骨芽細胞によって作られています。 [21]破骨細胞は、ハウシップ小窩（または吸収窩）と呼ばれる骨表面に位置する複数の核を持つ大きな細胞です。これらの小窩は、周囲の骨組織が再吸収された結果生じます。[27]破骨細胞は単球幹細胞系に由来するため、循環マクロファージに似た貪食作用のようなメカニズムを備えています。[21]破骨細胞は成熟し、個別の骨表面に移動します。到着すると、酒石酸耐性酸性ホスファターゼなどの活性酵素がミネラル基質に対して分泌されます。 [要出典]破骨細胞による骨の再吸収もカルシウム恒常性維持に役割を果たしている。[27]
構成
骨は、石化した有機マトリックスに埋め込まれた生きた細胞（骨芽細胞と骨細胞）で構成されています。人間の骨の主な無機成分は、骨の主要なミネラルであるハイドロキシアパタイトで、公称組成は Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 です。[28]このマトリックスの有機成分は、主にI 型コラーゲン（「有機」とは、人体によって生成される物質を指す）と無機成分で構成されており、主要なハイドロキシアパタイト相に加えて、塩を含むカルシウムとリン酸の他の化合物が含まれます。骨の無細胞成分の約 30% は有機物で構成され、質量の約 70% は無機相に起因します。[29]コラーゲン繊維は骨に引張強度を与え、散在するハイドロキシアパタイト結晶は骨に圧縮強度を与えます。これらの効果は相乗的です。[29]マトリックスの正確な組成は、栄養とバイオミネラリゼーションにより時間の経過とともに変化する可能性があり、カルシウムとリン酸の比率は1.3〜2.0（重量あたり）の間で変化し、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、炭酸塩などの微量ミネラルも見つかります。[29]
I型コラーゲンは有機マトリックスの90～95%を占め、マトリックスの残りは基質と呼ばれる均質な液体で、ヒアルロン酸やコンドロイチン硫酸などのプロテオグリカン[29]や、オステオカルシン、オステオポンチン、骨シアロプロテインなどの非コラーゲン性タンパク質で構成されています。コラーゲンは、骨に引張強度を与える繰り返し単位の鎖で構成されており、剪断応力を防ぐために重なり合って配置されています。基質の機能は完全にはわかっていません。[29]コラーゲンの配置に応じて、織物状と層状という2種類の骨を顕微鏡で識別できます。
- 織状骨（線維性骨とも呼ばれる）は、コラーゲン繊維が無秩序に組織化されており、機械的に弱いのが特徴である。[30]
- 層状骨はコラーゲンが規則的に平行にシート状に配列しており（「ラメラ」）、機械的に強い。[14] [30]
織状骨は、骨芽細胞が急速に骨様骨を生成するときに生成されます。これは、最初はすべての胎児の骨で発生しますが、後に、より弾力性のある層状骨に置き換えられます。成人では、織状骨は骨折後またはパジェット病で生成されます。織状骨はより弱く、ランダムな配向のコラーゲン繊維の数が少ないですが、形成が速いため、この線維性マトリックスの外観のために、骨は織状と呼ばれています。織状骨はすぐに層状骨に置き換えられますが、層状骨は、周囲の組織に対する骨細胞の割合がはるかに低く、同心円状のシートで高度に組織化されています。妊娠後期の胎児に初めて現れる層状骨[31]はより強く、同じ層の他の繊維と平行な多くのコラーゲン繊維で満たされています (これらの平行な柱はオステオンと呼ばれます)。断面では、繊維は合板のように交互に層になって反対方向に走っており、骨のねじり力に抵抗する能力を助けています。骨折後、最初に網状骨が形成され、それが「骨置換」と呼ばれるプロセスで徐々に層状骨に置き換わる。網状骨と比較すると、層状骨の形成はよりゆっくりと起こる。コラーゲン繊維の整然とした沈着により、類骨の形成は1日あたり約1～2μmに制限される 。層状骨はまた、コラーゲン繊維を平行または同心円状に敷き詰めるために比較的平坦な表面を必要とする。[32]
証言録取
骨の細胞外マトリックスは、コラーゲンと基質の両方を分泌する骨芽細胞によって形成される。これらの細胞はコラーゲンαポリペプチド鎖を合成し、コラーゲン分子を分泌する。コラーゲン分子は近隣分子と会合し、リシルオキシダーゼを介して架橋し、コラーゲン原線維を形成する。この段階ではまだ石灰化されておらず、この未石灰化コラーゲン原線維の領域は「類骨」と呼ばれる。コラーゲン原線維の周囲と内部では、カルシウムとリン酸が数日から数週間以内に沈殿し、その後、炭酸塩置換ハイドロキシアパタイト無機相全体を含む完全に石灰化された骨となる。[33] [29]
骨を石灰化するために、骨芽細胞はアルカリホスファターゼを分泌し、その一部は小胞によって運ばれる。これは阻害性ピロリン酸を切断し、同時に石灰化のための遊離リン酸イオンを生成し、カルシウムとリン酸の沈着の焦点として機能する。小胞は破裂し、結晶が成長する中心として機能することで、初期の石灰化イベントの一部を開始する可能性がある。骨ミネラルは、球状および板状構造から形成され、最初は非晶質相を経て形成される可能性がある。[34] [35]
種類
人体には長骨、短骨、扁平骨、不規則骨、種子骨の5種類の骨があります。[36]
人体の骨格 - 短骨はほぼ立方体の形をしており、スポンジ状の内側を薄い緻密骨層が取り囲んでいるだけです。短骨は安定性と支持性を提供し、ある程度の動きを可能にします。[38]手首と足首の骨は短骨です。
- 扁平骨は薄く、一般的に湾曲しており、2層の緻密骨が海綿骨の層を挟んでいます。頭蓋骨の骨のほとんどは扁平骨であり、胸骨も同様です。[39]
- 種子骨は腱に埋め込まれた骨です。種子骨は腱を関節から遠ざける働きをするため、腱の角度が大きくなり、筋肉のてこ作用が増大します。種子骨の例としては、膝蓋骨や豆状骨があります。[40]
- 不規則骨は上記のカテゴリーには当てはまりません。不規則骨はスポンジ状の内部を囲む緻密骨の薄い層で構成されています。名前が示すように、その形状は不規則で複雑です。この不規則な形状は、骨化の中心が多数あるため、または骨洞があるために生じることがよくあります。脊椎、骨盤、頭蓋骨の一部の骨は不規則な骨です。例としては篩骨や蝶形骨があります。[41]
用語
解剖学の研究では、解剖学者は骨の外観、形状、機能を説明するためにいくつかの解剖学用語を使用します。骨の位置を説明するためにも、他の解剖学用語が使用されます。他の解剖学用語と同様に、これらの多くはラテン語とギリシャ語に由来しています。解剖学者の中には、骨を指すのに今でもラテン語を使用する人もいます。骨に関連するものを指す「osseous」という用語と接頭辞「osteo-」は、今日でも一般的に使用されています。
骨を表すために使用される用語の例には、何かが通過する穴を表す「孔」、トンネルのような構造を表す「管」または「道」などがあります。骨の突起は、突起の形状と位置に応じて、「顆」、「隆起」、「棘」、「隆起」、「結節」、「結節点」など、さまざまな用語で呼ばれます。一般的に、長骨には「頭」、「首」、「体」があると言われています。
2 つの骨が結合すると、それらは「関節を形成する」と言われます。2 つの骨が繊維状の接続を持ち、比較的動かない場合、その関節は「縫合」と呼ばれます。
発達
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骨の形成は骨化と呼ばれます。胎児期の発達段階では、膜内骨化と軟骨内骨化という2つのプロセスによって骨が形成されます。[42]膜内骨化は結合組織から骨が形成されるのに対し、軟骨内骨化は軟骨から骨が形成されることです。
膜内骨化は主に頭蓋骨の扁平骨の形成中に起こりますが、下顎骨、上顎骨、鎖骨の形成にも起こります。骨は軟骨ではなく、間葉組織などの結合組織から形成されます。このプロセスには、骨化中心の発達、石灰化、骨梁形成、骨膜の発達が含まれます。[43]
軟骨内骨化は長骨や体内のほとんどの骨で起こり、軟骨から骨が形成される過程です。この過程には、軟骨モデルの形成、その成長と発達、一次骨化中心と二次骨化中心の発達、関節軟骨と骨端線の形成が含まれます。[44]
軟骨内骨化は、「一次骨化中心」と呼ばれる軟骨の点から始まります。これらは主に胎児の発育中に現れますが、いくつかの短骨は出生後に一次骨化を開始します。これらは、長骨、短骨、および不規則な骨の特定の部分の骨幹の形成を担っています。二次骨化は出生後に起こり、長骨の骨端と不規則な骨および扁平骨の末端を形成します。長骨の骨幹と両方の骨端は、軟骨の成長領域（骨端板）によって分離されています。骨格が成熟すると（18〜25歳）、すべての軟骨が骨に置き換えられ、骨幹と両方の骨端が癒合します（骨端閉鎖）。[45]上肢では、長骨と肩甲骨の骨幹のみが骨化します。骨端線、手根骨、烏口突起、肩甲骨内側縁、肩峰は依然として軟骨である。[46]
軟骨が骨に変わる際には、以下の手順が踏まれます。
- 予備軟骨領域。骨髄腔から最も遠いこの領域は、骨に変化する兆候がまだ見られない典型的な硝子軟骨で構成されています。[47]
- 細胞増殖の領域。骨髄腔に少し近づくと、軟骨細胞が増殖し、扁平化した空隙の縦列に配列します。[47]
- 細胞肥大の領域。次に、軟骨細胞は分裂を停止し、胎児の一次骨化中心と同様に肥大（拡大）し始めます。小窩間のマトリックスの壁は非常に薄くなります。[47]
- 石灰化ゾーン。小窩の列の間の基質にミネラルが沈着し、軟骨を石灰化します。これらは骨の永久的なミネラル沈着ではなく、拡大した小窩の崩壊によってすぐに弱くなる軟骨を一時的に支えるだけです。[47]
- 骨沈着帯。各柱の内部では、骨小腔間の壁が崩壊し、軟骨細胞が死滅する。これにより、各柱は縦方向のチャネルに変換され、骨髄腔からの血管と骨髄が直ちに侵入する。骨芽細胞はこれらのチャネルの壁に沿って並び、同心円状のマトリックス層を沈着し始める一方、破骨細胞は一時的に石灰化した軟骨を溶解する。[47]
青少年の骨の発達は、骨格系の将来の合併症を予防する上で極めて重要である。幼少期および青年期に定期的に運動すると、骨の構造が改善され、骨がより弾力性を持ち、成人期に骨折しにくくなる。身体活動、特にレジスタンストレーニングは、骨密度と強度の両方を高めることで骨の成長を刺激する。研究では、レジスタンストレーニングの適応と骨密度の間に正の相関関係があることがわかっている。[48]栄養学および薬理学的なアプローチも骨の健康を改善する可能性があるが、レジスタンストレーニングによる強度とバランスの適応は、大きな付加的な利点である。[48]体重負荷運動は、骨芽細胞（骨形成細胞）の形成を助け、骨のミネラル含有量を増やすのに役立つ可能性がある。方向転換、ジャンプ、ランニングを素早く行う高衝撃スポーツは、青少年の骨の成長を刺激するのに特に効果的である。[49]サッカー、バスケットボール、テニスなどのスポーツは、10代の若者の骨密度と骨のミネラル含有量にプラスの効果があることがわかっている。[49]幼少期に身体活動、特に衝撃の大きい骨形成スポーツに従事することは、成人期の骨密度に良い影響を与える可能性があります。[50]定期的に身体活動に参加する子供や青少年は、将来の骨の健康の基礎を築き、骨粗鬆症などの骨関連疾患のリスクを軽減します。[50]
機能
骨にはさまざまな機能があります。
機械
骨はさまざまな機械的機能を果たします。体内の骨が集まって骨格を形成します。骨は体を支えるフレームとして機能し、骨格筋、腱、靭帯、関節の付着点として機能します。これらの機能が連携して力を生成、伝達し、体の各部位または体全体を 3 次元空間で操作できるようにします (骨と筋肉の相互作用は生体力学で研究されます)。
骨は、脳を保護する頭蓋骨や心臓と肺を保護する肋骨などの内臓を保護します。骨の形成方法により、骨は約170 MPa（1,700 kgf/cm 2）の高い圧縮強度[7] 、 104〜121 MPaの低い引張強度、および非常に低いせん断応力強度（51.6 MPa）を備えています。[51] [52]これは、骨が押す（圧縮）応力によく抵抗し、引っ張る（張力）応力にはあまり抵抗せず、せん断応力（ねじり荷重などによる）にはほとんど抵抗しないことを意味します。骨は本質的に脆いですが、コラーゲンが主に寄与するかなりの程度の弾性があります。
機械的に言えば、骨は聴覚においても特別な役割を果たします。耳小骨は中耳にある 3 つの小さな骨で、音の伝達に関与しています。
合成
骨の海綿質部分には骨髄が含まれています。骨髄は造血と呼ばれるプロセスで血液細胞を生成します。[53]骨髄で生成される血液細胞には、赤血球、血小板、白血球があります。[54]造血幹細胞などの前駆細胞は有糸分裂と呼ばれるプロセスで分裂し、前駆細胞を生成します。これらには、最終的に白血球を生み出す前駆細胞と、赤血球を生み出す赤芽球が含まれます。 [55]有糸分裂によって生成される赤血球と白血球とは異なり、血小板は巨核球と呼ばれる非常に大きな細胞から剥がれ落ちます。[56]この進行性分化のプロセスは骨髄内で発生します。細胞が成熟すると、循環に入ります。 [ 57]毎日、25億を超える赤血球と血小板、および500億〜1000億の顆粒球がこのようにして生成されます。[22]
骨髄は細胞を作るだけでなく、欠陥のある赤血球や老化した赤血球を破壊する主要な場所の一つでもあります。[22]
代謝
種、年齢、骨の種類によって決まりますが、骨細胞は骨の最大15％を占めます。成長因子の貯蔵庫 - 石灰化した骨マトリックスには、インスリン様成長因子、形質転換成長因子、骨形成タンパク質などの重要な成長因子が貯蔵されています。[61]
- 脂肪の貯蔵 –骨髄脂肪組織（MAT）は脂肪酸の貯蔵庫として機能します。[62]
- 酸塩基平衡- 骨はアルカリ塩を吸収または放出することで、血液の過度なpH変化を緩和します。[63]
- 解毒 – 骨組織は重金属やその他の異物を蓄え、血液から除去し、他の組織への影響を軽減します。これらはその後徐々に排出され、排泄されます。[64]
- 内分泌器官 - 骨は線維芽細胞増殖因子23（FGF-23）を放出することでリン酸代謝を制御し、腎臓に作用してリン酸の再吸収を減らします。骨細胞はまた、血糖（グルコース）と脂肪沈着の調節に寄与するオステオカルシンと呼ばれるホルモンを放出します。オステオカルシンはインスリン分泌と感受性の両方を高め、インスリン産生細胞の数を増やし、脂肪の蓄積を減らします。[65]
- カルシウムバランス – 破骨細胞による骨吸収のプロセスは、蓄えられたカルシウムを全身循環に放出し、カルシウムバランスを調節する上で重要なプロセスです。骨形成は循環するカルシウムをミネラルの形で積極的に固定し、血流から除去しますが、骨吸収はそれを積極的に固定解除し、循環するカルシウム濃度を高めます。これらのプロセスは、部位に応じて同時に発生します。[66]
カルシウム
若い頃に骨を強くしておくことは、加齢に伴う骨粗鬆症や骨の脆弱性の予防に不可欠です。骨密度の増加に影響する要因を確保しながら、骨のさらなる劣化のリスクを下げることは、幼少期に重要です。これらの要因は、骨の健康を支える健康的なライフスタイルにつながるからです。30歳まで、私たちが持っている骨の貯蔵量は、この年齢を超えると最終的に減少し始めます。貯蔵量を増やし、BMDの量を増やすのに役立つ影響要因は、高齢期に達したときに害の少ない結果をもたらすことができます。[67]
幼少期に骨がもろくなると、若年性骨粗しょう症などの特定の疾患や症状が増加する原因となりますが、あまり一般的ではありませんが、特に骨の発達に関しては、健康的な習慣が青少年には不可欠です。[68]生まれつき骨密度が低い子供は生活の質が低く、そのため、満足感の少ない不快な生活を送ることになります。カルシウム摂取量の増加などの要因は、BMD貯蔵量を増加させることが示されています。研究では、サプリメントであれ、葉物野菜や牛乳などの食品や飲料からの摂取であれ、カルシウム貯蔵量を増やすことで、思春期前または思春期初期の子供でも、カルシウム摂取量の増加によりBMDが増加するという考えが広まっています。[68]
別の研究では、特定の病気や障害のない子供の場合、長期的なカルシウム摂取が全体的なBMDに大きく貢献することが証明されています。[69]このデータは、子供に十分なカルシウムを摂取させることで、骨の構造と密度が増す速度が強化されることを示しています。さらに、十分な量のカルシウム源を含む強力な栄養計画を構築すると、骨が強くなるだけでなく、加齢に伴う骨の損傷や劣化を防ぐための価値のある戦略にもなり得ることを詳しく説明しています。
カルシウム摂取と骨密度の関係と、それが若者全体に与える影響は、非常に世界的な問題であり、さまざまな民族にさまざまな形で影響を与えることが示されています。最近の研究[68]では、さまざまな子供と青少年の集団でカルシウム摂取と骨密度の間に強い相関関係があり、最終的には、根本的に、最適な骨の健康を達成することは、若者にホルモンの変化を経験する能力を与えるためにも必要であるという結論に達しました。彼らは、8〜19歳の10,000人以上の子供を対象とした研究で、女性、アフリカ系アメリカ人、12〜15歳の青少年グループで、体重1kgあたり2.6〜2.8gで骨密度の低下が見られ始めたことを発見しました。彼らは、これが思春期を通してカルシウム摂取のベースラインが低いことに強く影響されていると結論付けて、これを詳しく説明しています。遺伝的要因も、カルシウム貯蔵の受容度の低下に影響を与えることが示されています。[68]
結局のところ、若者が強靭な骨を蓄積し構築できる機会は非常に限られています。体重を支える運動に従事しながらもカルシウムの必要量を一貫して満たすことができることは、構築の基盤となる強固な最初の骨を構築するために不可欠です。9〜18歳の1日の推奨摂取量1300mgに達することができること[67]はますます必要になってきており、健康が増進するにつれて、これらのリソースを通じて骨粗鬆症や骨の脆弱性、成長阻害の可能性などの他の要因の可能性を大幅に減らすことができ、最終的にはより充実した健康的なライフスタイルにつながります。
改造
骨はリモデリングと呼ばれるプロセスで絶えず生成され、置き換えられている。この継続的な骨のターンオーバーは、吸収とそれに続く、形状をほとんど変えずに骨が置き換えられるプロセスである。これは骨芽細胞と破骨細胞によって行われる。細胞はさまざまなシグナルによって刺激され、まとめてリモデリング ユニットと呼ばれる。成人の骨格質量の約 10% が毎年リモデリングされる。[70]リモデリングの目的は、カルシウム恒常性を調節し、日常のストレスによる微小損傷を受けた骨を修復し、成長中に骨格を形成することである。[71]体重負荷運動や骨の治癒などの繰り返しのストレスは、最大ストレスのポイントで骨を厚くする (ウォルフの法則)。これは骨の圧電特性の結果であると仮定されており、骨はストレス下で小さな電位を生成する。[72]
骨芽細胞と破骨細胞の働きは、骨リモデリング細胞の活動を促進または阻害するいくつかの化学酵素によって制御され、骨が作られる、破壊される、または形が変化する速度を制御します。細胞はまた、パラクリンシグナル伝達を使用して互いの活動を制御します。[73] [74]たとえば、破骨細胞が骨を吸収する速度は、カルシトニンとオステオプロテゲリンによって阻害されます。カルシトニンは甲状腺の傍濾胞細胞によって生成され、破骨細胞上の受容体に結合して破骨細胞の活動を直接阻害することができます。オステオプロテゲリンは骨芽細胞によって分泌され、RANK-Lに結合して破骨細胞の刺激を阻害することができます。[75]
骨芽細胞は、類骨の分泌増加と破骨細胞の骨組織分解能力の阻害を通じて、骨量増加を刺激されることもある。[要出典]類骨の分泌増加は、下垂体からの成長ホルモン、甲状腺ホルモン、性ホルモン（エストロゲンとアンドロゲン）の分泌によって刺激される。これらのホルモンは、オステオプロテゲリンの分泌増加も促進する。[75]骨芽細胞は、破骨細胞の活動と前駆細胞からの分化を刺激することで、骨の再吸収を促進する多くのサイトカインの分泌を誘導されることもある。ビタミンD、副甲状腺ホルモン、および骨細胞からの刺激は、骨芽細胞によるRANKリガンドとインターロイキン6の分泌増加を誘導し、これらのサイトカインは次に破骨細胞による骨の再吸収の増加を刺激する。これらの化合物は、骨芽細胞によるマクロファージコロニー刺激因子の分泌も増加させ、破骨細胞への前駆細胞の分化を促進し、オステオプロテゲリンの分泌を減少させます。[引用が必要]
音量
骨の量は、骨形成と骨吸収の速度によって決まります。特定の成長因子は、骨芽細胞の活性を高めることで、骨形成を局所的に変化させる働きをする可能性があります。骨培養により、多数の骨由来成長因子が分離され、分類されています。これらの因子には、インスリン様成長因子 I および II、形質転換成長因子ベータ、線維芽細胞成長因子、血小板由来成長因子、および骨形成タンパク質が含まれます。[76]骨細胞が骨マトリックスの細胞外貯蔵のために成長因子を生成することが証拠から示唆されています。骨マトリックスからこれらの成長因子が放出されると、骨芽細胞前駆細胞の増殖を引き起こす可能性があります。基本的に、骨成長因子は、局所的な骨形成の潜在的な決定因子として機能する可能性があります。 [ 76]閉経後骨粗鬆症の海綿骨の量は、骨形成表面全体と表面吸収率の関係によって決まる可能性があります。[77]
臨床的意義
骨に影響を及ぼす病気は数多くあり、関節炎、骨折、感染症、骨粗しょう症、腫瘍などが含まれます。骨に関連する症状は、関節の治療にはリウマチ専門医、骨折の手術には整形外科医など、さまざまな医師が対応します。その他の医師、例えばリハビリテーション専門医は回復に関わり、放射線科医は画像診断の結果を解釈し、病理学者は病気の原因を調査するほか、かかりつけ医は骨粗しょう症などの骨疾患の合併症を予防する役割を果たすことがあります。
医師が患者を診察すると、病歴と検査が行われます。その後、骨の画像が撮影されることが多く、これをレントゲン撮影と呼びます。これには、超音波 X線、CTスキャン、MRIスキャン、および癌の調査に使用される骨スキャンなどの他の画像診断が含まれます。 [78]自己免疫マーカーの血液検査や滑液吸引液の採取などの他の検査が行われることもあります。[78]
骨折
正常な骨では、長期間にわたって大きな力が加わったり、繰り返し外傷を受けたりすると骨折が起こります。骨粗鬆症などで骨が弱くなった場合や、骨が過度にリモデリングした場合（パジェット病など）や癌の増殖部位である場合など、構造上の問題がある場合にも骨折が起こることがあります。 [79]一般的な骨折には、骨粗鬆症に関連する手首骨折と股関節骨折、高エネルギー外傷や癌に関連する脊椎骨折、長管骨骨折などがあります。すべての骨折が痛みを伴うわけではありません。[79]重篤な場合は、骨折の種類と場所に応じて、フレイルチェスト、コンパートメント症候群、脂肪塞栓症などの合併症が発生することがあります。 複雑骨折では、骨が皮膚を貫通します。一部の複雑な骨折は、失われた骨の部分を置き換える骨移植手術を使用して治療できます。
骨折とその根本原因は、X線、CTスキャン、MRIで調べることができます。[79]骨折は位置と形状で説明され、骨折の位置に応じていくつかの分類システムがあります。小児によく見られる長骨骨折は、ソルター・ハリス骨折です。[80]骨折の治療では、鎮痛剤を投与することが多く、骨折部を固定することがよくあります。これは骨の治癒を促進するためです。さらに、内固定などの外科的処置が用いられることもあります。固定のため、骨折した人はリハビリテーションを受けるよう勧められることがよくあります。[79]
腫瘍
骨にさまざまな影響を及ぼす腫瘍。良性骨腫瘍の例としては、骨腫、類骨骨腫、骨軟骨腫、骨芽細胞腫、軟骨腫、骨巨細胞腫、動脈瘤性骨嚢胞などがある。[81]
癌
がんは骨組織に発生することがあり、骨は他のがんが広がる（転移する）一般的な部位でもあります。[82]骨に発生するがんは「原発性」がんと呼ばれますが、そのようながんはまれです。[82]骨内の転移は「二次性」がんで、最も一般的なものは乳がん、肺がん、前立腺がん、甲状腺がん、腎臓がんです。[82]骨に影響を与える二次がんは、骨を破壊する（「溶解性」がんと呼ばれる）か、骨を形成する（「硬化性」がんと呼ばれる）可能性があります。骨内の骨髄のがんも骨組織に影響を及ぼす可能性があり、その例としては白血病や多発性骨髄腫などがあります。骨は体の他の部分のがんによっても影響を受ける可能性があります。体の他の部分のがんは、副甲状腺ホルモンまたは副甲状腺ホルモン関連ペプチドを放出する可能性があります。これにより骨の再吸収が増加し、骨折につながる可能性があります。
がんによって破壊または変化した骨組織は、変形したり弱くなったりして骨折しやすくなります。これにより脊髄が圧迫され、骨髄が破壊されて打撲、出血、免疫抑制が生じる可能性があり、骨痛の原因の 1 つとなります。がんが転移している場合は、元のがんの部位に応じて他の症状が現れることがあります。一部の骨がんは触知できることもあります。
骨のがんは、その種類、病期、予後、および引き起こす症状に応じて管理されます。多くの原発性骨がんは放射線療法で治療されます。骨髄のがんは化学療法で治療され、免疫療法などの他の形態の標的療法が使用される場合があります。[83]特に 5年以内に生存する可能性が低い場合、人の生活の質を最大限に高めることに重点を置いた緩和ケアが管理に役立つ場合があります。
糖尿病
1型糖尿病は、体がインスリンを産生する膵臓細胞を攻撃し、体が十分なインスリンを産生できなくなる自己免疫疾患です。[84]対照的に、2型糖尿病では、体は十分なインスリンを産生しますが、時間の経過とともにインスリンに抵抗するようになります。[84]
1型糖尿病症例の約85%は子供で、アメリカでは新型コロナウイルス感染症のパンデミックの最初の24か月間で症例が平均22%増加しました[85]。あらゆる範囲で何らかの形の糖尿病を発症する人の増加が継続的に増加しており、これらの集団の骨の発達と骨の健康への健康への影響はまだ研究中です。ほとんどの証拠は、1型でも2型でも糖尿病が骨芽細胞の活動を阻害し[86]、成人と子供の両方でBMDとBMCの両方を低下させることを示唆しています。これらの発達面の弱化は、変形性関節症、骨粗鬆症、骨減少症、骨折など、多くの疾患を発症するリスクの増加につながると考えられています[87] 。これらの疾患のいずれかの発症は、運動環境や日常生活の活動における能力の低下と相関していると考えられています。
オステオカルシンやAGEなどの分子を標的とした治療法に焦点を当てることで、骨の健康を改善し、糖尿病の合併症をより効果的に管理するための新しい方法を提供できる可能性があります。[88]
その他の痛みを伴う症状
- 骨髄炎は細菌感染による骨や骨髄の炎症です。[89]
- 骨軟化症は、重度のビタミンD欠乏症によって引き起こされる成人の骨の痛みを伴う軟化症です。[90]
- 骨形成不全症[91]
- 離断性骨軟骨炎[92]
- 強直性脊椎炎[93]
- 骨フッ素症は骨にフッ素が過剰に蓄積することで起こる骨疾患です。進行すると骨フッ素症により骨や関節が損傷し、痛みを伴います。 [94]
骨粗鬆症
骨粗鬆症は骨の病気で、骨密度が低下し、骨折の可能性が高まります。[95]世界保健機関は、女性における骨粗鬆症を、年齢と性別を合わせた平均と比較して、骨密度が最大骨量より2.5標準偏差低い状態と定義しています。この密度は、二重エネルギーX線吸収測定法（DEXA）を使用して測定され、「確立した骨粗鬆症」という用語には脆弱性骨折の存在が含まれます。[96]骨粗鬆症は閉経後の女性に最も多く見られ、「閉経後骨粗鬆症」と呼ばれますが、特定のホルモン障害やその他の慢性疾患がある場合、または喫煙や薬物（特にグルココルチコイド）の結果として、男性や閉経前の女性にも発症する可能性があります。[95]骨粗鬆症は、通常、骨折が起こるまで症状がありません。[95]このため、DEXAスキャンは、骨粗鬆症を発症し骨折のリスクがある、1つ以上の危険因子を持つ人に対して行われることが多い。[95]
骨粗鬆症の最も重要な危険因子の一つは高齢化である。骨芽細胞と破骨細胞における酸化DNA損傷の蓄積は、加齢に伴う骨粗鬆症の重要な要因であると考えられる。[97]
骨粗鬆症の治療には、禁煙、アルコール摂取量の削減、定期的な運動、健康的な食生活などのアドバイスが含まれます。カルシウムや微量ミネラルのサプリメント、ビタミンDの摂取も勧められることがあります。薬物療法を使用する場合は、ビスフォスフォネート、ストロンチウムラネレート、ホルモン補充療法などが含まれます。[98]
オステオパシー医学
オステオパシー医学は、筋骨格系を全体的な健康と結びつける医学思想の一派です。2012年現在[アップデート]、米国では77,000人以上の医師がオステオパシー医学部で研修を受けています。[99]
骨の健康
骨の健康は、さまざまな理由から生涯を通じて非常に重要です。その理由のいくつかは、強くて健康な骨がなければ、さまざまな慢性疾患や骨折のリスクが高まるだけでなく、骨の健康が悪いと日常生活がより困難になることです。子供の頃に強い骨を発達させることは、生涯を通じて健康な骨を持つための最も重要なステップの1つです。なぜなら、この時期に強い基礎が築かれ、後年、筋骨格の健康を維持するのがはるかに容易になるからです。思春期は、骨を良い方向にも悪い方向にも本当に発達させる機会を提供します。この時期の食事と運動は、成人としての骨量のピークに約20〜40％影響を与えると推定されており、これは本当に驚くべきことです。[100]発達性協調運動障害のある子供を対象に行われたある研究では、13週間のトレーニング期間で脛骨の皮質領域だけで骨量が最大4％と5％増加したことがわかりました。 [101]これは、参加者がマルチモーダルトレーニングに週2回しか参加しなかったことを考慮すると非常に重要であり、特に発達性協調運動障害のない若者の場合、トレーニングをより頻繁に行えばこれらの増加がさらに大きくなると予想するのは妥当です。骨量のピークはほとんどの人の人生で20代から30代の間に発生します。[102]これを踏まえると、健康で活動的な生活を送り、十分なカルシウムとビタミンDを摂取する良い食事をすることで、できるだけ多くの骨量を蓄え、BMDとBMCを増やすことができれば、老後に本当に有利になり、骨粗しょう症などの特定の慢性疾患のリスクを積極的に減らすことができます。
骨学
骨と歯の研究は骨学と呼ばれています。これは人類学、考古学、法医学のさまざまな分野で頻繁に利用されています。これには、骨を採取した人の栄養状態、健康状態、年齢、または負傷状態を判断することが含まれます。これらの種類の研究のために肉付けした骨を準備するには、浸軟のプロセスが必要になる場合があります。
人類学者や考古学者は、通常、ホモ・サピエンスとホモ・ネアンデルターレンシスが作った骨の道具を研究します。骨は、槍の先や芸術的な顔料など、さまざまな用途に使用できます。また、枝角などの外部の骨から作ることもできます。
その他の動物
鳥の骨格は非常に軽量です。鳥の骨は飛行を助けるために小さくて薄いです。哺乳類の中では、コウモリが骨密度の点で鳥に最も近いため、小さくて密度の高い骨は飛行に適応したものであると考えられます。多くの鳥の骨は中が空洞であるため、骨髄がほとんどありません。[103]
鳥のくちばしは主に下顎の突起である骨でできており、ケラチンで覆われています。
主に皮下組織で別々に形成される骨には、頭骨（角、枝角、骨錐の骨質核など）、皮下骨、陰茎骨/陰核骨などがある。[104]鹿の枝角は骨で構成されており、これは角質が脱落すると動物の皮膚の外側に骨が現れる珍しい例である。[105]
絶滅した捕食魚ダンクルオステウスは、顎に沿って露出した硬い骨の鋭い端を持っていた。[106] [107]
人間の骨格の80%を占める皮質骨の割合は、他の動物、特に海洋哺乳類やウミガメ、あるいは魚竜[108]などの中生代の海洋爬虫類の多くでは、はるか に低い可能性があります[109]。この割合は進化の過程で急速に変化することがあり、初期のクジラや鰭脚類などに見られるように、水生生活への回帰の初期段階では増加することがよくあります。その後、海綿状の骨を獲得するのが典型的である外洋性の分類群では減少しますが、浅瀬に生息する水生分類群は、特にカイギュウのように動きが遅い場合は、非常に厚い、パキオスチック[110]、骨硬化性、またはパキオステオ硬化性[111]の骨を保持することがあります。場合によっては、海綿状の骨を獲得した海洋生物であっても、浅瀬や高塩分（密度の高い）水に適応すると、より厚く緻密な骨に戻ることがある。 [112] [113] [114]
多くの動物、特に草食動物は骨を食べる「オステオファジー」を実践しています。これはおそらく、不足しているリン酸を補給するために行われていると考えられます。
人間に影響を及ぼす多くの骨疾患は他の脊椎動物にも影響を及ぼします。その一例が骨フッ素症です。
社会と文化
屠殺された動物の骨には様々な用途があります。先史時代には、骨道具を作るために使われていました。[115]さらに、先史時代の芸術ですでに重要であった骨の彫刻にも使用され、現代でもボタン、ビーズ、ハンドル、ボビン、計算補助具、ヘッドナット、サイコロ、ポーカーチップ、ピックアップスティック、矢、スクリムショー、装飾品など の工芸材料として使用されています。
骨膠は、粉砕または割った骨を長時間煮沸し、濾過して蒸発させて液体を濃くすることで作ることができます。骨膠やその他の動物性膠は歴史的にかつては重要でしたが、現在では骨董品の修復など、いくつかの特殊な用途しかありません。基本的に同じプロセスをさらに精製、濃くし、乾燥させて、ゼラチンを作るのに使用されます。
スープは、伝統的には骨も含め、いくつかの材料を長時間煮込むことによって作られます。
骨炭は、主に濾過や黒色顔料として使用される多孔質の黒色粒状物質であり、哺乳類の骨を炭化することによって生成されます。
甲骨文字は、古代中国で使われていた、骨に刻まれた文字に基づく書記体系です。甲骨文字の名称は、主に牛の鎖骨である甲骨に由来しています。古代中国人（主に商王朝）は、甲骨に質問を書き、その骨を燃やしました。骨が割れた場所が質問の答えでした。
オーストラリアの先住民であるクルダイチャ族など、一部の文化では、骨を誰かに向けることは不運をもたらすと考えられています。
鳥の願い骨は占いに使われてきましたが、今でも伝統的に、骨のどちらかの先端を引っ張る二人のうちどちらが願い事をかなえられるかを判断するために使われています。
歴史を通じて、さまざまな文化で人工的な頭蓋変形によって乳児の頭の形を整える習慣が取り入れられてきました。中国では、足の正常な成長を制限するために 足を縛る習慣が広く行われていました。
追加画像
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骨髄の細胞 -
走査型電子顕微鏡による骨の100倍の拡大画像 -
動物の骨の構造の詳細
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、 Bonesに関連するメディアがあります。
WikiquoteにBoneに関連する引用句があります。
- アメリカ骨代謝学会による教育リソース資料（アニメーションを含む）
- 圧電性と骨リモデリングのレビュー（参考文献を含む）
- サイエンス・クリエイティブ・クォータリー誌による骨生物学の優れた基本概要
- 骨組織学顕微鏡写真