Ünite 5: Kemik Dokusu

Mikroskobik Yapısına Göre Kemik Doku Tipleri

Gelişmekte olan kemikler ile gelişimini tamamlamış kemiklerin mikroskobik yapısı farklılık göstermektedir. Bu farklılığa göre primer ve sekonder kemik dokuları olarak incelenir.

Premier Kemik Dokusu

Primer kemik dokusu fötal gelişim ve kemik onarımı sırasında şekillenen olgunlaşmamış kemik dokusudur, geçicidir ve zamanla olgun kemik dokusuna (sekonder kemik dokusu) dönüşür. Birim alana düşen hücre sayısı olgun kemikten daha fazladır. Kemik hücrelerin sentezlediği kollagen iplikler de her yöne dağılarak doku içinde üç boyutlu gelişigüzel ağlar oluşturur.

Fötal gelişim: Canlının gelişim sürecinde organların şekillenmesinden doğuma ya da kanatlı hayvanlarda yumurtadan çıkıncaya kadar ki dönemde gösterdiği gelişimdir.

Sekonder Kemik Dokusu

Genellikle yetişkinlerde bulunan olgun kemik dokusudur. Uzun, kısa, yassı ve düzensiz şekillerde olabilen kemiklerdir. Hücreler daha az yer tutar, kollagen iplikler ise birbirine paralel düzenlenmiş demetler ve tabakalar halindedir. Kalsiyum tuzları, hidroksiapatit kristalleri şeklinde kollagen iplikler üzerinde yerleşmiş olup, mineralizasyon tamamlanmıştır.

Sekonder kemik dokusu “süngerimsi” ve “kompakt kemik” olmak üzere iki tiptir:

Süngerimsi Kemik (Spongiyöz Kemik)

Süngerimsi kemik, kısa ve uzun kemiklerin epifiz ve metafiz bölümleri ile yassı kemiklerin iç kısımlarında yer alır. Bulunduğu yerlerde kompakt kemikten ince bir tabakayla örtülüdür. Süngerimsi kemik birbirleriyle ilişkili düzensiz anastomozlaşan kemik trabeküllerinden oluşur.

Epifiz: Uzun kemiklerin uç kısımlarına denir. Süngerimsi kemik ve onun üzerini örten kompakt kemikten yapılıdır.

Metafiz: Epifizle diyafiz arasındaki en kalın trabeküllerin bulunduğu geçici bölgedir.

Kompakt Kemik

Uzun kemiklerin gövde kısmı olan diyafiz kısmı kompakt kemikten yapılıdır, meduller kaviteye bakan yüzünde ise çok az süngerimsi kemik vardır. Organizmada bulunan tüm kemiklerin dış yüzeyleri kompakt kemik yapısındadır. Kısa kemiklerin merkezinde süngerimsi kemik bulunurken dıştan ise kompakt kemik çevrelemiştir. Kompakt kemik her zaman sekonder kemik yapısındadır.

Kemik İliği

Uzun kemiklerin merkezinde ve süngerimsi kemik dokunun boşluklarında yer alan retiküler bağ dokusudur. Toplam vücut ağırlığının % 4’ünü oluşturmaktadır. Yeni kan hücrelerinin periyodik olarak yaşam boyu üretildiği yerdir. iki tip ilik vardır: kırmızı kemik iliği ve sarı iliği:

• Kırmızı kemik iliği (veya miyeloid ilik), aktif olarak çalışan kan hücrelerinin yapımından sorumludur.
• Sarı kemik iliği, çok fazla sayıda yağ hücresi içerdiğinden sarı renklidir. Kırmızı kemik iliği gibi aktif değildir ancak ihtiyaç olduğunda kırmızı kemik iliğine dönüşür.
• Her iki kemik iliğinde kapillar kan damarları bulunur.

Kompakt Kemik Lamelleri

Spesiyal lameller (Havers lamelleri): Kan damarını içeren kanalın (Havers kanalı) etrafında iç içe yerleşmiş, konsantrik dairesel halkalar şeklindedir.

İntersitisyel (ara) lameller: Düzenli bir şekle sahip olmayan intersitisyel lameller, özellikle spesiyal lamellerin aralarında kalan alanları doldururlar.

Sirkumferensiyal lameller: Kemiğin iç ve dış yüzeylerinde bulunan dairesel lamellerdir. Periostun dış tabakasından çıkan kalın kollagen iplik demetleri, içeride kemiğin dış sirkumferensiyal lamellerini, endostun altındaki kollagen ipliklerde iç sirkumferensiyal lamelleri şekillendirir.

Havers ve Volkmann (Folkman) Kanalları

Havers kanalı: Kemiğin uzun eksenine paralel seyreder ve kanalda gevşek bağ dokusu içinde kan damarları ve sinirler de bulunur. Çapı 20-110 mikron arasında değişir. Havers kanalını saran, konsantrik dairesel lamellerin oluşturduğu yapıya osteon ya da Havers sistemi denir.

Volkmann kanalı: Kemiğin uzun eksenine dik (transversal) ya da oblik seyreden periosteum, meduller kavite ve Havers kanalları arasında bağlantı kuran ve kan damarlarını dağıtan, endosteum ile örtülü silindirik yapılardır. Çevresinde dairesel lamelleri yoktur. Enine kesitlerde oblik seyirli silindirik, boyuna kesitlerde oblik/dik tüpler ya da yuvarlak boşluklar şeklinde görülür.

Kemik Dokusunun Yapısal Elemanları

Kemik doku, hücreler arasında kalsifiye materyal içeren özel bir dokudur. Uzun kemiğin gövde kısmından alınan enine bir kesit mikroskop altında incelenirse kemik hücrelerinin, toplam kemik kütlesine göre oldukça az olduğu görülür.

Kemik Hücreleri

Kemik hücreleri dört ana başlık altında incelenebilir.

Osteoprojenitör hücre: Kemik hücreleri, diğer embriyonal bağ doku hücrelerinde olduğu gibi mezenşimal kökenli hücrelerdir. Doğumdan sonra yassı, oldukça az farklılaşma geçiren embriyonik mezenşimal hücreler olarak, kemik zarlarında (endost ile periostun iç hücresel katında) ve bu kemiklerin içerdiği Havers ve Volkmann kanallarında (damarın etrafındaki gevşek bağ dokusu içinde) bulunurlar. Osteoprojenitör hücre olarak tanımlanan bu hücreler mitoz yeteneğini kaybetmediklerinden çoğalabilir ve osteojenik potensiyele sahip olan kemik hücrelerine farklılaşabilirler.

Osteoblast: Osteoprogenitör hücrelerden daha büyüktürler. Kemiğin yüzeyinde bir tabaka oluşturacak şekilde dizilmiş oval hücrelerdir. Osteoprogenitör hücreden gelişen ilk hücre olup kemiğin gelişimi, büyümesi ve yeniden yapılanmasından sorumludur. Kemik yapımı süresince osteoblastlar, şekillenmekte olan kemik trabekülü ve lamellerinin üzerinde kübikten pirizmatik hücrelere kadar değişebilen hücre dizisi şekillendirirler. Osteoblastlar, kemik matriksin organik proteinlerini, tip I kollagen, proteoglikan ve glikoproteinleri sentezler.

Osteoblast, öncelikle etrafında kalsifiye olmamış kemik matriksi şekillendirir, henüz kireçleşmemiş olan bu tür temel maddeye osteoid doku adı verilir.

Osteosit: Olgun kemik hücresidir. Osteoblastlardan farklılaşırlar, matriksin kalsifikasyonu arttıkça hücreler osteosite dönüşür. Osteositler metabolik aktivitesi azalmış osteoblast hücreleridir. Osteositler lakun içine yerleşir ve her lakunda bir hücre bulunur. Hücreler sitoplazmik uzantıları oldukça çok olup, bu uzantılar ince kanalcıklar içinde ilerler ve bunlara kanaliküli ossei adı verilir. Bu uzantılar komşu hücrelerle gap junction türünde hücre bağlantılarına sahiptir.

Osteoklast: Kemiklerin yapımı sırasında osteoklastlar yüzeyde ya da iç kısımlara yerleşerek kemik dokuyu yıkıma uğratırlar. Kökenini kan monositleri ile aynı kök hücreden alırlar. Osteoklastlar en büyük çapa sahip (20-100µm), çok çekirdekli (50 çekirdeğe kadar) kemik hücreleridir.

İntersellüler Matriks

Organik Matriks

Organik matriks, şekilsiz temel madde ve bağ doku ipliklerinden ibarettir. Bağ doku iplikleri Tip I kollagen ipliklerinden (%95), şekilsiz temel madde ise proteoglikanlar (kondroitin-4 sulfat, kondroitin-6, keratan sulfat), glikozaminoglikanlar (hiyaluron asit), glikoproteinlerden (osteonektin, osteokalsinin, osteopontin) oluşur.

İnorganik Matriks

Kuru ağırlığının %50-65’ini oluşturur. ‹norganik matriks kalsiyum fosfat (%85), kalsiyum karbonat (%10), kalsiyum florid, magnezyum florid, sülfat ve sodyum bileşiklerinden ibarettir. Ayrıca bikarbonat, sitrat, magnezyum ve potasyum da bulunur. Kemik matriks içerisinde kalsiyum ve fosfor hidroksiapatit kristallerini –Ca10(PO4)6.(OH)2– oluştururlar.

Kemik doku kesilmeyecek sertlikte olduğundan, histolojik incelemeler için preparat hazırlamada özellikle dekalsifikasyon işlemlerinden yararlanılır. Mineral yönden özellikle kalsiyum bakımından doymuş ve sert yapıdaki kemik dokudan rutin histolojik prosedür uygulanarak preparat hazırlanıp incelenmesi mümkün değildir.

Kemik Zarları

Periosteum

Kemikler, eklem kıkırdaklarıyla örtülü olan uç kısımları hariç periosteum denen osteojenik potansiyele sahip, sıkı bağ dokusu tabakasıyla örtülüdür. Periosteum kemiği dıştan saran kalın bir tabakadır.

Endosteum

Endosteum tabakası periosteum tabakasından daha incedir. Kemiğin içindeki bütün boşlukları örter. Tek katlı yassı/kübik osteoprojenitör hücreler ile az miktarda retiküler bağ dokusundan oluşur. Diyafizdeki kemik iliği boşluğu ve süngerimsi kemikteki trabeküller endosteum ile çevrilmiştir.

Kemik Oluşumu (Osteogenez, Ossifikasyon)

Kemikler iki yolla gelişir, ilk gelişen kemik primer kemik olup zaman içerisinde yerini sekonder kemiğe bırakır. Kemik gelişimi döneminde primer, sekonder kemik ile yapım ve yıkım alanları yan yana görülür. Kemik yapımı ve yıkımı gelişmekte olan canlıda çok belirgin olmasına rağmen erişkin dönemdeki canlılarda oldukça yavaşlamıştır. Yassı kemikler mezenşim dokusundan intramembranöz kemikleşme ile direkt kemik dokusuna farklılaşırlar. Kısa ve uzun kemikler ise önce hyalin kıkırdaktan oluşan model taslağı üzerinden endokondral kemikleşme ile gelişmeye başlarlar.

İntramembranöz Kemikleşme

Kafatasının yassı kemikleri bu tür kemikleşmeyle meydana gelir. Damardan zengin mezenşimal doku içinde mezenşimal hücreler, osteoblastlara farklılaşır ve kemik matriksi salgılamaya başlar.

Endokondral Kemikleşme

Kısa ve uzun kemikler bu tür kemikleşmeyle meydana gelir. Hiyalin kıkırdaktan minyatür bir model oluşur, takiben kıkırdak modelin yerini kemik doku alır. Kemikler son şeklini alıncaya kadar bir taraftan yeni kemik yapılır, diğer taraftan da yapılan kemiğin bir bölümü yıkılır.

Uzun Kemiklerde Büyüme

Gelişme dönemindeki canlılarda, kemiğin uzunlamasına büyümesini sağlayan disk şeklindeki kıkırdak bölüm epifiz kıkırdağıdır buna büyüme plağı ya da epifiz plağı gibi isimler verilir.

Epifiz plağında, epifizden diyafizin kemikleşme merkezine doğru sıralanırsa beş farklı hücre tabakası bulunur. Bu tabakalar şunlardır:

1. Dinlenme bölgesi: Epifize en yakın olan üst sırada bulunan kıkırdak hücreleri çoğalmayan ve herhangi bir değişim göstermeyen hücrelerdir.
2. Çoğalma (proliferasyon) bölgesi: Mitoz bölünme geçiren kıkırdak hücrelerinden oluşur. Mitoz bölünme ve artan hücre aktivitesi sonucu tabaka kalınlaşır. Çoğalan hücreler kolonlar oluşturur. Bu da epifiz plağının boyuna uzamasını sağlar.
3. Hipertrofik bölge: Daha yaşlı, sitoplazmalarında glikojen birikmiş genişlemiş hücrelerin bulunduğu ve zaman içerisinde kalsiyum depolanmasıvla tanımlanan dejeneratif değişikliklerin görüldüğü bölgedir.
4. Kalsifikasyon bölgesi: Hızlı kireçlenen ölü ya da ölmekte olan kıkırdak hücrelerinden oluşan ince bir tabakadır.
5. Ossifikasyon bölgesi: Periosteumdan kan damarları ve projenitör hücreler gelir, çoğalan, farklılaşmamış hücreler osteoblastlara dönüşür kalsifiye kıkırdak matriks üzerine yerleşerek osteoblastlar kemik matriksi sentezleyerek kemik lamellerini şekillendirirler. Başlangıçta kalsifiye kıkırdak arasında dar alanlar halinde iken zamanla kalsifiye kıkırdak alanları rezorbe olur ve kaybolarak yerini sekonder kemik dokuya bırakır.

Kemik Doku Üzerinde Etkili Hormonlar

Hipofizden salınan büyüme hormonu kemiğin enine ve boyuna büyümesinde etkilidir. Büyüme döneminde hormonun noksanlığı cüceliğe fazlalığı ise devliğe sebep olur. Erişkin canlılarda hormonun fazlalığı kemiklerin enine büyümelerine neden olarak onların kalınlaşmasına (akromegali) neden olur. Kan kalsiyum seviyesi düştüğünde parathormon salgılanır. Osteoklastların sayıca artmasını sağlar. Kan kalsiyum seviyesi yükseldiğinde ise kalsitonin salgılanarak osteoblastlar aktifleşir. Paratroid hormonunun aşırı derecede salgılanması hiperparatiroidizm kemiklerden kalsiyumun aşırı derecede çekilmesine sebep olur. Östrojen ve testesteron kemik yapımını uyaran hormonlardır. Kemiklerdeki epifiz plaklarının kapanmaları üreme sisteminin gelişimi ile bağlantılıdır. Erken cinsel gelişim epifiz plağının kapanmasını hızlandırır, boyun uzamasını da durdurmuş olur.

Kemik Dokuya Beslenmenin Etkisi

Canlının besinler ile aldığı protein ve Ca miktarı kemik doku gelişimini direk etkiler. Diyetteki protein eksikliği kollagen sentezinde gerekli olan aminoasitlerin noksanlığına neden olur. Ayrıca yetersiz Ca alımı matriksin kalsifikasyonunda bozukluğa yol açar. Kemik yıkımı yapımından daha fazla olur ve hastalıklara sebep olur (Raşitizm, çocuklarda görülür; osteomalazi, erişkinlerde görülür; osteoporosis, yaşlılarda görülür.)

A vitamini, kemikte yıkım ve yapımı dengede tutar.

C vitamini eksikliği mezenşimal kökenli dokularda önemli değişikliklere neden olur.

Artofi ve Hipertrofi

Kemiğin kullanılmaması sonucunda zayıflaması ve küçülmesi atrofi , aşırı kullanılması durumunda da kemik kütlesindeki artışla birlikte anormal büyüme ve irileşme hipertrofi ortaya çıkar.

Kemik Dokudaki Kan, Lenf ve Sinir Ağı

Periosteumda kan damarları, lenf damarları ve duyu sinirlerinden oluşan yoğun bir ağ bulunur. Lenf damarları sadece periosteumda bulunur. Kan damarları kemiğin içerisine Volkmann kanalları aracılığıyla girer, Havers kanalları aracılığıyla kemiğin içinde her yöne gider. Duyu sinirleri de kemiği besleyen damarlarla birlikte kemiğin içine girerek endosteumu, ilik boşluğunu ve epifiz bölgelerini sinirlendirir.