第一节　骨关节的形成与发育

一、骨关节的形成

（一）肢芽的形成

肢体发育的第一个形态学特征是沿躯干形成肢芽（limb bud）。肢芽逐渐发育形成四肢。在人体胚胎发育的第4周，当特定的细胞从邻近中胚层迁移到未来将演变为肢芽的地方，典型的肢芽便形成。这些迁移细胞起源于中胚层中构成身体躯干的两个不同区域：体节（the somites）和侧板中胚层（the lateral platemesoderm）。

来自体节的中胚层细胞保留了体节的部分特征性外观，它们将发育成为椎体、肋骨、躯干、四肢、背部的骨骼及肌肉。躯干中胚层中另一个有助于肢体发育的区域被称为侧板中胚层。侧板中胚层细胞不仅有助于中胚层中肢体组件的形成，而且可以发育成循环系统的成分，如心脏、血管和血液。从躯干中胚层释放出来并开始肢体发育的特殊细胞称为间充质细胞（mesenchyme）。这些细胞具有迁移和积极分化的能力。一旦肢体发育开始，这些间充质细胞便向外侧迁移，最终积聚在躯干的外胚层（ectodermal）组织下，形成肢芽的中胚层成分。在肢芽远端的间充质细胞引起外胚层变化，使其覆盖它们成为肢芽的外胚层成分。

（二）软骨的形成

当人体胚胎发育到第5周时，间充质细胞开始增大、密集，并分化为前软骨细胞（precartilage），其后软骨基质开始沉积在前软骨细胞之间。在以后的生长发育过程中，前软骨细胞通过内、外生长的方式使软骨的厚度增加，其中内生长主要通过软骨细胞的增殖而产生新的基质；而外生长则是通过软骨膜内层细胞分化为软骨细胞。

（三）骨的形成

到了人体胚胎发育的第7周，人体骨骼开始初步发育形成，并持续进行到青春期骺板闭合，骨发育成熟为止。在骨形成过程中将通过以下两种方式形成骨化结构：①初级骨化中心（primary ossification centre），该结构在原发性骨环（primary osseous collar）形成后，血管长入其中而形成，初级骨化中心以后将形成骨干和干骺端；②次级骨化中心（secondary ossification centre），该结构由骺部的血管组织间接骨化而形成。

在骨形成过程中，首先形成类骨质，类骨质包埋成骨细胞后，成骨细胞转变为骨细胞。接着，类骨质钙化为骨质，进而形成了骨组织。在骨组织形成的同时，骨组织部分会被吸收。在破骨细胞的作用下，骨组织被侵蚀溶解。骨组织的形成和吸收同时存在，形成动态平衡，成骨细胞与破骨细胞相互调控、共同协作，使骨形成各种特定的形态，保证骨的生长发育与个体的生长发育相适应。

骨形成的方式包括软骨内成骨（endochondral ossification）和膜内成骨（intramembranous ossification）。人体骨骼发育异常的证据表明，这两种骨形成的方式并不是完全独立的，软骨内成骨含有和骨膜平行生长的膜内成骨，而膜内成骨可能也经历部分软骨内成骨的演变过程。

1.膜内成骨

指由间充质前体细胞直接发育形成扁骨的过程。该种骨形成方式主要参与额骨、顶骨、枕骨、颞骨及部分锁骨等扁骨和不规则骨的形成，但某些中轴骨和四肢骨的形成也同膜内成骨有关。间充质细胞首先形成凝聚体，然后侵入脉管系统网络诱导其分化成为成熟的成骨细胞，成骨细胞分泌类骨质，为之后发育形成特定的骨奠定基础。首先形成骨组织的部位称为骨化中心，然后不断进行骨化，形成骨小梁。成骨细胞在骨小梁表面不断添加新的骨组织，使骨小梁增长、增粗。骨祖细胞不断转化为成骨细胞，使成骨细胞不断得到补充。骨小梁数量不断增多，形成松质骨，之后松质骨表面改建为密质骨。骨膜是由成骨区周围相应的结缔组织转变而来。

2.软骨内成骨

相较于膜内成骨，软骨内成骨更为复杂，该种骨形成方式主要参与中轴骨、长骨和部分颅底骨的形成。间充质细胞首先凝聚形成一个与发育中骨类似大小和形状的软骨板，在多种基因差异性表达的严密调控下，间充质细胞分化为软骨细胞及成骨细胞等，而软骨细胞进行分化并经历一段肥大性生长后会在软骨板中形成血管，并有破骨细胞、成骨细胞及其他前体细胞的侵入。软骨细胞分泌细胞间软骨间质，并被周围组织包绕，从而产生骨的软骨雏形，其周围的间充质逐渐围成一层膜，即软骨膜。软骨雏形在软骨细胞的增殖、成熟、增大及间质增多等因素影响下逐渐增加长度。软骨膜内成软骨细胞形成一层软骨沉积在软骨雏形表面，因而软骨雏形也逐渐横向增长。在软骨雏形中段，软骨骨膜内的骨祖细胞增殖分化成成骨细胞，后者贴附在软骨组织表面形成薄层原始骨组织。这层骨组织呈圆领圈状包绕软骨雏形中段，故名为骨领。骨领形成后，其表面的软骨膜改称骨膜。在软骨雏形中心，最先形成的软骨细胞成熟并分泌碱性磷酸酶从而发生软骨钙化，进而阻碍软骨细胞摄取营养而发生软骨细胞死亡，故而软骨雏形中心的钙化基质分解形成空腔。破骨细胞、成骨细胞和间充质细胞随之进入。破骨细胞分解钙化的软骨，形成以钙化的软骨基质为中轴、表面附以骨组织的条索状结构，称过渡型骨小梁。出现过渡型骨小梁的部位即为初级骨化中心。过渡型骨小梁之间的腔隙为初级骨髓腔，间充质细胞在此分化为网状细胞，形成网状组织。造血干细胞进入并增殖分化，形成骨髓。初级骨化中心形成以后，骨化继续向软骨雏形两端扩展，过渡型骨小梁也将被破骨细胞吸收，多个初级骨髓腔融合成一个较大的骨髓腔。雏形两端的软骨不断骨化，使骨加长。次级骨化中心出现在骨干两端的软骨中央，此处将形成骨骺。成骨的过程与初级骨化中心相似，但骨化是从中央呈放射状向四周进行的。最后，骨组织取代软骨，形成骨骺。骺端的薄层软骨形成关节软骨。骨骺与骨干之间也保留一定厚度的软骨层，称生长板，是长骨增长的结构基础。至此，长骨外形初步形成，在此后的生长发育过程中，长骨继续增长增宽。

长骨的继续生长通过骺板的不断生长并替换成骨组织而实现。软骨钙化区不断地被破骨细胞分解吸收，软骨增生区不断补充软骨钙化区，软骨储备区不断有部分软骨细胞增生，补充软骨增生区。如此，骨不断加长。至17～20岁时，骺板软骨被骨组织取代，成为骺线，骨终止加长。骨外膜下的骨祖细胞分化为成骨细胞，后者在骨干表面添加骨组织，使骨干变粗。而在骨干的内表面，破骨细胞吸收骨组织，使骨髓腔横向扩大。骨的改建是终生不断进行的，使骨组织具有十分明显的年龄性变化。

二、不同年龄骨关节的特点

骨的发育是从胎儿到成人期逐渐完成的，不同年龄的人骨关节有不同的特点。随着年龄的增长，长骨的干骺端的软骨次级骨化中心按一定顺序及骨解剖部位有规律地出现。所以可以通过X线检测不同年龄儿童长骨干骺端骨化中心出现的时间、数目、形态变化，并将其标准化，即为骨龄（bone age）。 出生时，腕部尚无骨化中心，腕部的骨化中心出现的次序是：头状骨、钩骨（3个月左右），下桡骨骺（约1岁），三角骨（2～2.5岁），月骨（3岁左右），大、小多角骨（3.5～5岁），舟骨（5～6岁），下尺骨骺（6～7岁），豆状骨（9～10岁）。婴幼儿的骨骼和成年人的骨骼不一样，这主要表现在骨骼构成成分的比例方面。成年人的骨骼包含有三分之一的有机物，三分之二的无机盐，而婴幼儿的骨骼则是无机盐和有机物各占一半。也正是因为如此，婴幼儿的骨骼都比较柔软有弹性，而且比较容易受到外部力量的影响从而发生一定程度的变形。

1.儿童骨骼生长相对活跃，大约有两个快速生长期。一个是自出生后至3岁之间，另一个在青春期（一般女孩在11～13岁，男孩在12～14岁）。此外，儿童的个体差异较大。同时，儿童骨骼损伤后修复很快，主要特点包括：①儿童骨骼有机质较多，年龄越小，有机质的比例越大，故幼儿骨骼的弹性和韧性较大，易变形，遇到暴力可能折而不断，发生裂纹或青枝骨折；②儿童的骨膜较成人厚，一般创伤时不易破裂，通常在骨折的一侧仍保持相连，因此儿童骨折后一般移位较少，有助于稳定复位；③儿童骨骼常常在生长结构（包括骨骺、骺板、骨膜等结构）发生损伤，这是儿童时期所独有的骨骼损伤，也是儿童骨骼损伤中最重要的部位；④骨的生长塑形与患儿的年龄密切相关，年幼的儿童对骨折后不满意的对合复位有较强的代偿、矫正能力；⑤骨的生长修复能力与年龄密切相关，年龄越小，骨骼发育越不成熟，其代谢生长的功能就越活跃，一旦损伤修复的潜能就越大。

2.成人的骨骼已经发育成熟，能够承受较大的应力，骨质坚硬。无机物含量介于儿童和老年人之间。

3.老年人随着老化的影响，骨骼结构发生进行性的退化和营养不良。由于骨质丢失而出现骨萎缩和骨质疏松，在没有钙化的组织中出现异常的钙沉着，如肌腱附着点骨化等。骨的老化还表现在化学成分的改变上，如青年人骨中含无机盐50%，中年人为60%，到老年人则为80%。因此老年人骨的弹性、韧性减弱而变脆，轻微外力或跌倒易发生骨折，且愈合缓慢。而骨质的疏松多见于脊柱，故老年人背部较多呈弓形。