Translate 237.docx

Overview Tulang alveolar adalah jaringan ikat mineral yang mendukung dan melindungi gigi dan mirip dengan tulang di situs lain. Matriks ekstraseluler terdiri dari kristal hidroksiapatit yang tertanam dalam matriks kolagen. Tulang dapat diklasifikasikan menurut perkembangannya (endokhondral, intramembran), histologi (padat, kanselus) dan lamelar dewasa atau anyaman muda. Mirip dengan tulang di tempat lain, itu juga memberikan perlekatan otot dan mengandung sumsum tulang. Untuk memungkinkan renovasi karena tuntutan fungsional berubah, tulang memiliki sifat signifikan 'plastisitas'. Ada empat jenis utama sel tulang: tiga (osteoblas, osteosit dan sel pelapis tulang) berasal dari mesenkimal sedangkan yang keempat (osteoklas) berasal dari hemopoietik. Selain itu, sebagai remodel tulang sepanjang hidup, ada kebutuhan terus menerus untuk sel-sel induk / osteoprogenitor. Unit struktural dasar tulang adalah osteone (sistem Haversian). Selain membentuk tulang, osteoblas juga penting dalam mengendalikan aktivitas osteoklas. Proses resorpsi dan pembentukan tulang di lokasi-lokasi renovasi tidak terjadi secara acak. Harus ada kontrol ketat untuk memastikan keseimbangan antara dua proses (kopling), karena gangguan keseimbangan ini dapat menyebabkan penyakit tulang. Tulang kompak memiliki tingkat pergantian yang lebih lambat daripada tulang cancellous. Osteosit dianggap sebagai sel pendeteksi regangan yang mengendalikan sistem remodeling.

Gbr. 13.1 Gosokkan bagian memanjang melalui mandibula yang menunjukkan tulang alveolar. A = lapisan dalam tulang alveolar kompak yang melapisi dinding soket gigi; B = lapisan luar tulang kompak (perhatikan tulang cancellous yang terletak di antara dua lempeng tulang alveolar); C = batas sewenang-wenang antara tulang alveolar dan tubuh rahang. Atas perkenan Royal College of Surgeons of England.

PENGANTAR Bagian rahang atas atau rahang bawah yang mendukung dan melindungi gigi dikenal sebagai tulang alveolar. Batas sewenangwenang pada tingkat lubang akar gigi memisahkan proses alveolar dari tubuh mandibula (Gbr. 13.1) atau rahang atas. Untuk memahami tulang alveolar perlu untuk menghargai biologi tulang secara umum. Seperti halnya tulang di situs lain, tulang alveolar berfungsi sebagai jaringan pendukung mineralisasi, memberikan perlekatan pada otot, menyediakan kerangka kerja untuk sumsum tulang dan bertindak sebagai reservoir ion (terutama kalsium). Terlepas dari kekuatannya yang jelas, salah satu sifat biologis terpenting tulang adalah 'plastisitasnya', yang memungkinkannya untuk membuat model / merombak sesuai dengan tuntutan fungsional yang diletakkan di atasnya. Dalam pemodelan, tulang dibentuk di tempat yang berbeda dari tempat resorpsi terjadi, yang mengarah pada perubahan bentuk dan / atau ukuran tulang (seperti dalam pertumbuhan): dalam remodeling (pergantian internal), pembentukan tulang terjadi di lokasi yang sama setelah resorpsi dan tidak ada perubahan bentuk tulang secara keseluruhan (Gbr. 13.2). Tulang tergantung pada fungsinya (yaitu, rangsangan mekanik) untuk mempertahankan struktur dan massanya, walaupun periode pemuatan hanya perlu singkat untuk memicu respons adaptif. Pemuatan seperti itu harus intermiten daripada statis. Fungsi yang terlalu sedikit dapat menyebabkan atrofi (termasuk keropos tulang selama penerbangan luar angkasa): peningkatan rangsangan, terutama aktivitas berdampak tinggi seperti tenis, dapat menyebabkannya menebal: rangsangan yang berlebihan dapat menyebabkannya patah. Tulang alveolar tergantung pada keberadaan gigi untuk pengembangan dan pemeliharaannya. Jika gigi tidak ada secara bawaan (seperti pada hipodontia / anodontia), atau ketika gigi diekstraksi, tulang alveolar tidak berkembang dengan baik.

Gbr. 13.1 Gosokkan bagian memanjang melalui mandibula yang menunjukkan tulang alveolar. A = lapisan dalam tulang alveolar kompak yang melapisi dinding soket gigi; B = lapisan luar tulang kompak (perhatikan tulang cancellous yang terletak di antara dua lempeng tulang alveolar); C = batas sewenang-wenang antara tulang alveolar dan tubuh rahang. Atas perkenan Royal College of Surgeons of England.

Klasifikasi tulang Tulang dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara. Secara perkembangan, ada tulang endokhondral (di mana tulang didahului oleh model kartilaginosa yang akhirnya digantikan oleh tulang dalam proses yang disebut osifikasi endokhondral) dan tulang intramembran (di mana tulang terbentuk langsung di dalam jaringan ikat pembuluh darah, secara tidak tepat disebut 'membran'). Secara histologis, tulang dewasa dapat dikategorikan sebagai padat (kortikal) atau cancellous sesuai dengan kepadatannya. Seperti namanya, tulang padat membentuk massa padat dan padat, sedangkan pada tulang kanselus terdapat susunan latticearula dari trabekula tulang individu yang mengelilingi jaringan lunak.

Secara internal, lapisan tipis tulang kompak menempel pada soket gigi dan memberikan perlekatan pada serat utama ligamen periodontal. Secara eksternal, pada permukaan bukal / labial dan lingual / palatal, adalah lapisan tulang padat yang lebih tebal, membentuk pelat alveolar eksternal dan internal. Di antara lempenganlempengan tulang kompak ini terdapat jumlah tulang kanselus yang bervariasi, tergantung pada lokasinya (Gbr. 13.1; lihat juga halaman 11 dan 13). Kombinasi tulang kompak dan kanselus ini bertujuan untuk kekuatan maksimum dengan berat minimum. Pada tulang yang baru terbentuk, serat-serat kolagen memiliki diameter yang lebih bervariasi dan tidak memiliki orientasi preferensial, sehingga memberikan tampilan yang kusut (menenun keranjang) bila dilihat dalam cahaya yang terpolarisasi. Tulang yang tidak matang ini, disebut tulang anyaman, memiliki lebih banyak dan lebih banyak osteosit yang terdiri sekitar 30% dari volume jaringan (dibandingkan dengan sekitar 2% untuk tulang dewasa). Ini terbentuk lebih cepat dan memiliki tingkat turnover yang lebih tinggi. Tulang tenunan juga terlihat pada awalnya di lokasi perbaikan fraktur atau pada soket gigi penyembuhan. Ini mineral lebih cepat daripada tulang orang dewasa sehingga tidak ada fase lag dan lebih termineralisasi. Tulang anyaman kemudian digantikan oleh tulang lamelar dewasa berserat halus. Salah satu sifat terpenting tulang adalah kemampuannya untuk terus menerus merombak dan beradaptasi dengan perubahan situasi fungsional. Ini berkaitan dengan berbagai jenis sel tulang: satu jenis memiliki sifat untuk membentuk tulang (osteoblas), jenis lain kemampuan untuk mendeteksi tekanan mekanis dan strain yang menjadi sasaran tulang (osteoblas dan osteosit), sedangkan jenis sel lainnya memiliki kapasitas untuk menyerap tulang (osteoklas). Meskipun tulang di bawah beban mekanis akan berubah bentuk, sementum lebih mudah diserap dibandingkan tulang di bawah beban yang sama. Meskipun alasan untuk perbedaan ini tidak jelas, itu adalah prinsip dasar yang menjadi dasar pergerakan gigi ortodontik.

Dalam radiografi klinis, tulang yang melapisi alveolus biasanya muncul sebagai garis putih yang pekat dan diberi nama lamina dura (lihat halaman 57). Tampilan radio-opak mungkin memberikan kesan yang salah bahwa itu lebih padat daripada tulang yang berdekatan. Namun, penampilan radiografi berasal dari sinar-X yang melewati secara tangensial melalui dinding soket dan berhubungan dengan jumlah tulang yang dilewati oleh sinar tersebut dan bukan pada tingkat mineralisasi yang lebih besar daripada tulang yang berdekatan. Superimposisi juga mengaburkan kanal Volkmann. Ketebalan cribriform bervariasi mulai dari 0,1 mm hingga 0,5 mm. Pelat alveolar eksternal biasanya sekitar 1,5-3 mm di atas gigi posterior tetapi sangat bervariasi di sekitar gigi anterior, tergantung pada posisi dan kecenderungan gigi. Penampilan morfologi dan radiografi alveolus dan soket gigi yang kasar dijelaskan pada halaman 11, 13 dan 57. Sifat kimiawi tulang Beberapa fitur umum tulang tercantum dalam Kotak 13.1. Tulang adalah jaringan ikat yang termineralisasi. Sekitar 60% dari berat basahnya adalah bahan anorganik, sekitar 25% bahan organik dan sekitar 15% air. Secara volume, sekitar 36% anorganik, 36% organik dan 28% air.

Tabel 13.1 membandingkan tulang imatur (anyaman) dan dewasa (pipih). Morfologi kasar tulang Bagian alveolar, bantalan gigi dari rahang terdiri dari lempeng alveolar luar dan dalam. Soket individu dipisahkan oleh lempeng tulang, disebut septa interdental, sedangkan akar gigi multi-akar dibagi oleh septa interradicular (Gbr. 13.3). Lapisan tipis tulang yang melapisi soket gigi telah diberi berbagai nama. Ini telah disebut sebagai cribriform plate, yang mencerminkan penampilan mirip seperti yang dihasilkan oleh banyak kanal vaskular (kanal Volkmann) yang berpindah dari tulang alveolar ke ligamen periodontal (Gambar 13.4, 13.5); itu juga disebut tulang bundel karena banyak ikatan serat Sharpey masuk ke dalamnya dari ligamen periodontal.

Gbr. 13.3 Mandibula dengan gigi dicabut untuk menunjukkan komponen tulang alveolar. A = pelat alveolar luar; B = pelat alveolar dalam; C = piring berkisi melapisi dinding soket; D = septum interdental; E = septum interradicular.

Gbr. 13.4 Soket gigi menunjukkan sifat cribriform dari plat cribriform (SEM; × 5). Atas perkenan Prof. P Sloan.

Gbr. 13.5 Mikroradiograf kanal vaskular pada cribriform plate (panah). Perhatikan tulang cancellous yang terletak di bagian tengah tulang alveolar (× 7).

Kotak 13.1 Fitur dasar tulang • Matriks tulang adalah bahan komposit mineral anorganik dan matriks organik. • Komponen anorganik adalah hidroksiapatit - Ca10 (PO4) 6 (OH) 2. Kristal kecil yang menghamili dan mengelilingi serat kolagen memberikan kekakuan dan ketahanan terhadap kompresi. • Komponen organik ~ 90% kolagen tipe I yang memberikan kekuatan dan fleksibilitas. • Sisa 10% komponen organik adalah campuran kompleks protein, termasuk faktor pertumbuhan, osteokalsin, osteonektin, osteopontin, glikoprotein. Protein ini semua diproduksi oleh osteoblas, bersama dengan kolagen tipe I. • Matriks tulang yang tidak termineralisasi disebut 'osteoid'. • Mineralisasi osteoid tergantung pada bentuk vitamin D aktif hormonal (1,25-dihidroksivitamin

D).

Namun, komposisi dapat bervariasi tergantung pada lokasi dan usia. Sebagai contoh, mineral terdiri dari 98% berat kering stape. Fase mineral memberikan kekerasan dan kekakuan tulang dan terdiri dari hidroksiapatit dengan beberapa karbonat. Seperti halnya dengan jaringan mineral lainnya, banyak elemen jejak juga ada. Mineral ini dalam bentuk kristal seperti jarum atau pelat tipis sekitar 50 nm lebar, hingga 8 nm tebal dan panjang variabel. Kristalit didistribusikan baik di dalam ruang antara, dan pada permukaan, kolagen fibril. Meskipun berkontribusi sedikit terhadap berat tulang, sel-sel, melalui kapasitasnya untuk osteosintesis dan resorpsi, memiliki peran penting dalam pemeliharaan matriks.

Matriks organik Matriks organik tulang adalah sekitar 90% kolagen. Sebagian besar dari ini dapat dianggap sebagai kolagen intrinsik yang disekresikan oleh osteoblas. Namun, kolagen yang dimasukkan sebagai serat Sharpey dapat dianggap sebagai kolagen ekstrinsik yang dibentuk oleh fibroblas yang berdekatan. Kolagen dominan pada tulang adalah tipe I, meskipun jumlah kecil dari tipe lain (mis., Tipe III dan tipe V) mungkin ada, terutama pada tulang yang belum matang atau penyembuhan. Kolagen berkontribusi terhadap sifat-sifat biomekanis penting dari jaringan dalam hal menahan beban dan memberikan ketahanan yang diperlukan untuk mencegah patah tulang. Ini mendukung mineralisasi kristal dan mengikat makromolekul lainnya. Mutasi pada gen yang mengkode peptida konstituen dari triple helix kolagen tipe I adalah penting secara klinis dan dapat menimbulkan kondisi bawaan Osteogenesis Imperfecta, di mana perakitan dan struktur molekul kolagen tipe I terganggu, menghasilkan kekuatan tulang yang jauh berkurang dan fraktur spontan.

Protein nonkolagen Protein nonkolagen adalah kelompok heterogen dari ratusan protein, yang sebagian besar fungsinya tidak dipahami. Secara kolektif, mereka terdiri sekitar 5% dari total konten organik dari matriks tulang. Sebagian besar adalah protein endogen yang diproduksi oleh sel-sel tulang sementara beberapa, seperti albumin dan imunoglobulin, berasal dari sumber lain (seperti darah) dan menjadi dimasukkan ke dalam matriks tulang selama pembentukan tulang. Protein nonkolagen utama terdiri dari proteoglikan (mis., Dekor, biglycan, dan versican), glikoprotein (mis., Osteonektin, osteopontin, sialoprotein tulang, trombospondin dan fibronektin), protein yang mengandung gla tulang (osteokalsin) dan protein serum (misalnya albumin) .

Beberapa mungkin terlibat dalam aspek awal, formatif tulang, sementara yang lain mungkin berperan setelah pembebasan mereka selama resorpsi tulang. Karena proteoglikan mengikat kolagen, mereka dapat membantu mengatur diameter fibril kolagen dan / atau berperan dalam mineralisasi. Osteonektin, misalnya, memiliki kemampuan untuk mengikat kalsium dan kolagen, menunjukkan peran dalam mineralisasi. Glikoprotein yang mengandung RGD osteopontin, sialoprotein tulang, dan fibronektin mengandung urutan tripeptida spesifik asam arginin-glisin-aspartat (Arg-Gly-Asp). Sel-sel tulang memiliki reseptor membran sel spesifik (mis., Integrin) yang mengikat urutan ini, memungkinkan mereka untuk mematuhi matriks dan, melalui pembawa pesan sekunder, untuk memodifikasi perilaku mereka. Jika, misalnya, urutan tripeptide tidak tersedia untuk sel tulang, ini dapat menyebabkan apoptosisnya. Osteocalcin protein yang mengandung Gla tulang (dengan asam amino gamma-carboxyglutamic acid) adalah protein pengikat kalsium yang disintesis hanya oleh osteoblas dan odontoblas. Spesifisitas ini berarti bahwa pengenalan osteokalsin dalam sel mencirikan sel tersebut sebagai garis turunan osteoblastik atau odontoblastik. Beberapa molekul yang dikarakterisasi baru-baru ini ditemukan dalam tulang yang mungkin terkait dengan regulasi mineralisasi lokal adalah: 1) matriks dentin fosfoprotein-1 asam (DMP-1) (melalui fragmen terminal C 57-kDa) 2) endopeptidase netral pengatur fosfat (PHEX) 3) matrix extracellular phosphoglycoprotein (MEPE) matriks. Menarik untuk dicatat bahwa ketiga molekul bioaktif di atas dapat mengatur produksi faktor pertumbuhan fibroblast 23 (FGF23) (lihat di bawah). Protein yang berasal dari luar lainnya yang dapat bersirkulasi dalam darah dan menjadi terkunci dalam matriks tulang termasuk sitokin (seperti interleukin, faktor nekrosis tumor dan faktor perangsang koloni) dan faktor pertumbuhan (seperti transformasi faktor pertumbuhan (TGF), faktor pertumbuhan fibroblast) (FGF), faktor pertumbuhan turunan trombosit (PDGF) dan faktor faktor pertumbuhan seperti insulin (IGF)). Molekul tersebut memiliki aktivitas biologis penting dalam siklus hidup sel tulang. Ketika ada di dalam tulang itu sendiri, mereka tidak aktif tetapi dapat dimobilisasi ketika tulang diserap oleh osteoklas. Mereka kemudian dapat memainkan peran menentukan pada pola aktivitas sel tulang berikutnya. Protein morfogenetik tulang (BMP) adalah komponen penting dari matriks tulang. Mereka dinamakan demikian karena, ketika pertama kali ditemukan, mereka memiliki kemampuan untuk menginduksi sel-sel induk untuk berdiferensiasi menjadi tulang. Namun, mereka sekarang diketahui memiliki sifat yang jauh lebih luas selain penting dalam pembentukan tulang. Mereka adalah morfogen penting dalam embriogenesis dan pengembangan umum dan mengatur pemeliharaan homeostasis jaringan dewasa. Mereka mempengaruhi pergerakan sel, pembelahan sel, diferensiasi sel dan apoptosis. BMP adalah bagian dari superfamili TGFβ dan sekitar 30 telah diidentifikasi, meskipun fungsi tepatnya tidak diketahui.

Histologi tulang Osteoid Setiap permukaan di mana pembentukan tulang aktif terjadi akan ditutupi oleh lapisan matriks tulang yang baru diendapkan, tanpa mineralisasi, yang disebut osteoid (Gbr. 13.9). Lapisan ini analog dengan predentine. Bahan-bahan molekul osteoid disekresikan oleh osteoblas yang membentuk lapisan yang jelas di permukaannya. Osteoid memiliki ketebalan sekitar 5-10 m sebelum mencapai tingkat kematangan yang kondusif untuk mineralisasi. Namun, dalam kondisi patologis tertentu, di mana terdapat mineralisasi tertunda (mis., Osteomalacia) atau peningkatan pembentukan tulang (mis., Penyakit Paget), ketebalan ini dapat meningkat (hyperosteoidosis).

Bagian depan mineralisasi relatif linier pada tingkat mikroskop cahaya, tidak seperti dentin, yang dapat mengungkapkan pola kalsosfer. Pada bagian-bagian rutin, mikroskopis cahaya, bagian demineralisasi, osteoid akan menodai berbeda dari matriks yang terkait dengan tulang termineralisasi, menunjukkan bahwa perubahan biokimia terjadi dalam matriks di bagian depan mineralisasi untuk memungkinkan terjadinya mineralisasi; beberapa molekul dapat ditambahkan, yang lain mungkin terdegradasi. Osteoid terdiri dari fibril kolagen tipe I yang tersusun kurang lebih sejajar dengan permukaan tulang, tertanam dalam substansi dasar yang kompleks dari proteoglikan, glikoprotein, dan molekul protein lainnya. Perubahan biokimia yang terjadi di bagian mineralisasi kurang dipahami. Ketika tulang alveolar pertama kali terbentuk, mineralisasi awal dapat dikontrol oleh osteoblas dari mana vesikel matriks sel membrannya berombak menjadi osteoid: kristal pertama terbentuk di dalam vesikel matriks. Membran sel vesikel matriks ini rusak dan kristal pertama membentuk biji di sekitar yang mineralisasi lebih lanjut dapat terjadi oleh epitaksi. Proses serupa mineralisasi awal melalui vesikel matriks tampaknya terjadi pada dentin (lihat halaman 393). Namun, sementara molekul tertentu yang terlibat dalam proses mineralisasi dapat memotong predentine dengan diangkut melalui proses odontoblas langsung ke front mineralisasi, ini tampaknya tidak mungkin terjadi pada osteoid. Ada fase jeda sebelum lapisan yang lebih dalam dari osteoid telah cukup matang untuk menjalani mineralisasi.

Gambar 13.6 (A) Bagian tanah horizontal tulang alveolar menunjukkan lamellae melingkar (A) dan sistem Haversian (B) di mana kanal vaskular sentral dikelilingi oleh lamella bertulang yang diatur secara konsentris (× 80). (B) Penampang tanah sistem Haversian, menunjukkan osteocyte lacunae dengan banyak canaliculi yang saling berhubungan yang mengelilingi kanal Haversian tengah. Atas perkenan Prof. T R Arnett.

Organisasi tulang Tulang dewasa diendapkan dalam lapisan, atau lamellae, masingmasing lamella setebal 3-5 m. Dalam tulang kompak lamella disusun dalam dua pola utama. Pada permukaan eksternal (periosteal) dan internal (endosteal) mereka disusun dalam lapisan paralel yang sepenuhnya mengelilingi permukaan tulang dan dikenal sebagai lamella sirkumferensial (Gambar 13.6A). Jauh ke dalam lamella sirkumferensial, lamela disusun sebagai lapisan konsentris yang kecil di sekitar kanal neurovaskular sentral. Kanal sentral (Haversian) (berdiameter sekitar 50 μm), bersama dengan lamella konsentris, dikenal sebagai sistem Haversian atau osteon (Gambar 13.6B). Mungkin ada sekitar 20 lamella konsentris dalam setiap sistem Haversian, jumlahnya dibatasi oleh kemampuan nutrisi untuk berdifusi dari pembuluh pusat ke sel-sel dalam lamella terluar. Garis semen matriks mineral menggambarkan setiap sistem Haversian. Fibril kolagen di dalam setiap lamella sejajar satu sama lain dan spiral sepanjang lamella tetapi memiliki orientasi yang berbeda dengan yang ada di lamella yang berdekatan. Perubahan orientasi ini dapat ditunjukkan dengan melihat tulang dalam cahaya terpolarisasi (Gbr. 13.7). Kanal Haversian yang beroperasi secara longitudinal dihubungkan oleh serangkaian kanal horisontal (interkoneksi kanal). Sebagai konsekuensi dari remodeling, fragmen dari sistem Haversia sebelumnya dapat hadir (lamella interstitial; Gambar 13.8A) serta lamella lingkar lama (Gambar 13.8C). Hal ini dapat menyebabkan kebingungan pada orang yang tidak mendapat informasi, yang mungkin salah mengartikan serat-serat Sharpey yang dipindahkan (yang semula di tulang lamellar melingkar tetapi sekarang tertanam jauh di dalam tulang di pulau-pulau terpencil di antara berbagai osteon) sebagai 'serat kasar yang tidak biasa'. Ini adalah fitur umum dalam pertumbuhan dengan drift kortikal aktif. Pada tulang kanselus, lamella dilekatkan satu sama lain untuk membentuk trabekula hingga sekitar 50 μm. Trabekula tidak diatur secara acak tetapi disejajarkan di sepanjang garis stres sehingga yang terbaik untuk menahan kekuatan yang diterapkan pada tulang sambil menambahkan massa minimal.

Gbr. 13.7 Bagian yang sama dengan Gbr. 13.6A, dilihat dalam cahaya terpolarisasi. Pita hitam dan putih bergantian menunjukkan orientasi kolagen yang berbeda dalam lamella yang berdekatan. Perhatikan karakteristik 'X' yang ditumpangkan pada sistem Haversian (× 80).

Gambar 13.8. Bagian tanah horizontal dari tulang yang menunjukkan lamella interstitial (A), sistem Haversian yang mengelilingi kanal sentral (B) dan lamella lingkar asli yang terletak jauh di dalam tulang setelah remodeling (C) (× 60). Atas perkenan Prof. M M Smith.

Trabekula mengelilingi ruang sumsum, dari mana mereka memperoleh nutrisi melalui difusi. Trabekula yang ada di tulang alveolar tampak lebih tebal dan lebih kuat daripada di tempat lain seperti vertebra sehingga hanya ditemukan osteon. Pada tulang muda, sumsum berwarna merah dan hemopoietik. Ini mengandung sel-sel induk dari kedua jenis fibroblastik / mesenchymal (mampu menimbulkan fibroblas, osteoblas, adiposit, chondroblas dan myoblas) dan garis keturunan sel darah (mampu menimbulkan osteoklas). Pada tulang tua, sumsumnya berwarna kuning, dengan hilangnya potensi hemopoietik dan peningkatan akumulasi sel-sel lemak. Dalam tubuh secara keseluruhan, sekitar 80% tulang dari jenis kortikal sementara sekitar 20% bersifat kanselus. Namun, angkaangka ini cenderung bervariasi sesuai dengan lokasi dan usia. Meskipun hanya menempati sebagian kecil volume tulang, tulang kanselus memiliki tingkat turnover yang jauh lebih tinggi daripada tulang kortikal; tulang kortikal dikatakan merombak sekitar 3% dari massa setiap tahun, sementara tulang kanselus membentuk ulang sekitar 25%. Fungsi tulang kortikal terutama dalam peran mekanik / pelindung, sedangkan cancellous (trabecular) memainkan peran yang lebih besar dalam metabolisme mineral, di samping fungsi strukturalnya.

Jenis sel dalam tulang Beberapa tipe sel bertanggung jawab untuk sintesis, pemeliharaan, dan resorpsi tulang (Gbr. 13.9). Mereka dapat dianggap sebagai milik dua keluarga utama, satu mesenkim dan satu lagi hemopoietik. Osteoblas, sel-sel osteosit dan sel-sel tulang berasal dari sel batang mesenchymal (atau ectomesenchymal). Sel-sel induk ini berada di sumsum tulang dan di daerah sel-sel yang berproliferasi yang berdekatan dengan lapisan osteoblas di periosteum. Pada ligamen periodontal dan jaringan pembentuk tulang lainnya, prekursor osteogenik mungkin berhubungan dengan pembuluh darah kecil. Namun, osteoklas berasal dari garis keturunan yang berbeda. Mereka membentuk bagian dari sistem hemopoietik, yang berasal dari sistem mononuklear / fagosit (termasuk monosit dan makrofag).

Namun, permukaan ini tersebar luas dan termasuk permukaan periosteal dan endosteal, lapisan kanal Haversian dan permukaan trabekula bertulang di tulang cancellous. Osteoblas aktif tampak berbentuk kubus dan menunjukkan sitoplasma basofilik yang terkait dengan jumlah retikulum endoplasma yang mencolok dalam sel, yang mencerminkan tingkat tinggi protein (terutama kolagen) sintesis. Selsel terpolarisasi dan nukleus bulat yang menonjol cenderung terletak di ujung basal. Banyak kontak sel terlihat di antara sel-sel membran sel yang berdekatan. Osteoblas juga bersentuhan dengan osteosit yang mendasarinya. Osteoblas saling kontak satu sama lain melalui adherens, celah dan persimpangan yang rapat. Ini secara fungsional terhubung ke mikrofilamen dan enzim (seperti protein kinase) yang terkait dengan sistem messenger sekunder intraseluler. Susunan kompleks ini memberikan perlekatan antar sel dan komunikasi sel-ke-sel, membantu memastikan bahwa lapisan osteoblas sepenuhnya menutupi permukaan osteoid dan bahwa fungsi osteoblas secara terkoordinasi. Pada tingkat ultrastruktural, osteoblas aktif dapat terlihat mengandung retikulum endoplasma kasar yang luas (disusun dalam tumpukan paralel), kompleks Golgi yang terlokalisir dan luas serta banyak mitokondria dan vesikel (Gbr. 13.11). Osteoblas mensekresikan matriks organik tulang yang awalnya direpresentasikan oleh lapisan tanpa mineral yang dikenal sebagai osteoid, sekitar 5–10 μm tebal (Gambar 13.9, 13.10). Beberapa komponen osteoid, seperti kolagen tipe I, tersebar luas dan tidak unik untuk osteoblas. Yang lain khusus untuk sel-sel dari garis turunan osteoblas dan memberikan penanda berguna dari fenotip osteoblas. Aktivitas alkali fosfatase, meskipun tidak sepenuhnya spesifik untuk tulang, mudah diidentifikasi dan merupakan indikator diferensiasi osteoblastik yang andal.

Osteoblas Osteoblas adalah sel-sel jaringan ikat khusus yang berasal dari mesenkim. Lapisan sel-sel ini menonjol pada permukaan tulang di mana terdapat pembentukan tulang aktif (Gbr. 13.10). Tidak seperti tulang rawan, yang tumbuh secara interstisial, tulang dapat disimpan (atau diserap) hanya pada permukaan, yang disebut pertumbuhan apposisional.

Gambar 13.9 Bagian horizontal tulang yang menunjukkan lapisan osteoblas (A) yang melapisi permukaan tempat pembentukan tulang aktif terjadi (seperti yang ditunjukkan oleh adanya lapisan pewarnaan osteoid yang pucat), beberapa osteoklas berinti banyak besar (B) terletak pada lacuna Howship di daerah tulang yang mengalami resorpsi, dan sejumlah besar osteosit (C) terbaring di dalam matriks tulang itu sendiri. D = sel pelapis tulang; E = pucat lapisan osteoid (bagian dekalsifikasi; H & E; × 80). Atas perkenan Prof. T R Arnett.

Gambar 13.10 Tulang alveolar pada permukaan ligamen periodontal menunjukkan lapisan osteoblas (panah). Seratserat Sharpey terlihat lewat ke dalam tulang dan ada lapisan osteoid yang pucat. Di dalam tulang itu sendiri terlihat osteosit, yang, pada bagian demineralisasi rutin, tidak menunjukkan canaliculi yang jelas (bagian dekalsifikasi; H&E; × 400).

Meskipun peran pasti dari enzim ini dalam osteoblas tidak diketahui, ia diduga terlibat dalam mineralisasi matriks. Basa fosfat melepaskan ion fosfat anorganik (PO4 3–) dari beragam molekul melalui hidrolisis, sehingga meningkatkan konsentrasi lokal ion fosfat anorganik. Ini juga menghidrolisis pirofosfat, penghambat utama mineralisasi dalam jaringan, untuk menghasilkan lebih banyak fosfat anorganik. Peningkatan yang dihasilkan dalam fosfat anorganik mempromosikan mineralisasi. Fibril kolagen yang disekresikan, intrinsik, terletak sejajar dengan permukaan tulang. Pada permukaan tulang alveolar yang berdekatan dengan ligamentum periodontal, serat Sharpey ekstrinsik sedikit banyak melewati garis tegak lurus ke lapisan osteoid (Gbr. 13.10). Osteoblas memiliki umur sekitar 1 bulan. Hingga 30% osteoblas menjadi tertanam dalam matriks organik sebagai osteosit, sedangkan sisanya tampak rata dan dikenal sebagai sel-sel pelapis, atau kadang-kadang bisa mengalami apoptosis.

Gambar. 13.11 Penampilan elektro-mikroskopis dari osteoblas aktif. Sel mengandung retikulum endoplasma kasar yang luas dan aparatus Golgi (B) yang mencolok dan terlokalisasi, dan dihubungkan ke sel yang berdekatan melalui kontak sel. Permukaan sel yang bersebelahan dengan tulang demineralisasi (A) memiliki banyak proses sitoplasma halus, beberapa di antaranya kontak dengan osteosit yang mendasarinya. Sel pipih (C) yang berbatasan langsung dengan osteoblas dapat mewakili sel osteoprogenitor (× 6.000).

Selain mengeluarkan komponen formatif tulang, osteoblas mengeluarkan molekul yang mengontrol aktivitasnya sendiri (yaitu, sekresi autokrin), seperti faktor pertumbuhan, sitokin dan prostaglandin. Sel juga memiliki reseptor permukaan untuk berikatan dengan molekul seperti itu. Osteoblas melepaskan molekul yang memiliki pengaruh pengontrol dalam mengaktifkan sel-sel penyerap tulang, osteoklas. Sekresi parakrin ini melibatkan molekul seperti faktor stimulasi koloni makrofag (M-CSF) dan aktivator reseptor ligan faktor kappa B (RANK) nuklir (RANKL) (lihat halaman 247–252). Osteoblas juga memiliki reseptor untuk beberapa hormon (mis., Hormon paratiroid, 1,25 dihydroxyvitamin D, steroid seks) yang membantu mengatur metabolisme tulang.

Osteosit Osteosit adalah sel-sel postmitotik yang terletak di dalam tulang itu sendiri dan mewakili osteoblas yang terperangkap dalam matriks tulang. Meskipun jebakannya mungkin terlihat pasif, osteosit mungkin memainkan peran yang lebih aktif saat dimakamkan, seperti melepaskan enzim untuk memecah kolagen di sekitarnya. Mereka sejauh ini merupakan jenis sel tulang yang paling banyak, terdiri lebih dari 90% sel tulang dibandingkan dengan kurang dari 5% untuk osteoblas dan kurang dari 1% untuk osteoklas. Mereka juga berbeda dari osteoblas dan osteoklas dengan berumur panjang. Jumlah osteosit dalam tulang dapat bervariasi sesuai dengan lokasi dan usia tetapi jumlah mereka bisa mencapai puluhan ribu per mm kubik. Dalam mempersiapkan bagian dasar tulang, osteosit sendiri hilang, tetapi ruang atau kekosongan yang ditempati diisi dengan puing-puing udara atau sel dan tampak hitam pada bagian cahaya yang ditransmisikan secara rutin (Gbr. 13.12A). Lacuna didistribusikan secara teratur dalam tulang dewasa dan banyak kanal sempit yang disebut canaliculi memancar dari mereka ke segala arah. Sejumlah proses sel dari osteosit berjalan di kanalikuli ke segala arah, lebih banyak diarahkan secara tegak lurus ke permukaan tulang daripada sejajar dengannya (Gbr. 13.12B). Proses-proses osteosit yang bertetangga dihubungkan oleh kontak-kontak sel yang disebut gap junctions (lihat di bawah) dan proses-proses dari osteocytes yang terletak di permukaan berhubungan dengan sel-sel yang melapisi permukaan tulang.

Gambar 13.12 (A) Bagian dasar dari sistem Haversian dipotong secara horizontal untuk menunjukkan osteocyte lacunae dan canaliculi yang terkait. Lebar gambar = 0,25 mm. (B) Tulang demineralisasi menunjukkan sejumlah besar proses pingsan dari osteosit dan berhubungan dengan proses serupa dari osteosit tetangga. Tulang diperbaiki, didehidrasi, disematkan dalam resin, dietsa dengan asam fosfat 37% dan dicuci dengan pemutih. (SEM) Inset: tampilan osteosit berdaya tinggi yang terlihat pada Gambar 13.12B. (SEM) (A) Atas perkenan Prof. T R Arnett. (B) Atas perkenan K Mackenzie.

Dengan cara ini, osteosit berada dalam komunikasi yang konstan dengan osteoblas dan sel-sel lapisan tulang. Proses sel di canaliculi memungkinkan difusi zat dari pembuluh darah yang berdekatan melalui tulang. Proses sel tampaknya tidak melintasi garis semen dan oleh karena itu tidak mungkin untuk memungkinkan osteosit melakukan kontak sel dengan sel dalam osteon yang berdekatan. Beberapa osteosit dalam lamella interstitial mungkin mati dan lacuna mereka mungkin terisi dengan mineral. Pada bagian demineralisasi rutin, osteosit dipertahankan, tetapi kanalikuli sedikit terbukti. Namun, canaliculi dapat divisualisasikan dalam bagian demineralisasi jika perfusi dengan pewarna seperti picrothionin (Gbr. 13.13). Dimungkinkan untuk mengisolasi dan membiakkan osteosit, yang mempertahankan morfologi karakteristiknya (Gbr. 13.14). Dibandingkan dengan cementocytes (lihat halaman 197– 198), osteosit lebih terdistribusi secara teratur dan tidak menunjukkan orientasi yang lebih preferensial dari canaliculi cementocyte (menuju ligamen periodontal). Tidak diketahui apa yang menjadi osteosit yang dilepaskan setelah aktivitas resorpsi tulang oleh osteoklas, tetapi ada kemungkinan bahwa sebagian besar menjalani apoptosis dan kemudian difagositosis.

Gambar 13.13 Bagian tulang yang didemineralisasi perfusi dengan picro thionin untuk memvisualisasikan lacunae osteocyte dan canaliculi (× 280). Atas perkenan Prof. M M Smith.

Karena mereka berasal dari osteoblas, tidak mengherankan bahwa osteosit berbagi banyak penanda umum, seperti keberadaan osteopontin, osteocalcin, osteonektin, fibronektin, hormon paratiroid dan reseptor estrogen, tetapi osteosit umumnya tidak mengekspresikan alkali fosfatase. Namun, osteosit juga mengekspresikan penanda unik yang telah ditemukan dalam beberapa tahun terakhir, yang diekspresikan secara berurutan ketika osteosit muda menjadi yang pertama kali tertanam dalam osteoid, selama mineralisasi dan pada osteosit dewasa. Marker ini termasuk E11 / gp38, MEPE, DMP-1 dan sclerostin, untuk menyebutkan beberapa. Pada tingkat ultrastruktural, penampilan osteosit bervariasi sesuai dengan posisinya dalam kaitannya dengan lapisan permukaan. Osteosit yang baru dimasukkan ke dalam matriks tulang dari lapisan osteoblas memiliki kandungan organel yang tinggi mirip dengan osteoblas. Namun, ketika mereka menjadi lebih mendalam dengan pembentukan tulang yang berkelanjutan, mereka tampaknya kurang aktif. Sel-sel kemudian terlihat memiliki nukleus dan cincin tipis sitoplasma yang mengandung beberapa organel, yang mencerminkan penurunan aktivitas seluler (Gbr. 13.15). Beberapa sekresi mungkin diperlukan untuk fungsi osteosit jika, misalnya, sel terlibat dalam penerimaan dan transduksi informasi mekanosensorik. Banyak proses ramping yang mengandung bundel filamen aktin meluas dari osteosit ke canaliculi dalam matriks. Proses dari satu sel bergabung dengan yang lain dengan gap gap, yang memungkinkan komunikasi sel ke sel dan koordinasi aktivitas. Dalam fitur ini, mereka berbeda dari kondrosit, yang dikatakan kekurangan proses dan terisolasi satu sama lain. Ruang pericellular (yang mungkin mewakili artefak penyusutan) biasanya terlihat mengintervensi antara membran sel dan tulang di sekitarnya dan mengandung matriks yang tidak terineralisasi, yang terdiri dari proteoglikan dan beberapa serat kolagen. Tidak seperti pandangan yang lebih tua bahwa osteosit adalah sel yang relatif tidak aktif, mempertahankan tingkat homeostasis tulang, penelitian terbaru menunjukkan itu adalah pengontrol utama biologi tulang. 1) Osteosit adalah penginduksi aktivasi osteoklas. Pada konteks ini, osteosit menghasilkan RANKL pada proses dendritik mereka.

Gambar 13.14 Osteosit dalam kultur jaringan. (A) Sekelompok osteosit diisolasi dari tulang dan dipelihara selama 24 jam dalam kultur jaringan pada kaca. Sitoplasma (fluoresensi hijau) telah dilabeli dengan antibodi monoklonal spesifik osteosit (OB7.3), sedangkan inti telah diberi label menggunakan fluoresensi biru. Sejumlah kecil osteoblas (negatif untuk antibodi spesifik osteosit hijau tetapi dengan nukleus pewarnaan biru) juga dapat dilihat (× 350). (B) SEM dari osteosit yang dikultur. Sel-sel ditandai dengan pewarnaan positif dengan antibodi spesifik osteosit (OB7.3). Seperti halnya osteosit in vivo, sel memiliki proses sel yang panjang, ramping, dan sering bercabang yang dengannya mereka telah menghubungi sel-sel yang bersebelahan selama kultur (× 1.000). Dari Van der Plas A, Nijweide P J 1992 Isolasi dan pemurnian osteosit. Jurnal Penelitian Tulang dan Mineral 7: 389–396.

Gambar 13.16 Bagian demineralisasi dari tulang alveolar yang resorpsi memperlihatkan dua osteoklas yang tergeletak dalam lacunae Howship (× 350). Atas perkenan Prof. M M Smith. Gambar. 13.15 Penampilan mikroskopis elektron tulang demineralisasi menunjukkan osteosit. Sel memiliki beberapa organel dan memiliki proses sel (panah) meluas ke canaliculi. Ruang periseluler terlihat antara membran sel dan dinding kekosongan dan mungkin terkait dengan artefak penyusutan (× 5,300).

2) Kematian sel oosit / apoptosis dapat menstimulasi osteoklas melalui jalur catenin Wnt / beta. Dalam konteks ini, osteosit memiliki reseptor untuk hormon paratiroid. 3) Osteosit melalui sekresi sclerostin (dikode oleh gen SOST) mengendalikan keseimbangan antara pembentukan tulang dan resorpsi. Kerjanya dengan menghambat jalur Wnt, yang melaluinya secara tidak langsung bertindak sebagai antagonis terhadap BMP. 4) Osteosit dapat menyebabkan pemodelan ulang dinding lacunarnya secara lokal, yang mempengaruhi mineral dan matriks organik. Dengan mengatur mineralisasi tulang sekunder ini, osteosit dapat menghentikannya menjadi terlalu rapuh. Karena luasnya permukaan yang terlibat, osteosit adalah pemain kunci dalam homeostasis metabolisme kalsium dan fosfat. Dengan produksi FGF23, ia memiliki peran yang lebih luas dalam fungsi ginjal. Ini mengatur kadar fosfat serum dengan bekerja pada tubulus proksimal ginjal sehingga lebih banyak fosfat diekskresikan dan dengan mengurangi jumlah penyerapan fosfat dari usus dan tulang. Sebagai hasil dari penyebaran luas mereka dalam tulang dan interkoneksi mereka, osteosit adalah kandidat yang jelas untuk mendeteksi strain yang disebabkan oleh beban dalam tulang dan oleh karenanya dianggap sebagai sensor mekanik utama dalam tulang. Untuk mendukung pandangan ini adalah bukti perubahan metabolisme yang cepat setelah pemuatan tulang yang intermiten. Bagaimana strain terdeteksi tidak diketahui secara pasti, tetapi aliran cairan melalui canaliculi dan / atau deformasi sel adalah satu kemungkinan. Dalam konteks ini, keberadaan molekul adhesi sel seperti integrin pada membran sel mungkin relevan.

Sel-sel yang melapisi tulang Ketika permukaan tulang tidak dalam fase formatif atau resorptif, permukaan tulang dilapisi oleh lapisan sel-sel yang diratakan yang disebut sel-sel lapisan tulang (Gbr. 13.9D), dengan sedikit atau tidak adanya osteoid. Seperti osteoblas, sel-sel pelapis tulang terhubung ke osteosit yang mendasarinya. Mereka menunjukkan sedikit tanda aktivitas sintetis, yang dibuktikan dengan berkurangnya kandungan organelnya, dan dapat dianggap sebagai osteoblas pascaproliferatif. Dengan menutupi permukaan tulang, mereka dapat 1) berperan dalam metabolisme kalsium dan fosfat, 2) melindungi permukaan dari aktivitas resorptif oleh osteoklas atau 3) berpartisipasi dalam memulai remodeling tulang. Lapisan tulang sel-sel juga bisa menjadi sumber sel-sel osteoprogenitor dan diaktifkan kembali untuk membentuk osteoblas.

Sel osteoprogenitor Untuk menghasilkan osteoblas sepanjang hidup, populasi sel induk diperlukan. Sel induk memiliki kemampuan untuk mempertahankan jumlah mereka sepanjang hidup. Ketika sel induk membelah, salah satu sel anak tetap sebagai sel induk, sementara yang lain dapat berdiferensiasi menjadi jenis sel lain. Properti pembaruan diri ini adalah fitur unik dari sel punca. Dalam kasus tulang alveolar, sel-sel yang berasal dari sel-sel induk awal yang akhirnya menimbulkan osteoblas disebut sel-sel osteoprogenitor. Mereka berada di lapisan sel di bawah lapisan osteoblas di daerah periosteal, di ligamen periodontal atau di ruang sumsum. Awalnya, sel-sel osteoprogenitor adalah sel-sel seperti fibroblast, dengan nukleus memanjang dan beberapa organel (Gbr. 13.11). Siklus hidup mereka mungkin melibatkan hingga sekitar delapan pembelahan sel sebelum mencapai tahap osteoblas. Ada perolehan bertahap fitur seperti osteoblas yang terkait dengan peningkatan ekspresi gen yang teratur. Awalnya, gen yang terkait dengan pertumbuhan sel diekspresikan (seperti c-myc, c-fos dan Runx2), diikuti oleh gen yang terkait dengan produk osteoblas seperti kolagen tipe I, fibronektin, beberapa faktor pertumbuhan dan alkali fosfatase. Akhirnya, gen diekspresikan terkait dengan produk yang terkait dengan mineralisasi (seperti osteocalcin, osteopontin dan sialoprotein tulang).