Luu on erikoistunut sidekudostyyppi. Sillä on ainutlaatuinen histologinen ulkonäkö, jonka ansiosta se pystyy suorittamaan lukuisia tehtäviään:
- Verenmuodostus – verisolujen muodostuminen luuytimestä löytyvistä hematopoieettisista kantasoluista.
- Lipidien ja kivennäisaineiden varastointi – luu on varasto, joka pitää sisällään rasvakudosta luuytimen sisällä ja kalsiumia hydroksiapatiittikiteiden sisällä.
- Tuki – luut muodostavat kehon rungon ja muodon.
- Suojaus – erityisesti aksiaalinen luusto, joka ympäröi kehon tärkeimpiä elimiä.
Tässä artikkelissa tarkastelemme luun ultrastruktuuria – sen osia, rakennetta ja kehitystä. Tarkastelemme myös sitä, miten sairaudet voivat vaikuttaa sen rakenteeseen.
Luun osat
Luu on sidekudoksen erikoistunut muoto. Kuten missä tahansa sidekudoksessa, sen komponentit voidaan jakaa solukomponentteihin ja solunulkoiseen matriisiin.
Solukomponentit
Kuva 1.0 – Luun solukomponentit ja niiden toiminnot.Luussa on kolme erilaista solutyyppiä:
- Osteoblastit – Syntetisoivat kalkkeutumatonta/mineralisoimatonta solunulkopuolista matriisia, jota kutsutaan nimellä osteoidi. Tämä kalkkeutuu/mineralisoituu myöhemmin muodostaen luun.
- Osteosyytit – Kun osteoidi mineralisoituu, osteoblastit kätkeytyvät lamellien väliin rakkuloihin, joissa ne kypsyvät osteosyyteiksi. Sen jälkeen ne valvovat mineraaleja ja proteiineja luumassan säätelyä varten.
- Osteoklastit – Ne ovat peräisin monosyyteistä ja resorboivat luuta vapauttamalla H+ -ioneja ja lysosomaalisia entsyymejä. Ne ovat suuria ja monitumaisia soluja.
Osteoblastien ja osteoklastien aktiivisuuden tasapaino on ratkaisevan tärkeää kudoksen rakenteellisen eheyden ylläpitämisessä. Sillä on merkitystä myös osteoporoosin kaltaisissa tiloissa.
Extrasellulaarinen matriisi
Solunulkoisella matriisilla (ECM, extracellular matrix) tarkoitetaan molekyylejä, jotka tarjoavat soluille biokemiallista ja rakenteellista tukea.
Luun ECM on erittäin erikoistunut. Kollageenin ja siihen liittyvien, yleensä sidekudoksessa esiintyvien proteiinien lisäksi luu on kyllästetty mineraalisuoloilla, erityisesti kalsiumhydroksiapatiittikiteillä. Nämä kiteet liittyvät kollageenikuituihin, mikä tekee luusta kovan ja vahvan. Tämä matriisi on järjestäytynyt lukuisiksi ohuiksi kerroksiksi, joita kutsutaan lamelleiksi.
Luun rakenne
Mikroskoopin alla luu voidaan jakaa kahteen tyyppiin:
- Kudottu luu (primaariluu) – Esiintyy alkionkehityksessä ja murtumien korjauksessa, koska se voi muodostua nopeasti. Se koostuu osteoidista (mineralisoitumattomasta ECM:stä), jossa kollageenikuidut ovat järjestäytyneet satunnaisesti. Se on väliaikainen rakenne, joka korvautuu pian kypsällä lamelliluulla.
- Lamelliluu (sekundaariluu) – Aikuisen luuston luu. Se koostuu hyvin järjestäytyneistä mineralisoituneen osteoidin levyistä. Tämä järjestäytynyt rakenne tekee siitä paljon vahvemman kuin kudottu luu. Lamelliluu itsessään voidaan jakaa kahteen tyyppiin – tiiviiseen ja sienimäiseen.
Kummassakin luutyypissä luun ulkopintaa peittää sidekudoskerros, jota kutsutaan luukalvoksi. Samanlainen kerros, endosteum, vuoraa luun sisällä olevia onteloita (kuten medullaarista kanavaa, Volkmannin kanavaa ja spongeettisen luun tiloja).
Lamellarinen luu voidaan jakaa kahteen tyyppiin. Ulompi tunnetaan nimellä kompakti luu – tämä on tiivis ja jäykkä. Sisempiä luukerroksia leimaavat monet toisiinsa liittyvät ontelot, ja sitä kutsutaan sieniluuksi.
Kuva 1.1 – Mikroskooppikuva kompaktista luusta. Huomaa järjestely yhden Haversin kanavan ympärillä.Kompakti luu
Kompakti luu muodostaa luun ulomman ”kuoren”. Tämäntyyppisessä luussa lamellit ovat järjestäytyneet samankeskisiin ympyröihin, jotka ympäröivät pystysuoraa Haversin kanavaa (joka välittää pieniä hermo- ja imusuonia). Tätä koko rakennetta kutsutaan osteoniksi, ja se on luun toiminnallinen yksikkö.
Haversin kanavia yhdistävät vaakasuorat Volkmannin kanavat – nämä sisältävät pieniä verisuonia, jotka anastomosoituvat (yhdistyvät) Haversin kanavien valtimoihin. Volkmannin kanavien kautta kulkevat myös luukalvon verisuonet.
Osteosyytit sijaitsevat lamellien välissä, pienissä onkaloissa (ns. lacunae). Lakunat ovat yhteydessä toisiinsa useilla toisiinsa liittyvillä tunneleilla, joita kutsutaan kanavoiksi (canaliculi).
Pehmytluu
Pehmytluu muodostaa useimpien luiden sisäosan, ja se sijaitsee syvällä tiiviiseen luuhun nähden. Se sisältää monia suuria tiloja – tämä antaa sille hunajakennomaisen ulkonäön.
Luun matriisi koostuu hienojen pylväiden 3D-verkostosta, jotka ristikytkeytyvät muodostaen epäsäännöllisiä trabekkeleita. Tämä tuottaa kevyen, huokoisen luun, joka on vahva monisuuntaisia voimasuuntia vastaan. Sieniluun keveys on ratkaisevan tärkeää, jotta keho voi liikkua. Jos ainoa luutyyppi olisi tiivis, ne olisivat liian raskaita liikuteltaviksi.
Trabekyylien väliset tilat täyttyvät usein luuytimellä. Keltainen luuydin sisältää adiposyyttejä ja punainen luuydin koostuu hematopoieettisista kantasoluista.
Tämä luutyyppi ei sisällä Volkmannin tai Haversin kanavia.
Kuva 1.2 – Kypsän luun rakenne. Huomaa tiiviin ja sienimäisen luutyypin erilainen rakenne.Ossifikaatio ja uudelleenmuodostuminen
Ossifikaatio on uuden luun muodostumisprosessi. Se tapahtuu jollakin kahdesta mekanismista:
- Endokondraalinen luutuminen – Kun hyaliinirusto korvautuu osteoblasteilla, jotka erittävät osteoidia. Reisiluu on esimerkki luusta, jossa tapahtuu endokondraalista ossifikaatiota.
- Intramembranoottinen ossifikaatio – Kun mesenkymaalinen (alkion) kudos tiivistyy luuksi. Tämä luutumistyyppi muodostaa litteitä luita, kuten ohimoluu ja lapaluu.
Kummassakin mekanismissa syntyy aluksi primaarista luuta. Myöhemmin se korvataan kypsällä sekundaarisella luulla.
Remodelling
Luu on elävä kudos, ja sellaisena se muuttuu jatkuvasti. Tämä on prosessi, jossa kypsä luukudos imeytyy uudelleen ja uutta luukudosta muodostuu. Sen suorittaa luun solukomponentti.
Osteoklastit hajottavat luuta leikkaavan kartion avulla. Ravinteet imeytyvät takaisin, ja osteoblastit laskevat uutta osteoidia. Uudelleenmuodostusta tapahtuu ensisijaisesti rasitus- ja vauriokohdissa, jolloin vaurioituneet alueet vahvistuvat.
Kliininen merkitys – luun häiriöt
Luulla on ainutlaatuinen histologinen rakenne, jota se tarvitsee suorittaakseen tehtävänsä. Sairauden aiheuttamat muutokset tässä rakenteessa voivat aiheuttaa useita kliinisiä tiloja.
Osteogenesis imperfecta on tila, jossa osteoblastien kollageenisynteesi on epänormaalia. Kliinisiä piirteitä ovat hauraat luut, luun epämuodostumat ja sininen kovakalvo. Se on harvinainen sairaus, jonka etiologia on geneettinen ja jonka periytymismalli on autosomaalinen dominantti. Luiden hauraus altistaa ne murtumille – tällä on lääkintäoikeudellinen merkitys, sillä lapsilla sitä voidaan erehtyä luulemaan tahalliseksi vammaksi.
Osteoporoosilla tarkoitetaan luun tiheyden vähenemistä, mikä vähentää luun rakenteellista eheyttä. Tämä johtuu siitä, että osteoklastien toiminta (luun uudelleen imeytyminen) ylittää osteoblastien toiminnan (luun tuotanto). Luut ovat hauraita, ja murtumariski kasvaa. Tyyppejä on kolme:
- Tyyppi 1: Postmenopausaalinen osteoporoosi – Kehittyy naisille vaihdevuosien jälkeen, koska estrogeenin tuotanto vähenee. Estrogeeni suojaa osteoporoosilta lisäämällä osteoblastien ja vähentämällä osteoklastien toimintaa.
- Tyyppi 2: Seniili osteoporoosi – Esiintyy yleensä yli 70-vuotiaana.
- Tyyppi 3: Sekundaarinen osteoporoosi – Kun osteoporoosia esiintyy samanaikaisen sairauden vuoksi (esim. krooninen munuaisten vajaatoiminta).
Riskitekijöitä ovat ikä, sukupuoli, ruokavalio (D-vitamiini ja kalsium), etninen alkuperä, tupakointi ja liikkumattomuus. Sitä hoidetaan yleensä bisfosfonaateilla, joita osteoklastit ottavat vastaan, jolloin ne muuttuvat inaktiivisiksi ja menevät apoptoosiin. Tämä rajoittaa luun hajoamista entisestään.
Kuva 1.3 – Röntgenkuva riisitautia sairastavasta lapsesta.Risitauti on D-vitamiinin tai kalsiumin puutos lapsilla, joilla on kasvava luusto. Tämä tarkoittaa, että osteoidi mineralisoituu huonosti ja pysyy taipuisana. Epifyysiset kasvulevyt voivat tällöin vääntyä kehon painon alla, mikä voi johtaa luuston epämuodostumiin.
Osteomalasia on D-vitamiinin tai kalsiumin puutos aikuisilla, joilla on uudelleenmuodostuvia luita. Tällöin osteoblastien muodostama osteoidi mineralisoituu huonosti, mikä johtaa yhä heikompiin luihin ja lisää niiden murtuma-alttiutta.
Huomautus: D-vitamiinin puute voi johtua huonosta ruokavaliosta, auringonvalon puutteesta tai aineenvaihduntahäiriöstä. Esimerkiksi munuaisten vajaatoiminta voi häiritä D-vitamiinin toista hydroksylaatiota tai suolistosairaus voi estää riittävän imeytymisen. Kalsiumin puute voi johtua ruokavaliosta tai vähäisestä vit. D.