Bens ultrastruktur

Benet är en specialiserad typ av bindväv. Den har ett unikt histologiskt utseende som gör det möjligt för den att utföra sina många funktioner:

• Hematopoiesis – bildandet av blodceller från hematopoietiska stamceller som finns i benmärgen.
• Lipid- och minerallagring – benet är en reservoar som innehåller fettvävnad i benmärgen och kalcium i hydroxiafatitkristaller.
• Stöd – ben utgör kroppens ramverk och form.
• Skydd – särskilt det axiella skelettet som omger kroppens viktigaste organ.

I den här artikeln kommer vi att titta på benets ultrastruktur – dess beståndsdelar, struktur och utveckling. Vi ska också undersöka hur sjukdomar kan påverka dess struktur.

Benskomponenter

Benen är en specialiserad form av bindväv. Liksom all bindväv kan dess komponenter delas in i cellulära komponenter och den extracellulära matrisen.

Cellulära komponenter

Fig 1.0 – Benets cellulära komponenter och deras funktioner.

Det finns tre typer av celler i benet:

• Osteoblaster – syntetiserar okalkaffinerad/ej mineraliserad extracellulär matris som kallas osteoid. Detta kommer senare att förkalkas/mineraliseras för att bilda ben.

• Osteocyter – När osteoiden mineraliseras blir osteoblasterna inneslutna mellan lameller i lacuner där de mognar till osteocyter. De övervakar sedan mineraler och proteiner för att reglera benmassan.

• Osteoklaster – Härstammar från monocyter och resorberar ben genom att frigöra H+-joner och lysosomala enzymer. De är stora och flerkärniga celler.

Balansen mellan osteoblast- och osteoklastaktivitet är avgörande för att upprätthålla vävnadens strukturella integritet. Den spelar också en roll vid tillstånd som osteoporos.

Extracellulär matris

Den extracellulära matrisen (ECM) avser de molekyler som ger biokemiskt och strukturellt stöd till cellerna.

Benskärnans ECM är mycket specialiserad. Förutom kollagen och de associerade proteiner som vanligtvis finns i bindväv är benet impregnerat med mineralsalter, särskilt kalciumhydroxiafatitkristaller. Dessa kristaller förenar sig med kollagenfibrerna och gör benet hårt och starkt. Denna matris är organiserad i många tunna lager, så kallade lameller.

Benenas struktur

Under mikroskopet kan benet delas in i två typer:

• Vävt ben (primärt ben) – Förekommer vid embryonal utveckling och reparation av frakturer, eftersom det kan läggas upp snabbt. Det består av osteoid (omineraliserad ECM), där kollagenfibrerna är slumpmässigt arrangerade. Det är en tillfällig struktur som snart ersätts av moget lamellärt ben.

• Lamellärt ben (sekundärt ben) – Benet i det vuxna skelettet. Det består av mycket organiserade skikt av mineraliserad osteoid. Denna organiserade struktur gör det mycket starkare än vävt ben. Lamellbenet i sig kan delas in i två typer – kompakt och svampigt.

I båda typerna av ben är den yttre ytan täckt av ett lager bindväv, det så kallade periosteum. Ett liknande lager, endosteum, bekläder hålrummen i benet (t.ex. märgkanalen, Volkmanns kanal och svampiga benutrymmen).

Lamellärt ben kan delas in i två typer. Den yttre är känd som kompakt ben – detta är tätt och styvt. De inre skikten av benet kännetecknas av många sammankopplade håligheter och kallas för svampigt ben.

Fig 1.1 – Mikroskopisk bild av kompakt ben. Lägg märke till arrangemanget kring en enda Haversiansk kanal.

Compact Bone

Compact bone bildar benets yttre ”skal”. I denna typ av ben är lamellerna organiserade i koncentriska cirklar som omger en vertikal Haversiansk kanal (som överför små neurovaskulära och lymfatiska kärl). Hela denna struktur kallas osteon och är benets funktionella enhet.

De Haversianska kanalerna är förbundna med horisontella Volkmannskanaler – dessa innehåller små kärl som anastomoserar (förenas) med artärerna i de Haversianska kanalerna. Volkmanns kanaler överför också blodkärl från periosteum.

Osteocyter ligger mellan lamellerna, i små håligheter (så kallade lacunae). Lakunerna är sammankopplade genom en rad sammankopplade tunnlar, så kallade canaliculi.

Svampigt ben

Svampigt ben utgör det inre av de flesta ben och ligger djupt ner i det kompakta benet. Det innehåller många stora mellanrum – detta ger det ett honungskaveldrag.

Knogammatrisen består av ett 3D-nätverk av fina kolumner, som korsförbinds för att bilda oregelbundna trabekler. Detta ger ett lätt, poröst ben som är starkt mot multidirektionella kraftlinjer. Den lätthet som det svampiga benet har är avgörande för att kroppen ska kunna röra sig. Om den enda typen av ben var kompakt skulle de vara för tunga för att kunna mobiliseras.

Rummen mellan trabekelerna är ofta fyllda med benmärg. Gul benmärg innehåller adipocyter och röd benmärg består av hematopoietiska stamceller.

Denna typ av ben innehåller inga Volkmanns eller Haversianska kanaler.

Fig 1.2 – Strukturen hos mogna ben. Observera den olika strukturen hos kompakta och svampiga bentyper.

Ossifiering och ombyggnad

Ossifiering är processen för att producera nytt ben. Den sker via en av två mekanismer:

• Endokondral ossifikation – Där hyalint brosk ersätts av osteoblaster som utsöndrar osteoid. Lårbenet är ett exempel på ett ben som genomgår endokondral ossifikation.

• Intramembranös ossifikation – Där mesenkymal (embryonal) vävnad kondenseras till ben. Denna typ av ossifikation bildar platta ben som t.ex. tinningbenet och skulderbladet.

I båda mekanismerna produceras ursprungligen primärt ben. Det ersätts senare av moget sekundärt ben.

Remodellering

Benen är en levande vävnad och som sådan genomgår den ständigt remodellering. Detta är den process genom vilken mogen benvävnad återupptas och ny benvävnad bildas. Den utförs av benets cellulära komponent.

Osteoklaster bryter ner benet via en skärande kon. Näringsämnena återabsorberas och osteoblasterna lägger ner ny osteoid. Remodellering sker främst på platser med stress och skador, vilket stärker de drabbade områdena.

Klinisk relevans – sjukdomar i benet

Benen har en unik histologisk struktur, som krävs för att den ska kunna utföra sina funktioner. Förändringar av denna struktur, sekundärt till sjukdom, kan ge upphov till flera kliniska tillstånd.

Osteogenesis imperfecta är ett tillstånd där det finns en onormal syntes av kollagen från osteoblasterna. Kliniska kännetecken är bräckliga ben, bendeformiteter och blå sclera. Det är en sällsynt sjukdom och genetisk etiologi, med ett autosomalt dominant arvsmönster. Benens bräcklighet predisponerar för frakturer – detta har en medicolegal betydelse, eftersom det hos barn kan misstas för avsiktlig skada.

Osteoporos hänvisar till en minskning av bentätheten, vilket minskar dess strukturella integritet. Detta orsakas av att osteoklastaktiviteten (benreabsorption) väger tyngre än osteoblastaktiviteten (benproduktion). Benen är bräckliga och löper en ökad risk för frakturer. Det finns tre typer:

• Typ 1: Postmenopausal osteoporos – Utvecklas hos kvinnor efter klimakteriet på grund av minskad östrogenproduktion. Östrogen skyddar mot osteoporos genom att öka osteoblasternas och minska osteoklasternas aktivitet.
• Typ 2: Senil osteoporos – Uppstår vanligtvis över 70 års ålder.
• Typ 3: Sekundär osteoporos – När osteoporos uppstår på grund av samtidig sjukdom (t.ex. kronisk njursvikt).

Riskfaktorer är ålder, kön, kost (D-vitamin och kalcium), etnicitet, rökning och orörlighet. Den behandlas vanligen med bisfosfonater som tas upp av osteoklaster vilket gör att de blir inaktiva och genomgår apoptos. Detta begränsar ytterligare nedbrytning av benet.

Fig 1.3 – Röntgenbild av ett barn som drabbats av raketsjuka.

Rickets är D-vitamin- eller kalciumbrist hos barn med växande ben. Detta innebär att osteoiden mineraliseras dåligt och förblir böjlig. De epifysiska tillväxtplattorna kan då förvrängas under kroppens vikt, vilket kan leda till skelettdeformiteter.

Osteomalaci är D-vitamin- eller kalciumbrist hos vuxna med remodellerande skelett. Här är osteoiden som läggs ner av osteoblasterna dåligt mineraliserad, vilket leder till allt svagare ben och ökar benens benägenhet för frakturer.

Anmärkning: D-vitaminbrist kan bero på dålig kost, brist på solljus eller en ämnesomsättningsrubbning. Njursvikt kan till exempel störa den andra hydroxyleringen av D-vitamin eller en tarmsjukdom kan förhindra tillräcklig absorption. Kalciumbrist kan orsakas av kost eller låg vit. D.