background image

 

HDTD/ Bone- Lecture I 

    Lecturer Dr. Zahraa Qasim Ali 

 

Dear students: 

By the end of this first lecture of the “Bone”, I hope each one of you will be able 

to: 

1.  Define bone histologically (cells & extracellular structure)  

2.  List the functions of bones. 

3.  List types of bones, their histological features & its location

Introduction: 

    Over 200 bones in the body provide mechanical strength for movement and body 

structure. The major function of mineralized bone, which contains mostly collagen 

type I fibers with calcium hydroxyapatite and calcium carbonate crystals, is to give 

form to the body. These bones also attach and support the skeletal muscles to allow 

movement. Bone has compact and cancellous regions and has a role in maintaining 

serum and tissue calcium and phosphorus levels. Bone marrow has a hematopoietic 

function,  in  that  the  marrow  contains  immature  blood  cells  and  stem  cells  to 

constantly replenish (replace) them. The major pool of hematopoietic cells is located 

in the pelvis and sternum. 

 

 

 

 


background image

 

Histology & function of the Bone: 

   

Bone is a specialized form of connective tissue that, like other connective tissues, 

consists of cells and extracellular matrix. The feature that distinguishes bone from 

other  connective  tissues  is  the  mineralization  of  its  matrix,  which  produces  an 

extremely hard tissue capable of providing support and protection.  

By virtue of its mineral content, bone also serves as a storage site for calcium and 

phosphate. Both calcium and phosphate can be mobilized from the bone matrix and 

taken up by the blood as needed to maintain appropriate levels throughout the body. 

Thus, in addition to support and protection, bone plays an important secondary role 

in the homeostatic regulation of blood calcium levels. 

Bone  matrix  contains  mainly  type  I  collagen  along  with  other  matrix  (non-

collagenous) proteins. 

 

It is good to know

, three forms of non- collagenous proteins, which are 

[

(1) 

Bone-

specific,  vitamin  K–dependent  proteins

,  which  include 

osteocalcin

 

(which 

captures calcium from the circulation and attracts and stimulates osteoclasts in bone 

remodeling),  (2) 

protein  S

 

(which  assists  in  the  removal  of  cells  undergoing 

apoptosis), and 

matrix Gla-protein (MGP) 

(which participates in the development 

of  vascular  calcifications).  (3)

Growth  factors 

and 

cytokines

,  which  are  small 

regulatory  proteins  including  insulin-like  growth  factors  (IGFs),  tumor  necrosis 

factor _ (TNF), transforming growth factor _ (TGF), platelet-derived growth factors 

(PDGFs), bone morphogenic proteins (BMPs), and interleukins (IL-1, IL-6). The 

most  unique  members  of  this  group  are  BMPs,  because  they  induce  the 

differentiation]  of  mesenchymal  cells  into  osteoblasts,  the  bone-  producing  cells. 

Recombinant  human  BMP-7,  also  known  as  osteogenic  protein-1  (OP-1),  is  now 


background image

 

used  clinically  to  induce  bone  growth  after  bone  surgery  involving  large  bone 

defects, spinal fusions, or implantation of graft materials

.

]

                    

 

Bone matrix contains lacunae connected by a network of canaliculi. 

Within  the  bone  matrix  are  spaces  called 

lacunae

 

(sing.,  lacuna),  each  of  which 

contains a bone cell, or 

osteocyte

. The osteocyte extends numerous processes into 

small tunnels called 

canaliculi

. Canaliculi course through the mineralized matrix, 

connecting  adjacent  lacunae  and  allowing  contact  between  the  cell  processes  of 

neighboring  osteocytes.  In  this  manner,  a  continuous  network  of  canaliculi  and 

lacunae-containing cells and their processes is formed throughout the entire mass of 

mineralized tissue. Bone tissue depends on the osteocytes to maintain viability. 

 

                    Key: 

CL- circumferential lamellae            IL- interstitial lamellae 

                                  HC- Haversian canal                         L- lacuna 
                                  VC- Volkmann’s canal                     Arrow- lamellar boundary 

 


background image

 

 

 

In addition to osteocytes, four other cell types are associated with bone: 

1. 

Osteoprogenitor cells 

are cells derived from mesenchymal stem cells; they 

give rise to osteoblasts. 

2. 

Osteoblasts 

are cells that secrete the extracellular matrix  of bone; once the 

cell is surrounded with its secreted matrix, it is referred to as an 

osteocyte

3. 

Bone-lining cells 

are cells that remain on the bone surface when there is no 

active growth. They are derived from those osteoblasts that remain after bone 

deposition ceases. 

4. 

Osteoclasts 

are bone-resorbing cells present on bone surfaces where bone is 

being removed or remodeled (re-organized) or where bone has been damaged. 

Osteoprogenitor  cells  and  osteoblasts  are  developmental  precursors  of  the 

osteocyte.  Osteoclasts  are  phagocytotic  cells  derived  from  fusion  of 

hemopoietic progenitor cells in bone marrow that give rise to the neutrophilic 

granulocyte and monocyte lineages.  


background image

 

Clinical points: 

  A benign tumor arising from osteoblasts is called osteoma. 
  A  malignant  tumor  arising  from  the  same  cells  is  called  osteosarcoma. 

Osteosarcoma  are  most  commonly  seen  in  bones  adjoining  (attaching)  the 

knee. They can spread to distant sites in the body through the blood stream.  

 

BONES AND BONE TISSUE 

Bones  are  the  organs  of  the  skeletal  system;  bone  tissue  is  the  structural 

component of bones. 

Typically,  a  bone  consists  of  bone  tissue  and  other  connective  tissues,  including 

hemopoietic tissue, fat tissue, blood vessels, and nerves. If the bone forms a freely 

movable or synovial joint, hyaline cartilage is present. The ability of the bone to 

perform its skeletal function is attributable to the bone tissue and, where present, the 

hyaline or articular cartilage. 

 

Bone tissue is classified as either compact (dense) or spongy (cancellous). 

If  a  bone  is  cut,  two  distinct  structural  arrangements  of  bone  tissue  can  be 

recognized. A compact, dense layer forms the outside of the bone (compact bone); 

a  sponge-like  meshwork  consisting  of  trabeculae

 

(thin,  anastomosing  spicules  of 

bone tissue)  forms  the  interior  of  the bone  (spongy  bone). The  spaces  within the 

meshwork are continuous and, in a living bone, are occupied by marrow and blood 

vessels. 

 

 

 

 


background image

 

Bones  are  classified  according  to  shape;  the  location  of  spongy  and  compact 

bone varies with bone shape. 

Spongy and compact bone tissues are located in specific parts of bones. It is useful, 

then, to outline briefly the kinds of bones and survey where the two kinds of bone 

tissue are located. On the basis of shape, bones can be classified into four groups: 

1.  Long bones 

are longer in one dimension than other  bones and consist of a 

shaft and two ends (e.g., the tibia and the metacarpals).  

2.  Short bones 

are nearly equal in length and diameter (e.g., the carpal bones of 

the hand). 

3.  Flat bones 

are thin and plate-like (e.g., the bones of the calvaria [skullcap] 

and the sternum). They consist of two layers of relatively thick compact bone 

with an intervening layer of spongy bone. 

4. 

 

Irregular bones 

have a shape that does not fit into any one of the three groups 

just described; the shape may be complex (e.g., a vertebra), or the bone may 

contain air spaces or sinuses (e.g., the ethmoid bone). 

Types of Bone 

Based on histology: Compact bone & Spongy bone 
Based on maturity: 
Mature/ lamellar bone & Immature/woven bone 
Based on manner of development: 
Cartilage bone & Membrane bone. 
 

 

General structure of bones: 

  Bones are covered by a periosteum

 

except in areas where they articulate with 

another bone. In the latter case, the articulating surface is covered by cartilage. 

The  periosteum  that  covers  an  actively  growing  bone  consists  of  an  outer 

fibrous layer that resembles other dense connective tissues and an inner, more 

cellular layer that contains the osteoprogenitor cells. 


background image

 

  The  bone  Haversian  system  is  surrounded  by  osteocyte  lacunae  and 

canaliculi  around  the  marrow  cavity  with  blood  vessels  and  nerve  fibers 

adjacent to bone cells. 

 

  Where a bone articulates with a neighboring bone, as in synovial joints, the 

contact  areas  of  the  two  bones  are  referred

 

to  as  articular  surfaces.  The 

articular  surfaces  are  covered

 

by  hyaline  cartilage,  also  called  articular 

cartilage. 

 

  The lining tissue of both the compact bone facing the marrow cavity and the 

trabeculae of spongy bone within the cavity is referred to as endosteum. The 

endosteum is often only one cell layer thick and consists of osteoprogenitor 

cells that  can differentiate  into bone  matrix–secreting  cells, the  osteoblasts, 

and bone-lining cells. 

 

  The marrow cavity and the spaces in spongy bone contain bone marrow. 

Red bone marrow consists of blood cells in different stages of development 

and  a  network  of  reticular  cells  and  fibers  that  serve  as  a  supporting 

framework for the developing blood cells and vessels. As an individual grows, 

the  amount  of  red  marrow  does  not  increase  proportionately  with  bone 

growth. In later stages of growth and in adults, when the rate of blood cell 

formation has diminished, the tissue in the marrow cavity consists mostly of 

fat cells; it is then called 

yellow marrow.

  

 

 

 

It is good to know that [

In response to appropriate stimuli, such as extreme 

blood loss, yellow marrow can revert to red marrow. In the adult, red marrow 

is normally restricted to the spaces of spongy bone in a few locations such as 


background image

 

the sternum and the iliac crest. Diagnostic bone marrow samples and marrow 

for transplantation are obtained from these sites

]

 

  Mature spongy bone is similar in structure to mature compact bone except 

that  the  tissue  is  arranged  as  trabeculae

 

or  spicules;  numerous 

interconnecting marrow spaces of various sizes are present between the bone 

tissues. The matrix of the bone is lamellated.  

  Nutrient foramina are openings in the bone through which blood vessels pass 

to reach the marrow. The greatest numbers of nutrient foramina are found in 

the diaphysis and epiphysis. 

 

  

  




رفعت المحاضرة من قبل: Abbas Ahmed
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 102 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل