第五章-口腔骨组织生物学-ldd课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,口腔骨组织生物学,掌握,：,牙槽骨的生物学特征，,骨组织细胞成分，,骨改建的基本特征及研究口腔骨改建的意义,。,熟悉,：,牙周膜的细胞成分特征，力学刺激引起骨改建的基本原理和特征,。,了解,：,牙骨质的主要基质成分,，,骨改建的影响因素,。,为什么受压侧骨吸收，牵引侧骨形成？,骨的生物学基础,第一节,骨组织的生物学特征,骨组织的细胞成分,骨基质成分,骨的分类及构造,(,一,),骨的分类及其构造：,成人骨共有,206,块，,依据其形状大小可以分为：,长骨、短骨、扁骨和不规则骨四种。,依据其在人体中的存在部位可以分为：,颅骨（,29,）、,躯干骨,含中轴骨（,80,），躯干（,51,）,四肢骨,含上肢骨（,64,）和下肢骨（,62,）,骨，是以骨组织为主体构成的器官，是在结缔组织或软骨基础上经过较长时间的发育过程（骨化）形成的。,按形状分类的四种骨组织,1,、,长骨：主要存在于四肢，呈长管状。可分为一体两端。体又叫骨干，其外周部骨质致密，中央为容纳骨髓的骨髓腔。两端较膨大，称为骺。骺的表面有关节软骨附着，形成关节面，与相邻骨的关节面构成运动灵活的关节，以完成较大范围的运动。,长骨,按形状分类的四种骨组织,2,、短骨：为形状各异的短柱状或立方形骨块，多成群分布于手腕、足的后半部和脊柱等处。短骨能承受较大的压力，常具有多个关节面与相邻的骨形成微动关节，并常辅以坚韧的韧带，构成适于支撑的弹性结构。,按形状分类的四种骨组织,4,、不规则骨：形状不规则且功能多样，有些骨内还生有含气的腔洞，叫做含气骨，如构成鼻旁窦的上颌骨和蝶骨等。,密质骨与松质骨的差别,骨组织,细胞,细胞外基质,2,、骨组织的细胞成分,骨组织的细胞成分,细胞名称,成骨细胞,破骨细胞,骨衬里细胞,骨细胞,细胞分布,骨的表面,骨基质,来源,单核细胞,局部骨组织,局部骨组织,局部骨组织,骨的表面,骨的表面,（一）成骨细胞,（,osteoblast,）,骨组织的细胞成分,参与骨形成的主要细胞，能够分泌大量的胶原蛋白和非胶原蛋白等骨基质成分，同时启动骨质的钙化；,多见于于骨内膜和骨外膜,成骨细胞的分化成熟分为四个阶段,前成骨细胞、成骨细胞、骨细胞、骨衬里细胞,成骨细胞,前成骨细胞,（,preosteoblst,）,成骨细胞,（,osteoblast,）,骨细胞,(,ostocyte),骨衬里细胞,(bone-lining cell),（覆盖在骨表面，不活跃的成骨细胞）,多潜能的间充质干细胞,（钙化的骨基质陷窝内）,成骨细胞的形态,成骨细胞在骨基质沉积活跃的部分呈单层排列，为立方状单核细胞，直径约,20,30m,，细胞质嗜碱性。成熟的成骨细胞细胞质内含大量线粒体、高尔基复合体和粗面内质网，其合成蛋白质功能活跃,。,成骨细胞的功能,成骨细胞合成多种骨基质蛋白,胶原：,型胶原,非胶原蛋白：骨钙素,(,osteocalcin,),、骨涎蛋白,(bone,sialoprotein,),、骨桥蛋白,(,osteopontin,),、蛋白多糖,(,proteoglycan,),、激素和生长因子的受体。,成熟的成骨细胞可以合成膜结合型碱性磷酸酶,参与矿化,信号转导,骨细胞通过其细长的细胞质突起与相邻细胞、骨表面的骨衬里细胞以及新骨形成部位骨表面的成骨细胞相连接。,毛细管,骨陷窝,（三）破骨细胞,（,osteoclast,）,破骨细胞是唯一行使骨吸收功能的细胞,破骨细胞的鉴定标准,抗酒石酸酸性磷酸酶染色阳性（,TRAP,）,高表达组织蛋白酶,K,（,CTSK,）,在骨表面形成骨吸收陷窝,破骨细胞的形态,位于骨吸收陷窝内,多核巨细胞，其细胞胞体变异很大，直径可达10100m，无固定形状，多核（几个上百个），细胞质嗜酸。,超微结构特征,皱褶缘(ruffled border),清晰区(clear zone),破骨细胞有两个与骨吸收功能 相关的独特结构：皱褶缘，清晰区,皱褶缘：,破骨细胞与骨表面相对部分；,高度折叠，膜上有质子泵；,行使骨吸收功能的破骨细胞所特有，扩大接触面积，物质交换：,吸收陷窝只在正对皱褶缘形成；,清晰区：,清晰区细胞膜与骨基质通过整合素紧密附着，形成封闭区；,封闭区膜上存在整合素，玻连蛋白受体，是破骨细胞附着的分子基础。,吸收骨基质,骨表面附着,细胞极性化,形成封闭区,形成骨吸收陷窝,脱离骨面、转移,破骨细胞对矿物质的降解：,1.,骨基质中的矿物质的存在方式：羟基磷灰石,2.,在生物环境中，只有低,pH,状态可以溶解羟基磷灰石,3.,影响因素：质子泵,碳酸脱氢酶,(CA,),氯离子通道,破骨细胞对骨基质中有机质的降解：,主要的两种酶：,溶酶体半胱氨酸蛋白酶,基质金属蛋白酶,(MMPs),另外的降解因子：,1.MMP-1,（胶原酶）,成骨细胞分泌,2.,游离氧基,加强细胞外基质的降解,参与破骨细胞在骨表面附着的调节,1.,为破骨细胞的附着提供条件,骨代谢调节因子,成骨细胞：,（,1,）胞体变圆，从矿化的骨表面移开,（,2,）分泌蛋白酶消化骨表面的类骨质，暴露矿化的骨面,成骨细胞,与破骨细胞的相互作用,成骨细胞对破骨细胞的作用：,2.,提供破骨细胞与骨基质附着的位置,合成骨涎蛋白、骨桥蛋等还有,Ary-Gly-Asp,氨基酸序列，与玻连蛋白受体结合,成骨细胞,与破骨细胞的相互作用,成骨细胞合成破骨细胞骨吸收刺激因子,前列腺素,E,，血小板衍生生长因子，,IL-6,成骨细胞参与破骨细胞分化成熟的调节,巨噬细胞集落刺激因子，核因子,B,受体活化因子配体，诱导破骨细胞前体分化因子,成骨细胞膜上存在诱导破骨细胞前体分化的因子,(,接触,),成骨细胞与破骨细胞之间存在双向信号通路,Eph-,Ephrin,，维持骨代谢平衡；,破骨细胞皱褶缘上高表达质子泵的一种组成蛋白,ATP6V0D2,可抑制成骨细胞的骨形成活性；,破骨细胞可分泌局部的一些因子刺激成骨细胞的分化，或者改变成骨细胞的胶原合成。,破骨细胞对成骨细胞的作用：,二.骨基质成分,无机物 钙 磷,胶原 占有机成分的,90%95%,非胶原蛋白,骨钙素,骨涎蛋白,骨桥蛋白,骨黏连蛋白,生长因子,骨钙素,osteocalcin,骨基质中最丰富的非胶原蛋白,作用,：提供钙结合位点参与骨基质矿化或调节晶体增长。,临床意义,：血清中骨钙素的水平可以作为成骨细胞活性的一个指标。,骨涎蛋白,bone sialoprotein,存在于矿化的骨基质中,作用：,1.,与细胞表面的整合素结合,2.,与羟基磷灰石和细胞结合,3.,促进破骨细胞与骨基质中的分子结合，增加破骨细胞的骨吸收能力,4.,与胶原纤维结合形成局部高浓度的钙，导致矿物质沉积,骨桥蛋白,osteopontin,在分化的骨细胞和许多软组织中表达,作用：,1.,在骨的矿化，成骨细胞和破骨细胞与骨基质的黏附过程中起作用,2.,在细胞介导的免疫反应中起关键作用,骨黏连蛋白,osteonectin,具有与钙和胶原结合的区域,作用：推测其参与骨基质矿化的开始过程,生长因子,growth factors,成骨细胞分泌,种类：骨形成蛋白、转化生长因子,-,集落刺激因子,-1,颗粒细胞集落刺激因子,碱性成纤维细胞生长因子,(bFGF),胰岛素样生长因子,生长因子的作用,作用方式,1.,以自分泌或旁分泌的方式,2.,结合进骨基质以后,作用时间：破骨细胞进行骨吸收时,作用：调节成骨与破骨的活动,骨形成蛋白,BMP,bone morphogenetic protein,表达在骨细胞和很多软组织中,作用：,1.BMP-1,参与胶原纤维的形成,2.BMP-2,、,3,、,4,、,6,、,7,诱导骨生成,3.BMP-2,成骨细胞的化学趋化剂,4.BMP-7,与,IGF-1,协同作用刺激骨细胞的增值与分化,骨形成蛋白的临床应用,1.,应用,BMP-2,和,BMP-7,的骨诱导作用可加速骨折的愈合,2.BMP-2,可以加强成骨细胞中,IL-6,和,TGF-,的表达,三、研究骨组织生物学的意义,牙周病,颜面骨组织缺损,牙列缺失和缺损,即刻及延期种植,口腔正畸,颞下颌关节以及根尖病变,口腔骨组织及相关组织的生物学特性,第二节,一、牙槽骨,（一）牙槽骨的结构,固有牙槽骨,密质骨,松质骨,（,alveolar bone proper,）,（,cortical bone,）,（,sponge bone,）,牙槽骨是颌骨包围牙根的突起部分，又称为牙槽突。,固有牙槽骨,(,筛状板）,固有牙槽骨是牙槽窝的内壁，又称筛状板，围绕于牙根周围，与牙周膜相邻。,密质骨,位于牙槽骨的外层，和固有牙槽骨一样是致密骨。骨的外表面是平行骨板，深部是哈弗系统。,松质骨,介于固有牙槽骨和密质骨之间，由骨小梁和骨髓构成。,（二）牙槽骨的生物特征,成分,无机成分,70%,有机成分,22%,水,8%,羟基磷灰石,I,型胶原,95,蛋白糖原,非胶原蛋白,形态,致密骨,松质骨,固有牙槽骨,密质骨,胚胎发育上看属于扁骨，是膜内化骨,高度可塑性变化活跃，与牙的发育和萌出、乳牙替换、恒牙移动和咀嚼功能均有关系,牙萌出和移动的过程中，受压力侧的牙槽骨发生吸收，受牵张侧的牙槽骨骨质增生,不同部位的牙槽骨其结构不尽相同,二、牙周膜,牙周膜,(,牙周韧带,),由致密结缔组织所构成。多纤维排列成束，纤维的一端埋于牙骨质内，另一端则埋于牙槽窝骨壁里，使牙齿固定于牙槽窝内,基本结构,牙周膜是纤维性结缔组织，由细胞、纤维及基质组成，在牙周膜内分布着血管、淋巴、神经及上皮剩余,基质成分,胶原,I,型胶原,80,粘蛋白,糖蛋白,主要细胞成分,成纤维细胞,是牙周膜中主要细胞，位于纤维与基质之间；分泌胶原，合成基质,未分化干细胞*,具有分化成为骨细胞、成牙骨质细胞和成纤维细胞的能力,干细胞牙齿修复、牙周膜再生,牙周膜 的功能,支持功能,（,supportive function,）,改建功能,（,remodeling function,）,感觉功能,（,sensory function,）,营养功能,（,nutritive,function,）,三、牙骨质,无机成分,45%55%,，钙和磷，羟基磷灰石,有机成分,22%,胶原,型胶原，,95%,非胶原蛋白,牙骨质附着蛋白,（,cementum,-derived attachment protein,，,CAP,）,牙骨质来源生长因子（,cementum,-derived growth factor,，,CGF,）,无定型基质,牙骨质是覆盖于牙根表面的薄层矿化组织，位于牙根部牙本质表面。,牙骨质的生物学特征,在生理情况下，牙骨质不像骨组织可以不断地改建和重塑，只有新生，不被吸收，只有在病理情况下才会发生吸收。,口腔骨组织改建,第三节,一.骨组织改建的生物学特征,终身改建,处于骨吸收和新骨形成的动态过程,骨改建对于维持正常骨的形状、骨折后修复、维持正常的生理活动都十分重要。,正常生理改建,病理性改建,二.骨改建的影响因素,花生四烯酸代谢产物,前列腺素*,第二信号系统,骨改建的调节因子,（一）花生四烯酸代谢产物,前列腺素,1.,与骨吸收的关系,（,1,）促进破骨细胞的产生和骨组织改建,（,2,）介导其他细胞激肽、生长因子引起骨吸收，如,IL-1,2.,与骨形成的关系,低浓度促进成骨细胞,DNA,合成和细胞复制；,高浓度抑制细胞分化。,（一）花生四烯酸代谢产物,前列腺素,3.,影响前列腺素产生的因素,（,1,）激素、生长因子和细胞激肽,（,2,）前列腺素的自身放大作用,（,3,）机械力,细胞信号分子包括：短肽、蛋白质、气体分子（,NO,、,CO,）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆固醇衍生物等等。,其共同特点是：,特异性,，只能与特定的受体结合；,高效性,，几个分子即可发生明显的生物学效应，这一特性有赖于细胞的信号逐级放大系统；,可被灭活,，完成信息传递后可被降解或修饰而失去活性，保证信息传递的完整性和细胞免于疲劳。,（二）第二信号系统在骨改建中的作用,脂溶性信号分子,，如甾类激素和甲状腺素，可直接穿膜进入靶细胞，与胞内受体结合形成激素,-,受体复合物，调节基因表达。,水溶性信号分子,，如神经递质、细胞因子和水溶性激素，不能穿过靶细胞膜，只能与膜受体结合，经信号转换机制，通过胞内信使（如,cAMP,）或激活膜受体的激酶活性（如受体酪氨酸激酶），引起细胞的应答反应。所以这类信号分子又称为,第一信使,（,primary messenger,），而,cAMP,这样的胞内信号分子被称为第二信使（,secondary messenger,）。,目前公认的,第二信使,有,cAMP,、,cGMP,、三磷酸肌醇（,IP,3,）和二酰基甘油（,DG,），,Ca,2+,第二信使的作用：转换和放大的作用。,cAMP,和,IP,3,均属于,G,蛋白耦联受体,所介导的细胞信号通路,激素,G,蛋白耦联受体,G,蛋白,腺苷酸环化酶,cAMP,依赖,cAMP,的蛋白激酶,A,基因调控蛋白,基因转录,cAMP,传导途径,IP,3,传导途径,胞外信号分子与细胞表面,G,蛋白耦联型受体结合，激活质膜上的磷脂酶,C,（,PLC-,），使质膜上,4,，,5-,二磷酸磷脂酰肌醇（,PIP,2,）水解成,1,，,4,，,5-,三磷酸肌醇（,IP,3,）和二酰基甘油（,DG,）两个第二信使，胞外信号转换为胞内信号,（三）骨改建影响因素概论,全身因素,（,systemic factors,）,局部因素,（,local factors,）,其他因素,全身因素,钙调节激素,甲状旁腺素,(Parathormone,，,PTH),1,，,25-(OH),2,维生素,D,3,(,active vitamin D,3,),降钙素,(Calcitonin,，,CT),性激素,雌激素,（,Estrogen,）,睾丸激素,（,Testosterone,）,其他,生长激素,（,growth hormone,）,甲状腺激素,（,Thyroid hormone,）,皮质醇激素,（,Cortisol,）,局部因素,生长因子,（,Growth factors,）,白细胞介素,Interleukins(IL),肿瘤坏死因子,（,Tumour necrosis actors,）,干扰素,（,Interferons,）,集落刺激因子,（,Colony stimulating factors,）,其他,生长因子,胰岛素样生长因子,Insulin-like growth factors(IGF-I&II),转化生长因子,-,家族,Transforming growth factors(TGF,s 1-3),成纤维细胞生长因子,Fibroblast growth factors acidic and basic(aFGF&bFGF),血小板衍生的生长因子,Platelet derived growth factor(PDGF),骨形成蛋白,Bone morphogenetic proteins BMPs 1-7,白细胞介素,IL-1,IL-3(Multi CSF),IL-4,IL-6,IL-8,肿瘤坏死因子,TNF,TNF,IFN,干扰素,集落刺激因子,GM,（粒细胞、巨噬细胞）,-CSF,M,（巨噬细胞）,-CSF,前列腺素,Prostaglandins,甲状旁腺激素相关肽,Parathyroid hormone related peptide,（,PTH-RP,）,降钙素相关肽,Calcitonin gene related peptide(CGRP),其他（,局部）,其他,电刺激,Electrical stimulus,环境因素,Environmental,温度,氧水平,酸碱平衡,局部应力,Local stresses,1,，,25-(OH),2,维生素,D,3,1,，,25-(OH),2,维生素,D,3,总的调节效果是使血钙、血磷增高。,对骨亦有溶骨和成骨的双重作用。,作用与,PTH,（甲状旁腺激素）相反，其作用是抑制破骨作用，抑制钙、磷的重吸收，降低血钙和血磷。,降钙素,CT,雌激素,对成骨细胞和破骨细胞均有作用，抑制骨盐溶解，促进成骨。,睾丸激素,对骨形成直接的促进作用，并且通过促进肌肉生长间接促进骨形成,可在脂肪细胞里转化为雌激素,胰岛素样生长因子,IGF,促进成骨细胞增值，通过成骨细胞介导，促进单核的破骨细胞前体分化，促进成熟破骨细胞骨吸收。,转化生长因子,-,家族,作用比较复杂、多变,促进成骨细胞增值、分化。,抑制,IL-1,和维生素,D,3,诱导的骨吸收和破骨细胞的成熟分化,成纤维细胞生长因子,FGF,促进间充质细胞、前成骨细胞增值，促破骨细胞分化与,PGE,有关,血小板衍生的生长因子,可以增加间充质细胞,IGF,的合成，促进成熟破骨细胞骨吸收,骨形成蛋白,目前已知的唯一可以独立在体内异位成骨的生长因子,肿瘤坏死因子,TNF,促进破骨细胞前体向破骨细胞转化，通过成骨细胞的介导，具有明显的促进骨吸收的作用。,干扰素,可抑制前破骨细胞的增生、分化，从而抑制破骨细胞性骨吸收，是一种多功能的细胞因子,IL,IL-1,是骨吸收的有效的强力刺激因子，它可以刺激成骨细胞产生,PGE2,，介导骨吸收，还可刺激成纤维细胞与吞噬细胞产生胶原酶，活化,破骨细胞,而促进骨吸收,IL-2,可以通过刺激,破骨细胞,分泌促进骨吸收,IL-6,为多功能的细胞因子，是介导破骨细胞性骨吸收的中心因子，具有显著促进骨吸收的作用。,集落刺激因子,M-CSF,是破骨细胞分化过程中不可缺少的因子,前列腺素,PGE,通过增加,cAMP,含量促骨吸收,几乎所有促进或抑制骨吸收的细胞因子均影响,PGE,的合成。,对成骨细胞的作用具有双向性。,三.力学刺激与骨改建,机械力引起骨改建的基本理论,microstrain（,),1个microstrain相当于1m长的骨组织发生1m形变。,应力过低，骨吸收会超过骨沉积导致骨量的丢失;,应力水平在生理范围（2002500,）,骨吸收与骨沉积达到动态平衡。,应力水平在25004000,的范围内，骨沉积会超过骨吸收;,应力超过4000,，可发生病理性超负荷。,引起骨沉积的最低有效应变量：,1500-3000,机械力引起骨改建的机制,对细胞骨架的改变,机械力对前列腺素的影响,机械力对第二信使通路的影响,机械力对骨组织相关基因的影响,GTR引导性组织再生术,是在,牙周手术中,利用膜性材料作为屏障，阻挡牙龈上皮在愈合过程中沿根面生长，阻挡牙龈结缔组织与根面的接触，并提供一定的空间，引导具有形成新附着能力的,牙周膜细胞,优先占领根面，从而在原已暴露的牙周袋内的根面上形成新的牙骨质，并有牙周膜纤维埋入，形成,牙周组织的再生,，即形成新附着性愈合。,GBR引导骨再生膜技术,采用生物材料制成的生物膜在牙龈软组织与骨缺损之间，人为地竖起一道生物屏障，阻止软组织中,成纤维细胞,及,上皮细胞,长入骨缺损，确保成骨过程在无成纤维细胞干扰的前提下逐渐完成，最后实现缺损区完全的,骨修复,。,Distraction osteogenesis,牵张成骨术,通过对骨切开后仍保留骨膜及软组织附着及血供的骨段，施加特定的牵张力，促使牵张间隙内新骨形成，以延长或扩宽骨骼畸形和缺损的外科技术。,最佳的牵引速度和频率,1mm/d,每天至少,4,次,每次牵引,0.25mm,下颌骨的牵张成骨临床应用中，,每天牵引,1mm,，牵引频率以,34,次为宜。,牵张成骨的基本原理,张力拉力法则,对生物活体组织逐渐施加牵引力可以使其产生张力，而这种张力可以刺激和保持这些活体组织的再生与生长。其再生过程取决于适当的血供以及牵张作用力的大小。,