口腔骨组织生物学l.ppt

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？牙周组织(Periodontium) 牙周膜 (Periodontal ligament) 牙龈 (Gingiva) 牙骨质 (Cement)牙槽骨 (Alveolar bone) 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3、扁骨：呈板状，主要构成颅腔和胸腔的壁，以保护内部的脏器，扁骨还为肌肉附着提供宽阔的骨面，如肢带骨的肩胛骨和髋骨 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 骨的构造：新鲜的骨由骨膜、骨组织和骨髓构成 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骨基质来源单核细胞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20～30μm，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： Ⅰ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 （二）骨细胞的特征®骨细胞存在于钙化的骨基质的陷窝内®失去了许多成骨细胞的特点：®高尔基体、粗面内质网明显减少®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破骨细胞的来源 破骨细胞来源于造血系统的单核细胞，与巨噬细胞有共同的前体，在特定条件下融合成多核细胞破骨细胞的鉴定标准 •抗酒石酸酸性磷酸酶染色阳性抗酒石酸酸性磷酸酶染色阳性（（TRAP））•高表达组织蛋白酶高表达组织蛋白酶K （（CTSK））•在骨表面形成骨吸收陷窝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10～100μm，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破骨细胞的功能 ®骨吸收®与成骨细胞相互作用 ®参与造血干细胞的迁移 ®作为免疫细胞参与炎症反应 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Ⅱ(CAⅡ) 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κB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 ®骨钙素骨钙素osteocalcinosteocalcin 骨基质中最丰富的非胶原蛋白 作用作用：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®骨涎蛋白骨涎蛋白 bone sialoproteinbone 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®骨桥蛋白骨桥蛋白osteopontinosteopontin 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®骨黏连蛋白骨黏连蛋白osteonectinosteonectin 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®生长因子生长因子growth factorsgrowth factors 成骨细胞分泌种类： 骨形成蛋白、转化生长因子-β 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®骨形成蛋白骨形成蛋白BMPBMP bone morphogenetic protein 表达在骨细胞和很多软组织中作用：参与胶原纤维的形成 、3、4、6、7诱导骨生成 成骨细胞的化学趋化剂 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®可以加强成骨细胞中IL-6和 TGF-β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 Ⅰ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-12. 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：•①特异性，只能与特定的受体结合；•②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；•③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（IP3）和二酰基甘油（DG），Ca2+• 第二信使的作用：转换和放大的作用 cAMP 和 IP3 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IP3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-β），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）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D3 ( active vitamin D3 )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-β家族 Transforming growth factors (TGFβs 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 β IL-3 (Multi CSF)IL-4IL-6IL-8肿瘤坏死因子TNFαTNFβIFNγ 干扰素集落刺激因子GM（粒细胞、巨噬细胞）-CSFM（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D3•　1，25-(OH)2维生素D3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-β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D3 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（ με)®1个microstrain相当于1m长的骨组织发生1μm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（200～2500 με）,骨吸收与骨沉积达到动态平衡®应力水平在2500～4000 με的范围内，骨沉积会超过骨吸收;®应力超过4000 με ，可发生病理性超负荷 引起骨沉积的最低有效应变量：1500-3000 με®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，形成牙牙周组织的再生周组织的再生，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成纤维细胞及上上皮细胞皮细胞长入骨缺损，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 每次牵引下颌骨的牵张成骨临床应用中，每天牵引1mm，牵引频率以3~4次为宜牵张成骨的基本原理®张力拉力法则张力拉力法则 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。