กระดูก

กระดูกต้นขาของมนุษย์

กระดูก (อังกฤษ: Bones) เป็นอวัยวะที่ประกอบขึ้นเป็นโครงร่างแข็งภายใน (endoskeleton) ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง หน้าที่หลักของกระดูกคือการค้ำจุนโครงสร้างของร่างกาย การเคลื่อนไหว การสะสมแร่ธาตุและการสร้างเซลล์เม็ดเลือด

กระดูกเป็นอวัยวะที่ประกอบด้วยเนื้อเยื่อกระดูก (osseous tissue) ที่มีความแข็งแรงแต่มีน้ำหนักเบา การเจริญพัฒนาของเนื้อเยื่อกระดูกในรูปแบบที่แตกต่างกัน ทำให้กระดูกเป็นอวัยวะที่มีหลายรูปร่างลักษณะ เพื่อให้สอดคล้องกันกับการทำงานของกระดูกในแต่ละส่วน เช่นกะโหลกศีรษะ (skull) ที่มีลักษณะแบนแต่แข็งแรงมาก เพื่อป้องกันการกระทบกระเทือนของสมอง หรือกระดูกต้นขา (femur) ที่มีลักษณะยาวเพื่อเป็นจุดเกาะของกล้ามเนื้อต่างๆที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของรยางค์ล่าง เป็นต้น

ลักษณะทั่วไปของกระดูก

โครงสร้างของกระดูก

ภาพแสดงภาคตัดขวางของกระดูกแบบยาว แสดงโครงสร้างภายในของกระดูก

ส่วนหัวของกระดูกต้นขาตัดตามยาว แสดงลักษณะของกระดูกเนื้อแน่น (ด้านล่าง) และกระดูกเนื้อโปร่ง (ด้านบน)

กระดูกไม่ได้เป็นโครงสร้างที่แข็งทึบเพียงอย่างเดียว หากแต่มีช่องว่างที่อยู่ระหว่างโครงสร้างแข็ง ในกระดูกแบบยาว จะพบว่าด้านนอกของกระดูกจะมีเนื้อกระดูกที่แข็งมากๆ ซึ่งเรียกส่วนนี้ว่า กระดูกเนื้อแน่น (compact bone) ซึ่งมีช่องว่างของเนื้อกระดูกน้อยมาก และคิดเป็นประมาณ 80% ของเนื้อกระดูกในผู้ใหญ่ ส่วนชั้นในของกระดูกจะมีลักษณะที่โปร่งคล้ายเส้นใยสานกัน เรียกว่า กระดูกเนื้อโปร่ง (spongy/cancellous bone) ซึ่งทำให้กระดูกมีความเบา และเป็นที่อยู่ของหลอดเลือดและไขกระดูก (marrow) นอกสุดของกระดูกจะมีเยื่อหุ้มกระดูก (periosteum) หุ้มอยู่โดยรอบ และมีหลอดเลือดและเส้นประสาทมาเลี้ยงเนื้อกระดูก ยกเว้นที่บริเวณข้อต่อ จะไม่มีเยื่อหุ้มกระดูกอยู่

จุลกายวิภาคศาสตร์

เนื้อเยื่อพื้นฐานของกระดูกคือเนื้อเยื่อเกี่ยวพันชนิดพิเศษ เรียกว่าเนื้อเยื่อกระดูก (osseous tissue) ประกอบขึ้นจากวัสดุคอมโพสิทที่มีความแข็งแรงแต่มีน้ำหนักน้อย ซึ่งส่วนใหญ่จะประกอบด้วยแคลเซียมฟอสเฟต (calcium phosphate) ในรูปของแคลเซียมไฮดรอกซีอะพาไทท์ (calcium hydroxyapatite) ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีความแข็งเกร็ง (rigidity) สูง และต่อต้านแรงกดได้มาก นอกจากนี้ยังมีคอลลาเจน (collagen) เป็นโปรตีนเส้นใยที่ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของกระดูก

เมื่อดูโครงสร้างของกระดูกเนื้อแน่นใต้กล้องจุลทรรศน์ จะพบว่าเนื้อเยื่อกระดูกมีลักษณะที่เป็นวงซ้อนๆกัน โดยที่มีศูนย์กลางเป็นช่องขนาดใหญ่ที่เรียกว่า ช่องฮาเวอร์เชียน (Haversian canal) ซึ่งเป็นที่อยู่ของหลอดเลือดที่มาเลี้ยงเนื้อเยื่อกระดูก และวงรอบๆจะเป็นที่อยู่ของเซลล์กระดูกที่โตเต็มที่แล้ว ในเนื้อเยื่อกระดูกจะประกอบด้วยเซลล์กระดูก (bone cells) ที่มีส่วนสำคัญในการสร้างและการก่อรูปของกระดูกอีกด้วย เซลล์กระดูกมีสามชนิด ได้แก่

ภาพวาดแสดงภาคตัดขวางของเนื้อเยื่อกระดูกของกระดูกเนื้อแน่น แสดงการเรียงตัวของช่องฮาเวอร์เชียนและเซลล์กระดูกโดยรอบ

• ออสติโอบลาสต์ (Osteoblast) เป็นเซลล์สร้างเนื้อกระดูกที่เจริญพัฒนามาจากเซลล์ต้นกำเนิดเซลล์กระดูก (osteoprogenitor cells) เซลล์นี้จะอยู่ตามขอบของเนื้อกระดูก และสร้างโปรตีนที่เรียกว่า ออสติออยด์ (osteoid) ซึ่งโปรตีนดังกล่าวนี้จะมีสารอนินทรีย์มาสะสมและกลายเป็นเนื้อกระดูก นอกจากนี้ออสติโอบลาสต์ยังสร้างเอนไซม์อัลคาไลน์ ฟอสฟาเทส (alkaline phosphatase) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสร้างเนื้อกระดูก รวมทั้งสารนอกเซลล์อื่นๆอีกด้วย
• ออสติโอไซต์ (Osteocyte) เป็นเซลล์ที่เจริญต่อมาจากออสติโอบลาสต์ที่ได้สร้างเนื้อกระดูกจนล้อมรอบตัวเซลล์ และเป็นเซลล์กระดูกที่เจริญเต็มที่แล้ว รอบๆเซลล์จะเป็นช่องที่เรียกว่า ลากูนา (lacuna) และแต่ละลากูนาจะติดต่อกันด้วยช่องทางผ่านเล็กๆที่เรียกว่า คานาลิคูไล (canaliculi) ซึ่งทำให้แต่ละออสติโอไซต์มีการติดต่อสื่อสารกันได้ ออกซิเจนและสารอาหารก็จะถูกส่งจากหลอดเลือดภายในช่องฮาเวอร์เชียนเข้ามายังแต่ละเซลล์ผ่านทางช่องดังกล่าวนี้ แม้ออสติโอไซต์จะเป็นเซลล์กระดูกที่โตเต็มที่ แต่มันยังมีหน้าที่ในการควบคุมระดับแคลเซียมและสารนอกเซลล์อื่นๆด้วย
• ออสติโอคลาสต์ (Osteoclast) เป็นเซลล์ขนาดใหญ่ที่มีหลายนิวเคลียส และเจริญมาจากเซลล์ต้นกำเนิดโมโนไซต์ (monocyte stem cells) เซลล์นี้มีหน้าที่สำคัญในกระบวนการก่อรูปกระดูก (bone remodeling) โดยอาศัยการผลิตเอนไซม์แอซิด ฟอสฟาเทส (acid phosphatase) ในการกร่อนเนื้อกระดูก และทำให้กระดูกมีลักษณะที่เหมาะสม นอกจากนี้ กระบวนการดังกล่าวยังทำให้มีการนำแคลเซียมออกสู่กระแสเลือดอีกด้วย

การเจริญพัฒนาของกระดูก

ขั้นตอนการเจริญพัฒนาของกระดูก แบบ Endochondral ossification

การเจริญพัฒนาของกระดูกจะเริ่มตั้งแต่ช่วงที่อยู่ในครรภ์ โดยกระบวนการสร้างเนื้อกระดูก (ossification) สามารถแบ่งออกได้เป็นสองรูปแบบ ได้แก่

• Intramembranous ossification เป็นการสร้างเนื้อกระดูกจากการรวมตัวของกลุ่มเซลล์ชนิดมีเซนไคม์ (mesenchymal cells) ซึ่งเป็นเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างเนื้อเยื่อเกี่ยวพันชนิดต่างๆ การรวมตัวของเซลล์ดังกล่าวจะทำให้เกิดจุดการสร้างกระดูกปฐมภูมิ (primary ossification center) และตามด้วยการสะสมแคลเซียมในบริเวณดังกล่าว กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนเสร็จสมบูรณ์ การสร้างเนื้อกระดูกในลักษณะนี้มักพบในกระดูกแบบแบน (flat bone) เช่นกะโหลกศีรษะ
• Endochondral ossification เป็นการสร้างเนื้อกระดูกที่มีแบบมาจากกระดูกอ่อน (cartilage) ที่มีการเจริญมาก่อนแล้ว โดยที่กลุ่มเซลล์มีเซนไคม์จะเข้าไปแทนที่เซลล์กระดูกอ่อนผ่านทางหลอดเลือด เริ่มจากส่วนกลางของกระดูกซึ่งเป็นจุดการสร้างกระดูกปฐมภูมิ เมื่อเซลล์มีเซนไคม์มีการพัฒนาไปเป็นเซลล์ต้นกำเนิดเซลล์กระดูก จึงมีการสะสมของเนื้อกระดูกมากขึ้น นอกจากนี้ มักพบว่าจะมีจุดการสร้างกระดูกทุติยภูมิ (secondary ossification center) ที่บริเวณปลายกระดูก โดยการสร้างกระดูกในจุดนี้จะเริ่มหลังจากคลอด การสร้างกระดูกในทั้งสองจุดจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งมาบรรจบกันที่แนวแผ่นอิพิไฟเซียล (epiphysial plate) ซึ่งเป็นแนวของกระดูกอ่อนที่ยังสามารถทำให้เกิดการยืดของกระดูกได้ จนกระทั่งเข้าสู่วัยผู้ใหญ่ แนวดังกล่าวนี้จะถูกแทนที่ด้วยกระดูกทั้งหมด

สำหรับในผู้ใหญ่ แม้กระบวนการเจริญพัฒนาของกระดูกจะหยุดไปแล้ว แต่ยังคงมีกระบวนการก่อรูปของกระดูกอย่างต่อเนื่อง เพื่อซ่อมแซมความเสียหายเล็กๆน้อยๆ ของกระดูก และเป็นการรักษาระดับแคลเซียมในกระแสเลือดอีกด้วย

ชนิดของกระดูก

ส่วนประกอบและโครงสร้างของกระดูกแบบยาว

เราสามารถจำแนกรูปร่างของกระดูกในมนุษย์ได้เป็นห้าแบบด้วยกัน ได้แก่

• กระดูกแบบยาว (Long bone) เป็นกระดูกที่มีความยาวมากกว่าความกว้าง และประกอบด้วยส่วนกลางกระดูก หรือไดอะไฟซิส (diaphysis) และส่วนปลายกระดูก หรืออิพิไฟซิส (epiphyses) กระดูกชนิดนี้เป็นชนิดที่พบได้ทั่วไปในกระดูกรยางค์
• กระดูกแบบสั้น (Short bone) เป็นกระดูกที่มีลักษณะคล้ายลูกบาศก์ เช่นกระดูกของข้อมือและข้อเท้า
• กระดูกแบบแบน (Flat bone) เป็นกระดูกที่มีลักษณะเป็นระนาบหรือโค้ง แต่จะมีชั้นของกระดูกเนื้อแน่นขนานไปกับกระดูกเนื้อโปร่ง ตัวอย่างเช่นกระดูกของกะโหลกศีรษะ และกระดูกอก
• กระดูกรูปร่างไม่แน่นอน (Irregular bone) เป็นกระดูกที่มีรูปร่างพิเศษ เช่นที่พบในกระดูกสันหลัง และกระดูกเชิงกราน
• กระดูกเซซามอยด์ (Sesamoid bone) จัดเป็นกระดูกแบบสั้นรูปแบบหนึ่ง แต่เป็นกระดูกที่ฝังตัวอยู่ในเอ็น ตัวอย่างที่เห็นชัดคือกระดูกสะบ้า (patella) ที่ฝังอยู่ในเอ็นของบริเวณเข่า

หน้าที่ของกระดูก

หน้าที่หลักของกระดูก ได้แก่

• การป้องกันอวัยวะภายในที่สำคัญ เช่น กะโหลกศีรษะที่ป้องกันสมอง หรือกระดูกซี่โครงที่ป้องกันอวัยวะในทรวงอกจากอันตรายและการกระทบกระเทือน
• การค้ำจุนโครงร่างของร่างกาย
• การเคลื่อนไหว โดยกระดูกทำหน้าที่เป็นจุดเกาะของกล้ามเนื้อและเอ็นต่างๆ และยังประกอบเข้าด้วยกันเป็นข้อต่อที่ทำให้ร่างกายเคลื่อนไหวในรูปแบบต่างๆได้
• การผลิตเม็ดเลือด โดยไขกระดูกที่อยู่ภายใน เป็นแหล่งผลิตเม็ดเลือดแดงและเม็ดเลือดขาวที่สำคัญ
• การเก็บสะสมแร่ธาตุ โดยเฉพาะแคลเซียมและฟอสฟอรัส นอกจากนี้ยังดึงเอาโลหะหนักบางชนิดที่อยู่ในกระแสเลือดมาเก็บไว้ เพื่อลดความเป็นพิษลง

อ้างอิง

• Marieb, E.N. (1998). Human Anatomy & Physiology, 4th ed. Menlo Park, California: Benjamin/Cummings Science Publishing.
• Netter, Frank H. (1987) , Musculoskeletal system: anatomy, physiology, and metabolic disorders, Summit, New Jersey: Ciba-Geigy Corporation.
• Tortora, G. J. (1989) , Principles of Human Anatomy, 5th ed. New York: Harper & Row, Publishers.

ดูเพิ่ม

• โครงกระดูกมนุษย์
• รายชื่อกระดูกในร่างกายมนุษย์