第四章 關節

骨與骨之間借纖維結締組織、軟骨或骨組織以一定的方式相互連接形成的結構稱為關節。

第一節 軟骨

一、軟骨的組織結構

軟骨是一種特殊類型的結締組織，由軟骨細胞和軟骨基質構成。軟骨細胞被細胞外基質包埋，基質呈凝膠狀，其中含纖維成分。軟骨內無血管、淋巴管和神經。

軟骨具有一定的彈性和硬度，是胚胎早期的主要支架成分，隨著胚胎的發育，逐漸被骨所取代。永久性軟骨所占比例較小，散在分布于外耳、呼吸道、椎間盤、胸廓及關節等處。依其所占部位不同而作用各異，如關節軟骨具有支撐重量和減少摩擦的作用，耳和呼吸道的軟骨具有支架作用。此外，軟骨對骨的發生和生長也有十分重要的作用。

（一）軟骨細胞

以透明軟骨的細胞為例。軟骨細胞位于軟骨基質小腔中，該小腔即為軟骨陷窩。緊鄰陷窩的軟骨基質中硫酸軟骨素較多，HE染色呈強嗜堿性，稱軟骨囊。在HE染色切片中，細胞因脫水收縮變成不規則的形狀，使軟骨囊和細胞之間出現較大的空隙。軟骨細胞的大小、形狀及其分布特點在軟骨內有一定的規律，緊靠軟骨膜的軟骨細胞較幼稚，呈扁圓形，越接近軟骨內部，細胞越成熟，呈圓形，并由單個分布逐漸變為成群分布，每一群為2～8個細胞不等，是由一個軟骨細胞分化而來，故稱同源細胞群。成熟的軟骨細胞圓形或橢圓形，核較小，偏心位，有一個或數個核仁。胞質弱嗜堿性，中心體和高爾基復合體均近核分布，線粒體散在分布于胞質內。

（二）軟骨基質

軟骨基質即軟骨的細胞外基質。由軟骨細胞分泌產生，包括纖維和無定形的基質。纖維成分埋于基質中，其種類、含量和功能因軟骨類型而異。基質的主要成分是水和蛋白多糖。軟骨基質中蛋白多糖的濃度很高，使軟骨形成十分牢固的膠狀，許多蛋白多糖相結合形成分子篩結構。軟骨基質中含有大量的水分，使透明軟骨呈半透明狀。

1．水分

水分是正常關節軟骨最豐富的成分，占濕重的65%～80%。少量水分位于細胞間隙，30%位于膠原中的纖維間隙，剩余的位于基質中的分子間隙。當固體基質受到擠壓或存在壓力梯度時，水分可以在基質中流動。通過組織和關節表面的水分流動，可以促進輸送營養物質，潤滑關節。

2．膠原

膠原是基質的主要結構大分子，至少有15種不同的膠原種類（表1-4-1）。膠原蛋白占關節軟骨干重的50%以上，其中90%～95%是Ⅱ型膠原。所有的膠原家族成員均由特定的三螺旋結構組成其分子的大部分長度，或者被一個或幾個非螺旋型的結構域中斷。所有膠原具有三螺旋結構，由3條多肽鏈組成。鏈中33%的氨基酸是甘氨酸，25%是脯氨酸。由于脯氨酸的存在，每一條多肽鏈都呈現特征性的左手螺旋構型，并且在三螺旋結構中繞共同的軸右旋，編織成獨特的具有抗拉伸應力的結構。軟骨的膠原形成交叉連接的網狀，分子內或分子間的交錯連接可以增加纖維網的三維穩定性，使組織具有張力特性。

3．蛋白多糖

蛋白多糖是一種復雜的大分子，由核心蛋白共價結合糖胺聚糖組成。糖胺聚糖由長鏈的、未分叉的重復二糖單位組成。軟骨的蛋白多糖主要有3種類型：硫酸軟骨素、硫酸角質素、硫酸皮膚素。其中，硫酸軟骨素是最主要的糖胺聚糖。透明質酸也是一種糖胺聚糖，但它是非硫酸化的，而且不與核心蛋白共價結合，因此不是蛋白多糖的一部分。

關節軟骨中80%～90%的蛋白多糖形成大的聚合體，成為可聚蛋白多糖。包括一個長的伸展的核心蛋白，與多達100個硫酸軟骨素和50個硫酸角質素的糖胺聚糖鏈共價結合。一個孤立的、較小分子的連接蛋白與可聚蛋白聚糖的G1結構域和透明質酸結合，穩定連接以形成可聚蛋白聚糖-透明質酸-連接蛋白復合體，即蛋白多糖聚集體。聚集體的形狀似瓶刷，刷軸是長鏈形的透明質酸分子。在透明質酸鏈狀分子軸上連著許多側向排列的蛋白多糖分子，連接透明質酸和蛋白多糖的是連接蛋白。每個側向排列的蛋白多糖分子呈蜈蚣形，分子中軸是蛋白質，從蛋白質軸上伸出一系列糖胺多糖側鏈，大量近側糖胺多糖側鏈由硫酸角質素組成，數目更多的遠側糖胺多糖側鏈由硫酸軟骨素組成。這些蛋白多糖聚集體和蛋白多糖分子相互結合成網，構成分子篩。

關節軟骨中蛋白多糖的分布隨組織深度而改變，呈不均勻分布。淺表層富含膠原，蛋白多糖較少；移行層蛋白多糖的含量增加，分布趨于均一。

（三）軟骨膜

除關節軟骨外，軟骨周圍包被薄層致密結締組織，稱軟骨膜。軟骨膜分為2層，外層纖維成分多，與軟骨膜外的結締組織相連續，主要起保護作用；內層細胞較多，其中有許多梭形的骨祖細胞，可分化為軟骨細胞。軟骨膜內層還含有血管、淋巴管和神經，血管可為軟骨提供必要的營養。

軟骨膜具有較強的再生能力，可能是由于其生發層（軟骨膜的深層）的骨祖細胞可逐漸分化為成軟骨細胞。實驗證明，某些細胞因子（如TGF-β）可刺激其轉化過程。

二、軟骨的類型

依據軟骨組織中所含纖維成分的不同，可將軟骨分為透明軟骨、彈性軟骨和纖維軟骨3種類型。

1．透明軟骨

透明軟骨新鮮時呈半透明的乳白淺藍色，故得名，是體內分布最廣泛的軟骨類型。根據其分布部位不同可將其分為骨架外和骨架內兩部分。骨架外包括鼻軟骨、喉軟骨的大部分、氣管與支氣管樹內的軟骨等。骨架內的軟骨則包括肋軟骨和關節軟骨。透明軟骨的基質含量較多，其中的纖維成分主要是由Ⅱ型膠原蛋白組成的膠原原纖維，抗壓性較強，略具彈性和韌性。

2．纖維軟骨

纖維軟骨主要分布于椎間盤、纖維環、關節盤和半月板的一部分，也分布在股骨頭韌帶、恥骨聯合以及某些肌腱和韌帶附著于骨的部位等處。結構特點是細胞間質內含有大量平行或交叉排列的膠原纖維束（Ⅰ型膠原蛋白構成），新鮮時呈不透明的乳白色，有一定的伸展性。軟骨細胞分布于纖維束之間，或單獨散在，或成對存在，或排列成單行。

3．彈性軟骨

彈性軟骨分布于耳廓、外耳道、咽鼓管、會厭以及喉，具有明顯的可彎曲性和彈性，新鮮時呈不透明的黃色。其纖維成分以彈性纖維為主，膠原原纖維較少。彈性纖維有分支，相互交織排列。軟骨細胞呈球形，單個或以同源細胞群的方式分布，同源細胞群的細胞數量大，為2～4個。

三、軟骨的組織發生及生長

（一）組織發生

軟骨由間充質分化而來，早在胚胎第5周，在將要形成透明軟骨的部位，間充質密度增大，未分化的骨祖細胞分裂增生，細胞突起消失，細胞形態由星形轉變為球形，并聚集成團，稱軟骨形成中心。此處細胞高度密集，經分裂分化后轉變為幼稚的軟骨細胞。隨著細胞的生長，軟骨細胞產生細胞外基質的能力逐漸增強，所產生的基質包圍細胞，細胞被分隔在各自的陷窩內，再逐步分化為成熟的軟骨細胞。軟骨形成中心周圍的間充質則分化為軟骨膜。

（二）軟骨的生長

軟骨的生長有兩種方式：一種為間質性生長，又稱軟骨內生長。表現為軟骨細胞不斷分裂增殖產生新的軟骨細胞，進一步產生新的軟骨基質，使軟骨從內部膨脹式擴展。細胞分裂所產生的子細胞通過分泌基質而相互分開，從而占據相互分開的軟骨陷窩，子細胞進一步分裂所形成的成對的或4個乃至更多的軟骨細胞相互靠近構成同源細胞群。另一種方式為附加性生長，或軟骨膜下生長，由軟骨膜內的骨祖細胞不斷分化增殖分化為成軟骨細胞，并產生新的基質包圍自身，成軟骨細胞轉化為新的軟骨細胞，添加在原有軟骨表面，軟骨厚度得以增加。

（三）軟骨的退行性變與再生

軟骨最突出的退行性變化是鈣化，通常發生在軟骨內的成骨區。此區的軟骨細胞內細胞器明顯減少，外形常呈不規則的皺縮。在將要鈣化的部位，其軟骨基質內出現有膜包裹的小泡，稱基質小泡，可能是由軟骨細胞以出芽的方式形成。導致軟骨退化的主要原因是衰老。

軟骨有一定的再生能力，軟骨受傷后，如果軟骨細胞保存完好，軟骨基質可以迅速再形成。但是軟骨的再生能力比骨組織弱。軟骨損傷或被切除一部分后，一般未見直接的軟骨再生，而是在損傷處首先出現組織的壞死和萎縮，隨后由軟骨膜或鄰近筋膜所產生的結締組織填充。這種肉芽組織中的成纖維細胞可轉變為成軟骨細胞，后者進一步分化為軟骨細胞，從而產生新的基質，形成新的軟骨。

第二節 關節的分類

根據骨間連接組織的不同和關節活動的差異，可將關節分為動關節和不動關節兩類。動關節是指那些具有明顯活動性的關節，包括兩種：一種是滑膜連接，這種關節具有很大的活動性；另一種是聯合關節，如恥骨聯合和椎間連接，這種關節具有一定程度的活動性，但活動幅度較滑膜連接小，故也稱為微動關節。不動關節是指那些沒有活動性或活動性極小的關節，包括纖維性連接、軟骨性連接和骨性連接三種。纖維性連接是指通過結締組織將骨連接起來，如脛腓遠側骨間即通過韌帶相互連接。軟骨性連接借助于軟骨相互連接，如肋軟骨和胸骨之間是通過透明軟骨連接在一起。骨性連接是指骨之間借骨組織的連接，骨性連接可由纖維連接轉變而成，如成人顱骨之間；也可由軟骨骨化而成，如各骶椎之間以及髂、恥和坐骨之間在髖臼處的骨性連接。

一、滑膜連接

滑膜連接也稱滑膜關節，即通常所說的關節。關節的基本結構包括關節面、關節囊和關節腔。關節面上有一薄層軟骨覆蓋，稱關節軟骨。關節軟骨覆蓋相對兩骨的表面形成關節的主要界面。關節軟骨基質的組成及其機械性能使關節在活動受力時有保護緩沖功能，關節軟骨可吸收和分散關節活動時承受的負荷。兩骨間通過纖維結締組織即關節囊相連接，關節囊內層光滑，稱滑膜。滑膜產生滑液以潤滑關節和營養關節內結構。關節腔內充滿滑液，提供關節軟骨營養，并具潤滑作用，其黏彈特性使對應關節面在活動時幾乎無摩擦。除上述基本結構外，某些關節還有一些輔助結構，如關節盤或半月板、關節唇、滑膜壁和滑膜囊以及關節內韌帶等，具有維持關節面的相互適應、加強關節面的相互適應、加強關節活動性或穩固性等作用。如關節囊和韌帶增強關節穩定性，交叉韌帶增強膝部的穩定性。特定關節活動時肌肉和肌腱的完整性和緊張度以及神經支配等，對確保關節發揮正常功能很重要。失用可導致關節組織內環境失衡，并產生病理變化。

（一）關節軟骨

被覆于骨關節面的軟骨稱為關節軟骨。絕大多數關節軟骨為透明軟骨，具有明顯的層次結構，在垂直于關節的切面上，從外至內一般可分為4個區。Ⅰ～Ⅲ區為非礦化區，Ⅳ區為礦化區。Ⅰ區也稱表面切線區，主要成分為與表面平行的膠原原纖維，軟骨細胞較少，散在分布，細胞小，呈梭形，長軸與表面平行。Ⅱ區也稱移行區或中間區，軟骨細胞較大，呈圓形或橢圓形，細胞散在分布，隨機排列。Ⅲ區也稱輻射區，軟骨細胞呈柱狀排列，方向與關節表面垂直，細胞出現退變跡象，退變表現為核染色質致密，外形不規則，內質網擴張，線粒體擴大呈球形乃至空泡化等。Ⅳ區即礦化區，軟骨細胞大，呈現進一步退化的現象。此區的主要特征為軟骨間質的礦化，其中以鈣的沉積為主。

關節軟骨的間質成分包括水、膠原、蛋白多糖、無機鹽及其他成分。其中，水分占66%～78%，軟骨的膠原絕大部分屬Ⅱ型膠原，占基質的13.5%～18.0%。關節軟骨中蛋白多糖占干重的22%～38%。

關節軟骨不含血管、淋巴管和神經，其營養物質從周圍組織獲得，大部分來自滑液。

關節軟骨損傷后的自我修復能力較低，近年來的研究發現，軟骨內的許多生長因子如IGF-1、IGF-2、bFGF、PDGF、BMP-1等在軟骨的生長發育和再建過程中起著十分重要的作用。

（二）關節囊

在關節處包裹兩骨端的結締組織囊狀結構稱關節囊，有關節囊封閉的腔即為關節腔。光鏡下囊壁可分為兩層，外層為纖維層，內層為滑膜層。纖維層為致密結締組織，與骨端相接處的骨膜外層相接。滑膜層通常簡稱滑膜，由薄層疏松結締組織構成，襯貼于纖維膜內面，富含血管、淋巴管和神經，可產生滑液。滑膜內細胞成分較纖維層多，細胞分散排列，膠原性間質穿插其間。正常滑膜的內表面光滑發亮，常向關節腔內突起形成滑膜皺襞或絨毛。皺襞和絨毛中含有豐富的血管、神經、淋巴管以及脂肪。滑膜層一般可再分為細胞性內膜和內膜下層。細胞性內膜由1～4層滑膜細胞組成，這些細胞包埋在顆粒狀無定形的基質中，基質內有分散的纖維分布。滑膜內層作為由松散聯結的滑膜細胞組成的多孔屏障，缺乏真正的基底膜或緊密連接。電鏡下滑膜細胞分為A、B、C三型。A型又稱為巨噬細胞樣細胞，也稱M細胞，由骨髓分化而來，具有巨噬細胞的許多特征，細胞內有大量高爾基復合體、豐富的消化空泡和表面Fc受體表達；B型細胞又稱成纖維細胞樣細胞，也稱F細胞，由間質細胞分化而來，形態學上類似于成纖維細胞，其重要特征是可以產生尿苷二磷酸半乳糖脫氫酶；C型細胞是一種中間型細胞，形態特點介于前兩種細胞之間。

滑膜細胞產生的透明質酸與滑膜基質共同形成滑膜基質屏障，該屏障對由血液進入關節的物質有選擇性的通透作用。此外，滑膜細胞還具有吞噬作用，可吞噬關節液內的各種碎屑，該功能在急性炎癥時明顯增強。

內膜下層也稱滑膜下組織，該層細胞成分較少，只有一些散在的血管、脂肪細胞和成纖維細胞。滑膜下層深層可見豐富的毛細血管和小靜脈網，一些較大的血管穿入深部滑膜下組織。有時，包括淋巴細胞和巨噬細胞在內的單核細胞可浸潤滑膜下層，非細胞的細胞外基質含有多種大分子物質，包括Ⅰ型和Ⅲ型膠原、纖維結合素和蛋白聚糖等。

（三）關節液

關節液為關節腔內少量透明的弱堿性黏性液體，通稱滑液。滑液的成分包括細胞和非細胞兩類，以非細胞為主。非細胞成分包括水、蛋白質、電解質、糖、透明質酸等。細胞成分主要有單核細胞、淋巴細胞、巨噬細胞、中性粒細胞和脫落的滑膜細胞。滑液維持關節面的潤滑，減少兩骨關節面之間或關節面與關節盤、半月板之間的摩擦，并為關節軟骨提供營養。

二、椎間連接

椎間連接為脊椎骨之間的連接結構。維持著中軸骨骼的正常功能，通過固定相鄰的椎體來穩定脊柱并維持其排列。椎間盤由軟骨終板、纖維環和髓核三部分組成。軟骨終板為覆蓋在每個椎體上下兩面的一層透明軟骨，纖維環和髓核共同構成椎間盤。相鄰兩椎體通過椎間盤相連。

（一）軟骨終板

軟骨終板是椎間盤與椎體的分界組織，呈半透明均質狀，周邊較厚，中央較薄，平均厚約1mm。周圍增厚區有從椎間盤的纖維環而來的纖維穿過，這些纖維經此與礦化區軟骨的纖維相連接，使相鄰的兩個椎體牢固地連接在一起。軟骨終板有許多微孔隙，滲透性好，有利于椎體與椎間盤之間代謝物質的交流，在溝通纖維環、髓核與軟骨下骨組織之間的液體中起半透膜作用。

軟骨終板的作用包括：作為髓核的水分和代謝產物的通路；將椎間盤的纖維環與髓核限制在一定解剖部位；保護椎體，以免因受壓而萎縮。

（二）椎間盤

椎間盤是連接相鄰兩個椎體的纖維軟骨盤，由中央部的髓核和周圍部的纖維環構成。

1．纖維環

纖維環位于椎間盤的周圍部分，由多層呈同心圓排列的纖維軟骨板黏合而成，呈現明顯的分層結構，板內和板間有軟骨細胞分布，板間有膠原纖維、彈性纖維和蛋白多糖基質相連。根據纖維軟骨板的纖維致密程度，大體上可將纖維環分為外、中、內三層，由外至內纖維軟骨板的致密度降低，無定形的基質成分逐漸增多。纖維環內側1/3的膠原主要為Ⅱ型膠原，外側2/3主要為Ⅰ型膠原。

2．髓核

髓核位于椎間盤的中央，是軟而具有彈性的高含水量的膠狀物質。含有氨基多糖、膠原纖維、無機鹽和水及其間的細胞成分。正常髓核中含水量80%～88%。與纖維環相比，髓核含有較多的蛋白多糖，膠原原纖維交織成網格狀，浸泡于蛋白多糖的膠狀物質中，構成一個三維的膠性網格系統。髓核中的膠原類型80%為Ⅱ型膠原。髓核中的細胞成分較少，主要是脊索細胞和軟骨樣細胞兩種類型。脊索細胞是一種殘余的胚胎性細胞，細胞小而少，核深染，胞質中含有豐富的糖原顆粒，細胞多散在分布，彼此借細胞突起相互連接。軟骨樣細胞為髓核中常見的細胞類型，形態與功能大致和軟骨細胞相同。

第三節 關節的血管、淋巴管和神經

一、關節的血管、淋巴管和神經

（一）血管

關節的動脈主要來自鄰近動脈的分支，在關節周圍形成動脈網。從動脈網發出數條分支進入關節囊，發出骨骺支進入骨骺部。進入關節囊的血管可深入纖維層和滑膜層的各個層次，形成豐富的毛細血管網。在關節軟骨周圍，滑膜血管排列成環形網，形成關節血管環（Hunter環）。

（二）淋巴管

關節囊的內層和外層均有淋巴管網。淋巴管起始于毛細淋巴管，淋巴液最終注入肢體的主干淋巴管。

（三）神經

支配關節的神經纖維按其性質可分為3種類型：軀體感覺神經、本體感覺神經和自主神經纖維。關節囊纖維層的神經纖維較滑膜層豐富，故纖維層對各類刺激都很敏感。而滑膜層的神經纖維少，痛刺激不敏感，但對溫度敏感，冷熱刺激可出現相應的血管收縮與擴張反應。

二、椎間盤的血供和神經支配

在正常骨骼發育成熟的椎間盤中，血供和神經支配都很有限。血管分布在纖維環表面，可以穿入外纖維很短距離。椎體的血管也直接緊貼終板走行，并不進入椎間盤的中央。纖維環的表面有單支和叢狀無髓鞘神經末梢及包囊狀神經末梢，部分有單支游離神經末梢的小神經可進入纖維環的外層。關節囊和脊柱的韌帶中有游離的和包囊狀神經末梢。

第四節 關節的輔助結構

一、肌腱

肌腱具有非常復雜的致密膠原結構，使肌肉與骨相連接。肌腱跨越關節，傳遞肌力，活動關節。肌腱均由高度有序排列的致密結締組織、纖維組成，血供較差，細胞稀少，組織代謝率較低。肌腱含有少量痛覺神經和本體感覺神經，以肌腱附著處較為豐富。依其表面解剖，肌腱可分為2型。一型肌腱表面具有滑膜層，肌腱經由結締組織鞘而發生滑動，鞘內也襯有滑膜。二型肌腱表面無滑膜鞘，因而稱為滑膜外肌腱。肌腱修復能力較差，速率較慢。

二、韌帶

連于相鄰兩骨之間的致密纖維結締組織束稱為韌帶，可加強關節的穩定性。位于關節囊外的稱囊外韌帶，位于關節囊內的稱囊內韌帶。

三、關節盤與半月板

關節盤是位于關節腔內兩關節面之間的纖維軟骨板，其周緣附著于關節囊，把關節腔分為兩部分，完全分隔關節腔。若為新月形，不完全分隔關節腔者稱半月板。關節盤與半月板可使兩關節面更為適合，減少沖擊與震蕩，并增強關節的穩定性。此外，兩個關節腔可產生不同的運動，從而增加運動的形式和范圍。

（宮麗華 黃嘯原）

參考文獻

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