骨の構造と化学組成

骨は人体において厳密に定義された位置を占めています。他の臓器と同様に、骨は様々な種類の組織で構成されており、その中でも主要な位置を占めるのは結合組織の一種である骨組織です。

骨は複雑な構造と化学組成を有しています。生体において、成人の骨は最大50%の水分、28.15%の有機物、21.85%の無機物で構成されています。無機物は、カルシウム、リン、マグネシウムなどの元素の化合物で代表されます。軟化骨は、1/3が「オセイン」と呼ばれる有機物、2/3が無機物で構成されています。

骨の強度は、無機物と有機物の物理化学的一体性と構造特性によって確保されます。有機物が優位であることで、骨は高い弾力性と柔軟性を備えています。無機物の割合が増加すると（高齢期や特定の疾患を伴う場合）、骨は脆くなり、もろくなります。骨組成における無機物の割合は人によって異なります。同じ人であっても、生涯を通じて変化し、栄養特性、職業活動、遺伝、環境条件などに依存します。

成人の骨の大部分は層状骨組織で構成されています。これは緻密でスポンジ状の物質を形成し、その分布は骨にかかる機能的負荷に依存します。

骨の緻密質（substantia compacta）は管状骨の骨幹を形成し、薄い板状に外側から骨端線を覆っています。また、海綿骨や扁平骨も海綿状物質でできています。骨の緻密質には細い管が貫通しており、その中を血管や神経線維が通っています。管の中には、主に骨の表面と平行に位置するもの（中心管、またはハバース管）と、骨の表面に開口し栄養孔（栄養孔）として開いているものがあり、そこから動脈や神経が骨の厚みに貫通し、静脈が排出されます。

中心（ハバース）管（canales centrales）の壁は、厚さ4～15µmの同心円状のプレートによって形成され、互いに挿入されているかのようになっています。1つの管の周りには、このような骨プレートが4～20枚あります。中心管とそれを囲むプレートは、オステオン（ハバース系）と呼ばれます。オステオンは、骨の緻密質の構造的および機能的な単位です。オステオン間の空間は、介在プレートで満たされています。緻密質の外層は、骨膜の骨形成機能の産物である外側を囲むプレートによって形成されます。骨髄腔を制限する内層は、骨内膜の骨形成細胞から形成された内側を囲むプレートによって表されます。

骨の海綿状（海綿質）物質はスポンジに似ており、骨板（骨梁）とそれらの間に細胞が挟まれた構造をしています。骨梁の位置と大きさは、骨が受ける張力と圧縮力の荷重によって決まります。骨梁の向きに対応する線は、圧縮曲線と張力曲線と呼ばれます。骨梁が互いに角度をつけて配置されていることで、圧力（筋牽引力）が骨に均等に伝達されます。この構造により、骨質の消費を最小限に抑えながら骨の強度が向上します。

骨全体は、関節面を除いて、結合組織膜である骨膜で覆われています。骨膜は、骨の深部まで浸透する結合組織穿孔繊維（シャーペイ繊維）によって骨と強固に癒合しています。骨膜は2層構造です。外側の繊維層はコラーゲン繊維で構成されており、骨膜に特別な強度を与えています。血管や神経が通っています。内側の層は成長層、形成層です。骨の外側に直接接し、骨形成細胞を含んでいます。この層は骨の厚みを増し、損傷後に再生します。このように、骨膜は保護機能や栄養機能だけでなく、骨形成機能も果たしています。

骨は内側、つまり骨髄腔の側面から骨内膜で覆われています。薄い板状の骨内膜（エンドスト）は骨の内面に密着し、骨形成機能も果たしています。

骨は高い可塑性を備えています。トレーニングや身体活動の影響下で容易に再構築され、骨単位の数の増減、つまり緻密でスポンジ状の物質からなる骨板の厚さの変化として現れます。骨の最適な発達には、適度な運動と定期的な身体活動が望ましいです。座りがちな生活習慣や低負荷は、骨の弱化と菲薄化につながります。骨は大細胞構造を獲得し、部分的に溶解することさえあります（骨吸収、骨粗鬆症）。職業も骨構造の特殊性に影響を与えます。環境要因に加えて、遺伝的要因と性的要因も重要な役割を果たします。

骨組織の可塑性、すなわち骨組織の活発な再構築は、既存の骨組織の破壊（吸収）を背景に、新たな骨細胞（細胞間物質）の形成によって起こります。骨吸収は破骨細胞の活動によって促進されます。破壊された骨の代わりに、新たな骨梁、すなわち骨単位が形成されます。

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