Kortikal ve Trabeküler Kemik

Açılış

Altmış bir yaşındaki bir kadın, evinin önündeki kaldırımda ayağı takılınca düşer ve elini yere uzatır. Bileği kırılır. Kırık alçıyla iyileşir, ama kontrolde hekim ondan bir de kemik yoğunluğu ölçümü yaptırmasını ister. Ölçüm bilekten değil, belin alt bölümündeki omurlardan ve uyluk kemiğinin kalçaya yakın boyun bölümünden yapılır. Sonuç, kemik kütlesinin yaşıtlarına göre belirgin biçimde azaldığını gösterir. Kadın bir şeyi anlamakta zorlanır: kemiklerinin hepsi aynı malzemeden yapılmamış mıdır? Öyleyse neden kırık hep bilekte, omurda ve kalçada aranır da örneğin uyluk kemiğinin ortasında aranmaz? Cevap, kemik dokusunun iki farklı düzende kurulmuş olmasında ve bu düzenlerden birinin öbüründen çok daha hızlı değişmesindedir.

Kemiğin dış kabuğu ile içindeki süngerimsi ağ farklı malzemeler midir? Ağdaki ince çubuklar neden belli yönlerde dizilir? Ve kemik kaybı neden önce bazı bölgelerde kendini gösterir?

Bu derste ne olacak

Önce iki düzeni ayıracak ve aynı malzemenin iki mimarisi olduklarını göreceğiz. Sonra ağdaki çubukların neden yük hatları boyunca dizildiğine bakacağız. Ardından ağ olmanın neden hızlı yenilenme demek olduğunu türetecek, iki düzen arasındaki takası kuracağız. Sonra açılıştaki kadına döneceğiz. Son olarak sıkı kemiğin bile tam dolu olmadığını göreceğiz.

Sıfır noktası

Mekanizma

Aynı malzeme, iki düzen

Bir uzun kemiği boyuna kesersek iki görünüm görürüz. Dışta, özellikle gövdede, kalın ve düz görünen, boşlukları çıplak gözle seçilmeyen yoğun bir kabuk vardır: kortikal kemik. Uçlarda ve kabuğun iç yüzünde ise birbirine bağlanmış ince çubuklardan oluşan, arası küçük boşluklu bir ağ vardır: trabeküler kemik. Ders 06-05'te gövdeyi boru, ucu süngerimsi ağ olarak tarif ederken bu iki düzenden söz ediyorduk.

İkisinin yapı taşı aynıdır: aynı hücreler, kolajen lifleri ve bu liflerin üzerine çökmüş aynı mineral. Değişen malzeme değil, malzemenin ne kadar sıkı paketlendiği ve nasıl dizildiğidir. Kortikal kemik bir duvar gibi, trabeküler kemik bir iskele gibi kurulmuştur. Yassı kemiklerdeki iki yüzü sıkı, ortası hafif yapı da bu iki düzenin üst üste konmuş hâlidir: iki kortikal levha ve aralarında trabeküler bir katman.

Trabeküllerin yönü

Trabeküler kemiğe yakından bakılınca çubukların rastgele dağılmadığı görülür. Belirli doğrultular boyunca uzanırlar ve bu doğrultular, o bölgeden geçen yükün izlediği hatlarla örtüşür. Uyluk kemiğinin üst ucu bunun en çok gösterilen örneğidir. Kalça ekleminin yuvarlak başından, caput femoris, boyun bölümü, collum femoris, boyunca aşağı inen basınç hatlarına ve bunları kesen başka bir yay demetine uyan trabekül demetleri grafide bile seçilebilir. On dokuzuncu yüzyılın sonunda Alman cerrah Julius Wolff, kemiğin iç mimarisinin taşıdığı yüke göre biçimlendiği fikrini ileri sürdü; bu fikir bugün de onun adıyla anılır.

Malzeme kuvvetin geçtiği yere konur, geçmediği yer boş bırakılır. Bunun bir sonucu vardır: bir bölgedeki trabeküllerin yönünü okumak, o bölgenin gördüğü yükü okumaktır. Trabeküler kemik bir dolgu değil, yükün bir kaydıdır.

Neden ağ: yüzey ve yenilenme

Trabeküler kemik aynı hacimdeki kortikal kemikten çok daha az malzeme içerir; birim hacimde daha zayıftır. Öyleyse neden her yer kortikal değildir? Bir cevap hafifliktir. Daha ilginç cevap yüzeydedir.

Dolu bir blokta yalnızca dış yüzey açıktadır; bir ağda her çubuğun her yüzü açıktadır. Aynı miktarda malzeme ağ biçiminde dizildiğinde çok daha büyük bir yüzeye yayılır. Kemikte yıkım ve yeniden yapım yüzeylerde olur: kemiği eriten ve yeniden kuran hücreler kemiğin yüzeyine yerleşip orada çalışır. Ağ olmak çok yüzey demektir; çok yüzey de hızlı yenilenme demektir. Trabeküler kemik bu yüzden kortikal kemikten çok daha hızlı yeniden yapılanır.

İki özellik birleşince şu sonuç çıkar: trabeküller yüke göre dizilir ve hızla yenilenir. Yük hatları değişirse, örneğin bir kişi uzun süre yatağa bağlı kalırsa ya da yeni bir spora başlarsa, ağ da zamanla yeniden düzenlenir. Trabeküler kemik geçmişin donmuş bir kaydı değil, sürekli güncellenen bir kayıttır.

İki düzenin takası

Kortikal kemik birim hacimde çok malzeme taşır ve dayanıklıdır, ama yüzeyi az olduğu için yavaş yenilenir. Trabeküler kemik birim hacimde zayıftır, ama yüzeyi çok olduğu için hızlı yenilenir ve hızlı uyum sağlar. Bu takas iki düzenin nerede bulunduğunu da açıklar. Gövdede yük büyük ölçüde aynı eksende gelir; uyum hızına pek gerek yoktur, dayanıklılık önceliklidir ve kortikal kemik baskındır. Uçlarda ve omur gövdelerinde ise yükün yönü eklemin açısına ve gövdenin duruşuna göre sürekli değişir; orada trabeküler kemik baskındır.

Ders 06-03'te yükün yönü kemiğin dış biçimini belirliyordu. Burada yük yönünün ne kadar değişken olduğu iç düzeni belirler. Bununla birlikte iki düzen arasında keskin bir çizgi yoktur; kortikal kabuğun iç yüzü yavaş yavaş seyrelerek trabeküler ağa geçer.

Klinik bağ: kayıp önce ağda görünür

Açılıştaki kadına dönelim. Kemik kaybında yıkım, yapımı geçer. Yıkım yüzeyde olduğu için en çok yüzeyi olan düzen en hızlı kaybeder: trabeküller incelir, bir kısmı tamamen kopar ve ağın bağlantıları azalır. Bağlantısı kopmuş bir çubuk, malzemesi dursa bile artık yük taşımaz. Menopozdan sonra östrojenin azalmasıyla yıkımın hızlanması da önce trabeküler kemikte kendini gösterir.

Kemik kaybına bağlı kırıkların tipik yerleri bu yüzden trabeküler kemiğin bol olduğu yerlerdir: omur gövdeleri, corpus vertebrae, önkolun radius kemiğinin bileğe yakın ucu ve uyluk kemiğinin boyun bölümü. Bilekten gelen basit bir kırık, bu yüzden hekim için bütün iskelete dair bir uyarıdır; ölçümün de omur ve kalçadan yapılması, kaybın en erken ve en tehlikeli biçimde görüldüğü yerlere bakmak içindir. Uyluk kemiğinin gövdesi ise kalın kortikal duvarıyla bu kayba çok daha geç teslim olur.

Kortikal de tam dolu değil

Kortikal kemiğe yoğun ve sıkı dedik, ama tam dolu değildir. Mikroskopta, kemik dokusunun ince bir kanalın çevresine iç içe halkalar hâlinde dizildiği silindirik birimlerden oluştuğu görülür. Bu birimlerin ortasındaki kanal, canalis centralis, damar ve sinir taşır; yan kanallar bu merkezi kanalları birbirine ve kemiğin yüzeylerine bağlar.

Sebep kemiğin canlı olmasıdır. Yenilenen bir doku beslenmek zorundadır ve besin bir damardan ancak sınırlı bir uzaklığa yayılabilir. Deride üst katman damarsız kaldığı için ince kalmak zorundaydı; kemik ise kalındır ve aynı sorunu damarları içine alarak çözer. Aynı sorun, iki dokuda iki ayrı cevap bulmuştur.

Kendin dene

Toparlayalım

• Kortikal ve trabeküler kemik iki ayrı malzeme değil, aynı kemik dokusunun iki düzenidir.
• Substantia compacta duvar gibi sıkı, substantia spongiosa iskele gibi seyrek kurulmuştur.
• Trabeculae yükün geçtiği hatlar boyunca dizilir; collum femoris'teki demetler bunun en bilinen örneğidir.
• Ağ biçimi aynı malzemeyi büyük bir yüzeye yayar; yenilenme yüzeyde olduğu için trabeküler kemik hızlı yeniden yapılanır.
• Kortikal kemik dayanıklı ama yavaş, trabeküler kemik zayıf ama hızlı uyumludur; dağılımları yük yönünün değişkenliğini izler.
• Kemik kaybı önce trabeküler kemikte görünür; corpus vertebrae, radius'un bilek ucu ve uyluk boynu tipik kırık yerleridir.
• Kortikal kemik tam dolu değildir; içinden damar taşıyan canalis centralis geçer, çünkü canlı doku beslenmek zorundadır.

Bu derste kemiğin yenilenmesinin yüzeylerde olduğunu gördük. Bir sonraki ders bu cümlenin sonucuyla açılıyor: yenilenme yüzeyde oluyorsa o yüzeylerde çalışacak hücreler bulunmalıdır ve kemiğin biri dışta, biri içte iki yüzeyi vardır. Bu iki yüzeyi kaplayan iki canlı zarı, ikisinin neden ters yönlerde çalıştığını ve ortadaki ilik boşluğunu göreceğiz. Periost, Endost ve Kemik İliği Boşluğu.