background image

By

  

Dr. suhair  majeed 


background image

Cartilage is a special form of connective tissue that 
also develops from the mesenchyme.  

Similar to the connective tissue, cartilage consists 
of 

cells and extracellular matrix 

composed of 

connective tissue fibers and ground substance.  

In contrast to connective tissue, cartilage is 
nonvascular (avascular) and receives its nutrition 
via diffusion through the extracellular matrix. 


background image

      Cartilage exhibits  tensile  strength, provides 

firm structural  support  for soft  tissues, allows 
flexibility  without  distortion, and is resilient to 
compression. 

      Cartilage consists mainly of cells called 

chondrocytes and chondroblasts that  synthesize 
the extensive extracellular  matrix.  

      There are three main types of cartilage in the 

body: 

hyaline, elastic, and fibrocartilage

       Their classification is based on the amount and 

types of connective  tissue  fibers that are  present 
in the extracellular  matrix.  


background image

        Hyaline cartilage is the most common type. In 

embryos, hyaline cartilage serves as a skeletal  

   model for most  bones. As the individual grows, 

the cartilage bone model is gradually replaced  

   with bone by a process called 

endochondral 

ossification. 

In adults, most of the hyaline 

cartilage model has been replaced with bone, 
except on the articular surfaces of bones, ends of 
ribs (costal cartilage), nose, larynx, trachea, and 
in bronchi. Here, the hyaline cartilage persists 
throughout life and does not calcify.  


background image

background image

background image

background image

     Elastic cartilage is  similar in  appearance to 

hyaline cartilage, except  for  the  presence  
of  numerous  branching  elastic  fibers  within 
its  matrix. 

      Elastic  cartilage is  highly  flexible  and 

occurs  in the external  ear, walls  of  the 
auditory  tube, epiglottis, and  larynx. 


background image

background image

background image

background image

      Fibrocartilage is characterized by  large amounts 

of irregular and  dense  bundles of coarse collagen  

   fibers  in its matrix. In contrast to hyaline  and 

elastic  cartilage, fibrocartilage  consists of 
alternating  layers  of cartilage  matrix and thick 
dense  layers of  type I collagen fibers.  

       Fibrocartilage  has  a limited  distribution  in 

the body  and is  found in the intervertebral  disks, 
symphysis  pubis, and certain  joints. 


background image

background image

background image

background image

  

           Most of the hyaline and elastic cartilage is 

surrounded by a peripheral layer of vascularized, 
dense, irregular connective tissue called the 

perichondrium.

 Its outer fibrous layer contains 

type I collagen fibers and fibroblasts.  

         The inner layer of perichondrium is cellular 

and chondrogenic.  

         Chondrogenic cells form the chondroblasts 

that secrete the cartilage matrix.  


background image

background image

        the articulating  surfaces of  bones is not 

lined  by  perichondrium. Similarly, because 
fibrocartilage is always  associated  with  dense 
connective  tissue  fibers, it does not  exhibit 
an identifiable  perichondrium.  


background image

     Cartilage matrix  is  produced  and maintained  

by chondrocytes  and chondroblasts.  

      The collagen or elastic fibers  give  cartilage 

matrix  its  firmness  and  resilience.  

       The extracellular  ground  substance of  

cartilage  contains  

sulfated  glycosaminoglycans  

and 

hyaluronic   acid 

that  are closely  associated  

with the  elastic  and collagen  fibers  within  the  
ground  substance. 


background image

       Also, cartilage matrix  is highly  hydrated 

because of  its high water content,which  allows  
for diffusion of  molecules  to and  from the 
chondrocytes. 

      Hyaline cartilage matrix consists of the fine type 

II collagen fibrils embedded in a firm  amorphous  
hydrated  matrix  rich in proteoglycans and 
structural  glycoproteins. 

       


background image

            

           In addition to type II collagen  fibrils  and 

proteoglycans, cartilage  matrix  also  contains  
an  adhesive glycoprotein called chondronectin. 
These macromolecules  bind to 
glycosaminoglycans and collagen fibers, 
providing  adherence  of chondroblasts and 
chondrocytes to collagen fibers of  surrounding  
matrix.  


background image

       Cartilage develops  from primitive  mesenchyme 

cells that differentiate into 

chondroblasts.  

       These cells divide mitotically  and  synthesize 

the cartilage matrix  and  extracellular  material.  

        As the cartilage model  grows, the individual 

chondroblasts  are  surrounded by  extracellular  

   matrix  and  become  trapped in  compartments 

called  lacunae  (singular, lacuna). 


background image

       In the lacunae are mature cartilage cells called 

chondrocytes. 

The main function of chondrocytes 

is to maintain the cartilage matrix.  

       Some lacunae may contain more than one 

chondrocyte; these groups of chondrocytes are 
called 

isogenous groups.  

        Mesenchyme cells can also differentiate into 

fibroblasts that form the perichondrium, a  

   dense, irregular connective tissue layer that 

invests the cartilage. The inner cellular layer of  

   perichondrium contains chondrogenic cells, which 

can differentiate into 

chondroblasts .

  


background image

background image

          cartilage can simultaneously  grow  by  two 

different  processes:  

     1- interstitial  growth  

      2- appositional  growth  


background image

background image

background image

As this occurs, the cartilage cells will undergo 

divisions and continue to secrete matrix. 

 

•Mesenchymal cells will aggregate and differentiate 

into closely knit clusters of chondroblast

 

•These cells will begin to secrete collagen and 

mucopolysaccharide matrix

 

The matrix secretion will cause the  chondroblasts 

to be pushed apart

.

 

 


background image

•In the case of hyaline cartilage, this 
will result in some small clusters of 
chondrocytes within the developing 
matrix - isogenic groups.  

Eventually the ground substance 
becomes more rigid and the cartilage 
cells (now chondrocytes) become 
trapped in lacunae and can no longer be 
pushed apart by secretion

 


background image

        This sort of growth of cartilage is 

termed interstitial growth due to the 
secretion of  matrix into the interstitial 
regions between cells or groups of cells. 

 


background image

background image

   2. Appositional growth of cartilage 

during embryogenesis and subsequent 
juvenile development. 

     A layer of chondroblasts can lay 
down matrix at the outer edge of a 
mass of growing cartilage.

.

 


background image

background image

• Appositional growth can continue after 
the perichondrim is formed. This is 
accomplished by chondroblasts(and 
perhaps fibroblasts) associated with the 
perichondirum secreteing additional 
ground  substance. 


background image

Similar to cartilage, bone is also a special form of 
connective tissue and consists of 

cells, fibers

,  

   and 

extracellular matrix

. Because of mineral 

deposition in the matrix, bones become calcified.  

As a result, bones , serve as a rigid skeleton for 
the body, and provide attachment sites for 
muscles and organs.  

Bone also protects the brain in the skull, heart 
and lungs in the thorax, and urinary and 
reproductive organs between the pelvic bones. 
In addition, bones function in hemopoiesis (blood 
cell formation). 


background image

Two types of bone : 

           1-compact  bone 
            2- cancellous  bone (spongy)or trabecular 

In long bones, the outer cylindrical part is the 
dense compact bone.  

The inner surface of compact bone adjacent to 
the marrow cavity is the cancellous (spongy) 
bone.  

Cancellous bone contains numerous 
interconnecting areas and is not dense; 
however, both types of bone have the same 
microscopic appearance. 


background image

background image

             In compact bone, the collagen fibers are 

arranged in thin layers of bone called

 lamellae 

that are parallel to each other in the periphery 
of the bone, or concentrically arranged around a 
blood vessel.  

              In a long bone, the outer circumferential 

lamellae are deep to the periosteum. Inner 
circumferential lamellae surround the bone 
marrow cavity. 


background image

             Concentric lamellae surround the canals 

with blood vessels, nerves, and loose connective 
tissue called the 

osteons (Haversian systems).  

            The space in the osteon that contains 

blood vessels and nerves is the central 
(Haversian) canal.Most of the compact bone 
consists of osteons. Lacunae with osteocytes and 
connected via canaliculi are found between the 
lamellae in each osteon . 


background image

background image

              A second system of canals, called 

Volkmann's canals, penetrates the bone more or 
less perpendicular to its surface. These canals 
establish connections of the Haversian canals 
with the inner and outer surfaces of the bone. 
Vessels in Volkmann's canals communicate with 
vessels in the Haversian canals on the one hand 
and vessels in the endosteum on the other.           
A few communications also exist with vessels in 
the periosteum. 

 


background image

The matrix of trabecular bone is also deposited 
in the form of lamellae. In mature bones, 
trabecular bone will also be lamellar bone. 
However, lamellae in trabecular bone do not 
form Haversian systems. Lamellae of trabecular 
bone are deposited on preexisting trabeculae 
depending on the local demands on bone 
rigidity. 

Osteocytes, lacunae and canaliculi in 
trabecular bone resemble those in compact 
bone. 

 


background image

background image

Bone matrix consists of collagen fibres (about 

90% of the organic substance) and ground 

substance.  

Collagen type I is the dominant collagen form 

in bone. The hardness of the matrix is due to 

its content of inorganic salts (hydroxyapatite; 

about 75% of the dry weight of bone), which 

become deposited between collagen fibres. 

 


background image

             Calcification begins a few days after 

the deposition of organic bone substance (or 
osteoid) by the osteoblasts. Osteoblasts are 
capable of producing high local concentration 
of calcium phosphate in the extracellular 
space, which precipitates on the collagen 
molecules. About 75% of the hydroxyapatite 
is deposited in the first few days of the 
process, but complete calcification may take 
several months. 

 


background image

Developing and adult bones contain 
four different cell types: 

    osteoprogenitor cells, 
    osteoblasts,  
    osteocytes,  
   osteoclasts.  


background image

           are undifferentiated, pluripotential stem 

cells derived from the mesenchyme. These cells 
are located on the inner layer of connective tissue 
periosteum and in the single layer of internal 
endosteum that lines the marrow cavities,  
osteons (Haversian system) . 

           During bone development,  osteoprogenitor 

cells proliferate by mitosis and differentiate into 
osteoblasts, which then secrete collagen fibers 
and the bony matrix.  


background image

Osteoblasts (or bone forming cells). 

        may form a low columnar "epitheloid 

layer" at sites of bone deposition. They 

contain plenty of rough endoplasmatic 

reticulum (collagen synthesis) and a large 

Golgi apparatus. As they become trapped 

in the forming bone they differentiate into 

osteocytes. 

Osteocytes. 

       Osteocytes contain less endoplasmatic 

reticulum and are somewhat smaller than 

osteoblasts. 

 


background image

     are very large , multi-nucleated (about 5-

10  visible in a histological section, but up 

to 50 in the actual cell) bone-resorbing 

cells.  

      They arise by the fusion of monocytes 

(macrophage precursors in the blood) or 

macrophages.  

      Osteoclasts attach themselves to the 

bone matrix and form a tight seal at the rim 

of the attachment site. The cell membrane 

opposite the matrix has deep invaginations 

forming a 

ruffled border

.  

  

 


background image

They  released enzymes break down the 
collagen fibres of the matrix.

 

Osteoclasts are stimulated by parathyroid 
hormone (produced by the parathyroid gland) 
and inhibited by calcitonin (produced by 
specialised cells of the thyroid gland).        
Osteoclasts are often seen within the 
indentations of the bone matrix that are 
formed by their activity (resorption bays or 
Howship's lacunae).  

 


background image

background image

background image

Modeling is a process in which bone is sculpted 
during growth to ultimately achieve its proper 
shape. Modeling is responsible for the 
circumferential growth of the bone and 
expansion of the marrow cavity, and 
enlargement of the cranial vault curvature.  

Remodeling is a continuous process throughout 
life, in which damaged bone is repaired, ion 
homeostasis is maintained, and bone is 
reinforced for increased stress. In adults, the 
remodeling rate varies in different types of 
bones.  

 


background image

 Bone formation  or development occurs by  

these mechanisms: 

          

1-endochondral  ossification  

          2- intramembranous  ossification

 


background image

Intramembranous ossification occurs within a 

membranous, condensed plate of 

mesenchymal cells.  
 

At the initial site of ossification (ossification 

centre) mesenchymal cells (osteoprogenitor 

cells) differentiate into osteoblasts. 
 

The osteoblasts begin to deposit the organic 

bone matrix, the osteoid. The matrix 

separates osteoblasts, which, from now on, 

are located in lacunae within the matrix 


background image

The collagen fibres of the osteoid form a 

woven network without a preferred 

orientation, and lamellae are not present at 

this stage.  

Because of the lack of a preferred orientation 

of the collagen fibres in the matrix, this type 

of bone is also called woven bone. The 

osteoid calcifies leading to the formation of 

primitive trabecular bone. 

Further deposition and calcification of 

osteoid at sites where compact bone is 

needed leads to the formation of primitive 

compact bone. 

 


background image

background image

The bone is formed onto a temporary cartilage 
model.  

The cartilage model grows (zone of 
proliferation), then chondrocytes mature (zone 
of maturation) and hypertrophy (zone of 
hypertrophy), and growing cartilage model starts 
to calcify. 

 As this happens, the chondrocytes are far from 
blood vessels, and are less able to gain nutrients 
etc, and the chondrocytes start to die (zone of 
cartilage degeneration). The fragmented 
calcified matrix left behind acts as structural 
framework for bony material.  


background image

            

Osteoprogenitor cells and blood vessels 

from periosteum invade this area, proliferate and 
differentiate into osteoblasts, which start to lay 
down bone matrix (osteogenic zone). 

In the fetus, the primary ossification centre 
forms first in the diaphysis. Later on a secondary 
ossification centre forms in the epiphysis.  

Cartilage is replaced by bone in the epiphysis and 
diaphysis, except in the epiphyseal plate region. 
Here the bone continues to grow, until maturity 
(around 18 years old). 
 


background image

background image

Primary and secondary ossification centres do 
not merge before adulthood.  

Between the diaphysis and the epiphyses a 
thin sheet of cartilage, the epiphyseal plate, 
is maintained until adulthood.  

By continuing cartilage production, the 
epiphyseal plate provides the basis for rapid 
growth in the length of the bone.  

Cartilage production gradually ceases in the 
epiphyseal plate as maturity is approached. 

The epiphyseal plate is finally removed by the 
continued production of bone from the 
diaphyseal side.  

 


background image

As the zone of ossification moves in the 

direction of the future epiphyses. This 

process creates the marrow cavity of 

the bones.  

Simultaneously, bone is removed from 

the endosteal surface and deposited on 

the periosteal surface of the compact 

bone which forms the diaphysis.  

This results in a growth of the diameter 

of the bone . 


background image

background image



رفعت المحاضرة من قبل: Ismail AL Jarrah
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 166 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل