Xương: Thành Phần, Cấu Tạo Và Chức Năng Của Xương Người

Xương là là một phần của bộ xương người, được cấu tạo từ các mô cứng và có nhiều hình dạng khác nhau. Xương bảo vệ các cơ quan trong cơ thể, sản xuất các tế bào máu, lưu trữ các khoáng chất và cho phép cơ thể vận động.

Xương là gì?

Xương hay mô xương là các mô cứng có cấu tạo khác với các mô khác trong cơ thể. Xương là phần cứng của cơ thể, có nhiều hình dạng với các vai trò khác nhau, bao gồm hỗ trợ cấu trúc cơ thể, bảo vệ các cơ quan quan trọng và cho phép cơ thể di chuyển. Ngoài ra, bên trong xương chứa tủy xương với nhiệm vụ tạo ra các tế bào máu và lưu trữ các khoáng chất, đặc biệt là canxi.

Con người được sinh ra với khoảng 270 xương mềm. Khi trưởng thành và phát triển, một số xương sẽ hợp nhất lại với nhau. Do đó, khi đến tuổi trưởng thành, con người có khoảng 206 chiếc xương. Xương lớn nhất trong cơ thể là xương đùi và xương nhỏ nhất là xương bàn đạp ở tai giữa, chỉ dài khoảng 3 mm.

Thành phần chính của xương là protein collagen, tạo thành một khung mềm. Các khoáng chất cần thiết là canxi và photpho có nhiệm vụ làm cứng khung xương để tạo ra sức mạnh. Khoảng 99% lượng canxi trong cơ thể được tích trữ bên trong xương và răng.

Xương là khung cứng có nhiệm vụ nâng đỡ cơ thể. Tuy nhiên bên trong xương có cấu trúc tương tự như tổ ong, do đó xương tương đối nhẹ.

Các loại xương trong cơ thể

Bộ xương người gồm 206 xương, phần lớn các xương đối xương (xương chẵn). Các xương trong cơ thể được phân loại theo hình thể và cấu trúc xương.

1. Phân loại theo hình thể

Mỗi xương của bộ xương người có một hình thể khác nhau, tùy theo chức năng ở từng đoạn cơ thể. Phụ thuộc vào hình thể, xương được chia thành 4 loại chính, bao gồm:

• Xương dài: Phần lớn các xương dài là xương tứ chi, chẳng hạn như xương cánh tay, cẳng tay, xương đùi và cẳng chân. Các xương này được cấu tạo phù hợp với các động tác vận động rộng.
• Xương ngắn: Bao gồm các xương như cổ tay, cổ chân, được cấu tạo để thực hiện các hoạt động hạn chế nhưng yêu cầu mềm dẻo và phối hợp.
• Xương dẹt: Là các xương ở vòm sọ, xương bả vai, xương chậu và có chức năng bảo vệ cơ thể.
• Xương không đều hay xương bất định hình: Đây là các xương có hình thể phức tạp, không được xếp vào các loại chính, chẳng hạn như xương hàm trên, xương thái dương hoặc các xương nền sọ.
• Xương vừng: Đây là các xương nhỏ, nằm ở bên trong gân cơ và thường được đệm vào các khớp để giảm độ ma sát của gân, cơ và giúp màng xương hoạt động tốt hơn. Xương bánh chè là một xương vừng lớn và quan trọng trong cơ thể.

2. Phân loại theo cấu trúc

Các loại xương theo cấu trúc bao gồm:

• Xương màng, bao gồm xương sọ mặt
• Xương sụn gồm các xương chi, xương ức, xương cột sống, xương sườn,…

Cấu tạo của xương

Xương là một mô cứng, một loại mô liên kết khác biệt với các mô khác trong cơ thể. Xương có cấu tạo tương tự như tổ ong ở bên trong để tạo độ cứng nhưng khiến xương nhẹ về trọng lượng. Cụ thể giải phẫu cấu tạo xương như sau:

1. Giải phẫu tổng thể xương

Một xương dài bao gồm hai bộ phận là thân xương (diaphysis) và đầu xương (epiphysis). Thân xương là trục xương hình ống, nằm giữa hai đầu xương. Đầu xương gồm có các mặt khớp, mấu, mỏm và các cổ xương nơi tiếp giáp giữa đầu xương và thân xương. Vùng rỗng bên trong thân xương được gọi là khoảng tủy, chứa đầy tủy xương có màu vàng.

Bề mặt bên ngoài của xương được bao phủ bởi một màng xương (endosteum). Màng xương chứa nhiều mạch máu, dây thần kinh và các mạch bạch huyết với nhiệm vụ nuôi dưỡng các xương nhỏ. Gân và dây chằng cũng được gắn vào xương thông qua màng xương. Màng xương bao phủ toàn bộ bề mặt bên ngoài, ngoại trừ nơi xương bao khớp gặp các xương khác để tạo thành khớp. Ở các khớp, xương được bao phủ bởi sụn khớp, là một lớp sụn mỏng có tác dụng giảm ma sát và hoạt động như một bộ phận giảm xóc, giảm áp lực lên xương.

2. Mô xương

Xương được cấu tạo bởi hai loại mô:

• Xương đặc (Compact): Đây là lớp màng bên ngoài, cứng, bền và chắc. Thành phần này chiếm khoảng 80% khối lượng xương ở người trưởng thành.
• Xương thể sợi (Cancellous): Đây là một mạng lưới cấu trúc hình que, nhẹ hơn, ít hơn và linh hoạt hơn xương đặc.

Ngoài ra, xương cũng chứa một số thành phần như:

• Nguyên bào xương và tế bào xương, chịu trách nhiệm tái tạo mô xương
• Tế bào hủy xương nhằm loại bỏ các tế mô xương suy yếu
• Muối khoáng vô cơ
• Dây thần kinh và mạch máu
• Tủy xương
• Sụn
• Các lớp màng, bao gồm màng xương
• Osteoid, là hỗn hợp collagen và các loại protein khác

3. Tế bào xương

Xương không phải là mô tĩnh mà là mô cần được nuôi dưỡng và sửa chữa liên tục. Có ba loại tế bào chính tham gia vào quá trình tái tạo các mô xương, bao gồm:

• Nguyên bào xương (Osteoblasts): Tế bào này có nhiệm vụ tạo ra xương mới và sửa chữa các xương cũ. Nguyên bào tạo ra một hỗn hợp protein được gọi là osteoid, được khoáng hóa và tạo thành xương hoàn chỉnh. Nguyên bào cũng sản xuất protein, bao gồm prostaglandin.
• Cốt bào hay tế bào xương (Osteocytes): Tế bào xương là những nguyên bào xương không hoạt động, có nhiệm vụ duy trì kết nối tế bào xương và các nguyên bào xương khác. Cốt bào là thành phần quan trọng trong việc kết nối các mô xương.
• Tế bào hủy xương (Osteoclasts): Tế bào hủy xương là các tế bào có nhiều hơn một nhân với nhiệm vụ phá hủy vỏ xương. Các tế bào này giải phóng các enzym và axit để hòa tan các khoáng chất trong xương. Quá trình này được gọi là quá trình tái hấp thụ. Điều này giúp tái tạo xương bị thương và tạo đường dẫn cho các dây thần kinh và mạch máu đi qua.

4. Tủy xương

Tủy xương được tìm thấy ở hầu hết các loại xương. Tủy nằm ở trung tâm xương và tạo ra khoảng 2 triệu tế bào hồng cầu mỗi giây và tạo ra các tế bào lympho hoặc các tế bào bạch cầu để tham gia vào các phản ứng miễn dịch.

Có hai loại tủy xương, bao gồm:

• Tủy đỏ (medulla osium rubra): Đây là thành phần tạo ra máu, có ở các hốc xương xốp ở người lớn. Ở thai nhi và trẻ sơ sinh, tủy đỏ có ở toàn bộ các xương.
• Tủy vàng (medulla osium flava): Đây là phần tủy chứa nhiều tế bào mỡ, chỉ có ở các ống tủy thân xương dài ở người lớn. Ngoài ra, bên trong cùng của lớp xương xốp cũng có chứa tủy vàng.

5. Chất nền ngoại bào

Xương là các tế bào sống được bảo vệ trong một lớp chất nền hữu cơ có nguồn gốc từ các khoáng chất. Chất nền ngoại bào được cấu tạo bao gồm:

• Thành phần hữu cơ, với thành phần chính là collagen loại 1.
• Các thành phần vô cơ, bao gồm hydroxyapatite và các muối khác, bao gồm canxi và photpho.

Collagen giúp xương có độ bền kéo, với khả năng chống bị kéo ra xa. Thành phần hữu cơ, như hydroxyapatite giúp xương có độ bền nén hoặc khả năng chống bị nén lại với nhau.

6. Thành phần hóa học của xương

Thành phần hóa học đảm bảo mật độ xương phù hợp với hai tính chất bao gồm:

• Tính rắn bao gồm các chất vô cơ
• Tính đàn hồi bao gồm các chất hữu cơ

Cụ thể các thành phần hóa học ở xương bao gồm:

Xương tươi ở người lớn:

• 50% nước
• 17.75% mỡ
• 12.45% chất hữu cơ
• 21.8% chất vô cơ

Xương khô (đã bóc tách mỡ và nước): Chứa khoảng 2/3 là chất vô cơ và 1/3 là chất hữu cơ:

• Chất hữu cơ chiếm khoảng 33.3%, chủ yếu là cốt bào (osseine) bao gồm các sợi keo và tế bào xương.
• Chất vô cơ chiếm khoảng 66.7%, chủ yếu là các chất muối vôi, chẳng hạn như phosphat Ca 51.04%, carbornat Ca 11.3%, Kluorur Ca 2.0%, phosphat Mg 1.16%, carbonat và chlorur Ca 1.2%.

Các thành phần hóa học của xương cũng thay đổi theo mỗi loại xương, giới tính, độ tuổi, chế độ dinh dưỡng, quá trình luyện tập và bệnh lý liên quan. Ở người trẻ tuổi, xương thường ít các chất vô cơ, nhiều chất hữu cơ, do đó mềm dẻo. Trong khi đó xương ở người cao tuổi thường nhiều chất vô cơ, ít chất hữu cơ, do đó thường giòn và dễ gãy.

7. Hệ thống mạch máu của xương

Có hai loại mạch máu chính ở xương là mạch dưỡng cốt và mạch cốt mạc.

Mạch dưỡng cốt hay mạch nuôi xương, là mạch đi vào một ống xiên vào đến tủy xương. Bên trong tủy xương, mạch chia thành hai chiều ngược nhau, đi dọc theo chiều dài của ống xương và phân chia thành các mạch nhỏ để nuôi dưỡng xương.

Mạch cốt mạc hay mạch màng xương là các mạch ở xung quanh thân xương và đầu xương, tiếp nối với các mạch dưỡng cốt bên trong xương.

Chức năng của xương người

Xương là bộ phận có nhiều chức năng khác nhau trong cơ thể, bao gồm cho phép cơ thể chuyển động, bảo vệ các cơ quan nội tạng. Bên cạnh đó, xương cũng chứa một số chức năng khác, chẳng hạn như:

• Cơ học: Xương tạo ra một khung chắc chắn để nâng đỡ cơ thể. Ngoài ra, các cơ, gân và dây chằng kết nối với xương để giúp cơ thể di chuyển linh hoạt. Không có khung xương, cơ thể không thể di chuyển.
• Tổng hợp các chất dinh dưỡng: Xương tạo ra hồng cầu, tiểu cầu và bạch cầu. Ngoài ra, các tế bào hồng cầu lão hóa hoặc bị lỗi cũng được phá hủy bên trong tủy xương.
• Lưu trữ khoáng chất: Xương lưu trữ và dự trữ các khoáng chất, đặc biệt là canxi và photpho. Xương cũng đảm bảo một số yếu tố tăng trưởng, chẳng hạn như insulin.
• Dự trữ chất béo: Các axit béo được lưu trữ bên trong các mô mỡ của tủy xương.
• Cân bằng nồng độ pH: Xương có thể giải phóng hoặc hấp thụ muối kiềm. Điều này giúp máu được giữ ở mức pH thích hợp.
• Hỗ trợ giải độc cho cơ thể: Xương có thể hấp thụ các loại kim loại năng và các yếu tố độc hại khác từ máu.
• Chức năng nội tiết: Xương tiết ra các hormone hoạt động trên thận và ảnh hưởng đến việc điều chỉnh lượng đường trong máu và lắng đọng chất béo.
• Cân bằng canxi: Xương có thể tăng hoặc giảm lượng canxi trong máu bằng cách hình thành hoặc phá vỡ xương trong một quá trình gọi là tái hấp thu.

Quá trình tái hấp thụ và chữa lành xương

Xương luôn luôn được tái tạo và sửa chữa. Quá trình này bao gồm hai phần:

• Tái hấp thu xương khi các tế bào xương bị phá hủy và được tái hấp thụ bởi cơ thể.
• Tái tạo xương là quá trình hình thành các mô xương mới để thay thế các mô xương lão hóa và bị tái hấp thu.

Theo ước tính, có khoảng 10% cương ở người trưởng thành bị tái hấp thụ và thay thế mỗi năm. Tái hấp thụ và sửa chữa xương cho phép cơ thể chữa lành các xương bị tổn thương, định hình lại khung xương, hỗ trợ quá trình tăng trưởng bình thường và điều chỉnh nồng độ canxi bên trong xương.

Các vấn đề liên quan đến xương

Xương lão hóa theo thời gian và dần mất đi mật độ khi cơ thể lão hóa. Điều này có thể dẫn đến một số vấn đề liên quan, chẳng hạn như:

• Loãng xương: Đây là tình trạng mật độ xương thấp, khiến xương giòn, yếu và dễ gãy. Đây là điều kiện sức khỏe ở xương phổ biến nhất và thường không có triệu chứng cho đến khi được chẩn đoán bởi bác sĩ chuyên môn.
• Bệnh Paget xương: Đây là một dạng  rối loạn về xương, khiến xương tái tạo quá nhanh, dẫn đến biến dạng xương. Bệnh chủ yếu ảnh hưởng đến người trên 55 tuổi và có thể liên quan đến yếu tố di truyền.
• Nhiễm trùng xương: Hay còn được gọi là viêm tủy xương, là tình trạng hiếm gặp nhưng nghiêm trọng. Tình trạng này thường xảy ra sau một cuộc phẫu thuật và có thể lan đến xương từ các bộ phận khác trên cơ thể. Đặc trưng của tình trạng này bao gồm đau, sưng và đỏ. Nhiễm trùng xương thường được điều trị bằng kháng sinh, tuy nhiên trong một số trường hợp, các phần xương bị nhiễm trùng có thể cần phải được phẫu thuật cắt bỏ.
• Hoại tử xương: Đây là tình trạng xương không có máu, khiến các mô xương chết đi. Tình trạng này thường xảy ra sau các chấn thương gây rối loạn máu nuôi dưỡng xương. Ngoài ra, sử dụng steroid liều cao kéo dài cũng có thể gây chết các tế bào xương. Đau và yếu xương nghiêm trọng theo thời gian có thể là dấu hiệu của chứng hoại tử xương.
• Viêm xương khớp: Viêm xương khớp hay viêm khớp thoái hóa là một tình trạng mãn tính, ảnh hưởng đến các sụn ở đầu xương. Điều này khiến các xương cọ sát với nhau, gây đau đớn, viêm và cứng khớp.
• Viêm khớp dạng thấp: Viêm khớp dạng thấp là bệnh lý mãn tính, rối loạn suy giảm miễn dịch, trong đó hệ thống miễn dịch tấn công các mô của cơ thể, chẳng hạn như các khớp ở bàn tay và bàn chân. Dạng viêm khớp này tấn công vào niêm mạc khớp, dẫn đến sưng, đau, xói mòn xương và biến dạng các khớp.
• Vẹo cột sống: Tình trạng này xảy ra khi các đốt sống cong bất thường và thường phổ biến ở tuổi dậy thì. Đôi khi tình trạng biến dạng cột sống có thể trở nên nghiêm trọng theo thời gian và gây ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của người bệnh.
• Khối u xương: Các khối u xương xảy ra khi các tế bào bên trong xương phát triển quá mức. Khối u có thể là lành tính hoặc ác tính và có thể gây ảnh hưởng đến tính mạng. Tuy nhiên hầu hết các khối u xương là lành tính.

Các vấn đề ở xương cần được xác định và có biện pháp điều trị kịp thời. Do đó, người bệnh nên đến bệnh viện nếu bị đau, khó chịu hoặc cảm thấy các vấn đề bất thường ở hệ thống xương.

Chăm sóc sức khỏe xương

Chăm sóc sức khỏe xương khớp là điều quan trọng để tăng cường chất lượng cuộc sống và hạn chế các rủi ro khi cơ thể lão hóa. Có một số bước đơn giản để ngăn ngừa các bệnh lý về xương và làm chậm quá trình mất xương, cụ thể bao gồm:

• Bổ sung canxi trong chế độ ăn uống: Các nguồn giàu canxi bao gồm các sản phẩm từ sữa, hạnh nhân, bông cải xanh, cải xoăn, cá hồi và các sản phẩm từ đậu nành. Ngoài ra, người bệnh có thể trao đổi với bác sĩ về các sản phẩm bổ sung khác.
• Bổ sung lượng vitamin D trong cơ thể: Cơ thể bạn cần vitamin D để hấp thụ canxi. Các nguồn cung cấp vitamin D dồi dào bao gồm cá nhiều dầu, chẳng hạn như cá hồi, cá hồi, cá trắng và cá ngừ. Bên cạnh đó, trứng và nấm cũng chứa nhiều canxi.
• Tăng cường hoạt động thể chất: Thực hiện các bài tập tăng cường sức chịu đựng, chẳng hạn như đi bộ, chạy bộ và leo cầu thang có thể xây dựng xương chắc khỏe và làm chậm quá trình mất xương.
• Tránh lạm dụng chất kích thích: Không hút thuốc và hạn chế uống rượu để bảo vệ sức khỏe xương.
• Duy trì cân nặng ổn định: Trọng lượng cơ thể thấp là yếu tố chính góp phần làm giảm mật độ xương. Trong khi đó, béo phì có thể làm giảm chất lượng xương và tăng nguy cơ gãy xương do áp lực quá mức. Do đó duy trì một trọng lượng nhất định để bảo vệ sức khỏe xương khớp.

Xương là bộ phận rất quan trọng trong cơ thể người, hỗ trợ khả năng vận động và bảo vệ các cơ quan quan trọng. Do đó, tìm hiểu cấu trúc xương cũng như thường xuyên vận động và bổ sung chế độ dinh dưỡng phù hợp để tăng cường sức khỏe xương.

Tham khảo thêm:

• Cơ (sinh học): Cấu tạo, các loại cơ và câu hỏi thường gặp
• Thiếu canxi: Nguyên nhân, dấu hiệu và tác hại nguy hiểm