مغز استخوان

مغز استخوان، یک بافت سلولی نیمه سخت است که در بخش اسفنجی یا متخلخل استخوان‌ها وجود دارد. در پرندگان و پستانداران، مغز استخوان نخستین محل تولید گلبول‌های قرمز خون یعنی فرایند هماتوپویزیز (Haematopoiesis) است.

جایگاه مغز استخوان در یک استخوان

جزئیات
نام لاتین:	Medulla ossium

مغز استخوان، از سلول‌های هماتوپویتیک، بافت آدیپوز یا چربی و سلول‌های استرومایی پشتیبان تشکیل شده است. در افراد بالغ، مغز استخوان ابتدا در دنده‌ها، مهره‌ها، استخوان جناغ سینه و استخوان لگن وجود دارد. مغز استخوان، حدود ۵٪ از کل ماده بدن را در یک انسان بالغ و سالم تشکیل می‌دهد. به طور مثال مردی با وزن ۷۳ کیلوگرم حدود ۳/۶۵ کیلوگرم مغز استخوان دارد.

مغز استخوانِ انسان حدود ۵۰۰ بیلیون گلبول قرمز را به طور روزانه تولید می‌کند که از طریق عروق سینوسی (Vasculature Sinusoids) نفوذپذیر در حفره مدولار به گردش خون سیستمی وارد می‌شوند. تمام انواع سلول‌های هماتوپویتیک شامل دودمان‌های میلوئیدی و لنفوئیدی در مغز استخوان ساخته می‌شوند. اما سلول‌های لنفوئیدی باید برای بالغ و فعال شدن به دیگر ارگان‌های سیستم لنفاوی مانند تیموس مهاجرت کنند.

ساختار

ساختار مغز استخوان، حالت پویایی دارد زیرا طی افزایش سن ترکیب اجزای سلولی و غیر سلولی (بافت پیوندی) آن در پاسخ به فاکتورهای سیستمیک تغییر پیدا می‌کنند. در انسان، به صورت عامیانه مغز استخوان، به دو بخش زرد و قرمز تقسیم بندی می‌شود که اساس این تقسیم‌ بندی نسبت حضور سلول‌های هماتوپویتیک در مقابل سلول‌های چربی است. اگرچه، مکانیسم‌های دقیق تنظیم ساختار درون مغز استخوان، هنوز به طور کامل شناخته شده نیست، تغییرات اجزای آن بر اساس الگوهای رایج صورت می‌گیرد.

مثلا استخوان‌های یک نوزاد تازه متولد شده، منحصرا دارای مغز استخوانِ قرمز است و با افزایش سن او بخش زرد حجم بیشتری از مغز استخوان را اشغال می‌کند. در افراد بالغ، مغز استخوان قرمز اساسا در اسکلت بخش میانی بدن مانند لگن، جناغ، جمجمه، دنده‌ها، مهره‌ها و کتف‌ها و مقدار کمی هم در قسمت گرد استخوان‌های بلند یعنی سر استخوان یا «اپی‌فیز» (Epiphysis) مانند استخوان ران و استخوان بازو وجود دارد. در شرایط محدودیت اکسیژن بدن می‌تواند مغز استخوانِ زرد را به مغز استخوانِ قرمز تبدیل کند تا تولید گلبول‌های قرمز خون افزایش یابد.

تقسیم بندی زیستی

تقسیم بندی زیستی پدیدهای در مغز استخوان است که در آن انواع خاصی از سلول‌ها تمایل به تجمع در مناطق ویژه‌ای دارند. برای مثال، اریتروسیت‌ها، ماکروفاژها و پیش‌سازهای آن‌ها تمایل به تجمع در اطراف عروق خونی دارند در حالی که گرانولوسیت‌ها در حاشیه مغز استخوان تجمع پیدا می‌کنند.

اجزای هماتوپویتیک

از دیدگاه سلولی، اجزای عملکردی و اصلی مغز استخوان، شامل «سلول‌های پروژنیتور» (Progenitor Cells) هستند که طی مراحلی به سلول‌های خونی و سلول‌های لنفوئیدی تبدیل خواهند شد. مغز استخوان، حاوی «سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک» (Hematopoietic Stem cells) یا به اختصار (HSCs) است که سه دسته از سلول‌های خونی را تولید می‌کنند:

• گلبول‌های سفید

• گلبول‌های قرمز

• پلاکت‌ها

استروما یا بدنه

استرومای مغز استخوان شامل تمام بافت‌هایی است که در عملکرد هماتوپویزیز اولیه فعالیت داشته‌اند. سلول‌های استرومایی ممکن است به طور مستقیم در هماتوپویزیز دخیل باشند و یک فضای برای اثر بر عملکرد و تمایز سلول‌های هماتوپویتیک یا ایجاد کنند. به طور مثال، فاکتورهای محرک کلونیزایی را تولید می‌کنند که اثر زیادی روی هماتوپویزیز دارند. انواع سلول‌ها که در استرومای مغز استخوان یافت می‌شوند عبارتند از:

• فیبروبلاست‌ها

• ماکروفاژها که در تولید گلبوغلهای قرمز و انتقال آهن و هموگلوبین در خون نقش دارند.

• آدیپوسیت‌ها یا همان سلول‌های چربی

• استئوبلاست‌ها که سلول‌های استخوانی را می‌سازند.

• سلول‌های اندوتلیال که بافت سینوسی را تولید می‌کنند و از سلول‌های بنیادی اندوتلیالی به وجود آمده‌اند و در مغز استخوان نیز یافت می‌شوند.

سلول‌های بنیادی

سلول‌های بنیادی که از مغز استخوان به دست می‌آیند کاربردهای متنوعی در پزشکی دارند.

سلول‌های بنیادی مزانشیمی

استرومای مغز استخوان دارای سلول‌های بنیادی مزانشیمی است که به عنوان مغز استرومایی هم شناخته می‌شوند. این سلول‌های بنیادی «چندتوان» (Polypotent) می‌توانند در محیط آزمایشگاه و در بدن به انواع مختلفی از سلول‌ها مانند استئوبلاست‌ها، کندروسیت‌ها، میوسیت‌ها، آدیپوسیت‌ها و سلول‌های جزایر بتا پانکراس تمایز پیدا کنند.

بافت چربی

«بافت چربی مغز استخوان» (Bone Marrow Adipose Tssue) یا به اختصار BMAT، نوع متفاوتی از چربی است که توسط سلول های بنیادی مزانشیمی (MSC) در مغز استخوان تولید می‌شود و مغز زرد استخوان را می‌سازد. در ابتدای تولد، میزان این چربی در استخوان ها کم است و با افزایش سن فضای مغز استخوان را اشغال می‌کند. در اثر برخی از بیماری ها میزان BMAT کم یا زیاد می‌شود:

• پوکی استخوان: به معنای کاهش تراکم استپوسیت ها است و فضای باقی مانده در مغز استخوان توسط سلول های چربی پر می‌شود.

• آنورکسیا: نوعی بیماری ذهنی که فرد تصور اضافه وزن دارد و به دلیل تغذیه ناکافی دچار سوء تغذیه است.

• مصرف داروهای ضد دیابت

• چاقی

سد خونی

عروق خونی مغز استخوان، دارای یک سد برای جلوگیری از خروج سلول های خونی بالغ نشده از مغز استخوان هستند. فقط سلول های قرمز بالغ دارای پروتئین های غشایی هستند؛ مانند آکواپورین و گلیکوفورین که برای اتصال و عبور از اندوتلیوم عروق خونی مورد نیاز هستند. سلول های بنیادی هماتوپویتیک ممکن است از سد مغز استخوانی عبور کنند و در خون به سلول های دیگر تبدیل شوند.

عملکرد لنفاوی

مغز استخوان قرمز یک عنصر اصلی سیستم لنفاوی و اولین ارگانی است که لنفوسیت های بالغ را از «سلول های پروژنیتور هماتوپویتیک نابالغ» (Hematopoietic Stem Cells) تولید می‌کند. مغز استخوان و تیموس اولین بافت های لنفوئیدی درگیر در تولید و انتخاب اولیه لنفوسیت ها هستند. بنابراین مغز استخوان، به عنوان یک دریچه برای ممانعت از شارش مایع لنفاوی درون سیستم لنفاوی عمل می‌کند.

مصرف مغز استخوان

مغز استخوان حیواناتی مانند گاو، بز و گوسفند به دلیل چربی فراوان، اغلب به عنوان غذا، به شکل های مختلف در سراسر دنیا طبخ و استفاده می‌شود. استخوان های حاوی مغز استخوان مانند استخوان ران و لگن این حیوانات برای تهیه آبگوشت استفاده و یا به صورت مستیقم خورده می‌شوند. مغز استخوان سرشار از پروتئین هایی مانند کلاژن، ویتامین B۱۲، چربی، فسفر، آهن و ویتامین های محلول در چربی مانند ویتامین A و ویتامین E و اسید لینولئیک مزدوج (CLA) است که در کاهش التهاب بدن و افزایش قدرت سیستم ایمنی مهم شناخته می‌شود.

بیماری ها

مغز استخوان، میتواند دچار ناهنجاری ها و مشکلات متعددی شود؛ از جمله:

• ادم (Edema): تجمع مایع در مغز استخوان که به دلایل مختلفی ممکن است رخ بدهد.

• آنمی آپلاستیک (Aplastic Anemia): در این بیماری، مغز استخوان قادر به تولید مقدار کافی گلبول قرمز نیست.

• سرطان: مانند «مولتیپل میلوما» (Multiple Myeloma) که سلول های پلاسما را درگیر می‌کند و سبب تجمع آنها در مغز استخوان می‌شود.

• عفونت: مانند «توبرکلوزیس» (Tuberculosis) که ناشی از مایکوباکتریوم است و معمولا ریه ها را درگیر می‌کند و همچنین سبب کاهش تولید سلول های خونی و پلاکت ها خواهد شد.

• لوکمی (Leukemia): نوعی سرطان خون که به سلول های خون‌ساز در مغز استخوان، حمله میغکند.

علاوه بر این بیماری ها، قرارگیری در معرض امواج رادیویی یا شیمی درمانی هم بسیاری از سلول های تولید کننده در مغز استخوان را از بین می‌برد و موجب ضعف سیستم ایمنی می‌شود. بسیاری از علائم مسمومیت با امواج رادیویی به دلیل آسیب های پایدار مغز استخوان به وجود می‌آیند.

سرطان مغز استخوان

سرطان مغز استخوان زمانی ایجاد می‌شود که سلول های مغز استخوان، با سرعت و روند غیر طبیعی رشد کرده و تکثیر شوند. انواع سرطان مغز استخوان شامل:

سرطان مولتیپل میلوما

شایع‌ترین نوع سرطان مغز استخوان، که در سلول های پلاسمایی ایجاد می‌شود. این سلول های سفید خونی وظیفه تولید آنتی بادی را بر عهده دارند. مولتیپل میلوما منجر به از دست دادن بافت استخوان و کاهش قدرت مبارزه با عفونت ها می‌شود.

سرطان لوکمی

لوکمی معمولا گلبول های سفید را درگیر می‌کند. تولید سلول های خونی غیر طبیعی که برخلاف روند معمول، از بین نمی‌روند و تعداد آنهغا به طور مرتب بیشتر می‌شود. با ازدحام گلبول های سفید، گلبول های قرمز و پلاکت ها اختلال در عملکرد آنها ایجاد خواهد شد. لوکمی حاد سلول های خونی نابالغی به نام بلاست‌ها را درگیر و به سرعت پیشرفت می‌کند. لوکمی مزمن بیشتر گلبول های قرمز بالغ را درگیر می‌کند و علائم آن درا بتدا خفیف هستند و ممکن است تا سال ها ناشناخته بماند.

انواع سرطان لوکمی:

• لوکمی لنفوسیتیک مزمن: در بالغین

• لوکمی لنفوسیتیک حاد: در کودکان و بالغین

• لوکمی میلوجنوس مزمن: بیشتر در بالغین

• لوکمی میلوجنوس حاد: در کودکان و بالغین

لنفوم

می‌تواند در گره های لنفاوی یا در مغز استخوان ایجاد شود. در این نوع از سرطان مغز استخوان، رشد و تکثیر بیش از حد لنفوسیت ها سبب ایجاد تومور و نهایتا اختلال در سیستم ایمنی خواهد شد. دو نوع اصلی سرطان لنفوم عبارتند از:

• لنفوم هوچکین: معروف به بیماری هوچکین که در لنفوسیت های B خاصی ایجاد می‌شود.

• لنفوم غیر هوچکین: در هر دو لنفوسیت B یا T می‌تواند به وجود آید.

ادم یا تورم مغز استخوان

ادم در واقع حاصل تجمع مایع است به طور مثال در ادم مغز استخوان، که اغلب به عنوان لژیون نامیده می‌شود، مایع در مغز استخوان، تجمع کرده است. ادم مغز استخوان، اغلب در پاسخ به یک آسیب یا شکستگی مانند استئوآرتریت (التهاب و تخریب بافت استخوانی) رخ می‌دهد. ادم مغز استخوان، معمولا خود به خود و با استراحت و فیزیوتراپی بهبود می‌یابد.

تشخیص ادم مغز استخوان

تشخیص ادم مغز استخوان، با CT اسکن یا تصویربرداری با اشعه X امکان ندارد و باید از سونوگرافی یا MRI استفاده کرد.

علل ادم مغز استخوان

• شکستگی ناشی از فشار: زمانی که فشار ممتد و مضاعف به استخوان وارد می‌شود، مانند بلند کردن یا جابجا کردن اجسام سنگین و دویدن طولانی و ورزش های سنگین، مغز استخوان دچار ادم و التهاب خواهد شد.

• آرتریت: ادم مغز استخوان در مبتلایان به آرتریت التهابی و غیر التهابی تقریبا شایع است و اغلب به دلیل نفوذ سلولی در استخوان است که بر عملکرد آن اثر می‌گذارد.

• سرطان: تومورهای متاستاتیک می‌توانند موجب افزایش آب در مغز استخوان ها شوند. از طرفی ادم می‌تواند عارضه رادیوتراپی باشد که برای درمان برخی انواع سرطان به کار می‌رود.

• عفونت: عفونت در استخوان نیز از دیگر عوامل افزایش آب در مغز استخوان است که معمولا بعد از درمان عفونت بهبود می‌یابد.

درمان ادم مغز استخوان

در بسیاری از موارد، ادم استخوان خود به خود و با گذشت زمان از بین می‌رود. گاهی نیاز به مصرف داروهایی مانند ضد التهاب‌های غیر استروئیدی (NSAIDs) است. اما گاهی ادم آنقدر شدید است که حتما باید با جراحی درمان شود. در این روش سوراخی در استخوان ایجاد می‌شود تا فشار و مایع اضافی از این سوراخ خارج شوند. پس از آن ممکن است جراح از یک گرافت استخوانی یا تزریق سلول های بنیادی مغز استخوان، برای پر کردن این حفره استفاده کند که با این کار بافت و رشد طبیعی استخوان ادامه خواهد داشت.

نمونه برداری از مغز استخوان

برای تشخیص بیماری های مغز استخوان، متخصصین به طور معمول از بیوپسی یا نمونه برداری کمک می‌گیرند. این کار تحت بیهوشی عمومی، با استفاده از یک سوزن و از تاج ایلیوم (بخش جانبی و قدامی استخوان لگن) انجام می‌شود. به جز تشخیص بیماری های مربوط به مغز استخوان، از بیوپسی برای تشخیص مشکلات دیگری همچون موارد زیر هم استفاده می‌شود:

• لوکمی

• مولتیپل میلوما

• بیماری گوچر

• موارد غیر معمول آنمی

• بیماری های هماتولوژی

آزمایش مغز استخوان

بررسی پاتولوژیک مغز استخوان با استفاده از بیوپسی است. در تشخیص مشکلات متعددی از بیوپسی استفاده می‌شود مانند:

• لوکمی

• مولتیپل میلوما

• آنمی یا کم خونی

• «پانسیوتوپنی» (Pancytopenia): کاهش تعداد سلول های خونی

مغز استخوان سلول های خونی را می‌سازد مانند پلاکت و گلبول های قرمز و سفید؛ بنابراین آزمایش خون هم می‌تواند تصویری از عملکرد آن را ارائه دهد. اما گاهی برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر و جزئیات دقیق‌تری از روند خون‌سازی در مغز استخوان، باید حتما نمونه‌برداری انجام شود. مثلا نسبت بین تعداد میلوییدها و سلول های اریتروئیدی با عملکرد مغز استخوان، برخی بیماری ها مانند لوکمی و آنمی ارتباط دارد و فقط با نمونه‌برداری از مغز استخوان، قابل اندازه‌گیری خواهد بود.

نسبت نرمال بین میلوئید و اریتروئیدها ۳ به ۱ است که به طور مثال در بیماری «لوکمی میلوجنوس» (Myelogenous Leukemia) این نسبت بیشتر و در «پلیسیتمی» (Polycythemias) (در این بیماری، هماتوکریت یا میزان هموگلوبین در گردش خون محیطی کاهش می‌یابد) کمتر خواهد شد. در تالاسمی، نسبت بین این دو دسته از سلول ها برعکس می‌شود.

پیوند مغز استخوان

پیوند مغز استخوان برای درمان بیماری‌های مزمن و حادی مانند انواعی از سرطان‌های خون کاربرد دارد. علاوه بر این، تبدیل سلول‌های بنیادی مغز استخوان، به سلول‌های عصبی توسط محققان موفقیت آمیز بوده است. از پیوند سلول بنیادی مغز استخوان می‌توان برای درمان بیماری‌های التهابی مزمن مانند بیماری التهاب رودها نیز کمک گرفت. در پیوند مغز استخوان، سلول‌های بنیادی خون‌ساز از یک اهدا کننده برداشته و به بیمار پیوند زده می‌شوند.

اگر پیوند موفقیت‌آمیز باشد، سلول‌ها به مغز استخوانِ فرد منتقل و تولید سلول‌های خونی آغاز می‌شوند. این روش برای درمان انواع مزمن بیماری‌های مغز استخوان مانند نقص‌های مادرزادی، بیماری‌های خودایمنی، و سرطان‌های بدخیم کاربرد دارد. یکی از کاربردهای این روش برای افراد مبتلا به سرطان و تحت شیمی‌درمانی است که گاهی قبل از شروع درمان‌های تهاجمی، سلول‌های بنیادی هماتوپویتیک (خون‌ساز) استخراج و ذخیره می‌شوند و پس از پایان درمان دوباره به خود فرد پیوند زده می‌شوند.

انواع پیوند

انواع روش های پیوند مغز استخوان عبارتند از:

«اتولوگ» (Autologous):

بیمار، سلول بنیادی که از خون، جفت یا مغز استخوان خود او بوده را دریافت می‌کند. از کاربردهای این روش در درمان بیماری‌های زیر است:

• مولتیپل میلوما

• لنفوم غیر هوچکین

• لنفوم هوچکین

• سرطان خون حاد میلوئیدی

• نوروبلاستوما

• تومور سلول‌های جنسی

• مشکلات خودایمنی مانند لوپوس، اریتماتوز و تصلب شرایین

«سینژنیک» (Syngeneic):

بافت مغز استخوان بین دو فرد دوقلوی همسان پیوند زده می‌شود.

«آلوژنیک» (Allogeneic):

دریافت پیوند از اعضای درجه یک خانواده یا یک فرد غیر خویشاوند که در موارد زیر کاربرد دارد:

• سرطان میلوئیدی حاد و مزمن

• سرطان لنفوبلاستیک حاد و مزمن

• اختلالات میلوپرولیفراتیو

• سندرم میلوپلاستیک

• مولتیپل میلوما

• لنفوم هوچکین و غیر هوچکین

• آنمی آپلاستیک

• آنمی فانکونی

• تالاسمی ماژور

• آنمی گلبول قرمز داسی شکل

• آپلازی گلبول قرمز خالص

• ضعف شدید سیستم ایمنی

• سندرم ویسکوت - آلدریچ

• سندرم هموفاگوسیتیک لنفوهیستوسیتوز

• اختلالات متابولیک ژنتیکی

• بولوزا اپیدرمولیزبولوزا اپیدرمولیز

• نوتروپنی مادرزادی شدیدنوتروپنی مادرزادی شدید

• سندرم شوخمن - الماس

• کم خونی Diamond-Blackfan

• نقص چسبندگی لکوسیتی

• بیماری گوچر ، لکودایستروفی های متاکروماتیک و آدرنولکودیستروفی ها

• هموگلوبینوری حمله‌ای شبانه (Paroxysmal Nocturnal Hemoglobinuria‎)

«هاپلو» (Haploidentical):

یک گزینه درمانی برای ۷۰٪ از افراد است که اهدا کننده مناسب پیدا نکرده‌اند.

«خون بند ناف» (Umbilical Cord Blood):

نوعی از پیوند آلوژنیک است. سلول‌های بنیادی از بند ناف نوزاد بلافاصله پس از تولد استخراج، فریز و نگهداری می‌شوند تا در صورت نیاز از آن‌ها برای خود فرد یا خویشاوندان درجه یک او استفاده شود. از آنجایی که این سلول‌ها هنوز خیلی نابالغ هستند، برای پیوند نیاز به تشابه زیاد بین فاکتورهای خونی وجود ندارد اما پس از پیوند، افزایش سلول‌های خونی زمان بیشتری طول خواهد کشید.

آزمایشات قبل از پیوند

آزمایش‌های متعددی باید قبل از انجام پیوند، بر روی فرد اهداکننده و گیرنده انجام شوند:

• تست تعیین نوع بافت و نوع گروه خونی

• عکس‌برداری از قفسه سینه

• تست‌هایی برای بررسی عملکرد ریه

• CAT اسکن یا CT اسکن

بیوپسی از مغز استخوان

• آزمایشات عملکرد قلب از جمله الکتروکاردیوگرام و اکوکاردیوگرام (ECG)

• بررسی اسکلتی

• بررسی و معاینه دندان‌ها برای کاهش ریسک عفونت پس از عمل

اهدا کنندگان

اهدا کننده و دریافت‌ کننده پیوند، قبل از انجام جراحی باید آزمایشات متعددی انجام دهند. از طرفی افرادی در شرایط زیر امکان اهدای مغز استخوان را ندارند:

• زنان باردار

• استفاده از داروهای تزریقی که مورد تایید پزشک معالج نباشد.

• افراد ناقل یا مبتلا به هپاتیت نوع B و C

• ابتلا به سرطان یا مشکلات خاص قلبی

افرادی در شرایط زیر، حداقل باید یک سال قبل از اهدا صبر کنند:

• فرد مبتلا به لایم

• بیمار مالاریا

• تتو

• کسانی که پیرسینگ انجام داده‌اند.

خطرات پیوند

پیوند مغز استخوان نیز مانند انواع دیگر جراحی خطرات و ریسک هایی را به دنبال دارد. در مورد پیوند مغز استخوان، ممکن است دو دسته عوارض اولیه و ثانویه ایجاد شوند. خطرناک‌ترین ریسک های پس از جراحی پیوند مغز استخوان این موارد هستند:

• عفونت

• آنمی

• پس زدن پیوند

• مشکلات تنفسی

• احتباس آب که می‌تواند موجب پنومونی یا نقص عملکرد کبد شود.

عوارض اولیه پیوند

• عفونت

• «بیماری پیوند علیه میزبان» (GVHD (Graft versus host disease: ممکن است این بیماری پس از پیوند آلوژنیک ایجاد شود که سلول‌های بنیادی یا بافت پیوندی، بدن میزبان را ناشناخته قلمداد و به تمام سلول‌های بدن حمله می‌کنند.

• پس زدن پیوند

• مشکلات ریوی

• انسداد ورید کبدی

• «میکروآنژیوپاتی ترومبوتیک» (Thrombotic Microangiopathy)

• «ورم مخاطی» (Mucositis): تورم و ایجاد زخم در غشای بافت مخاطی لوله گوارشی

• «التهاب مثانه» (Cystitis Hemorrhagic): التهابی که علائم آن درد و دفع خون در ادرار هستند.

• «پانسیتوپنی» (Pancytopenia): در پانسیتوپنی مقدار هر سه رده سلولی خون دچار کاهش شدید می‌شود.

عوارض ثانویه پیوند

• GVHD مزمن

• مشکلات چشمی

• اثر بر غدد درون‌ریز

• مشکلات ریوی

• اثرات عضلانی - اسکلتی

• اثرات عصبی

• تاثیر بر سیستم ایمنی

• عفونت

• نارسایی احتقانی قلبی

• عود کردن بدخیمی یا سرطان