New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

BIO 201: Bone

by: ASUNursing19

BIO 201: Bone BIO 201

GPA 3.93

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

Covers Chapters 5 and 7: Bones & Skeletal Tissues and The Skeleton
Human Anatomy/Physiology I
Dr. Penkrot
Class Notes
bone, Skeletal System, Skeletal tissues
25 ?




Popular in Human Anatomy/Physiology I

Popular in Biology

This 13 page Class Notes was uploaded by ASUNursing19 on Saturday March 26, 2016. The Class Notes belongs to BIO 201 at Arizona State University taught by Dr. Penkrot in Winter 2016. Since its upload, it has received 56 views. For similar materials see Human Anatomy/Physiology I in Biology at Arizona State University.

Similar to BIO 201 at ASU


Reviews for BIO 201: Bone


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 03/26/16
Osseous Tissue ­ Bone    Tissues and organs of the skeletal system  Histology of osseous tissue  Bone development  Physiology of osseous tissue  Bone disorders   Bone as a Tissue    Osteology : the study of bone o Also, skeletal specimen collections  Skeletal system: composed of bones, cartilages, and ligaments o Form strong flexible framework of the body o Cartilage: forerunner of most bones  Covers many joint surfaces of mature bone  Ligaments: hold bones together at the joints  Tendons : attach muscle to bone   Classification of Bones    206 named bones in human skeleton  Divided into two groups based on location o Axial skeleton  Long axis of body  Skull, vertebral column, rib cage o Appendicular skeleton  Bones of upper and lower limbs  Girdles attaching limbs to axial skeleton   6.3 Classification of Bones    Bones are also classified according to one of four shapes: o Long bones  Longer than they are wide  Limb bones o Short bones  Cube­shaped bones (in wrist and ankle)  Sesamoid bones form within tendons (example: patella)  Vary in size and number in different individuals o Flat bones  Thin, flat, slightly curved  Sternum, scapulae, ribs, most skull bones o Irregular bones  Complicated shapes  Vertebrae and hip bones   Functions of the Skeleton    Support : hold the body up, supports muscles, mandible and maxilla support teeth  Protection: brain, spinal cord, heart, lungs  Movement : limb movements, breathing, action of muscle on bone (system of levers)  Electrolyte balance: calcium and phosphate ions  Acid­base balance : buffers blood against excessive pH changes  Blood formation : red bone marrow is the chief producer of blood cells   Bones and Osseous Tissue    Bone (osseous tissue) : connective tissue with the matrix hardened by calcium phosphate  and other minerals  Mineralization  or calcification: the hardening process of bone  Individual bones consist of tissue, marrow, cartilage, adipose tissue, nervous tissue, and  fibrous connective tissue  Continually remodels itself and interacts physiologically with all other organ systems   General Features of Bones    Compact (dense) bone : outer shell of long bone  Diaphysis (shaft) : cylinder of compact bone to provide leverage Medullary cavity (marrow cavity)  : space in the diaphysis  Epiphyses: enlarged ends of a long bone o Enlarged to strengthen joint and attach ligaments and tendons  Spongy (cancellous) bone: covered by more durable compact bone o Skeleton about three­fourths compact and one­fourth spongy bone by weight o Spongy bone found in ends of long bones, and the middle of nearly all others  Articular cartilage : a layer of hyaline cartilage that covers the joint surface where one  bone meets another  Nutrient foramina : minute holes in the bone surface that allows blood vessels and  nerves to penetrate periosteum  Periosteum : external sheath that covers bone except where there is articular cartilage o Outer fibrous layer of collagen  Some outer fibers continuous with the tendons that attach muscle to bone  Perforating (Sharpey's) fibers : other outer fibers that penetrate into the  bone matrix and attach tendon into bone tissue. Very strong! Strong attachments and continuity from muscle to tendon to bone  o Inner osteogenic layer of bone forming cells  Important to growth of bone and healing of fractures  Endosteum: thin layer of reticular connective tissue lining marrow cavity o Has cells that dissolve osseous tissue and others that deposit it  Epiphyseal plate (growth plate): area of hyaline cartilage that separates the marrow  spaces of the epiphysis and diaphysis o Enables growth in length o Epiphyseal line: in adults, a bony scar that marks where growth plate used to be   Bone Markings    Sites of muscle, ligament, and tendon attachment on external surfaces  Areas involved in joint formation or conduits for blood vessels and nerves    Three types of markings: o Projections: outward bulge of bone  May be due to increased stress from muscle pull or is a modification for  joints o Depression : bowl­ or groove­like cut­out that can serve as passageways for  vessels and nerves, or plays a role in joints o Opening : hole or canal in bone that serves as passageways for blood vessels and  nerves   Histology of Osseous Tissue    Bone is connective tissue that consists of cells, fibers and ground substance    Four principal types of bone cells o Osteogenic (osteoprogenator) cells: stem cell of the bone  Osteogenic (osteoprogentor) cells : stem cells found in endosteum,  periosteum  Multiply continuously to produce new osteoblasts o Osteoblasts: build bone o Osteocytes : mature bone cells o Osteoclasts: recycle bone    Osteoblasts: bone forming cells o Line up as single layer of cells under endosteum and periosteum o Are nonmitotic o Synthesize soft organic matter of matrix which then hardens by mineral  deposition o Stress and fractures stimulate osteogenic cells to multiply more rapidly and  increase number of osteocytes to reinforce or rebuild bone o Secrete osteocalcin: thought to be the structural protein of bone (?)  Stimulates insulin secretion of pancreas  Increases insulin sensitivity in adipocytes which limit the growth of  adipose tissue  May have a role in male fertility by boosting testosterone synthesis (?)  Osteocytes : former osteoblasts that have become trapped in the matrix they have  deposited o Lacunae : tiny cavities where osteocytes reside o Canaliculi: little channels that connect lacunae o Cytoplasmic process reach into canaliculi o Some osteocytes reabsorb bone matrix while others deposit it o Contribute to homeostatic mechanism of bone density and calcium and phosphate  ions o When stressed, produce biochemical signals (piezoelectric) that regular bone  remodeling  Osteoclasts: bone­dissolving cells found just deep to periosteum o Osteoclasts develop from same bone marrow stem cells that give rise to blood  cells o Different developmental origin from rest of bone cells o Unusually large cells formed from the fusion of several stem cells  Typically have 3 to 4 nuclei, may have up to 50 o Ruffled border : side facing bone surface  Several deep infoldings of the plasma membrane which increases surface  area and resorption efficiency o Resorption bays (Howship lacunae): pits on surface of bone where osteoclasts  reside o Remodeling: results from combined action of the bone­dissolving osteoclasts and the bone­depositing osteoblasts)   The Matrix    Matrix of osseous tissue is, by dry weight, about 1/3 organic 2/3 inorganic  Organic matter : synthesized by osteoblasts o Collagen, carbohydrate: protein complexes, such as glycosaminoglycans,  proteoglycans, and glycoproteins  Inorganic matter o 85% hydroxyapatite (crystallized calcium phosphate salt) o 10% calcium carbonate, 5% other minerals (fluoride, sodium, potassium,  magnesium)  Bone is a composite­­ combination of a ceramic and a polymer o Combines optimal mechanical properties of each component o Bone combines the polymer, collagen, with the ceramic, hydroxyapatite and other minerals o Ceramic portion allows the bone to support body weight, and protein portion  (collagen) gives bone some degree of flexibility   Compact Bone    Osteon (haversian system): the basic structural unit of compact bone o Formed by a central canal and its concentric lamella connected to each other by  canaliculi o Perforating (Volkmann) canals are transverse or diagonal passages along the  length of the osteon o Collaged fibers "corkscrew" down the matrix of the lamella giving it a helical  arrangement o Blood flow : skeleton receives about half a liter of blood per minute o Nutrient foramina: on the surface of bone tissue that allow blood vessels and  nerves to enter the bone  Open into the perforating canals that cross the matrix and feed into the  central canals  Innermost osteocytes near central canal receive nutrients and pass them  along through gap junction to neighboring osteocytes  They also receive wastes from their neighbors and transform them to the  central canal maintaining a two­way flow a nutrients and waste o Not all of the matrix is organized into osteons  Circumferential lamellae : inner and outer boundaries of dense bone  Run parallel to bone surface  Interstitial lamellae: remains of old osteons that broke down as bone  grew and remodeled itself   Blood Vessels of Bone    Nutrient foramina: on bone surface  Perforating (Volkmann's) canals: transverse or diagonal canals  Central canals: vertical canals  Circumferential lamellae  Interstitial lamellae   Spongy Bone   Sponge­like appearance   Spongy bone consists of: o Slivers of bone called picules o Thin plates of bone called rabeculae o Spaces filled with red bone marrow o In skull: iploe  Few osteons and no central canals o All osteocytes close to bone marrow  Provides strength with minimal weight o Trabeculae develop along bone's lines of stress   Osteoporosis    Decrease in the density and mass of osseous tissue o Reduced BMD (bone mineral density) o Affects both gender, but females more  Small stature; hereditary factors; Asian or European ancestry especially  prone o Risk decreased with diet and exercise o Significantly increased risk of fractures  "Dowager's hump"  Additional risk factors for osteoporosis: o Petite body form o Insufficient exercise to stress bones o Diet poor in calcium and protein o Smoking o Hormone­related conditions  Hyperthyroidism  Low blood levels of thyroid­stimulating hormone  Diabetes mellitus o Immobility o Males with prostate cancer taking androgen­suppressing drugs   Bone Marrow    Bone marrow : general term for soft tissue that occupies the marrow cavity of a long  bone and small spaces amid the trabeculae of sponge bone  Red marrow ( myeloid tissue ) o In nearly every bone in a child o Hemopoietic (blood­forming) tissue : produces blood cells and is composed of  multiple tissues in a delicate, but intricate arrangement that is an organ to itself o In adults, found in skull, vertebrae, ribs, sternum, part of pelvic girdle, and  proximal heads of humerus and femur  Yellow marrow found in adults o Most red marrow turns into fatty yellow marrow o No longer produces blood   Bone Development    Ossification or steogenesis : the formation of bone  In the human fetus and infant, bone develops by two methods: o Intramembranous ossification o Endochondral ossification    Ossification  (teogenesis ) is the process of bone tissue formation o Formation of bony skeleton begins in month 2 of development o Postnatal bone growth occurs until early childhood o Bone remodeling and repair are lifelong   Endochondral Ossification    Endochondral ossification: process in which bone develops from pre­existing cartilage  model o Beginning the 6th fetal week and ending in early 20s o Most bones develop by this process  Mesenchyme develops into a body of hyaline cartilage in location of future bone o Covered with fibrous perichondrium o Osteoblasts form a bony collar around middle of cartilage model former  perichondrium is now considered to be periosteum o Primary ossification center: chondrocytes in the middle of the model enlarge  Blood vessels penetrate the bony collar and invade primary ossification center o Primary marrow cavity: forms from blood and stem cells filling hollow cavity   Formation of the Bony Skeleton    Up to about week 8, fibrous membranes and hyaline cartilage of fetal skeleton are  replaced with bone tissue    Endochondral ossification o Bone forms by replacing hyaline cartilage o Bones are called artilage (ndochondral bo) s o Form most of skeleton   o Forms essentially all bones inferior to base of skull, except clavicles o Begins late in month 2 of development o Uses previously formed hyaline cartilage models o Requires breakdown of hyaline cartilage prior to ossification o Beings at primary ossification center  in center of shaft  Blood vessels infiltrate perichondrium, converting it to periosteum  Mesenchymal cells specialize into osteoblasts    Five main steps in the process of ossification: 1. Bone collar forms around diaphysis of cartilage model 2. Central cartilage in diaphysis calcifies, then develops cavities 3. Periosteal bud invades cavities, leading to formation of spongy bone o Bud is made up of blood vessels, nerves, red marrow, osteogenic cells, and osteoclasts 4. Diaphysis elongates, and medullary cavity forms o Secondary ossification centers appear in epiphyses 5. Epiphyses ossify o Hyaline cartilage remains only in epiphyseal plates and articular cartilages    Intramembranous ossification o Bone develops form fibrous membrane o Bones are called membrane bones   o Begins within fibrous connective tissue membranes formed by  mesenchymal cells o Forms frontal, parietal, occipital, temporal, and clavicle bones    Four major steps are involved: 1. Ossification centers are formed when mesenchymal cells cluster and become  osteoblasts 2. Osteoid is secreted, then calcified 3. Woven bone is formed when osteoid is laid down around blood vessels, resulting  in trabeculae o Outer layer of woven bone forms periosteum 4. Lamellar bone replaces woven bone, and red marrow appears   Postnatal Bone Growth    Long bones grow lengthwise by interstitial (longitudinal) growth of epiphyseal plate  Bones increase thickness through appositional growth  Bones stop growing during adolescence o Some facial bones continue to grow slowly through life   Growth in Length of Long Bones    Interstitial growth requires presence of epiphyseal cartilage in the epiphyseal plate  Epiphyseal plate maintains constant thickness o Rate of cartilage growth on one side balanced by bone replacement on other  Epiphyseal plate consists of five zones: o Resting (quiescent) zone o Proliferation (growth) zone o Hypertrophic zone o Calcification zone o Ossification (osteogenic) zone   1 Resting (quiescent) zone o Area of cartilage on epiphyseal side of epiphyseal plate that is relatively  inactive 2 Proliferation (growth) zone o Area of cartilage on diaphysis side of epiphyseal plate that is rapidly dividing o New cells formed move upward, pushing epiphysis away from diaphysis,  causing lengthening 3 Hypertrophic zone o Area with older chondrocytes closer to diaphysis o Cartilage lacunae enlarge and erode, forming interconnective spaces 4 Calcification zone o Surrounding cartilage matrix calcifies; chondrocytes die and deteriorate 5 Ossification zone o Chondrocyte deterioration leaves long spicules of calcified cartilage at  epiphysis­diaphysis junction o Spicules are then eroded by osetoclasts and are covered with new bone by  osteoblasts o Ultimately replaced with spongy bone o Medullary cavity enlarged as spicules are eroded   Bone Growth and Remodeling     Interstitial growth: bones increase in length o Bone elongation is really a result of cartilage growth within epiphyseal plate o Epiphyses close when cartilage is gone­­ piphyseal line o Length­wise growth is finished (occurs at differed ages in different bones)  Appositional growth: bones increase in width throughout life o The deposition of new bone at the surface o Osteoblasts on deep side of periosteum deposit osteoid tissue o Forms circumferential lamellae over surface  Bone remodeling occurs throughout life ­ 10% per year o Repairs microfractures, released minerals into blood, reshapes bones in response  to use and disuse  Wolff's law of bone : architecture of bone determined by mechanical stressed placed on it and bones adapt to withstand those stresses o Remodeling is a collaborative and precise action of osteoblasts and osteoclasts o Bony processes grow larger in response to mechanical stress   Control of Remodeling    Wolff's law also explains: o Hardedness (right­ or left­handed) results in thicker and stronger bone of the  corresponding upper limb o Curved bone of the corresponding upper limb o Curved bones are thickest where most likely to buckle o Trabecular form trusses along lines of stress o Large, bony projections occur where heavy, active muscles attach  Weight lifters have enormous thickenings at muscle attachment sites of  most and used muscles o Bones of fetus and bedridden people are featureless because of lack of stress on  bones   Growth in Length of Long Bones    Near end of adolescence, chondroblasts divide less often  Epiphyseal plate thins, then is replaced by bone  Epiphyseal plate closure  occurs when epiphysis and diaphysis fuse  Bone lengthening ceases o Females: occurs around 18 years of age o Males: occurs around 21 years of age   Growth in Width (Thickness)    Growing bones widen as they lengthen through appositional growth o Can occur throughout life  Bones thicken in response to increased stress from muscle activity or added weight  Osteoblasts beneath periosteum secret bone matrix on external bone  Osteoclasts remove bone on endosteal surface  Usually more building up than breaking down which leads to thicker, stronger bone that  is not too heavy   Hormonal Regulation of Bone Growth    Growth hormone: most important hormone in stimulating epiphyseal plate activity in  infancy and childhood  Thyroid hormone: modulates activity of growth hormone, ensuring proper proportions  Testosterone (males) and estrogens (females) at puberty: promote adolescent growth  spurt o End growth by including epiphyseal plate closure  Excesses or deficits of any hormones cause abnormal skeletal growth   6.6 Bone Remodeling    About 5­7% of bone mass is recycle each week o Spongy bone replaced ~ every 3­4 years o Compact bone replaced ~ every 10 years  Bone remodeling consists of both bone deposit and bone resorption o Occurs at surfaces of both periosteum and endosteum o Remodeling units: packets of adjacent osteoblasts and osteoclasts coordinate  remodeling process   Mineral Deposition    Mineral deposition (mineralization): a crystallization process in which calcium  phosphate, and other ions, are taken from the blood plasma and deposited in bone tissue o Osteoblasts produce collagen fibers that spiral the length of the osteon o Fibers become encrusted with minerals that harder the matrix  Calcium and phosphate (hydroxyapatite) from blood plasma are deposited  along the fibers  The calcium and phosphate ion concentration must reach a critical value  called the solubility product for crystal formation to occur  Osteoblasts neutralize normal tissue inhibitors, present throughout the  body and allow salts to precipitate in the bone matrix   Ectopic Ossification    Abnormal calcification (ectopic ossification) o May occur in lungs, brain, eyes, muscles, tendons, or arteries (arteriosclerosis) o Calculus: calcified mass in an otherwise soft organ such as the lung  Lithopedion: "stone baby"   Mineral Resorption    Mineral resorption: the process of dissolving bone and releasing minerals into the blood o Performed by osteoclasts at the "ruffled border" just deep to the periosteum o Hydrogen pumps in membrane secrete hydrogen into space between the osteoclast and bone surface o Chloride ions follow by electrical attraction o Hydrochloric acid (pH 4) dissolves bone minerals o Acid phosphate enzyme digests the collagen   Bone Resorption    Resorption is function of osteoclasts o Dig depressions or grooves as they break down o Secrete lysosomal enzymes and protons (H+) that digest matrix o Acidity converts calcium salts to soluble forms  Osteoclasts also phagocytize demineralized matrix and dead osteocytes o Digested products are transcytosed across cell and released into interstitial fluid  and then into blood o Once resorption is complete, osteoclasts undergo apoptosis  Osteoclast activation involved PTH (parathyroid hormone) and immune T cell proteins   Control of Remodeling    Remodeling occurs continuously but is regulated by genetic factors and two control loops 1. Hormonal Controls o Negative feedback loop that controls blood Ca2+ levels o Calcium functions in many processes, such as nerve transmission, muscle  contraction, blood coagulation, gland and nerve secretions, as well as cell  division o 99% of 1200­1400 gms of calcium are found in bone o Intestinal absorption of Ca2+ requires vitamin D 2. Response to Mechanical Stress   1 Hormonal Controls o Parathyroid hormone (PTH): produced by parathyroid glands in response to low  blood calcium levels o Stimulates osteoclasts to resorb bone o Calcium is released into blood, raising levels o PTH secretion stops when homeostatic calcium levels are reached o Calcitonin: produced by parafollicular cells of thyroid gland in response to high  levels of blood calcium levels o Effects are negligible, but at high pharmacological doses it can lower  blood calcium levels temporarily   Calcium Homeostasis    Phosphate is a component of DNA, RNA, ATP, phospholipids, and pH buffers  Calcium needed in neuron communication, muscle contraction, blood clotting, and  exocytosis  Minerals are deposited in the skeleton and withdrawn when they are needed, about 1100g of calcium in adult body o 99% in the skeleton, 18% of adult skeleton exchanged with blood each year  Normal calcium concentration in blood plasma is normally 9.2 to 10.4 mg/dl o Hypocalcemia: blood calcium deficiency o Causes excess excitability of muscle, tremors, spasms, or tetany (inability  to relax)  Na+ enters cells too easily and excited nerves and msucles o Hypercalcemia: blood calcium excess o Sodium channels less responsive and nerve and muscle less excitable than  normal (sluggish reflexes, depression)   Ion Imbalances    Hypercalcemia is rare (calcium will precipitate)  Hypocalcemia has a wide variety of causes o Vitamin D deficiency o Diarrhea o Thyroid tumors o Underactive parathyroids o Pregnancy and lactation o Accidental removal of parathyroid glands during thyroid surgery  Calcium homeostasis depends on a balance between dietary intake, urinary and fecal  loses, and exchanges between osseous tissue  Calcium homeostasis is regulated by three hormones: o Calcitriol, calcitonin, and parathyroid hormone   Hormonal Control of Calcium    Calcitonin ­­> bone deposition (Ca2+)  Calcitriol & PTH ­­> Ca2+ form bone into blood   Calcitriol (activated Vitamin D3)    Calcitriol: a form of vitamin D produced by the sequential action of the skin, liver, and  kidneys  Produced by the following process: o Epidermal keratinocytes use UV radiation to convert a steroid, 7­ dehydrocholesterol to previtamin D3


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

25 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Jim McGreen Ohio University

"Knowing I can count on the Elite Notetaker in my class allows me to focus on what the professor is saying instead of just scribbling notes the whole time and falling behind."

Anthony Lee UC Santa Barbara

"I bought an awesome study guide, which helped me get an A in my Math 34B class this quarter!"

Bentley McCaw University of Florida

"I was shooting for a perfect 4.0 GPA this semester. Having StudySoup as a study aid was critical to helping me achieve my goal...and I nailed it!"

Parker Thompson 500 Startups

"It's a great way for students to improve their educational experience and it seemed like a product that everybody wants, so all the people participating are winning."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.