Костная ткань классификация особенности строения функции. Костная ткань. Строение костной ткани

Костная ткань – это специализированный тип соединительной ткани, в органическом межклеточном веществе которой содержится до 70% неорганических соединений – солей кальция и фосфора и более 30 соединений микроэлементов. В состав органического матрикса входят белки коллагенового типа (оссеин), липиды хондроитинсульфаты. Кроме того, в него входят лимонная кислота и др. кислоты, которые образуют с кальцием комплексные соединения, импрегнирующие межклеточное вещество.

Различают 2 вида костной ткани: грубоволокнистую (ретикулофиброзную) и пластинчатую.

В межклеточном веществе костной ткани располагаются Клеточные элементы : остеогенные клетки, остеобласты и остеоциты, которые образуются из мезенхимы и представляют костный дифферон. Другая популяция клеток - остеокласты.

Остеогенные клетки – это стволовые клетки костной ткани, обособляющиеся из мезенхимы на ранней стадии остеогенеза. Они способны вырабатывать ростовые факторы, индуцирующие гемопоэз. В процессе дифференциации превращаются в остеобласты.

Остеобласты локализуются во внутреннем слое надкостницы, во время образования кости находятся на ее поверхности и вокруг внутрикостных сосудов; клетки кубические, пирамидальные, угловатых форм, с хорошо развитой ГЭС и др. органеллами синтеза. Они вырабатывают коллагеновые белки и компоненты аморфного матрикса, активно делятся.

Остеоциты - образуются из остеобластов, располагаются внутри кости в своеобразных костных лакунах, имеют отростчатую форму. Утрачивают способность к делению. Секреция межклеточного вещества кости у них слабо выражена.

Остеокласты – полинуклеарные макрофаги костной ткани, образуются из моноцитов крови. Могут содержать до 40 и более ядер. Объем цитоплазмы большой; зона цитоплазмы, прилегающая к костной поверхности, образует гофрированную каёмку, образованную цитоплазматическими выростами, где содержится много лизосом.

Функции - разрушение волокон и аморфного вещества кости.

Межклеточное вещество представлено коллагеновыми волокнами (коллаген I, V типов) и аморфным компонентом, в котором содержатся фосфат кальция (преимущественно в виде кристаллов гидроксиапатита и немного - в аморфном состоянии), небольшое количество фосфата магния и очень мало гликозаминогликанов и протеогликанов.

Для грубоволокнистой (ретикулофиброзной) костной ткани характерно неупорядоченное расположение оссеиновых волокон. В пластинчатой же (зрелой) костной ткани оссеиновые волокна в костных пластинках имеют строго упорядоченное расположение. При этом в каждой костной пластинке волокна имеют одинаковое параллельное расположение, а в соседней костной пластинке они находятся под прямым углом относительно предыдущей. Клетки между костными пластинками локализуются в специальных лакунах, они могут быть замурованы в межклеточное вещество или располагаться на поверхности кости и вокруг сосудов, пронизывающих кость.

Кость как орган гистологически состоит из трёх слоёв: надкостницы, компактного вещества и эндоста.

Надкостница Имеет строение, схожее с надхрящницей, то есть состоит из 2-х аналогичных слоёв, внутренний из которых, остеогенный, образован рыхлой соединительной тканью, где имеется много остеобластов, остеокласты и много сосудов.

Эндост выстилает костномозговой канал. Он образован рыхлой волокнистой соединительной тканью, где имеются остеобласты и остеокласты, а также другие клетки рыхлой соединительной ткани.

Функции надкостницы и эндоста: трофика кости, рост кости в толщину, регенерация кости.

Компактное вещество кости состоит из 3-х слоёв. Наружный и внутренний – это генеральные (общие) костные пластинки, а между ними находится остеонный слой.

Структурной и функциональной единицей кости как органа является Остеон , представляющий собой полостное образование, состоящее из концентрически наслаивающихся друг на друга костных пластинок в виде нескольких цилиндров, вставленных один в другой. Между костными пластинками имеются лакуны, в которых лежат остеоциты. В полости остеона проходит кровеносный сосуд. Костный канал, в котором находится кровеносный сосуд, называется каналом остеона или Гаверсовым каналом. Между остеонами располагаются вставочные костные пластинки (остатки разрушающихся остеонов).

Гистогенез костной ткани. Источником развития костной ткани яиляются мезенхимные клетки, выселяющиеся из склеротомов. При этом её гистогенез осуществляется двумя путями: непосредственно из мезенхимы (прямой остеогистогенез) или из мезенхимы на месте образовавшегося ранее гиалинового хряща (непрямой остеогистогенез).

Прямой остеогистогенез. Непосредственно из мезенхимы образуется грубоволокнистая (ретикулофиброзная) костная ткань, которая впоследствии замещается пластинчатой костной тканью. В прямом остеогистогенезе различают 4 стадии:

1. обособление остеогенного островка - в области образования костной ткани клетки мезенхимы активно делятся и превращаются в остеогенные клетки и остеобласты, здесь же образуются кровеносные сосуды;

2. остеоидная стадия – остеобласты начинают образовывать межклеточное вещество костной ткани, при этом часть остеобластов оказывается внутри межклеточного вещества, эти остеобласты превращаются в остеоциты; другая часть остеобластов оказывается на поверхности межклеточного вещества, т. е. на поверхности образовавшейся костной ткани, эти остеобласты войдут в состав надкостницы;

3. минерализация межклеточного вещества (пропитывание его солями кальция). Минерализация осуществляется за счёт поступления из крови глицерофосфата кальция, который под воздействием щелочной фосфатазы расщепляется на глицерин и остаток фосфорной кислоты, реагирующий с хлоридом кальция, в результате чего образуется фосфат кальция; последний превращается в гидроапатит;

4. перестройка и рост кости – старые участки грубоволокнистой кости постепенно разрушаются и на их месте образуются новые участки пластинчатой кости; за счет надкостницы образуются общие костные пластинки, за счет остеогенных клеток, находящихся в адвентиции сосудов кости, образуются остеоны.

Непрямой остеогистогенез осуществляется на месте хряща. При этом сразу образуется пластинчатая костная ткань. В этом случае также можно выделить 4 этапа:

1. образование хрящевой модели будущей кости;

2. в области диафиза этой модели происходит перихондральное окостенение, при этом надхрящница превращается в надкостницу, в которой стволовые (остеогенные) клетки дифференцируются в остеобласты; остеобласты начинают образование костной ткани в виде общих пластинок, формирующих костную манжетку;

3. параллельно с этим наблюдается и эндохондральное окостенение, которое происходит как в области диафиза, так и в области эпифиза; окостенение эпифиза осуществяется только путем эндохондрального окостенения; внутрь хряща врастают кровеносные сосуды, в адвентиции которых имеются остеогенные клетки, превращающиеся в остеобласты. Остеобласты, продуцируя межклеточное вещество, формируют вокруг сосудов костные пластинки в виде остеонов; одновременно с образованием кости происходит разрушение хряща хондрокластами;

4. перестройка и рост кости – старые участки кости постепенно разрушаются и на их месте образуются новые; за счет надкостницы образуются общие костные пластинки, за счет остеогенных клеток, находящихся в адвентиции сосудов кости, образуются остеоны.

В костной ткани в течение всей жизни происходят постоянно как процессы созидания, так и разрушения. В норме они уравновешивают друг друга. Разрушение костной ткани (резорбция) осуществляется остеокластами, а разрушенные участки замещаются вновь построенной костной тканью, в образовании которой принимают участие остеобласты. Регуляция этих процессов осуществляется при участии гормонов, вырабатываемых щитовидной, околощитовидными и другими эндокринными железами. На структуру костной ткани оказывают влияние витамины А, D, С. Недостаточное поступление в организм витамина D в раннем постнатальном периоде приводит к развитию заболевания Рахит.

Костная ткань составляет основу скелета. Она отвечает за защиту внутренних органов, передвижение, участвует в обмене веществ. К костным тканям относят и ткани зубов. Кость – это твердый и одновременно пластичный орган. Его особенности продолжают изучаться. В организме человека более 270 костей, каждая из которых выполняет свою функцию.

Костная ткань представляет собой разновидность соединительной ткани. Одна одновременно пластичная и устойчивая к деформации, прочная.

Выделяют 2 основных вида костной ткани в зависимости от ее строения:

1. Грубоволокнистая. Это более плотная, но менее эластичная костная ткань. В организме взрослого человека ее очень мало. В основном она встречается в местах соединения кости с хрящом, в местах соединения черепных швов, а также в местах срастания переломов. Грубоволокнистая костная ткань в большом количестве встречается в период эмбрионального развития человека. Она выступает в качестве зачатка скелета, а затем постепенно перерождается в пластинчатую. Особенность этого типа ткани заключается в том, что ее клетки расположены хаотично, что и делает ее более плотной.
2. Пластинчатая. Пластинчатая костная ткань является основной в скелете человека. Она входит в состав всех костей человеческого тела. Особенностью этой ткани является расположение клеток. Они образуют волокна, которые в свою очередь образуют пластинки. Волокна, из которых состоят пластины, могут располагаться под различным углом, что делает ткань прочной и эластичной одновременно, но сами пластины располагаются параллельно друг другу.

В свою очередь пластинчатая костная ткань делится на 2 вида — губчатую и компактную. Губчатая ткань имеет вид ячеек и является более рыхлой. Однако несмотря на пониженную прочность, губчатая ткань более объемная, легкая, менее плотная.

Именно губчатая ткань содержит в себе костный мозг, участвующий в кроветворном процессе.

Компактная костная ткань выполняет защитную функцию, поэтому она более плотная, прочная и тяжелая. Чаще всего эта ткань располагается снаружи кости, покрывая и защищая ее от повреждений, трещин, переломов. Компактная костная ткань составляет большую часть скелета (около 80%).

• механическая - кости, хрящи и мышцы образуют опорно-двигательный аппарат. Прочность костей является необходимым условием выполнения этой функции
• защитная - кости образуют каркас для жизненно важных внутренних органов. Кроме того, кость сама является вместилищем для костного мозга, осуществляющего гемопоэтическую и иммунную функции
• метаболическая - костная ткань является депо кальция и фосфора в организме и играет важную роль в поддержании постоянной концентрации этих элементов в крови

1. плоские кости (кости черепа, лопатка, нижняя челюсть, подвздошная кость)
2. трубчатые кости (длинные и короткие) (бедренная, плечевая, кости голени и предплечья)

   В длинных костях различают два широких конца (эпифизы), более или менее цилиндрическую среднюю часть (диафиз) и часть кости, где диафиз переходит в эпифиз (метафиз). Метафиз и эпифиз длинных костей разделены слоем хряща - эпифизарным хрящом (так называемые ростовые площадки).

3. объемные кости (длинные, короткие, сесамовидные)
4. смешанные кости

Строение кости

Структурной единицей кости является остеон или гаверсова система, т.е. система из 20 и более концентрически расположенных костных пластинок вокруг центрального канала, в котором проходят сосуды микроциркуляторного русла, безмиелиновые нервные волокна, лимфатические капилляры, сопровождаемые элементами рыхлой волокнистой соединительной ткани, содержащей остеогенные клетки, периваскулярные клетки, остеобласты и макрофаги. Остеоны не прилегают плотно друг к другу, между ними располагаются межклеточное вещество, вместе с которым остеоны образует основной средний слой костного вещества, покрытый изнутри эндостом. Эндост представляет собой динамическую структуру, образованную тонким соединительнотканным слоем, включающим выстилающие кость клетки, остеогенные клетки и остеокласты. В местах активного остеогенеза под слоем остеобластов находится тонкая прослойка неминерализованного матрикса - остеоида. Эндостом окружена полость, содержащая костный мозг.

Снаружи костное вещество покрыто периостом (надкостницей), состоящей из двух слоев: наружного - волокнистого и внутреннего, прилегающего к поверхности кости - остеогенного или камбиального, который является источником клеток при физиологической и репаративной регенерации костной ткани. Периост пронизан кровеносными сосудами, идущими из него в костное вещество в особых каналах, называемых фолькмановскими. Начало этих каналов видно на мацерированой кости в виде многочисленных сосудистых отверстий. Сосуды гаверсовых и фолькмановских каналов обеспечивают обмен веществ в кости.

Костная ткань может быть зрелой - пластинчатой и незрелой - ретикулофиброзной. Ретикулофиброзная костная ткань представлена, главным образом, в скелете плодов; у взрослых - в местах прикрепления сухожилий к костям, в зарастающих швах костей черепа, а также в костном регенерате при консолидации перелома.

Пластинчатая ткань формирует компактное или губчатое (трабекулярное) вещество кости. Из компактного вещества построены, например, диафизы трубчатых костей. Трабекулярное вещество формирует эпифизы трубчатых костей, заполняет плоские, смешанные и объемные кости. Пространства, окружающие эти трабекулы, заполнены костным мозгом, как и полости диафиза.

И компактное, и губчатое вещество имеют остеонное строение. Различие заключается в остеонной организации.

Морфологически в состав костной ткани входят клеточные элементы и межклеточное вещество (костный матрикс). Клеточные элементы занимают незначительный объем.

представлен остеобластами, остеоцитами и остеокластами.

Остеобласты представляют собой крупные клетки с базофильной цитоплазмой. Активные синтезирующие остеобласты - это кубические или цилиндрические клетки с тонкими отростками. Основной фермент остеобластов - щелочная фосфатаза (ЩФ). Активные остеобласты покрывают 2-8% поверхности кости, неактивные (покоящиеся клетки) - 80-92%, образуя сплошной клеточный слой около синуса костномозгового канала. Основная функция остеобластов - белковый синтез. Они образуют остеоидные пластинки путем отложения коллагеновых волокон и протеогликанов. Ежедневно откладывается 1-2 мкм остеоида (новообразованная некальцинированная костная ткань). Через 8-9 дней конечная толщина этого слоя достигает 12 мкм. После десятидневного созревания начинается минерализация с противоположной остеобласту стороны, фронт минерализации продвигается в направлении остеобласта. В конце цикла каждый десятый остеобласт замуровывается как остеоцит. Остальные остеобласты остаются на поверхности как неактивные. Они участвуют в обмене веществ в костной ткани.

Остеокласты - гигантские многоядерные клетки (4-20 ядер). Обычно они находятся в контакте с кальцифицированными костными поверхностями и в пределах гаушиповых лакун, являющихся результатом их собственной резорбтивной активности. Основной фермент - кислая фосфатаза. Остеокласты - подвижные клетки. Они окружают ту часть кости, которая должна резорбироваться. Продолжительность их жизни составляет от 2 до 20 дней. Основная функция остеокластов - рассасывание костной ткани за счет лизосомальных ферментов в области щеточной каемки.

Остеоциты - метаболические неактивные костные клетки. Они находятся в глубоко вмонтированных в кость малых остеоцитных лакунах. Остеоциты происходят из остеобластов, замурованных в собственном костном матриксе, который позже кальцифицируется. Эти клетки имеют многочисленные длинные отростки для того, чтобы контактировать с клеточными отростками других остеоцитов. Они образуют сеть тонких канальцев, распространяющихся на весь костный матрикс. Основная роль остеоцитов - внутриклеточный и внеклеточный транспорт питательных веществ и минералов.

состоит из органической (25%), неорганической (50%) частей и воды (25%).

Органическая часть

состоит из коллагена I типа, неколлагеновых белков и протеогликанов, которые синтезируются остеобластами и доставляются тканевой жидкостью.

Идентифицировано 19 типов коллагеновых белков (Кадурина Т.И., 2000). Изоформы коллагена различаются по аминокислотному составу, иммунологическим, хроматографическим свойствам, макромолекулярной организации и распределении в тканях. В морфофункциональном плане все изоформы подразделяют на интерстициальные коллагены (I, II, III, V типов), которые формируют крупные фибриллы; нефибриллярные (минорные) коллагены (IV, VI-XIX типов), образующие мелкие фибриллы и выстилающие базальные мембраны. Коллагены I и V типов называют перицеллюлярными. Они откладываются вокруг клеток, образуя опорные структуры. Для костной ткани наиболее характерен коллаген I типа.

Молекула коллагена состоит из трех альфа-цепей, обвитых одна вокруг другой и образующих правовращающую спираль. Альфа-цепи построены из часто повторяющихся фрагментов, имеющих характерную триплетную последовательность -Gly-X-Y. Положение Х часто занимает пролин (Pro) или 4-гидроксипролин (4Hyp), Y - гидроксилизин, а третье место всегда занимает глицин, благодаря чему обеспечивается плотная упаковка трех полипептидных цепей в фибриллу.

Концевые участки альфа-цепей на N- и С-концах молекулах - телопептиды (PINP и PICP соответственно). Расположение глицина здесь неупорядоченное, в результате чего в этой части молекулы нет плотно упакованной тройной спирали.

Телопептиды задействованы в механизме полимеризации молекул в фибриллы, формировании межмолекулярных поперечных связей, представляющих собой трехвалентные пиридинолины, которые освобождаются во время резорбции кости, и в проявлении антигенных свойств коллагена.

По уровню высвобождающихся PINP и PICP можно косвенно судить о способности остеобластов синтезировать коллаген I типа, поскольку из одной молекулы проколлагена образуется по одной молекуле коллагена и по одному N- и C- терминальному телопептиду. Для количественного определения PINP и PICP разработаны методы радиоиммунного и иммуноферментного анализа (Taubman M.B., Goldberg B., Sherr C., 1974; Pedersen B.J., Bonde M., 1994). Клиническое значение этих показателей дискутируется (Linkhart S.G., et al., 1993; Mellko J., et al., 1990; Mellko J., et al., 1996).

Образование коллагена включает два этапа.

1. На первом происходит внутриклеточный синтез остеобластами предшественника коллагена - проколлагена. Синтезированная цепь проколлагена подвергается внутриклеточной посттрансляционной модификации с гидроксилированием пролина и лизина, и гликозилированием гидроксилизиновых остатков в структуре коллагена. Три цепи проколлагена формируют молекулу проколлагена. Сборка проколлагена происходит с образованием дисульфидных связей в С-концевых областях, после чего образуется структура из трех цепей, вместе закрученных в спираль. Такая молекула секретируется остеобластами во внеклеточное пространство.
2. После секреции происходит сборка во внеклеточном пространстве тропоколлагена - мономера коллагена. При этом, под влиянием внеклеточной лизиноксидазы, образуются характерные для зрелого коллагена межфибриллярные сшивки - пиридинолиновые мостики, в результате чего формируются коллагеновые фибриллы.

Остальную органическую часть костного матрикса возможно классифицировать на:

• неколлагеновые белки, осуществляющие адгезию клеток (фибронектин, тромбоспондин, остеопонтин, костный сиалопротеин). Эти же белки способны интенсивно связываться с кальцием и участвовать в минерализации костной ткани;
• гликопротеины (щелочная фосфатаза, остеонектин);
• протеогликаны (кислые полисахариды и гликозаминогликаны - хондроитинсульфат и гепарансульфат);
• неколлагеновые гамма-карбоксилированные (Gla) протеины (остеокальцин, Gla-протеин матрикса (MGP));
• факторы роста (фактор роста фибробластов, трансформирующие факторы роста, костные морфогенетические белки) - цитокины, выделяемые клетками костной ткани и крови, осуществляющие местную регуляцию остеогенеза.

Щелочная фосфатаза (ЩФ). Синтез данного белка считается одним из самых характерных свойств клеток остеобластической линии. Однако, следует учитывать, что данный фермент имеет несколько изоформ (костную, печеночную, кишечную, плацентарную). Точно механизм действия щелочной фосфатазы не установлен. Предполагается, что данный фермент отщепляет фосфатные группы от других протеинов, благодаря чему увеличивается локальная концентрация фосфора; также ему приписывают разрушение ингибитора минерализации - пирофосфата. Время полужизни в крови составляет 1-2 сут, выводится почками (Coleman J.E., 1992). Определение активности костной фракции ЩФ имеет большую специфичность, чем определение в крови активности общей ЩФ, поскольку повышение последней может быть связано с увеличением количества других изоферментов. Значительное увеличение количества костной ЩФ в сыворотке/плазме крови наблюдается при росте костей, болезни Педжета, гиперпаратиреозе, остеомалации и связано с высокой интенсивностью остеогенеза (Defton L.J., Wolfert R.L., Hill C.S., 1990; Moss D.W., 1992). Наиболее адекватными методами определения активности костной ЩФ считаются иммуноферментный анализ и хроматография (Hill C.S., Grafstein E., Rao S., Wolfert R.L., 1991; Gomez B.Jr., et al., 1995; Hata K., et al., 1996).

Остеонектин - гликопротеин кости и дентина, имеет высокое сродство к коллагену I типа и к гидроксиапатиту, содержит Са-связывающие домены. Поддерживает в присутствии коллагена концентрацию Са и Р. Предполагается, что белок участвует во взаимодействии клетки и матрикса.

Остеопонтин - фосфорилированный сиалопротеин. Его определение ИГХ методами может быть использовано для характеристики белкового состава матрикса, в частности поверхностей раздела, где он является главным компонентом и аккумулируется в виде плотного покрова, названного линиями цементации (lamina limitans). Благодаря своим физико-химическим свойствам регулирует кальцификацию матрикса, специфично участвует в адгезии клеток к матриксу или матрикса к матриксу. Продукция остеопонтина - одно из наиболее ранних проявлений активности остеобластов.

Остеокальцин - небольшой белок наиболее широко представлен в костном матриксе. Участвует в процессе кальцификации, служит маркером для оценки активности метаболизма костной ткани, составляя 15% экстрагируемых неколлагеновых белков. Состоит из 49 аминокислотных остатков, три из которых являются кальцийсвязывающими. Синтезируется и секретируется остеокальцин на остеобластах. Его синтез на уровне транскрипции контролирует кальцитриол (1,25 - дигидроксихолекальциферол), кроме того, в процессе "созревания" в остеобластах подвергается витамин К-зависимому карбоксилированию трех остатков глютаминовой кислоты. Сходный с остеокальцином белок - костный gla-протеин (BGP) содержит 5 остатков глютаминовой кислоты. Во внеклеточном матриксе карбоксилированные остатки карбоксиглутаминовой кислоты способны связывать ионизированный Ca 2+ и, таким образом, остеокальцин прочно связывается с гидроксиапатитом (Price P.A., Williamson M.K., Lothringer J.W., 1981). В связанном виде находятся 90% белка. 10% вновь синтезированного остеокальцина сразу диффундирует в кровь, где может быть обнаружен. Циркулирующий в периферической крови остеокальцин - чувствительный маркёр костного метаболизма, и его определение имеет диагностическое значение при остеопорозе, гиперпаратиреозе и остеодистрофии (Charhon S.A., et al., 1986; Edelson G.W., Kleevehoper M., 1998). При остеокластической резорбции остеокальцин костного матрикса высвобождается в кровь в виде полипептидных фрагментов. В результате в моче появляются метаболиты &ggamma;-карбоксиглутаминовой кислоты. Таким образом, повышение общего остеокальцина в сыворотке отражает активизацию остеогенеза.

Костные морфогенетические белки (КМБ) - цитокины, относящиеся к основному подклассу трансформирующих факторов роста. Известно, что они способны индуцировать рост костной ткани, а именно воздействовать на пролиферацию и дифференцировку четырех типов клеток - остеобластов, остеокластов, хондробластов и хондроцитов. Кроме этого, морфогенетические белки блокируют миогенез и адипогенез. Показано, что остеобласты и клетки стромы костного мозга экспрессируют рецепторы КМБ I и II типов. Обработка их КМБ в течении 4-х недель вызывает минерализацию матрикса, повышение активности щелочной фосфатазы и концентрации мРНК. Показано, что КМБ распределен по коллагеновым волокнам костной ткани, в клетках остеогенного слоя надкостницы; в умеренных количествах он имеется в клетках пластинчатой кости и в избытке присутствует в тканях зуба.

Протеогликаны - это класс макромолекул с молекулярной массой 70-80 кДа, состоящие из стержневого белка, с которыми ковалентно связаны цепи гликозоаминогликанов (ГАГ), последние состоят из повторяющихся дисахаридных субъединиц: хондроитина, дерматана, кератана, гепарана (рис. 9). ГАГ подразделяют на две группы - несульфатированные (гиалуроновая кислота, хондроитин) и сульфатированные (гепарансульфат, дерматансульфат, кератансульфат).

Неорганическая часть

В значительной части содержит кальций (35%) и фосфор (50%), образующие кристаллы гидроксиапатита и соединяющиеся с молекулами коллагена посредством неколлагеновых белков матрикса. Гидроксиапатит не единственная форма ассоциации кальция и фосфора в костной ткани. Кость содержит окта- , ди-, трикальций фосфаты, аморфный фосфат кальция. Кроме этого в состав неорганического матрикса входят бикарбонаты, цитраты, фториды, соли Mg, K, Na и др.

Костный матрикс образован коллагеновыми фибриллами ориентированными в одном направлении. Они составляют 90% всех белков кости. Веретенообразные и пластинчатые кристаллы гидроксиапатита находятся на коллагеновых волокнах, в их пределах и в окружающем пространстве. Как правило, они ориентированы в том же направлении, что и коллагеновые волокна. Основное вещество состоит из гликопротеинов и протеогликанов. Эти высокоионизированные комплексы обладают выраженной ионсвязывающей способностью и потому играют важную роль в кальцификации и фиксации кристаллов гидроксиапатита к коллагеновым волокнам. Костный коллаген представлен коллагеном 1 типа, а коллагены II, V, XI типов встречаются только в следовых количествах. Также в костном матриксе присутствуют многочисленные неколлагеновые протеины. Большинство из них синтезируется костеобразующими клетками. Их функция недостаточно ясна, однако установлено, что уровень этих белков уменьшается по мере созревания матрикса.

Кальций. Кальций поступает в организм с пищей. Потребление его составляет 0,9 (у женщин) - 1,1 (у мужчин) г/сут, а всасывание от 0,12 до 0,67 г/сут. Более 90% кальция в организме находится в костной ткани. Концентрация кальция в плазме составляет около 10 мг/100мл. Суточные колебания не превышают 3%. Около 40% ассоциированы с белком, и только половина - в ионизированной форме. Ионы кальция - ключевой регулятор клеточного метаболизма, поэтому уровень ионизированого кальция строго контролируется и рассматривается как физиологическая константа (Брикман А., 1999). Ежедневно 10 ммоль (0,4 г) кальция поступает в кости и столько же покидает скелет, так поддерживается стабильный уровень кальция в крови. Регуляция этого процесса осуществляется тремя органами - кишечником, почками, костями и тремя основными гормонами - паратиреоидным, кальцитриолом, кальцитонином.

Кальций пищи всасывается в тонкой кишке посредством двух независимых процессов. Первый - насыщаемый (чресклеточный) путь регулируется витамином D и происходит в основном в начальном отделе тонкой кишки (Heath D., Marx S.J., 1982). Второй процесс - ненасыщаемый - представляет собой пассивную диффузию кальция из просвета кишки в кровь и лимфу. Количество, всасываемое этим путем, линейно зависит от количества растворенного кальция в кишке. Этот процесс не подвержен прямой эндокринной регуляции. Совместное действие двух механизмов обеспечивает повышение эффективное всасывание кальция в периоды высокой физиологической потребности, при низком содержании кальция в продуктах. Кроме того, всасывание кальция зависит от возраста (Brazier M., 1995). В первые дни после рождения усваивается почти весь получаемый кальций, и в период роста усвоение кальция остается высоким. Заметное снижение всасывания кальция происходит после 60 лет. Количество доступного кальция зависит и от рациона, поскольку фосфаты, оксалаты, жиры связывают кальций. Нерастворимые соли с кальцием образует фитиновая кислота, большое количество которой содержится в пшеничной муке. Всасывание кальция повышают высококалорийная белковая диета, гормон роста. При тиреотоксикозе может наблюдаться отрицательный кальциевый баланс. Плохому всасыванию кальция способствуют острые и хронические заболевания почек, гастроэктомия, резекция больших сегментов тонкой кишки, заболевания кишечника.

Важнейшую роль в метаболизме этого катиона играют почки. 97-99% профильтрованного кальция реабсорбируется и с мочой выделяется не более 5 ммоль/сут (0,2 г/сут). На выделение кальция почками влияют также баланс натрия. Вливание хлорида натрия или повышенный прием натрия с пищей повышают выделение кальция с мочой (Nordin B.E.C., 1984).

Фосфор. Около 80% фосфора в организме человека связано с кальцием и образует неорганическую основу костей и служит резервуаром фосфора (Долгов В.В., Ермакова И.П., 1998). Внутриклеточный фосфор представлен макроэргическими соединениями, это - кислоторастворимый фосфор. Фосфор также является составной частью фосфолипидов - основных структурных компонентов мембран.

Суточное потребление фосфора 0,6-2,8 г (Москалев Ю.И., 1985). Обычно всасывается около 70% поступившего с пищей фосфора, и этот процесс зависит от содержания кальция в пищевых продуктах и образования нерастворимых солей. Фосфор и кальций образуют плохо растворимые соединения, поэтому их общая концентрация не превышает определенного уровня и повышение одного из них, как правило, сопровождается снижением другого (Pak C.Y.C., 1992). Высокое содержание в пище магния, железа и алюминия также снижает всасывание фосфора. Витамин D и липиды, наоборот, способствуют всасыванию фосфора.

В плазме неорганический фосфор содержится в виде анионов НРО4-2 и Н2РО4-, общее их количество 1-2 мМ. Около 95% - это свободные анионы, 5% связаны с белком.

При почечной недостаточности снижение клубочковой фильтрации на 20% относительно нормы вызывает гиперфосфатемия. Вследствие этого снижается синтез кальцитриола и всасывание кальция в кишечнике (Rowe P.S., 1994). Тканевой катаболизм является частой причиной гиперфосфатемии у больных с диабетическим кетоацидозом. Причины гипофосфатемии - дефицит витамина D, синдром мальабсорбции, первичный и вторичный гиперпаратиреоз, диабетический кетоацидоз (фаза восстановления), почечная тубулярная недостаточность, почечная тубулярная недостаточность, почечная тубулярная недостаточность, алкогольный делирий, алколоз, гипомагниемия. В норме канальцевая реабсорция равна 83-95%. Уменьшение канальцевой реабсорбции фосфата обусловлено повышением уровня ПТГ либо первичным дефектом реабсорбции фосфата в почечных канальцах.

Магний. Около половины всего магния организма содержится в костях. Показано, что комплекс Mg-АТФ необходим для функционирования Са-насоса, определяющего уровень импульсации клеток, обладающих свойством автоматии (Москалев Ю.И., 1985; Ryan M.F., 1991). В плазме магний распределен в трех фракциях: свободный (ионизированный) - примерно 70-80%; связанный (с альбумином и другими белками) - 20-30%; полностью связанный (комплексированный) - 1-2%. Физиологически активным является ионизированный магний. Повышение концентрации магния подавляет секрецию ПТГ (Brown E.M., Chen C.J., 1989).

Гипомагниемия - самая распространенная причина гипокальциемии (Mundy G.R., 1990). При восполнении магния уровень кальция быстро нормализуется. Дефицит магния может развиваться при наследственных дефицитах всасывания, при алкоголизме с недостаточным питанием, нарушений функции почек, лечении гентамицином, тобрамицином, амикацином, циклоспорином, неправильном парентеральном питании. При дефиците магния гипокальциемия развивается из-за снижения секреции ПТГ и развития резистентности костной ткани и почек к ПТГ (Ryan M.F., 1991). Экскреция магния с мочой повышается при избыточном объеме внеклеточной жидкости, гиперкальциемии, гипермагниемии и снижается в противоположных ситуациях.

Общий магний измеряется фотометрически, ионизированный - с помощью ион-селективных электродов. Значения ионизированного магния зависят от рН (Ryan M.F., 1991).

Рост костей

осуществляется в детском и юношеском возрастах. Рост в толщину происходит за счет функционирования периоста. При этом клетки внутреннего слоя пролиферируют, дифференцируются в остеобласты, синтезируют межклеточный матрикс, который постепенно минерализуется и замуровывает синтезировавшие его клетки. Поскольку клетки надкостницы активно делятся, такой процесс повторяется многократно. Рост, происходящий таким образом, называется аппозиционным.

Рост костей в длину происходит благодаря наличию в переходном между диафизом и эпифизом отделе метаэпифизарной хрящевой пластинки роста. В ней выделяют четыре зоны. Поверхностная, обращенная к эпифизу, носит название резервной зоны. Вслед за ней, образовавшиеся клетки формируют зону пролиферации, находящиеся здесь хондробласты и хондроциты непрерывно делятся. Вследствие гипоксических условий в глубоких слоях этой области, клетки испытывают кислородное голодание, гипертрофируются. Совокупность таких хондроцитов образует третью зону - зону гипертрофированных хондроцитов. Наконец метаболические нарушения приводят к гибели клеток. Погибшие хондроциты с минерализованным матриксом наблюдаются в зоне обызвествленного хряща. Со стороны диафиза сюда врастает большое количество сосудов. В условиях хорошей оксигенации остеогенные клетки, расположенные вблизи кровеносных сосудов, дифференцируются в остеобласты и формируют костные трабекулы. Поскольку такой процесс происходит с обоих концов органа, кость удлиняется пропорционально.

Костная ткань (textus osseus) - специализированный тип соединительной ткани, которая имеет высокую степень минерализации межклеточного вещества.

Костная ткань состоит из клеточных элементов (остеобласты, остеоциты и остеокласты) и межклеточного вещества (оссеин и оссео- мукоид).

Межклеточное вещество содержит около 70% неорганических соединений, главным образом фосфатов кальция. Органические соединения представлены в основном белками и липидами, которые составляют матрикс. Органические и неорганические соединения в комбинации дают очень прочную опорную ткань.

Функции

1. опорно-механическая - благодаря значительной крепости костной ткани, она обеспечивает передвижение тела в пространстве и его опору.

2. защитная - костная ткань защищает жизненно важные органы от повреждений;

3. депо кальция и фосфора в организме;

Классификация костных тканей

В зависимости от структуры и физических свойств различают два вида костной ткани:

1. Ретикулофиброзную (грубоволокнистую)

2. Пластинчатую

Ретикулярно - фиброзная костная ткань - имеет разнонаправленное расположение пучков оссеиновые волокон (коллаген I типа), окруженных кальцифицированным оссеомукоидом. Между пучками оссеиновых волокон в лакунах остеомукоида залегают остеоциты. Эта ткань характерна для скелета зародыша, у взрослых она встречается только на участках швов черепа и в местах прикрепления сухожилий к костям.

Пластинчатая костная ткань - характерным являеться строго параллельное расположение пучков коллагеновых волокон и формирование костных пластинок.

В зависимости от ориентации этих пластинок в пространстве свою очередь эта ткань делится на: 1) компактную; 2) губчатую;

Компактная - характеризуется отсутствием полостей. Из нее построены диафизы трубчатых костей.

Губчатая - характеризуется тем, что костные пластинки образуют расположенные под углом одна к другой трабекулы. Вследствие чего формируется губчатая структура. Губчатая костная ткань образует плоские кости эпифизы трубчатых костей.

Гистогенез костной ткани

Источником развития костной ткани является мезенхима. При развитии костной ткани образуется два дифферона клеток (гистогенетических рядов).

ЁПервый ряд - стволовые остеогенные клетки, полустволовые стромальные клетки, остеобласты, остеоциты.

ЁВторой ряд - гематогенного происхождения - стволовая кроветворная клетка, полустволовая кроветворная клетка (предшественница миелоидных клеток и макрофагов), унипотентная колониеобразующая моноцитарная клетка (монобласт), промоноцит, моноцит, остеокласт (макрофаги).

Различают эмбриональное и постэмбриональное развитие костной ткани.

Эмбриональное развитие костной ткани может происходить двумя путями:

1. Непосредственно из мезенхимы- прямой остеогистогенез.

2. Из мезенхимы на месте ранее развившейся хрящевой модели кости непрямой остеогистогенез.

Постэмбриональное развитие кости осуществляется при регенерации и эктопическом остеогистогенезе.

Эмбриональный остеогистогенез

Прямой остеогистогенез является характерным для развития грубоволокнистой костной ткани во время образования плоских костей (кости черепа) и происходит в течение первого месяца развития и характеризуется в начале первичнойперепончатойостеоиднойкостнойткани, которая потом имрегнируется солями кальция и фосфора.

В течение прямого остеогенеза отмечают 4 стадии:

1) Образование скелетного островка,

2) Остеоидная стадия,

3) Кальцификация межклеточного вещества, образование грубоволокнистой кости,

4) Образование вторичной губчатой кости,

ЁПервая стадия (образование скелентного отровка) - На месте развития будущей кости происходит очаговое размножение мезенхимных клеток, в результате образуется скелетогенный островок и поисходит его васкуляризация.

ЁВторая стадия (остеоидная) - Клетки островков дифференцируются, образуется оксифильное межклеточное вещество с коллагоновыми фибриллами - органическая матрица костной ткани . Коллагеновые волокна разрастаются и раздвигают клетки, но они не теряют своих отростков и остаются связанными друг с другом. В основном веществе появляются мукопротеиды (оссеомукоид), который цементирует волокна в одну прочную массу. Одни клетки дифференцируются в остеоциты и некоторые из них могут быть включенными в толщу волокнистой массы. Другие располагаются на поверхности, дифференцируются в остеобласты и в течение некоторого времени располагаются по одну сторону волокнистой массы, но вскоре коллагеновые волокна появляются и с других сторон, отделяя остеобласты друг от друга, постепенно замуровывая их в межклеточное вещество при этом они теряют способность к размножению и превращаются в остеоциты. Параллельно с этим из окружающей мезенхимы образуются новые генерации остеобластов, которые наращивают кость снаружи (аппозиционный рост).

ЁТретья стадия - кальцификация межклеточного вещества.

Остеобласты выделяют фермент фосфатазу, которая расщепляет глицерофосфат крови на сахар и фосфорную кислоту. Кислота реагирует с солями кальция, который содержится в основном веществе и волокнах,образуя вначале соединения кальция, потом кристаллы -гидрооксиситамиты.

Существенную роль концентрации оссеоида играют матриксные пузырьки типа лизосом, диаметром до 1мкм, которые имеют высокую активность щелочной фосфатазы и пирофосфатазы, содержат липиды и налаживают на внутренней поверхности мембраны кальций. Важное место в процессах концентрации занимает остеинектин - гликопротеид, который связывает соли кальция и фосфора с коллагеном.

Результатом кальцификации является образование костных перекладин или балок , от которых ответвляются выросты, соединяющиеся между собой и образующие широкую сеть. Пространство между перекладинами занято соединительной волокнистой тканью с проходящими в ней кровеносными сосудами.

На момент завершения гистогенеза по периферии зачатка кости, в эмбриональной соединительной ткани появляется большое количество волокон и остеогенных клеток. Часть волокнистой соединительной ткани,которая непосредственно прилегает к костным перекладинам превращается в периост , который обеспечивает трофику и регенерацию кости. Такая кость, которая образуется на ранних стадиях эмбрионального развития и состоит из перекладки ретикулофиброзной костной ткани называется первичной губчатой костью .

ЁЧетвертая стадия - образование вторичной губчатой кости (пластинчатой)

Образование этой кости сопровождается разрушением отдельных участков первичной кости и врастанием в толщу ретикулофиброзной кости кровеносных сосудов. В этом процессе, как в эмбриональном периоде, так и после рождения принимают участие остеокласты .

В следствие дифференциации мезенхимы, прилегающей к кровеносным сосудам, образуются костные пластинки на которые накладывается слой новых остеобластов, и возникает новая пластинка. Коллагеновые волокна в каждой пластинке ориентированны под углом к волокнам к предыдущей пластинки. В следствие этого, вокруг сосуда возникает подобие костных цилиндров вставленных друг в друга (первичный остеон). С этого момента ретикулофиброзная ткань перестает развиваться и заменяется пластинчатой костной.

Со стороны надкостницы формируются общие или генеральные пластинки, которые охватывают всю кость снаружи. По такому механизму происходит развитие плоской кости . Образованная в эмбриональном периоде кость подвергается в дальнейшем перестройке, происходит разрушение первичных остеонов и развитие новых. Этот процесс продолжается практически всю жизнь.

Непрямой остеогистогенез

Развитие кости путем непрямого гистогенеза происходит в 4 стадии:

1.Формирование хрящевой модели.

2.Перихондриальные окостенения.

3.Энхондральные окостенения.

4.Эпифизарные окостенения.

Формирование хрящевой модели – проис­ходит на втором месяце эмбрионального развития. В местах будущих трубчатых костей из мезенхимы закладывается хрящевой зачаток, который очень быстро принимает форму будущей кости. Зачаток состоит из эмбрионального гиалинового хряща, покрытого надхрящницей. Некоторое время он растет, как за счет клеток, образующихся со стороны надхрящницы, так и за счет размножения клеток во внутренних участках.

Перихондральное окостенение - процесс остеогистогенеза начинается в области диафиза, при этом скелетогенные клетки надхрящницы дифференцируются в сторону остеобластов, которые между надхрящницей и хрящом, т.е. перихондральные, образуют ретикулофиброзную костную ткань, которая затем перестраивается в пластинчатую. В связи с тем, что эта кость в виде ажурной манжетки окружает диафиз хряща- ее называют перихондральной .

Образование костной манжетки нарушает питание хряща, что приводит к дистрофическим изменениям в центре хрящевого зачатка. Хондроциты вакуолизируются, их ядра пикнотезируются, и образуются так называемые пузырчатые хондроциты . Хрящ в этом месте перестает расти. Неизмененные дистальные отделы диафиза продолжают свой рост, при этом хондроциты на границе эпифиза и диафиза собираются в колонки, направление которых совпадает с длинной осью будущей кости.

Следует подчеркнуть, что в колонке хондроцитов происходит два противоположно направленных процесса:

1) размножение и рост в дистальных отделах диафиза;

2) дистрофические процессы в проксимальном отделе;

Параллельно с этим между набухшими клетками происходит отложение минеральных солей, что обуславливает появление резкой базофилии и хрупкости хряща. С момента разрастания сосудистой сети и появления остеобластов надхрящница перестраивается и превращается в надкостницу. Кровеносные сосуды и окружающая их мезенхима, остеогенные клетки и остеокласты врастают через отверстия костной манжетки и входят в соприкосновение с обызвествленным хрящом. Остеокласты выделяют гидролитические ферменты, осуществляющие хондролиз обызвествленного межклеточного вещества. В следствие чего диафизарный хрящ разрушается и в нем возникают пространства, в которых поселяются остеоциты, образующие на поверхности оставшихся участков обызвествленного хряща костную ткань.

Энхондральное окостенение - процесс образования кости внутри хрящевого зачатка (диафизарный центр окостенения).

В следствие разрушения энхондральной кости остеокластами образуются большие полости и пространства (полости резорбции) и наконец возникает костномозговая полость. Из проникшей мезенхимы образуется строма костного мозга, в которой поселяются стволовые клетки крови и соединительной ткани Параллельно с этим со стороны надкостницы нарастают все новые и новые перекладины костной ткани. Разрастаясь в длину по направлению к эпифизам, и увеличиваясь в толщину они образуют плотный слой кости. Вокруг сосудов формируются концентрические костные пластинки, происходит закладка первичных остеонов.

Эпифизарное окостенение - процесс появления центров окостенения в эпифизах. Этому вначале предшествует дифференцировка хондроцитов, их гипертрофия, сменяемая ухудшением питания, дистрофией и кальцинацией. В дальнейшем происходит процесс окостенения.

Следует отметить, что между эпифизарным и диафизарным центрами окостенения формируются метаэпифизарная пластинка , состоящая из 3 зон:

а) зона неизмененного хряща;

б) зона столбчатого хряща;

в) зона пузырьковых клеток;

При соединении эпифизарных и диафизарных центров окостенения рост кости в длину останавливается. У людей это примерно в 20-25 лет.

Клетки костной ткани

Костная ткань содержит три типа клеток:

а) остеоциты; б) остеобласты; в) остеокласты;

Остеоциты это преобладающие, дефинитивные клетки костной ткани, утратившие способность к делению.

Форма - отросчатая, вытянутая, размеры 15 на 45 мкм.

Ядро - компактное, относительно круглое.

Цитоплазма - слабобазофильная, со слаборазвитыми органеллами.

Локализация - в костных полостях или лакунах. Длина полостей от 22 до 55 мкм, ширина от 6 до 14 мкм.

Остеобласты - молодые клетки, создающие костную ткань.

Форма - кубическая, пирамидальная, угловатая, размером около 15 - 20 мкм.

Ядро - округлой или овальной формы, расположено эксцентрично, содержит одно или несколько ядрышек.

Цитоплазма - содержит хорошо развитую агранулярную эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, значительное количество РНК, высокую активность щелочной фосфатазы.

Остеокласты (остеокластоциты) клетки гемотогенной природы, способные разрушать обызвествленный хрящ и кость.

Форма - неправильная, округлая.

Размеры - диаметр до 90мкм.

Ядро - количество от 3 до нескольких десятков.

Цитоплазма - слабобазофильная, иногда оксифильная, содержит большое количество лизосом, митохондрий. На стороне прилегания остеокласта к разрушаемой поверхности различают две зоны:

а) гафрированная каемка;

б) зона плотного прилегания остеокласта к костной поверхности.

Гофрированная каемка - область абсорбции и секреции гидролитических ферментов.

Зона плотного прилегания остеокласта к костной поверхности, окружает, первую как бы герметизирует область действия ферментов. Эта зона цитоплазмы светлая, содержит мало органелл, за исключением микрофиламентов, состоящих из актина.

В периферическом слое цитоплазмы содержатся многочисленные мелкие пузырьки и более крупные вакуоли, много митохондрий, лизосом, гранулярная эндоплазматическая сеть развита слабо. Есть предположения, что остеокласты выделяют СО 2 , а фермент карбоангидраза - синтезирует из него кислоту Н 2 СО 3 , которая разрушает органическую матрицу кости и растворяет кальциевые соли. В том месте, где остеокласт соприкасается с костным веществом, образуется лакуна.

Дифференциация остеокластов зависит от воздействия лимфокинов, которые вырабатываются Т-лимфоцитами.

Межклеточное вещество

Межклеточное вещество образовано основным веществом, импрегнированным неорганическими слоями и расположенными в нем пучками коллагеновых волокон.

Основное вещество содержит небольшие количества хондроитинсерной кислоты, много лимонной кислоты, которые образуют комплексы с кальцием, импрегнирующими органическую матрицу кости. Основное вещество кости содержит кристаллы гидроксиапатита упорядоченно расположенные по отношению к фибриллам органической матрицы, а также аммофный фосфат кальция. Костная ткань содержит более 30 микроэлементов (медь, стронций, цинк, барий, магний и другие).

Коллагеновые волокна образуют небольшие пучки. Волокна содержат белок коллаген I типа. В ретикулофиброзной костной ткани волокна имеют беспорядочное направление и строго ориентированны в пластинчатой костной ткани.

Строение трубчатых костей

Трубчатая кость построена в основном из пластинчатой костной ткани, исключение составляют только бугорки.

В трубчатой кости различают центральную часть - диафиз и периферическое окончание ее - эпифиз .

Диафиз кости образован тремя слоями:

1) надкостницей (периост);

2) собственно костным остеонным слоем;

3) эндостом (внутренний слой);

*Надкостница состоит из поверхностного волокнистого слоя, образованного пучками коллагеновых волокон, и глубокого остеогенного слоя, состоящего из остеобластов и остеокластов. За счет надкостницы, которая пронизана сосудами, осуществляется питание костной ткани. Остеогенный слой обеспечивает рост кости в толщину, физиологическую и репаративную регенерацию.

*Собственно кость ( остеонный слой) отделен от надкостницы слоем наружных генеральных пластинок, а от эндоста, слоем внутренних генеральных пластинок.

Наружные генеральные пластинки не образуют полных колец вокруг диафиза кости, перекрываются на поверхности следующими слоями пластинок. Наружные генеральные пластинки имеют прободающие каналы , по которым из надкостницы внутрь кости входят сосуды, кроме этого со стороны надкостницы в кость под разными углами проникают коллагеновые волокна (прободающие волокна) .

Внутренние генеральные пластинки хорошо развиты только там,где компактное вещество кости непосредственно граничит с костномозговой полостью. В тех местах, где компактное вещество переходит в губчатое, его внутренние генеральные пластинки продолжаются в пластинки губчатого вещества.

Остеонный слой. В этом слое костные пластинки располагаются в остеонах, формируя остеонные пластинки и вставочные пластинки , последние локализуются между остеонами.

*Остеон основная структурная единица компактного вещества трубчатой кости. Каждый остеон представляет собой костную трубку диаметром от 20 до 300 мкм, в центральном канале которой располагается питающий сосуд и локализованы остеобласты и остеокласты. Вокруг центрального канала концентрически располагаются от 5 до 20 костных пластинок, коллагеновые волокна в костных пластинках каждого слоя имеют строго параллельное направление. Направление коллагеновых волокон в соседних пластинках не совпадает, и поэтому они располагаются под углом друг к другу, что способствует укреплению остеона, как структурного элемента кости. Между костными пластинками в костных лакунах располагаются тела остеоцитов, которые анастамозируют между собой своими отростками расположенные в костных канальцах.

*Остеонный слой представляет собой систему параллельных цилиндров (остеонов), промежутки между которыми заполнены вставочными костными пластинками.

*Эндостом - тонковолокнистая соединительная ткань, которая выстилает кость со стороны костномозгового канала. Волокнистая соединительная ткань содержит остеобласты и остеокласты.

*Эпифиз кости - образован губчатой костной тканью. Снаружи покрыт надкостницей, под которой располагается слой генеральных пластинок и слой остеонов. В толще эпифиза костные пластинки формируют систему трабекул , которые располагаются друг к другу под углом. Полости между трабекулами заполнены ретикулярной тканью и гемопоэтическими клетками.

Рост трубчатых костей.

Рост трубчатых костей в длину обеспечивается наличием метаэпифизарной хрящевой пластинки роста, в которой появляются 2 противоположных гистогенетических процесса:

1) разрушение эпифизарной пластинки;

2) непрестанное пополнение хрящевой ткани путем новообразования клеток.

В метаэпифизарной пластинке различают 3 зоны:

а) пограничная зона;

б) зона столбчатых клеток;

в) зона пузырчатых клеток;

*Пограничная зона - состоит из округлых и овальных клеток и единичных изогенных групп, некоторые обеспечивают связь хрящевой пластинки с костью эпифиза. Между костью и хрящем находятся кровеносные капилляры.

*Зона столбчатых клеток - состоит из активно размножающихся клеток, которые формируют колонки, расположенные по оси кости.

*Зона пузырчатых клеток - характеризуется гидратацией и разрушением хондроцитов с последующим энхондральным окостенением. Дистальный отдел этой зоны граничит с диафизом, откуда в нее проникают остеогенные клетки и кровеносные капилляры. Продольно расположенные колонки клеток являются по существу костными трубочками, на месте которых формируются остеоны.

Когда центры окостенения в диафизе и эпифизе сливаются, рост в длину прекращается. У человека это происходит в 20-25 лет.

Рост трубчатой кости в толщину осуществляется за счет пролиферации клеток глубокого остеогенного слоя надкостницы.

Ретикулофиброзная костная ткань

Этот вид костной ткани характерен в основном для зародышей. У взрослых встречается на месте заросших черепных швов, в местах прикрепления сухожилий к костям.

Коллагеновые волокна имеют беспорядочное направление и образуют толстые пучки.

Основное вещество содержит удлиненно-овальной формы костные полости (лакуны) с длинными анастомозирующими канальцами, в которых лежат костные клетки - остеоциты с их отростками.

Снаружи грубоволокнистая кость покрыта надкостницей.

Пластинчатая костная ткань

Эта ткань состоит из костных пластинок, образованных костными клетками и минерализированным аморфным веществом с коллагеновыми волокнами. В разных костных пластинках направление коллагенивых волокон различно.

Благодаря этому достигается большая прочность пластинчатой кости.

Плотность кости человека обеспечивается минеральными веществами. Сама же костная ткань состоит из клеток остеобластов и остеоцитов, остеокластов, задача их состоит в удалении старых, омертвевших клеток крови. Есть органический компонент, представляющий собой коллаген под названием оссеин. Костная ткань ребенка сразу после его рождения представлена 270 костями, со временем их становится 206, это если не учитывать сесамовидные. Наибольшая у человека бедренная кость, самая маленькая - стремя, расположенное в полости среднего уха.

Клеточная составляющая

Как все ткани, кость состоит из нескольких клеточных разновидностей. Это:

• остеобласты
• остеоциты
• остеокласты
• остеогенные клетки

Каждая имеет свое уникальное строение, расположена в различных участках.

Остеобласт

Эта клетка обеспечивает способность кости восстанавливаться, формирует новую кость. Величина ее от 15 до 20 мкм, задача ее в том, чтобы образовывать новое межклеточное вещество. Форма кубическая со многими углами, которые образованы мезенхимальными клетками - предшественниками, содержащими комплексы Гольджи. Всего клеточный состав остеобласта представлен рибосомами, зернистой эндоплазматической сетью.

Находятся остеобласты у человека в зоне роста, в большом количестве содержит их периост, эндост. Клетка выделяет межклеточное вещество, оказываясь в центре, оно отвердевает, образуя «ловушку». После этого с остеобластом происходят изменения, он меняет свою структуру, превращаясь в остеоцит. Последний - полноценная клетка кости, наиболее распространен.

Остеоцит

Остеоциты. Источник: drpozvonkov.ru

Как уже ранее упоминалось, остеоцит - зрелая форма остеобласта, имеет звездчатую форму. Диаметр его составляет примерно 15 мкм, а высотой он не более 7 мкм. Зрелая форма содержит в своем составе одно ядро, которое располагается ближе к стенке сосуда, рядом находятся два ядрышка, а окружено все мембраной. Расстояние между остеоцитами может колебаться от 20 до 30 мкм.

Во взрослом организме костная ткань представляет собой 42 миллиарда клеток. В среднем за 25 лет половина из них меняется, деления клеток не происходит. Расположен остеоцит в углублении, которое носит название лакуны, она со всех сторон окружена тканью кости.

Этот тип клеток отвечает за поддержание на постоянном уровне минеральной матрицы. Взаимодействие с другими клетками происходит через длинные каналы, расположенные в цитоплазме, все они находятся в пределах костной матрицы. Через каналы клетка получает питательные вещества.

Остеогенные клетки

В отличие от остальных эта клетка не потеряла способности к делению, может воспроизводить себе подобные. Она четко не дифференцирована, обладает высокой способностью к митозу, процессу, когда клетки делятся, происходит восстановление организма. Расположен этот вид в глубоком слое надкостницы, мозга кости. Процесс развития приводит к тому, что остеоген трансформируются в остеобласты.

Остеокласт

Эта клетка способствует тому, что развивается новая костная структура. Остеокласт имеет большие размеры, содержит несколько ядер в своем составе, отвечает за удаление старой кости. В среднем есть 5 ядер, а размер колеблется от 150 до 200 мкм. Организму подобные клетки сильно необходимы, поскольку благодаря им обеспечивается восстановление костей. Старая, поврежденная костная ткань растворяется за счет ферментов, выделяемых клеткой.

Этот тип клеток появляется не из кости, его родоначальником являются макрофаги, моноциты, составляющие белой крови. Процесс восстановления выглядит специфически, остеокластами постоянно уничтожается старая, поврежденная костная ткань, а остеобластами формируется новая. Когда процесс нарушается, кость при этом поротична, что приводит к переломам, повреждениям при незначительных нагрузках на нее.

В кости остеокласты расположены в специфических углублениях, которые носят название Бухт резорбции, лакун Хаушипа. Имеет остеокласт цитоплазму, внутри которой находится пенистая структура за счет вакуолей, пузырьков, содержащихся в большом количестве. В составе вакуолей есть лизосомы, которые выделяют фермент, кислую фосфатазу, именно за счет нее у человека разрушается старая костная ткань.

Составляющие кости

С гистологической точки зрения кость имеет несколько составляющих. Любая разновидность представлена:

• надкостницей
• компактным веществом
• эндостом

Надкостница имеет строение, очень напоминающее надхрящницу. В составе внутреннего слоя, остеогенного, имеется рыхлая соединительная ткань с большим количеством остеокластов, остеобластов, сосудов.

Эндост, оболочка, которой выслан канал изнутри. В составе этого слоя основной является рыхлая волокнистая соединительная ткань. Есть остеобасты, остеокласты. В задачи этой кости входит ее питание, рост в толщину, восстановление.

Компактное вещество имеет три слоя: наружный и внутренний представляет пластинчатая костная ткань, между ними расположен остеонный слой. Остеон - структурно-функциональная единица. Внешне это плоскостное образование, которое представлено костными пластинками, концентрически направленными, наслоенными одна на другую, напоминая цилиндры, которые вставлены один в один.

Между пластинками есть углубления, лакуны, в них расположены остеоциты. В центре - полость, содержащая сосуд, канал получил название канала остеона или Гаверсового. Между остеонами есть пластинки кости, которые называются вставочными остеонами, которые разрушаются.

Формирование кости

У плода источником костей являются клетки мезинхимы, они выселяются из склеротомов. Кость может формироваться прямо из ткани мезенхимы, подобное получило название прямого остеогенеза. Если мезенхима образуется вместо хряща зоны роста, процесс называется непрямым остеогенезом, его имеют дети.

Непрямой вариант

Непрямой вариант формирования кости. Источник: drpozvonkov.ru

В процессе преобразования мезенхимы появляется грубоволокнистая костная ткань, она же получила название ретикулофиброзной. По мере своего роста, развития на ее месте появляется пластинчатая костная ткань. Прямой остеогенез включает четыре стадии.

Во время первой обособляется остеогенный островок, суть этого процесса в том, что мезенхимальные клетки усиленно делятся. Постепенно появляются остеогенные клетки, остеобласты, происходит появление кровеносных сосудов.

Суть второй, или остеоидной, стадии состоит в том, что остеобластами образовывается вещество между клетками. Некоторая часть остеобластов оказывается внутри, происходит преобразование в остеоцит. Частично остеобласты оказываются на поверхности, образовывая слой снаружи. Эти клетки потом будут формировать надкостницу.

Третьим этапом является минерализация вещества, оно активно насыщается кальцием, его солями, кость становится более компактная. Процесс минерализации происходит за счет поступления из крови глицерофосфата кальция. Щелочная фосфатаза, воздействуя на него, вызывает химическую реакцию для появления новых соединений, в частности, глицерина, остатка фосфорной кислоты. Последнее соединение вступает в реакцию с хлоридом кальция, появляется фосфат кальция. Он становится гидроаппатитом, напоминает прочный пластик.

Четвертая стадия является завершающей, имеет название перестройки, роста, после нее кость может представляться в своем окончательном виде. Надкостницей формируются общие пластины кости, в основной своей массе состоящие из остегенных клеток, располагающихся в адвентициальной оболочке сосуда, а также остеоны.

Прямой вариант

Прямой вариант формирования кости. Источник: drpozvonkov.ru

К этой ситуации относится вариант формирования в зоне роста, где был хрящ. В процессе развития сразу может образовываться пластинчатая кость, происходит процесс, как и в предыдущем случае, в четыре этапа.

Вначале этот тип развития предусматривает образование модели из хряща, которая будет развиваться. На втором этапе в области тела модели осуществляется перихондральное окостенение, суть которого состоит в том, что надхрящница становится надкостницей, это пластичный материал. В этом слое стволовые клетки, которые носят название остеогенных, превращаются в остеобласты. Нарастающий процесс дифференцировки является подготовкой к формированию общей пластинки, она формирует манжетку кости.

Параллельно с процессами, описанными ранее, осуществляется окостенение хряща в концах кости, процесс этот называется энхондральным окостенением. Такой же тип трансформации наблюдается в суставных поверхностях, все люди в процессе взросления проходят через это. В ткань хряща врастают сосуды, что важно для питания, дальнейшего преобразования. В адвентициальной оболочке сосудов расположены остеогенные клетки, которые впоследствии становятся остеобластами.

Уже упоминалось, что остеобласт может формировать межклеточное вещество рядом с собой. Таким образом, вокруг формируется остеон в виде пластинок кости. Параллельно хондрокластами разрушается хрящевая составляющая кости, после чего она приобретает свой специфический вид.

В конечном итоге кость перестраивается, растет, происходит разрушение старых участков, формирование новых. Надкостницей формируется тонковолокнистая костная ткань, которая со временем становится прочнее.

Разновидности костей

Есть два вида ткани, которые имеют принципиальные различия, могут встречаться в любом участке организма.

Кортикальная

Этой тканью образовано 80% всех костей в скелете человека, она отличается прочностью, расположена, в частности, в области десен. Задача кортикальной кости заключается в том, чтобы поддерживать тело в пространстве, в защите органов, обеспечении физического усилия, эта ткань способна накапливать, высвобождать кальций. Представлено содержание кортикальной кости плотно упакованными остеонами.

Губчатая

Отличия и менее плотную структуру имеет губчатая костная ткань, располагается она в небольших костях и области десен. Эта разновидность мягче, слабее, чем кортикальная. Данный тип встречается в концах длинных трубчатых костей, внутри тел позвонков. Это губчатый вид кости, состоящий из пластин, полосок, которые прилегают к полостям, расположенным нерегулярно, в них содержится красный костный мозг.

Если посмотреть на кость, то возникает ощущение, что пластинки расположены хаотично, никак не организовывая себя. Однако это не так, расположение построено таким образом, чтобы обеспечить прочность по типу строительных скобок, применяемых в строительстве. Линии нагрузки в кости могут менять свое направление в зависимости от изменения приложения силы. Площадь поверхности большая, за счет этого оптимально протекают метаболические процессы, обмен ионами кальция. Обратной стороной является то, что эта разновидность быстрее поражается остеопорозом.

На протяжении всей жизни кость может обновляться: отжившие клетки разрушаются, появляются новые. Процесс развития, представленный выше, находится в равновесии, разрушенные участки организм может восстановить. Регулируется процесс гормонами щитовидной и околощитовидных желез. Полезны, независимо от того какой тип кости, витамины, А, Д, С. У ребенка после рождения недостаток витамина Д приводит к формированию такого заболевания, как рахит.