Как происходит образование и рассасывание костных клеток у взрослых

У взрослых образование костных клеток происходит через процесс остеогенеза, который включает в себя активность остеобластов — специализированных клеток, отвечающих за формирование новой костной ткани. Остеобласты синтезируют коллаген и другие компоненты внеклеточного матрикса, которые необходимы для минерализации костей. Этот процесс регулируется различными факторами, такими как гормоны и механическая нагрузка на кости.

Рассасывание костной ткани осуществляется остеокластами, клетками, которые разрушают старую или поврежденную костную ткань, высвобождая минералы в кровь. Этот баланс между образованием остеобластов и рассасыванием остеокластов важен для поддержания здоровья костной системы и предотвращения заболеваний, таких как остеопороз. Таким образом, процесс обновления костной ткани является динамичным и зависим от состояния организма.

Костные ткани

Костная ткань состоит из клеток и минерализованного межклеточного материала, где 67% составляют минеральные элементы, а 33% — органические.

Клеточные элементы костной ткани

Остеобласты представляют собой молодые, активные клетки. В зрелой костной ткани они находятся в следующих местах:

• надкостнице;
• эндосте;
• каналах остеонов.

В формирующейся костной ткани остеобласты располагаются на поверхности костного матрикса.

Активные остеобласты имеют кубическую форму, их отростки нежно связаны с другими клетками. Они обладают светлым ядром, базофильной цитоплазмой и хорошо развитыми органеллами, отвечающими за синтез белков.

Остеобласты выполняют несколько функций:

• они синтезируют и выделяют органическую часть межклеточного вещества (остеоид), включая коллаген I типа (90% от общего объема белков), а также другие типы коллагена (III, IV, V, IX, XIII), гликопротеины (остеонектин, остеокальцин), и протеогликаны;
• осуществляют минерализацию костного матрикса, что включает процесс отложения кристаллов гидроксиапатита и других неорганических солей вблизи фибрилл коллагена, контролируя его за счет синтеза неколлагеновых белков, таких как щелочная фосфатаза;
• участвуют в поддержании ионов кальция и фосфора в костной ткани;
• выделяют различные ростовые факторы, включая морфогенетические белки, что способствует превращению остеогенных клеток в остеобласты.

Остеоцит – основной тип клеток зрелой костной ткани. Образуются из остеобластов, когда те в результате своей синтетической активности и минерализации оказываются окруженными со всех сторон минерализованным матриксом. При этом происходит утрата способности к делению, клетки уменьшаются в размерах, их синтетическая активность резко падает. Уплощенные тела остеоцитов лежат в полостях — лакунах, а их отростки – в костных канальцах – узких тоннелях в твёрдом минерализованном матриксе. Своими отростками остеоциты контактируют

Остеоциты связаны друг с другом через щелевые соединения, образуя единую сеть взаимодействующих клеток, соединённых с межклеточным веществом через структурные гликопротеины (остеонектин).

Ключевая задача остеоцитов заключается в поддержании нормального состояния костного матрикса, а В балансировании уровней кальция и фосфора в организме.

Данный дифферон включает клетки следующих стадий развития: остеогенные клетки → преостеобласты → остеобласты → остеоциты.

Остеокласты имеют иное – гематогенное – происхождение. Остеокласты образуются из моноцитов крови путём их слияния с формированием многоядерных гигантских клеток (точнее, симпластов).

Задачи остеокластов:

• они разрушают костную ткань (резорбция);
• поддерживают минеральный гомеостаз, что связано с высвобождением компонентов при разрушении матрикса, которые переходят в кровяное русло.

Остеокласты имеют крупные размеры и большое число — до 20-50 — ядер. Остеокласты располагаются поодиночке в образованных ими углублениях костной ткани (в резорбционных лакунах, лакунах Хаушипа). Цитоплазма – ацидофильная, содержит хорошо развитый комплекс Гольджи, многочисленные лизосомы и мембранные пузырьки, митохондрии. Маркёрные ферменты остеокластов – особая форма кислой фосфатазы, карбоангидраза и АТФаза.

Часть цитоплазмы, находящаяся рядом с костным матриксом, формирует многочисленные складки клеточной мембраны — гофрированный край. Это обеспечивает плотное прилегание к матриксу и герметичность лакун и зон резорбции. Кислотность содержимого лакун обеспечивается следующими процессами: (а) выделением кислого содержимого из вакуолей; (б) работой протонных насосов, которые вводят ионы H+ в лакуны (источник ионов — реакция между CO2 и H2O с участием фермента карбоангидразы). Кислота разрушает минеральный компонент, тогда как лизосомальные ферменты сталкиваются с органическими компонентами.

Регуляция активности обеспечивается общими и локальными факторами. В частности гормоны тирокальцитонин и женские половые гормоны подавляют функции остеокластов, а гормон паращитовидной железы паратирин стимулирует их активность.

Межклеточное вещество костной ткани

Межклеточное вещество костной ткани сильно минерализовано и на 70% состоит из солей кальция и фосфора, главным образом из гидроксиапатита. Органические компоненты костного матрикса – коллагеновые (оссеиновые) волокна (коллаген I типа) и основное вещество (гликозаминогликаны, протеогликаны, гликопротеины). Более 90% общего объёма кристаллов гидроксиапатита связано с поверхностью коллагеновых фибрилл и лишь менее 10% находится в основном веществе.

Типы костных тканей

В зависимости от строения межклеточного вещества различают два вида костной ткани:

• грубоволокнистая (ретикулофиброзная) костная ткань;
• пластинчатая костная ткань.

Грубоволокнистая (ретикулофиброзная) костная ткань

Грубоволокнистая костная ткань характеризуется тем, что толстые коллагеновые волокна в межклеточной матрице располагаются в различных направлениях. Лакуны с остеоцитами имеют неупорядоченное расположение. Остеоциты соединяются между собой через свои ветвящиеся отростки, проходящие в костных канальцах. Со временем грубоволокнистая костная ткань замещается на пластинчатую.

У взрослых грубоволокнистая костная ткань сохраняется в заросших швах черепа и участках прикрепления сухожилий к кости. Может образовываться при заживлении переломов и в патологических условиях.

Пластинчатая костная ткань.

Её минерализованное межклеточное вещество состоит из особых костных пластинок (3-10 мкм толщиной). В каждой пластинке коллагеновые волокна идут параллельно друг другу. В соседних пластинках направление коллагеновых волокон меняется на противоположное, то есть волокна идут под углом друг к другу. Между пластинками упорядоченно располагаются лакуны, содержащие тела остеоцитов; костные канальцы пронизывают пластинки под прямыми углами.

Пластинки образуют системы. В компактном веществе кости есть три типа пластинок:

Пластинки остеонов (гаверсовы системы);

наружные и внутренние общие (генеральные) пластинки.

Остеон – морфофункциональная единица пластинчатой костной ткани. Остеоны имеют вид цилиндров, которые располагаются вдоль длинной оси кости. Каждый остеон состоит из 3-25 костных пластинок, расположенных концентрически вокруг канала остеона. Наружная граница – спайная линия, почти не содержит волокон.

В канале остеона проходит 1-2 мелких сосудов, окруженных рыхлой соединительной тканью, где находятся камбиальные элементы, макрофаги и остеокласты. Отростки остеоцитов, находящихся ближе к каналу, проникают в периваскулярное пространство, что позволяет им получать необходимые питательные вещества и кислород через систему канальцев.

К аналы остеонов сообщаются друг с другом, с надкостницей и костномозговой полостью за счет прободающих (Фолькмановых) каналов, содержащих питающие сосуды. Прободающие каналы проходят через костный матрикс поперечно или косо и не окружены концентрическими пластинами.

Вставочные пластинки располагаются между остеонами; они представляют собой остатки ранее существовавших остеонов, которые были разрушены в процессе перестройки костной ткани.

Общие (генеральные) пластинки образуют самый наружный и самый внутренний слои, идут параллельно поверхности компактной кости и окружают диафиз кости по окружности.

Компактное вещество имеет высокую прочность, более низкий уровень метаболизма, в связи с чем, оно обновляется медленнее и меньше подвержено возрастным изменениям.

Губчатое вещество формирует трёхмерную сеть трабекул, в состав которых входят костные пластинки, в отличие от компактной кости остеоны и кровеносные сосуды в губчатой кости отсутствуют.

Надкостница (периост) охватывает кость с внешней стороны и прочно соединена с компактной костью при помощи толстых пучков прободающих (шарпеевых) волокон, проникающих из слоя наружных генеральных пластинок. Внешний слой надкостницы состоит из плотной волокнистой соединительной ткани, тогда как внутренний слой образован рыхлой волокнистой соединительной тканью и содержит покоящиеся остеобласты. Надкостница играет важную роль в аппозиционном росте костной ткани.

Эндост – тонкая выстилка со стороны костного мозга, аналогичная надкостнице. Содержит остеогенные клетки и остеокласты.

Образование костной ткани (остеогистогенез)

Происхождение костных тканей связано со склеротомной мезенхимой. Выделяют два метода формирования костной ткани — прямой остеогистогенез и непрямой остеогистогенез.

Прямой остеогенез (образование костной ткани непосредственно из мезенхимы) характерен для формирования грубоволокнистой костной ткани,

которая первоначально образует плоские кости черепа, ключицы и другие. Этот процесс начинается уже в первый месяц эмбрионального развития. Прямой остеогенез включает три основные стадии:

• формирование остеогенного островка (посредством скопления активно делящихся клеток мезенхимы в зоне будущей кости);
• дифференциация клеток островка (в остеобласты) и образование остеоида, который состоит из коллагеновых волокон и других компонентов;
• обызвествление (минерализация) остеоида, что приводит к превращению остеобластов в остеоциты, формируя костные балки и трабекулы, которые затем объединяются в единую сеть.
• Перестройка грубоволокнистой костной ткани в пластинчатую.

Непрямой остеогенез (на месте хрящевой модели)

Большинство костей скелета образуется путём непрямого остеогенеза. Непрямой остеогенез включает следующие стадии:

• образование хрящевой модели кости (из гиалиновой хрящевой ткани, которая по форме напоминает будущую кость);
• формирование перихондральной костной манжетики;
• образование эндохондральной кости в диафизе;
• формирование эндохондральной кости в эпифизах и создание эпифизарных пластинок роста.

Таким образом, сначала из мезенхимы образуется хрящевая модель будущей кости. Затем в середине будущего диафиза в надхрящнице начинают дифференцироваться остеобласты, которые продуцируют межклеточное вещество кости – цилиндр, окружающий диафиз, – перихондральную грубоволокнистую кость («манжетку»). Образование кости приводит к нарушению питания хряща внутри «манжетки» и его дистрофии. Хондроциты гибнут, а межклеточное вещество минерализуется (отложение солей). Костная манжетка постепенно растёт по направлению к будущим эпифизам.

Внутрь минерализованного хряща проникают кровеносные сосуды (в норме их нет в хряще), и кровь приносит остеогенные клетки. Хрящ разрушается (работа хондрокластов), и на остатках разрушенного минерализованного хряща образуется эндохондральная кость, его замещающая. Область образования эндохондральной кости называется первичной точкой окостенения.

На границе диафиз-эпифиз локализуется метаэпифизарная область, в которой выделяются 4 зоны (сверху вниз от эпифиза по направлению с границей контакта с эндохондральной костной тканью):

• зона неизменённого хряща (резервная) – головка эпифиза;
• зона хрящевых колонок (пролиферативная), содержащая столбики уплощенных хондроцитов, активно делящихся и образующих межклеточное вещество;
• зона пузырчатого (гипертрофированного) хряща, где находятся округлые, дегенеративно измененные хондроциты; зона обызвествленного хряща, в которой хрящ разрушается и заменяется костной тканью.

Разрушение эндохондральной кости в центре диафиза вызывает образование полостей для костного мозга.

Образование эндохондральной кости в эпифизах (после рождения) происходит по тому же принципу, начиная с проникновения кровеносных сосудов в хрящ, и возникновения вторичных точек окостенения. Неизмененный гиалиновый хрящ сохраняется только на суставной поверхности и в области, прилежащей к диафизу.

Между эпифизом и диафизом до 25 лет сохраняется дисковидная пластинка роста с четырьмя зонами, где скорость деления и разрушения хондроцитов сбалансирована, что позволяет этой зоне расти. Увеличение длины трубчатых костей происходит благодаря пролиферации хондроцитов и отложению матрикса в пластинках роста.

У новорожденных костная ткань грубоволокнистого типа, постепенно в течение первых двух месяцев она перестраивается в пластинчатую кость; перестройка в ткань с остеонами начинается с 5 месяцев жизни, развитие системы остеонов завершается к двум годам.

Во взрослом организме происходит постоянная перестройка (ремоделирование) костной ткани – в зависимости от физической нагрузки, гормональных факторов и др.

Ткани, близкие к костным тканям, — дентин и цемент зуба.

Дентин представляет собой специализированный вид костной ткани, с обызвествленным матриксом, аналогичным другим костным тканям, но особенность его в том, что тела клеток, образующих матрикс – дентинобласты (одонтобласты) – расположены не внутри, а на периферии пульпы; дентин содержит только отростки этих клеток, проходящих в тонких канальцах, пронизывающих матрикс дентина, называемых дентиновыми трубочками.

Цемент – по составу эта твёрдая ткань зуба схожа с грубоволокнистой костью, но в отличие от костной ткани лишена сосудов и не подвержена постоянной перестройке. Цемент покрывает дентин корней и шейки зуба.

У взрослого человека костные клетки постоянно образуются и рассасываются

Образование любой кости происходит за счет молодых соединительнотканных клеток мезенхимного происхождения — остеобластов, которые вырабатывают межклеточное костное вещество, играющее главную опорную роль. Соответственно отмеченным 3 стадиям развития скелета кости могут развиваться на почве соединительной или хрящевой ткани, поэтому различаются следующие виды окостенения (остеогенеза).

1. Эндесмальное окостенение (en — внутри, desme — связка) происходит в соединительной ткани первичных покровных костей. На определённых участках эмбриональной соединительной ткани, имеющей очертания будущей кости, происходит образование костных островков (точек окостенения) благодаря активности остеобластов. Из начального центра окостенение распространяется во все стороны путем наложения (аппозиции) костного вещества по краям. Поверхностные слои соединительной ткани, из которой формируется покровная кость, остаются в виде надкостницы, через которую происходит увеличение кости в толщину.

2. Перихондральное окостенение (peri — вокруг, chondros — хрящ) происходит на наружной поверхности хрящевых зачатков кости при участии надхрящницы (perichondrium). Мезенхимный зачаток, имеющий очертания будущей кости, трансформируется в «кость», состоящую из хрящевой ткани, представляющей собой как бы хрящевую модель кости. Благодаря деятельности остеобластов, расположенных под надхрящницей, на поверхности хряща откладывается костная ткань, которая постепенно замещает хрящевую ткань и формирует компактное костное вещество.

3. С переходом хрящевой модели кости в костную надхрящница становится надкостницей (periosteum) и дальнейшее отложение костной ткани идет за счет надкостницы — периосталъное окостенение. Поэтому перихонд-ральный и периостальный остеогенезы следуют один за другим.

4.Эндохондралъное окостенение (endo, греч. — внутри, chondros — хрящ) совершается внутри хрящевых зачатков при участии надхрящницы, которая отдает отростки, содержащие сосуды, внутрь хряща. Проникая в глубь хряща вместе с сосудами, костеобразовательная ткань разрушает хрящ, предварительно подвергшийся обызвествлению (отложение в хряще извести и перерождение его клеток), и образует в центре хрящевой модели кости островок костной ткани (точка окостенения). Распространение процесса эндохондрального окостенения из центра к периферии приводит к формированию губчатого костного вещества. Происходит не прямое превращение хряща в кость, а его разрушение и замещение новой тканью, костной.

Характер и порядок окостенения функционально обусловлены также приспособлением организма к окружающей среде. Так, у водных позвоночных (например, костистых рыб) окостеневает путем перихондрального остеогенеза только средняя часть кости, которая, как во всяком рычаге, испытывает большую нагрузку (первичные ядра окостенения). То же наблюдается и у земноводных, у которых, однако, средняя часть кости окостеневает на большем пространстве, чем у рыб. С окончательным переходом на сушу к скелету предъявляются большие функциональные требования, связанные с более трудным, чем в воде, передвижением тела по земле и большей нагрузкой на кости.

Поэтому у наземных позвоночных появляются вторичные точки окостенения, из которых у пресмыкающихся и птиц путем эндохондрального остеогенеза окостеневают и периферические отделы костей. У млекопитающих концы костей, участвующие в сочленениях, получают даже самостоятельные точки окостенения.

Такой же механизм наблюдается и в процессе онтогенеза человека, где окостенение связано с функциональными нагрузками и начинается с основных центральных участков, испытывающих наибольшее напряжение.

Так, сначала на 2-м месяце утробной жизни возникают первичные точки, из которых развиваются основные части костей, несущие на себе наибольшую нагрузку, т. е. тела, или диафизы, diaphysis, трубчатых костей (dia, греч.-между, phyo — расту; часть кости, растущая между эпифизами) и концы диафиза, называемые метафизами, metaphysis (meta — позади, после). Они окостеневают путем пери- и эндохондрального остеогенеза.

Незадолго до рождения или в первые постнатальные годы формируются вторичные центры окостенения, из которых посредством эндохондрального остеогенеза образуются эпифизы — концевые части трубчатых костей, участвующие в движении суставов. Центр окостенения, возникший в хрящевом эпифизе, расширяется, преобразуясь в костный эпифиз, построенный из губчатой структуры. На протяжении жизни только тонкий слой хрящевой ткани, образующий суставной хрящ, сохраняется на поверхности эпифиза.

У детей, подростков и даже взрослых могут появляться дополнительные очаги окостенения, образующие апофизы — участки костей, на которые воздействуют мышцы и связки. Например, большой вертел бедренной кости или дополнительные точки на отростках поясничных позвонков начинают окостеневать лишь в зрелом возрасте.

Так же функционально обусловлен и характер окостенения, связанный со строением кости. Так, кости и части костей, состоящие преимущественно из губчатого костного вещества (позвонки, грудина, кости запястья и предплюсны, эпифизы трубчатых костей и др.), окостеневают эндохондраль-но, а кости и части костей, построенные одновременно из губчатого и компактного вещества (основание черепа, диафизы трубчатых костей и др.), развиваются путем эндо- и перихондрального окостенения.

Некоторые кости человека представляют собой результат слияния отдельных костей, которые существуют у животных. Этот процесс слияния определяет развитие таких костей, которые образуются из очагов окостенения, аналогичных количеству и расположению сливаемых костей. К примеру, лопатка у человека формируется из двух костей, входящих в состав плечевого пояса низших позвоночных — лопатки и коракоида.

Соответственно этому, кроме основных ядер окостенения в теле лопатки, возникают очаги окостенения в ее клювовидном отростке (бывшем коракоиде). Височная кость, срастающаяся из 3 костей, окостеневает из 3 групп костных ядер. Таким образом, окостенение каждой кости отражает функционально обусловленный процесс филогенеза ее.

Рост кости

Длительный рост организма и огромная разница между размерами и формой эмбриональной и окончательной кости таковы, что делают неизбежной ее перестройку в течение роста; в процессе перестройки наряду с образованием новых остеонов идет параллельный процесс рассасывания (резорбция) старых, остатки которых можно видеть среди ново-образующихся остеонов («вставочные» системы пластинок). Рассасывание есть результат деятельности в кости особых клеток — остеокластов (clasis, греч.-ломание).

Благодаря работе последних почти вся эндохондральная кость диафиза рассасывается и в ней образуется полость (костномозговая полость). Рассасыванию подвергается также и слой перихондральной кости, но взамен исчезающей костной ткани откладываются новые слои ее со стороны надкостницы. В результате происходит рост молодой кости в толщину.

В период детства и юности существует прослойка хряща между эпифизом и метафизом, известная как эпифизарный хрящ или пластинка роста. Эта структура способствует удлинению кости за счет деления клеток, которые образуют промежуточное хрящевое вещество. По мере взросления деление клеток прекращается, и эпифизарный хрящ поддается давлению костной ткани, в результате чего метафиз сливается с эпифизом, образуя синостоз (костное сращение). Таким образом, окостенение и рост костей возникают благодаря активности остеобластов и остеокластов, выполняющих противоположные функции: созидание и разрушение. Это наглядно иллюстрирует диалектический закон единства и борьбы противоположностей. «Жить — значит умирать».

Соответственно описанному развитию и функции в каждой трубчатой кости различаются следующие части (см. рис. 7):

1. Тело кости, диафиз, представляет собой костную трубку, содержащую у взрослых желтый костный мозг и выполняющую преимущественно функ ции опоры и защиты. Стенка трубки состоит из плотного компактного вещества, substantia compacta, в котором костные пластинки расположены очень близко друг к другу и образуют плотную массу.

Компактное вещество диафиза разделяется на два слоя в соответствии с характером окостенения: 1) внешний кортикальный слой (cortex — кора), который образуется через перихондральное окостенение из надхрящницы или надкостницы и получает свое кровоснабжение от соответствующих сосудов; 2) внутренний слой, который формируется через эндохондральное окостенение и получает питание от кровеносных сосудов костного мозга.

Концы диафиза, прилегающие к эпифизарному хрящу, называемые метафизами, развиваются наряду с диафизом и участвуют в увеличении длины костей, обладая губчатой структурой (substantia spongiosa). В ячейках данной «костной губки» находится красный костный мозг.

2. Суставные концы каждой трубчатой кости, расположенные по другую сторону эпифизарного хряща, эпифизы. Они также состоят из губчатого вещества, содержащего красный костный мозг, но развиваются в отличие от метафизов эндохондрально из самостоятельной точки окостенения, за кладывающейся в центре хряща эпифиза; снаружи они несут суставную поверхность, участвующую в образовании сустава.

3. Вблизи эпифиза расположены костные выступы — апофизы, к которым прикрепляются мышцы и связки. Они развиваются эндохондрально из отдельных точек окостенения, будучи построенными из губчатого вещества. В костях, не относящихся к трубчатым, но формирующихся из нескольких очагов окостенения, также можно наблюдать аналогичные структуры.

Кости: основы

Кости – это больше, чем просто опора, удерживающая части тела вместе. Это живая ткань, которая постоянно изменяется. Кости бывают разной формы и разного размера.

Кости выполняют разнообразные функции. Они поддерживают структуру организма, защищают внутренние органы от механических повреждений, обеспечивают движение, депонируют кальций и прочие минералы. Кроме этого, кости создают собой окружение для костного мозга, в котором образуются клетки крови.

В теле новорожденного ребенка находится 270 мягких костей. По мере роста некоторые из них срастаются, к совершеннолетию их общее количество составляет 206.

Наиболее крупная кость в организме человека — бедренная, а самая миниатюрная — стремечко, находящееся во внутреннем ухе, длиной всего 3 мм.

Кости состоят из коллагена – белка, формирующего упругую основу кости. Прочность ей придают соединения кальция, они заполняют пространство между волокнами коллагена. Более 99% кальция организма человека содержится именно в костях.

Кости имеют ячеистую структуру, поэтому при их достаточной прочности они очень легкие.

Костные структуры состоят из двух типов тканей: компактной и губчатой.

Компактное вещество представляет собой прочный, плотный наружный слой, составляющий около 80% массы кости.

Губчатое вещество – внутренний слой, представляющий собой сеть гибких трабекул, которые придают кости упругость.

Костная ткань включает в себя следующие элементы:

· остеобласты и остеоциты – ответственные за рост костной ткани;

· остеокласты – отвечают за разрушение кости;

· остеоид – смесь из коллагена и других белков;

• неорганические минеральные соли;

· нервы и кровеносные сосуды;

· оболочки, включая эндост и периост (надкостницу).

Клеточная структура костной ткани

Кости не являются статичной материей; в них постоянно происходят процессы формирования и разрушения. Эти процессы контролируются тремя типами клеток.

Остеобласты. Эти клетки отвечают за построение новой ткани и восстановление уже имеющейся. Остеобласты синтезируют ряд белков, которые вместе составляют остеоид. Остеоид впоследствии минерализуется и превращается в костную ткань. Кроме того, остеобласты синтезируют биологические активные вещества (простагландины).

Остеоциты представляют собой остеобласты в неактивном состоянии. Они остаются в «костной ловушке», которую сами же создали, и прекращают свою активную деятельность. В то же время остеоциты сохраняют связь с остеокластами и другими остеобластами.

Остеокласты. Это крупные многоядерные клетки, задача которых – разрушить кость. Они вырабатывают ферменты и кислоты, которые растворяют минеральные вещества в кости. Минералы поглощаются остеокластами. Этот процесс называется резорбцией кости.

Остеокласты помогают разрушить неправильно растущую костную ткань, «проложить» путь для нервных волокон и кровеносных сосудов.

Костный мозг располагается внутри губчатого вещества кости. Его задача – создание форменных элементов крови. Каждую секунду в нем образуется 2 миллиона эритроцитов

Кость в своей сущности представляется как живые клетки, встроенные в минерально-органический матрикс. Этот матрикс представляет собой межклеточное вещество. Его компоненты:

· органические: основную массу его составляет коллаген 1 типа;

· неорганические: гидроксиапатит, соли кальция и фтора и другие.

Коллаген придает костям эластичность, обеспечивая сопротивление растяжению, тогда как гидроксиапатит отвечает за прочность, придавая устойчивость к сжатию.

Какова роль костей?

Кости выполняют ряд жизненно важных функций.

Механическая. Кости служат опорой для тела, обеспечивая его форму. К ним прикрепляются мышцы, связки и сухожилия. Если бы мышцы не были прикреплены к костям, любое движение стало бы невозможным. Кости также защищают внутренние органы от механических повреждений: череп защищает головной мозг, а ребра — легкие и т.д.

Кроветворная. В губчатой ткани находится красный костный мозг, в котором синтезируются клетки крови. Часть старых и дефектных эритроцитов разрушается в костном мозге.

Метаболическая:

· депо минералов (карбонаты, фосфаты и прочие), факторов роста (инсулиноподобный фактор роста), липидов;

• поддержка кислотно-щелочного баланса крови за счет поглощения или высвобождения щелочных солей;

· детоксикация – кости могут поглощать из крови тяжелые металлы и другие токсические соединения;

· эндокринная – клетки костной ткани синтезируют биологически активные вещества, влияющие на углеводный и жировой обмен;

• поддержание нормального уровня кальция в крови благодаря процессам резорбции и синтеза костной ткани.

В человеческом теле выделяется пять видов костей.

Длинные кости – главным образом состоят из компактного вещества, образуют верхние и нижние конечности.

Короткие кости содержат незначительное количество компактного вещества, примерами которых являются кости кисти и стопы.

Плоские кости – содержат компактное и губчатое вещество, это кости черепа, грудина.

Сесамовидные кости – к ним не прикрепляются сухожилия, например, надколенник. Они защищают суставные поверхности от стирания и износа.

Смешанные кости – не относятся ни к одному из перечисленных видов, это позвонки и тазовые кости.

Кости скелета делятся на две категории:

· осевые – кости черепа, позвоночника, грудной клетки;

· периферические – кости конечностей, плечевого и тазового поясов.

В костях постоянно протекает двухкомпонентный процесс реконструкции: резорбция остеокластами и образование новой костной ткани остеобластами.

Ежегодно у взрослого человека заменяется около 10% костной ткани.

Реконструкция помогает организму устранять повреждения, формировать скелет в процессе роста и регулирует уровень кальция в крови.

Если нагрузка приходится длительно на определенный участок кости, например, во время занятий спортом, он становится толще.

Процесс реконструкции кости регулируется несколькими гормонами: кальцитонином, паратиреоидным гормоном, эстрогеном у женщин и тестостероном у мужчин.

Что такое остеопороз?

Остеопороз — это заболевание костной ткани, при котором наблюдается снижение минеральной плотности, что увеличивает риск переломов даже при незначительном физическом воздействии. Чаще всего остеопороз встречается у женщин в постменопаузальный период, но также может развиваться у женщин до менопаузы и мужчин.

Остеопороз возникает в случаях, когда резорбция кости происходит слишком быстро, когда образование кости затормаживается или при сочетании обеих причин. Он может быть вызван недостатком кальция, дефицитом витамина D, чрезмерным потреблением алкоголя и курением. Вопросы возникновения и лечения остеопороза в настоящее время активно изучаются по всему миру.

КОСТИ ЧЕЛОВЕКА – НОРМА И ПАТОЛОГИЯ

Кости человека представляют собой твердую опору для мягких тканей и играют роль рычагов, перемещающихся при помощи силы сокращения мышц. В организме кости образуют целую систему (systema skeletale).

Скелет человека состоит более чем из 200 костей.

На протяжении жизни скелет постоянно подвергается изменениям.

Каждая кость в теле является отдельным органом, который построен из соединительных тканей, костного мозга с сосудами и нервами.

Кости образуют каркас, поддерживающий форму человеческого тела.

Большинство костей внутри полые.

Наружная часть костей состоит из переплетения фиброзных тканей под названием матрица, внутри которой откладывают соли кальция. Мягкие ткани внутри трубчатых (полых) костей называются костный мозг. На каждом конце кости находится участок мягких тканей, напоминающих костные, которые образуют хрящ.

Хрящ состоит из фиброзной матрицы, ткани которой содержат гелеобразное вещество, почти лишенное кальция. Несмотря на то, что хрящ мягче костей, он все равно намного прочнее большинства других тканей.

Кости в основном формируются из хрящевой ткани. Далее калиция откладывается в хрящ Ткани и происходит формирование кости. После завершения роста на концах костей остается небольшое количество хрящей, выполняющих функции амортизаторов. Хрящи вместе со связками (сухожилиями) и рядом других тканей образуют суставы, соединяющие кости друг с другом.

У взрослых людей хрящевая ткань сохраняется лишь на концах некоторых костей как часть суставов. Кроме этого, хрящи обнаруживаются в грудной клетке в месте прикрепления ребер к грудине, а также на лицевых костях. Кроме этого, хрящевая ткань участвует в образовании таких структур, как трахея, гортань и наружное ухо.

Сами по себе кости очень прочные и твердые. Некоторые кости (например, бедренная) могут выдерживать давление до 1,5 тонн. Чтобы сломать большеберцовую кость (одну из костей голени), нужно приложить давление в 1,2-1,8 тонны.

Внешняя поверхность костей покрыта слоем фиброзной ткани, который называется надкостницей.

Костная ткань состоит из двух типов клеток.

К ним относятся остеобласты — клетки, которые отвечают за строительство костей, и остеокласты, растворяющие старую костную ткань. На первый взгляд кажется, что кость вообще не меняется. Однако на самом деле она очень активна. В организме человека постоянно протекают процессы формирования новой костной ткани, в то время как старые структуры постепенно отмирают.

Внутри трубчатых костей находится так называемая костномозговая полость, где расположен костный мозг. В некоторых костях он образован только жировой тканью, в других — сочетанием жира и клеток, отвечающих за кроветворение. Из этих клеток образуются компоненты крови: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. В костном мозге находятся иные клетки.

К ним относятся плазматические клетки (плазмоциты), фибробласты и ретикулоэндотелиальные клетки.

Известно множество заболеваний костной системы.

Многие из них сопровождаются ограничением подвижности, а некоторые могут приводить и к полному обездвиживанию человека.

Серьезные угрозы для жизни и здоровья могут представлять как злокачественные, так и доброкачественные опухоли костной ткани.

Злокачественные опухоли могут брать начало из всех клеток, из которых строятся кости.

У взрослых людей самой распространенной первичной злокачественной опухолью костей является хондросаркома. На ее долю приходится более 40% случаев. Далее следует остеосаркома (28%), хордома (10%), саркома Юинга (8%) и злокачественная фиброзная гистиоцитома/фибросаркома (4%). Оставшаяся часть приходится на некоторые крайне редкие виды злокачественных опухолей.

Остеосаркома и саркома Юинга чаще встречаются у детей и подростков, чем хондросаркома.

• Онкоортопедия в Израиле
• Кости – Скелет человека
• Кости человека – Норма и патология
• Кости – Опухоли костей
• Причины злокачественных опухолей костей
• Факторы риска злокачественных опухолей костей
• Симптомы злокачественных опухолей костей
• Ранняя диагностика злокачественных опухолей костей
• Диагностика злокачественных опухолей костей
• Классификация злокачественных опухолей костей
• Остеосаркома
• Параоссальная (юкстакортикальная) остеогенная саркома
• Хондросаркома
• Фибросаркома
• Саркома Юинга
• Гигантоклеточная опухоль кости
• Ретикулоклеточная саркома кости

• Нарушения костной ткани, возникающие редко
• Распространение метастазов
• Шансы на выживание при онкологических заболеваниях костей
• Вопросы, касающиеся онкологии костей, для обсуждения с врачом
• Методы лечения злокачественных образований костей
• Хирургические вмешательства при раке костей
• Лучевая терапия в лечении опухолей костей
• Химиотерапевтические методы против рака костной ткани
• Целевая терапия в онкологии костей
• Нетрадиционные и дополнительные методы лечения рака костей
• Научные исследования в области злокачественных опухолей костной ткани
• Период после терапии злокачественных образований костей
• Психоэмоциональное состояние и злокачественные опухоли костей
• Неэффективность текущего лечения
• Последние достижения в лечении онкологии костей
• Центр ортопедической онкологии МЦ Ихилов (Сураски)
• Профессор Ицхак Меллер — специалист в области ортопедической онкологии
• Профессор Яков Бикелс — ортопед-онколог
• Доктор Иуда Коландер — онколог-ортопед
• Доктор Яир Горчак — детский онкоортопед
• Современные подходы к лечению саркомы в МЦ Сураски (Ихилов)

Срастание костей после перелома

Если у вас сломалась машина, вы везете ее на сервис, если у вас протекают трубы, вы вызываете сантехника, а если у вас перелом костей, вы посещаете хирурга. Но в отличии от остальных вещей, кости начинают восстанавливаться самостоятельно. Тело человека обладает удивительной целительной силой, которая позволяет ему справиться с целым рядом заболеваний.

Врачи несомненно играют ключевую роль в процессе лечения, однако их основная задача заключается в создании оптимальных условий для самовосстановления организма. Процесс заживления костной ткани во многом зависит от состояния клеток. Но как же именно происходит восстановление костей после травм? Ответ на этот вопрос требует более глубокого понимания строения самой кости.

На первый взгляд кость выглядит, как неживая, обездвиженная часть нашей опорно-двигательной системы. Но весь наш скелет является таким же живым, как и любая часть организма. Тело сохраняет минералы в жесткой части кости. Во внутреннем красном костном мозге производятся красные кровяные клетки, а в желтом костном мозге жиры. Важно помнить, что кости постоянно меняются.

Процесс, при котором старая костная ткань замещается новой, называется костным ремоделированием. Костная ткань состоит из таких клеток, как остеокласты, остеобласты и хондробласты, последние из которых формируют хрящевую ткань. Все эти клетки в комплексе обеспечивают формирование костной ткани.

Хондробласты, остеобласты и остеокласты

После перелома организм сразу же пытается восстановить костную ткань в первоначальное состояние. Когда кость сломалась, трещина разрывает кровеносные сосуды, находящиеся по всей длине кости. Утечки крови образуют сгусток, называемый гематомой. Это помогает придерживать кость в первоначальном положении и отсекает приток крови к поврежденным краям кости.

Клетки костной ткани не могут существовать без постоянного кровоснабжения, поэтому крошечные сосуды начинаю развиваться в области гематомы для обеспечения этих клеток необходимыми питательными веществами. Вскоре образуется плотная ткань, известная как мозоль. Фибробласты начинают синтезировать коллагеновые волокна, которые являются основным белком в костной и соединительной ткани.

Затем хондробласты начинают производить волокнистые хрящи. Эта ткань делает мозоли жестче, устраняя разрыв между частями костей. Данный процесс длится около трех недель.

Далее остеобласты начинают производить костные клетки, превращая мозоли в костные мозоли. Эта костная скорлупа обеспечивает необходимую защиту в течение 3-4 месяцев, прежде чем кость пройдет финальную стадию исцеления.

Для того чтобы кость смогла выдержать полную нагрузку, требуется достаточно много времени. Остеокласты и остеобласты будут работать на преобразование мозоли в полноценную костную ткань в течение нескольких месяцев. Эти клетки также помогают сгладить выпуклости, возвращая кости их исходный контур. Параллельно улучшается кровообращение и поступление таких элементов, как кальций и фосфор, которые укрепляют кости.

Даже незначительные травмы нуждаются в медицинском наблюдении, чтобы процесс заживления был максимально эффективным. Для ускорения восстановления могут быть рекомендованы физиотерапия и электрофорез.

Предлагаем вам ознакомиться с линейкой аппаратов ЭСМА для медицины.

Строение и состав костей, их форма и функции

Цель: изучить строение костей их химический состав и свойства.

Ход урока

1. Организационный аспект
2. Обсуждение домашнего задания: работа с карточками, устное тестирование

1. Установите соответствие между типами соединения костей и примерами

Пример соединения костей

Тип соединения костей

1. Функции опорно-двигательной системы:

1. Защитная 2. Двигательная 3. Выделительная 4. Регуляторная

1. Составляющие опорно-двигательной системы:

1. Кожа 2. Мышечная ткань 3. Связки 4. Кости

1. Суставная головка и суставная впадина покрыты _____________ хрящом, а сам сустав находится в суставной _____________ и поддержан ________________________
2. Функционирование сустава обеспечивается:

1. Формой суставной поверхности 2. Наличием суставной жидкости

3. Суставными связками 4. Суставной сумкой

3. Перечислите основные типы соединений костей

III . Изучение новой темы

1. Форма кости. О существовании костей в нашем теле знает каждый. Действует скелет и в сказках. Старославянское слово «кощь» («кошть») означает «сухой». От него произошло слово «кость» и название персонажа русских сказок – Кощей Бессмертный.

Такое имя ему отведено не случайно – кости надолго «переживают» человека и порой сохраняются в земле тысячелетиями, почти не изменяясь.

Изучите на слайде различные виды костей. Попробуйте классифицировать их по форме. На основе ваших выводов заполните таблицу в тетради:

Форма костей

Некоторые кости черепалобная, клиновидная, решетчатая, верхняя челюсть.

Полые кости, имеющие внутри пространство, выстланное слизистой и заполненное воздухом

Сложные кости, обладающие разнообразной формой и строением. К примеру, тело позвонка принадлежит к губчатым костям, тогда как дуги и отростки могут классифицироваться как плоские.

Внимательно посмотрите на скелет – где в скелете расположены каждый из данных видов костей?

2. Структура костей. Изучите информацию и сформулируйте выводы о прочности костной ткани как строительного материала для человеческого скелета

Прочность на сжатие

Прочность на растяжение

как это ни удивительно, но кость по прочности уступает только твёрдым сортам стали и оказывается гораздо прочнее, ставших образцами прочности, гранита и бетона.

Давайте поэтапно рассмотрим, что придаёт костям их уникальные свойства, исходя из характеристик химического состава и внутренней структуры.

– Рассмотрите строение трубчатой кости и назовите основные части? (Диафиз – удлиненная средняя часть, эпифиз – два утолщенных конца). Учащиеся зарисовывают кость и подписывают основные части.

Давайте посмотрим, какие свойства придают кости неорганические вещества, а какие органические. Мы поместили куриную кость в 10% раствор соляной кислоты. Итак, давайте проверим свойства кости. Она способна гнуться во все стороны.

? Каковы результаты эксперимента? Органические соединения обеспечивают костям гибкость и эластичность.

Теперь давайте рассмотрим, как можно удалить органические компоненты из кости. Их можно сжечь. Верно, органические вещества легко воспламеняются. Мы видим, что кость обугливается, что свидетельствует о сгорании органики. При этом кость остаётся твёрдой, но теряет прочность.

Крошится в руках.

Каковы итоги эксперимента? Неорганические вещества (нерастворимые соли кальция и магния) придают костям прочность.

Итак, органические вещества (белки) придают кости упругость, а неорганические (нерастворимые соли кальция и магния) придают кости твердость. Сочетание же твердости и эластичности сообщает кости прочность.

Сделайте следующую запись в тетради:

Органические вещества придают кости_____

Неорганические соединения обеспечивают костям ____________

Сочетание этих веществ обеспечивает______

Кость содержит 30% органических веществ (белки, углеводы), 60% минеральных веществ (кальций, магний, фосфаты) и 10 % воды.

Внутреннее строение костей

– Рассмотрите иллюстрации на слайдах и определите, какое строение имеют кости изнутри? Кости покрывает надкостница — плотная соединительная ткань, содержащая множество кровеносных сосудов и нервных окончаний. Кровеносные сосуды обеспечивают питание клеток кости.

Внутренний слой надкостницы состоит из клеток, которые растут, размножаются, что обеспечивает рост кости в толщину и ее регенерацию при переломах. Надкостница плотно примыкает к компактному веществу кости. Компактное вещество образовано костной тканью. Кости взрослого человека в большинстве построены из пластинчатой костной ткани, которая образует остеоны, или гаверсовы системы. Они являются структурной единицей кости.

Клетки кости, такие как остеоциты и остеобласты, активно участвуют в образовании костной ткани. Остеобласты способствуют созданию костной структуры, тогда как остеоциты задают форму кости. Отдельные кости имеют как компактное, так и губчатое вещество. Их соотношение и расположение зависят от места кости в скелетной системе и её функционального назначения.

Плотное (компактное) вещество особенно хорошо развито в тех костях и их частях, которые выполняют функции опоры и движения. Например, из компактного вещества построено тело длинных трубчатых костей. Костные пластинки имеют цилиндрическую форму и как бы вставлены одна в другую. Такое трубчатое строение компактного вещества придает костям большую прочность и легкость.

Губчатое вещество образовано множеством костных пластинок, которые располагаются по направлениям максимальной нагрузки. Им образованы утолщения головок длинных трубчатых костей, а также короткие плоские кости. Губчатое вещество состоит из костных перемычек и балок, которые образуют многочисленные ячейки.

А для чего же в губчатом веществе кости столько много ячеек? (Найдите ответ в учебнике) – в них находится красный костный мозг, являющийся органом кроветворения – в нем образуются клетки крови. Полости длинных трубчатых костей взрослых людей заполнены желтым костным мозгом, в котором содержатся жировые клетки. Желтый костный мозг состоит из клеток соединительной ткани. Это клетки жировой и кроветворной соединительной ткани. Желтый костный мозг играет роль резерва на случай, когда красный мозг не справляется с работой. Красный костный мозг с возрастом заменяется желтым костным мозгом

С течением времени соотношение компактного и губчатого вещества в костях человека изменяется. Эти изменения зависят от образа жизни, питания и здоровья человека. У спортсменов плотной ткани значительно больше, чем у людей, которые ведут малоподвижный образ жизни.

Кости могут расти в длину и толщину. В длину они растут за счет деления клеток хряща, расположенных на ее концах. За счет деления клеток внутреннего слоя надкостницы, кости растут в толщину и зарастают при переломах. Несмотря на то, что рост кости в толщину осуществляется непрерывно за счёт надкостницы, кость взрослого человека не становится массивнее.

Масса длинных трубчатых костей человека увеличивается незначительно, потому что стенки костномозговой полости содержат клетки, растворяющие кость. Благодаря сложной и согласованной работе тех и других клеток достигается оптимальная прочность кости при наименьших массе и затрате материала.

IV. Подведение итогов

1. Обдумайте, как наличие множества трубочек с прочными стенками в компактном веществе способствует прочности костей при минимальных затратах материалов. Почему фюзеляж самолёта изготавливают из прочных трубчатых конструкций, а не из плоского металла?

2. Объясните, почему искривления костей чаще бывают у детей, а переломы – у пожилых людей.

V. Задание на дом 6