Мы открываем новую главу анатомии, посвященную опорно-двигательному аппарату. Именно он обеспечивает опору для организма, поддерживает части тела в необходимом положении, служит защитой внутренним органам и обеспечивает локомоторную функцию — движение.
Кости — основа опорно-двигательного аппарата, который мы начинаем изучать. Наука о костях — остеология (от лат. os — кость.)
Помимо того, что вы узнали о строении костей в разделе «соединительные ткани», существует еще ряд важнейших моментов, на которые я обращу внимание в данной статье.
Скелет и суставы — пассивная часть опорно-двигательного аппарата, мышцы — активная часть. Сокращаясь, мышцы меняют положения костей — возникают различные движения.
Строение кости
Кость состоит из органических и неорганических веществ. Органические вещества представлены оссеином (от лат. os — кость), неорганические вещества — фосфатом кальция. Эластичность костей обусловлена оссеином, а твердость — солями кальция. В норме это соотношение представляет баланс.
У детей кости более эластичны и упруги, чем у взрослых: в них преобладают органические вещества. Кости пожилых людей содержат больше солей кальция, поэтому хрупкие и подвержены переломам.
Компактное вещество кости формируют костные пластины, плотно прилегающие друг к другу и образующие остеоны (структурные единицы компактного вещества костной ткани). Компактное вещество придает кости прочность.
Губчатое вещество также содержит костные пластинки, однако они не образуют остеоны, в связи с чем губчатое вещество менее прочное, чем компактное вещество. В губчатом веществе между костными перекладинами (костными балками) расположен красный костный мозг.
В красном костном мозге проходят начальные стадии развития форменные элементы крови: здесь появляются эритроциты, лейкоциты, тромбоциты.
Желтый костный мозг (жировая ткань) выполняет питательную функцию: здесь накапливаются питательные вещества — жиры. В случае кровопотери желтый костный мозг способен выполнять резервную функцию и превращаться в красный костный мозг.
Локализуется желтый костный мозг в костномозговых полостях трубчатых костей (в диафизах).
Итак, подведем итоги. Губчатое вещество — место расположения красного костного мозга — центрального органа кроветворения. В полостях трубчатых костей располагается желтый костный мозг, выполняющий питательную функцию и способный выполнять кроветворную функцию при больших кровопотерях.
Структурная единица компактного вещества кости — остеон, или Гаверсова система. В канале остеона (Гаверсовом канале) проходят кровеносные сосуды, нервы. Располагаются остеоны по направлению действия силы, что определяет механическую прочность кости.
Основные клетки костной ткани, изученные нами в разделе «соединительные ткани»: остеобласты, остеоциты и остеокласты. Остеоциты имеют отростчатую форму и располагаются вокруг Гаверсова канала.
Классификация костей
Кости подразделяются на:
- Трубчатые
- Губчатые
- Смешанные
- Плоские (широкие)
Кости цилиндрической формы, чаще всего их длина больше ширины. В полости трубчатых костей находится желтый костный мозг. К длинным трубчатым относятся бедренная, малоберцовая и большеберцовая кости, плечевая, лучевая и локтевая кости. К коротким — плюсневые и пястные кости, фаланги пальцев. Трубчатые кости выполняют функции подобно рычагам при движении.
Губчатые кости покрыты снаружи слоем компактного вещества, состоят из губчатого вещества, в котором находится красный костный мозг. Губчатые кости: грудина, ребра, кости запястья и предплюсны. Ключица — губчатая кость по строению, однако по форме — трубчатая кость.
Для этих костей характерна сложная форма, в ходе развития они обычно образуются из нескольких частей. К ним относят позвонки (позвонок — смешанная губчатая кость), крестец, подъязычную кость.
Сходны по строению с губчатыми костями. Плоскими костями являются: теменная, лобная, височная и затылочная (кости черепа), лопатка, тазовая кость.
Строение трубчатой кости
На примере трубчатой кости мы с вами разберем части, на которые подразделяется кость. Поверхность кости покрыта надкостницей — соединительнотканной оболочкой, в толще которой лежат кровеносные сосуды и нервы, дающие ветви внутрь.
Запомните, что рост кости в толщину происходит именно благодаря надкостнице: ее внутренний слой клеток делится, при этом толщина кости увеличивается. Таким образом, надкостница выполняет ряд важных функций:
- Защитную — наружный слой плотный, защищает кость от повреждения
- Питательную (трофическую) — в толще надкостницы к кости проходят сосуды
- Нерворегуляторную — в толще надкостницы проходят нервы
- Костеобразовательную — рост кости в толщину
Помимо надкостницы, трубчатая кость состоит из центрального отдела — диафиза, концевого отдела — эпифиза, и располагающегося между ними метафиза. В диафизах преобладает компактное вещество кости, в эпифизах — губчатое. Эти термины легко объяснить и запомнить с помощью рисунка, так что сделайте схему, и вы быстро их выучите.
Обратите свое особое внимание на метафиз, прилегающий к эпифизарной пластинке. Именно за счет этой пластинки, располагающейся между метафизом и эпифизом, происходит рост кости в длину. Эпифизарная пластинка хорошо кровоснабжается.
Соединения костей
Кости могут быть соединены друг с другом неподвижно: кости таза, черепа. К полуподвижным можно отнести: соединения позвонков, костей предплюсны, запястья, ребер.
Сустав — подвижное соединение двух костей. Наука о суставах — артрология (греч. aithron — сустав, logos — учение.)
В месте образования сустава кости отделены друг от друга суставной щелью. Поверхности костей в суставе (называемые — суставные) покрыты гиалиновым хрящом, который снижает трение между костями, выполняет амортизирующую функцию.
Суставную полость окружает суставная сумка (капсула), изнутри покрытая синовиальной оболочкой. Внутри суставная сумка заполнена синовиальной жидкостью, которая смазывает суставные поверхности костей и уменьшает их трение друг о друга. Снаружи сустав фиксируют связки.
В норме кости могут смещаться относительно друг друга в суставе, однако при травме, слишком резком и сильном движении это смещение может быть слишком сильным: в результате нарушается соприкосновение суставных поверхностей. В таком случае говорят о возникновении вывиха.
Вывих — смещение суставных концов костей, которое сопровождается повреждением связочно-капсульного аппарата сустава.
Переломы костей
Перелом кости — частичное или полное нарушение целостности кости, возникающее в результате нагрузки превышающей прочность травмированного участка.
Переломы подразделяются на:
- Открытые — над переломом локализуется рана, проникающая или непроникающая до костных отломков
- Закрытые — перелом без повреждения кожных покровов над ним
Техника оказания медицинской помощи при переломах:
- Вызвать скорую медицинскую помощь
- При наличии кровотечения — его немедленно нужно остановить, наложив жгут
- В случае повреждения кожных покровов — наложить асептическую повязку, используя бинт или чистую ткань
- Дать пострадавшему обезболивающее, убедившись в отсутствии у него аллергии
- Иммобилизовать (обездвижить) поврежденную конечность специальными шинами, зафиксировать суставы выше и ниже места перелома. Для иммобилизации можно использовать подручные средства (палки, доски, прутья и т.п.)
Костная ткань. Функции костной ткани. Строение костной ткани :
В состав скелета любого взрослого человека входит 206 различных костей, все они различны по строению и роли. На первый взгляд они кажутся твердыми, негибкими и безжизненными. Но это ошибочное впечатление, в них непрерывно происходят различные обменные процессы, разрушение и регенерация.
Они, в совокупности с мышцами и связками, образуют особую систему, что носит название «костно-мышечная ткань», основная функция которой — опорно-двигательная. Она образована из нескольких видов особых клеток, которые различаются по структуре, функциональным особенностям и значению.
О костных клетках, их строение и функциях далее и пойдет речь.
Строение костной ткани
Это отдельный вид соединительной ткани, из нее образуются все кости в человеческом теле. В ее состав входят особые клетки и межклеточное вещество.
Последнее включает органический матрикс, состоящий из коллагеновых волокон (90-95% от общей массы) и минеральных компонентов, в основном солей кальция (5-10%). Благодаря такому составу костная ткань человека имеет гармоничное сочетание твердости и эластичности.
Различают три группы клеток: остеокласты (слева), остеобласты (посередине), остеоциты (справа на фото).
Более подробно остановимся на них далее. Коллаген, содержащийся в матриксе, имеет отличия от своих аналогов, находящихся в других тканях, главным образом за счет того, что содержит больше специфических полипептидов. Волокна расположены, как правило, параллельно уровню наиболее вероятных нагрузок на кость. Именно благодаря нему сохраняется эластичность и упругость.
Если кость подвергнуть действию соляной кислоты, то минеральные вещества будут растворены, а вот органические (оссеин) останутся. Они сохранят форму, но станут чрезмерно гибкими и сильно подверженными деформированию. Такое состояние характерно для маленьких детей. У них высоко содержание оссеина, поэтому кости более эластичны, чем у взрослых.
И обратный случай, когда теряются органические вещества, но остаются минеральные. Это происходит, если, к примеру, кость обжечь: она сохранит свою форму, но приобретет вместе с тем сильную хрупкость и может разрушиться даже от незначительного прикосновения. Такие изменения состав костной ткани претерпевает в старости. Доля минеральных солей доходит до 80% от всей массы.
Поэтому пожилые люди более подвержены различного рода переломам и травмам.
Если установить плотность костной ткани (объем), то это позволит оценить прочность скелета и его отдельных частей. Такие исследования проводятся с использованием компьютерной томографии. Своевременная диагностика позволяет начать лечение или поддерживающую терапию вовремя.
Остеобласты (активные): особенности строения
Остеобласты – это клетки костной ткани, располагающиеся в верхних ее слоях, имеющие многоугольную, кубическую форму с различного вида отростками. Внутреннее содержимое мало чем отличается от других. Хорошо развитый зернистый эндоплазматический ретикуллум содержит различные элементы, рибосомы, аппарат Гольджи, округлой или овальной формы ядро богатое хроматином и содержащее ядрышко. Снаружи эти клетки костной ткани окружены тончайшими микрофибриллами.
Главная функция остеобластов – синтез компонентов межклеточного вещества.
Это коллаген (преимущественно первого типа), гликопротеины матрикса (остеокальцин, остеонектин, остеопонтин, костный сиалопротеин), протеогликаны (бигликан, гиалуроновая кислота, декорин), а также различные костные морфогенетические белки, факторы роста, ферменты, фосфопротеины. Нарушение выработки всех этих соединений остеобластами наблюдается при некоторых заболеваниях. Например, недостаток витамина С (цинга) у детей характеризуется нарушением развития и роста костей вследствие дефекта синтеза коллагена и гликозаминогликанов. По этой же причине и замедляется восстановление костной ткани, заживление при переломах. Так как остеобласты фактически отвечают за рост, то присутствуют исключительно в развивающейся костной ткани.
Механизм минерализации остеобластами органического матрикса
Существует два способа:
- Отложение кристаллов гидроксилата вдоль фибрилл коллагена из перенасыщенной внеклеточной жидкости. Особую роль при этом отводят некоторым протеогликанам, которые связывают кальций и удерживают его в зонах зазоров.
- Секреция особых матричных пузырьков. Это мелкие мембранные структуры, которые синтезируются и выделяются остеобластами. В них в большой концентрации содержится фосфат кальция и щелочная фосфатаза. Особая микросреда, создаваемая внутри пузырьков, благоприятствует образованию первых гидроксиапатитовых кристаллов.
Скорость минерализации остеоида (костная ткань на стадии формирования) может существенно меняться, в норме она занимает около 15 суток. Нарушения могут происходить при снижении концентрации ионов кальция в крови или фосфата. Результатом этого является размягчение и деформация костей – остеомаляция. Аналогичные нарушения наблюдаются, например, при рахите (дефицит витамина D).
Неактивные (покоящиеся) остеобласты
Они образуются из активных остеобластов, у нерастущей кости покрывают около 80-95% ее поверхности. Они имеют уплощенную форму с веретеновидным ядром. Остальные органеллы редуцированы. Но сохраняются рецепторы, реагирующие на различные гормоны и факторы роста.
Между покоящимися остеобластами и остеоцитами сохраняется связь и таким образом образуется система, регулирующая минеральный обмен. Если происходит какое-либо повреждение (травмы, переломы), то они активизируются, и начинается активный синтез коллагена, выработка органического матрикса.
Другими словами, за счет их происходит регенерация костных тканей. В то же время они могут быть причиной злокачественной опухоли – остеосаркомы.
Остеоциты: строение и функции
Эти клетки составляют основу зрелой костной ткани. Форма у них веретенообразная, с множеством отростков. Органелл значительно меньше по сравнению с остеобластами, есть округлое ядро (в нем преобладает гетеохроматин) с ядрышком. Остеоциты располагаются в лакунах, но непосредственно с матриксом не соприкасаются, а окружены тонким слоем костной жидкости. За счет нее осуществляется питание клеток.
Аналогично отделены и их отростки, имеющие достаточно большую длину до 50 мкм, располагающиеся в специальных канальцах.
Их очень много, костная ткань буквально пронизана ими, они образуют ее дренажную систему, в которой и содержится тканевая жидкость. Через нее осуществляется обмен веществ между межклеточным веществом и клетками.
Также стоит отметить, что они не делятся, а образуются из остеобластов и являются основными компонентами в сформировавшейся костной ткани.
Основная функция остеоцитов – поддержание нормального состояния костного матрикса и баланса кальция и фосфора в организме. Они способны воспринимать механические напряжения, и чувствительны к электрическим потенциалам, возникающим при действии деформирующих сил. Реагируя на них, они запускают локальный процесс, при котором соединительная костная ткань начинает перестраиваться.
Остеокласты
Такое название получили крупные клетки, содержащие от 5 до 100 ядер, имеющие моноцитарное происхождение, разрушающие кости и хрящи или, по-другому, вызывающие их резорбцию. В цитоплазме остеокластов содержится много митохондрий, элементов ЭПС (зернистой) и аппарат Гольджи, рибосомы, а также различные по функции лизосомы. В ядрах содержится большое количество хроматина и есть хорошо различимые ядрышки. Также имеется достаточное количество цитоплазматических отростков, больше всего их располагается на поверхности, прилегающей к разрушаемой кости. Они увеличивают площадь соприкосновения с ней. Костная ткань начинает разрушаться при повышении уровня особого гормона (паратиреоидного), который приводит к активации остеокластов. Механизм этого процесса связывают с выделением ими углекислого газа, который под воздействием специального фермента (карбоангидраза) превращается в кислоту, имеющую название угольная, она и растворяет соли кальция.
Механизм резорбции костной ткани
Стоит отметить, что процесс разрушения протекает циклически, и периоды высокой активности каждой клетки неизменно сменяются периодами покоя. Резорбция протекает в несколько этапов:
- Прикрепление остеокласта к разрушаемой поверхности кости, при этом наблюдается выраженная перестройка его цитоскелета.
- Окисление содержимого лакун. Это происходит либо путем выделения в них содержимого вакуолей, имеющего кислую среду, либо в результате действия протонных насосов.
- Разрушение минерального компонента матрикса.
- Растворение органических соединений в результате действия ферментов, секретируемых остеокластами в лакуну и активированными кислой средой.
- Выведение продуктов разрушения костной ткани.
Регуляция деятельности остеокластов определяется общими и местными факторами. К первым, например, относятся паратгормон, витамин D, они стимулируют активность. А угнетающими являются кальцитонин и эстрогены. К местным относится такой фактор, как создание электрического локального поля при механическом напряжении, к которому эти клетки очень чувствительны.
Строение грубоволокнистой костной ткани
Второе ее название — ретикулофиброзная. Она формируется у зародыша, как будущая основа костей. У взрослого же человека ее присутствие минимально, она сохраняется в швах черепа после того, как они зарастают и в зонах, где сухожилия прикрепляются к костям, а также в участках остеогенеза, например, при заживлении различного рода переломов.
Строение костной ткани этого вида специфическое. Коллагеновые волокна собраны в плотные пучки, которые расположены неупорядоченно, имеют между собой «перекладины». Она обладает низкой механической прочностью, содержание остеоцитов значительно выше по сравнению с пластинчатой разновидностью.
В патологических условиях наращивание костной ткани этого типа происходит при переломе кости или при болезни Педжета.
Особенности пластинчатой костной ткани
Она образована костными пластинками, имеющими толщину 4-15 мкм. Они, в свою очередь, состоят их трех компонентов: остеоцитов, основного вещества и коллагеновых тонких волокон. Из этой ткани образованы все кости взрослого человека.
Волокна коллагена первого типа лежат параллельно относительно друг друга и ориентированы в определенном направлении, у соседних же костных пластинок они направлены в противоположную сторону и перекрещиваются практически под прямым углом. Между ними находятся тела остеоцитов в лакунах.
Такое строение костной ткани обеспечивает ей наибольшую прочность.
Губчатое вещество кости
Встречается также название «трабекулярное вещество». Если проводить аналогию, то структура сравнима с обычной губкой, построенной из костных пластинок с ячейками между ними. Расположены они упорядоченно, в соответствии с распределенной функциональной нагрузкой. Из губчатого вещества в основном построены эпифизы длинных костей, часть смешанных и плоских и все короткие. Видно, что в основном это легкие и в то же время прочные части скелета человека, которые испытывают нагрузку в различных направлениях. Функции костной ткани находятся в прямой взаимосвязи с ее строением, которое в данном случае обеспечивает большую площадь для метаболических процессов, осуществляемых на ней, придает высокую прочность в совокупности с небольшой массой.
Плотное (компактное) вещество кости: что это?
Из компактного вещества состоят диафизы трубчатых костей, кроме того, оно тонкой пластинкой покрывает их эпифизы снаружи. Его пронизывают узкие каналы, через них проходят нервные волокна и кровеносные сосуды. Некоторые из них располагаются параллельно костной поверхности (центральные или гаверсовы).
Другие выходят на поверхность кости (питательные отверстия), через них внутрь проникают артерии и нервы, а наружу — вены. Центральный канал, в совокупности с окружающими его костными пластинками, образует так называемую гаверсову систему (остеон).
Это основное содержимое компактного вещества и их рассматривают как его морфофункциональную единицу.
Остеон – структурная единица костной ткани
Второе его название — гаверсова система. Это совокупность костных пластинок, имеющих вид цилиндров вставленных друг в друга, пространство между ними заполняют остеоциты. В центре располагается гаверсов канал, через него проходят обеспечивающие обмен веществ в костных клетках кровеносные сосуды. Между соседними структурными единицами есть вставочные (интерстициальные) пластинки. По сути, они являются остатками остеонов, существовавших ранее и разрушившихся в тот момент, когда костная ткань претерпевала перестройку. Также существуют еще генеральные и окружающие пластинки, они образуют самый внутренний и наружный слой компактного вещества кости соответственно.
Надкостница: строение и значение
Исходя из названия, можно определить, что она покрывает кости снаружи. Прикрепляется она к ним с помощью коллагеновых волокон, собранных в толстые пучки, которые проникают и сплетаются с наружным слоем костных пластинок. Имеет два выраженных слоя:
- наружный (его образует плотная волокнистая, неоформленная соединительная ткань, в ней преобладают волокна, располагающиеся параллельно к поверхности кости);
- внутренний слой хорошо выражен у детей и менее заметен у взрослых (образован рыхлой волокнистой соединительной тканью, в которой есть веретенообразные плоские клетки – неактивные остеобласты и их предшественники).
Надкостница выполняет несколько важных функций. Во-первых, трофическую, то есть обеспечивает кость питанием, поскольку на поверхности содержит сосуды, которые проникают внутрь вместе с нервами через специальные питательные отверстия. Эти каналы питают костный мозг. Во-вторых, регенераторную.
Она объясняется наличием остеогенных клеток, которые при стимуляции трансформируются в активные остеобласты, вырабатывающие матрикс и вызывающие наращивание костной ткани, обеспечивающие ее регенерацию. В-третьих, механическую или опорную функцию.
То есть обеспечение механической связи кости с другими прикрепляющимися к ней структурами (сухожилиями, мышцами и связками).
Функции костной ткани
Среди основных функций можно перечислить следующие:
- Двигательная, опорная (биомеханическая).
- Защитная. Кости оберегают от повреждений головной мозг, сосуды и нервы, внутренние органы и т. д.
- Кроветворная: в костном мозге происходит гемо — и лимфопоэз.
- Метаболическая функция (участие в обмене веществ).
- Репараторная и регенераторная, заключающиеся в восстановлении и регенерации костной ткани.
- Морфобразующая роль.
- Костная ткань – это своеобразное депо минеральных веществ и ростовых факторов.
Строение и состав кости — урок. Биология, Человек (8 класс)
Кость — основная структурная единица скелета.
В образовании кости основная роль принадлежит соединительной костной ткани.
Костная ткань включает:
- клетки — остеоциты;
- и межклеточное вещество.
Межклеточное вещество очень плотное, что придаёт костной ткани механическую прочность.
Остеоциты окружены мельчайшими «канальцами» с межклеточной жидкостью, через которую происходит питание и дыхание костных клеток. В костных каналах проходят нервы и кровеносные сосуды. 
- Твёрдость костям придаёт наличие в их составе неорганических веществ: минеральных солей фосфора, кальция, магния.
- Гибкость и упругость придают органические вещества.
- Прочность кости обеспечивается сочетанием твёрдости и упругости.
- Большей гибкостью обладают кости растущего организма, большей прочностью — кости взрослого (но не старого) человека.
- Состав кости и свойства веществ, входящих в её состав, можно экспериментально доказать.
- Сжиганием:
при длительном прокаливании кости органические соединения сгорают. Кость становится хрупкой, рассыпается при прикосновении на множество мелких частиц. Остатки состоят из неорганических соединений. Значит, в отсутствие органических веществ кость теряет гибкость и упругость.Погружением в раствор соляной кислоты на несколько дней:
неорганические соли растворяются в соляной кислоте и вымываются из кости. Кость становится гибкой, её можно завязать в узел. Значит, при отсутствии неорганических солей кость теряет твёрдость.
Каждая кость — сложный орган.
- По форме кости разделяют на:
- трубчатые;
- губчатые;
- плоские;
- смешанные.
Рассмотрим строение трубчатых костей на примере бедренной кости.
Во внешнем строении длинной трубчатой кости можно выделить тело кости (диафиз) и две концевые суставные головки (эпифизы).
Эпифизы трубчатой кости покрыты хрящом.
Между телом и головками расположен эпифизарный хрящ, обеспечивающий рост кости в длину.
Внутри кости находится полость (канал) с жёлтым костным мозгом (жировой тканью), что и дало название таким костям — трубчатые. 
Эпифизы бедренной кости представлены губчатым веществом.
Тело кости (диафиз) внутри образовано губчатым веществом, снаружи — толстой пластинкой компактного вещества и покрыто оболочкой — надкостницей.
В надкостнице расположены кровеносные сосуды и нервные окончания, благодаря чему она обеспечивает рост кости в толщину, питание, срастание костей после переломов. На суставных головках (эпифизах) надкостница отсутствует.
Кости человека: строение, состав их соединение и устройство суставов
Каждая кость человека представляет собой сложный орган: она занимает определенное положение в теле, имеет свою форму и строение, выполняет свойственную ей функцию. В образовании кости принимают участие все виды тканей, но преобладает костная ткань.
Общая характеристика костей человека
Хрящ покрывает только суставные поверхности кости, снаружи кость покрыта надкостницей, внутри расположен костный мозг. Кость содержит жировую ткань, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы.
Костная ткань обладает высокими механическими качествами, ее прочность можно сравнить с прочностью металла. Химический состав живой кости человека содержит: 50% воды, 12,5% органических веществ белковой природы (оссеин), 21,8% неорганических веществ (главным образом фосфат кальция) и 15,7% жира.
Виды костей по форме разделяют на:
- Трубчатые (длинные — плечевая, бедренная и др.; короткие — фаланги пальцев);
- плоские (лобная, теменная, лопатка и др.);
- губчатые (ребра, позвонки);
- смешанные (клиновидная, скуловая, нижняя челюсть).
Строение костей человека
Основной структурой единицей костной ткани является остеон, который виден в микроскоп при малом увеличении. Каждый остеон включает от 5 до 20 концентрически расположенных костных пластинок.
Они напоминают собой вставленные друг в друга цилиндры. Каждая пластинка состоит из межклеточного вещества и клеток (остеобластов, остеоцитов, остеокластов). В центре остеона имеется канал — канал остеона; в нем проходят сосуды.
Между соседними остеонами расположены вставочные костные пластинки.
Строение кости человека
Костную ткань образуют остеобласты, выделяя межклеточное вещество и замуровываясь в нем, они превращаются в остеоциты — клетки отростчатой формы, неспособные к митозу, со слабо выраженными органеллами. Соответственно в сформировавшейся кости содержатся в основном остеоциты, а остеобласты встречаются только в участках роста и регенерации костной ткани.
Наибольшее количество остеобластов находится в надкостнице — тонкой, но плотной соединительно-тканной пластинке, содержащей много кровеносных сосудов, нервных и лимфатических окончаний. Надкостница обеспечивает рост кости в толщину и питание кости.
Остеокласты содержат большое количество лизосом и способны выделять ферменты, чем можно объяснить растворение ими костного вещества. Эти клетки принимают участие в разрушении кости. При патологических состояниях в костной ткани количество их резко увеличивается.
Остеокласты имеют значение и в процессе развития кости: в процессе построения окончательной формы кости они разрушают обызвествленный хрящ и даже новообразованную кость, «подправляя» ее первичную форму.
Структура кости: компактное и губчатое вещество
На распиле, шлифах кости различают две ее структуры — компактное вещество (костные пластинки расположены плотно и упорядоченно), расположенное поверхностно, и губчатое вещество (костные элементы расположены рыхло), лежащее внутри кости.
Компактное и губчатое вещество кости
Такое строение костей в полной мере соответствует основному принципу строительной механики — при наименьшей затрате материала и большой легкости обеспечить максимальную прочность сооружения. Это подтверждается и тем, что расположение трубчатых систем и основных костных балок соответствует направлению действия силы сжатия, растяжения и скручивания.
Структура костей представляет собой динамическую реактивную систему, изменяющуюся в течение всей жизни человека. Известно, что у людей, занимающихся тяжелым физическим трудом, компактный слой кости достигает относительно большого развития. В зависимости от изменения нагрузки на отдельные части тела могут изменяться расположение костных балок и структура кости в целом.
Соединение костей человека
Все соединения костей можно разделить на две группы:
- Непрерывные соединения, более ранние по развитию в филогенезе, неподвижные или малоподвижные по функции;
- прерывные соединения, более поздние по развитию и более подвижные по функции.
Между этими формами существует переходная — от непрерывных к прерывным или наоборот — полусустав.
Строение сустава человека
Непрерывное соединение костей осуществляется посредством соединительной ткани, хрящей и костной ткани (кости собственно черепа). Прерывное соединение костей, или сустав, является более молодым образованием соединения костей. Все суставы имеют общий план строения, включающий суставную полость, суставную сумку и суставные поверхности.
Суставная полость выделяется условно, так как в норме между суставной сумкой и суставными концами костей пустоты не существует, а находится жидкость.
Суставная сумка охватывает суставные поверхности костей, образуя герметическую капсулу. Суставная сумка состоит из двух слоев, наружный слой которой переходит в надкостницу. Внутренний слой выделяет в полость сустава жидкость, играющую роль смазки, обеспечивая свободное скольжение суставных поверхностей.
Виды суставов
Суставные поверхности сочленяющихся костей покрыты суставным хрящом. Гладкая поверхность суставных хрящей способствует движению в суставах.
Суставные поверхности по форме и величине очень разнообразны, их принято сравнивать с геометрическими фигурами.
Отсюда и название суставов по форме: шаровидные (плечевой), эллипсовидные (луче-запястный), цилиндрические (луче-локтевой) и др.
Так как движения сочленяющихся звеньев совершаются вокруг одной, двух или многих осей, суставы принято также делить по количеству осей вращения на многоосные (шаровидный), двуосные (эллипсовидный, седловидный) и одноосные (цилиндрический, блоковидный).
В зависимости от количества сочленяющихся костей суставы делятся на простые, в которых соединяется две кости, и сложные, в которых сочленяется больше двух костей.
Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (29
Костные ткани: классификация, строение, функции. Цитофункциональная характеристика остеобластов, остеоцитов, остеокластов. Строение кости как органа. — Студопедия
Костная ткань является разновидностью соединительной ткани и состоит из клеток и межклеточного вещества, в котором содержится большое количество минеральных солей, главным образом фосфат кальция. Минеральные вещества составляют 70 % от костной ткани, органические — 30 %.
- Функции костных тканей:
- • опорная;
- • механическая;
- • защитная;
- • участие в минеральном обмене организма — депо кальция и фосфора.
- Классификация костных тканей
- Различают две разновидности костных тканей:
- • ретикулофиброзную (грубоволокнистую);
- • пластинчатую (параллельно волокнистую).
В ретикулофиброзной костной ткани пучки коллагеновых волокон толстые, извилистые и располагаются неупорядочено. В минерализованном межклеточном веществе в лакунах беспорядочно располагаются остеоциты.
Пластинчатая костная ткань состоит из костных пластинок, в которых коллагеновые волокна или их пучки располагаются параллельно в каждой пластинке, но под прямым углом к ходу волокон в соседних пластинках.
Между пластинками в лакунах располагаются остеоциты, тогда как их отростки проходят в канальцах через пластинки.
В организме человека костная ткань представлена почти исключительно пластинчатой формой. Ретикулофиброзная костная ткань встречается только как этап развития некоторых костей (теменных, лобных). У взрослых людей они находятся в области прикрепления сухожилий к костям, а также на месте окостеневших швов черепа (стреловидный шов чешуи лобной кости).
Клетки костной ткани: остеобласты, остеоциты, остеокласты. Основными клетками в сформированной костной ткани являются остеоциты. Это клетки отростчатой формы с крупным ядром и слабовыраженной цитоплазмой (клетки ядерного типа). Тела клеток локализуются в костных полостях — лакунах, а отростки — в костных канальцах.
Многочисленные костные канальцы, анастомозируя между собой, пронизывают всю костную ткань, сообщаясь с периваскулярными пространствами, и образуют дренажную систему костной ткани. В этой дренажной системе содержится тканевая жидкость, посредством которой обеспечивается обмен веществ не только между клетками и тканевой жидкостью, но и межклеточным веществом.
Для ультраструктурной организации остеоцитов характерно наличие в цитоплазме слабовыраженной зернистой эндоплазматической сети, небольшого числа митохондрий и лизосомы, центриоли отсутствуют. В ядре преобладает гетерохроматин.
Все эти данные свидетельствуют о том, что остеоциты обладают незначительной функциональной активностью, которая заключается в поддержании обмена веществ между клетками и межклеточным веществом. Остеоциты являются дефинитивными формами клеток и не делятся. Образуются они из остеобластов.
Остеобласты содержатся только в развивающейся костной ткани. В сформированной костной ткани они отсутствуют, но содержатся обычно в неактивной форме в надкостнице. В развивающейся костной ткани они охватывают по периферии каждую костную пластинку, плотно прилегая друг к другу, образуя подобие эпителиального пласта.
Форма таких активно функционирующих клеток может быть кубической, призматической, угловатой. В цитоплазме остеобластов содержится хорошо развитая зернистая эндоплазматическая сеть и пластинчатый комплекс Гольджи, много митохондрий. Такая ультраструктурная организация свидетельствует о том, что эти клетки являются синтезирующими и секретирующими.
Действительно, остеобласты синтезируют белок коллаген и гликозоаминогликаны, которые затем выделяют в межклеточное пространство. За счет этих компонентов формируется органический матрикс костной ткани. Затем эти же клетки обеспечивают минерализацию межклеточного вещества посредством выделения солей кальция.
Постепенно, выделяя межклеточное вещество, они как бы замуровываются и превращаются в остеоциты. При этом внутриклеточные органеллы в значительной степени редуцируются, синтетическая и секреторная активность снижается и сохраняется функциональная активность, свойственная остеоцитам.
Остеобласты, локализующиеся в камбиальном слое надкостницы, находятся в неактивном состоянии, синтетические и транспортные органеллы слабо развиты.
При раздражении этих клеток (в случае травм, переломов костей и так далее) в цитоплазме быстро развивается зернистая эндоплазматическая сеть и пластинчатый комплекс, происходит активный синтез и выделение коллагена и гликозоаминогликанов, формирование органического матрикса (костная мозоль), а затем и формирование дефинитивной костной ткани. Таким способом за счет деятельности остеобластов надкостницы, происходит регенерация костей при их повреждении.
Отеокласты — костеразрушающие клетки, в сформированной костной ткани отсутствуют. Но содержатся в надкостнице и в местах разрушения и перестройки костной ткани. Поскольку в онтогенезе непрерывно осуществляются локальные процессы перестройки костной ткани, то в этих местах обязательно присутствуют и остеокласты.
В процессе эмбрионального остеогистогенеза эти клетки играют важную роль и определяются в большом количестве.
Остеокласты имеют характерную морфологию: во-первых, эти клетки являются многоядерными (3—5 и более ядер), во-вторых, это довольно крупные клетки (диаметром около 90 мкм), в-третьих, они имеют характерную форму — клетка имеет овальную форму, но часть ее, прилежащая к костной ткани, является плоской. При этом, в плоской части выделяют две зоны:
• центральная часть — гофрированная содержит многочисленные складки и островки;
• периферическая (прозрачная) часть тесно соприкасается с костной тканью.
В цитоплазме клетки, под ядрами, располагаются многочисленные лизосомы и вакуоли разной величины.
Функциональная активность остеокласта проявляется следующим образом: в центральной (гофрированной) зоне основания клетки из цитоплазмы выделяются угольная кислота и протеолитические ферменты.
Выделяющаяся угольная кислота вызывает деминерализацию костной ткани, а протеолитические ферменты разрушают органический матрикс межклеточного вещества. Фрагменты коллагеновых волокон фагоцитируются остеокластами и разрушаются внутриклеточно.
Посредством этих механизмов происходит резорбция (разрушение) костной ткани и потому остеокласты обычно локализуются в углублениях костной ткани. После разрушения костной ткани за счет деятельности остеобластов, выселяющихся из соединительной ткани сосудов, происходит построение новой костной ткани.
Межклеточное вещество костной ткани состоит из основного вещества и волокон, в которых содержатся соли кальция.
Волокна состоят из коллагена I типа и складываются в пучки, которые могут располагаться параллельно (упорядочено) или неупорядочено, на основании чего и строится гистологическая классификация костных тканей.
Основное вещество костной ткани, как и других разновидностей соединительных тканей, состоит из гликозоаминогликанов и протеогликанов, однако химический состав этих веществ отличается.
В частности в костной ткани содержится меньше хондроитинсерных кислот, но больше лимонной и других кислот, которые образуют комплексы с солями кальция.
В процессе развития костной ткани вначале образуется органический матриксосновное вещество и коллагеновые (оссеиновые, коллаген II типа) волокна, а затем уже в них откладываются соли кальция (главным образом фосфорнокислые). Соли кальция образуют кристаллы гидроксиаппатита, откладывающиеся как в аморфном веществе, так и в волокнах, но небольшая часть солей откладывается аморфно. Обеспечивая прочность костей, фосфорнокислые соли кальция одновременно являются депо кальция и фосфора в организме. Поэтому костная ткань принимает участие в минеральном обмене.
При изучении костной ткани следует дифференцировать понятия костная ткань и кость.
3. Кость — это анатомический орган, основным структурным компонентом которого является костная ткань. Кость как орган состоит из следующих элементов:
- • костная ткань;
- • надкостница;
- • костный мозг (красный, желтый);
- • сосуды и нервы.
Надкостница (периост) окружает по периферии костную ткань (за исключением суставных поверхностей) и имеет строение сходное с надхрящницей. В надкостнице выделяют наружный фиброзный и внутренний клеточный или камбиальный слои.
Во внутреннем слое содержатся остеобласты и остеокласты. В надкостнице локализуются выраженная сосудистая сеть, из которой мелкие сосуды через прободающие каналы проникают в костную ткань.
Красный костный мозг рассматривается как самостоятельный орган и относится к органам кроветворения и иммуногенеза.
Костная ткань в сформированных костях представлена только пластинчатой формой, однако в разных костях, в разном участке одной кости она имеет разное строение.
В плоских костях и эпифизах трубчатых костей костные пластинки образуют перекладины (трабекулы), составляющие губчатое вещество кости. В диафизах трубчатых костей пластинки прилежат друг к другу и образуют компактное вещество.
Однако и в компактном веществе одни пластинки образуют остеоны, другие пластинки являются общими.
- Строение диафиза трубчатой кости
- На поперечном срезе диафиза трубчатой кости различают следующие слои:
- • надкостница (периост);
- • наружный слой общих или генеральных пластин;
- • слой остеонов;
- • внутренний слой общих или генеральных пластин;
- • внутренняя фиброзная пластинкаэндост.
Наружные общие пластинки располагаются под надкостницей в несколько слоев, не образуя однако полные кольца. Между пластинками располагаются в лакунах остеоциты.
Через наружные пластинки проходят прободающие каналы, через которые из надкостницы в костную ткань проникают прободающие волокна и сосуды.
С помощью прободающих сосудов в костной ткани обеспечивается трофика, а прободающие волокна связывают надкостницу с костной тканью.
Слой остеонов состоит из двух компонентов: остеонов и вставочных пластин между ними. Остеон — является структурной единицей компактного вещества трубчатой кости. Каждый остеон состоит из:
• 5—20 концентрически наслоенных пластин;
• канала остеона, в котором проходят сосуды (артериолы, капилляры, венулы).
Между каналами соседних остеонов имеются анастомозы. Остеоны составляют основную массу костной ткани диафиза трубчатой кости. Они располагаются продольно по трубчатой кости соответственно силовым и гравитационным линиям и обеспечивают выполнение опорной функции.
При изменении направления силовых линий в результате перелома или искривления костей остеоны не несущие нагрузку разрушаются остеокластами.
Однако такие остеоны разрушаются не полностью, а часть костных пластин остеона по его длине сохраняется и такие оставшиеся части остеонов называются вставочными пластинками.
На протяжении постнатального онтогенеза постоянно происходит перестройка костной ткани — одни остеоны разрушаются (резорбируются), другие образуются и потому всегда между остеонами находятся вставочные пластины, как остатки предшествующих остеонов.
Внутренний слой общих пластинок имеет строение аналогичное наружному, но он менее выражен, а в области перехода диафиза в эпифизы общие пластинки продолжаются в трабекулы.
Эндост — тонкая соединительно-тканная пластинка, выстилающая полость канала диафиза. Слои в эндосте четко не выражены, но среди клеточных элементов содержатся остеобласты и остеокласты.
Медицина и Здоровье на портале EUROLAB | Медицинский справочник болезней и их лечение, консультации врача, клиники
Костная ткань — разновидность соединительной ткани, из которой построены кости — органы, составляющие костный скелет тела человека.
Костная ткань состоит из взаимодействующих структур: клеток кости, межклеточного органического матрикса кости (органического скелета кости) и основного минерализованного межклеточного вещества.
Клетки занимают всего лишь ≈1-5% общего объёма костной ткани скелета взрослого человека. Различают четыре типа клеток костной ткани.
Остеобласты — ростковые клетки, выполняющие функцию создания кости. Они расположены в зонах костеобразования на внешних и внутренних поверхностях кости.
Остеокласты — клетки, выполняющие функцию рассасывания, разрушения кости.
Совместная функция остеобластов и остеокластов лежит в основе непрерывного управляемого процесса разрушения и воссоздания кости.
Этот процесс перестройки костной ткани лежит в основе адаптации организма к многообразным физическим нагрузкам за счет выбора наилучших сочетаний жесткости, упругости и эластичности костей и скелета.
Остеоциты — клетки, происходящие из остеобластов. Они полностью замурованы в межклеточном веществе и контактируют отростками друг с другом. Остеоциты обеспечивают метаболизм (белков, углеводов, жиров, воды, минеральных веществ) костной ткани.
Недифференцированные мезенхимальные клетки кости (остеогенные клетки, контурные клетки). Они находятся главным образом на наружной поверхности кости (у надкостницы) и на поверхностях внутренних пространств кости. Из них образуются новые остеобласты и остеокласты.
Межклеточное вещество представлено органическим межклеточным матриксом, построенным из коллагеновых (оссеиновых) волокон (≈90-95%) и основным минерализованным веществом (≈5-10%).
Коллаген внеклеточного матрикса костной ткани отличается от коллагена других тканей большим содержанием специфических поли полипептидов. Коллагеновые волокна в основном расположены параллельно направлению уровня наиболее вероятных механических нагрузок на кость и обеспечивают упругость и эластичность кости.
Основное вещество (the ground substance) состоит главным образом из экстрацеллюлярной жидкости, гликопротеидов и протеогликанов (хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота). Функция этих веществ пока не вполне ясна, но несомненно то, что они участвуют в управлении минерализацией основного вещества — перемещением минеральных компонентов кости.
Минеральные вещества, размещенные в составе основного вещества в органическом матриксе кости представлены кристаллами, построенными главным образом из кальция и фосфора (гидроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2). Отношение кальций/фосфор в норме составляет ≈1,3-2,0.
Кроме того, в кости обнаружены ионы магния, натрия, калия, сульфата, карбоната, гидроксильные и другие ионы, которые могут принимать участие в образовании кристаллов. Каждое коллагеновое волокно компактной кости построено из периодически повторяющихся сегментов. Длина сегмента волокна составляет ≈64 нм (64•10-10 м).
К каждому сегменту волокна примыкают кристаллы гидроксиапатита, плотно его опоясывая.
Помимо того, сегменты примыкающих коллагеновых волокон перекрывают друг друга. Соответственно, как кирпичи при кладке стены, перекрывают друг друга и кристаллы гидроксиапатита. Такое тесное прилегание коллагеновых волокон и кристаллов гидроксиапатита, а также их перекрытия, предотвращают «разрушение сдвига» кости при механических нагрузках.
Коллагеновые волокна обеспечивают эластичность, упругость кости, ее сопротивление растяжению, в то время как кристаллы обеспечивают её прочность, жесткость, ее сопротивление сжатию. Минерализация кости связана с особенностями гликопротеидов костной ткани и с активностью остеобластов. Различают грубоволокнистую и пластинчатую костную ткань.
В грубоволокнистой костной ткани (преобладает у зародышей; у взрослых организмов наблюдается только в области черепных швов и местах прикрепления сухожилий) волокна идут неупорядоченно.
В пластинчатой костной ткани (кости взрослых организмов) волокна, сгруппированные в отдельные пластины, строго ориентированы и образуют структурные единицы, называемые остеонами.
К сведению в организме:
- От 208 до 214 индивидуальных костей.
- Нативная кость состоит из 50% неорганического материала, 25% органических веществ и 25% воды, связанной с коллагеном и протеогликанами.
- 90% органики составляет коллаген типа 1 и только 10% другие органические молекулы (гликопротеин остеокальцин, остеонектин, остеопонтин, костный сиалопротеин и другие пртеогликаны).
- Костные компоненты представлены : органическим матриксом — 20-40%, неорганическими минералами – 50-70%, клеточными элементами 5-10% и жирами – 3%.
- Макроскопически скелет состоит из двух компонентов – компактная или кортикальная кость; и сетчатая или губчатая кость.
- В среднем вес скелета составляет 5 кг ( вес сильно зависит от возраста, пола, строения тела и роста).
- Во взрослом организме на долю кортикальной кости приходится 4 кг, т.е. 80% ( в скелетной системе), тогда как губчатая кость составляет 20% и весит в среднем 1 кг.
- Весь объем скелетной массы у взрослого человека составляет примерно 0.0014 м³ (1400000 мм³) или 1400 см³ (1.4 литра).
- Поверхность кости представлена периостальной и эндостальной поверхностями – суммарно порядка 11,5 м² ( 11500000 мм²).
- Периостальная поверхность покрывает весь внешний периметр кости и составляет 4.4% грубо 0,5 м² ( 500000 мм²) всей поверхности кости.
- Внутренняя (эндостальная) поверхность состоит из трех составляющих
- внутрикортикальная поверхность (поверхность Гаверсовых каналов), которая составляет 30.4% или грубо 3,5 м² (3500000 мм²);
- поверхность внутренней стороны кортикальной кости порядка 4.4% или грубо 0,5 м² ( 500000 мм²) и
- поверхность трабекулярного компонента губчатой кости 60.8% или грубо 7 м² ( 7000000 мм²).
- Губчатая кость 1 гр. в среднем имеет поверхность 70 см² (70000 см² : 1000 гр.), тогда как кортикальная кость 1 гр. имеет порядка 11.25 см² [(0.5+3.5+0.5) х 10000 см² : 4000 гр.], т.е. в 6 раз меньше. По мнению других авторов это соотношение может составлять 10 к 1.
- Обычно при нормальном обмене веществ 0.6% кортикальной и 1.2% губчатой костной поверхности подвергается разрушению (резорбции) и, соответственно, 3% кортикальной и 6% губчатой костной поверхности вовлечены в формирование новой костной ткани. Остальная костная ткань (более 93% её поверхности) находится в состоянии отдыха или покоя.