Кость как орган: ее развитие, строение, рост. Классификация костей.

Кость как орган состоит преимущественно из компактной игубчатойкостной ткани, покрытойсверху соединительной тканью (надкостницей) и содержащей внутри красный и желтый костный мозг. Как орган кость обеспечена сосудами и нервами, находящимися в надкостнице, а вглубь кости проникающими через питательные отверстия.

Развитие костей происходит либо из эмбриональной соединительной ткани — мезенхимы, либо на основе первичного хряща. Поэтому различают два вида остеогенеза: перепончатый и хрящевой. На 6–8 неделе эмбрионального развития из соединительной ткани начинает формироваться костная, например, в костях свода черепа, такие кости называют первичными(покровными). При хрящевом остеогенезе в соединительной ткани появляется хрящ, а потом в нем развивается костная ткань, что характерно для большинства костей скелета – и такие кости называют вторичными.

Из фиброзной и хрящевой тканей формирование костей начинается с появления первичных очагов (ядер, точек) окостенения в эмбриональном и плодном периодах и после рождения до 11–13 лет – вторичных точек. Разрастание костной ткани в хряще осуществляется перихондральным путем с образованием компактной кости, и эндохондральным путем с образованием губчатой кости. При фиброзном остеогенезе окостенение происходит эндесмальным путем.

Надкостница – тонкая, прочная соединительно-тканная пластинка покрывает кость снаружи, богата сосудами и нервами, состоит из:

· наружноговолокнистого слоя;

· внутреннего, росткового (камбиального) слоя, обеспечивающего костеобразование при помощи остеобластов, остеокластов и остеоцитов.

За счет надкостницы кость прирастает в ширину (периостальный рост), в длину кость растет из метаэпифизарных хрящей, находящихся между телом кости и эпифизами. Часть трубчатых костей растет из одного метаэпифизарного хряща (моноэпифизарный рост), например, фаланги пальцев. Длинные кости растут из двух метаэпифизарных хрящей – верхнего и нижнего, которые работают на рост поочередно, что зависит от возрастного срока. К 18–25 годам кости достигают окончательных размеров и метаэпифизарные хрящи превращаются в костную ткань (синостозирование). Костномозговой канал возникает при рассасывании эмбриональной кости и прорастании соединительной ткани с заполнением образовавшегося пространства костным мозгом.

Рентгенологические очаги окостенения определяются со 2-го месяца внутриутробного развития. Все ядра окостенения окончательно формируются к 13–14 годам. В периоде полового созревания начинается образование костной ткани в метаэпифизарных хрящах (ростковых зонах удлинения костей), к концу периода костная ткань присутствует на всем протяжении кости. Старение проявляется уменьшением и разрежением (остеопорозом) костной ткани, разрастанием шипов (остеофитов) и другим изменениями.

Для каждого возрастного периода характерным является такая перестройка кости, по которой можно определить возраст человека. Например, наличие ядра окостенения в нижнем эпифизе бедра до 1 см в диаметре свидетельствует о новорожденном периоде. Окостенение зубчатых черепных швов происходит участками, которые появляются в разные возрастные сроки.

Внешнее строение многих костей характеризуется наличием тела (диафиза), концов (эпифизов), апофизов (выступов), поверхностей, ямок, вырезок, шероховатых линий, бугров, бугристостей и др. Внутри костей находится костная ткань в виде компактного и губчатого вещества.

Компактное вещество кости, лежащее под надкостницей, построено из пластинчатойкостной ткани, пронизанной системой продольных канальцев, –центральных (гаверсовых) каналов и перпендикулярных к ним поперечных (фолькмановых) каналов. Последние продолжают во внутрь кости питательные каналы, отверстия которых хорошо заметны на поверхности костей. Круговые (генеральные) пластинки формируют стенки центральных каналов в виде вставленных друг в друга (телескопических) трубочек, связанных между собой вставочными (промежуточными) пластинками – так устроен остеон – структурно-функциональная единица кости.

Губчатое вещество состоит из костных балок (перекладин) и пространства между ними, заполненного красным костным мозгом. Балки ориентированы по направлениям сил сжатия и растяжения, образуя арочную систему, обеспечивающую равномерную передачу силы тяжести и мышечной тяги.

Биомеханика кости выражается:

· законом максимума-минимума – максимальная прочность кости достигается за счет минимальных затрат на построение ее конструкции, например, бедренная кость выдерживает нагрузку в 1,5 тонны, что в 25-30 раз больше массы человека;

· законом нормальных напряжений – в костях возникают собственные нормальные напряжения, величина которых зависит от отдела кости и элементов скелета и изменяется с возрастом:

· законом о связи ориентации костных трабекул с направлением действующих напряжений: линии трабекул пересекаются и выходят на поверхность кости под углом 90^о, траектории трабекул совпадают с направлениями максимальных напряжений, плотность кости пропорциональна силе касательных напряжений;

· законом о связи величины нагрузки с качественным перераспределением и количественными изменениями нормальных напряжений на поверхности и внутри кости, т.е. появлением новых силовых напряжений.

Нагрузка по длинной оси трубчатой и плоской кости показывает, что ее компактный слой более прочен при сжатии, чем при растяжении, и слабее всего противостоит сдвигу. Между пределом прочности и модулем упругости в компактном веществе кости наблюдается положительная корреляция. Действие циклических нагрузок при повышении уровня силы и увеличении времени приводит к усталостному разрушению костной ткани в виде микротрещин остеонов. Количество циклов во времени положительно коррелирует с возрастающим уровнем силовых напряжений и деформаций, на колебания которых значительно влияют вязкоупругие свойства кости. Разрушение кости определяется величиной разности между максимальной и минимальной деформациями. Середина диафиза прочнее, чем участки примыкающие к эпифизам.

На клеточном уровне в кости выделяют остеобласты, остеокласты, остеоциты, обеспечивающие одновременно рассасывание (резорбцию) и образование новой жизнеспособной костной ткани. Оба процесса протекают под влиянием генетической программы и условий внешней среды, социальных факторов, что сопровождается индивидуальной изменчивостью кости: увеличением или уменьшением числа остеонов, макроизменениями компактной и губчатой части, конфигурации апофизов, вырезок, ямок и др. анатомических структур (П. Ф. Лесгафт, Б. А. Долго-Сабуров, М. Г. Привес).

Органический матрикс кости составляет 30%, неорганический – 60%, вода – 10%.

Структурная организация костного межклеточного вещества включает следующие субмикроскопические образования:

· биополимерные белковые макромолекулы тропоколлагена, соединенные с кристаллами гидроксиапатита с помощью неколлагеновых низкомолекулярных белков: остеонектина, остеокальцина и др. тропоколлагеновые макромолекулы построены в три левых спиральных полипептидных цепи (триплеты) и две правых спиральных цепи, стабилизированные водородными связями;

· длинные микрофибриллы коллагена, состоящие из 5 спирально перевитых макромолекул тропоколлагена усилены кристаллами гидроксиапатита; микрофибриллы располагаются ступенчато, внутри имеют симметричные решетчатые полости для кристаллов.

В микрофибриллах кристаллы гидроксиапатита ориентированы вдоль продольной оси. Из всего количества кристаллов 60% расположено внутри микрофибрилл в решетчатых полостях и 40% на поверхности. Между фибриллами находятся белково-углеводные соединения: гликозаминогликаны, гликопротеины, и протеогликаны, которые соединяют их.

Неорганическая часть кости – кристаллы гидроксиапатита Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂., другие минералы и микроэлементы. В центре кристалла находятся гидроксильные группы и фосфорнокислые остатки, по периферии атомы кальция. С возрастом кристаллы незначительно увеличиваются в размерах и уплотняются. Кристаллы образуют значительную поверхность, участвующую в обмене веществ, так активная кристаллическая поверхность 1 г костной ткани равна 130–260 м², а всего скелета – 2 км².

Костная ткань содержит около 98 % всех неорганических веществ организма: из них 99 % кальция, 87 % фосфора, 58 % магния.

В ней находятся в виде микроскопических включений так же натрий, калий, кремний и другие минералы (около 20 уже известных микроэлементов), а также другие биохимические соединения: лимонная кислота (цитрат) для растворения минералов, прежде всего кальциевых солей, в костях находится около 70 % всей лимонной кислоты организма, что в 230 раз превышает ее концентрацию в печени. В губчатой костной ткани кислоты больше, здесь она расходуется на окислительные процессы. В процессе обмена в костях образуются и другие органические кислоты, например, молочная.

Ферменты, изоферменты кости: кислая фосфатаза, коллагеназа, углеводные ферменты и многие др. тоже входят в биохимический состав костей.

Классификация костей

Трубчатые кости: длинные и короткие имеют тело (диафиз) в виде цилиндра или трехгранной призмы; концы (эпифизы ), покрытые гиалиновым хрящом для суставных поверхностей и образования суставов; апофизы (выступы ) в виде бугров, отростков, надмыщелков для прикрепления мышц; внутри эпифизов находится красный костный мозг, внутри диафизов – желтый мозг, трубчатые кости располагаются в скелете конечностей.

Губчатые (короткие) кости имеют форму куба, многоугольника с тонкой компактной частью и толстой губчатой (внутри ее красный костный мозг), то же имеют суставные поверхности, выступы для образования суставов и прикрепления мышц, находятся в запястье и предплюсне.

Плоские (широкие) кости: тазовые, черепные (свод), грудина, лопатка; в ряде плоских костей – черепные – губчатое вещество пронизано каналами, содержащими диплоические вены, и оно называется диплое, внутри остальных костей имеется красный костный мозг.

Смешанные кости – (позвонок и др.) сочетают в строении признаки плоских, губчатых костей и внутри себя содержат красный костный мозг.

Воздухоносные кости отличаются наличием полости, связанной с дыхательной областью носа или носоглоткой: верхняя челюсть, лобная, решетчатая, клиновидная, височная кости.

Сесамовидные (остаточные) кости: надколенник, гороховидная, вставочные кости черепа, маленькие косточки в сухожилиях сгибателей и разгибателей конечностей – сесамовидные кости изменяют угол прикрепления сухожилий, облегчая мышечную работу.

2. Позвонки: их строение в различных отделах позвоночника, варианты и аномалии; соединения между позвонками. Атланто-затылочный сустав, движения в этом суставе.

I) Позвонки: их строение в различных отделах

Общее строение позвонка

· Тело – corpus vertebrae – несет осевую нагрузку, служит для прикрепления внутренних органов, внутри содержит красный костный мозг;

· Дуга – arcus vertebrae – для прикрепления мембран и отростков;

· Ножки дуги – pedunkuli arcus vertebrae – для соединения дуги с телом;

· Отверстие позвоночное – foramen vertebrale – для спинного мозга и его оболочек.

Отростки — processi:

· поперечные: правый и левый — processus transversus – для прикрепления мышц и связок;

· суставные верхние и суставные нижние – processus articulare superiores et inferiores, – для образования межпозвоночных суставов;

· остистый – processus spinalis – для прикрепления связок и мышц.

Позвоночные вырезки – верхняя, нижняя (incisurae vertebrales superiores et inferiores), межпозвоночное отверстие между вырезками –foramenintervertebrale– у ножек дуги – для прохождения спинномозговых нервов и сосудов.