Строение и химический состав костей

Большинство костей взрослого человека состоит из пластинчатой костной ткани. Из нее образовано компактное вещество, расположенное по периферии, и губчатое – массы костных перекладин в середине кости.

Компактное вещество, substantia compacta, кости образуют диафизы трубчатых костей, в виде тонкой пластины покрывает снаружи их эпифизы, а также губчатые и плоские кости, построенные из губчатого вещества. Компактное вещество костей пронизано тонкими каналами, в которых проходят кровеносные сосуды и нервные волокна. Одни каналы располагаются преимущественно параллельно поверхности кости (центральные, или гаверсовы, каналы), другие открываются на поверхности кости питательными отверстиями (foramina nutricia), через которые в толщу кости проникают артерии и нервы, а выходят вены.

Стенки центральных (гаверсовых) каналов образованы концентрическими пластинками, расположенными вокруг центрального канала. Вокруг одного имеются канала от 4 до 20, как бы вставленных друг в друга таких костных пластинок. Центральный канал вместе с окружающими его пластинами называется остеоном (гаверсова система) (рис. 2.2). Остеон является структурно-функциональной единицей компактного вещества кости.

Губчатое вещество, substantia spongiosa, представлено соединяющимися между собой трабекулами, образующими пространственную решетку, напоминающую пчелиные соты. Его перекладины располагаются не беспорядочно, а закономерно, соответственно функциональным условиям. Структурно-функциональной единицей губчатого вещества является трабекулярный пакет, представляющий собой совокупность параллельно расположенных костных пластинок в пределах одной трабекулы и отграниченных друг от друга спайной линией. Костные ячейки содержат костный мозг – орган кроветворения и биологической защиты организма. Он участвует также в питании, развитии и росте кости. В трубчатых костях костный мозг находится также в канале этих костей, называемом, поэтому костномозговой полостью, cavitas medullaris. Таким образом, все внутренние пространства кости заполняются костным мозгом, составляющим неотъемлемую часть кости как органа. Различают красный костный мозг и желтый костный мозг.

Красный костный мозг, medulla ossium rubra, имеет вид нежной красной массы, состоящей из ретикулярной ткани, в петлях которой находятся клеточные элементы, имеющие непосредственное отношение к кроветворению (стволовые клетки), к иммунной системе и костеобразованию (костесозидатели – остеобласты и костеразрушители – остеокласты), кровеносные сосуды и кровяные элементы и придают костному мозгу красный цвет.

Желтый костный мозг, medulla ossium flava, обязан своим цветом жировым клеткам, из которых он и состоит.

Распределение компактного и губчатого вещества зависит от функции кости. Компактное вещество находится в тех костях и в тех частях их, которые выполняют преимущественно функцию опоры (стойки) и движения (рычаги), например, в диафизах трубчатых костей. В местах, где при большом объеме требуется сохранить легкость и вместе с тем прочность, образуется губчатое вещество, например, в эпифизах трубчатых костей (рис. 2.2)

Рис 2.2 Бедренная кость:

а – строение бедренной кости на распиле; б – перекладины губчатого вещества располагаются не беспорядочно, а закономерно; 1 – эпифиз; 2 – метафиз; 3 – апофиз; 4 – губчатое вещество; 5 – диафиз; 6 – компактное вещество; 7 – костномозговая полость.

Вся кость, кроме мест соединения с костями (суставного хряща), покрыта соединительнотканной оболочкой – надкостницей, periosteum (периост). Это тонкая, крепкая соединительнотканная пленка бледно-розового цвета, окружающего кость снаружи, состоящая у взрослых из двух слоев: наружного волокнистого (фиброзного) и внутреннего костеобразующего (остеогенного, или камбиального). Она богата нервами и сосудами, благодаря чему участвует в питании и росте кости в толщину.

Таким образом, в понятие кости как органа входит костная ткань, образующая главную массу кости, а так же костный мозг, надкостница, суставной хрящ и многочисленные нервы и сосуды.

Химический состав костейсложен. В живом организме в составе кости взрослого человека присутствует около 50% воды, 28% органических и 22% неорганических веществ. Неорганические вещества представлены соединениями кальция, фосфора, магния и других элементов. Органические вещества кости – это коллагеновые волокна, белки (95%), жиры и углеводы (5%). Эти вещества придают костям упругость и эластичность. При увеличении доли неорганических соединений (в старческом возрасте, при некоторых заболеваниях) кость становится ломкой, хрупкой. Прочность кости обеспечивается физико-химическим единством неорганических и органических веществ и особенностями ее конструкции. Химический состав костей зависит от возраста (у детей преобладают органические вещества, у стариков – неорганические), общего состояния организма, функциональных нагрузок и пр. При ряде заболевания состав костей изменяется.

Рентгеноанатомия костей

Кости скелета живого человека можно изучать методом рентгеновского исследования, выявляющее непосредственно на живом объекте одновременно как внешнее, так и внутренние строение кости без нарушения анатомических соотношений. На рентгенограммах ясно различимо компактное и губчатое вещество. Первое дает интенсивную контрастную тень соответственно плоскости компактного слоя, а в области губчатого вещества тень имеет сетевидный характер.

Компактное вещество эпифизов трубчатых костей и компактное вещество костей построенных преимущественно из губчатого вещества кости (кости запястья, предплюсны, позвонки) имеют вид тонкого слоя, окаймляющего губчатое вещество. У диафизов трубчатых костей, довольно толстое компактное вещество дает соответствующей толщины тень, суживающуюся в области эпифизов, где компактное вещество становится тоньше.

Губчатое вещество на рентгенограмме имеет вид петлистой сети, состоящей из костных перекладин с просветлениями между ними. Характер этой сети зависит от расположения костных пластинок в данном участке соответственно линиям сжатия и растяжения (см. рис. 2.2)

В местах соединения костей друг с другом отмечается темная полоса – рентгеновская суставная щель, ограниченная более светлыми линиями компактного костного вещества, образующего суставные поверхности. Ширина рентгеновской суставной щели зависит от толщины прозрачного для рентгеновского излучения суставного хряща. На рентгенограммах можно видеть точки окостенения (начиная со 2-го месяца внутриутробной жизни) и по ним определить возраст, проследить замещение эпифизарного хряща костной тканью, сращение частей кости (появление синостоза).

ФИЛО- И ОНТОГЕНЕЗ костей

На низших ступенях организации, а также в эмбриональном периоде у всех позвоночных первым зачатком внутреннего скелета является спинная струна – chorda dorsalis, происходящая из мезодермы. Спинная струна занимает осевое положение и постепенно окружается эмбриональной соединительной тканью. Так возникает первичный соединительнотканный (перепончатый) скелет, который имеется у ланцетников. Впоследствии, в процессе эволюции соединительнотканный перепончатый скелет замещается хрящевым (хрящевые рыбы, у которых хрящевые позвонки окружают хорду), а начиная с костных рыб и далее, включая млекопитающих, костным скелетом.

Таким образом, в процессе филогенеза, как явление приспособления к окружающей среде, происходит последовательная смена трех видов скелета. Эта смена повторяется и в процессе онтогенеза человека, в течение которого наблюдается три стадии развития скелета: 1) перепончатая; 2) хрящевая; 3) костная.

Эти три стадии проходят почти все кости, за исключением костей свода черепа, большинства костей лица, части ключицы, которые возникают на почве соединительной ткани, минуя стадию хряща.

Костная ткань появляется на 6-8 неделе внутриутробного развития человека. Соответственно отмеченным трем стадиям развития скелета кости на почве соединительной или хрящевой ткани могут развиваться следующие виды окостенения (остеогенеза).

1.Эндесмальное окостенение – на основе эмбриональной соединительной ткани. При развитии кости из мезенхимы в молодой соединительной ткани (примерно в центре будущей кости) появляется одна или несколько точек окостенения (punctum ossificationis). Они состоят из костеобразующих клеток - остеобластов. В дальнейшем окостенение от этой точки распространяется во все стороны в форме лучей, образующих своеобразную костную сеть, в ячейках которой заключены кровеносные сосуды и клетки костного мозга. Сами остеобласты превращаются в остеоциты. Формирование костей, особенно длинных трубчатых, происходит из нескольких точек окостенения. Первая появляется в средней части хряща (в будущем диафизе) на 8-й неделе эмбриогенеза и постепенно распространяется в стороны, в направлении эпифиза, до тех пор, пока не сформируется вся кость. Вначале внутренний слой надхрящницы (perichondrium) продуцирует молодые костные клетки (остеобласты). Которые откладываются на поверхности хряща.

2. Энхондральное окостенение – развитие кости внутри хряща. При этом мезенхимная ткань со стороны надхрящницы проникает внутрь хряща и служит для образования костной ткани внутри хряща.

3. Перихондральное окостенение – процесс образования кости по периферии хряща. При этом остеобласты образуются из внутреннего слоя надхрящницы.

4. Периостальное окостенение – образование кости за счет остеогенных клеток надкостницы.

Рис. 2.3 Сроки окостенения.

В процессе остеогенеза происходит появление трех типов точек окостенения – первичные, вторичные и добавочные. Первичные точки закладываются в диафизах трубчатых костей, в теле губчатых и смешанных костях в первой половине внутриутробного развития. Вторичные точки образуются в эпифизах трубчатых костей в конце внутриутробного периода или сразу после рождения. Кроме первичных и вторичных точек окостенения могут быть добавочные точки окостенения. Они появляются значительно позже. За счет добавочных точек окостенения образуются отростки, бугры и гребни.

Рост кости в толщину осуществляется за счет деятельности внутреннего слоя надкостницы и эндоста, endost, – тонкая пластинка со стороны костномозговых полостей, выполняющая остеогенную функцию.

После образования центров окостенения в диафизах, а затем в эпифизах между ними сохраняется прослойка хряща – это метафизарный хрящ, за счет которого кости растут в длину. В эпифизах хряща выделяют пять зон (по В.Г. Ковешникову): 1) зона индиффеферентного хряща; 2) зона пролиферирующего хряща; 3) зона дифинитивного хряща; 4) зона деструкции; 5) зона первичного остеогенеза.

С наступлением полового созревания метафизарные хрящи истончаются и замещаются костной тканью, в скелете образуются синостозы. Первыми прирастают дистальный эпифиз плечевой кости и эпифизы пястных костей. Завершается образование синостозов к 24-25 годам. Рост кости заканчивается в тот момент, когда все главные и добавочные точки сливаются в одну массу, т.е. после того, как исчезают хрящевые прослойки, отделяющие части кости друг от друга.

Рост и старение костей существенно зависит от комплекса факторов: генетического, климатического, гормонального, фактора питания, функционального, экологического и т.д.

Сроки окостенения костей осевого скелета, костей верхней и нижней конечности представлены в таблицах 2.1, 2.2, 2.3, а сроки окостенения и завершения синостозирования костей свободных отделов конечностей у лиц мужского пола (Л.А. Алексина, 1985, 1998) на рис. 2.3.

Таблица 2.1