Строение кости животного как органа. Частная анатомия. учение о костях - остеология. Кость как орган, компоненты кости, закономерности их строения и топографии, роль. Функции скелета
Костная ткань является главным, но не единственным компонентом кости как органа. Кость взрослых животных формирует шесть компонентов (у растущей кости их десять) (рис. 13):
1) на поверхности кости взрослых животных - надкостница - periosteum. Это двухслойная соединительнотканная оболочка. Наружный плотный фиброзный слой ее укрепляет кость, увеличивает ее упругие свойства и несет в себе сосуды и нервы, связанные с глубжележащими сосудами и нервами всей кости. Через бесчисленное множество отверстий прободающих канальцев компакты, сосуды и нервы надкостницы проникают в глубь кости. Внутренний слой надкостницы содержит значительное количество клеток - остеобластов, за счет которых идет рост кости в толщину (периостальное костеобразование);
Рис. 13. Анатомия трубчатой кости молодого животного
2) там, где кости подвижно соединяются друг с другом, их поверхности покрыты слоем гиалинового хряща - это суставной хрящ -cartilago articularis. Толщина его различна на разных костях и участках одной и той же суставной поверхности. Суставной хрящ оголен, лишен надхрящницы и никогда не окостеневает. Там, где суставная поверхность испытывает большую статическую нагрузку, у большинства костей он истончается. Как правило, на проксимальных концах трубчатых костей суставной хрящ тоньше, чем на дистальных (В. К. Васильев, 1985). (Этим можно объяснить, почему при забо-левании суставов обычно раньше нарушаются хрящи на проксимальных концах костей);
3) компактное вещество (оно покрыто надкостницей) обладает большой твердостью, плотностью и прочностью, приравниваемой к прочности- чугуна или гранита. Слой компакты толще там, где кость испытывает большую нагрузку на излом;
4) под компактной расположено губчатое вещество, имеющее балочное строение. Различают мелко-, средне- и крупноячеистое губчатое вещество (последнее всегда расположено ближе к костномозговому участку трубчатой кости, что надо учитывать при чтении рентгенограмм). Его больше в том месте кости, где она испытывает большую нагрузку на сжатие (упругие деформации в губчатом веществе выражены в 4-6 раз больше, чем в компактном);
5) внутри кости и поверхности костных балок и трабекул покрыты тонкой оболочкой - эндоостом, отграничивающим костную ткань от костного мозга;
6) костный мозг - medulla ossium заполняет ячейки губчатого вещества и диафизы трубчатых костей. Самая мягкая часть кости. Он появился в кости лишь у наземных позвоночных в виде бледно-желтой массы костных клеток, заполняющих образовавшиеся пространства в пластинчатой кости. Его студневидная масса придает крепость кости, а костные клетки - остеобласты принимают участие в регенерации кости (ведь движение в условиях земного тяготения требует более интенсивной перестройки). Этот костный мозг, появившийся на самой ранней стадии развития костей первых наземных позвоночных, называется остеобластическим костным мозгом (его первая стадия развития).
У более высокоорганизованных амфибий остеобластический костный мозг заменяется красным костным мозгом (вторая стадия), в котором ретикулярная ткань заполнена клетками крови. В красном костном мозге происходит кроветворение, хотя он и не утрачивает своих остеобластических функций (может участвовать в регенерации костной ткани при переломах). У плода позднего периода и новорожденного все кости кроветворны. Со временем в некоторых костях красный костный мозг становится желтым (у домашних животных примерно на втором месяце после рождения). Костный мозг переходит в третью стадию своего развития, становится желтым (костным мозгом). Дольше всего красный костный мозг сохраняется в губчатом веществе грудины и тел позвонков. Однако при больших потерях крови в желтом костном мозге могут снова возникать очаги кроветворения, он не утратил и своих остеобластических функций.
У исследователей возник вопрос: почему в процессе филогенеза произошла смена функций и свои кроветворные функции печень передала кости? Большинство из них склонны считать, что это произошло потому, что кости в скелете первыми испытывают изменения силы и интенсивности физической нагрузки в условиях гравитационного поля Земли, поэтому сразу отвечают изменением состава периферической крови.
У растущей кости кроме указанных шести компонентов имеются еще четыре компонента, формирующих зоны роста кости. В такой кости кроме суставного хряща есть еще метафизарный хрящ, отделяющий тело кости (диафиз) от ее концов (эпифизов), и три вида особо построенной костной ткани, контактирующей с суставным и метафизарным хрящами и называемой субхондральной костью.
Все перечисленные части взрослой кости как органа прежде всего оказались необходимыми при улучшении ее биофизических свойств - твердости, упругости, прочности и легкости. Все обладают остеобластическими функциями, способствующими восстановлению при перестройке и регенерации кости - при повреждениях. Кости в скелете по форме разделяют на четыре основных типа:
1) короткие кости небольшого размера, губчатое вещество которых покрыто тонким слоем компакты или суставным хрящом;
2) плоские кости состоят из двух слоев компакты, между которыми может быть очень небольшое количество губчатого вещества (лопатка, ребра, кости таза, кости черепа). В некоторых плоских костях свода черепа в губчатом веществе проходит большое количество вен, в связи с чем это губчатое вещество черепа назвали диплоэмброе. Среди плоских костей черепа выделяют еще пневматические кости. Образующиеся внутри них полости заполнены воздухом. Эти полости называются синусами, или пазухами, они сообщаются с носовой полостью и выстланы слизистой оболочкой;
3) смешанные кости сочетают в себе два типа кости - плоскую и короткого типа кость (типичный пример такой смешанной кости - позвонок);
4) длинные трубчатые кости. Они появились тогда, когда в скелете выделились конечности. В средней трети длины трубчатой кости компактный слой самый мощный, и внутри него значительный костномозговой участок (когда кость выварена, на этом месте образуется полость и кость приобретает вид трубки, поэтому эти кости и назвали трубчатыми). У кур в трубчатой кости (плечевой) может образовываться полость. Концы этих костей заполнены губчатым веществом, покрыты тонким слоем компакты и суставным хрящом.
В области концентрации в костях губчатого вещества, там, где возникает больше энергии упругих деформаций, располагается большое количество отверстий. Через них проходят в кости сосуды и нервы, древние анатомы назвали их питательными - foramina nutritia. Более крупные отверстия - венозные - находятся всегда там, где больше губчатого вещества, способствующего выдавливанию крови из кости. Чем выше трубчатая кость расположена на конечности, тем крупнее на ней питательные отверстия.
Кость представляет собой сложную материю, это сложный анизотропный неравномерный жизненный материал, обладающий упругими и вязкими свойствами, а также хорошей адаптивной функцией. Все превосходные свойства костей составляют неразрывное единство с их функциями.
Функции костей главным образом имеет две стороны: одна из них – это образование скелетной системы, используемой для поддержания тела человека и сохранения его нормальной формы, а также для защиты его внутренних органов. Скелет является частью тела, к которой крепятся мышцы и которая обеспечивает условия для их сокращения и движения тела. Скелет сам по себе выполняет адаптивную функцию путем последовательного изменения своей формы и структуры. Вторая сторона функции костей состоит в том, чтобы путем регулирования концентрации Ca 2+ , H + , HPO 4 + в электролите крови поддерживать баланс минеральных веществ в теле человека, то есть функцию кроветворения, а также сохранения и обмена кальция и фосфора.
Форма и структура костей являются различными в зависимости от выполняемых ими функций. Разные части одной и той же кости вследствие своих функциональных различий имеют разную форму и структуру, например, диафиз бедренной кости и головка бедренной кости. Поэтому полное описание свойств, структуры и функций костного материала является важной и сложной задачей.
Структура костной ткани
«Ткань» представляет собой комбинированное образование, состоящее из особых однородных клеток и выполняющих определенную функцию. В костных тканях содержатся три компонента: клетки, волокна и костный матрикс. Ниже представлены характеристики каждого из них:
Клетки: В костных тканях существуют три вида клеток, это остеоциты, остеобласт и остеокласт. Эти три вида клеток взаимно превращаются и взаимно сочетаются друг с другом, поглощая старые кости и порождая новые кости.
Костные клетки находятся внутри костного матрикса, это основные клетки костей в нормальном состоянии, они имеют форму сплющенного эллипсоида. В костных тканях они обеспечивают обмен веществ для поддержания нормального состояния костей, а в особых условиях они могут превращаться в два других вида клеток.
Остеобласт имеет форму куба или карликового столбика, они представляют собой маленькие клеточные выступы, расположенные в довольно правильном порядке и имеют большое и круглое клеточное ядро. Они расположены в одном конце тела клетки, протоплазма имеет щелочные свойства, они могут образовывать межклеточное вещество из волокон и мукополисахаридных белков, а также из щелочной цитоплазмы. Это приводит к осаждению солей кальция в идее игловидных кристаллов, расположенных среди межклеточного вещества, которое затем окружается клетками остеобласта и постепенно превращается в остеобласт.
Остеокласт представляет собой многоядерные гигантские клетки, диаметр может достигать 30 – 100 µm, они чаще всего расположены на поверхности абсорбируемой костной ткани. Их цитоплазма имеет кислотный характер, внутри ее содержится кислотная фосфотаза, способная растворять костные неорганические соли и органические вещества, перенося или выбрасывая их в другие места, тем самым ослабляя или убирая костные ткани в данном месте.
Костный матрикс также называется межклеточным веществом, он содержит неорганические соли и органические вещества. Неорганические соли также называются неорганическими составными частями костей, их главным компонентом являются кристаллы гидроксильного апатита длиной около 20-40 nm и шириной около 3-6 nm. Они главным образом состоят из кальция, фосфорнокислых радикалов и гидроксильных групп, образующих , на поверхности которых находятся ионы Na + , K + , Mg 2+ и др. Неорганические соли составляют примерно65% от всего костного матрикса. Органические вещества в основном представлены мукополисахаридными белками, образующими коллагеновое волокно в кости. Кристаллы гидроксильного апатита располагаются рядами вдоль оси коллагеновых волокон. Коллагеновые волокна расположены неодинаково, в зависимости от неоднородного характера кости. В переплетающихся ретикулярных волокнах костей коллагеновые волокна связаны вместе, а в костях других типов они обычно расположены стройными рядами. Гидроксильный апатит соединяется вместе с коллагеновыми волокнами, что придает кости высокую прочность на сжатие.
Костные волокна в основном состоит из коллагенового волокна, поэтому оно называется костным коллагеновым волокном, пучки которого расположены послойно правильными рядами. Это волокно плотно соединено с неорганическими составными частями кости, образуя доскообразную структуру, поэтому оно называется костной пластинкой или ламеллярной костью. В одной и той же костной пластинке большая часть волокон расположена параллельно друг другу, а слои волокон в двух соседних пластинках переплетаются в одном направлении, и костные клетки зажаты между пластинками. Вследствие того, что костные пластинки расположены в разных направлениях, то костное вещество обладает довольно высокой прочностью и пластичностью, оно способно рационально воспринимать сжатие со всех направлений.
У взрослых людей костная ткань почти вся представлена в виде ламеллярной кости, и в зависимости от формы расположения костных пластинок и их пространственной структуры эта ткань подразделяется на плотную кость и губчатую кость. Плотная кость располагается на поверхностном слое ненормальной плоской кости и на диафизе длинной кости. Ее костное вещество плотное и прочное, а костные пластинки расположены в довольно правильном порядке и тесно соединены друг с другом, оставляя лишь небольшое пространство в некоторых местах для кровеносных сосудов и нервных каналов. Губчатая кость располагается в глубинной ее части, где пересекается множество трабекул, образуя сетку в виде пчелиных сот с разной величиной отверстий. Отверстия сот заполнены костным мозгом, кровеносными сосудами и нервами, а расположение трабекул совпадает с направлением силовых линий, поэтому хотя кость и рыхлая, но она в состоянии выдерживать довольно большую нагрузку. Кроме того, губчатая кость имеет огромную поверхностную площадь, поэтому она также называется Костю, имеющей форму морской губки. В качестве примера можно привести таз человека, средний объем которого составляет 40 см 3 , а поверхность плотной кости в среднем составляет 80 см 2 , тогда как поверхностная площадь губчатой кости достигает 1600 см 2 .
Морфология кости
С точки зрения морфологии, размеры костей неодинаковы, их можно подразделить на длинные, короткие, плоские кости и кости неправильной формы. Длинные кости имеют форму трубки, средняя часть которых представляет собой диафиз, а оба конца – эпифиз. Эпифиз сравнительно толстый, имеет суставную поверхность, образованную вместе с соседними костями. Длинные кости главным образом располагаются на конечностях. Короткие кости имеют почти кубическую форму, чаще всего находятся в частях тела, испытывающих довольно значительное давление, и в то же время они должны быть подвижными, например, это кости запястья рук и кости предплюсны ног. Плоские кости имеют форму пластинок, они образуют стенки костных полостей и выполняют защитную роль для органов, находящихся внутри этих полостей, например, как кости черепа.
Кость состоит из костного вещества, костного мозга и надкостницы, а также имеет разветвленную сеть кровеносных сосудов и нервов, как показано на рисунке. Длинная бедренная кость состоит из диафиза и двух выпуклых эпифизарных концов. Поверхность каждого эпифизарного конца покрыта хрящом и образует гладкую суставную поверхность. Коэффициент трения в пространстве между хрящами в месте соединения сустава очень мал, он может быть ниже 0.0026. Это самый низкий известный показатель силы трения между твердыми телами, что позволяет хрящу и соседним костным тканям создать высокоэффективный сустав. Эпифизарная пластинка образована из кальцинированного хряща, соединенного с хрящом. Диафиз представляет собой полую кость, стенки которой образованы из плотной кости, которая является довольно толстой по всей ее длине и постепенно утончающейся к краям.
Костный мозг заполняет костномозговую полость и губчатую кость. У плода и у детей в костномозговой полости находится красный костный мозг, это важный орган кроветворения в человеческом организме. В зрелом возрасте мозг в костномозговой полости постепенно замещается жирами и образуется желтый костный мозг, который утрачивает способность к кроветворению, но в костном мозге по-прежнему имеется красный костный мозг, выполняющий эту функцию.
Надкостница представляет собой уплотненную соединительную ткань, тесно прилегающую к поверхности кости. Она содержит кровеносные сосуды и нервы, выполняющие питательную функцию. Внутри надкостницы находится большое количество остеобласта, обладающего высокой активностью, который в период роста и развития человека способен создавать кость и постепенно делать ее толще. Когда кость повреждается, остеобласт, находящийся в состоянии покоя внутри надкостницы, начинает активизироваться и превращается в костные клетки, что имеет важное значение для регенерации и восстановления кости.
Микроструктура кости
Костное вещество в диафизе большей частью представляет собой плотную кость, и лишь возле костномозговой полости имеется небольшое количество губчатой кости. В зависимости от расположения костных пластинок, плотная кость делится на три зоны, как показано на рисунке: кольцевидные пластинки, гаверсовы (Haversion) костные пластинки и межкостные пластинки.
Кольцевидные пластинки представляют собой пластинки, расположенные по окружности на внутренней и внешней стороне диафиза, и они подразделяются на внешние и внутренние кольцевидные пластинки. Внешние кольцевидные пластинки имеют от нескольких до более десятка слоев, они располагаются стройными рядами на внешней стороне диафиза, их поверхность покрыта надкостницей. Мелкие кровеносные сосуды в надкостнице пронизывают внешние кольцевидные пластинки и проникают вглубь костного вещества. Каналы для кровеносных сосудов, проходящие через внешние кольцевидные пластинки, называются фолькмановскими каналами (Volkmann’s Canal). Внутренние кольцевидные пластинки располагаются на поверхности костномозговой полости диафиза, они имеют небольшое количество слоев. Внутренние кольцевидные пластинки покрыты внутренней надкостницей, и через эти пластинки также проходят фолькмановские каналы, соединяющие мелкие кровеносные сосуды с сосудами костного мозга. Костные пластинки, концентрично расположенные между внутренними и внешними кольцевидными пластинками, называются гаверсовыми пластинками. Они имеют от нескольких до более десятка слоев, расположенных параллельно оси кости. В гаверсовых пластинках имеется один продольный маленький канал, называемый гаверсовым каналом, в котором находятся кровеносные сосуды, а также нервы и небольшое количество рыхлой соединительной ткани. Гаверсовы пластинки и гаверсовы каналы образуют гаверсову систему. Вследствие того, что в диафизе имеется большое число гаверсовых систем, эти системы называются остеонами (Osteon). Остеоны имеют цилиндрическую форму, их поверхность покрыта слоем цементина, в котором содержится большое количество неорганических составных частей кости, костного коллагенового волокна и крайне незначительное количество костного матрикса.
Межкостные пластинки представляют собой пластинки неправильной формы, расположенные между остеонами, в них нет гаверсовых каналов и кровеносных сосудов, они состоят из остаточных гаверсовых пластинок.
Внутрикостное кровообращение
В кости имеется система кровообращения, например, на рисунке показа модель кровообращения в плотной длинной кости. В диафизе есть главная питающая артерия и вены. В надкостнице нижней части кости имеется маленькое отверстие, через которое внутрь кости проходит питающая артерия. В костном мозге эта артерия разделяется на верхнюю и нижнюю ветви, каждая из которых в дальнейшем расходится на множество ответвлений, образующих на конечном участке капилляры, питающие ткани мозга и снабжающие питательными веществами плотную кость.
Кровеносные сосуды в конечной части эпифиза соединяются с питающей артерией, входящей в костномозговую полость эпифиза. Кровь в сосудах надкостницы поступает из нее наружу, средняя часть эпифиза в основном снабжается кровью из питающей артерии и лишь небольшое количество крови поступает в эпифиз из сосудов надкостницы. Если питающая артерия повреждается или перерезается при операции, то, возможно, что снабжение кровью эпифиза будет заменяться на питание из надкостницы, поскольку эти кровеносные сосуды взаимно связываются друг с другом при развитии плода.
Кровеносные сосуды в эпифизе проходят в него из боковых частей эпифизарной пластинки, развиваясь, превращаются в эпифизарные артерии, снабжающие кровью мозг эпифиза. Есть также большое количество ответвлений, снабжающих кровью хрящи вокруг эпифиза и его боковые части.
Верхняя часть кости представляет собой суставный хрящ, под которым находится эпифизарная артерия, а еще ниже ростовой хрящ, после чего имеются три вида кости: внутрихрящевая кость, костные пластинки и надкостница. Направление кровотока в этих трех видах кости неодинаково: во внутрихрящевой кости движение крови происходит вверх и наружу, в средней части диафиза сосуды имеют поперечное направление, а в нижней части диафиза сосуды направлены вниз и наружу. Поэтому кровеносные сосуды во всей плотной кости расположены в форме зонтика и расходятся лучеобразно.
Поскольку кровеносные сосуды в кости очень тонкие, и их невозможно наблюдать непосредственно, поэтому изучение динамики кровотока в них довольно затруднительно. В настоящее время с помощью радиоизотопов, внедряемых в кровеносные сосуды кости, судя по количеству их остатков и количеству выделяемого ими тепла в сопоставлении с пропорцией кровотока, можно измерить распределение температур в кости, чтобы определить состояние кровообращения.
В процессе лечения дегенеративно-дистрофических заболеваний суставов безоперационным методом в головке бедренной кости создается внутренняя электрохимическая среда, которая способствует восстановлению нарушенной микроциркуляции и активному удалению продуктов обмена разрушенных заболеванием тканей, стимулирует деление и дифференциацию костных клеток, постепенно замещающих дефект кости.
Скелет человека: функции, отделы
Скелет представляет совокупность костей, принадлежащих им хрящей и соединяющих кости связок.
Всего в теле человека более 200 костей. Вес скелета 7-10 кг, что составляет 1/8 веса человека.
В скелете человека различаются следующие отделы :
- скелет головы (череп), скелет туловища - осевой скелет;
- пояс верхних конечностей , пояс нижних конечностей - добавочный скелет.
Скелет человека
спереди
Функции скелета :
- Механические функции :
- опора и крепление мышц (скелет поддерживает все другие органы, придаёт телу определённую форму и положение в пространстве);
- защита - образование полостей (черепная коробка защищает головной мозг, грудная клетка предохраняет сердце и лёгкие, а таз - мочевой пузырь, прямую кишку и другие органы);
- движение - подвижное соединение костей (скелет вместе с мышцами составляет двигательный аппарат, кости в этом аппарате выполняют пассивную роль - они являются рычагами, которые перемещаются в результате сокращения мышц).
- минеральный обмен;
- кроветворение;
- депонирование крови.
Классификация костей, особенности их строения. Кость как орган
Кость - структурно-функциональная единица скелета и самостоятельный орган. Каждая кость занимает точное положение в теле, имеет определённую форму и строение, выполняет свойственную ей функцию. В образовании кости принимают участие все виды тканей. Конечно, главное место занимает костная ткань. 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 свойствами, её прочность можно сравнить с прочностью металла. Относительная плотность костной ткани около 2,0. Живая кость содержит 50% воды, 12,5% органических веществ белковой природы (оссеин и оссеомукоид), 21,8% неорганических минеральных веществ (главным образом фосфат кальция) и 15,7% жира.
В высушенной кости 2/3 составляют неорганические вещества, от которых зависит твёрдость кости, и 1/3 - органические вещества, обусловливающие её упругость. Содержание в кости минеральных (неорганических) веществ с возрастом постепенно увеличивается, в результате чего кости пожилых и старых людей становятся более хрупкими. По этой причине даже незначительные травмы у стариков сопровождаются переломами костей. Гибкость и упругость костей у детей зависят от относительно большего содержания в них органических веществ.
Остеопороз - заболевание, связанное с повреждением (истончением) костной ткани, ведущее к переломам и деформации костей. Причина - не усвоение кальция.
Структурной функциональной единицей кости является остеон . Обычно остеон состоит из 5-20 костных пластинок. Диаметр остеона 0,3 - 0,4 мм.
Если костные пластинки плотно прилегают друг к другу, то получается плотное (компактное) костное вещество. Если костные перекладины расположены рыхло, то образуется губчатое костное вещество, в котором находится красный костный мозг.
Снаружи кость покрыта надкостницей. В ней находятся сосуды и нервы.
За счёт надкостницы кость растёт в толщину. За счёт эпифизов кость растёт в длину.
Внутри кости находится полость, заполненная жёлтым костным мозгом.
Внутреннее строение кости
Классификация костей по форме:
- Трубчатые кости - имеют общий план строения, в них различают тело (диафиз) и два конца (эпифизы); цилиндрической или трёхгранной формы; длина преобладает над шириной; снаружи трубчатая кость покрыта соединительнотканным слоем (надкостницей):
- длинные (бедренная, плечевая);
- короткие (фаланги пальцев).
- длинные (грудина);
- короткие (позвонки, крестец)
- сесамовидные кости - расположены в толще сухожилий и обычно лежат на поверхности других костей (надколенник).
- кости черепа (крыша черепа);
- плоские (тазовая кость, лопатки, кости поясов верхних и нижних конечностей).
Кость, os, ossis, как орган живого организма состоит из нескольких тканей, главнейшей из которых является костная.
Химический состав кости и ее физические свойства.
Костное вещество состоит из двоякого рода химических веществ: органических (Уз), главным образом оссеина, и неорганических (2/з), главным образом солей кальция, особенно фосфорнокислой извести (более половины - 51,04 %). Если кость подвергнуть действию раствора кислот (соляной, азотной и др.), то соли извести растворяются (decalcinatio), а органическое вещество остается и сохраняет форму кости, будучи, однако, мягким и эластичным. Если же кость подвергнуть обжиганию, то органическое вещество сгорает, а неорганическое остается, также сохраняя форму кости и ее твердость, но будучи при этом весьма хрупким. Следовательно, эластичность кости зависит от оссеина, а твердость ее - от минеральных солей. Сочетание неорганических и органических веществ в живой кости и придает ей необычайные крепость и упругость. В этом убеждают и возрастные изменения кости. У маленьких детей, у которых оссеина сравнительно больше, кости отличаются большой гибкостью и потому редко ломаются. Наоборот, в старости, когда соотношение органических и неорганических веществ изменяется в пользу последних, кости становятся менее эластичными и более хрупкими, вследствие чего переломы костей чаще всего наблюдаются у стариков.
Строение кости.
Структурной единицей кости, видимой в лупу или при малом увеличении микроскопа, является остеон, т. е. система костных пластинок, концентрически расположенных вокруг центрального канала, содержащего сосуды и нервы.
Остеоны не прилегают друг к другу вплотную, а промежутки между ними заполнены интерстициальными костными пластинками. Остеоны располагаются не беспорядочно, а соответственно функциональной нагрузке на кость: в трубчатых костях параллельно длиннику кости, в губчатых - перпендикулярно вертикальной оси, в плоских костях черепа - параллельно поверхности кости и радиально.
Вместе с интерстициальными пластинками остеоны образуют основной средний слой костного вещества, покрытый изнутри (со стороны эндоста) внутренним слоем костных пластинок, а снаружи (со стороны периоста) - наружным слоем окружающих пластинок. Последний пронизан кровеносными сосудами, идущими из надкостницы в костное вещество в особых прободающих каналах. Начало этих каналов видно на мацерирован-ной кости в виде многочисленных питательных отверстий (foramina nut-rfcia). Проходящие в каналах кровеносные сосуды обеспечивают обмен веществ в кости. Из остеонов состоят более крупные элементы кости, видимые уже невооруженным глазом на распиле или на рентгенограмме, - перекладины костного вещества, или трабекулы. Из этих трабекул складывается двоякого рода костное вещество: если трабекулы лежат плотно, то получается плотное компактное вещество, substantia compacta. Если трабекулы лежат рыхло, образуя между собою костные ячейки наподобие губки, то получается губчатое, трабекулярное вещество, substantia spongiosa, trabecularis (spongia, греч. - губка).
Распределение компактного и губчатого вещества зависит от функциональных условий 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. 7).
Перекладины губчатого вещества располагаются не беспорядочно, а закономерно, также соответственно функциональным условиям, в которых находится данная кость или ее часть. Поскольку кости испытывают двойное действие - давление и тягу мышц, постольку костные перекладины располагаются по линиям сил сжатия и растяжения. Соответственно разному направлению этих сил различные кости или даже части их имеют разное строение. В покровных костях свода черепа, выполняющих преимущественно функцию защиты, губчатое вещество имеет особый характер, отличающий его от остальных костей, несущих все 3 функции скелета. Это губчатое вещество называется диплоэ, diploe (двойной), так как оно состоит из неправильной формы костных ячеек, расположенных между двумя костными пластинками - наружной, lamina externa, и внутренней, lamina interna. Последнюю называют также стекловидной, lamina vftrea, так как она ломается при повреждениях черепа легче, чем наружная.
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.
Костный мозг бывает двух родов: красный и желтый.
Красный костный мозг, medulla ossium rubra (детали строения см. в курсе гистологии), имеет вид нежной красной массы, состоящей из ретикулярной ткани, в петлях которой находятся клеточные элементы, имеющие непосредственное отношение к кроветворению (стволовые клетки) и костеобразованию (костесозидатели - остеобласты и костеразруши-тели - остеокласты). Он пронизан нервами и кровеносными сосудами, питающими, кроме костного мозга, внутренние слои кости. 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 главным образом и состоит.
В периоде развития и роста организма, когда требуются большая кроветворная и костеобразующая функции, преобладает красный костный мозг (у плодов и новорожденных имеется только красный мозг). По мере роста ребенка красный мозг постепенно замещается желтым, который у взрослых полностью заполняет костномозговую полость трубчатых костей.
Снаружи кость, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей, periosteum (периост).
Надкостница - это тонкая, крепкая соединительнотканная пленка бледно-розового цвета, окружающая кость снаружи и прикрепленная к ней с помощью соединительнотканных пучков - прободающих волокон, проникающих в кость через особые канальцы. Она состоит 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. Питание осуществляется за счет кровеносных сосудов, проникающих в большом числе из надкостницы в наружное компактное вещество кости через многочисленные питательные отверстия (foramina nutricia), а рост кости осуществляется за счет остеобластов, расположенных во внутреннем, прилегающем к кости слое (камбиальном). Суставные поверхности кости, свободные от надкостницы, покрывает суставной хрящ, cartilage articularis.
Таким образом, в понятие кости как органа входят костная ткань, образующая главную массу кости, а также костный мозг, надкостница, суставной хрящ и многочисленные нервы и сосуды.
Развитие кости.
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 (рис. . На определенном участке эмбриональной соединительной ткани, имеющей очертания будущей кости, благодаря деятельности остеобластов появляются островки костного вещества (точка окостенения). Из первичного центра процесс окостенения распространяется во все стороны лучеобразно путем наложения (аппозиции) костного вещества по периферии. Поверхностные слои соединительной ткани, из которой формируется покровная кость, остаются в виде надкостницы, со стороны которой происходит увеличение кости в толщину.
2. Перихондралъное окостенение (peri - вокруг, chondros - хрящ) проис ходит на наружной поверхности хрящевых зачатков кости при участии надхрящницы (perichondrium). Мезенхимный зачаток, имеющий очертания будущей кости, превращается в "кость", состоящую из хрящевой ткани и представляющую собой как бы хрящевую модель кости. Благодаря деятельности остеобластов надхрящницы, покрывающей хрящ снаружи, на поверхности его, непосредственно под надхрящницей, откладывается костная ткань, которая постепенно замещает ткань хрящевую и образует 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 порядок сохраняется и в онтогенезе человека, у которого окостенение также функционально обусловлено и начинается с наиболее нагружаемых центральных участков костей.
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. Затем незадолго до рождения или в первые годы после рождения появляются вторичные точки, из которых образуются путем эндохондрального остеогенеза концы костей, участвующие в сочленениях, т. е. эпифизы, epiphysis (нарост, epi - над), трубчатых костей. Возникшее в центре хрящевого эпифиза ядро окостенения разрастается и становится костным эпифизом, построенным из губчатого вещества. От первоначальной хрящевой ткани остается на всю жизнь только тонкий слой ее на поверхности эпифиза, образующий суставной хрящ.
У детей, юношей и даже взрослых появляются добавочные островки окостенения, из которых окостеневают части кости, испытывающие тягу вследствие прикрепления к ним мышц и связок, называемые апофизами, apophysis (отросток, арo - от): например, большой вертел бедренной кости или добавочные точки на отростках поясничных позвонков, окостеневающих лишь у взрослых.
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.
Ряд костей человека является продуктом слияния костей, самостоятельно существующих у животных. Отражая этот процесс слияния, развитие таких костей происходит за счет очагов окостенения, соответствующих по своему количеству и местоположению числу слившихся костей. Так, лопатка человека развивается из 2 костей, участвующих в плечевом поясе низших наземных 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 течение всего периода детства и юности сохраняется прослойка хряща между эпифизом и метафизом, называемая эпифизарным хрящом, или пластинкой роста. За счет этого хряща кость растет в длину благодаря размножению его клеток, откладывающих промежуточное хрящевое вещество. Впоследствии размножение клеток прекращается, эпифизарный хрящ уступает натиску костной ткани и метафиз сливается с эпифизом - получается синостоз (костное сращение).
Таким образом, окостенение и рост кости есть результат жизнедеятельности остеобластов и остеокластов, выполняющих противоположные функции аппозиции и резорбции - созидания и разрушения. Поэтому на примере развития кости мы видим проявление диалектического закона единства и борьбы противоположностей. "Жить значит умирать" {Маркс К., Энгельс Ф. Соч., 2-е изд., т. 20, с. 611).
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 соответственно окостенению двоякого рода: 1) наружный кортикальный (cortex - кора) возникает путем перихонд- рального окостенения из надхрящницы или надкостницы, откуда и получает питающие его кровеносные сосуды; 2) внутренний слой возникает путем эндохондрального окостенения и получает питание от сосудов костного мозга.
Концы диафиза, прилегающие к эпифизарному хрящу, - метафизы. Они развиваются вместе с диафизом, но участвуют в росте костей в длину и состоят из губчатого вещества, substantia spongiosa. В ячейках "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. Расположенные вблизи эпифиза костные выступы - апофизы, к которым прикрепляются мышцы и связки. Апофизы окостеневают эндохондрально из самостоятельно заложенных в их хряще точек окостенения и построены из губчатого вещества. В костях, не относящихся к трубчатым, но развивающихся из нескольких точек окостенения, можно также различать аналогичные части.
Похожая информация.
2.1. Кость как орган
Одну из важнейших функций - передвижение в пространстве человека – выполняет опорно-двигательный аппарат, состоящий из 2-х частей: пассивной и активной. К пассивной относятся кости, соединяющиеся между собой различным образом, к активной - мышцы.
Скелет (от греч. - высохший, высушенный) представляет собой комплекс костей, выполняющих опорную, защитную, локомоторную функции. В состав скелета входит - 206 костей, из них 170- парные, 36 непарные. Скелет условно подразделяют на 2 части:
- осевой скелет, к нему относятся: позвоночный столб - 26 костей, череп - 23 кости, грудная клетка - 25 костей;
- добавочный скелет, к которому относятся: кости верхних конечностей - 64, кости нижних конечностей - 62.
Значение скелета:
1. Механическое значение:
а) выполняет защитную функцию организма от вредных внешних воздействий,
б) опора и поддержка для мягких тканей, которая достигается прикреплением мягких тканей и органов к различным частям скелета,
в) движение, которое возможно благодаря строению, соединению костей, приводимых в движение мышцами, управляемыми нервной системой.
2. Биологическое значение:
а) участие скелета в обмене веществ (фосфор, кальций, железо и др.)
б) выполнение кроветворной функции (красным костный мозг).
Кость - живой орган, в состав которого входят кровеносные сосуды, нервная, костная, хрящевая и соединительная ткани. Кости составляют 18% общей массы тела.
По форме различают кости:
1. Трубчатые - имеют форму трубки с костномозговым каналом внутри и выполняют все 3 функции скелета (опора, защита и движение). Они делятся:
а) длинные - длина которых превышает прочие их размеры (кости верхних и нижних конечностей);
б) короткие - кости, расположенные в пястье, плюсне, фалангах.
2. Губчатые - построены из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного:
а) длинные - ребра и грудина выполняют функцию опоры и защиты;
б) короткие - кости запястья, предплюсны, позвонки выполняют опорную функцию;
в) сесамовидные - надколенник, гороховидная кость, сесамовидные кости пальцев руки и ноги. Они развиваются в толще сухожилий, их функция – вспомогательные приспособления для работы мышц.
3. Плоские - различают:
а) плоские кости черепа (лобная и теменные) - выполняют защитную функцию. Они построены из 2-х пластинок компактного вещества, между которыми находится губчатое вещество, содержащее каналы для вен. Эти кости развиваются на основе соединительной ткани (покровные кости);
б) плоские кости поясов (лопатка, тазовые кости) выполняют функцию опоры и защиты, построены из губчатого вещества, развившегося на почве хрящевой ткани.
4. Смешанные (кости основания черепа). К ним относятся кости, сливающиеся из нескольких частей, имевших различную форму, строение, развитие и разные функции.
Химический состав кости
В состав костей входит: органические вещества (оссеин, оссеомукоид) - 1/3, неорганические вещества (главным образом соли Са) - 2/3.
От наличия органических веществ зависит упругость кости, а от наличия неорганических соединений - ее твердость. Если прокалить кость, то в ней сгорят органические вещества и останутся минеральные соли, кость сохранит свою твердость, но станет очень хрупкой. В кости, помещенной в раствор соляной или азотной кислот, остаются органические вещества, но растворяются неорганические (происходит декальцификация кости), кость сохраняет свою форму, но лишается твердости – легко гнется. С возрастом происходит относительное уменьшение органических веществ и увеличение минеральных солей. Вследствие этого кости пожилых людей обладают меньшей упругостью, по сравнению с костями детей.
Строение кости
Снаружи кость, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей. Надкостница - тонкая, крепкая соединительнотканная пленка бледно-розового цвета, окружающая кость снаружи и прикрепленная к ней с помощью соединительнотканных пучков - прободающих волокон. Она состоит из 2-х волокон: наружного волокнистого (фиброзного) и внутреннего костеобразующего (остеогенного) слоев. Она богата нервами и сосудами, благодаря чему участвует в питании и росте кости в толщину. Питание осуществляется за счет кровеносных сосудов, проникающих в большом количестве из надкостницы в наружное компактное вещество кости через многочисленные питательные отверстия. Рост кости осуществляется за счет остеобластов, расположенных во внутреннем слое надкостницы. Суставные поверхности, свободные от надкостницы, покрыты суставным хрящом.
В трубчатой кости различают: среднюю часть - тело (диафиз), два конца (эпифизы).
Структурной единицей кости является остеон - это система костных пластинок, концентрически расположенных вокруг центрального канала, содержащего сосуды и нервы. Он состоит из 5-10 цилиндрических пластинок, вставленных одна в другую. В центре каждого остеона проходит центральный (гаверсовый) канал. Диаметр остеона 0,3-0,4 мм. Они не прилегают друг к другу вплотную, а промежутки между ними заполнены интерстициальными (вставочными, промежуточными) пластинками. Остеоны располагаются не беспорядочно, а соответственно функциональной нагрузке на кость: в трубчатых костях параллельно длине кости, в губчатых - перпендикулярно вертикальной оси, в плоских костях черепа - параллельно поверхности кости и радиально.
Вместе с интерстициальными пластинками остеоны образуют основной средний слой костного вещества, который покрыт снаружи - наружными окружающими костными пластинками, а изнутри - внутренними окружающими костными пластинками.
Наружный слой окружающих пластинок пронизан кровеносными сосудами, идущими из надкостницы в костное вещество в особых каналах. Они обеспечивают обмен веществ в кости.
Из остеонов состоят более крупные элементы кости - перекладины костного вещества или трабекулы. Из трабекул складывается костное вещество двоякого рода:
1. Если трабекулы лежат плотно, то образуется плотное компактное вещество.
2. Если трабекулы лежат рыхло, образуя между собою костные ячейки наподобие губки, то образуется губчатое вещество.
Распределение компактного и губчатого вещества зависит от функциональных условий кости. Компактное вещество находится в тех костях, которые выполняют функцию опоры и движения, например, диафизы трубчатых костей, эпифизы (их поверхность).
В местах, где при большом объеме требуется сохранить легкость и прочность, образуется губчатое вещество, например, эпифизы трубчатых костей (под компактным веществом).
Костные пластинки губчатого вещества образуют костные перекладины, расположенные в определенном порядке. Расположение костных перекладин в различных костях не одинаково и зависит от давления, которое испытывает кость в теле и от растяжения, которому подвергается кость вследствие сокращения прикрепляющихся к ней мышц.
Короткие кости имеют различное строение. Одни из них (кости пясти и фаланги пальцев) по строению аналогичны длинным трубчатым костям. Другие короткие кости (позвонки, кости запястья и предплюсны), подобны эпифизам длинных костей и состоят преимущественно из губчатого вещества, покрытого снаружи тонким слоем компактного вещества.
Плоские кости (кости крыш черепа, ребра, грудина) состоят из 2-ух пластинок компактного вещества, между которыми находится прослойка губчатого.
Внутри костей, вежду костными пластинками губчатого вещества и в костных каналах трубчатых костей находится костным мозг - орган кроветворения и биологической защиты. Он бывает 2-ух видов: красный и желтый.
Красный костный мозг имеет вид нежной красной массы, состоящей из ретикулярной массы, в петлях которой находятся стволовые клетки, выполняющие функцию кроветворения и клетки, выполняющие функцию костеобразования.
Красный костный мозг пронизан нервами и кровеносными сосудами, питающими кроме костного мозга и внутренние слои кости. Кровеносные сосуды и кровяные элементы придают костному мозгу красный цвет.
Желтый костный мозг обязан своим цветом жировым клеткам, из которых он и состоит.
Во внутриутробном периоде и у новорожденных во всех костных полостях находится красный костный мозг (когда требуется большая кроветворная и костеобразующая функция). У взрослого человека красный костный мозг содержится только в ячейках губчатого вещества плоских костей (грудина, крылья подвздошных костей), в эпифизах трубчатых костей. В диафизах находится желтый костный мозг.
Различают костные клетки:
1. Остеобласты - молодые костные клетки многоугольной, кубической формы, богатые органеллами: рибосомами, комплексом Гольджи, элементами зернистой эндоплазматической сети. Клетки постепенно дифференцируются в остеоциты, при этом количество органелл в них уменьшается. Межклеточное вещество, образуемое остеобластами, окружает их со всех сторон и пропитывается солями кальция.
2. Остеоциты - зрелые многоотросчатые клетки, их отростки контактируют между собой. Клетки не делятся, органеллы в них развиты слабо.
3. Остеокласты - крупные многоядерные клетки, разрушающие кость и хрящ. На своей поверхности имеют множество цитоплазматических выростов, покрытых цитоплазматической мембраной. Клетки богаты гидролитическими ферментами, митохондриями, лизосомами и вакуолями, хорошо выражен комплекс Гольджи.