Микроструктура зрелой кости в обоих поперечных сечениях

Кость - это специализированная соединительная ткань, имеющая кальцифицированный внеклеточный матрикс, предназначенный для обеспечения жесткого каркаса для поддержки и защиты мягких тканей тела. Кости также образуют систему рычагов, которая в сочетании со скелетными мышцами делает возможным передвижение.

В дополнение к этим функциям кость служит резервуаром для развивающихся клеток крови и ионов (например, фосфата кальция), которые могут накапливаться или высвобождаться регулируемым образом для поддержания гомеостаза жидкостей организма.

Клетки, расположенные внутри кальцифицированного матрикса, занимают пространства, называемые лакунами, и называются остеоцитами, тогда как клетки на периферических поверхностях кости называются остеобластами.

Отростки соседних остеоцитов занимают тонкие каналы в кальцифицированном матриксе, называемые канальцами, которые позволяют клеткам взаимодействовать через щелевые соединения. Клетки, участвующие в ремоделировании кальцифицированного костного матрикса, называются остеокластами. Остеокласты часто можно увидеть в поверхностных углублениях матрикса, известных как лакуны Хаушипа.

Внеклеточный матрикс кости состоит как из неорганических компонентов — кристаллов гидроксиапатита и аморфного фосфата кальция, так и из органических компонентов, включая коллаген I типа, протеогликаны и гликопротеины (сиалопротеин и остеокальцин).

Поверхность кости полностью покрыта слоями остеопрогениторных клеток. Надкостница покрывает внешнюю поверхность кости и состоит из остеопрогениторных клеток и фибробластов, расположенных в плотном волокнистом слое соединительной ткани.

Пучки коллагена в надкостнице, называемые волокнами Шарпея, проникают в кость и прикрепляют надкостницу к костному матриксу. Внутренние поверхности кости выстланы эндостом, который состоит из одного слоя остеопрогениторных клеток и тонкой соединительной ткани.

При поверхностном осмотре можно различить два типа костей: компактную кость и губчатую кость. Компактная кость состоит из последовательных слоев или пластинок, которые расположены параллельно друг другу, или из пластинок, расположенных концентрическими кольцевыми рядами вокруг сосудистого канала.

Первые образуют внутреннюю и внешнюю окружные пластинки в длинных костях, в то время как концентрические пластинки, окружающие кровеносные сосуды, образуют микроскопическую единицу, называемую гаверсовой системой или остеоном. Коллагеновые волокна в отдельных пластинках параллельны друг другу, но располагаются перпендикулярно (или ортогонально) к волокнам в соседних пластинках, тем самым придавая кости большую прочность по мере формирования дополнительных пластинок.

Каждый остеон окружен аморфным слоем, называемым цементирующим веществом, который состоит в основном из основного вещества и нескольких коллагеновых волокон. Интерстициальные пластинки представляют собой группы параллельных пластинок неправильной формы, которые располагаются между соседними остеонами в результате неполного удаления остеонов во время роста и ремоделирования кости.

Рис. 5-1. Микроструктура зрелой кости как в поперечном разрезе (вверху), так и в продольном разрезе, а также участки компактной и губчатой кости. Центральная область в поперечном разрезе имитирует микрорадиограмму, при этом плотность отражает различия в минерализации. Обратите внимание на общее строение остеонов, распределение лакун остеоцитов, гаверсовы каналы и их содержимое, места рассасывания и различные представления о структурной основе костной пластинки

Плотная кость образует поверхности всех костей и, следовательно, окружает губчатую кость, которая находится внутри эпифизов (концов длинных костей) или внутри плоских костей. Губчатая кость состоит из трехмерного массива спикул или трабекул, состоящих из параллельных пластинок. В длинных костях губчатая кость служит для передачи нагрузки с большей суставной поверхности на более узкий диафизарный стержень.

В процессе формирования каждой кости образуются два типа костной ткани. Первый называется первичной, сплетенной или незрелой костью. Его отличают неправильная ориентация коллагеновых волокон, низкое содержание минералов и высокая доля остеоцитов. Незрелая костная ткань является временной и у взрослого человека замещается вторичной костной тканью, которая имеет характерное пластинчатое расположение, более высокое содержание минералов и меньшую долю остеоцитов.

Формирование костной ткани происходит путем внутримембранозного или эндохондрального окостенения. Внутримембранное костеобразование происходит в богато васкуляризованных образованиях мезенхимальной ткани, где мезенхимальные клетки дифференцируются в остеобласты и производят первичный или незрелый костный матрикс.

За этим отложением незрелой кости следует ремоделирование с образованием вторичной или зрелой кости. При формировании эндохондральной кости уплотнение мезенхимальных клеток сначала приводит к образованию гиалинового хряща. Кальциноз периферической диафизарных области в модели хрящевой приводит к образованию надкостнично воротник с последующим перерождением внутренних chondrocyt.

Остеогенная почка, содержащая кровеносные сосуды, проникает в надкостничный воротник и переносит остеобласты в дегенерирующий хрящевой матрикс, формируя таким образом первичный центр окостенения. На более поздних стадиях эмбрионального развития на эпифизарных концах каждой длинной кости развиваются вторичные центры окостенения.

По мере продолжения роста длинной кости оставшийся гиалиновый хрящ ограничивается либо суставными поверхностями (которые сохраняются на протяжении всей взрослой жизни), либо эпифизарной пластинкой, которая служит областью, позволяющей увеличивать длину кости до достижения зрелости. В это время происходит костное сращивание диафиза и эпифиза, и дальнейшее увеличение роста длинной кости невозможно.