ОБЩАЯ ОСТЕОЛОГИЯ, OSTEOLOGIA

Скелет (skeletos, греч. – высушенный) состоит из отдельных костей, соединенных между собой при помощи соединительной, хрящевой или костной ткани, вместе с которыми и составляет пассивную часть аппарата движения.

Значение скелета. Костная система выполняет ряд функций, имеющих механическое и биологическое значение. Механические функции скелета проявляются в его способности осуществлять защиту, опору и движение.

Опора достигается прикреплением мягких тканей и органов к различным частям скелета. Движение возможно благодаря строению костей в виде длинных и коротких рычагов, соединенных подвижными сочленениями и приводимых в движение мышцами.

Наконец, защита осуществляется путем образования костями полостей, в которых располагаются жизненно важные органы.

Биологическая функция костной системы связана с участием скелета в обмене веществ, особенно в минеральном обмене (скелет является депо минеральных солей – фосфора, кальция, железа и др.). Кроме того, скелет выполняет и кроветворную функцию. При этом кость не является просто защитным футляром для костного мозга, а последний составляет органическую часть ее.

Развитие скелета. На низших ступенях организации, а также в эмбриональном периоде у всех позвоночных первым зачатком внутреннего скелета является спинная струна – chorda dorsalis, происходящая из мезодермы. В процессе филогенеза как явление приспособления к окружающей среде происходит последовательная смена 3 видов скелета. Эта смена повторяется и в процессе онтогенеза человека, в течение которого наблюдаются 3 стадии развития скелета: 1) соединительнотканная (перепончатая), 2) хрящевая и 3) костная. Большинство костей проходят 3 стадии развития и такие кости называются вторичными (кости основания черепа, туловища и конечностей). Часть костей в своем развитии проходит 2 стадии: соединительнотканную и костную, минуя стадию хряща. В этом случае кости называются первичными (покровные кости свода черепа, большинство костей лица, части ключицы).

КОСТЬ КАК ОРГАН

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 (1/3), главным образом оссеина, и неорганических (2/3), главным образом солей кальция, особенно фосфорнокислой извести (более половины – 51,04 %). Следовательно, эластичность кости зависит от оссеина, а твердость ее – от минеральных солей. Сочетание неорганических и органических веществ в живой кости придает ей необычайные крепость и упругость. Cодержание оссеина и неорганических веществ с возрастом меняется. У детей органического вещества сравнительно больше, поэтому их кости очень эластичны. С возрастом количество неорганических веществ увеличивается, поэтому у людей пожилого и старческого возраста кости становятся более хрупкими.

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. В пластинках расположены костные клетки – остеоциты.

Остеоны не прилегают плотно друг к другу, 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.

Из остеонов состоят более крупные элементы кости – 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 вещество, substantia spongiosa.

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 и движения, 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. 1).

Перекладины губчатого вещества располагаются не беспорядочно, а закономерно. 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 губчатое вещество называется диплоэ, diploe (двойной) и состоит из костных ячеек, расположенных между двумя костными пластинками – наружной, lamina externa, и внутренней, lamina interna. Последнюю называют также стекловидной, lamina vitrea, так как она ломается при повреждениях черепа легче, чем наружная.

Рис. 1. Строение бедренной кости на распиле (по Кишш – Сентаготаи) 1 – эпифиз; 2 – метафиз; 3 – апофиз; 4 – губчатое вещество; 5 – диафиз; 6 – компактное вещество; 7 – костномозговая полость.

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.

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 содержит клеточные элементы, имеющие непосредственное отношение к кроветворению (стволовые клетки) и костеобразованию (костесозидатели – остеобласты и костеразрушители – остеокласты). Эритроциты, содержащиеся в костном мозгу, придают ему красный цвет.

Желтый костный мозг, medulla ossium flava, состоит из жировых клеток.

У плодов и новорожденных имеется только красный мозг. По мере роста ребенка красный мозг каналов трубчатых костей постепенно замещается желтым.

Снаружи кость, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей, periosteum (периост). Надкостница – это тонкая, крепкая соединительнотканная пленка окружающая кость снаружи. 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, cartilago 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.

2. Перихондральное окостенение (peri – вокруг, chondros – хрящ) происходит на наружной поверхности хрящевых зачатков кости при участии надхрящницы (perichondrium).

3. С переходом хрящевой модели кости в костную надхрящница становится надкостницей (periosteum) и дальнейшее отложение костной ткани идет за счет надкостницы – периосталъное окостенение. Поэтому перихондральный и периостальный остеогенезы следуют один за другим.

4. Эндохондральное окостенение (endo, греч. – внутри, chondros – хрящ) совершается внутри хрящевых зачатков при участии надхрящницы, которая отдает отростки, содержащие сосуды, внутрь хряща. Проникая вглубь хряща вместе с сосудами, костеобразовательная ткань разрушает хрящ и образует в центре хрящевой модели кости островок костной ткани (точка окостенения).

Различают первичные точки окостенения, из которых развиваются основные части костей, несущие на себе наибольшую нагрузку, т.е. тела, или диафизы, diaphysis, трубчатых костей и концы диафиза, называемые метафизами, metaphysis. После рождения появляются вторичные точки, из которых образуются концы костей, участвующие в сочленениях, т.е. эпифизы, epiphysis, трубчатых костей. Исключением являются дистальный эпифиз бедренной кости и проксимальный эпифиз большеберцовой кости, где точки окостенения появляются к моменту рождения (по их наличию можно судить о доношенности плода). Затем в процессе роста появляются добавочные островки окостенения, из которых окостеневают части кости, испытывающие тягу мышц и связок, называемые апофизами, apophysis: например, большой вертел бедренной кости.

Рост кости. В процессе роста организма и перестройки костей, наряду с образованием новых остеонов, идет параллельный процесс рассасывания (резорбция) старых. 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 ее слои 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 (метаэпифизарным) хрящом, или пластинкой роста. За счет этого хряща кость растет в длину. Длинные трубчатые кости растут в длину с двух сторон, являясь диэпифизарными. Короткие трубчатые кости растут в длину за счет эпифизарного хряща с одной стороны, т.е. являются моноэпифизарными. Впоследствии размножение клеток прекращается, эпифизарный хрящ исчезает 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.

Соответственно описанному развитию и функции, в каждой трубчатой кости различаются следующие части (см. рис. 1):

1. Тело кости, диафиз, представляет собой костную трубку, содержащую у взрослых желтый костный мозг и выполняющую, преимущественно, функции опоры и защиты. Стенка трубки состоит из плотного компактного вещества.

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 из самостоятельной точки окостенения; снаружи они несут суставную поверхность, участвующую в образовании сустава.

3. Расположенные вблизи эпифиза костные выступы – апофизы, к которым прикрепляются мышцы и связки. Они окостеневают энхондрально и построены из губчатого вещества.