Рост и развитие костей. Строение кости как органа

Остеогенез – развитие костей. Большинство костей скелета человека проходит в процессе онтогенеза 3 стадии развития: 1. соединительнотканную (перепончатую); 2. хрящевую; 3. костную.

Рис. 2. Способы развития костей

1. Прямой остеогенез. В мезенхиме, в центре будущей кости появляется одна или несколько точек окостенения (эндесмальное окостенение). Точки окостенения состоят из остеобластов, число которых быстро увеличивается. Остеобласты продуцируют матрикс, пропитывающийся солями кальция. Т.о. остеобласты превращаются в остеоциты, замурованные в костном веществе. Поверхностные слои превращаются в надкостницу.

2. Непрямой осгеогенез. В мезенхиме развивается хрящевая модель кости. Замещение хрящевой ткани костной (на 8-ой неделе эмбриогенеза) приводит к образованию хондральных костей. Различают два способа хондрального окостенения: перихондральное и эндохондральное.

Перихондральное окостенение начинается с появления в надхрящнице остеобластов (продуцируются внутренним слоем надхрящницы). Остеобласты откладываются на поверхности хряща, надхрящница превращается в надкостницу, а остеобласты наслаиваются на предыдущие слои костной ткани способом наложения – аппозиции, формируя на поверхности хряща костную пластинку. Т.о. кость растет в толщину – периостальный способ роста кости.

Одновременно костная ткань начинает образовываться внутри хряща. Внутрь хряща врастает соединительная ткань вместе с кровеносными сосудами. Вместе с ними в хрящ проникают остеобласты, начинают строить кость изнутри – эндохондрально.

Параллельно процессам развития кости идут процессы разрушения хряща – хондрокластами, а затем и процессы разрушения кости – остеокластами.

В результате разрушения кости в трубчатых костях образуются небольшие полости, они сливаются в костномозговую полость.

Незадолго до или после рождения вторичные точки окостенения появляются в эпифизах, хрящ замещается костной тканью. Между окостеневающим эпифизом и костным диафизом некоторое время остаётся эпифизарный хрящ. Он выполняет костеобразующую функцию до 18-25 лет, до приобретения окончательных размеров костью. К этому времени эпифизарный хрящ замещается костной тканью, эпифиз срастается с диафизом и кость становится единым целым органом. Т.о. кость растет в длину.

Прорастающая внутрь кости эмбриональная соединительная ткань даёт начало красному костному мозгу.

На кости после рождения появляются добавочные островки окостенения (апофизы), в местах прикрепления мышц, связок. В результате мышечной тяги здесь образуются бугры. У кристаллов кости есть одно необычное свойство – под действием нагрузки они создают небольшое электрическое поле, которое привлекает остеобласты, и только там они начинают производить кость. Врачи используют эту особенность, стимулируя рост кости электрическим током при особенно трудно заживающих переломах.

После рождения в скелете человека постоянно происходит обновление костной ткани. Эту непрерывную деятельность осуществляют остеобласты (костные клетки) и остеокласты (макрофаги). Из-за необходимости поддерживать определенный уровень кальция в организме, особенно необходимый для сокращения мышц, матрикс в кости должен непрерывно разрушаться (чтобы высвободить кальций) и восстанавливаться (чтобы связать кальций).

За кальциевый гомеостаз ответственны два гормона: гормон паращитовидной железы (паратгормон) увеличивает уровень кальция в крови, а кальцитонин – гормон щитовидной железы – уменьшает уровень кальция в крови. Парагормон стимулирует остеокласты, что приводит к разрушению костного матрикса, т.о. высвобождая кальций. Кальцитонин, с другой стороны, ингибирует остеокласты. Это позволяет остеобластам накапливать кальций в кости.

Модернизация кости обычно происходит сбалансировано, это означает, что на каждый разрушенный остеон приходится другой – восстановленный. Уровень этого процесса изменяется в зависимости от местоположения кости (ее части). Приблизительно 20 % костной ткани в молодом возрасте обновляется в течение года. Области кости, на которые оказывается большое давление, такие как, губчатое вещество в головке бедренной кости, могут обновляться через 4-6 месяцев, а компактное вещество в диафизе, которое испытывает гораздо меньшее давление, едва обновляется вообще.

Строение и химический состав кости. Кость как орган состоит из всех видов ткани, но главное место занимает твердая соединительная ткань – костная ткань. В состав кости входят органические, неорганические вещества и вода.

Воды около 50%; органических веществ (оссеин – фибриллярный белок коллаген) 30-35% от сухого веса и неорганических (соли фосфора, кальция и до 0,001% более 30 других химических элементов) 65-70% от сухого веса. Соотношение составных компонентов костной ткани у разных людей неодинаково, и даже у одного человека может меняться с возрастом, в связи с особенностями питания и т.д.

Кости взрослого человека построены в основном из пластинчатой костной ткани (компактное и губчатое вещество). Компактное вещество образует наружный слой эпифизов и диафизы кости, состоит из костных пластинок толщиной 4-15 мкм. Пластинки расположены в диафизах в три слоя: наружный общий, внутренний общий и средний слой – остеоны, вытянутые вдоль продольной оси кости.

Губчатое вещество формирует основную массу эпифизов трубчатых костей, а также губчатые и плоские кости. Костные пластинки образуют в них трабекулы (перекладины), пересекающиеся в различных направлениях и расположены соответственно направлению сил растяжения и сжатия, действующих на кость. Полости образовавшихся ячеек заполнены красным костным мозгом. В трубчатых костях костный мозг (у взрослых желтый) находится также в костномозговом канале диафиза.

Вся кость (за исключением суставных поверхностей) покрыта надкостницей (периост), прочно сращенной с костью шарпеевскими волокнами. В наружном слое надкостницы (коллагеновые волокна) проходят нервы и сосуды. Внутренний слой – остеогенный. Т.о., функции надкостницы – защитная, трофическая, костеобразующая.

Со стороны костномозговой полости кость выстлана волокнистой соединительнотканной оболочкой – зндостом. Суставные поверхности кости покрыты суставным хрящом. Через микроотверстия в кость проникают кровеносные сосуды и нервы.

Т.о., в понятие кости как органа входит костная ткань, костный мозг, надкостница и многочисленные нервы и сосуды.

3. Факторы развития костей.

Внутренние: наследственность, половые особенности эндокринной регуляции, состояние нервной системы, развитие кровеносной системы. Внешние: социальные (питание), экологические (хим. состав воды), физическая нагрузка (её интенсивность), профессиональная деятельность.

Деятельность эндокринной системы обеспечивает половые различия в сроках появления точек окостенения. У мальчиков на 1-2 года раньше. Синостоз 1-ой пястной кости считается показателем начинающегося полового созревания. С окончанием процесса синостозирования заканчивается рост костей в длину. У девушек к 17-21 году, у юношей к 19-23 годам. От состояния нервной системы зависит трофика костей. При усилении питания в костях откладывается больше костной ткани, она становится более плотной, компактной – остеосклероз. При ослаблении питания костная ткань становится разреженной – остеопороз.

Остеогенез осуществляется при помощи сосудов, которые проникая в хрящ, способствуют его разрушению и замещению костной тканью. Костные пластинки остеонов откладываются вокруг кровеносных сосудов.

На форму и положение костей влияют органы, для которых они образуют костные вместилища, ямки…

Социально-экономический фактор – недостаток в пище витамина С и Д приводит к формированию тонких и хрупких костей.

Интенсивные физические нагрузки способствуют увеличению массивности костей т.к. увеличивается количество и размеры остеонов.

От характера работы зависит форма, ширина, длина костей, толщина компактного слоя, размеры костномозговой полости…

Принципы организации костей (сформулированы П.Ф. Лесгафтом)

1. Костная ткань образуется в местах наибольшего сжатия и натяжения.

2. Степень развития костей пропорциональна интенсивности деятельности связанных с ними мышц.

3. Трубчатое и арочное строение кости обеспечивает наибольшую прочность при минимальной затрате костного материала.

4. Внешняя форма костей зависит от давления на них окружающих тканей и органов, в первую очередь мышц, и меняется при уменьшении или увеличении давления.

5. Перестройка формы кости происходит под влиянием внешних (для костей) сил.

Живая кость – динамическая структура, приспосабливающаяся к условиям жизнедеятельности организма. Под влиянием условий происходит постоянная перестройка кости на макро- и микроскопическом уровне.

П.Ф. Лесгафт выдвинул положение о том, что внешняя форма костей меняется под влиянием растяжения и давления, а кости развиваются тем лучше, чем интенсивнее деятельность связанных с ними мышц.

Форма и рельеф кости зависят от характера прикрепления мышц. Если мышца прикрепляется с помощью сухожилий, то в этой области формируется бугор, отросток. Если мышца вплетается в надкостницу широким пластом, то формируется углубление. (Б.А. Долго-Сабуров).

В местах прохождения сосудов на костях имеются борозды. Через каналы, щели, канальцы проходят сосуды и нервы. Поверхность кости пронизывают питательные отверстия, через них в кости проходят сосуды.