Из чего состоит трубчатая кость: объясните строение трубчатой кости. Пожалуйста Заранее спасибо ❤

Содержание

Перелом малоберцовой кости — Официальный сайт ФГБУЗ КБ №85 ФМБА России

О малоберцовой кости

Малоберцовая кость — это длинная тонкая трубчатая кость голени. Состоит из тела и двух концов соответственно верхнего и нижнего. Дистальный (нижний) конец кости является одной из составляющих голеностопного сустава. Этот конец называется наружная или латеральная лодыжка. Наружная лодыжка это наружный костный стабилизатор голеностопного сустава. Малоберцовая кость соединяется с большеберцовой костью межкостной мембраной на протяжении (синдесмоз).

Виды переломов малоберцовой кости

Бывает на разных уровнях этой кости. Как правило, чаще всего малоберцовая кость ломается в области наружной лодыжки. Перелом наружной лодыжки голени бывает на разных ее уровнях. Часто перелом малоберцовой кости сопровождается ее укорочением и подвывихом или вывихом стопы (деформацией стопы), разрывом дистального межкостного синдесмоза.

Переломы малоберцовой кости бывают 

косые, поперечные, оскольчатые, фрагментальные, спиральные. Симптомы перелома:

  • отек,
  • боль при пальпации области наружной лодыжки,
  • боль при движении в голеностопном суставе,
  • болевой синдром при осевой нагрузке на кость.

Диагностика перелома малоберцовой кости

Диагностика перелома малоберцовой кости — это клиническое обследование больного врачом-травматологом, основной метод диагностики — рентгенография голеностопного сустава. В некоторых случаях для проведения более детального обследования применяется компьютерная томография поврежденной конечности как при переломе шейки бедра.

Лечение переломов малоберцовой кости

Основная задача консервативного лечения при переломе малоберцовой кости

 — это правильное сопоставление и удержание костных отломков. С помощью репозиции, проводимой врачом травматологом, устраняется смещение костных отломков и подвывих стопы. Если во время вправления перелома репозиция достигнута, стояние отломков удовлетворительное, голень и стопу фиксируют гипсовой повязкой или специальным ортезом. При сохраняющемся смещении костных отломков и подвывихе стопы применяется оперативномое лечение перелома малоберцовой кости.

Оперативное лечение малоберцовой кости включает несколько этапов:

  • открытая репозиция костных отломков;
  • устранение подвывиха стопы;
  • фиксация костных фрагментов малоберцовой кости имплантами (пластина, винты, штифт).

Лечение пациентов с переломами малоберцовой кости в нашем центре основывается на отечественных и подход основанный на собственном и мировом опыте, который заключатся в том, что оперативные методы лечения должны на 100 процентов отвечать запросам современного, работающего человека.

Индивидуальный подход к каждому пациенту при оперативном лечении с применением современных фиксаторов позволяет сократить сроки лечения переломов малоберцовой кости и свести к минимуму время реабилитации больного в условиях стационара.

Строение, химический состав и физико-механические свойства кости

Кости образуют внутренний скелет позвоночных животных. Вес скелета по отношению к живому весу животного характеризуется следующими средними цифрами (по С. Либерману) (в процентах):

Крупный рогатый скот (при живом весе 160-240 кг)…          10-15

Крупный рогатый скот (при живом весе 240-320 кг)…          1 1,5- 1 2,5

Крупный рогатый скот (при живом весе 320-560 кг)…          9-1 1

Баран курдючный…………………………………………………………… 8-11

Овца беспородная………………………………………………………….. 11-14

Баран мериносовый……………………………………………………….. 15-17

Овца английская мясо-шерстная…………………………………….  8-9

Свинья сальная……………………………… ………………………………….5-6

Свинья мясная……………………………………………………………………7-9

Кости убойных животных используются для получения пищевых жиров, бульонов и т. д., а также в качестве сырья для технических целей — на выработку мелких предметов широкого потребления, а также костного клея, муки и угля.

Скелет млекопитающих состоит из большого числа отдельных костей. Наименование основных костей скелета указано на рис.

Рис. Скелет коровы А Череп. Б Нижняя челюсть. В Позвоночник. Г Ребра. Д Грудина. Е Лопатка. Ж Плечевая кость. 3 Локтевая и лучевая кости. И Пястье (цевка). К Кости фаланг пальцев передней ноги. Л Таз. М Бедренная кость. Н Берцовые кости. О Плюсна (цевка). П Кости фаланг пальцев задней ноги

По данным С. Либермана, вес отдельных костей в процентах к общему весу всего костяка крупного рогатого скота такой:

Шейные позвонки

8

Спинные позвонки

10

Крестцовые позвонки

7

Ребра

18

Грудная кость

6,5

Лопатки

4

Кости передних ног

15,5

Кости таза

12

Кости задних ног

19

Итого

100

По величине, форме и внутреннему строению кости скелета млекопитающих животных можно подразделить на четыре основные типа: длинные, короткие, плоские и смешанные.

1. Длинные, или трубчатые, кости характерны преимущественно для скелета передних и задних конечностей. Они отличаются вытянутой формой, причем средняя часть — тело, или диафиз, кости по форме приближается к цилиндру, а оба конца утолщены в суставные головки или эпифизы кости. Снаружи трубчатые кости построены из плотного костного вещества. Внутренняя часть эпифиз состоит из губчатого костного вещества, образованного системой взаимно пересекающихся костных перегородочек — трабекул, между которыми в ячейках находится костный мозг. Диафиз кости обычно имеет внутри более или менее обширную полость, заполненную костным мозгом; у некоторых видов трубчатых костей центральная часть тела наполнена губчатым костным веществом. Суставные поверхности эпифиз покрыты тонким слоем хряща.

2. Короткие кости находятся в запястье, заплюсне и некоторых других частях скелета. Они характеризуются округлой и многогранной формой, причем все три измерения их примерно равны. Снаружи они покрыты тонким слоем плотного костного вещества, внутри имеют губчатое строение; внутренняя полость у этих костей обычно отсутствует. Размер костей невелик.

3. Плоские кости образуют ребра, грудину, лопатки, таз, стенки мозговой коробки черепа и некоторые другие части скелета. Они построены из двух плотных костных пластинок, между которыми лежит тонкая прослойка губчатого костного вещества. Иногда эти пластинки расходятся и между ними образуются более или менее значительные полости.

4. Смешанные кости в некоторых частях имеют характер плоских, в других — коротких костей. Примером их могут служить позвонки, тело которых имеет все признаки короткой кости, а отростки и дуги — плоских костей.

В промышленности различают две основные производственные категории костей:

а) Поделочная кость. К ней относятся трубчатые кости конечностей, пригодные для выработки из них различных токарных и резных костяных изделий.

б)Рядовая кость — остальные кости скелета. Вследствие слабого развития плотного костного вещества на костяные изделия не идут.

Наиболее ценными видами поделочной кости являются «цевки» -кости плюсны и пястья и «трубки» — бедренная, берцовая, плечевая и лучевая кости конечностей.

Как плотное, так и губчатое вещество кости образовано особой костной тканью. Последняя представляет собой своеобразную разновидность соединительной ткани, отличающуюся от других категорий главным образом тем, что основное вещество ее подвергается окостенению, т. е. пропитываются солями кальция.

В костной ткани можно различить три основных элемента:

1) Основное вещество — аморфная масса, образованная особым белковым веществом — оссеомукоидом, пропитанным солями кальция; это придает ему большую крепость и прочность. Соли можно растворить кислотами, после чего остается студенистая масса.

2) Оссеиновые волокна — тонкие, длинные, неветвящиеся, связанные в пучки волоконца; эти пучки способны делиться на ветви и снова сливаться друг с другом. Оссеиновые волокна образованы оссеином — веществом, крайне близким к коллагену, если не тождественным с ним. Он свойственен клейдающим волокнам кожи, сухожилиям и другим видам соединительнотканных образований. При варке в воде оссеин, как и коллаген, дает клей, чем и пользуются для получения клеевой массы из свежих костей.

Оссеиновые волокна в костных пластинках тянутся параллельно друг другу. Эти волокна придают кости большую прочность на разрыв и излом.

3) Костные клетки имеют уплощенную звездчатую форму; их неправильно очерченное угловатое тело несет длинные ветвистые отростки, соединяющиеся с отростками других костных клеток. Костные клетки имеют хорошо выраженное ядро, жизнедеятельны, но не способны к размножению. Они лежат в полостях основного вещества кости, повторяющих их форму. Отростки же костных клеток тянутся по кости в узких канальцах. Стенки полостей костных клеток и костных канальцев образованы своеобразным веществом, химически и физически отличным от оссеомкоида, образующим особую оболочку (Нейманова оболочка). Часть костных канальцев открывается в просвет более крупных каналов, по которым через толщу кости проходят кровеносные сосуды. По всей системе костных канальцев и полостей костных клеток циркулирует лимфа, питающая живые элементы кости.

Кровеносные сосуды, пронизывающие костное вещество, тянутся в особых каналах, носящих название гаверсовых. Эти каналы в длинных костях проходят вдоль от последних, а в плоских расходятся радиально от места входа кровеносного сосуда в кость.

Снаружи кость одета надкостницей, которая представляет собой плотную волокнистую соединительнотканную оболочку. Глубокие слои ее несут особые клетки — остеобласты. Клетки эти, прилегая к поверхности кости, выделяют основное вещество кости, а сами постепенно оказываются замурованными в последнем и превращаются в костные клетки. Этим и обеспечиваются рост кости и ее утолщение, а также способность к частичной регенерации при повреждении.

Полости трубчатых костей и пустоты ячеек губчатого вещества кости заполнены костным мозгом, который служит кроветворным органом и местом скопления жировых отложений. В ячейках губчатого костного вещества находится красный костный мозг. Он состоит в основном из рыхлой ретикулярной ткани; в ней протекают активные процессы кровообразования, но она имеет весьма небольшое количество жировых клеток.

В трубчатых костях содержится желтый мозг; ретикулярная ткань его находится в состоянии интенсивного жиронакопления, но слабо участвует в кровообразовании. В результате содержание жира в трубчатых костях равно обыкновенно 18-28%, а в плоских 6-20%.

Плотное вещество кости взрослых животных состоит из тонких, плотно спаянных друг с другом костных пластинок, толщина которых колеблется от 4 до 16 μ. Границы этих пластинок на поперечных шлифах кости выступают весьма четко, так как полости костных клеток в плотном костном веществе располагаются, как правило, между двумя соседними пластинками. Плоские звездчатые костные клетки, лежащие в этих полостях, дают многочисленные тонкие отростки, проходящие через толщу пластинок по тонким костным канальцам.

Оссейновые волокна в двух соприкасающихся костных пластинках тянутся под определенным углом друг к другу; это способствует прочности кости.

В наружных слоях кости, лежащих под надкостницей, костные пластинки идут параллельно друг другу и поверхности кости. В трубчатых костях наружные пластинки, концентрически наслаиваясь друг на друга, охватывают тело кости вокруг. Такие же концентрические общие пластинки образуют внутренние слои стенки костей, имеющих внутреннюю полость (рис. ).

Рис. Схема строения трубчатой кости: А Надкостница. К Общие костные пластинки наружных слоев стенки трубчатой кости. В Гаверсовы каналы. Г Концентрические костные пластинки вокруг гаверсовых каналов. Д Общие костные пластинки внутренних слоев стенки трубчатой кости. Е Полость кости. Ж Костные клетки

В средних же слоях плотного вещества костные пластинки (в числе 5-20) располагаются концентрическими системами вокруг гаверсовых каналов. Местами эти гаверсовы системы костных пластинок непосредственно соприкасаются друг с другом, местами же между ними располагаются вставочные пластинки, либо тянущиеся от одной гаверсовой системы к другой, либо идущие параллельно наружной поверхности кости (рис.).

Рис. Микроструктура кости
Видны три плотно спаянные костные пластинки с взаимно перпендикулярным направлением оссеиновых волокон.
Между пластинками лежат полости: (а) С находящимися в них кост ными клетками; эти полости соединяются друг с другом канальцами, (б) В которые входят отростки клеток

В губчатом костном веществе костные пластинки, соединяясь друг с другом, образуют костные перегородки и перемычки. Гаверсовых каналов здесь нет, и сосуды проходят по полостям ячеек губчатой кости.

Химический состав кости весьма своеобразен. В среднем сырая кость содержит воды 51%, минеральных веществ 32%, жиров 15% и белковых веществ 12%. Минеральные вещества кости состоят из фосфорнокислого кальция (85%), углекислого кальция (10,0%), фосфорнокислой магнезии (1,5%), фтористого кальция (0,3%), хлористого кальция (0,2%) и солей натрия (2,0%).

Видны три плотно спаянные костные пластинки с взаимно перпендикулярным направлением оссеиновых волокон.

Как было указано выше, различные кости скелетов содержат разное количество жира — трубчатые значительно больше, чем плоские.

По данным ВНИ Института мясной промышленности, среднее содержание жира в различных костях скелета крупного рогатого скота такое:

Наименование

Содержание

Наименование

Содержание

кости

жира в %

кости

жира в %

Череп

6,5

Берцовая кость

17,8

Нижняя челюсть

10,4

Плечевая кость

25,6

Позвоночник

19,9

Лучевая кость

22,8

Грудина

20,8

Лопатка

14,7

Таз

22,6

Ребра

21,4

Бедренная кость

27,8

Весь скелет

20,1

Жир, получаемый из костей различных частей животных, резко отличается по своим физико-химическим константам. Это видно из следующих данных:

Категория жира

Насыщенные кислоты в %

Удельный вес

Температура застывания

Температура плавления

Йодное число

Говяжий жир из рядовой кости

44

0,9166

38,6

44,2

42,96

из трубчатой кости

33,6

0,9148

35,4

40,4

50,41

из вертлюгов

29,4

0,9198

33,9

35,8

56,01

из цевок

19,6

0,9171

9 6

16,0

70,88

из фаланг

0,9170

6,8

12,5

72,12

Свиной жир из рядовой кости

_

_

30,32

64,68

из головной кости

28,31

68,71

Белки составляют около 12% веса всей свежей кости. Из них наибольший удельный вес имеет оссеин.

При прокаливании кости органические вещества разрушаются, остаются минеральные соли, сохраняющие форму кости. Такая прокаленная кость очень хрупка и легко распадается. При обработке кости кислотами (т. е. при мацерации кости), наоборот, извлекаются ее минеральные вещества и остается упругий и гибкий остов кости, состоящий из белковых веществ (оссеина и оссеомукоида). Этот органический остов кости в промышленности именуется «костным хрящом». Этот костный хрящ путем варки может быть переработан в глютин. Получающиеся при мацерации фосфорнокальциевые соли называются «мацерационным молоком», из него извлекают декальцийфосфор-преципитат. В воде кость набухает очень слабо.

Плотное костное вещество отличается упругостью; оно выдерживает давление до 15 кг на 1 кв. мм, имеет прочность на разрыв до 10 кг/мм2. Удельный вес 1,5. Твердость по Мосу 12. Модуль упругости кости равен в среднем 1600 кг/мм2. Костное вещество стенок трубчатых костей отлично режется, шлифуется и полируется и потому представляет собой отличный материал для токарных работ.

Крупный рогатый скот дает лучшую поделочную кость — крупную, с сильно развитым, очень плотным белым компактным веществом стенок трубок и цевок. Конская кость более хрупкая, не столь плотная, обычно темноватая. Основной дефект костей овец и коз — их небольшие размеры.

Категории костного сырья

В зависимости от происхождения кости животных подразделяются на семь основных категорий:

1. Колбасная кость — кости, остающиеся после разделки туш на консервных колбасных предприятиях, где мясо срезается с целых (неразрубленных) костей. Колбасная кость поэтому целая, недробленая, свежая (не подвергавшаяся варке) и необезжиренная; она содержит 18-28% жира. Трубчатые кости и цевки этой категории представляют собой ценное сырье для выработки токарных костных изделий. Из чистой рядовой колбасной кости получают пищевой костный жир, бульон, клей, костную муку.

2. Столовая кость — кости, поступающие из столовых общественного питания. Обычно они бывают разрублены на куски, выварены и поэтому частично обезжирены (содержание жира 10-12%). Для токарной переработки пригодна лишь часть целых трубчатых костей этой категории. Идет на выварку жира и клея и на изготовление костной муки.

3. Свалочная кость — кости, собираемые на свалках и в мусорных ямах. Обычно это кухонные отбросы. При варке эти кости подвергаются значительному обезжириванию. При последующем длительном пребывании на открытом воздухе среди другого мусора они под действием солнца и ветра теряют большую часть своих органических веществ, становятся темными и грязными. Используется свалочная кость преимущественно на приготовление костной муки и костного угля.

4. Полевая кость — преимущественно кости павших животных, собираемые в сельских местностях с поверхности земли. При долгом лежании на земле полевая кость почти полностью лишается своих органических веществ и становится сухой, легкой, ломкой и приобретает чисто белый цвет (отбелка солнцем). Идет главным образом на выработку костной муки и костной золы.

5. Могильная кость — кости, долго лежавшие в земле, утерявшие не только все органические компоненты, но и часть неорганических веществ. Кость темная, хрупкая, нередко распадающаяся на куски. Идет на костную золу.

6. Ископаемая кость — кости древних животных, много веков пролежавшие в слоях земли. Иногда они образуют целые залежи, именуемые «костными брекчиями». Ископаемая кость служит материалом для получения костной золы.

7. Заводская кость — стержни рогов полорогих животных и концевые фаланги пальцев копыт, поступающие с предприятий, перерабатывающих рога и копыта.

Строение трубчатой кости, особенности и составные части

Строение трубчатой кости представляет собой сложную структуру формы трехгранника либо цилиндра.

Она объединяет разнофункциональные элементы и вещества. Особенность, отличающая этот вид костей в организме человека или животного от другого, заключается в преобладании их длины над шириной.

Содержание

Составные элементы

Из чего сложена каждая трубчатая кость:

  • Диафиз. Это тело кости, за счет роста которого она удлиняется и увеличивается. Состоит из так называемого компактного вещества – пластинок, находящихся еще глубже в кости. Образуют из себя остеоны – цилиндрические тела, внутри которых проходят сосуды.
  • Эпифиз. Конечные элементы кости, находящиеся на двух ее концах и участвующие в образовании суставов.
  • Хрящ гиалиновый. Это покрытие эпифизов кости.
  • Метафиз. Средняя часть каждой трубчатой кости. В период детства человека, а также его подросткового возраста именно в этой части находятся пластины, из которых образуется эпифиз.
  • Надкостница. Она покрывает кость, образуя тем самым наружный слой. Именно через надкостницу по специальным каналам проходят капилляры (мелкие сосуды), а также нервы. Они должны обеспечивать питание и связь с глубинными слоями.Надкостница является пластиной, которая состоит из соединительной ткани, образующейся благодаря фиброзным волокнам. Они расположены снаружи, а внутри находятся остеобласты – более рыхлая ткань.
  • Губчатое вещество. Расположено следующим слоем после компактного. Свое название губчатое вещество получило из-за своей пористой структуры, напоминающей губку. Содержит трабекулы – костные перекладины. Они также состоят из пластинок.
  • Мозг костный. Это очень важная часть организма. Именно в костном мозге, находящемся в середине костей, происходит кроветворение. Он состоит из желтой и красной части, причем желтая состоит из жировых клеточек, а красная – из ретикулярной ткани.
  • Остеобласты и остеокласты. Разрушающие и созидающие ткань, находящиеся в красном костном мозге.

Надкостница или периост составляет верхнюю часть каждой трубчатой кости. Внутренний ее слой называют еще клеточным, а наружный – волокнистым, образованным, большей частью, соединительной тканью. Глубинная ее часть существует благодаря камбиальным клеточкам, преостеобластам и остеобластам.

Но на этом описание строения надкостницы не заканчивается. Камбиальные клетки – это тела веретеновидной формы, содержащие в себе все элементы строения клетки. Единственное отличие – количество цитоплазмы. Это внутриклеточное вещество находится в камбиальных клетках в небольшом количестве.

Преостеобласты – это овальные клетки, которые нужны для синтеза мукополисахаридов. Остеобласты также синтезируют своё вещество. Они производят белок коллаген.

Диафиз – основной составляющий элемент кости – состоит из костных пластинок. Их толщина колеблется от четырёх до пятнадцати микрометров. Расположение в определенном порядке этих тонких микропластинок принято называть гаверсовыми системами либо остеонами.

Кроме этого, диафиз делится на три части:

  • Первый, наружный слой пластиночек общего назначения, называемых еще генеральными.
  • Остеоны или остеонная часть, средняя.
  • Внутренний слой пластинок общего назначения.

Особенность генеральных пластин в том, что они покрывают кость не в круговую. Тем самым они оставляют место для следующей накладывающейся из середины пластины. Лучше развиты эти составные части ближе к центру кости, там, где они непосредственно соприкасаются с мозговой костной полостью.

Каналы, которые сплошь и рядом расположены во внешних пластинах, называются фолькмановы каналы. Именно по ним из надкостницы в кость проходят нервы и сосуды. Кроме них внутрь проникают под разным углом наклона коллагеновые волокна.

Из-за своей высокой проникающей способности их называют прободающими, а также шарпеевыми. Они могут даже разветвляться, но только в самом наружном слое генеральных пластин. В остеоны – следующий слой – они не проникают.

Они похожи на цилиндры по форме. Остеоны являются неким собранием пластин, причем по определенному рисунку. Их отделяют друг от друга спайные линии. Это крепкие цементирующие растворы собраний пластин.

Остеоны располагаются вдоль определенной оси, образуя свой слой. А самая внутренняя оболочка – третья – называется эндост. Его толщина – 2 мкм. После нее больше нет слоев, – начинается костный мозг.

Кость насчитывает несколько слоев разной специальной ткани или слоев. Они отличаются друг от друга, но выполняют важные функции.

Какие процессы могут протекать в костях

Строение трубчатой кости человека неотъемлемо связано с рассмотрением процесса ее старения. Со временем по мере “взросления” кости (трубчатой) вероятными становятся следующие процессы. Популяция (количество) остеобластов уменьшается. Компактный слой истончается, а губчатое вещество видоизменяется, перестраивается.

Рост трубчатых костей – это один из основных процессов, которые могут протекать в них. Он начинается еще до момента рождения и заканчивая по словам ученых и врачей в двадцать лет или чуть позже.

Изменения в ее размере происходят как в ширину, так и в длину. Как во многих других процессах, протекающих в организме. В костях происходит двойное разнонаправленное действие.

С одной стороны там постоянно разрушается устаревая костная ткань (эпифизарная пластинка). С другой стороны – вырабатывается новая. Но с течением времени и устареванием органов и систем в теле она истончается. Метапифизарная хрящевая пластинка, которая отвечает за новые костные образования, состоит из:

  • Пограничной зоны.
  • Столбчатой зоны (это область клеток, которые постоянно и активно делятся).
  • Пузырчатую зону (тут находятся измененные дистрофические клетки).

Состав пограничной зоны: округлые и овальные клетки, изогенные группы. Последние отвечают за связь пластинки хряща с костью эпифиза. Также в полостях есть капилляры, они нужны для питания. Вторая зона – это там, где активно размножаются клетки. Называется столбчатой потому, что происходит образование столбов по направлению оси кости.

Концы таких трубчатых костей состоят из гликогена и фосфатазой (щелочной). Это та область, где можно оказать влияние на гормонами на те процессы, которые происходят внутри костей. Третья зона – пузырчатые клетки – это район разрушения хондроцитов.

Центры действия в диафизе и эпифизе сливаются вместе через определенный, заложенный заранее в костном мозге отрезок времени. Все вышесказанное относилось к росту костей в длину. В ширину они увеличиваются за счет действия периоста. Он активен, пока человек растет, превращаясь во взрослого.

Сущность кости

Строение трубчатой кости, как органа – это полезная и познавательная информация, которая описывает ниже внутреннюю сущность трубчатой кости. Это отдельная часть всего скелета. Это самый твердый орган, занимающий точное и постоянное положение в теле.

Функции разных трубчатых костей, как это не странно, отличаются. Но по прочности биологи готовы сравнивать эти органы с металлическими изделиями, такие они крепкие. Хотя в составе по химической составляющей в кости половина – вода. Также внутри есть около двадцати процентов фосфата кальция, немного оссеина и пятнадцать процентов жира.

Если для эксперимента высушить кость, тогда окажется, что две третьих составляют неорганические вещества (для твердости). И одну треть – органические (для упругости). Накопленные минеральные вещества (они же неорганические, как упоминалось выше) способствуют старению и дряхлению кости и всех составляющих ее тканей.

Остеон, механизм вырастания которого уже описан, состоит из пяти или более пластинок. Обычно их число не превышает двадцати штук. Все дело в том, плотно ли прилегают пластинки друг к другу. Если не плотно – там будет более губчатое вещество, а плотно – получится твердая субстанция.

Кстати, есть длинные и короткие трубчатые кости. К длинным (первая категория) относятся те, что находятся в грудине, к коротким (вторая категория) – позвонки, крестец. Метафиз – это срединная часть в кости (переходная).

Каждому виду мозга – своё время. Именно поэтому в костях младенца только красный. Мозг в столь юном возрасте вырабатывает, а жир (желтый мозг) не успевает еще накопиться. Тем более, что маленькие люди нуждаются в увеличивающихся порциях крови, так как организм увеличивается вместе со своими потребностями.

Это интересно знать: одной из функций внешнего волокнистого слоя является трофическая. Заживление переломов и рост в нужное время всех трубчатых костей происходит благодаря этой функции.

Старение костей и ткани по некоторым данным у мужчин наступает в среднем позже, чем у женщин. А именно – к двадцати пяти годам. И это по сравнению с двадцатью тремя – двадцатью у женщин.

Итак, обзор, хотя и краткий, сложного строения и роста костей проведен. Не обошли стороной и процессы старения – также могущие иметь место. Главное – понять все причинно-следственные связи возникновения  и развития жизненных сил и внутренних ресурсов организма.

Трабекулами – еще одним специальным словом – называются расположенные в определенном порядке к соседям пластинки. Это тот самый строительный материал. Разобравшись в процессах, протекающих внутри организма и костей в частности, можно повлиять на будущее здоровье и долголетие с помощью профилактики и наличия знаний.

О том, как укреплять кости, расскажет Елена Малышева на видео:

Костная структура — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определить анатомические особенности кости
  • Определите и перечислите примеры маркировки костей
  • Описать гистологию костной ткани
  • Сравните и сравните компактную и губчатую кость
  • Определить структуры, составляющие компактную и губчатую кость
  • Опишите, как питаются и иннервируются кости

Костная ткань (костная ткань) сильно отличается от других тканей организма. Кость твердая, и многие ее функции зависят от этой характерной твердости. Дальнейшие обсуждения в этой главе покажут, что кость также динамична в том смысле, что ее форма приспосабливается к нагрузкам. В этом разделе сначала исследуется общая анатомия кости, а затем перейдем к ее гистологии.

Полная анатомия кости

Структура длинной кости позволяет лучше всего визуализировать все части кости ((Рисунок)). Длинная кость состоит из двух частей: диафиза и эпифиза.Диафиз — это трубчатый стержень, который проходит между проксимальным и дистальным концом кости. Полость в диафизе называется медуллярной полостью, которая заполнена желтым костным мозгом. Стенки диафиза состоят из плотной и твердой компактной кости.

Анатомия длинной кости

Типичная длинная кость показывает общие анатомические характеристики кости.

Более широкий участок на каждом конце кости называется эпифизом (множественное число = эпифиз), он заполнен губчатой ​​костью. Красный костный мозг заполняет пустоты в губчатой ​​кости. Каждый эпифиз встречается с диафизом у метафиза, узкой областью, которая содержит эпифизарную пластинку (пластину роста), слой гиалинового (прозрачного) хряща в растущей кости. Когда кость перестает расти в раннем взрослом возрасте (примерно 18–21 год), хрящ заменяется костной тканью, и эпифизарная пластинка становится эпифизарной линией.

Медуллярная полость имеет тонкую мембранную выстилку, называемую эндостом (конец- = «внутри»; oste- = «кость»), где происходит рост, восстановление и ремоделирование кости.Наружная поверхность кости покрыта фиброзной оболочкой, называемой надкостницей (peri — = «вокруг» или «вокруг»). Надкостница содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды, питающие компактную кость. Сухожилия и связки также прикрепляются к костям в надкостнице. Надкостница покрывает всю внешнюю поверхность, за исключением тех мест, где эпифизы встречаются с другими костями, образуя суставы ((Рисунок)). В этой области эпифизы покрыты суставным хрящом, тонким слоем хряща, который снижает трение и действует как амортизатор.

Надкостница и эндост

Надкостница образует внешнюю поверхность кости, а эндост выстилает костномозговую полость.

Плоские кости, как и кости черепа, состоят из слоя диплоэ (губчатой ​​кости), выстланного с обеих сторон слоем компактной кости ((Рисунок)). Два слоя компактной кости и внутренняя губчатая кость работают вместе, чтобы защитить внутренние органы. Если внешний слой черепной кости ломается, мозг все еще защищен неповрежденным внутренним слоем.

Анатомия плоской кости

На этом поперечном сечении плоской кости показана губчатая кость (диплоэ), выстланная с обеих сторон слоем компактной кости.

Отметины костей

Поверхность костей значительно различается в зависимости от функции и расположения в теле. (Рисунок) описывает отметки костей, которые проиллюстрированы на ((Рисунок)). Есть три основных класса маркировки костей: (1) суставы, (2) выступы и (3) отверстия.Как следует из названия, сочленение — это место соединения двух поверхностей кости (articulus = «сустав»). Эти поверхности имеют тенденцию приспосабливаться друг к другу, например, одна закругленная, а другая чашеобразная, чтобы облегчить функцию сочленения. Выступ — это область кости, которая выступает над поверхностью кости. Это точки крепления сухожилий и связок. Как правило, их размер и форма указывают на силы, действующие через прикрепление к кости. Отверстие — это отверстие или бороздка в кости, через которую кровеносные сосуды и нервы входят в кость.Как и в случае с другими отметинами, их размер и форма отражают размер сосудов и нервов, которые проникают в кость в этих точках.

Отметки костей
Маркировка Описание Пример
Шарниры Где встречаются две кости Коленный сустав
Головка Выраженная закругленная поверхность Головка бедра
Фаска Плоская поверхность Позвонки
Мыщелок Скругленная поверхность Затылочные мыщелки
Проекции Рельефная маркировка Остистый отросток позвонков
Выступ Выступающий Подбородок
Процесс Видимость Поперечный отросток позвонка
Позвоночник Острый процесс седалищный отдел позвоночника
Бугорок Маленький округлый отросток Бугорок плечевой кости
Бугристость Шероховатая поверхность Дельтовидный бугорок
Линия Легкий удлиненный гребень Височные линии теменных костей
Крест Ридж Подвздошный гребень
Отверстия Отверстия и углубления Foramen (отверстия, через которые могут проходить кровеносные сосуды)
Ямка Раковина удлиненная Нижнечелюстная ямка
Ямка Яма Ямка головы на головке бедренной кости
Борозда Паз Сигмовидная борозда височных костей
Канал Проход в кости Слуховой канал
Трещина Прорезание кости Ушная щель
Отверстие Отверстие в кости Большое затылочное отверстие в затылочной кости
Мясо Выход в канал Наружный слуховой проход
Синус Воздушное пространство в кости Пазухи носа

Особенности кости

Поверхность костей зависит от их функции, расположения, прикрепления связок и сухожилий или проникновения кровеносных сосудов и нервов.

Костные клетки и ткани

Кость содержит относительно небольшое количество клеток, закрепленных в матрице коллагеновых волокон, которые обеспечивают поверхность для прикрепления кристаллов неорганической соли. Эти кристаллы соли образуются, когда фосфат кальция и карбонат кальция объединяются с образованием гидроксиапатита, который включает другие неорганические соли, такие как гидроксид, фторид и сульфат магния, когда он кристаллизуется или кальцифицируется на коллагеновых волокнах. Кристаллы гидроксиапатита придают костям твердость и прочность, а волокна коллагена придают им гибкость, поэтому они не становятся хрупкими.

Хотя костные клетки составляют небольшую часть объема кости, они имеют решающее значение для функционирования костей. В костной ткани обнаружены четыре типа клеток: остеобласты, остеоциты, остеогенные клетки и остеокласты ((Рисунок)).

Костные клетки

В костной ткани обнаружены клетки четырех типов. Остеогенные клетки недифференцированы и развиваются в остеобласты. Когда остеобласты попадают в кальцифицированный матрикс, их структура и функция изменяются, и они становятся остеоцитами.Остеокласты развиваются из моноцитов и макрофагов и отличаются по внешнему виду от других костных клеток.

Остеобласт — это костная клетка, ответственная за формирование новой кости, которая находится в растущих частях кости, включая надкостницу и эндост. Остеобласты, которые не делятся, не синтезируют и не секретируют коллагеновую матрицу и соли кальция. Когда секретируемый матрикс, окружающий остеобласт, кальцифицируется, остеобласт оказывается в ловушке внутри него; в результате он изменяет структуру и становится остеоцитом, первичной клеткой зрелой кости и наиболее распространенным типом костной клетки.Каждый остеоцит расположен в пространстве, называемом лакуной, и окружен костной тканью. Остеоциты поддерживают минеральную концентрацию матрикса за счет секреции ферментов. Как и остеобласты, остеоциты не обладают митотической активностью. Они могут общаться друг с другом и получать питательные вещества через длинные цитоплазматические отростки, которые проходят через canaliculi (единичный = canaliculus), каналы в костном матриксе.

Если остеобласты и остеоциты неспособны к митозу, то как они пополняются, когда умирают старые? Ответ кроется в свойствах третьей категории костных клеток — остеогенных клеток.Эти остеогенные клетки недифференцированы с высокой митотической активностью и являются единственными костными клетками, которые делятся. Незрелые остеогенные клетки находятся в глубоких слоях надкостницы и костного мозга. Они дифференцируются и развиваются в остеобласты.

Динамический характер кости означает, что новая ткань постоянно образуется, а старая, поврежденная или ненужная кость растворяется для восстановления или высвобождения кальция. Клеткой, ответственной за резорбцию или разрушение кости, является остеокласт.Они находятся на поверхности костей, являются многоядерными и происходят из моноцитов и макрофагов, двух типов белых кровяных телец, а не из остеогенных клеток. Остеокласты постоянно разрушают старую кость, в то время как остеобласты постоянно образуют новую кость. Постоянный баланс между остеобластами и остеокластами отвечает за постоянное, но тонкое изменение формы кости. (Рисунок) рассматривает костные клетки, их функции и расположение.

Костные клетки
Тип ячейки Функция Расположение
Остеогенные клетки Развиваются в остеобласты Глубокие слои надкостницы и костного мозга
Остеобласты Костеобразование Растущие части кости, включая надкостницу и эндост
Остеоциты Поддержание концентрации минералов в матрице В матрице
Остеокласты Костная резорбция Поверхности костей и участки старой, поврежденной или ненужной кости

Компактная и губчатая кость

Различия между компактной и губчатой ​​костью лучше всего изучать с помощью их гистологии. Большинство костей содержат плотную и губчатую костную ткань, но их распределение и концентрация зависят от общей функции кости. Компактная кость плотная, поэтому она может выдерживать сжимающие усилия, в то время как губчатая (губчатая) кость имеет открытые пространства и поддерживает сдвиги в распределении веса.

Компактная кость

Компактная кость — более плотная и прочная из двух типов костной ткани ((Рисунок)). Его можно найти под надкостницей и в диафизах длинных костей, где он обеспечивает поддержку и защиту.

Схема компактной кости

(a) На этом разрезе компактной кости показана основная структурная единица — остеон. (b) На этой микрофотографии остеона вы можете ясно видеть концентрические пластинки и центральные каналы. LM × 40. (Микрофотография предоставлена ​​Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)

Микроскопическая структурная единица компактной кости называется остеоном или гаверсовской системой. Каждый остеон состоит из концентрических колец кальцифицированного матрикса, называемого ламелями (единичное число = ламелла).По центру каждого остеона проходит центральный канал, или гаверсовский канал, который содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды. Эти сосуды и нервы ответвляются под прямым углом через перфорирующий канал, также известный как каналы Фолькмана, до надкостницы и эндоста.

Остеоциты расположены внутри пространств, называемых лакунами (единичное число = лакуна), на границах соседних ламелл. Как описано ранее, канальцы соединяются с канальцами других лакун и, в конечном итоге, с центральным каналом.Эта система позволяет транспортировать питательные вещества к остеоцитам и удалять из них отходы.

Губчатая (губчатая) кость

Как и компактная кость, губчатая кость, также известная как губчатая кость, содержит остеоциты, расположенные в лакунах, но они не расположены концентрическими кругами. Вместо этого лакуны и остеоциты находятся в решетчатой ​​сети матричных шипов, называемых трабекулами (единичное число = трабекула) ((Рисунок)). Трабекулы могут казаться случайной сетью, но каждая трабекула формируется вдоль линий напряжения, чтобы обеспечить прочность кости.Пространства трабекулярной сети обеспечивают баланс плотной и тяжелой компактной кости, делая кости более легкими, чтобы мышцы могли легче перемещать их. Кроме того, полости в некоторых губчатых костях содержат красный костный мозг, защищенный трабекулами, в которых происходит кроветворение.

Схема губчатой ​​кости

Губчатая кость состоит из трабекул, содержащих остеоциты. Красный костный мозг заполняет пустоты в некоторых костях.

Старение и…

Скелетная система: болезнь Педжета Болезнь Педжета обычно возникает у взрослых старше 40 лет.Это нарушение процесса ремоделирования кости, которое начинается с гиперактивных остеокластов. Это означает, что резорбируется больше кости, чем откладывается. Остеобласты пытаются компенсировать это, но новая кость, которую они закладывают, является слабой и хрупкой и поэтому склонна к переломам.

В то время как некоторые люди с болезнью Педжета не имеют симптомов, другие испытывают боль, переломы костей и деформации костей ((Рисунок)). Чаще всего поражаются кости таза, черепа, позвоночника и ног. Болезнь Педжета, возникающая в черепе, может вызывать головные боли и потерю слуха.

Болезнь Педжета

Нормальные кости ног относительно прямые, но кости, пораженные болезнью Педжета, пористые и изогнутые.

Что заставляет остеокласты становиться сверхактивными? Ответ пока неизвестен, но наследственные факторы, похоже, играют роль. Некоторые ученые считают, что болезнь Педжета вызвана еще не идентифицированным вирусом.

Болезнь Педжета диагностируется с помощью визуальных исследований и лабораторных тестов. Рентген может показать деформации костей или участки резорбции кости.Также полезно сканирование костей. В этих исследованиях в организм вводят краситель, содержащий радиоактивный ион. Области резорбции кости имеют сродство к ионам, поэтому они будут светиться при сканировании, если ионы абсорбируются. Кроме того, у людей с болезнью Педжета обычно повышен уровень фермента, называемого щелочной фосфатазой, в крови.

Бисфосфонаты, препараты, снижающие активность остеокластов, часто используются при лечении болезни Педжета. Однако в небольшом проценте случаев сами бисфосфонаты связаны с повышенным риском переломов, поскольку старая кость, оставшаяся после введения бисфосфонатов, изнашивается и становится хрупкой.Тем не менее, большинство врачей считают, что польза от бисфосфонатов более чем перевешивает риск; медицинский работник должен взвесить преимущества и риски в каждом конкретном случае. Лечение бисфосфонатами может снизить общий риск деформаций или переломов, что, в свою очередь, снижает риск хирургического вмешательства и связанные с ним риски и осложнения.

Кровоснабжение и нервы

Губчатая кость и костномозговая полость получают питание от артерий, которые проходят через компактную кость.Артерии входят через питательные отверстия (множественное число = отверстия), небольшие отверстия в диафизе ((рисунок)). Остеоциты в губчатой ​​кости питаются кровеносными сосудами надкостницы, которые проникают в губчатую кость, и кровью, циркулирующей в полостях костного мозга. Когда кровь проходит через полости костного мозга, она собирается венами, которые затем выходят из кости через отверстия.

Помимо кровеносных сосудов, нервы проходят по тем же путям в кость, где они, как правило, концентрируются в более метаболически активных областях кости.Нервы ощущают боль, и, похоже, нервы также играют роль в регулировании кровоснабжения и роста костей, следовательно, их концентрация в метаболически активных участках кости.

Диаграмма кровоснабжения и нервного кровоснабжения костей

Кровеносные сосуды и нервы входят в кость через питательное отверстие.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть микроскопические особенности кости.

Обзор главы

Полая костномозговая полость, заполненная желтым костным мозгом, проходит по длине диафиза длинной кости.Стенки диафиза представляют собой компактную кость. Эпифизы, представляющие собой более широкие участки на каждом конце длинной кости, заполнены губчатой ​​костью и красным костным мозгом. Эпифизарная пластинка, слой гиалинового хряща, заменяется костной тканью по мере увеличения длины органа. Медуллярная полость имеет нежную мембранную выстилку, называемую эндостом. Наружная поверхность кости, за исключением областей, покрытых суставным хрящом, покрыта фиброзной оболочкой, называемой надкостницей. Плоские кости состоят из двух слоев компактной кости, окружающих слой губчатой ​​кости.Маркировка костей зависит от функции и расположения костей. Сочленения — это места, где встречаются две кости. Выступы выступают из поверхности кости и служат точками крепления сухожилий и связок. Отверстия — это отверстия или углубления в костях.

Костный матрикс состоит из коллагеновых волокон и основного органического вещества, в основном гидроксиапатита, образованного из солей кальция. Остеогенные клетки развиваются в остеобласты. Остеобласты — это клетки, из которых состоит новая кость. Когда они попадают в матрикс, они становятся остеоцитами, клетками зрелой кости.Остеокласты участвуют в резорбции кости. Компактная кость плотная и состоит из остеонов, а губчатая кость менее плотная и состоит из трабекул. Кровеносные сосуды и нервы входят в кость через питательные отверстия, питая и иннервируя кости.

Обзорные вопросы

Что из следующего встречается в губчатой ​​кости эпифиза?

  1. Рост кости
  2. Ремоделирование кости
  3. кроветворение
  4. амортизация

Диафиз содержит ________.

  1. метафиз
  2. жировых запасов
  3. губчатая кость
  4. компактная кость

Фиброзная оболочка, покрывающая внешнюю поверхность кости, ________.

  1. надкостница
  2. эпифиз
  3. эндост
  4. диафиз

Какие из нижеперечисленных неспособны к митозу?

  1. остеобласты и остеокласты
  2. остеоцитов и остеокластов
  3. остеобластов и остеоцитов
  4. Остеогенные клетки и остеокласты

Какие клетки не происходят из остеогенных клеток?

  1. остеобласты
  2. остеокластов
  3. остеоцитов
  4. Остеопрогениторные клетки

Что из следующего встречается в компактной кости и губчатой ​​кости?

  1. Гаверсовы системы
  2. Гаверские каналы
  3. ламелей
  4. лакун

Какие из следующих только обнаружены в губчатой ​​кости?

  1. каналов
  2. Каналы Фолькмана
  3. трабекулы
  4. соли кальция

Какая маркировка на кости образует область кости, через которую проходит питательное отверстие?

  1. отверстие
  2. фаска
  3. канал
  4. трещина

Вопросы о критическом мышлении

Если бы суставной хрящ на конце одной из ваших длинных костей дегенерировал, какие симптомы, по вашему мнению, вы бы испытали? Почему?

Если бы суставной хрящ на конце одной из ваших длинных костей разрушился, что на самом деле происходит при остеоартрите, вы испытаете боль в суставе на конце этой кости и ограничение движения в этом суставе, потому что хряща не будет. чтобы уменьшить трение между соседними костями, и не будет хряща, который будет действовать как амортизатор.

Каким образом структурный состав компактной и губчатой ​​кости хорошо соответствует их функциям?

Плотно расположенные концентрические кольца матрицы в компактной кости идеально подходят для противодействия сжимающим силам, которые являются функцией компактной кости. Открытые пространства трабекулярной сети губчатой ​​кости позволяют губчатой ​​кости поддерживать сдвиги в распределении веса, что является функцией губчатой ​​кости.

Глоссарий

суставной хрящ
тонкий хрящевой слой, покрывающий эпифиз; снижает трение и действует как амортизатор
шарнирное соединение
, где встречаются две поверхности кости
каналов
(singular = canaliculus) каналов в костном матриксе, в которых размещается одно из множества цитоплазматических расширений остеоцита, которые он использует для связи и получения питательных веществ
центральный канал
продольный канал в центре каждого остеона; содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды; также известный как Гаверсский канал
компактная кость
плотная костная ткань, выдерживающая силу сжатия
диафиз
трубчатый стержень, проходящий между проксимальным и дистальным концами длинной кости
диплоэ
слой губчатой ​​кости, зажатый между двумя слоями компактной кости, обнаруженный в плоских костях
эндост
Нежная перепончатая выстилка костномозговой полости
эпифизарная пластина
(также пластина роста) лист гиалинового хряща в метафизе незрелой кости; заменяется костной тканью по мере увеличения длины органа
эпифиз
широких сечений на каждом конце длинной кости; наполненный губчатой ​​костью и красным мозгом
отверстие
отверстие или углубление в кости
лакун
(единичное число = лакуна) пространств в кости, в которых находится остеоцит
костномозговая полость
полая область диафиза; с желтым кабачком
питательное отверстие
небольшое отверстие в середине внешней поверхности диафиза, через которое артерия входит в кость для обеспечения питания
остеобласт
Клетка, отвечающая за формирование новой кости
остеокласт
Клетка, ответственная за резорбцию кости
остеоцит
первичная клетка в зрелой кости; отвечает за ведение матрицы
остеогенные клетки
недифференцированная клетка с высокой митотической активностью; единственные костные клетки, которые делятся; они дифференцируются и развиваются в остеобласты
остеон
(также по гаверсовской системе) основная структурная единица компактной кости; из концентрических слоев кальцинированной матрицы
перфорирующий канал
(также канал Фолькмана) канал, который ответвляется от центрального канала и вмещает сосуды и нервы, идущие к надкостнице и эндосту
надкостница
фиброзная оболочка, покрывающая внешнюю поверхность кости и непрерывная связками
выступ
отметки на костях, где часть поверхности выступает над остальной поверхностью, где прикрепляются сухожилия и связки
губчатая кость
(также губчатая кость) костная ткань с трабекулой, поддерживающая сдвиги в распределении веса
трабекулы
(единичное число = трабекула) шипы или участки решетчатой ​​матрицы в губчатой ​​кости

Костная структура — анатомия и физиология

OpenStaxCollege

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определить анатомические особенности кости
  • Определите и перечислите примеры маркировки костей
  • Описать гистологию костной ткани
  • Сравните и сравните компактную и губчатую кость
  • Определить структуры, составляющие компактную и губчатую кость
  • Опишите, как питаются и иннервируются кости

Костная ткань (костная ткань) сильно отличается от других тканей организма.Кость твердая, и многие ее функции зависят от этой характерной твердости. Дальнейшие обсуждения в этой главе покажут, что кость также динамична в том смысле, что ее форма приспосабливается к нагрузкам. В этом разделе сначала исследуется общая анатомия кости, а затем перейдем к ее гистологии.

Структура длинной кости позволяет лучше всего визуализировать все части кости ([ссылка]). Длинная кость состоит из двух частей: диафиза и эпифиза. Диафиз — это трубчатый стержень, который проходит между проксимальным и дистальным концом кости.Полость в диафизе называется медуллярной полостью, которая заполнена желтым костным мозгом. Стенки диафиза состоят из плотной и твердой компактной кости.

Анатомия длинной кости

Типичная длинная кость показывает общие анатомические характеристики кости.


Более широкий участок на каждом конце кости называется эпифизом (множественное число = эпифиз), он заполнен губчатой ​​костью. Красный костный мозг заполняет пустоты в губчатой ​​кости.Каждый эпифиз встречается с диафизом у метафиза, узкой областью, которая содержит эпифизарную пластинку (пластину роста), слой гиалинового (прозрачного) хряща в растущей кости. Когда кость перестает расти в раннем взрослом возрасте (примерно 18–21 год), хрящ заменяется костной тканью, и эпифизарная пластинка становится эпифизарной линией.

Медуллярная полость имеет тонкую мембранную выстилку, называемую эндостом (конец- = «внутри»; oste- = «кость»), где происходит рост, восстановление и ремоделирование кости.Наружная поверхность кости покрыта фиброзной оболочкой, называемой надкостницей (peri — = «вокруг» или «вокруг»). Надкостница содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды, питающие компактную кость. Сухожилия и связки также прикрепляются к костям в надкостнице. Надкостница покрывает всю внешнюю поверхность, за исключением тех мест, где эпифизы встречаются с другими костями, образуя суставы ([ссылка]). В этой области эпифизы покрыты суставным хрящом, тонким слоем хряща, который снижает трение и действует как амортизатор.

Надкостница и эндост

Надкостница образует внешнюю поверхность кости, а эндост выстилает костномозговую полость.


Плоские кости, как и кости черепа, состоят из слоя диплоэ (губчатой ​​кости), выстланного с обеих сторон слоем компактной кости ([ссылка]). Два слоя компактной кости и внутренняя губчатая кость работают вместе, чтобы защитить внутренние органы. Если внешний слой черепной кости ломается, мозг все еще защищен неповрежденным внутренним слоем.

Анатомия плоской кости

На этом поперечном сечении плоской кости показана губчатая кость (диплоэ), выстланная с обеих сторон слоем компактной кости.


Поверхность костей значительно различается в зависимости от функции и расположения в теле. [ссылка] описывает маркировку костей, которая проиллюстрирована в ([ссылка]). Есть три основных класса маркировки костей: (1) суставы, (2) выступы и (3) отверстия. Как следует из названия, сочленение — это место соединения двух поверхностей кости (articulus = «сустав»).Эти поверхности имеют тенденцию приспосабливаться друг к другу, например, одна закругленная, а другая чашеобразная, чтобы облегчить функцию сочленения. Выступ — это область кости, которая выступает над поверхностью кости. Это точки крепления сухожилий и связок. Как правило, их размер и форма указывают на силы, действующие через прикрепление к кости. Отверстие — это отверстие или бороздка в кости, через которую кровеносные сосуды и нервы входят в кость. Как и в случае с другими отметинами, их размер и форма отражают размер сосудов и нервов, которые проникают в кость в этих точках.

Отметки костей
Маркировка Описание Пример
Шарниры Где встречаются две кости Коленный сустав
Головка Выраженная закругленная поверхность Головка бедра
Фаска Плоская поверхность Позвонки
Мыщелок Скругленная поверхность Затылочные мыщелки
Проекции Рельефная маркировка Остистый отросток позвонков
Выступ Выступающий Подбородок
Процесс Видимость Поперечный отросток позвонка
Позвоночник Острый процесс седалищный отдел позвоночника
Бугорок Маленький округлый отросток Бугорок плечевой кости
Бугристость Шероховатая поверхность Дельтовидный бугорок
Линия Легкий удлиненный гребень Височные линии теменных костей
Крест Ридж Подвздошный гребень
Отверстия Отверстия и углубления Foramen (отверстия, через которые могут проходить кровеносные сосуды)
Ямка Раковина удлиненная Нижнечелюстная ямка
Ямка Яма Ямка головы на головке бедренной кости
Борозда Паз Сигмовидная борозда височных костей
Канал Проход в кости Слуховой канал
Трещина Прорезание кости Ушная щель
Отверстие Отверстие в кости Большое затылочное отверстие в затылочной кости
Мясо Выход в канал Наружный слуховой проход
Синус Воздушное пространство в кости Пазухи носа

Особенности кости

Поверхность костей зависит от их функции, расположения, прикрепления связок и сухожилий или проникновения кровеносных сосудов и нервов.


Кость содержит относительно небольшое количество клеток, закрепленных в матрице коллагеновых волокон, которые обеспечивают поверхность для прикрепления кристаллов неорганической соли. Эти кристаллы соли образуются, когда фосфат кальция и карбонат кальция объединяются с образованием гидроксиапатита, который включает другие неорганические соли, такие как гидроксид, фторид и сульфат магния, когда он кристаллизуется или кальцифицируется на коллагеновых волокнах. Кристаллы гидроксиапатита придают костям твердость и прочность, а волокна коллагена придают им гибкость, поэтому они не становятся хрупкими.

Хотя костные клетки составляют небольшую часть объема кости, они имеют решающее значение для функционирования костей. В костной ткани обнаружены четыре типа клеток: остеобласты, остеоциты, остеогенные клетки и остеокласты ([ссылка]).

Костные клетки

В костной ткани обнаружены клетки четырех типов. Остеогенные клетки недифференцированы и развиваются в остеобласты. Когда остеобласты попадают в кальцифицированный матрикс, их структура и функция изменяются, и они становятся остеоцитами.Остеокласты развиваются из моноцитов и макрофагов и отличаются по внешнему виду от других костных клеток.


Остеобласт — это костная клетка, ответственная за формирование новой кости, которая находится в растущих частях кости, включая надкостницу и эндост. Остеобласты, которые не делятся, не синтезируют и не секретируют коллагеновую матрицу и соли кальция. Когда секретируемый матрикс, окружающий остеобласт, кальцифицируется, остеобласт оказывается в ловушке внутри него; в результате он изменяет структуру и становится остеоцитом, первичной клеткой зрелой кости и наиболее распространенным типом костной клетки.Каждый остеоцит расположен в пространстве, называемом лакуной, и окружен костной тканью. Остеоциты поддерживают минеральную концентрацию матрикса за счет секреции ферментов. Как и остеобласты, остеоциты не обладают митотической активностью. Они могут общаться друг с другом и получать питательные вещества через длинные цитоплазматические отростки, которые проходят через canaliculi (единичный = canaliculus), каналы в костном матриксе.

Если остеобласты и остеоциты неспособны к митозу, то как они пополняются, когда умирают старые? Ответ кроется в свойствах третьей категории костных клеток — остеогенных клеток.Эти остеогенные клетки недифференцированы с высокой митотической активностью и являются единственными костными клетками, которые делятся. Незрелые остеогенные клетки находятся в глубоких слоях надкостницы и костного мозга. Они дифференцируются и развиваются в остеобласты.

Динамический характер кости означает, что новая ткань постоянно образуется, а старая, поврежденная или ненужная кость растворяется для восстановления или высвобождения кальция. Клеткой, ответственной за резорбцию или разрушение кости, является остеокласт.Они находятся на поверхности костей, являются многоядерными и происходят из моноцитов и макрофагов, двух типов белых кровяных телец, а не из остеогенных клеток. Остеокласты постоянно разрушают старую кость, в то время как остеобласты постоянно образуют новую кость. Постоянный баланс между остеобластами и остеокластами отвечает за постоянное, но тонкое изменение формы кости. [ссылка] рассматривает костные клетки, их функции и расположение.

Костные клетки
Тип ячейки Функция Расположение
Остеогенные клетки Развиваются в остеобласты Глубокие слои надкостницы и костного мозга
Остеобласты Костеобразование Растущие части кости, включая надкостницу и эндост
Остеоциты Поддержание концентрации минералов в матрице В матрице
Остеокласты Костная резорбция Поверхности костей и участки старой, поврежденной или ненужной кости

Различия между компактной и губчатой ​​костью лучше всего изучать с помощью их гистологии.Большинство костей содержат плотную и губчатую костную ткань, но их распределение и концентрация зависят от общей функции кости. Компактная кость плотная, поэтому она может выдерживать сжимающие усилия, в то время как губчатая (губчатая) кость имеет открытые пространства и поддерживает сдвиги в распределении веса.

Компактная кость

Компактная кость — более плотная и прочная из двух типов костной ткани ([ссылка]). Его можно найти под надкостницей и в диафизах длинных костей, где он обеспечивает поддержку и защиту.

Схема компактной кости

(a) На этом разрезе компактной кости показана основная структурная единица — остеон. (b) На этой микрофотографии остеона вы можете ясно видеть концентрические пластинки и центральные каналы. LM × 40. (Микрофотография предоставлена ​​Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)


Микроскопическая структурная единица компактной кости называется остеоном или гаверсовской системой. Каждый остеон состоит из концентрических колец кальцифицированного матрикса, называемого ламелями (единичное число = ламелла).По центру каждого остеона проходит центральный канал, или гаверсовский канал, который содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды. Эти сосуды и нервы ответвляются под прямым углом через перфорирующий канал, также известный как каналы Фолькмана, до надкостницы и эндоста.

Остеоциты расположены внутри пространств, называемых лакунами (единичное число = лакуна), на границах соседних ламелл. Как описано ранее, канальцы соединяются с канальцами других лакун и, в конечном итоге, с центральным каналом.Эта система позволяет транспортировать питательные вещества к остеоцитам и удалять из них отходы.

Губчатая (губчатая) кость

Как и компактная кость, губчатая кость, также известная как губчатая кость, содержит остеоциты, расположенные в лакунах, но они не расположены концентрическими кругами. Вместо этого лакуны и остеоциты находятся в решетчатой ​​сети матричных шипов, называемых трабекулами (singular = trabecula) ([ссылка]). Трабекулы могут казаться случайной сетью, но каждая трабекула формируется вдоль линий напряжения, чтобы обеспечить прочность кости.Пространства трабекулярной сети обеспечивают баланс плотной и тяжелой компактной кости, делая кости более легкими, чтобы мышцы могли легче перемещать их. Кроме того, полости в некоторых губчатых костях содержат красный костный мозг, защищенный трабекулами, в которых происходит кроветворение.

Схема губчатой ​​кости

Губчатая кость состоит из трабекул, содержащих остеоциты. Красный костный мозг заполняет пустоты в некоторых костях.


Старение и…

Скелетная система: болезнь Педжета
Болезнь Педжета обычно возникает у взрослых старше 40 лет.Это нарушение процесса ремоделирования кости, которое начинается с гиперактивных остеокластов. Это означает, что резорбируется больше кости, чем откладывается. Остеобласты пытаются компенсировать это, но новая кость, которую они закладывают, является слабой и хрупкой и поэтому склонна к переломам.

В то время как некоторые люди с болезнью Педжета не имеют симптомов, другие испытывают боль, переломы костей и деформации костей ([ссылка]). Чаще всего поражаются кости таза, черепа, позвоночника и ног. Болезнь Педжета, возникающая в черепе, может вызывать головные боли и потерю слуха.

Болезнь Педжета

Нормальные кости ног относительно прямые, но кости, пораженные болезнью Педжета, пористые и изогнутые.


Что заставляет остеокласты становиться сверхактивными? Ответ пока неизвестен, но наследственные факторы, похоже, играют роль. Некоторые ученые считают, что болезнь Педжета вызвана еще не идентифицированным вирусом.

Болезнь Педжета диагностируется с помощью визуальных исследований и лабораторных тестов. Рентген может показать деформации костей или участки резорбции кости.Также полезно сканирование костей. В этих исследованиях в организм вводят краситель, содержащий радиоактивный ион. Области резорбции кости имеют сродство к ионам, поэтому они будут светиться при сканировании, если ионы абсорбируются. Кроме того, у людей с болезнью Педжета обычно повышен уровень фермента, называемого щелочной фосфатазой, в крови.

Бисфосфонаты, препараты, снижающие активность остеокластов, часто используются при лечении болезни Педжета. Однако в небольшом проценте случаев сами бисфосфонаты связаны с повышенным риском переломов, поскольку старая кость, оставшаяся после введения бисфосфонатов, изнашивается и становится хрупкой.Тем не менее, большинство врачей считают, что польза от бисфосфонатов более чем перевешивает риск; медицинский работник должен взвесить преимущества и риски в каждом конкретном случае. Лечение бисфосфонатами может снизить общий риск деформаций или переломов, что, в свою очередь, снижает риск хирургического вмешательства и связанные с ним риски и осложнения.

Губчатая кость и костномозговая полость получают питание от артерий, которые проходят через компактную кость. Артерии входят через питательные отверстия (множественное число = foramina), небольшие отверстия в диафизе ([ссылка]).Остеоциты в губчатой ​​кости питаются кровеносными сосудами надкостницы, которые проникают в губчатую кость, и кровью, циркулирующей в полостях костного мозга. Когда кровь проходит через полости костного мозга, она собирается венами, которые затем выходят из кости через отверстия.

Помимо кровеносных сосудов, нервы проходят по тем же путям в кость, где они, как правило, концентрируются в более метаболически активных областях кости. Нервы ощущают боль, и, похоже, нервы также играют роль в регулировании кровоснабжения и роста костей, следовательно, их концентрация в метаболически активных участках кости.

Диаграмма кровоснабжения и нервного кровоснабжения костей

Кровеносные сосуды и нервы входят в кость через питательное отверстие.



Посмотрите это видео, чтобы увидеть микроскопические особенности кости.

Полая костномозговая полость, заполненная желтым костным мозгом, проходит по длине диафиза длинной кости. Стенки диафиза представляют собой компактную кость. Эпифизы, представляющие собой более широкие участки на каждом конце длинной кости, заполнены губчатой ​​костью и красным костным мозгом.Эпифизарная пластинка, слой гиалинового хряща, заменяется костной тканью по мере увеличения длины органа. Медуллярная полость имеет нежную мембранную выстилку, называемую эндостом. Наружная поверхность кости, за исключением областей, покрытых суставным хрящом, покрыта фиброзной оболочкой, называемой надкостницей. Плоские кости состоят из двух слоев компактной кости, окружающих слой губчатой ​​кости. Маркировка костей зависит от функции и расположения костей. Сочленения — это места, где встречаются две кости.Выступы выступают из поверхности кости и служат точками крепления сухожилий и связок. Отверстия — это отверстия или углубления в костях.

Костный матрикс состоит из коллагеновых волокон и основного органического вещества, в основном гидроксиапатита, образованного из солей кальция. Остеогенные клетки развиваются в остеобласты. Остеобласты — это клетки, из которых состоит новая кость. Когда они попадают в матрикс, они становятся остеоцитами, клетками зрелой кости. Остеокласты участвуют в резорбции кости.Компактная кость плотная и состоит из остеонов, а губчатая кость менее плотная и состоит из трабекул. Кровеносные сосуды и нервы входят в кость через питательные отверстия, питая и иннервируя кости.

Что из следующего встречается в губчатой ​​кости эпифиза?

  1. Рост кости
  2. Ремоделирование кости
  3. кроветворение
  4. амортизация

Диафиз содержит ________.

  1. метафиз
  2. жировых запасов
  3. губчатая кость
  4. компактная кость

Фиброзная оболочка, покрывающая внешнюю поверхность кости, ________.

  1. надкостница
  2. эпифиз
  3. эндост
  4. диафиз

Какие из нижеперечисленных неспособны к митозу?

  1. остеобласты и остеокласты
  2. остеоцитов и остеокластов
  3. остеобластов и остеоцитов
  4. Остеогенные клетки и остеокласты

Какие клетки не происходят из остеогенных клеток?

  1. остеобласты
  2. остеокластов
  3. остеоцитов
  4. Остеопрогениторные клетки

Что из следующего встречается в компактной кости и губчатой ​​кости?

  1. Гаверсовские системы
  2. Гаверские каналы
  3. ламелей
  4. лакун

Какие из следующих только обнаружены в губчатой ​​кости?

  1. каналов
  2. Каналы Фолькмана
  3. трабекулы
  4. соли кальция

Какая маркировка на кости образует область кости, через которую проходит питательное отверстие?

  1. отверстие
  2. фаска
  3. канал
  4. трещина

Если бы суставной хрящ на конце одной из ваших длинных костей дегенерировал, какие симптомы, по вашему мнению, вы бы испытали? Почему?

Если бы суставной хрящ на конце одной из ваших длинных костей разрушился, что на самом деле происходит при остеоартрите, вы испытаете боль в суставе на конце этой кости и ограничение движения в этом суставе, потому что хряща не будет. чтобы уменьшить трение между соседними костями, и не будет хряща, который будет действовать как амортизатор.

Каким образом структурный состав компактной и губчатой ​​кости хорошо соответствует их функциям?

Плотно расположенные концентрические кольца матрицы в компактной кости идеально подходят для противодействия сжимающим силам, которые являются функцией компактной кости. Открытые пространства трабекулярной сети губчатой ​​кости позволяют губчатой ​​кости поддерживать сдвиги в распределении веса, что является функцией губчатой ​​кости.

Глоссарий

суставной хрящ
тонкий хрящевой слой, покрывающий эпифиз; снижает трение и действует как амортизатор
шарнирное соединение
, где встречаются две поверхности кости
каналов
(singular = canaliculus) каналов в костном матриксе, в которых размещается одно из множества цитоплазматических расширений остеоцита, которые он использует для связи и получения питательных веществ
центральный канал
продольный канал в центре каждого остеона; содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды; также известный как Гаверсский канал
компактная кость
плотная костная ткань, выдерживающая силу сжатия
диафиз
трубчатый стержень, проходящий между проксимальным и дистальным концами длинной кости
диплоэ
слой губчатой ​​кости, зажатый между двумя слоями компактной кости, обнаруженный в плоских костях
эндост
Нежная перепончатая выстилка костномозговой полости
эпифизарная пластина
(также пластина роста) лист гиалинового хряща в метафизе незрелой кости; заменяется костной тканью по мере увеличения длины органа
эпифиз
широких сечений на каждом конце длинной кости; наполненный губчатой ​​костью и красным мозгом
отверстие
отверстие или углубление в кости
лакун
(единичное число = лакуна) пространств в кости, в которых находится остеоцит
костномозговая полость
полая область диафиза; с желтым кабачком
питательное отверстие
небольшое отверстие в середине внешней поверхности диафиза, через которое артерия входит в кость для обеспечения питания
остеобласт
Клетка, отвечающая за формирование новой кости
остеокласт
Клетка, ответственная за резорбцию кости
остеоцит
первичная клетка в зрелой кости; отвечает за ведение матрицы
остеогенные клетки
недифференцированная клетка с высокой митотической активностью; единственные костные клетки, которые делятся; они дифференцируются и развиваются в остеобласты
остеон
(также по гаверсовской системе) основная структурная единица компактной кости; из концентрических слоев кальцинированной матрицы
перфорирующий канал
(также канал Фолькмана) канал, который ответвляется от центрального канала и вмещает сосуды и нервы, идущие к надкостнице и эндосту
надкостница
фиброзная оболочка, покрывающая внешнюю поверхность кости и непрерывная связками
выступ
отметки на костях, где часть поверхности выступает над остальной поверхностью, где прикрепляются сухожилия и связки
губчатая кость
(также губчатая кость) костная ткань с трабекулой, поддерживающая сдвиги в распределении веса
трабекулы
(единичное число = трабекула) шипы или участки решетчатой ​​матрицы в губчатой ​​кости

Анатомия и физиология нормальной кости

Abstract

Этот обзор описывает анатомию и физиологию нормальной кости как введение к последующим статьям в этом разделе, в которых обсуждаются клинические применения биопсии гребня подвздошной кости.Сначала рассматриваются нормальная анатомия и функции скелета, после чего дается общее описание процессов моделирования и ремоделирования костей. Процесс ремоделирования кости регулирует увеличение и уменьшение минеральной плотности кости в скелете взрослого человека и напрямую влияет на прочность кости. Тщательное понимание процесса ремоделирования кости имеет решающее значение для оценки ценности и интерпретации результатов гистоморфометрии гребня подвздошной кости. Рекрутирование, активация и резорбция остеокластов обсуждается довольно подробно с последующим обзором рекрутирования остеобластов и процесса образования новой кости.Затем суммируются коллагеновые и неколлагеновые белковые компоненты и функция внеклеточного матрикса кости, после чего дается описание процесса минерализации вновь образованного костного матрикса. Воздействие биомеханических сил на кость воспринимается синцитием остеоцитов внутри кости через канальцевую сеть и межклеточные щелевые соединения. Наконец, концепции, касающиеся ремоделирования кости, функции остеокластов и остеобластов, внеклеточного матрикса, минерализации матрикса и функции остеоцитов, синтезируются в кратком изложении понятных в настоящее время функциональных детерминант прочности кости.Эта информация закладывает основу для понимания полезности и клинического применения биопсии гребня подвздошной кости.

Скелет

Скелет взрослого человека состоит всего из 213 костей, не считая сесамовидных костей (1). Аппендикулярный скелет состоит из 126 костей, осевого скелета — 74, а слуховых косточек — 6 костей. Каждая кость постоянно подвергается моделированию в течение жизни, чтобы помочь ей адаптироваться к изменяющимся биомеханическим силам, а также ремоделированию для удаления старой, микроповрежденной кости и замены ее новой, механически более прочной костью, чтобы помочь сохранить прочность кости.

Четыре основные категории костей: длинные, короткие, плоские и неправильные кости. Длинные кости включают ключицы, плечевые кости, радиусы, локтевые кости, пястные кости, бедренные кости, голени, малоберцовые кости, плюсневые кости и фаланги. Короткие кости включают запястные и предплюсневые кости, надколенники и сесамовидные кости. Плоские кости включают череп, нижнюю челюсть, лопатки, грудину и ребра. Кости неправильной формы включают позвонки, крестец, копчик и подъязычную кость. Плоские кости образуются за счет образования перепончатой ​​кости, тогда как длинные кости образуются путем сочетания эндохондрального и перепончатого образования кости.

Каркас выполняет множество функций. Кости скелета обеспечивают структурную поддержку остального тела, позволяют движение и передвижение, обеспечивая рычаги для мышц, защищают жизненно важные внутренние органы и структуры, обеспечивают поддержание минерального гомеостаза и кислотно-щелочного баланса, служат резервуаром для роста. факторов и цитокинов, а также обеспечивают среду для кроветворения в костном мозге (2).

Длинные кости состоят из полого стержня или диафиза; расширяющиеся конусообразные метафизы под пластинками роста; и округлые эпифизы над пластинками роста.Диафиз состоит в основном из плотной кортикальной кости, тогда как метафиз и эпифиз состоят из кости трабекулярной сети, окруженной относительно тонкой оболочкой из плотной кортикальной кости.

Скелет взрослого человека состоит из 80% кортикальной кости и 20% губчатой ​​кости в целом (3). Различные кости и участки скелета внутри костей имеют разное соотношение кортикальной и губчатой ​​кости. Позвонок состоит из кортикальной и губчатой ​​кости в соотношении 25:75. Это соотношение составляет 50:50 в головке бедренной кости и 95: 5 в лучевом диафизе.

Кортикальная кость плотная и твердая и окружает костный мозг, тогда как губчатая кость состоит из сотовой сети трабекулярных пластин и стержней, вкрапленных в компартменте костного мозга. И кортикальная, и губчатая кость состоят из остеонов.

Кортикальные остеоны называются гаверсовыми системами. Гаверсовы системы имеют цилиндрическую форму, примерно 400 мм в длину и 200 мм в ширину в основании и образуют разветвленную сеть внутри кортикальной кости (3). Стены гаверсовских систем образованы концентрическими пластинками.Кортикальная кость обычно менее метаболически активна, чем губчатая кость, но это зависит от вида. У здоровых взрослых людей имеется примерно 21 × 10 6 кортикальных остеонов с общей площадью ремоделирования по Гаверсу примерно 3,5 м 2 . Пористость кортикальной кости обычно составляет <5%, но это зависит от соотношения активно ремоделирующих гаверсовских систем и неактивных кортикальных остеонов. Увеличение кортикального ремоделирования вызывает увеличение кортикальной пористости и уменьшение корковой костной массы.Здоровые стареющие взрослые обычно испытывают истончение коры и увеличение пористости коры.

Кортикальная кость имеет внешнюю периостальную поверхность и внутреннюю эндостальную поверхность. Поверхностная активность надкостницы важна для аппозиционного роста и заживления переломов. Костеобразование обычно превышает резорбцию кости на периостальной поверхности, поэтому кости обычно увеличиваются в диаметре с возрастом. Поверхность эндоста имеет общую площадь приблизительно 0,5 м 2 , с более высокой активностью ремоделирования, чем поверхность надкостницы, вероятно, в результате большего биомеханического напряжения или большего воздействия цитокинов из соседнего компартмента костного мозга.Резорбция костной ткани обычно превышает костное образование на эндостальной поверхности, поэтому костный мозг обычно расширяется с возрастом.

Трабекулярные остеоны называются пакетами. Трабекулярная кость состоит из пластин и стержней толщиной от 50 до 400 мм (3). Трабекулярные остеоны имеют полулунную форму, обычно примерно 35 мм толщиной, и состоят из концентрических пластинок. Подсчитано, что у здоровых взрослых людей имеется 14 × 10 6 трабекулярных остеонов с общей площадью трабекул примерно 7 м 2 .

Кортикальная кость и губчатая кость обычно имеют пластинчатый узор, в котором коллагеновые фибриллы располагаются в чередующейся ориентации (3). Пластинчатая кость лучше всего видна при микроскопическом исследовании в поляризованном свете, во время которого виден пластинчатый узор в результате двойного лучепреломления. Механизм, с помощью которого остеобласты откладывают коллагеновые фибриллы пластинчатым образом, не известен, но пластинчатая кость имеет значительную прочность в результате чередования ориентаций коллагеновых фибрилл, как у фанеры.В тканой кости отсутствует нормальный пластинчатый узор, в котором коллагеновые фибриллы располагаются неорганизованным образом. Плетеная кость слабее пластинчатой. Плетеная кость обычно образуется во время образования первичной кости, а также может наблюдаться при состояниях с высокой степенью метаболизма костной ткани, таких как кистозный фиброзный остит, в результате гиперпаратиреоза и болезни Педжета или во время высокого костеобразования во время раннего лечения фтором.

Надкостница — это волокнистая соединительнотканная оболочка, которая окружает внешнюю кортикальную поверхность кости, за исключением суставов, где кость выстлана суставным хрящом, который содержит кровеносные сосуды, нервные волокна, остеобласты и остеокласты.Надкостница плотно прикреплена к внешней кортикальной поверхности кости толстыми коллагеновыми волокнами, называемыми волокнами Шарпейса, которые проникают в подлежащую костную ткань. Эндост представляет собой мембранную структуру, покрывающую внутреннюю поверхность кортикальной кости, губчатой ​​кости и каналы кровеносных сосудов (каналы Фолькмана), присутствующие в кости. Эндост находится в контакте с пространством костного мозга, губчатой ​​костью и каналами кровеносных сосудов и содержит кровеносные сосуды, остеобласты и остеокласты.

Рост, моделирование и ремоделирование костей

Кость подвергается продольному и радиальному росту, моделированию и ремоделированию в течение жизни.Продольный и радиальный рост во время роста и развития происходит в детском и подростковом возрасте. Продольный рост происходит на пластинах роста, где хрящ разрастается в эпифизарной и метафизарной областях длинных костей, прежде чем впоследствии подвергнется минерализации с образованием первичной новой кости.

Моделирование — это процесс, с помощью которого кости меняют свою общую форму в ответ на физиологические воздействия или механические силы, что приводит к постепенной адаптации скелета к силам, с которыми он сталкивается.Кости могут расширяться или изменять ось за счет удаления или добавления кости к соответствующим поверхностям за счет независимого действия остеобластов и остеокластов в ответ на биомеханические силы. Кости обычно расширяются с возрастом в ответ на надкостницу новой кости и эндостальную резорбцию старой кости. Закон Вольфа описывает наблюдение, что длинные кости меняют форму, чтобы приспособиться к действующим на них нагрузкам. Во время моделирования кости формирование и резорбция кости не взаимосвязаны. Моделирование кости у взрослых происходит реже, чем ремоделирование (4).Моделирование может быть усилено при гипопаратиреозе (5), почечной остеодистрофии (6) или лечении анаболическими средствами (7).

Ремоделирование кости — это процесс обновления кости для поддержания прочности кости и минерального гомеостаза. Ремоделирование включает в себя непрерывное удаление дискретных пакетов старой кости, замену этих пакетов вновь синтезированным белковым матриксом и последующую минерализацию матрицы с образованием новой кости. Процесс ремоделирования резорбирует старую кость и формирует новую кость, чтобы предотвратить накопление микроповреждений кости.Ремоделирование начинается до рождения и продолжается до смерти. Блок ремоделирования кости состоит из тесно связанной группы остеокластов и остеобластов, которые последовательно выполняют резорбцию старой кости и формирование новой кости. Ремоделирование костей увеличивается у женщин в перименопаузе и в раннем постменопаузе, а затем замедляется с дальнейшим старением, но продолжается более быстрыми темпами, чем у женщин в пременопаузе. Считается, что ремоделирование костей у стареющих мужчин происходит умеренно.

Цикл ремоделирования состоит из четырех последовательных фаз.Активация предшествует резорбции, предшествующей обращению, предшествующей формированию. Сайты ремоделирования могут развиваться случайным образом, но также нацелены на участки, требующие ремонта (8,9). Считается, что сайты ремоделирования развиваются в основном случайным образом.

Активация включает привлечение и активацию мононуклеарных моноцитов-макрофагов-предшественников остеокластов из кровотока (10), отрыв эндоста, который содержит выстилающие клетки, от поверхности кости и слияние нескольких мононуклеарных клеток с образованием многоядерных преостеокластов.Преостеокласты связываются с костным матриксом посредством взаимодействий между рецепторами интегрина в их клеточных мембранах и RGD (аргинин, глицин и аспарагин) -содержащими пептидами в белках матрикса с образованием кольцевых герметизирующих зон вокруг резорбирующихся костью компартментов под многоядерными остеокластами.

Опосредованная остеокластами резорбция кости занимает всего около 2–4 недель в течение каждого цикла ремоделирования. Образование, активация и резорбция остеокластов регулируются соотношением активатора рецептора лиганда NF-κB (RANKL) к остеопротегерину (OPG; Рисунок 1), IL-1 и IL-6, колониестимулирующему фактору (CSF), паратироидному гормону. , 1,25-дигидроксивитамин D и кальцитонин (11,12).Резорбирующиеся остеокласты секретируют ионы водорода через протонные насосы H + -АТФазы и хлоридные каналы в своих клеточных мембранах в резорбирующий отсек, чтобы снизить pH внутри резорбирующего кость компартмента до 4,5, что помогает мобилизовать костные минералы (13 ). Резорбирующиеся остеокласты выделяют устойчивую к тартрату кислую фосфатазу, катепсин К, матриксную металлопротеиназу 9 и желатиназу из цитоплазматических лизосом (14) для переваривания органического матрикса, в результате чего образуются блюдцеобразные лакуны Ховшипа на поверхности губчатой ​​кости (рис. 2) и Гаверсовы каналы в кортикальном слое кости.Фаза резорбции завершается мононуклеарными клетками после того, как многоядерные остеокласты подвергаются апоптозу (15,16).

Рисунок 1.

Регулирование остеокластогенеза с помощью активатора рецептора лиганда NF-κB (RANKL) и остеопротегерина (OPG): колониестимулирующий фактор 1 (CSF-1) обычно стимулирует рекрутирование остеокластов. Две формы RANKL продуцируются остеобластами и предшественниками остеобластов для стимуляции рекрутирования и активации остеокластов. Мембраносвязанная форма напрямую взаимодействует с мембраносвязанными молекулами RANK на соседних предшественниках остеокластов.Растворимая форма высвобождается из остеобластов или предшественников остеобластов, чтобы диффундировать через межклеточное пространство и взаимодействовать с мембраносвязанными молекулами RANK на соседних предшественниках остеокластов. OPG действует как ловушка-рецептор, предотвращая взаимодействие RANKL или sRANKL с RANK. Соотношение между RANKL и OPG, продуцируемыми остеобластами и предшественниками остеобластов, контролирует RANKL-стимулированный остеокластогенез.

Рис. 2.

Многоядерные остеокласты резорбируют кость с образованием резорбционных ямок, известных как лакуны Ховшипа.

Во время фазы обращения резорбция кости переходит в формирование кости. По завершении резорбции кости резорбционные полости содержат множество мононуклеарных клеток, включая моноциты, остеоциты, высвобождаемые из костного матрикса, и преостеобласты, привлекаемые для начала образования новой кости. Связанные сигналы, связывающие конец резорбции кости с началом образования кости, пока неизвестны. Предлагаемые кандидаты в сигнал связывания включают факторы, производные от костного матрикса, такие как TGF-β, IGF-1, IGF-2, костные морфогенетические белки, PDGF или фактор роста фибробластов (17-19).Концентрация TGF-β в костном матриксе коррелирует с гистоморфометрическими показателями метаболизма костной ткани, а также с остеокальцином в сыворотке крови и костной специфической щелочной фосфатазой. TGF-β, высвобождаемый из костного матрикса, снижает резорбцию остеокластов за счет ингибирования продукции RANKL остеобластами. Было высказано предположение, что фаза обращения опосредуется градиентом деформации в лакунах (20,21). Поскольку остеокласты рассасывают кортикальный слой кости в режущем конусе, деформация уменьшается спереди и увеличивается сзади, а в лакунах Ховшипа деформация наиболее высока у основания и меньше — в окружающей кости по краям лакун.Градиент штамма может привести к последовательной активации остеокластов и остеобластов, при этом остеокласты активируются уменьшенным напряжением, а остеобласты — повышенным напряжением. Было высказано предположение, что сам остеокласт играет роль во время обращения (22).

Формирование кости занимает от 4 до 6 месяцев. Остеобласты синтезируют новый коллагеновый органический матрикс (рис. 3) и регулируют минерализацию матрикса, высвобождая небольшие мембраносвязанные матричные везикулы, которые концентрируют кальций и фосфат и ферментативно разрушают ингибиторы минерализации, такие как пирофосфат или протеогликаны (23).Остеобласты, окруженные матриксом и похороненные в нем, становятся остеоцитами с обширной канальцевой сетью, соединяющей их с клетками выстилки поверхности кости, остеобластами и другими остеоцитами, поддерживаемыми щелевыми соединениями между цитоплазматическими процессами, отходящими от остеоцитов (24). Сеть остеоцитов в кости служит функциональным синцитием. По завершении формирования кости приблизительно от 50 до 70% остеобластов подвергаются апоптозу, а остальная часть становится остеоцитами или клетками выстилки кости.Клетки выстилки костей могут регулировать приток и отток минеральных ионов в костную внеклеточную жидкость и из нее, тем самым выступая в качестве гемато-костного барьера, но сохраняя способность повторно дифференцироваться в остеобласты при воздействии паратироидного гормона или механических сил (25). Клетки, выстилающие костную ткань эндоста, отрываются от поверхности кости перед резорбцией кости, чтобы сформировать дискретные компартменты ремоделирования кости со специализированным микроокружением (26). У пациентов с множественной миеломой клетки выстилки могут быть индуцированы экспрессией устойчивой к тартрату кислой фосфатазы и других классических маркеров остеокластов.

Рисунок 3.

Остеобласты синтезируют белковый матрикс, состоящий в основном из коллагена I типа, для заполнения ямок резорбции. Белковая матрица постепенно минерализуется, образуя новую кость.

Конечным результатом каждого цикла ремоделирования кости является производство нового остеона. Процесс ремоделирования в кортикальной и губчатой ​​кости практически одинаков, при этом единицы ремоделирования кости в губчатой ​​кости эквивалентны единицам ремоделирования кортикальной кости, разделенным пополам в продольном направлении (27).Костный баланс — это разница между резорбированной старой костью и новой сформированной костью. Баланс надкостницы умеренно положительный, тогда как балансы эндостальной и губчатой ​​кости умеренно отрицательны, что приводит к истончению кортикального и трабекулярного слоев с возрастом. Эти относительные изменения происходят при эндостальной резорбции, опережающей периостальное образование.

Основные признанные функции ремоделирования кости включают сохранение механической прочности кости путем замены старой, микроповрежденной кости на более новую, более здоровую кость, а также гомеостаз кальция и фосфата.Относительно низкая скорость обновления кортикального слоя кости у взрослых, составляющая 2–3% в год, достаточна для поддержания биомеханической прочности кости. Скорость обновления губчатой ​​кости выше, больше, чем требуется для поддержания механической прочности, что указывает на то, что метаболизм губчатой ​​кости более важен для минерального обмена. Повышенная потребность в кальции или фосфоре может потребовать увеличения единиц ремоделирования кости, но во многих случаях эта потребность может быть удовлетворена за счет увеличения активности существующих остеокластов. Повышенная потребность в кальции и фосфоре скелета частично удовлетворяется за счет резорбции остеокластов и частично за счет притока и оттока неостеокластического кальция.Постоянная деятельность по ремоделированию кости обеспечивает непрерывное поступление вновь сформированной кости, которая имеет относительно низкое содержание минералов и способна легче обмениваться ионами с внеклеточной жидкостью. Единицы ремоделирования кости, по-видимому, в основном случайным образом распределены по скелету, но могут быть вызваны образованием микротрещин или апоптозом остеоцитов. Пространство ремоделирования кости представляет собой сумму всех активных единиц ремоделирования кости в скелете в данный момент времени.

Остеокласты

Остеокласты — единственные клетки, которые, как известно, способны резорбировать кость (рис. 2).Активированные многоядерные остеокласты происходят из одноядерных клеток-предшественников моноцитарно-макрофагальной линии (11). Мононуклеарные клетки-предшественники моноцитов-макрофагов были идентифицированы в различных тканях, но считается, что клетки-предшественники моноцитов-макрофагов костного мозга дают начало большинству остеокластов.

RANKL и макрофагальный CSF (M-CSF) — два цитокина, которые имеют решающее значение для образования остеокластов. И RANKL, и M-CSF продуцируются в основном стромальными клетками костного мозга и остеобластами в мембраносвязанных и растворимых формах, а для остеокластогенеза необходимо присутствие стромальных клеток и остеобластов в костном мозге (28).RANKL принадлежит к суперсемейству TNF и имеет решающее значение для образования остеокластов. M-CSF необходим для пролиферации, выживания и дифференцировки предшественников остеокластов, а также для выживания остеокластов и перестройки цитоскелета, необходимых для резорбции кости. OPG представляет собой мембраносвязанный и секретируемый белок, который связывает RANKL с высоким сродством, чтобы ингибировать его действие на рецептор RANK (29).

Резорбция кости зависит от секреции остеокластами ионов водорода и фермента катепсина К. Ионы H + подкисляют отсек резорбции под остеокластами, растворяя минеральный компонент костного матрикса, тогда как катепсин К переваривает белковый матрикс, который в основном состоит из коллагена I типа (11).

Остеокласты связываются с костным матриксом через рецепторы интегрина в мембране остеокластов, связываясь с пептидами костного матрикса. Семейство β1 рецепторов интегрина в остеокластах связывается с коллагеном, фибронектином и ламинином, но основным рецептором интегрина, способствующим резорбции кости, является интегрин α v β 3 , который связывается с остеопонтином и костным сиалопротеином (30).

Связывание остеокластов с костным матриксом заставляет их поляризоваться, при этом на резорбирующей кость поверхности образуется взъерошенная граница, которая образуется, когда подкисленные везикулы, содержащие матриксные металлопротеиназы и катепсин К, транспортируются через микротрубочек для слияния с мембраной.Рифленая граница секретирует ионы H + через H + -ATPase и хлоридные каналы и вызывает экзоцитоз катепсина K и других ферментов в подкисленных везикулах (31).

При контакте с костным матриксом фибриллярный актиновый цитоскелет остеокласта организуется в актиновое кольцо, которое способствует образованию зоны уплотнения по периферии прикрепления остеокласта к матрице. Зона уплотнения окружает и изолирует подкисленный отсек резорбции от окружающей поверхности кости (32).Нарушение взъерошенной границы или актинового кольца блокирует резорбцию кости. Активно резорбирующиеся остеокласты образуют подосомы, которые прикрепляются к костному матриксу, а не к фокальным спайкам, которые образуются большинством клеток. Подосомы состоят из актинового ядра, окруженного интегринами α v β 3 и ассоциированными белками цитоскелета.

Остеобласты

Остеопрогениторные клетки образуют и поддерживают остеобласты, которые синтезируют новый костный матрикс на костеобразующих поверхностях (рис. 3), остеоциты в костном матриксе, поддерживающие структуру кости, и клетки защитной выстилки, покрывающие поверхность в состоянии покоя. кость.Внутри линии остеобластов субпопуляции клеток по-разному реагируют на различные гормональные, механические или цитокиновые сигналы. Остеобласты осевой и аппендикулярной кости по-разному реагируют на эти сигналы.

Самообновляющиеся плюрипотентные стволовые клетки дают начало клеткам-остеопрогениторам в различных тканях при правильных условиях окружающей среды. Костный мозг содержит небольшую популяцию мезенхимальных стволовых клеток, которые способны давать начало костной, хрящевой, жировой или волокнистой соединительной ткани, в отличие от популяции гемопоэтических стволовых клеток, дающих начало клонам клеток крови (33).Клетки со свойствами, характерными для мезенхимальных стволовых клеток костного мозга взрослых, были выделены из периферической крови, пульпы зуба и пуповинной крови плода, печени, крови и костного мозга. Также были идентифицированы мультипотенциальные миогенные клетки, которые способны дифференцироваться в кости, мышцы или адипоциты. Мезенхимные клетки, которые принадлежат к одному фенотипу, могут дедифференцироваться во время пролиферации и развить другой фенотип, в зависимости от местной тканевой среды. Перициты кровеносных сосудов могут развить остеобластический фенотип во время дедифференцировки при определенных обстоятельствах (34).

Приверженность мезенхимальных стволовых клеток к клону остеобластов требует канонического пути Wnt / β-catenin и ассоциированных белков (35). Идентификация фенотипа с высокой костной массой, связанного с активирующими мутациями белка, связанного с рецепторами LDL 5, подчеркнула важность канонического пути Wnt / β-catenin в формировании паттерна эмбрионального скелета, развитии скелета плода и ремоделировании скелета взрослых (36,37). Система Wnt также важна для хондрогенеза и гематопоэза и может быть стимулирующей или ингибирующей на разных стадиях дифференцировки остеобластов.

Сглаженные клетки выстилки кости считаются покоящимися остеобластами, которые образуют эндост на трабекулярной и эндостальной поверхностях и лежат в основе надкостницы на минерализованной поверхности. Остеобласты и клетки выстилки находятся в непосредственной близости и соединяются сращениями. Кадгерины — это кальций-зависимые трансмембранные белки, которые являются неотъемлемой частью адгезивных соединений и вместе с плотными контактами и десмосомами соединяют клетки вместе, связывая их цитоскелеты (38).

Предшественники остеобластов изменяют форму от веретенообразных остеопрогениторов до больших кубовидных дифференцированных остеобластов на поверхности костного матрикса после того, как преостеобласты прекращают пролиферировать.Преостеобласты, которые находятся рядом с функционирующими остеобластами в модуле ремоделирования кости, обычно распознаются из-за экспрессии в них щелочной фосфатазы. Активные зрелые остеобласты, которые синтезируют костный матрикс, имеют большие ядра, увеличенные структуры Гольджи и обширный эндоплазматический ретикулум. Эти остеобласты секретируют коллаген I типа и другие матричные белки векторно по направлению к поверхности образования кости.

Популяции остеобластов неоднородны, с разными остеобластами, экспрессирующими разные репертуары генов, что может объяснять гетерогенность трабекулярной микроархитектуры в разных участках скелета, анатомические сайт-специфические различия в болезненных состояниях и региональные различия в способности остеобластов реагировать на используемые агенты для лечения заболеваний костей.

Костный внеклеточный матрикс

Костный белок на 85–90% состоит из коллагеновых белков (таблица 1). Костный матрикс в основном состоит из коллагена I типа (39) со следовыми количествами коллагенов типов III и V и FACIT на определенных этапах формирования кости, что может помочь определить диаметр коллагеновых фибрилл. Коллагены FACIT являются членами семейства ассоциированных с фибриллами коллагенов с прерывистыми тройными спиралями, группы нефибриллярных коллагенов, которые служат в качестве молекулярных мостиков, важных для организации и стабильности внеклеточных матриксов.Члены этого семейства включают коллагены IX, XII, XIV, XIX, XX и XXI. Неколлагеновые белки составляют от 10 до 15% от общего костного белка. Примерно 25% неколлагенового белка происходит экзогенно, включая сывороточный альбумин и α2-HS-гликопротеин, которые связываются с гидроксиапатитом из-за своих кислотных свойств. Неколлагеновые белки, полученные из сыворотки, могут помочь регулировать минерализацию матрикса, а α2-HS-гликопротеин, который является человеческим аналогом фетуина, может регулировать пролиферацию костных клеток. Остальные неколлагеновые белки, полученные экзогенно, состоят из факторов роста и большого количества других молекул в следовых количествах, которые могут влиять на активность костных клеток.

Таблица 1.

Белки внеклеточного матрикса a

Остеобласты синтезируют и секретируют столько же неколлагенового белка, сколько коллаген на молярной основе. Неколлагеновые белки в целом делятся на несколько категорий, включая протеогликаны, гликозилированные белки, гликозилированные белки с потенциальной активностью прикрепления клеток и γ-карбоксилированные (gla) белки. Роли каждого из костных белков в настоящее время четко не определены, и многие из них, по-видимому, выполняют несколько функций, включая регуляцию отложения и обмена костных минералов, а также регуляцию активности костных клеток.Ранее считалось, что остеокальцин в сыворотке крови, синтезируемый остеобластами, действует как промотор или инициатор отложения кальция в очаге между концами коллагеновых фибрилл и, следовательно, рассматривается как маркер образования кости. Наблюдение за мышью с нокаутом остеокальцина, имеющей фенотип с высокой костной массой, предполагает, что остеокальцин обычно ингибирует образование кости. Поскольку сывороточный остеокальцин образуется как в результате высвобождения матрикса за счет активности остеокластов, так и в результате синтеза остеобластов, в настоящее время он рассматривается как маркер обновления костной ткани, а не как специфический маркер образования кости.

Основным гликозилированным белком, присутствующим в кости, является щелочная фосфатаза. Щелочная фосфатаза в кости связана с поверхностями клеток остеобластов через фосфоинозитоловую связь, а также находится в свободном состоянии в минерализованном матриксе. Щелочная фосфатаза играет еще не определенную роль в минерализации костей (40). Наиболее распространенным неколлагеновым белком в кости является остеонектин, составляющий примерно 2% от общего белка в развивающейся кости. Считается, что остеонектин влияет на рост и / или пролиферацию остеобластов и минерализацию матрикса.

Минерализация костного матрикса

Кость состоит из 50–70% минералов, 20–40% органического матрикса, 5–10% воды и <3% липидов. Минеральный состав кости состоит в основном из гидроксиапатита [Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] с небольшими количествами карбоната, магния и кислого фосфата с отсутствующими гидроксильными группами, которые обычно присутствуют. . По сравнению с геологическими кристаллами гидроксиапатита, костные кристаллы гидроксиапатита очень малы, их наибольший размер составляет всего около 200 Å.Эти маленькие, малокристаллические, карбонат-замещенные кристаллы более растворимы, чем геологические кристаллы гидроксиапатита, что позволяет им поддерживать минеральный метаболизм.

Созревание матрикса связано с экспрессией щелочной фосфатазы и нескольких неколлагеновых белков, включая остеокальцин, остеопонтин и костный сиалопротеин. Считается, что эти связывающие кальций и фосфат белки помогают регулировать упорядоченное отложение минералов, регулируя количество и размер образующихся кристаллов гидроксиапатита.

Костный минерал обеспечивает механическую жесткость и прочность костей, а органический матрикс обеспечивает эластичность и гибкость. Костный минерал изначально откладывается в зонах «дырок» между концами коллагеновых фибрилл (41). Этому процессу могут способствовать везикулы внеклеточного матрикса в кости, такие как кальцификация хряща и минерализация сухожилий индейки (23). Внеклеточные везикулы матрикса синтезируются хондроцитами и остеобластами и служат защищенным микроокружением, в котором концентрации кальция и фосфата могут увеличиваться в достаточной степени, чтобы ускорить образование кристаллов.Внеклеточная жидкость обычно не перенасыщена гидроксиапатитом, поэтому гидроксиапатит не осаждается самопроизвольно. Внеклеточные везикулы матрицы содержат ядро ​​ядра, которое состоит из белков и комплекса кислых фосфолипидов, кальция и неорганического фосфата, которого достаточно для осаждения кристаллов гидроксиапатита. Пока неясно, как внеклеточные везикулы матрикса вносят вклад в минерализацию в определенных местах на концах фибрилл коллагена, потому что везикулы, по-видимому, не нацелены непосредственно на концы фибрилл (23).

Нет никаких доказательств того, что кластеры некристаллического фосфата кальция (аморфный фосфат кальция) образуются в кости до того, как он превращается в гидроксиапатит (42). По мере созревания костей кристаллы гидроксиапатита увеличиваются в размерах и снижают уровень примесей. Увеличение кристаллов происходит как за счет роста кристаллов, так и за счет агрегации. Макромолекулы костного матрикса могут способствовать начальному зарождению кристаллов, секвестрировать ионы минералов для увеличения локальной концентрации кальция и / или фосфора или способствовать гетерогенному зарождению.Макромолекулы также связываются с поверхностями растущих кристаллов, чтобы определить размер, форму и количество образующихся кристаллов.

Подтвержденные промоторы минерализации (нуклеаторы) включают белок 1 матрикса дентина и сиалопротеин кости. Коллаген I типа не способствует минерализации костей. Фосфопротеинкиназы и щелочная фосфатаза регулируют процесс минерализации. Костная щелочная фосфатаза может увеличивать локальную концентрацию фосфора, удалять фосфатсодержащие ингибиторы роста кристаллов гидроксиапатита или изменять фосфопротеины, чтобы контролировать их способность действовать как нуклеаторы.

Витамин D играет косвенную роль в стимуляции минерализации неминерализованного костного матрикса. После абсорбции или выработки кожей витамина D печень синтезирует 25-гидроксивитамин D, а почки впоследствии производят биологически активный 1,25-дигидроксивитамин D [1,25- (OH) 2 D]. Сыворотка 1,25- (OH) 2 D отвечает за поддержание сывороточного кальция и фосфора в адекватных концентрациях, позволяющих пассивную минерализацию неминерализованного костного матрикса. Сыворотка 1,25- (OH) 2 D делает это в первую очередь за счет стимуляции кишечного всасывания кальция и фосфора.Сыворотка 1,25- (OH) 2 D также способствует дифференцировке остеобластов и стимулирует экспрессию остеобластами специфической для кости щелочной фосфатазы, остеокальцина, остеонектина, OPG и ряда других цитокинов. Сыворотка 1,25- (OH) 2 D также влияет на пролиферацию и апоптоз других скелетных клеток, включая гипертрофические хондроциты.

Остеоциты

Остеоциты представляют собой терминально дифференцированные остеобласты и функционируют в синцитиальных сетях, поддерживая структуру кости и метаболизм.Остеоциты лежат в лакунах в минерализованной кости (Рисунок 3) и имеют обширные филиподиальные отростки, которые лежат внутри канальцев в минерализованной кости (43). Остеоциты обычно не экспрессируют щелочную фосфатазу, но экспрессируют остеокальцин, галектин 3 и CD44, рецептор клеточной адгезии для гиалуроната, а также несколько других белков костного матрикса. Остеоциты экспрессируют несколько матричных белков, которые поддерживают межклеточную адгезию и регулируют обмен минералов в костной жидкости в лакунах и канальцевой сети.Остеоциты активны во время остеолиза и могут функционировать как фагоцитарные клетки, поскольку содержат лизосомы.

Остеоциты поддерживают связь друг с другом и с поверхностью кости посредством своих множественных филиподиальных клеточных отростков. Коннексины — это интегральные клеточные белки, которые поддерживают щелевые контакты между клетками, чтобы обеспечить прямую связь через межклеточные каналы. Остеоциты метаболически и электрически связаны через щелевые контакты, состоящие в основном из коннексина 43 (44).Щелевые соединения необходимы для созревания, активности и выживания остеоцитов.

Основная функция синцития остеоцитов-остеобластов / выстилающих клеток — механочувствительность (45). Остеоциты преобразуют сигналы напряжения от изгиба или растяжения кости в биологическую активность. Поток канальцевой жидкости в ответ на внешние силы вызывает различные реакции внутри остеоцитов. Считается, что быстрые потоки костного кальция через щелевые соединения филиподий стимулируют передачу информации между остеобластами на поверхности кости и остеоцитами внутри кости (46).Сигнальные механизмы, участвующие в механотрансдукции, включают простагландин E2, циклооксигеназу 2, различные киназы, Runx2 и закись азота.

Остеоциты могут десятилетиями жить в неперевёрнутой кости человека. Присутствие пустых лакун в стареющей кости указывает на то, что остеоциты могут подвергаться апоптозу, вероятно, вызванному нарушением их межклеточных щелевых контактов или взаимодействий клетка-матрица (47). Апоптоз остеоцитов в ответ на дефицит эстрогена или лечение глюкокортикоидами вредит структуре кости.Терапия эстрогенами и бисфосфонатами, а также физиологическая нагрузка на кость могут помочь предотвратить апоптоз остеобластов и остеоцитов (48).

Детерминанты прочности кости

Костная масса составляет от 50 до 70% прочности кости (49). Однако геометрия и состав костей важны, потому что более крупные кости прочнее более мелких, даже при эквивалентной минеральной плотности костей. По мере того как диаметр кости увеличивается в радиальном направлении, прочность кости увеличивается на радиус пораженной кости, увеличенный до четвертой степени.Количество и соотношение губчатой ​​и кортикальной кости в данном участке скелета независимо влияют на прочность кости. Свойства костного материала важны для прочности костей. У некоторых пациентов с остеопорозом аномальный костный матрикс. Мутации в некоторых белках могут вызывать слабость костей (, например, , дефекты коллагена вызывают снижение прочности костей при несовершенном остеогенезе, нарушение γ-карбоксилирования белков Gla). На прочность костей могут влиять остеомаляция, фторидная терапия или состояния гиперминерализации.Микроструктура костей также влияет на прочность костей. Низкий костный обмен приводит к накоплению микротрещин. Высокий метаболизм костной ткани, при которой резорбция кости выше, чем образование кости, является основной причиной ухудшения микроархитектуры.

Выводы

Каркас выполняет несколько функций. Моделирование и ремоделирование костей сохраняет функцию скелета на протяжении всей жизни. Блок ремоделирования кости обычно сочетает резорбцию и формирование кости. Костный матрикс регулирует минерализацию костей. Прочность костей зависит от костной массы, геометрии и состава, свойств материала и микроструктуры.

  • Авторские права © 2008 Американского общества нефрологов

Ссылки

  1. Скелетно-мышечная система. В: Анатомия Грея, 39-е изд., Под редакцией Standring S, New York, Elsevier, 2004 , pp83– 135

  2. Тайчман RS: Кровь и кость: две ткани, судьбы которых переплетаются, чтобы создать нишу для гемопоэтических стволовых клеток. Кровь105 : 2631– 2639,2005

  3. Eriksen EF, Axelrod DW, Melsen F.Bone Histomorphometry, New York, Raven Press,1994 , pp1– 12

  4. Kobayashi S, Takahashi HE, Ito A, Saito N, Nawata M, Horiuchi H, Ohta H, Ito A, Iorio R, Yamamoto N, Takaoka K: Trabecular minimodeling in human iliac bone. Bone32 :163– 169,2003

  5. Ubara Y, Tagami T, Nakanishi S, Sawa N, Hoshino J, Suwabe T, Kaitori H, Takemoto F, Hara S, Takaichi K: Significance of minimodeling in dialysis patients with adynamic bone disease.Почки Int68 : 833– 839,2005

  6. Ubara Y, Fushimi T, Tagami T, Sawa N, Hoshino J, Yokota M, Kaitori H, Takemoto F, Hara S: гистоморфометрические особенности кости у пациентов с первичным и вторичным гиперпаратиреозом. Почки Int63 : 1809– 1816,2003

  7. Lindsay R, Cosman F, Zhou H, Bostrom M, Shen V, Cruz J, Nieves JW, Dempster DW: новый график маркировки тетрациклинов для продольной оценки краткосрочных эффектов анаболических препаратов. терапия с помощью биопсии одиночного гребня подвздошной кости: ранние действия терипаратида.J Bone Miner Res21 : 366– 373,2006

  8. Burr DB: Целевое и нецелевое ремоделирование. Кость30 : 2– 4,2002

  9. Parfitt AM: Целевое и нецелевое ремоделирование кости: взаимосвязь с возникновением и развитием основных многоклеточных единиц. Кость30 : 5– 7,2002

  10. Рудман GD: Клеточная биология остеокластов. Опыт Гематол27 : 1229– 1241,1999

  11. Boyle WJ, Simonet WS, Lacey DL: дифференциация и активация остеокластов.Природа423 : 337– 342,2003

  12. Blair HC, Athanasou NA: Последние достижения в биологии остеокластов и патологической резорбции кости. Гистол Гистопатол 19 : 189– 199,2004

  13. Silver IA, Murrills RJ, Etherington DJ: Микроэлектродные исследования кислотной микросреды под прилипшими макрофагами и остеокластами. Exp Cell Res175 : 266– 276,1988

  14. Delaisse JM, Andersen TL, Engsig MT, Henriksen K, Troen T., Blavier L: матриксные металлопротеиназы (MMP) и катепсин K по-разному способствуют активности остеокластов.Microsc Res Tech61 : 504– 513,2003

  15. Эриксен Э.Ф .: Нормальное и патологическое ремоделирование трабекулярной кости человека: Трехмерная реконструкция последовательности ремоделирования в норме и при метаболической болезни кости. Endocr Rev7 : 379– 408,1986

  16. Reddy SV: Регуляторные механизмы, действующие в остеокластах. Crit Rev Eukaryot Gene Expr14 : 255– 270,2004

  17. Bonewald L, Mundy GR: Роль трансформирующего фактора роста бета в ремоделировании костей.Clin Orthop Rel Res2S : 35– 40,1990

  18. Hock JM, Centrella M, Canalis E: инсулиноподобный фактор роста I (IGF-I) оказывает независимое влияние на формирование костного матрикса и репликацию клеток. Эндокринология122 : 254– 260,2004

  19. Locklin RM, Oreffo RO, Triffitt JT: Эффекты TGFbeta и bFGF на дифференцировку стромальных фибробластов костного мозга человека. Cell Biol Int23 : 185– 194,1999

  20. Smit TH, Burger EH, Huyghe JM: Является ли BMU-сцепление явлением, регулируемым деформацией? Анализ методом конечных элементов.J Bone Miner Res15 : 301– 307,2002

  21. Smit TH, Burger EH, Huyghe JM: Случай для индуцированного деформацией потока жидкости в качестве регулятора BMU-сцепления и выравнивания костной ткани. J Bone Miner Res17 : 2021– 2029,2002

  22. Мартин Т.Дж., Симс Н.А.: Активность остеокластов в сочетании образования кости с резорбцией. Тенденции Mol Med11 : 76– 81,2005

  23. Андерсон HC: матричные везикулы и кальцификация. Curr Rheumatol Rep5 : 222– 226,2003

  24. Burger EH, Klein-Nuland J, Smit TH: Поток канальцевой жидкости, полученный из деформации, регулирует активность остеокластов в ремоделирующем остеоне: предложение.Дж Биомех46 : 1452– 1459,2003

  25. Добниг Х., Тернер RT: Доказательства того, что периодическое лечение паратироидным гормоном увеличивает образование костной ткани у взрослых крыс за счет активации клеток выстилки костей. Эндокринология136 : 3632– 3638,1995

  26. Hauge EM, Qvesel D, Eriksen EF, Mosekilde L, Melsen F: Ремоделирование злокачественной кости происходит в специализированных отделениях, выстланных клетками, экспрессирующими маркеры остеобластов. J Bone Miner Res16 : 1575– 1582,2001

  27. Parfitt AM: Костное и гемиостеональное ремоделирование: пространственная и временная основа для передачи сигналов в кости взрослого человека.J Cell Biochem55 : 273– 276,1994

  28. Тейтельбаум С.Л., Росс Ф.П.: Генетическая регуляция развития и функции остеокластов. Нат Рев Генет4 : 638– 649,2003

  29. Коэн М.М. младший: Новая биология кости: патологические, молекулярные, клинические корреляты. Am J Med Genet A140 : 2646– 2706,2006

  30. Ross FP, Teitelbaum SL: α v β 3 и фактор, стимулирующий колонии макрофагов: партнеры в биологии остеокластов.Иммунол Рев208 : 88– 105,2005

  31. Teitelbaum SL, Abu-Amer Y, Ross FP: Молекулярные механизмы резорбции кости. J Cell Biochem59 : 1– 10,1995

  32. Vaananen HK, Zhao H, Mulari M, Halleen JM: Клеточная биология функции остеокластов. J Cell Sci113 : 377– 381,2000

  33. Pittenger MF, Mackay AM, Beck SC, Jaiswal RK, Douglas R, Mosca JD, Moorman MA, Simonetti DW, Craig S, Marshak DR: Многолинейный потенциал мезенхимальных стволовых клеток взрослого человека.Наука284 : 143– 147,1990

  34. Доэрти М.Дж., Эштон Б.А., Уолш С., Бересфорд Дж.Н., Грант М.Э., Кэнфилд А.Е.: перициты сосудов выражают остеогенный потенциал in vitro и in vivo. J Bone Miner Res13 : 828– 838,1998

  35. Logan CY, Nusse R: Путь передачи сигналов Wnt в развитии и заболевании. Анну Rev Cell Dev Biol20 : 781– 810,2004

  36. Boyden LM, Mao J, Belsky J, Mitzner L, Farhi A, Mitnick MA, Wu D, Insogna K, Lifton RP: Высокая плотность костей из-за мутации в белке, связанном с рецептором ЛПНП 5.N Engl J Med346 : 1513– 1521,2002

  37. Little RD, Recker RR, Johnson ML: Высокая плотность костной ткани из-за мутации белка 5, связанного с рецептором ЛПНП. N Engl J Med347 : 943– 944,2002

  38. Shin CS, Lecanda F, Sheikh S, Weitzmann L, Cheng SL, Civitelli R: Относительное обилие различных кадгеринов определяет дифференциацию мезенхимальных предшественников на остеогенные, миогенные или адипогенные пути. J Cell Biochem78 : 566– 577,2000

  39. Бродский Б., Персиков А.В.: Молекулярная структура тройной спирали коллагена.Adv Protein Chem70 : 301– 339,2005

  40. Уайт М.П .: Гипофосфатазия и роль щелочной фосфатазы в минерализации скелета. Endocr Rev15 : 439– 461,1994

  41. Landis WJ: Прочность кальцинированной ткани частично зависит от молекулярной структуры и организации составляющих ее минеральных кристаллов в их органической матрице. Кость16 : 533– 544,1995

  42. Weiner S, Sagi I, Addadi L: Структурная биология: выбор менее пройденного пути кристаллизации.Наука309 : 1027– 1028

  43. Bonewald LF: Создание и характеристика остеоцитоподобной клеточной линии MLO-Y4. Джей Боун Майнер Метаб17 : 61– 65,1999

  44. Plotkin LI, Manolagas SC, Bellido T: Трансдукция сигналов выживания клеток с помощью полуканалов коннексина-43. J Biol Chem277 : 8648– 8657,2002

  45. Rubin CT, Lanyon LE: Остеорегуляторная природа механических стимулов: функция как детерминант адаптивного ремоделирования кости.J Orthop Res5 : 300– 310,1987

  46. Jorgensen NR, Teilmann SC, Henriksen Z, Civitelli R, Sorensen OH, Steinberg TH: Активация кальциевых каналов L-типа необходима для опосредованной щелевым соединением межклеточной передачи сигналов кальция в остеобластных клетках. J Biol Chem278 : 4082– 4086,2003

  47. Xing L, Boyce BF: Регулирование апоптоза в остеокластах и ​​остеобластных клетках. Биохимия Биофиз Рес Коммуна 328 : 709– 720,2005

  48. Plotkin LI, Aguirre JI, Kousteni S, Manolagas SC, Bellido T: Бисфосфонаты и эстрогены ингибируют апоптоз остеоцитов через различные молекулярные механизмы, расположенные ниже по течению от активации киназы, регулируемой внеклеточными сигналами.J Biol Chem280 : 7317– 7325,2005

  49. Pocock NA, Eisman JA, Hopper JL, Yeates MG, Sambrook PH, Eberl S: Генетические детерминанты костной массы у взрослых: двойное исследование. J Clin Invest80 : 706– 710,1987

Материалы | Бесплатный полнотекстовый | Компоненты костей и чему они могут нас научить в отношении регенерации

1. Введение

Скелетная система человека состоит из 206 костей и обеспечивает жесткую опору для всех остальных органов тела.Некоторые органы, такие как головной и спинной мозг, защищены внутри костных структур — черепа и позвонков соответственно. К скелету прикреплены другие органы, например, мышцы. Скелет — это адаптивная структура, и по мере того, как он растет в детстве, вместе с ним растет и остальная часть тела. Помимо обеспечения структуры и защиты, скелетная система взаимодействует с суставами и мышцами для движения. Другие важные функции скелетной системы включают производство клеток крови, хранение минералов и эндокринную регуляцию [1].На протяжении всей жизни скелетная система должна выдерживать большие физические нагрузки, предрасполагающие к травмам и расстройствам. К счастью, организм разработал превосходные механизмы адаптации и регенерации костей. Например, прочность костей может увеличиваться в ответ на увеличение веса или после спортивных тренировок [2], а при минимальном клиническом вмешательстве сломанные кости могут срастаться до функционально нормальной кости [3]. К сожалению, в 5–10% случаев, когда заживление затруднено, экономическое бремя и бремя для здоровья является значительным.Исследование Global Burden of Disease (2013) показало, что заболевания опорно-двигательного аппарата, такие как артрит и боль в спине, затрагивают более 1,7 миллиарда человек во всем мире. Эти состояния являются основной причиной долгих лет, прожитых с инвалидностью в 86 странах, и второй или третьей по значимости причиной в 67 странах [4]. Три крупных прорыва привели к недавним достижениям в исследованиях костей. Во-первых, открытие костных морфогенетических белков (BMP) в 1965 г. положило начало новой эре исследований и разработок в области терапии факторами роста костей [5].Открытие мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в 1991 г., совпавшее с первым выделением эмбриональных стволовых клеток человека, также вызвало значительный интерес [6]. Наконец, разработка материалов, имитирующих костный внеклеточный матрикс, включая кальций-фосфатную керамику, коллагены и гликозаминогликаны, экспоненциально увеличила количество доступных альтернатив костному трансплантату [7]. При этом концепция «треугольника» тканевой инженерии, состоящего из факторов роста, клеток и каркасов, продолжает обеспечивать растущий список заменителей костного трансплантата.

Тем, кто пытается разработать заменители костного трансплантата с помощью биомимикрии, важно тщательно изучить кость и ее составляющие. В этом обзоре мы рассматриваем самые актуальные и важные факты, касающиеся исцеления скелета. Мы рассматриваем составные части костей и вклад каждого компонента в заживление костей. Кроме того, мы спрашиваем, что было проверено и что работает, а что не работает при лечении травм костей?

3. Клетки в кости

Костные клетки можно разделить на две группы: линия остеобластов, представляющая ось формирования кости (состоящая из МСК, преостеобластов, зрелых остеобластов, выстилающих кость клеток и остеоцитов), и линия остеокластов, представляющая резорбирующую кость руку (состоящую из макрофагов, остеокластов и многоядерных гигантских клеток, все происходящие из гемопоэтических стволовых клеток костного мозга).Баланс между формированием кости и резорбцией изменяется на протяжении всей жизни, чтобы достичь и сохранить размер, форму и структурную целостность скелета.

Костеобразующие клетки, по понятным причинам, находятся в центре внимания инженеров костной ткани. Зрелые остеобласты — единственные клетки, которые могут непосредственно строить кость, секретируя белки костного матрикса и управляя минерализацией. Истощение зрелых остеобластов приводит к остановке роста скелета [60]. Однако зрелые остеобласты недолговечны; подмножество инкапсулируется внутри новообразованного костного матрикса, становясь остеоцитами, тогда как другие либо подвергаются апоптозу, либо становятся неактивными клетками выстилки кости [61].Во время заживления кости остеобласты постоянно пополняются за счет остеогенных клеток, преостеобластов и МСК, находящихся в таких близлежащих костных компартментах, как костный мозг, эндост и надкостница [62]. Фактически, МСК имеют решающее значение для процесса заживления костей как предшественники как остеобластов (участвующих во внутримембранозной оссификации), так и хондроцитов (участвующих в эндохондральной оссификации). Кроме того, МСК могут секретировать многочисленные трофические факторы для установления и регулирования регенеративного микроокружения, за что они недавно получили прозвище «аптека in vivo» [52].Различные регуляторные пути, такие как Indian hedgehog (IHH), Notch, WNT, BMP и FGF, участвуют в дифференцировке МСК в остеобласты или хондроциты, хотя многое остается неизвестным. Есть также много вопросов, связанных с МСК in vivo, которые все еще существуют, прежде всего их происхождение [63,64]. В последнее десятилетие МСК-терапия для регенерации кости вызвала огромный интерес благодаря растущему пониманию роли костных стволовых клеток в заживлении и общей методологической готовности к таким экспериментам.МСК были выделены из различных источников тканей (включая костный мозг, надкостницу, жировую ткань, пульпу зуба и пуповину), и их можно культивировать in vitro до клинически достаточных количеств (сотни миллионов клеток). Их даже можно настроить для улучшения их выживаемости и работоспособности in vivo [65,66]. Важно отметить, что клинические испытания с участием МСК продемонстрировали, что такая терапия безопасна и имеет мало пагубных последствий [67]. Обширные подтверждающие концепцию исследования с использованием МСК в сочетании с различными типами носителей и способов доставки продемонстрировали эффективность регенерации костей на различных моделях животных [68,69,70,71].Однако многие результаты манипуляции с МСК для регенерации кости неубедительны, несмотря на рост числа зарегистрированных клинических испытаний [66,72,73]. Одним из особых исключений являются испытания с использованием аллогенных МСК для лечения несовершенного остеогенеза (OI) костного заболевания, также известного как болезнь «ломкости костей», при котором у пациентов отсутствует функциональный ген коллагена I типа. Здесь терапия МСК была изначально успешной, особенно с учетом серьезности и отсутствия эффективного лекарства от болезни [74,75].Также стоит отметить, что менее 10% всех клинических исследований MSC напрямую связаны с заболеваниями костей и хрящей; остальные 90% были связаны, в частности, с сердечно-сосудистыми заболеваниями, аутоиммунными заболеваниями, заболеваниями печени, почек и кожи [66]. Совсем недавно ученые обратили свое внимание на другой тип клеток, обнаруживаемый в костной ткани, — резидентный в кости макрофаг, названный Петтитом и др. «Остеомаком». в 2013 году [76,77,78]. Первоначально считалось, что остеомаки функционируют только как иммунный надзор за костной средой, но недавно было продемонстрировано, что они незаменимы для формирования кости.Истощение макрофагов и, следовательно, остеомаков приводит к полной потере зрелых остеобластов и нарушению костеобразования [79,80,81]. Костеобразующие клетки функционируют только в определенной микросреде, которая тщательно закладывается остеокластами, выстилающими кость клетками и остеомаками [38]. Остеомаки — первые клетки, которые попадают в места повреждения и взаимодействуют с инородными телами [82]. Было показано, что они образуют отчетливую структуру клеток, подобную куполу, которая инкапсулирует функционирующие остеобласты, тем самым создавая специфическую рабочую микросреду для ремоделирования кости (рис. 2).Тем не менее, многое остается неизвестным о роли, функции и взаимодействии каждого типа клеток в костеобразующей / резорбирующей сборке. Костные клетки, несомненно, самый ценный актив для любой стратегии регенерации костей, как это ни парадоксально сложнее всего использовать.

4. Внеклеточный матрикс кости

Внеклеточный матрикс (ЕСМ) является ключом к большей части естественной регенерации ткани или органа, и поэтому тканевые инженеры давно стремились использовать естественные ЕСМ или материалы, имитирующие ЕСМ. [83,84,85].Существуют разные составы ECM, связанные с различными частями кости, включая надкостницу, костную ткань и костный мозг. Поскольку костная ткань лучше всего представляет кость с точки зрения структуры и функции, ее ECM часто считают хорошим исходным материалом для ее восстановления. Костный ВКМ — это интерстициальный матрикс, состоящий в основном из органического матрикса (коллагены, неколлагеновые белки, протеогликаны и гликозаминогликаны), который прочно связывается с гидроксиапатитом (минеральным компонентом).Целостный костный внеклеточный матрикс, который еще предстоит должным образом охарактеризовать, получают путем обработки костной ткани из аллогенных или ксеногенных источников (нет причин собирать и обрабатывать аутологичную кость только для внеклеточного матрикса). Важно отметить, что это не то, что полученные из естественных костных ECM создают хорошую нишу для костных клеток. В самом деле, ни одна клетка не может протиснуться через узкие канальцы, чтобы заново заселить пустые костные лакуны. Следовательно, любой костный материал для трансплантации должен быть способен полностью резорбироваться и заменяться новой костью до завершения процесса ремоделирования [86].Были разработаны методы обработки, чтобы сделать естественный костный ECM более резорбируемым, в том числе путем физического разрушения ткани на меньшие размеры (измельчение), химического удаления минерального компонента (деминерализация) или путем частичного ферментативного переваривания ткани (расщепление коллагеназой) [87,88 ]. Альтернативно, можно синтезировать материалы, используя один или несколько составляющих костного ЕСМ-компонентов, среди которых наиболее часто используются коллаген, фосфат кальция и гликозаминогликаны.Коллаген I типа является наиболее распространенным органическим компонентом костного внеклеточного матрикса, хотя он не специфичен для кости и обнаруживается в других тканях, таких как кожа и сухожилия. Важно отметить, что коллаген высоко консервативен у всех позвоночных, и коллаген типа I из коровьего и свиного происхождения уже давно используется в клинике с хорошей безопасностью [89]. Роль организации коллагена и его минерализации в механической прочности кости — сложный вопрос, который рассматривался в другом месте [90]. Однако в качестве заменителя кости коллаген является наиболее широко используемым биоматериалом [91,92].Физически коллагеновые материалы могут быть превращены в растворы для инъекций, гели, податливые губки и твердые формы практически любого размера и формы. С химической точки зрения полипептид коллагена обладает множеством функциональных групп, позволяющих производить модификации, такие как сшивание с другими биомолекулами, такими как гликозаминогликаны, пептиды RGD, небольшие молекулы и факторы роста [93]. В целом, коллагеновая матрица вызывает гемостаз, улучшает биосовместимость синтетических каркасов и способствует приживлению тканей, что важно для любого процесса заживления [94,95].Из-за его повсеместного присутствия во многих различных тканях, коллаген вряд ли будет способствовать какой-либо конкретной траектории заживления, но скорее создаст стабилизированную микросреду, в которой взаимодействия клеток и их факторов роста определяют следующую фазу процесса заживления [96]. Было показано, что при дефектах костей критического размера один только коллагеновый матрикс улучшает заживление, но этого недостаточно для полной регенерации кости [97,98]. С другой стороны, добавление BMP-2 к абсорбируемой коллагеновой губке может вызвать образование костей даже в эктопических местах [99].Неорганический компонент кости, костный минерал (также называемый костной солью или костным апатитом), представляет собой удивительное вещество. С эволюционной точки зрения, когда многоклеточные организмы становились больше, наличие твердой внутренней структуры давало огромные преимущества. За миллионы лет природа придумала множество способов создания биоматериалов, которые не только твердые, но и прочные, легкие и динамичные. Минерализация коллагенового матрикса — это процесс, при котором неорганические минеральные соли смешиваются с живым матриксом клеток и белков, образуя костный композит.Химический состав костного минерала в первую очередь включает модификации фосфата кальция, гидроксиапатита (Ca 5 (PO 4 ) 3 OH) [90,101]. Что уникально, так это то, как эти молекулы соединяются определенным образом, образуя жесткую кристаллическую структуру в тандеме с расположением коллагеновых фибрилл (рис. 3). Этот минерал исследовали как минимум с 1770-х годов [102]. Сейчас много известно о его микро- и наноструктуре, а также о его потенциальном использовании для регенерации костей [103].Было показано, что кальцийфосфатные материалы не только биосовместимы, но, что более важно, они могут резорбироваться в организме, не вызывая повышенного уровня кальция или фосфата в моче, сыворотке или других органах (печени, коже, мозге, сердце, почках и т. Д.). легкое и кишечник) [104]. Были синтезированы различные типы кальций-фосфатных материалов, различающиеся по своему химическому составу или физическому состоянию, в том числе группа керамических материалов, которые продемонстрировали превосходные характеристики для поддержки регенерации костей [105].Помимо хорошей остеокондуктивности — привлечения костей хозяина для роста — кальций-фосфатная керамика даже продемонстрировала остеоиндуктивность — индукцию образования кости вне костной среды [106,107]. Остеоиндуктивность кальций-фосфатной керамики значительна, учитывая, что эта способность включает как хемоаттракцию, так и дифференцировку стволовых клеток в костеобразующие клетки на участке материала. Хотя не совсем ясно, как именно это работает, механизм образования костей такой керамики начал выясняться.Такие факторы, как химия и топография, изучаются и систематически изучаются [108,109,110,111]. Несомненно, кальций-фосфатные материалы широко использовались и будут широко использоваться во многих стратегиях регенерации костей. Гликозаминогликаны (ГАГ) являются важными строительными блоками для жизни. ГАГ повсеместно присутствуют во всех тканях, в ЕСМ и на поверхности каждой клетки. В отличие от других биомолекул, таких как нуклеиновые кислоты и белки, ГАГ образуются в результате синтеза, не управляемого матрицей, и, таким образом, очень гетерогены.Из четырех различных групп ГАГ (гепарин / гепарансульфат, хондроитинсульфат (CS) / дерматансульфат, кератинсульфат (KS) и гиалуроновая кислота) CS и KS наиболее распространены в костях [112,113,114,115]. Помимо выполнения структурной роли, ГАГ, такие как гепарансульфат (HS), являются важными модуляторами клеток и их взаимодействием с факторами роста [116,117]. Способность HS связывать и защищать факторы роста от протеолитической деградации и даже усиливать взаимодействия фактор роста / рецептор уже давно признана.Было показано, что многие факторы роста, относящиеся к регенерации костей (такие как FGF, BMP, TGF, VEGF, PDGF), связываются с различными видами HS через свои уникальные гепарин / HS-связывающие домены [118]. В отличие от коллагена, сложнее выделить большое количество HS из аллогенных или ксеногенных источников. Наиболее удобный источник — это побочный продукт выделения антикоагулянта гепарина из органов животных, таких как слизистая оболочка кишечника свиней [119]. По этой причине были предприняты различные подходы к химическому конструированию молекул с HS-подобными свойствами.В одном подходе используются производные декстрана (CMDBS), которые имитируют HS, защищая и стабилизируя FGF, и, как было показано, ускоряют заживление костей черепа на модели грызунов [120,121]. Действительно, было показано, что однократная доза CMDBS, доставленная в коллагеновой губке, улучшает заживление костей при дефектах свода черепа критического размера. Позже они превратились в семейство «регенерирующих агентов», эти HS-подобные полимеры были способны стимулировать восстановление тканей во многих различных тканях, включая кости, кожу, мышцы и роговицу [122], имитируя связывание HS с эндогенными факторами роста (высвобождаемыми во время процесс заживления) неспецифическим образом, таким образом стабилизируя их для длительного действия.Джексон и др. применили другой подход, выделив ГС костного происхождения из культуры преостеобластных клеток MC3T3-E1, которые были использованы для ускорения заживления переломов у крыс [123]. HS, полученный из костных клеток, увеличивал активность фактора роста в каллусе, что приводило к повышенной экспрессии генов остеобластов. Еще более конкретный подход был использован Murali et al., Используя хроматографические колонки, дериватизированные для улавливания видов HS, которые имеют высокое сродство к BMP-2 [124]. Эти изолированные по аффинности виды HS в целом усиливали BMP-2-индуцированный остеогенез за счет улучшения взаимодействия BMP-2 с его рецептором, тем самым продлевая нижестоящую передачу сигналов и, по совпадению, также путем приманки noggin антагониста BMP-2.Когда HS был объединен с коллагеновой губкой для лечения костного дефекта критического размера у кроликов, комбинированное устройство оказывало такое же остеостимулирующее действие, как и экзогенный BMP-2. Недавним достижением в области инженерии GAG стало открытие супрамолекулярных самособирающихся амфифильных гликопептидов, которые отображать на своей поверхности заряд с высоким соотношением сторон; даже выше, чем гепарин, самая отрицательно заряженная биомолекула в природе [125]. Гликопептид амфифил может прочно связываться со многими различными факторами роста, но, в отличие от гепарина, он почти не обладает антикоагулянтной активностью — побочным эффектом, который делает гепарин непригодным для применения в тканевой инженерии.В сочетании с BMP-2 в коллагеновой губке для модели заднебокового спондилодеза у крыс инженерный сахар повышает активность дозы BMP-2, которая в 100 раз ниже эффективной. ГАГ, часто упускаемый из виду компонент внеклеточного матрикса кости, следует более внимательно рассматривать при разработке будущих стратегий регенерации кости.

5. Будущее инженерии костной ткани

Попытки лечения травм костей предпринимались еще на заре медицины. Хотя это и не зарегистрировано научно, хирургические вмешательства существовали даже в доисторические времена, о чем свидетельствуют палеопатологические данные, такие как застывшие переломы, рахит и просверленные черепа [126].Такие материалы, как кость животных, слоновая кость, серебро и золото, использовались для замены отсутствующих зубов или костей. Позже, в результате технологической революции 19–20 веков, появление таких инструментов, как микроскопия с высоким разрешением, гистологические методы и методы окрашивания, рентген, компьютерная томография, а также геномные и протеомные методы, расширило наше понимание костная биология в огромной степени. Завершены или реализуются очень крупные совместные международные исследовательские проекты, такие как проект генома человека, проект протеома человека и атлас белков человека.Как это ни парадоксально, этот растущий поток информации не привел к пропорционально более четкому пониманию взаимодействий между ключевыми биологическими системами человеческого тела. Каждый новый сигнальный путь добавляет сложности, и, в отличие от электроники, в биологии не существует механизма «один вход — один выход». Для ученых, ищущих доказательства наилучшего метода регенерации кости, становится ясно, что лучшего метода не существует — правильный подход будет зависеть от каждой конкретной биологической ситуации.Таким образом, получение глубоких знаний о том, как каждая система в организме функционирует и работает со сбоями, является обязательным, прежде чем мы сможем внедрить более совершенное индивидуальное лечение.

Во-вторых, из этого недавнего притока данных можно сделать вывод о том, что любая попытка найти терапевтическое решение с использованием обычного подхода проб и ошибок будет все более маловероятной. Простое количество возможных терапевтических комбинаций превышает возможности любой высокопроизводительной системы скрининга. К счастью, накоплению «больших данных» сопутствует развитие машинного обучения и других методов, призванных заменить или дополнить человека-исследователя.Важный вывод: тканевая инженерия кости (или любых других живых органов, если на то пошло) не так упрощена, как комбинирование нескольких типов клеток на некоторых каркасах с определенными факторами роста с последующей имплантацией in vivo в надежде на полное восстановление. ткани. По мере того, как он перемещается от скамейки к постели, необходимо применять гораздо более глубокое и всестороннее понимание биологии костей и медицины в целом, чтобы подобрать наиболее подходящую терапию регенерации костей для конкретного пациента.

РЕКЛАМА

Анатомия кости

Основная функция кости:

Кость является основной единицей скелетной системы и обеспечивает форму и

поддержку тела, а также защиту некоторых органы.

В скелете человека 206 костей:

80 осевых костей скелета (например, череп, позвоночник и крестец)

120 аппендикулярных костей скелета (напр.г. кости конечностей, лопатки, таза)

Классификация костей:

Кости делятся на основе их расположения, формы, размера и строения.

По расположению кости можно классифицировать следующим образом:

— Осевой скелет — кости черепа, лопатки, позвоночника
— Аппендикулярный скелет — кости грудного пояса, таза и конечностей

По форме кости могут быть классифицируются следующим образом:

-Плоская кость — кости черепа, грудины, таза и ребер
-Трубчатая кость:

Длинные трубчатые кости — кости конечностей (например,г. бедренная кость, плечевая кость)

Короткая трубчатая кость — кости кистей и стоп

— Неровная кость — кости лица и позвонков
— Сесамовидные кости — надколенник

По размеру кости можно классифицировать следующим образом:

— Длинная кость — трубчатые кости конечностей (например, бедра, плечевая кость)
-Короткая кость — кубовидной формы в стопе (кости предплюсны) и запястье (кости запястья)

Крупные структуры костей:

-Эпифиз — область между пластиной роста или рубцом пластины роста и расширенным концом кости

, покрытым суставным хрящом.

-Метафиз — область между пластинкой роста и диафизом. Содержит обильную трабекулярную кость

, но кортикальная кость здесь тоньше по сравнению с диафизом

-Диафиз или стержень — область между метафизами, состоящая в основном из компактной кортикальной кости.
-Физ (эпифизарная пластинка, пластинка роста) — область кости, которая отделяет эпифиз
от метафизической

. Зона эндохондрального окостенения в активно растущей кости или эпифизарный рубец

в полностью разросшейся кости

Кровоснабжение кости:

Кровоснабжение кости варьируется в зависимости от типа кости, но особенно сильно зависит от кровоснабжения. Богат костями, богат красным костным мозгом.

Кровоснабжение длинных костей:

-Диафизарная питательная артерия — наиболее важная артериальная артерия. Пропустить наискось через кортикальную кость

.

-Метафизные и эпифизарные артерии — многочисленные мелкие артерии снабжают концы костей. Эти

кровеносных сосудов возникают из артерий, снабжающих соседние суставы, анастомозируют с диафизарными

капиллярами и попадают в костный мозг.

-Периостальные артериолы: эти сосуды снабжают кровью внешние слои кортикальной кости.

Большие неправильные кости, короткие кости и плоские кости:

— Эти кости снабжаются поверхностными надкостными артериолами.

Венозный и лимфатический дренаж кости:

— Кровь отводится от кости через венозные и лимфатические сосуды, которые сопровождают артерии, и

часто выходит через отверстия около суставного конца кости.

Нервное снабжение костей:

— Нервы наиболее богаты на суставные конечности длинных костей, позвонков и более крупных плоских костей.
-Нервы сопровождают кровеносные сосуды к внутренней части кости и периваскулярным пространствам

гаверсовых каналов.

— Надкостничные нервы — это сенсорные нервы, которые вызывают чувствительность надкостницы к

разрыву или натяжению.

Типы и структура костной ткани

Костная ткань может быть классифицирована по текстуре, расположению матрикса, зрелости и происхождению развития.

По текстуре кость можно классифицировать следующим образом:

-Компактная кость (плотная кость, кортикальная кость) — плотная кость, которая окружает губчатую кость в центре

.Содержит гаверсовскую систему и вторичные остеоны.

-Губчатая кость (губчатая кость, губчатая кость) — губчатая с многочисленными полостями. Он

расположен в центре костной полости и состоит из соединенных костных трабекул.

По расположению матрикса кость может быть классифицирована следующим образом:

-Пластинчатая кость — зрелая кость с коллагеновыми волокнами, расположенными в виде пластинок. Пластинки губчатой ​​кости

расположены параллельно друг другу.Напротив, пластинки компактной кости расположены

концентрически вокруг сосудистого канала (гаверсова канала)

-Тканая кость — незрелая кость. Коллагеновые волокна в тканой кости расположены в нерегулярных случайных массивах

и содержат меньшее количество минерального вещества и большую долю остеоцитов

к пластинчатому компоненту. В конечном итоге тканая кость превращается в пластинчатую кость.

Гистология:

Кость состоит из клеток и преобладающего коллагенового внеклеточного матрикса (коллаген I типа)

, называемого остеоидом, который минерализуется за счет отложения гидроксиапатита кальция, что придает

жесткость кости и сила

Клетки кости:

Остеобласты:

— Получены из примитивных мезенхимальных клеток мультипотенциальных стромальных клеток костного мозга

колониеобразующей единицы линии фибробластов

— Синтезировать коллаген I типа, внеклеточный костный матрикс и неколлагеновые белки
— Выстраиваться вдоль поверхностей костей
— Характеризоваться круглым ядром и обильной цитоплазмой
— Контролировать активность остеобластов с помощью паратироидного гормона (паратгормона) :

Положительные пятна: щелочная фосфатаза, рецепторы эстрогенов, рецепторы паращитовидной железы

EM: напоминают фибробласты из-за хорошо развитого шероховатого эндоплазматического ретикулума и Гольджи

Остеокласты:

— Получено из гематопоэтического фактора, полученного из гематопоэтических стволовых клеток 66 подвижные клетки беспорядочно перемещаются по поверхности кости и в конечном итоге прикрепляются к

и резорбируют кость

-Остеокласты подкисляют внеклеточную область, которая растворяет минералы и высвобождает ферменты

, которые растворяют матрикс

-Производят ямки / углубления для резорбции (мелкие вогнутости) называемые лакунами Ховшипа
-Остеокласты не имеют высокоаффинных рецепторов ПТГ, которые находятся на остеобластах.
-Основной стимулятор активности остеокластов за счет стимуляции рецепторов ПТГ остеобластов

Остеоциты:

-Зрелая форма остеобластов
-Связь друг с другом через отростки остеоцитарных клеток с щелевыми соединениями, которые проходят

через каналы (костные туннели)

-Может поддерживать уровень кальция и фосфора в сыворотке

Костный матрикс:

Состоит из органических и неорганических компонентов:

-Органический компонент состоит из коллагеновых волокон, преимущественно коллагена типа I (95%) и

аморфного материала, включая гликозаминогликаны, которые связаны с белками.

-Неорганический компонент составляет около 50% от сухого веса кости и состоит из

большого количества кальция и фосфора и меньшего количества бикарбоната, цитрата, магния,

калия и натрия.

Архитектура кости:

Гаверсова система (вторичная остеомн):

— Первичная структурная единица компактной кости.
— Это длинный, часто раздвоенный цилиндр, параллельный длинной оси кости.
— В центре каждой гаверсовской системы находится гаверсовский канал, который выстлан эндостом, а

содержит сосудисто-нервный пучок и рыхлую соединительную ткань.

— Гаверсовы каналы соединяются друг с другом поперечными или наклонными каналами Фолькмана, которые

сообщаются с полостью костного мозга и надкостницей, обеспечивая каналы для сосудисто-нервной системы

.

Interstitila lamellae:

— Неполные или фрагментированные остеоны, расположенные между вторичными остеонами.
-Представляет остаточные остеоны, оставшиеся от частичной резорбции старых остеонов во время ремоделирования кости

.

-Смесь интерстициальных пластинок и остеонов образует мозаичный узор.
— Возраст может быть скорректирован по соотношению интерстициальных ламелей и интактных остреонов.

Более молодая кость имеет больше полных остеонов, чем интерстициальных пластинок.

Круговые пластинки:

— Круглые пластинки, которые выстилают внешнюю поверхность коры, прилегающую к надкостнице, и выстилают

внутреннюю поверхность коры рядом с эндостом.

Гистогенез кости:

Костная ткань образуется в результате внутримембранной или эндохондральной оссификации. Исходная или модельная ткань постепенно разрушается и заменяется костной тканью. Первоначально тканая кость формируется

, а затем преобразуется в пластинчатую кость путем последующего ремоделирования.

Внутримембранозное окостенение:

-Источник плоских и реже коротких костей
-Конденсация мезенхимальной ткани
-Процесс начинается, когда множественные группы клеток дифференцируются в остеобласты в первичном

центре окостенения

-Осинтезируется и чем минерализованный, окружающий остеобласт, который созревает до

остецитов

— Когда центры окостенения сливаются, происходит образование рыхлых трабекулярных структур, известных как первичные спонгиозы

.

— Впоследствии кровеносные сосуды прорастают в соединительную ткань между трабекулами.

Эндохондральная оссификация:

-Отвечает за формирование длинных и коротких костей.
— Модель гиалинового хряща, которая обеспечивает шаблон формы кости
— Можно разделить на 2 фазы:

1-я фаза хондроциты гипертрофированы и дегенерированы, а затем кальцифицированы

2-я фаза остеопрогениторные клетки и кровеносные капилляры вторгаются в пространства, оставленные дегенерирующим хрящом (остеобласты возникают из остеопрогениторных клеток и откладывают слой быстро минерализованного остеоида на поверхности кальцинированного хряща, образуя первичный спонгиоз, который позже ремоделируется в пластинчатую кость (вторичную спонгиозу).Кальцинированный хрящ рассасывается хондробластами и замещается костными и костными полостями.

Эпифизарный хрящ длинных костей расположен между эпифизом и метафизикой и отвечает за продольный рост кости

Эпифизарный хрящ имеет 5 зон

Зона покоя 0009802000

9802 9802

Прорванные хондроциты

— быстро делящиеся хондроциты в столбики, параллельные длинной оси кости

Гипертрофическая зона — большие хондроциты с чистым цитоплазматическим гликогеном,

Зона кальцинированного хряща (зона предварительной кальцификации) — кладбище хондроцитов инвазия сосудов и отложение костей

Зона окостенения — образование первичной губки быстро минерализованным остеоидом

Рост кости:

-Кость растет за счет эндохондральных или внутримембранозных окостенений.
— Эндохондральное окостенение эпифизарной пластинки отвечает за продольный рост длинных костей

.

-Периостальное отложение отвечает как за длину, так и за толщину длинных костей
-Эндостальное отложение отвечает за рост губчатой ​​кости и эндостальной коры,

включая гаверсовую систему.

— Формирование кости — это непрерывный процесс, который изменяет размер и форму кости за счет частичной резорбции

предварительно сформированной костной ткани и одновременного отложения новой кости (моделирование и ремоделирование)

Моделирование — это процесс, в котором кость достигает своего надлежащего состояния. форма.

-Моделирование отвечает за круговой рост кости и расширение костного мозга

полости.

-Ремоделирование — это непрерывный процесс, в ходе которого восстанавливается поврежденная кость, поддерживается ионный гомеостаз

, а кость укрепляется для повышенного напряжения.

— Скорость ремоделирования у взрослых зависит от типа костей.
-Трабекулярная кость реконструируется с большей скоростью (25% в год), чем кортикальная кость

(3% в год) у здорового взрослого человека.

-Резорбция и отложение обычно сбалансированы, а плотность костной ткани сохраняется.

Резорбтивная активность, превышающая активность осаждения при патологическом состоянии, может вызвать литическое поражение.

— Цементная линия (обратная линия) свидетельствует о предыдущей активности ремоделирования и образована путем заполнения

новой кости в ранее рассасанной полости.

— Цементная линия является сильно базофильной из-за высокого содержания неорганического матрикса и составляет

, обычно обнаруживаемую в гаверсовской и интерстициальной системах взрослой кости.

-Количество цементных линий соответствует активности ремоделирования, которая произошла

(полный цикл ремоделирования занимает примерно 6 месяцев)

-Цементная линия, которая возникает в результате обычного ремоделирования, относительно длинная и прямая, имеет отступ или мозаичный узор

указывает на патологически ускоренный процесс ремоделирования.


Костная структура

Структура кости

Функции скелетной ткани включают:

  • Поддержка
  • Защита деликатных структуры и органы (головной мозг, сердце, легкие и спинной мозг)
  • Рычаг к каким мышцам прикрепить
  • Кости перемещают тело
  • Хранит минералы в форма солей (кальций и калий)
  • Накопители жира
  • Делает клетки крови в процесс кроветворения

Сотовая связь и тканевая структура кости

Скелет система состоит из 2 видов соединительной ткани:

Кость состоит как из живых тканей, так и из неживых минералов

  • Остеоциты: зрелые костные клетки, составляющие 35% кость
    • Есть два вида остеоциты
      • Остеобласты: клетки, образующие новую костную ткань
      • Остеокласты: клетки, разрушающие существующую кость ткань
  • Гидроксиапатиты: минеральные соединения, составляющие другие 65% кости
    • Ca 3 (PO 4 ) 2 Фосфат кальция
    • CaCO 3 Карбонат кальция

Кость Формация

Оссификация: процесс образования кости, в которой находится хрящ. заменена костной тканью

о Эмбриональный скелет состоит из гиалинового хряща и преобразуется в до костей после рождения

о Оссификация начинается на 6 или 7 неделе и продолжается до 9000 зрелого возраста.

Там бывают 2 типа окостенения:

  1. Внутримембранозная оссификация: более простой и прямой тип кости формация
    • Остеобласты образуются на поверхность волокнистой соединительной ткани (например, хряща)
      • Обычно возникает во время детство
      • Формы костной ткани от краев кости внутрь
      • Встречается в основном в кости осевого скелета

  1. Эндохондральный окостенение: тип окостенения наблюдается в костях аппендикулярного скелета.Как формируется большинство костей в теле.
  • Хрящевые клетки заменены остеобластами
  • Процесс начинается в диафиз (стержень) кости)
  • Хрящ в центр кости разрушается и образует полую костномозговую полость
  • Ходов окостенения от центра к краям костей

В обоих типах Сначала образуется губчатая кость окостенения, а из губчатой ​​кости образуется компактная кость.

Нормальный рост костей зависит от следующего:

  • Кальций
  • фосфор
  • Витамин А
  • Витамин C
  • Витамин D
  • Гормон роста (контролирует рост костей)

Есть два типа костей ткань:

I. Компактная кость: плотная, хрупкая костная ткань, составляющая внешняя поверхность осевых костей и диафиз аппендикулярных костей.

Строение компактной кости:

n Изготовлен как из минералов, так и из живых клеток, расположенных в концентрические кольца. Ниже приведены частей компактной кости:

на каналах Фолькмана: каналы через компактную кость. Содержат кровеносные сосуды и нервные окончания, отходящие от надкостницы. к эндосту. Ориентирован по горизонтали.

на гаверсовских каналах: Расположены продольно. Они содержат кровеносные сосуды и нервы, которые проходят по всей длине кости.Участки Гаверсовского канала:

ламелей n: концентрические кольца твердых минералов (гидроксиапатитов)

n лакун: пробелы между пластинками, содержащими остеоциты (костные клетки)

n остеоцитов: зрелые остеобласты, утратившие способность делиться и образовывать новые ячейки

n canaliculi: минутные каналы которые расходятся во всех направлениях от лакун. Они переносят питательные вещества и отходы из остеоциты

Группы гаверсовских каналов составляют преобразовано в гаверсский

систем.В Гаверсова система, индивидуальная гаверсовская

канала разделены интерстициальными пластинками.

II. Губчатая кость: находится в центре костей осевого скелет и на концах длинных костей. Сильнее и легче компактной кости. Строение отличается от компактной кости.

Строение губчатой ​​кости:

Не содержит Гаверсовы системы.Вместо этого это состоит из трабекул — неправильной решетки из тонких костных пластинок.

промежутки между трабекулами заполнены красной костью костный мозг, который производит клетки крови.

остеоциты в trabeculae способны к делению

Кости классифицированы по форме и расположению.

Формы костей

  1. Длинные кости: иметь длину больше ширины (руки и ноги)
    1. Один диафиз
    2. 2 эпифиза
    3. слегка изогнутый для прочности
  1. Короткие кости: примерно равной длины и ширины (запястья и предплюсны)
    1. Изготавливается в основном из губчатой ​​кости, покрытой тонкой слой компактной кости

  1. Плоские кости: 2 параллельные пластинки компактной кости, покрывающие слой губчатой ​​кости (кости черепа, грудина, лопатка)
    1. Тонкие кости
    2. Обеспечить защиту
    3. Обеспечивает обширные области прикрепления мышц

  1. Неровные кости: формы сложные, очень компактные и губчатые. кость (позвонки и кости лица)

  1. Кости червяка: мелкие кости найдены только в черепе
    1. найдено между теменной и затылочной костями

  1. Сесамовидные кости: мелкие кости, расположенные в сухожилиях, где высокое давление развить (надколенник)

Местоположение кости

  1. Осевой каркас
    1. Кости черепа, позвоночника и таза.
    2. Кости черепа классифицируются как

я. Черепные: кости, которые охватывают мозг и органы слух и зрение. Всего 8 черепных кости

1. кости черепа скрепляются швами: неподвижные суставы. На черепе 4 шва

а. венечный шов: расположен между лобной костью и теменные кости

г. сагиттальный шов: расположен между 2 теменными кости

г. лямбдовидный шов: расположен между 2 теменными кости и затылочная кость

г. чешуйчатый шов: расположен между 2 теменными кости и височная кость

2. Fontanel: промежутки между ними, заполненные мембраной. кости черепа при рождении. Мягкие места ребенка.

а. Костеобразование неполное на родничках

б. Позвольте черепу сжаться как проходит через родовые пути

c. Там 6 родничков

1. Передний.Образуется коронарный шов. Закрывается 18-24 мес

2. Задний. Образуется лямбдоидный шов. Закрывается 2 мес

3. Переднебоковой (2). Где лобные, теменные, височные и встречаются клиновидные кости. Закрывается 3 мес

4. Заднебоковой (2). Где теменные, затылочные и височные кости встретиться. Закрывается 12 мес

II. Лицо: макияж лица 14 лицевых костей

г. Позвонок. Содержит 26 позвонков которые защищают спинной мозг и поддерживают голову

и. точки крепления для мышц

ii. защитить позвоночник нервы

iii. есть 4 кривые позвоночника

1. шейный (шея)

2. грудной (грудной)

3. поясничный (нижний назад)

4. крестцовый (выше копчик)

iv. Есть три типы позвонков

1. шейный (7)

2. грудной (12)

3. поясничный (5)

Переломы костей

Перелом определяется как любой повреждение костной системы.Кости не обязательно ломаться, чтобы сломаться.

Типы переломов

  1. Частично: неполный перелом кости
  2. Завершено: кость раздроблена на 2 части
  3. Простой: сломанная кость не повреждает кожу над разрывом
  4. Соединение: Сломанный конец кости выступает из кожи
  5. Осколки: осколки костей в месте удара. Между ними есть небольшие фрагменты кости. два конца кости.Обычно называется разбитым.
  6. Гринстик: Рваный перелом не полностью окостеневшей кости. Чаще всего проявляется у детей. Причина в том, что кость гибкая и не жесткий
  7. Спираль: Кость перекручена до разрыва
  8. Поперечный: перелом перпендикулярен длинной оси кости
  9. Затронуто: один конец кости вбивается в другой конец
  10. Вытесненных: анатомическое выравнивание кости не сохранилось
  11. Не перемещено: анатомическое выравнивание кости сохранено
  12. Поттс: малоберцовая кость сломана на дистальном конце (латеральная маллоэлюс).Травма лодыжки Майкла Викса.
  13. Colles: радиус сломан на дистальном конце. Радиус смещен кзади

Ремонт трещины

Для некоторых костей может потребоваться до 6 месяцев на заживление (бедренная кость), потому что

  • Ca 2+ откладывается постепенно
  • Костные клетки медленно воспроизводятся
  • Кровоснабжение кости уменьшается, когда она сломанный

Этапы восстановления перелома:

  1. Образование гематомы перелома: на месте перелом

— начинает формироваться 6-8 часов после травмы

2. Каллус формирование. Новая костная ткань (губчатая кость) начинает формироваться на месте обрыва

— образует мост между двумя краями разрыва

— мозоль возникает из клеток надкостницы и эндоста

— начинается 48 часов после травмы

  1. Реконструкция. Мертвая костная ткань (в результате травмы) разрушается остеокласты

— компактная кость заменяет губчатую кость в месте травмы

— все новые кости ткань образована остеобластами

— самый длинный этап

Поверхностная маркировка костей

Трещина: узкая щель между соседними части кости, через которые проходят нервы или кровеносные сосуды.

Пр. Верхняя глазничная щель клиновидной кости (черепа)

Foramen: отверстие, которое проникает внешний слой компактной кости или полностью проходит через кость. Действуют как проходы для кровеносных сосудов, нервов или связки.

Пр. Инфраорбитальный отверстие верхней челюсти (черепа)

питательное вещество отверстие (бедренная кость)

Meatus: трубчатый проход внутри кости. На самом деле это просто действительно глубокое отверстие.

Пр. наружный слуховой проход височной кости (черепа)

Синус: полая полость внутри кости.

Пр. Лобная пазуха (череп)

Борозда: борозда или бороздка на поверхности кости. Это приспосабливает мягкие структуры, такие как кровеносные сосуды, нервы и сухожилия.

Пр. межтрубный борозда (плечевая кость)

Ямка: депрессия в или на кости.Это дыра, которая не пройти через кость.

Пр. Нижнечелюстная ямка (череп)

Процесс: любой выступ на кости.

Пр. Сосцевидный отросток височной кости (черепа)

Шиловидный отросток лучевой и локтевой костей

Олакраноновый отросток (плечевая кость)

Мыщелок: обработайте, что образует стык

Пр. Медиальный мыщелок бедра

Головка: Шарнирно-шаровая опора.

Пр. Головка бедра

Головка плечевой кости

Фасет: гладкая плоская поверхность на стыке двух костей

Пр. суставной факт ребра

Бугорок: небольшой округлый отросток

Пр. большой бугорок (плечевая кость)

Приложение точки для мышц и соединительной ткани

Бугристость: большая, округло-шероховатый процесс

Пр.Бугристость седалищной кости (седалищная кость)

Дельтовидный бугорок (плечевая кость)

Вертел: большой тупой проекция. Встречается только на бедре.

Пр. Большой вертел

Гребень: узкий гребень или кайма на кости.

Пр. гребень подвздошной кости (подвздошная кость)

Линия: менее заметный гребень.

Пр. линия аспера (бедренная кость)

Позвоночник: острый, тонкий отросток

Пр.лопатка

Остистый отросток (позвонки)

Эпикондиль: приподнятая область или выступ на мыщелке

Пр. медиальный надмыщелок (бедренная и плечевая кость)

Trochlea: напоминает шкив. Обнаружен только на дистальном конце плечевая кость.

Рак костей (саркома костей): Введение

НА ЭТОЙ СТРАНИЦЕ: Вы найдете основную информацию об этом заболевании и частях тела, на которые оно может повлиять.Это первая страница руководства Cancer.Net по раку костей (саркома костей), в котором описываются раковые заболевания соединительной ткани, которые начинаются в кости. Используйте меню для просмотра других страниц. Думайте об этом меню как о дорожной карте для этого полного руководства.

О костях

Скелетная система взрослого человека состоит из 206 костей. Кости защищают внутренние органы, позволяют людям стоять прямо и прикрепляются к мышцам, которые позволяют двигаться. Кости соединены с другими костями жесткими волокнистыми тканями, называемыми связками.Хрящ покрывает и защищает суставы, в которых соединяются кости. Кости полые и заполнены костным мозгом — губчатой ​​красной тканью, производящей клетки крови. Кора — это твердая внешняя часть кости.

См. Изображения кости.

Кость состоит из коллагена, который представляет собой мягкую волокнистую ткань, и фосфата кальция, минерала, который помогает затвердеть и укрепить кость. Различают 3 типа костных клеток:

  • Остеокласты: Клетки, разрушающие и удаляющие старую кость.

  • Остеобласты: Клетки, формирующие новую кость.

  • Остеоциты: Клетки, доставляющие питательные вещества к кости.

О саркоме кости

Рак может начаться в любой части любой кости. Рак начинается, когда здоровые клетки в кости изменяются и выходят из-под контроля, образуя массу, называемую опухолью. Опухоль кости может быть злокачественной или доброкачественной.

Раковая опухоль является злокачественной, то есть может расти и распространяться на другие части тела.Злокачественная опухоль может разрушить кость и распространиться на близлежащие ткани. Если эти костные опухолевые клетки попадают в кровоток, они могут распространиться на другие части тела, особенно в легкие, в результате процесса, называемого метастазированием.

Доброкачественная опухоль означает, что опухоль может расти, но не распространяется на другие части тела. Несмотря на то, что доброкачественная опухоль не распространяется за пределы кости, она может вырасти достаточно большими, чтобы надавить на окружающие ткани, ослабить кость и вызвать ее перелом.

Существуют различные типы рака соединительной ткани костей:

  • Хондросаркома. Хондросаркома — это рак хряща. Это чаще встречается у взрослых.

  • Хордома. Этот тип саркомы кости обычно начинается в части спинного мозга.

  • Саркома Юинга и остеосаркома. Это 2 наиболее распространенных типа саркомы костей. В основном они возникают у детей и молодых людей. Саркома Юинга необычна тем, что может поражать кости или мягкие ткани. Обратитесь к руководству по саркоме мягких тканей для сарком Юинга, которые возникают в мягких тканях.Обратитесь к руководству по остеосаркоме, чтобы узнать больше об остеосаркоме.

Саркома мягких тканей редко начинается в кости, но когда это происходит, это может вызвать различные типы рака, такие как:

  • Недифференцированная плеоморфная саркома (UPS). UPS — необычная опухоль костей, наиболее тесно связанная с остеосаркомой (см. Выше). ИБП костей обычно встречается у взрослых. Рука или нога, особенно в области коленного сустава, — наиболее частое место появления ИБП.

  • Фибросаркома. Этот тип саркомы мягких тканей также чаще встречается среди взрослых, особенно в среднем возрасте. Чаще всего начинается в бедренной кости.

  • Саркома костной болезни Педжета. Костная болезнь Педжета обычно возникает у пожилых людей. Это связано с разрастанием костной ткани и часто поражает череп. Если болезнь Педжета перерастает в рак, это обычно остеосаркома. Однако это редкость.

Есть и другие виды рака, которые начинаются в костном мозге, например миелома или лейкемия. Они отличаются от саркомы кости и обсуждаются в отдельных руководствах на этом веб-сайте.

Рак, распространившийся на кости

В этом разделе содержится информация о первичной саркоме кости, то есть о раке, который начинается в кости. В целом первичная саркома кости встречается редко. Другие виды рака, такие как рак груди, легких или простаты, гораздо чаще распространяются на кости.Рак, который начался в другой части тела и распространился на кости, называется метастатическим раком, а не раком кости или саркомой кости. Например, рак легких, распространившийся на кости, называется метастатическим раком легких.

Для получения информации о раке, который начался в другой части тела и распространился на кости, см. Информацию по этому типу рака или ознакомьтесь с информационным бюллетенем о том, когда рак распространяется на кости (PDF).

Ищете больше введения?

Если вы хотите получить более подробную информацию, изучите эти связанные элементы.Обратите внимание, что по этим ссылкам вы попадете в другой раздел на Cancer.Net:

.
  • Блог Cancer.Net: Прочтите мнение эксперта ASCO о том, что пациенты с впервые установленным диагнозом должны знать о саркоме.

  • Cancer.Net Обучающее видео для пациентов: Просмотрите короткое видео, подготовленное экспертом ASCO по саркоме, которое предоставляет основную информацию и области исследований.

Следующий раздел в этом руководстве — Статистика .

Leave a Reply

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2022 © Все права защищены.