Строение костной ткани: основные элементы и клетки кости

Клетки костной ткани по гистологическому строению делят на 3 вида: остеобласты, остеоциты и остеокласты, все они взаимодействуют между собой, образуя целостную систему. Остеобласты возникают из мезенхимальных стволовых клеток. 

01-05-23

Костная ткань - важнейшая в нашем организме, она являясь разновидностью скелетной соединительной ткани, развивается вместе с хрящевой тканью из мезенхимы. 

Мезенхима - это эмбриональный зачаток, служащий источником развития соединительной ткани, крови, скелета и гладкой мышечной ткани. 

Мезенхима состоит из рыхло лежащих клеток с отростками и межклеточнои жидкости, все это располагается в первичнои полости тела, в промежутках между зародышевыми листками. 

Основной чертой и отличием костной ткани от других соединительнотканных структур является высокое содержание в ней минеральных веществ, которое составляет 70%, этим объясняется прочность костей.

Основные элементы минерального вещества кости (от 60 до 85%) - это фосфат кальция и гидроксиапатиты. Содержание органических веществ в костной ткани составляет от 10 до 20%, воды - от 6 до 20%. 

Клетки костной ткани по гистологическому строению делят на 3 вида: остеобласты, остеоциты и остеокласты, все они взаимодействуют между собой, образуя целостную систему.

Остеобласты возникают из мезенхимальных стволовых клеток. 

Эти молодые клетки костной ткани синтезируют и экспортируют белки и соли кальция в межклеточное вещество, которое на стадии формирования называют остеоидом (osleoidum - подобный кости). По мере минерализации остеоид превращается в зрелый костный матрикс, и остеобласты «вмуровываются» в него, превращаясь в остеоциты.

Остеоциты - это зрелые, хорошо дифференцированные клетки костной ткани, каждая из которых располагается в лакунах, называемых еще костными полостями. Эти клетки соединяются друг с другом посредством клеточных отростков. 

По отросткам происходит обмен веществами между тканью кости и кровеносными сосудами.

Остеокласты - это гигантские много ядерные клетки.

Остеокласты, в отличие от остеобластов и остеоцитов, происходят из клеток крови при слиянии нескольких промоноцитов.

Таким образом, остеокласт является костным макрофагом, дифференцировавшимся внутри костной ткани. При выделении содержащихся в нем гидролитических ферментов происходит резорбция основного вещества кости и обызвествленного хряща посредством растворения минеральной составляющеи и разрушения коллагена.

Разрушение (резорбция) костного вещества - важный этап перестройки, за которым следует образование нового вещества с помощью остеобластов.

Не случайно локализация остеокластов совпадает с расположением остеобластов в углублениях на поверхностях костных балок, в эндосте и надкостнице. Надкостница состоит из остеогенных клеток, а также из остеобластов, остеокластов, которые участвуют в росте и восстановлении кости, и содержит камбиальные клетки, благодаря которым кость растет в толщину. Надкостница богата кровеносными сосудами, ветви которых обвивают кость, проникая в ее вещество.

Костная ткань (костный матрикс) разделяется на грубоволокнистую и пластинчатую. Грубоволокнистая костная ткань определяется как предшественница пластинчатой. Она встречается в основном у плода до его рождения, а у взрослого сохраняется лишь в швах черепа, зубных альвеолах, во внутреннем ухе и местах прикрепления сухожилий к костям. Эта ткань состоит из хаотично расположенных толстых пучков коллагеновых волокон, которые находятся в матриксе, состоящем из неорганических веществ.

Пластинчатая костная ткань состоит из пластинчатой костной соединительной ткани, в которой коллагеновые волокна имеют одно направление. Существует две разновидности пластинчатой костной ткани - губчатая и компактная.

В губчатом веществе пластинки объединяются в трабекулы - структурные единицы вещества. Дугообразные пластинки и трабекулы имеют одну ориентацию. Группа трабекул, лежащих параллельно друг другу, образует бессосудистые костные балки.

В промежутках между костными балками располагаются костные ячейки, что делает это вещество пористым, объясняя название ткани. В ячейках находится красный костный мозг и сосуды, питающие кость.

Губчатое вещество находится во внутренней части плоских и губчатых костей, в эпифизах и внутренних слоях диафиза трубчатых костей.

Компактное костное вещество состоит из костных пластинок, вложенных друг в друга и расположенных по окружности.

Благодаря такому расположению между костными пластинками практически нет промежутков. Компактное вещество локализуется в поверхностном слое плоских и губчатых костей, в диафизе и поверхностных слоях эпифиза трубчатых костей. В самом центре трубчатой кости располагается костномозговая полость, покрытая эндостом, который заключает внутренние генеральные пластинки в кольцо.

К костномозговой полости могут примыкать трабекулы губчатого вещества, поэтому в некоторых местах пластинки могут становиться менее выраженными. Между наружным и внутренним слоями генеральных пластинок располагается остеонный слой кости. В центре каждого остеона находится гаверсов канал с кровеносным сосудом.

Гаверсовы каналы сообщаются между собой поперечными каналами Фолькмана.

В процессе формирования кости различают прямой и непрямой остеогенез. Прямое развитие осуществляется из мезенхимы, из клеток соединительной ткани при непосредственном участии остеобластов, непрямое - из клеток хряща.

Посредством прямого остеогенеза развиваются кости черепа, мелкие кости кисти и другие плоские кости.

В их образовании выделяют 4 стадии:

1. сначала из мезенхимы формируется соединительнотканный скелетный зачаток,
2. который проходит остеоидную стадию,
3. стадию минерализации,
4. последняя завершается образованием пластинчатой костной ткани.

Непрямой остеогенез характерен для большинства костей скелета человека (длинные и короткие трубчатые кости, позвонки, кости таза). Вначале на месте будущей кости образуется хондрогенный островок. Мезенхимальные клетки преобразуются в стволовые, а затем в хондробласты.

Хондробласты вырабатывают коллагеновые волокна, и происходит формирование модели будущей кости из гиалинового хряща. Затем наступает разрушение хряща остеокластами и развитие остеогенных островков с остеобластами, которые формируют остеоид.

Выделение остеобластами щелочной фосфатазы и других веществ запускает процесс минерализации остеоида. В результате образуется ретикулофиброзная костная ткань, которая постепенно переходит в пластинчатую костную ткань. 

Рост кости

Рост кости у человека идет до 20 лет.

Кость растет в ширину за счет надкостницы, в длину - за счет метаэпифизарных пластинок роста.

На рост и развитие костей влияет множество факторов. Это могут быть факторы как внутренней, так и внешней среды, а также недостаток или избыток определенных веществ.

На рост костей влияет множество гормонов. Например, соматотропин стимулирует рост костей, при его избытке может возникать акромегалия, при недостатке - карликовость.

Инсулин необходим для правильного развития остеогенных и стволовых стромальных клеток.

На рост костей влияют половые гормоны, их повышенное содержание в раннем возрасте может привести к укорочению костей из-за раннего окостенения метаэпифизарной пластинки.

В зрелом возрасте пониженное содержание половых гормонов может при водить к остеопорозу, хрупкости костей.

Гормон щитовидной железы кальцитонин приводит к активации остеобластов, паратирин (паратгормон), вырабатываемый околощитовидными железами, увеличивает количество остеокластов. 

Тироксин влияет на центры окостенения, гормоны надпочечников - на процессы регенерации. На рост костей сказывают влияние также некоторые витамины.

Витамин С способствует синтезу коллагена. При гиповитаминозе можно наблюдать замеддение регенерации костной ткани.

Витамин А ускоряет остеогенез, а при гипервитаминозе А наблюдается сужение костных полостей.

Витамин D помогает организму усваивать кальции, при его недостатке происходит искривление костей.

Перестройка костной ткани включает резорбцию, разрушение тканей и остеогенез. С возрастом резорбция может преобладать над остеогенезом.

Этим объясняется остеопороз у пожилых людей. В процессе перестройки происходит обновление костного вещества, регуляция содержания минеральных веществ.

В среднем за год обновляется 8% костного вещества, причем губчатая ткань обновляется в 5 раз интенсивнее, чем пластинчатая. Регенерация костной ткани рассматривается как разновидность перестройки костей.

Этот процесс очень важен, и, зная факторы, влияющие на процесс регенерации, можно ускорить ее, что очень важно при переломах костей.

Перестройка костной ткани, в основе которой лежит резорбция (литическое поражение), может иметь очаговый или диффузный характер.

Преобладание резорбции вызывает ряд патологических состояний, обозначаемых как диффузные литические поражения.