Прежде чем говорить о необходимости, методах и способах костной пластики, хотелось бы остановиться на биологии кости. Каждую кость принято рассматривать как опорный орган, который устроен так, чтобы на основе своей формы при относительно небольшой массе и объеме выполнять определенные функции и противостоять максимальным нагрузкам.
Кость выполняет в организме три основные функции:
· механическую (опорную),
· защитную
· метаболическую.
Кость является самым значительным резервом минералов и важнейшим органом минерального обмена веществ. Поэтому кость представляет собой динамическую, живую ткань с высокой чувствительностью к различным регуляторным, контролирующим механизмам организма, а также к экзогенным влияниям.
Костный орган состоит из надкостницы, костной ткани, хряща, сосудов и нервов.
Надкостница
Кость на своем протяжении, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей (периостом), которая выполняет функцию питания костной ткани и принимает активное участие в образовании, росте и регенерации кости. Плотно прилегая к ее поверхности, периост увеличивает упругость, прочность и устойчивость кости к различного рода механическим нагрузкам (Обыслов А.С., 1971.).
Строение надкостницы (Рисунок 2)
Надкостница состоит из наружного волокнистого и внутреннего остеогенного слоев. Наружный слой формируют коллагеновые волокна, а также незначительное количество эластических волокон. Клеточный состав наружного слоя представлен немногочисленными фибробластами. Часть коллагеновых волокон этого слоя вплетается и соединяется с коллагеновыми волокнами костного матрикса. Такие волокна называются «шарпиевыми», благодаря им периост достаточно прочно прикрепляется к поверхности кости. Наружный слой надкостницы обеспечивает фиксацию входящих и выходящих сосудов кости в месте их перехода в мягкие ткани.
Внутренний остеогенный слой периоста формируют остеогенные клетки, которые интимно связаны с поверхностью костной ткани и принимают непосредственное участие в процессах образования и регенерации кости (Параскевич В.Л., 2002).
Строение костной ткани
Костная ткань состоит из клеток и межклеточного вещества (костного матрикса).
Различают три типа клеток собственно костной ткани: остеобласты, остеоциты и остеокласты. Кроме того, на их поверхности располагаются остеогенные клетки.
Клеточный состав костной ткани (Рисунок 1)
Остеогенные клетки – это мезенхимальные плюропотентные клетки, т.е. клетки с большим набором потенциальных возможностей. Покрывают около 70-80% поверхности кости. Находятся в остеогенном слое надкостницы, выстилают поверхность костных полостей губчатого слоя кости и внутрикостных сосудов, а также рассеяны внутри тканей, составляющих основу костного мозга. При активации остеогенные клетки в течении 3-5 дней дифференцируются в зависимости от микроокружения в остео-, хондро- или фибробласты. При достаточном кровоснабжении и активации белками-остеокондукторами остеогенные клетки дифференцируются в остеобласты, при нарушении кровотока, снижении васкуляризации и отсутствии адекватного сигнала к остеогенезу – хондро- и фибробласты (Параскевич В.Л., 2002,).
Остеобласты – клетки кубической или цилиндрической формы. Находятся в тех местах, где происходит рост, регенерация или перестройка кости. Различают активную и неактивную форма остеобластов. Активные клетки синтезируют и секретируют органический матрикс (остеоид) и участвуют в начальной фазе его минерализации. После образования и минерализации костного матрикса вокруг активных остеобластов около 15% этих клеток превращается в остеоциты. Большая часть остеобластов, которые не были замурованы в костном матриксе, остается на поверхности кости в неактивной форме. Неактивные остеобласты (выстилающие клетки) соединены с остеоцитами посредством «окон», представляющих собой отверстия между клетками, по которым могут проходить биомолекулы, преобразующие механические сигналы в биологические. Таким образом, эти окна являются своего рода каналом связи между выстилающими клетками и остеоцитами. Выстилающие клетки при этом могут участвовать в приеме и преобразовании в специфические сигналы механических воздействий на костную ткань (Параскевич В.Л., 2002.).
Остеоциты – плоские одноядерные клетки. Располагаются в лакунах внутри костного матрикса. При этом остеоциты, окруженные со всех сторон минерализированным матриксом, находятся на расстоянии не более чем 0,1-0,3 мм от расположенного на поверхности кости капилляра, который является единственным источником питания этих клеток. Остеоциты имеют множество (иногда до 400) отростков, посредством которых эти клетки соединяются между собой и с неактивными остеобластами, находящимися на поверхности кости. Анастомозирующие между собой остеоциты отвечают за транспортировку внутри- и внеклеточных веществ и минералов, обеспечивают целостность костного матрикса и принимают участие в регуляции содержания кальция в крови (Параскевич В.Л., 2002,).
Остеокласты – самые крупные клетки организма. Их функция – резорбция кости. Располагаются в лакунах Хаушипа (нишах резорбции). Заполненные остеокластами ниши резорбции занимают 0,1-1% поверхности кости, где происходит перестройка костной ткани. Продолжительность жизни остеокластов – от 2-х дней до 3-х недель (Параскевич В.Л., 2002.).
Костный матрикс
Костный матрикс представляет собой двухкомпонентный материал. Состоит на 35% из органического матрикса и на 65% из неорганического минерального вещества.
Около 95% органического матрикса – это коллаген, остальная часть представлена неколлагеновыми протеинами, углеводами и липидами.
Ряды коллагеновых волокон диаметром 20-200 мкм служат пассивной основой для минерального вещества. Коллагеновые волокна кости образуются из пептидных цепей, состоящих преимущественно из глицина, а также аланина, пролина и оксипролина.
Пептидные цепи включают 670-700 аминокислот, которые располагаются в определенной последовательности и периодичности. Существует 5 генетически детерминированных типов пептидных цепей коллагена, различающихся последовательностью аминокислот. Для кости характерен I тип коллагена, пептидные цепи которого образуют тройную спираль наподобие каната. Такая пространственная структура коллагена обеспечивает минерализацию вдоль пептидных цепей. Минерализация других 4-х типов коллагена не происходит.
Неколлагеновые органические вещества костного матрикса участвуют в регенерации, метаболизме и регулируют процесс минерализации. Часть неколлагеновых протеинов костного матрикса образуются в остеобластах, другая часть – из сыворотки и плазмы крови или продуцируются эндокринными железами (Reddi A., Cunningham N. B. 1990).
Минеральное вещество костного матрикса представлено гидроксиапатитом, а также содержит ионы натрия, калия, магния, свинца и железа (Касавина Б.С., Торбенко В.П, 1979.).