КОСТНЫЕ ТКАНИ
Значительный прогресс в изучении костных тканей связан с именем академика Гавриила Абрамовича Илизарова. Своей работой он доказал возможность управлять системой клеток скелетных тканей, используя законы, по которым они живут и развиваются.
ОТЛИЧИЯ КОСТНЫХ ТКАНЕЙ ОТ ХРЯЩЕВЫХ
1. Минерализация матрикса более 70% и поэтому диффузное питание клеток невозможно.
2. В костной ткани проходят кровеносные сосуды для питания клеток.Клетки передают питательные вещества друг-другу по отросткам.
3. Возможен только аппозиционный рост костей за счет надкостницы из-за невозможности деления остеоцитов в костных лакунах.
Внешний вид хондроцитов и остеоцитов различный (рис.)
МЕЗЕНХИМА
прямой / \
остеогенез / \
/ \
грубоволокнистая гиалиновый хрящ
костная ткань /
(первичная) /
\ / непрямой
\ / остеогенез
\ /
пластинчатая
костная ткань
(вторичная)
Различают два вида костной ткани: грубоволокнистую и пластинчатую.
1. Грубоволокнистая (ретикулофиброзная) костная ткань развивается путем прямого остеогенеза из клеток мезенхимы. Так развиваются только кости черепа эмбриона. Не успев сформировать кость, грубоволокнистая ткань разрушается остеокластами и,на ее месте образуется пластинчатая костная ткань – это называется эндесмальное развитие кости (по А.В. Русакову 1959 г.)
ПРЯМОЙ ОСТЕОГЕНЕЗ
Различают три фазы развития:
1. Размножение мезенхимальных клеток.
2. Образование волокнистого субстрата
3. Выпадение в осадок склеивающего субстата межклеточного вещества, т.е. пропитывание белков межклеточного вещества известковыми солями.
К рождению ребенка грубоволокнистая костная ткань представлена только родничками. Зарастание родничков и есть окончание процесса замены грубоволокнистой на пластинчатую ткань.
Особенности строения грубоволокнистой костной ткани.
1) развивается в отсутствии достаточного количества сосудов,
2)состоит из множества остеоцитов.
3)расположение клеток и волокон не связано с действующей физической нагрузкой на кость, в матриксе мало минеральных веществ.
2. Пластинчатая костная ткань. Получила название из-за костных пластинок, которые представляют собой участок межклеточного вещества и остеоцитом в его центре. С этой клеткой связано развитие и существование межклеточного вещества, причем расположение самих пластинок и волокон в них связано с механической нагрузкой на кость. Высокий процент минерализации и уровень обмена веществ обеспечивает хорошее кровоснабжение ткани.
НЕПРЯМОЙ ОСТЕОГЕНЕЗ
Развитие пластинчатой костной ткани называют непрямой остеогенез, он происходит при разрушении гиалинового хряща остеокластами. Кости скелета закладываются как хрящевая модель со 2 мес. эмбриогенеза.
Различают два этапа:
1) перихондриальное окостенение
2) эндохондральное окостенение.
Сначала стволовые клетки надхрящницы диафиза дифференцируются в остеобласты и начинается образование кости в виде манжетки, охватывающей кость по периферии. Этот этап называется перихондральное окостенение (костная манжетка).
Образующаяся костная ткань перекрывает питание хряща, происходит его дистрофия и разрушение остеокластами с образованием на месте хряща пластинчатой костной ткани. Этот этап получил название эндохондральное окостенение. Между хрящевым эпифизом и костным диафизом в растущих костях лежит специальная эпифизарная пластинка роста (метафизарная пластинка).
Разрушение хряща эпифизарной пластинки в зоне метафиза продолжается примерно 25 лет, т.к. клетки хрящевой ткани со стороны эпифиза активно делятся. Хрящевая ткань растет и тут же подвергается дистрофии и разрушению со стороны диафиза. При этом костная ткань наползает на хрящ, отодвигая эпифизы – так происходит рост костей в длину. При этом в хряще различают следующие зоны:
1. Зона неизмененного хряща эпифиза.
2. Зона хрящевых колонок (пролиферация хондроцитов).
3. Зона пузырчатого (гипертрофированного) хряща с дегенерацией клеток.
4. Зона обизвествления хряща с резкой базофилией, разрушаемая остеокластами.
КЛЕТОЧНЫЙ СОСТАВ КОСТНЫХ ТКАНЕЙ
Различают два дифферона клеток:
- остеобласты и остеоциты, появляющиеся из стволовых клеток механоцитов или из клеток мезенхимы:
- остеокласты, появляющиеся из СКК при слиянии моноцитов по типу симпласта.
Остеобласты – появляются из надкостницы. Различают неактивные и активные.
Лежат на периферии костных балок непрерывным слоеме или в виде скоплений. Форма округлая, угловатая, размер 15-20 мкм, ядро лежит на периферии, хорошо видно ядрышко и мелкие глыбки хроматина. Цитоплазма базофильная, с четкими краями, микроворсинками и отростками. Отростки клеток соединяются с отростками остеоцитов в глубине ткани. В центральной части клетки хорошо развита гранулярная ЭПС, по периферии и в отростках – тубулин и актин.
Функция остеобластов.
1. Синтез белков:
- коллаген 1;
- сиалопротеин;
- фосфорин
- протеогликаны; остеонектин для соединения
- гликозаминогликаны; остеокальцин белков с
- факторы роста. углеводами
2. Синтез щелочной фосфатазы – для образования минеральных веществ.
3.Минерализация костной ткани.
Эта функция происходит следующим образом.
Белки матрикса удерживают в ткани растворимые соединения кальция. Щелочная фосфатаза и нестабильное соединение фосфата кальция выделяются ОБЛ в виде секреторных пузырьков. Сразу после разрушения мембран пузырьков система стабилизируется и гидроксиапатиты выпадают в осадок, т.е. щелочная фосфатаза остеобласта переводит растворимые соединения в нерастворимые.
Химических состав матрикса (оссеомукоида). Кроме перечисленных белков, в матрикс входят:
- коллаген костной ткани, соединяясь с минеральными веществами, образует прочные структуры;
- хондроитинсульфат – способствует кальфикации, для этого в матриксе много гликогена;
- гликозаминогликаны и протеогликаны – участвуют в водном и электролитном обмене;
- сиалопротеины – захватывают Са++ из крови (соединения сиаловой кислоты);
- лимонная кислота – освобождает Са++ из костной ткани.
Остеоциты – лежат в полостях костной ткани – лакунах. Многочисленные отростки проходят в канальцах, пронизывающих костную ткань и соединяются с отростками других ОЦ, образуя сеть клеток. Между стенками лакуны и отростками циркулирует жидкость, которую они перекачивают сокращениями актина.
ФУНКЦИЯ:
1. Гомеостатическая – синтез компонентов матрикса для сохранения в нем постоянства органических и неорганических веществ;
2. Лизис межклеточного вещества с выходом Са++ в кровь. Деление ОЦ невозможно.
Остеокласты – крупные клетки (100 мкм) с несколькими десятками ядер. Цитоплазма оксифильная или слабо базофильная, содержит включения и вакуоли, возле костной ткани имеет выросты и щеточную кайму. Клетка содержит значительно больше митохондрий и лизосом, чем другие. В клетках различают четыре зоны:
1. Гофрированная каемка – прилежит к костной ткани и состоит из складок, глубоко вдающихся в цитоплазму;
2. Светлая зона – герметично окружает 1) зону;
3. Область светлых пузырьков и вакуолей.
4. Базальная часть – ядра, и органеллы.
ФУНКЦИЯ – разрушение неорганических веществ костных и хрящевых тканей. Прикрепляясь с поверхности кости, ОК выделяет углекислый газ, который в присутствии фермента-катализатора карбоангидразы, способствует образованию угольной кислоты. Кислота разрушает матрикс, а органические соединения могут разрушить обычные лизосомы.
КОСТЬ – КАК ОРГАН
В пространство, освобожденное остеокластами, врастают сосуды, андвентициальные клетки которых становятся остеобластами и строят костную ткань, т.е. центром образования костной ткани является кровеносный сосуд, окруженный 5-10 слоями остеобластов и далее остеоцитов. Так образуется структурно-функциональная единица костной ткани – остеон. Большая часть остеонов идут продольно, их сосуды лежат в костных продольных каналах – Гаверсовых каналах, а идущие поперек кости и снаружи внутрь – в Фолькмановских- прободающих каналах.
Направление остеонов зависит от направления механической нагрузки. У человека постоянно происходит перестройка костной ткани. Например, у детей 4 лет жизни она достигает 100% в год. Давление на костную ткань вызывает пьезоэлектрический эффект с образованием электрических зарядов,которые стимулируют работу остеокластов или остеобластов.Эти клетки – антогонисты.
Снаружи в кости различают компактную костную ткань, где остеоны и пластинки образуют сплошной массив.
В центре кости перекладины формируют губчатую костную ткань для костного мозга. Перекладины могут быть в виде трубочек, шаров или пластин.
Снаружи кость покрыта надкостницей, под которой лежит наружный слой генеральных костных пластинок, остеоциты которых питаются из надкостницы.
Далее лежит широкий слой компактной кости из продольных остеонов с некоторой частью анастомозирующих поперечных сосудов.
На границе с губчатым веществом костномозговой полости лежит внутренний слой генеральных костных пластинок, клетки которых питаются из костного мозга.