Материал: Регенерация костной ткани в норме и при патологии
Костная ткань — это особый тип соединительной ткани, также состоящий из клеток и межклеточного вещества. К клеткам относятся остеобласты, остеоциты, остеокласты.
Остеобласты, или остеобластоциты (от греч. osteon — кость, blastos — зачаток), — это молодые клетки, образующие костную ткань.
Всформировавшейся кости они встречаются только в глубоких слоях надкостницы и в местах регенерации костной ткани после ее травмы. Остеобласты способны к пролиферации, в образующейся кости они покрывают почти непрерывным слоем всю поверхность развивающейся костной балки.
Остеоциты (от греч. osteon — кость, cytus — клетка) — это преобладающие по количеству дефинитивные клетки костной ткани, утратившие способность к делению. Эти клетки лежат в костных полостях, или лакунах, которые повторяют контуры остеоцита. Длина полостей колеблется от 22 до 55 мкм, ширина — от 6 до 14 мкм. Канальцы костных полостей заполнены тканевой жидкостью, они анастомозируют между собой и с периваскулярными пространствами сосудов, заходящих внутрь кости. Обмен веществ между остеоцитами и кровью осуществляется через тканевую жидкость.
Остеогенные клетки имеют мезенхимальную природу и образуются из полипотентных клеток, являющихся одновременно источником хрящевой и костной ткани.
Восновном хрящи в организме формируются в процессе внутриутробного развития и существуют временно, замещаясь в дальнейшем костью. Пока человек растет, сохраняются и функционируют хрящевые зоны роста. Огромное значение в функции опорно-двигательной системы играет гиалиновый хрящ, покрывающий концы костей, образующих суставы. Хрящевую ткань можно встретить в стенке трахеи, гортани, носу, местах фиксации ребер к грудине.
Образующиеся в результате дифференцирования мезенхимальных клеток остеобласты отвечают за синтез новой кости. Одной из морфологических особенностей этих клеток является наличие у них длинных цитоплазматических отростков. Остеобласты синтезируют органический матрикс, который постепенно окружает клетки, как бы замуровывая их.
Врезультате этого процесса образуются так называемые лакуны, содержащие костные клетки, которые теперь уже называются остеоцитами. Благодаря отросткам клетки соединяются друг с другом. Окруженные костным матриксом и соединенные между собой цитоплазматические отростки образуют систему костных канальцев.
Остеокласты, или остеокластоциты (от греч. osteon — кость и
clastos — раздробленный), — это клетки гематогенной природы, способные разрушить обызвествленный хрящ и кость. Остеокласты располага-
6
ются обычно на поверхности костных перекладин. Полагают, что эти клетки выделяют СО в окружающую среду, а фермент карбоангидраза, обнаруживаемый в зоне резорбции, способствует образованию кислоты (Н2СО3) и растворению кальциевых соединений. Остеокласт богат митохондриями и лизосомами, ферменты которых (коллагеназа и другие протеазы) расщепляют коллаген и протеогликаны матрикса костной ткани. В костном веществе, где оно соприкасается с остеокластом, образуется лакуна. Один остеокласт может разрушить столько кости, сколько создают 100 остеобластов за это же время. Функции остеобластов и остеокластов взаимосвязаны и коррелируют с участием гормонов, простагландинов, функциональной нагрузкой, витаминами и др.
Вотличие от других видов соединительной ткани, кость характеризуется значительным содержанием межклеточного вещества и своеобразным его строением. Межклеточное вещество (substantia intercellularis) состоит из основного аморфного вещества, импрегнированного неорганическими солями, в котором располагаются образующие небольшие пучки коллагеновые волокна. Они содержат, в основном, белок — коллаген I и V типов. Волокна могут иметь беспорядочное (в ретикулофиброзной костной ткани) или строго ориентированное (в пластинчатой костной ткани) направление. В основном веществе костной ткани, по сравнению с хрящевой, содержится относительно небольшое количество хондроитинсерной кислоты, но много лимонной и других кислот, образующих комплексы с кальцием, импрегнирующим органическую матрицу кости. Кроме коллагенового белка, в основном веществе костной ткани обнаруживают неколлагеновые белки (осгеокальцин, сналопротеин, остеонектин, различные фосфопротеины, протеолипиды, принимающие участие в процессах минерализации), гликозаминогликаны, а также кристаллы гидроксиапатита, упорядоченно расположенные по отношению к фибриллам органической матрицы кости, и аморфный фосфат кальция.
Благодаря своей прочности, костная ткань выполняет в организме функцию опоры и одновременно представляет собой депо минеральных солей.
Впроцессе развития и роста костная ткань претерпевает определенные морфологические изменения. Выделяют два типа костной ткани: незрелую, или грубоволокнистую (рис. 1), и зрелую, или пластинчатую (рис. 2). Ретикулофиброзная (грубоволокнистая) кость обычно встречается
ворганизме человека в период эмбриогенеза, в местах прикрепления сухожилий к костям, а также на ранних стадиях образования костной мозоли после перелома. Для незрелой кости характерно большее количество клеток. Межклеточное вещество содержит больше
7
протеогликанов, гликопротеидов и кальция. Расположение волокон в костном матриксе напоминает сетку. Отсюда второе название этого типа кости — сетчатая.
|
|
Рис. 2. Строение |
Рис. 1. Строение грубоволокнистой костной |
|
|
|
пластинчатой костной ткани: |
|
ткани: |
|
|
|
1 — костные пластинки; 2 — |
|
1 — пучки переплетающихся коллагеновых |
|
|
|
остеоциты; 3 — контакты |
|
волокон; 2 — остеоциты |
|
|
|
отростков остеоцитов; 4 — |
|
|
|
|
|
|
коллагеновые волокна, ори- |
|
|
ентированные в пределах ко- |
|
|
стной пластинки параллельно |
|
|
|
Остеогенные клетки расположены в двух слоях костной поверхности: периосте, покрывающем наружную поверхность кости, и эндосте, который выстилает внутренние поверхности всех полостей кости. Периост, в свою очередь, имеет два слоя: наружный волокнистый и внутренний остеогенный. Именно глубокий слой надкостницы принимает активное участие в остеогенезе. Надкостница содержит кровеносные сосуды, входящие в кость и выходящие из нее (рис. 3).
8
Рис. 3. Надкостница (схема по Ю. И. Афанасьеву):
1 — наружный (волокнистый) слой; 2 — внутренний (клеточный) слой; 3 — остеогенные клетки; 4 — костная ткань
Рост костей — процесс очень длительный. Он начинается у человека на ранних эмбриональных стадиях и кончается в среднем к 20летнему возрасту. В течение всего периода роста кость увеличивается как в длину, так и в ширину. Рост трубчатой кости в длину обеспечивается метаэпифизарной хрящевой пластинкой роста, в которой проявляются два противоположных гистогенетических процесса: разрушение эпифизарной пластинки и непрестанное пополнение хрящевой ткани путем новообразования клеток. Однако со временем процессы разрушения клеток начинают преобладать над процессами новообразования, вследствие чего хрящевая пластинка истончается и исчезает. Рост трубчатой кости в ширину осуществляется за счет периоста, со стороны которого очень рано начинает образовываться концентрическими слоями тонковолокнистая кость. Этот аппозиционный рост продолжается до окончания формирования кости.
После рождения незрелая костная ткань постепенно замещается зрелой, которая уже представлена двумя видами: губчатой и компактной. Из первой состоят кости запястья и предплюсны, тела позвонков, метафизы длинных трубчатых костей. Из компактной костной ткани образованы диафизы трубчатых костей.
Костная ткань образуется вблизи мелких сосудов, так как ее клетки нуждаются в питании. Процесс начинается с образования костных трабекул, так называемых костных столбиков. Они состоят из располагающихся по периферии остеобластов, находящегося в центре межклеточного вещества кости, в некоторых участках которого могут отмечаться остеоциты. Посте-
9
пенно развиваясь, трабекулы соединяются между собой и образуют разветвленную анастомозирующую сеть, которая называется губчатой костью. Характерной чертой этого вида костной ткани также является наличие расположенных между трабекулами полостей, заполненных соединительной тканью и кровеносными сосудами.
Для компактной кости характерно наличие, главным образом, костной ткани. Структурной единицей компактной кости является остеон, или гаверсова система (по имени впервые описавшего ее Гаверса), которая представляет собой скопления соединенных между собой костными канальцами остеоцитов и органического матрикса, окружающих один или два мелких сосуда. Канал, содержащий капилляр в центре остеона, также называется гаверсовым. Размеры остеона, в основном, не превышают 0,4 мм. Остеоциты компактной кости располагаются концентрически по отношению к капилляру. Это способствует беспрепятственному поступлению к ним тканевой жидкости от кровеносного сосуда, обеспечивающего их питание. Диаметр остеона ограничен расстоянием, на котором способны работать системы костных канальцев. Расстояние от клеток до центральных кровеносных сосудов не превышает обычно 0,1–0,2 мм. А гаверсов канал окружают не более 5–6 концентрических пластинок. Пространства между гаверсовыми системами заполнены интерстициальными костными пластинками, именно поэтому поверхность компактной кости гладкая, а не бугристая (рис. 4).
Рис. 4. Строение трубчатой кости:
1 — слой наружных общих пластинок; 2 — остеон; 3 — канал остеона; 4 — вставочные пластинки; 5 — слой внутренних общих пластинок; 6 — костная трабекула губчатой ткани; 7 — волокнистый слой надкостницы; 8 — кровеносные сосуды надкостницы; 9 — прободающий канал; 10 — остеоциты; 11 — надкостница; 12 — компактное вещество кости; 13 — эндост; 14 — костномозговаяполость
10