Одной из главных функций человека является движение его в пространстве. Движение - это основная приспособительная реакция организма к окружающей его среде. Эту функцию у млекопитающих (и человека) выполняет опорно-двигательный аппарат.

Движение осуществляется при участии костей, выполняющих функции рычагов; скелетных мышц, которые вместе с костями и их соединениями образуют опорно-двигательный аппарат. Последний состоит из двух частей: пассивной и активной.

К пассивной относятся кости, соединенные между собой, к активной - мышцы, при сокращении которых изменяется положение тела в пространстве. Биологическое значение костной системы также связано с участием ее в минеральном обмене (депо фосфора, кальция, железа и др.). Кости черепа образуют хорошо защищенное вместилище для головного мозга; кости позвоночника и нижних конечностей выполняют опорную функцию; кости грудной клетки защищают сердце и легкие от внешнего воздействия; кости таза предохраняют мочевой пузырь и прямую кишку, а у женщин - матку с придатками/

Строение костей

Кость (os) человека представляет собой сложный орган: она занимает соответствующее место, имеет соответствующие форму и строение, выполняет только ей присущие функции.

Проникающие в кость сосуды и нервы способствуют взаимодействию ее с организмом, участию в общем обмене веществ, выполнению функций и необходимой перестройке при росте, развитии и изменяющимся условиям существования. В живом организме кость содержит около 50 % воды, 28 % органических веществ, в том числе 16 % жиров и 22 % неорганических веществ. Органический компонент кости представлен белковыми веществами, а неорганический - гидроксиапатитом. Кроме того, в кости содержатся также в разных количествах натрий, магний, калий, хлор, фтор, карбонаты и нитраты.

Преимущество в костях органических веществ (у детей) придает им упругость и эластичность. Изменение соотношения в сторону неорганических веществ ведет к хрупкости костей (у пожилых) и к более частым переломам.

Кость образуется костной тканью, которая относится к соединительной ткани. Она состоит из клеток и плотного межклеточного вещества, богатого коллагеном и минеральными компонентами.

В костной ткани встречаются два типа клеток - остеобласты и остеокласты. Остеобласты - это молодые костные клетки, многоугольной формы, богатые элементами зернистой цитоплазматической сети, рибосомами и хорошо развитым комплексом Гольджи. В них содержится большое количество рибонуклеиновой кислоты, щелочной фосфатазы. Остеобласты постепенно дифференцируются в остеоциты, при этом в них уменьшается количество органелл. Межклеточное вещество, образованное остеобластами, окружает остеоциты со всех сторон и пропитывается солями кальция.

Остеоциты - зрелые многоотростчатые клетки, которые залегают в костных лакунах, вырабатывающие межклеточное вещество и обычно замурованные в нем. Количество клеточных органелл в остеоцитах снижено, и они нередко запасают гликоген. Если появляется необходимость в структурных изменениях костей, остеобласты активизируются, быстро дифференцируются и превращаются в остеоциты. Система костных канальцев обеспечивает обмен веществ между остеоцитами и тканевой жидкостью.

Кроме вышеназванных клеток, в костной ткани находятся также остеокласты - крупные многоядерные клетки, бедные хроматином. Цитоплазма таких клеток имеет множество выростов, покрытых плазматической мембраной. Клетки содержат митохондрии лизосомы, вакуоли, гидролитические ферменты и выраженные комплексы Гольджи. Плазматическая мембрана в этой области образует много складок и называется гофрированным бережком.

Остеокласты способны резорбировать обызвествленный хрящ и межклеточное вещество костной ткани в процессе развития и перестройки кости. По современным сведениям, остеокласты имеют моноцитарное происхождение и относятся к системе макрофагов.

Снаружи кость покрыта слоем плотной соединительной ткани - надкостницей (periosteum). Это тонкая плотная соединительная пластинка, богатая кровеносными и лимфатическими сосудами и нервами. Надкостница имеет наружный и внутренний слои.

Наружный слой надкостницы волокнистый, внутренний - ростковый (костеобразующий). Внутренний слой присоединяется непосредственно к костной ткани и формирует молодые клетки (остеобласты), которые располагаются на поверхности кости. Таким образом, в результате костеобразующих свойств надкостницы кость растет в толщину. С костью надкостница плотно срастается при помощи проникающих волокон, которые глубоко входят внутрь кости.

Наружный слой кости представлен пластинкой компактного вещества, которая в диафизах трубчатых костей более толстая, чем в эпифизах. В компактном веществе костные пластинки располагаются в определенном порядке, образуют сложные системы - остеоны - структурные единицы кости. Остеон состоит из 5-20 цилиндрических пластинок, вставленных одна в другую.

В центре каждого остеона проходит центральный (гаверсов) канал. Через него в свою очередь проходят по одной артерия и вена, которые разветвляются на капилляры и по каналам подходят к лакунам гаверсовой системы. Они обеспечивают поступление и отток из клеток питательных веществ и продуктов метаболизма, СО 2 и О 2 . Каждый гаверсов канал содержит также лимфатический сосуд и нервные волокна.

На наружной и внутренней поверхностях кости костные пластинки не образуют концентрические цилиндры, а располагаются вокруг них. Эти области пронизаны каналами Фолькманна, через которые проходят кровеносные сосуды, соединяющиеся с сосудами гаверсовых каналов. Основное вещество компактной кости состоит из костного коллагена, вырабатываемого остеобластами, и гидроксиапатита; кроме того, в него входят магний, натрий, карбонаты и нитраты.

Под компактным веществом располагается губчатое, которое представляет собой сеть из тонких анастомозиро-ванных костных элементов - трабекул. Трабекулы ориентированы в тех направлениях, в которых кости повышают свою устойчивость к нагрузкам и сжатию при минимальной массе. Губчатая кость находится и в эпифизах трубчатых длинных костей и коротких (позвонки, кости запястья и предплюсны). Она свойственна также зародышам и растущим организмам.

Внутри кости, в костномозговой полости и ячейках губчатого вещества, находится костный мозг. Во внутриутробном периоде и у новорожденных все кости содержат красный костный мозг, который выполняет преимущественно кроветворную функцию. У взрослого человека красный костный мозг содержится только в ячейках губчатого вещества плоских костей (грудина, кости черепа, подвздошные кости), в губчатых (коротких костях), эпифизах трубчатых костей. В костномозговой полости диафизов трубчатых костей находится желтый костный мозг. Он состоит из жировых включений и перерожденной ретикулярной стромы.

Кости человека различаются по форме и размерам, занимают определенное место в организме. Существуют следующие виды костей: трубчатые, губчатые, плоские (широкие), смешанные и воздухоносные.

Трубчатые кости выполняют функцию рычагов и формируют скелет свободной части конечностей, делятся на длинные (плечевая, бедренные кости, кости предплечья и голени) и короткие (пястные и плюсневые кости, фаланги пальцев).

В длинных трубчатых костях есть расширенные концы (эпифизы) и средняя часть (диафиз). Участок между эпифизом и диафизом называется метафизом. Эпифизы, костей полностью или частично йокрыты гиалиновым хрящом и участвуют в образовании суставов.

Губчатые (короткие) кости располагаются в тех участках скелета, где прочность костей сочетается с подвижностью (кости запястья, предплюсна, позвонки, сесамовидные кости).

Плоские (широкие) кости участвуют в образовании крыши черепа, грудной и тазовой полостей, выполняют защитную функцию, имеют большую поверхность для прикрепления мышц.

Смешанные кости имеют сложное строение и различную форму. К этой группе костей относятся позвонки, тела которых являются губчатыми, а отростки и дуги - плоскими.

Воздухоносные кости содержат в теле полость с воздухом, выстланную слизистой оболочкой. К ним относятся верхняя челюсть, лобная, клиновидная и решетчатая кости черепа.

Соединение костей

Кости скелета человека объединяются в общую функциональную систему (пассивная часть опорно-двигательного аппарата) при помощи различных видов соединения. Все соединения костей разделяются натри вида: непрерывные, прерывные и симфизы. В зависимости от вида тканей, которые соединяют кости, выделяют следующие виды непрерывных соединений: фиброзные, костные и синхондрозы (хрящевые соединения) (рис. 9).

Рис. 9.

А - сустав; Б - фиброзное соединение; В - синхондроз (хрящевое соединение); Г- симфиз (гемиартроз); 1 - надкостница; 2- кость; 3- волокнистая соединительная ткань; 4 - хрящ; 5 - синовиальная мембрана; 6 - фиброзная мембрана; 7 - суставной хрящ; 8 - суставная полость; 9 - щель в межлобковом диске; 10- межлобковый диск

Фиброзные соединения обладают большой прочностью и малой подвижностью. К ним относятся синдесмозы (связки и межкостные перепонки), швы и вколачивание.

Связки представляют собой толстые пучки или пластины, образованные плотной волокнистой соединительной тканью с большим количеством коллагеновых волокон. В большинстве случаев связки соединяют две кости и подкрепляют суставы, ограничивая их движение, выдерживают значительные нагрузки.

Межкостные перепонки соединяют диафизы трубчатых костей, служат местом прикрепления мышц. В межкостных перепонках есть отверстия, через которые проходят кровеносные сосуды и нервы.

Разновидностью фиброзных соединений являются швы черепа, которые в зависимости от конфигурации соединяемых краев кости бывают губчатыми, чешуйчатыми и плоскими. Во всех видах швов между соединенными костями находятся тонкие прослойки соединительной ткани.

Вколачивание - особый вид фиброзного соединения, которое наблюдается в соединении зуба с костной тканью зубной альвеолы. Между зубом и костной стенкой содержится тонкая пластинка соединительной ткани - пара-донт.

Синхондрозы - соединения костей при помощи хрящевой ткани. Для них характерны упругость, прочность; они выполняют амортизационную функцию.

Замещение между костями хрящевой прослойки костной тканью называется синостозом. Подвижность в таких соединениях исчезает, а прочность возрастает.

Прерывные (синовиальные или суставные) соединения - наиболее подвижные соединения костей. Они обладают большой подвижностью и разнообразием движений. Характерными признаками сустава являются наличие суставных поверхностей, суставной полости, синовиальной жидкости и капсулы. Суставные поверхности костей покрыты гиалиновым хрящом толщиной от 0,25 до 6 мм в зависимости от нагрузки на сустав. Суставная полость - это щелевидное пространство между суставными поверхностями костей, которое окружено со всех сторон суставной капсулой и содержит в яебольшом количестве синовиальную жидкость.

Суставная капсула охватывает соединяющиеся концы костей, образует герметичный мешок, стенки которого имеют два слоя: наружный - фиброзный и внутренний - синовиальную оболочку.

Наружный фиброзный слой состоит из плотной волокнистой соединительной ткани с продольным направлением волокон и обеспечивает суставной капсуле значительную прочность. В некоторых суставах фиброзный слой может образовывать утолщения (капсульные связки), укрепляющие суставную сумку.

Внутренний слой (синовиальная оболочка) имеет небольшие выросты (ворсинки, богатые кровеносными сосудами), которые значительно увеличивают поверхность слоя. Синовиальная оболочка вырабатывает жидкость, которая увлажняет сочленяющиеся суставные поверхности, устраняя их трение друг о друга. Кроме того, эта оболочка и всасывает жидкость, обеспечивая непрерывный процесс обмена веществ.

При несоответствии суставных поверхностей между ними находятся хрящевые пластинки разной формы - суставные диски и мениски. Они способны смещаться при движениях, сглаживать неровности сочленяющихся поверхностей и выполняют амортизационную функцию.

В некоторых случаях (например, плечевой сустав) по краю суставной поверхности в одной из костей располагается суставная губа, которая углубляет ее, увеличивает площадь сустава, придает большее соответствие формы сочленяющихся поверхностей.

В зависимости от строения сочленяющихся поверхностей в суставах могут совершаться движения вокруг различных осей. Сгибание и разгибание - это движения вокруг фронтальной оси; отведение и приведение - вокруг сагиттальной оси; вращение - вокруг продольной оси; круговое вращение - вокруг всех осей. Амплитуда и объем движений в суставах зависят от разности угловых градусов сочленяющих поверхностей. Чем больше эта разность, тем больше размах движений.

По количеству сочленяющихся костей, форме их суставных поверхностей суставы могут отличаться друг от друга.

Сустав, образованный только двумя суставными поверхностями, называется простым, а сустав из трех и более суставных поверхностей - сложным.

Различают комплексные и комбинированные суставы. Первые характеризуются наличием между сочленяющимися поверхностями суставного диска или мениска; вторые представлены двумя анатомически изолированными суставами, которые действуют совместно (височно-нижнечелю-стной сустав).

По форме суставных поверхностей суставы делятся на цилиндрические, эллипсовидные и шаровидные (рис. 10).

Рис. 10.

1 - блоковидный; 2 - эллипсовидный; 3 - седловидный; 4 - шаровидный

Встречаются и варианты вышеперечисленных форм суставов. Например, разновидностью цилиндрического сустава является блоковидный сустав, шаровидного - чашеобразный и плоский суставы. Форма суставных поверхностей определяет оси, вокруг которых происходит движение в данном суставе. При цилиндрической форме суставных поверхностей движение осуществляется вокруг одной оси, при эллипсовидной - вокруг двух осей, при шаровидной - вокруг трех и более взаимно перпендикулярных осей. Таким образом, между формой суставных поверхностей и количеством осей движения существует определенная взаимосвязь. В связи с этим различают одно-, дву- и трехосные (многоосные) суставы.

К одноосным суставам относятся цилиндрические и бло-ковидные. Например, в цилиндрическом суставе вращение происходит вокруг вертикальней оси, которая совпадает с осью кости (вращение I шейного позвонка вместе с черепом вокруг зубовидного отростка II позвонка). В блоковидных суставах вращение происходит вокруг одной поперечной оси, например сгибание и разгибание в межфаланговых суставах. К блоковидному суставу относится и винтовой сустав, где движение осуществляется по спирали (плечелоктевой сустав).

К двуосным суставам относятся эллипсовидный, седловидный и мыщелковый суставы. В эллипсовидном суставе движения происходят вокруг взаимно перпендикулярных осей (например, лучезапястный сустав) - сгибание и разгибание вокруг фронтальной оси, приведение и отведение - вокруг сагиттальной оси.

В седловидном суставе (запястно-пястный сустав большого пальца кисти) происходят движения, аналогичные движениям в эллипсовидном суставе, т. е. не только отведение и приведение, но и противопоставление большого пальца остальным.

Мыщелковый сустав (коленный сустав) представляет собой переходную форму между блоковидным и эллипсовидным. Он имеет две выпуклые суставные головки, которые напоминают форму эллипса и называются мыщелками. В мыщелковом суставе возможно движение вокруг фронтальной оси - сгибание и разгибание, вокруг продольной - вращение.

К трехосным (многоосным) относятся шаровидный, чашеобразный и плоский суставы. В шаровидном суставе происходят сгибание и разгибание, приведение и отведение, а также вращение. В результате значительной разницы в размерах суставных поверхностей (головки сустава и суставной впадины) шаровидный (плечевой) сустав является самым подвижным среди всех суставов.

Чашеобразный сустав (тазобедренный сустав) является разновидностью шаровидного сустава. Он отличается от последнего большей глубиной суставной впадины. Вследствие небольшой разницы угловых размеров суставных поверхностей объем движений в этом суставе невелик.

В плоских суставах движения осуществляются вокруг трех осей, но амплитуда вращения ограничена в связи с незначительной кривизной и размерами суставных поверхностей. К плоским суставам относятся дугоотростчатые (межпозвоночные), предплюсно-плюсневые суставы.

Вконтакте

Клетки костной ткани (кости):

* остеобласты,

* остеоциты,

* остеокласты.

Основными клетками в сформированной костной ткани являются остеоциты. Это клетки отростчатой формы с крупным ядром и слабовыраженной цитоплазмой (клетки ядерного типа). Тела клеток локализуются в костных полостях - лакунах, а отростки - в костных канальцах. Многочисленные костные канальцы, анастомозируя между собой, пронизывают всю костную ткань, сообщаясь с периваскулярными пространствами, и образуют дренажную систему костной ткани. В этой дренажной системе содержится тканевая жидкость, посредством которой обеспечивается обмен веществ не только между клетками и тканевой жидкостью, но и межклеточным веществом. Для ультраструктурной организации остеоцитов характерно наличие в цитоплазме слабовыраженной зернистой эндоплазматической сети, небольшого числа митохондрий и лизосомы, центриоли отсутствуют. В ядре преобладает гетерохроматин. Все эти данные свидетельствуют о том, что остеоциты обладают незначительной функциональной активностью, которая заключается в поддержании обмена веществ между клетками и межклеточным веществом. Остеоциты являются дефинитивными формами клеток и не делятся. Образуются они из остеобластов.

Остеобласты содержатся только в развивающейся костной ткани. В сформированной костной ткани (кости) они отсутствуют, но содержатся обычно в неактивной форме в надкостнице. В развивающейся костной ткани они охватывают по периферии каждую костную пластинку, плотно прилегая друг к другу, образуя подобие эпителиального пласта. Форма таких активно функционирующих клеток может быть кубической, призматической, угловатой. В цитоплазме остеобластов содержится хорошо развитая зернистая эндоплазматическая сеть и пластинчатый комплекс Гольджи, много митохондрий. Такая ультраструктурная организация свидетельствует о том, что эти клетки являются синтезирующими и секретирующими.

Действительно, остеобласты синтезируют белок коллаген и гликозоаминогликаны, которые затем выделяют в межклеточное пространство. За счет этих компонентов формируется органический матрикс костной ткани. Затем эти же клетки обеспечивают минерализацию межклеточного вещества посредством выделения солей кальция. Постепенно, выделяя межклеточное вещество, они как бы замуровываются и превращаются в остеоциты. При этом внутриклеточные органеллы в значительной степени редуцируются, синтетическая и секреторная активность снижается и сохраняется функциональная активность, свойственная остеоцитам. Остеобласты, локализующиеся в камбиальном слое надкостницы, находятся в неактивном состоянии, синтетические и транспортные органеллы слабо развиты. При раздражении этих клеток (в случае травм, переломов костей и так далее) в цитоплазме быстро развивается зернистая эндоплазматическая сеть и пластинчатый комплекс, происходит активный синтез и выделение коллагена и гликозоаминогликанов, формирование органического матрикса (костная мозоль), а затем и формирование дефинитивной костной ткани (кости). Таким способом за счет деятельности остеобластов надкостницы, происходит регенерация костей при их повреждении.

Отеокласты - костеразрушающие клетки, в сформированной костной ткани отсутствуют. Но содержатся в надкостнице и в местах разрушения и перестройки костной ткани. Поскольку в онтогенезе непрерывно осуществляются локальные процессы перестройки костной ткани, то в этих местах обязательно присутствуют и остеокласты. В процессе эмбрионального остеогистогенеза эти клетки играют важную роль и определяются в большом количестве.

Остеокласты имеют характерную морфологию:

* эти клетки являются многоядерными (3-5 и более ядер);

* это довольно крупные клетки (диаметром около 90 мкм);

* они имеют характерную форму - клетка имеет овальную форму, но часть ее, прилежащая к костной ткани, является плоской.

При этом в плоской части выделяют две зоны:

* центральная часть - гофрированная, содержит многочисленные складки и островки;

* периферическая (прозрачная) часть тесно соприкасается с костной тканью.

В цитоплазме клетки, под ядрами, располагаются многочисленные лизосомы и вакуоли разной величины. Функциональная активность остеокласта проявляется следующим образом: в центральной (гофрированной) зоне основания клетки из цитоплазмы выделяются угольная кислота и протеолитические ферменты. Выделяющаяся угольная кислота вызывает деминерализацию костной ткани, а протеолитические ферменты разрушают органический матрикс межклеточного вещества. Фрагменты коллагеновых волокон фагоцитируются остеокластами и разрушаются внутриклеточно. Посредством этих механизмов происходит резорбция (разрушение) костной ткани и потому остеокласты обычно локализуются в углублениях костной ткани. После разрушения костной ткани за счет деятельности остеобластов, выселяющихся из соединительной ткани сосудов, происходит построение новой костной ткани.

Межклеточное вещество костной ткани состоит из:

* основного вещества

* и волокон, в которых содержатся соли кальция.

Волокна состоят из коллагена I типа и складываются в пучки, которые могут располагаться параллельно (упорядочено) или неупорядочено, на основании чего и строится гистологическая классификация костных тканей.

Основное вещество костной ткани, как и других разновидностей соединительных тканей, состоит из:

* гликозоаминогликанов

* и протеогликанов.

Однако химический состав этих веществ отличается. В частности в костной ткани содержится меньше хондроитинсерных кислот, но больше лимонной и других кислот, которые образуют комплексы с солями кальция. В процессе развития костной ткани вначале образуется органический матрикс-основное вещество и коллагеновые (оссеиновые, коллаген II типа) волокна, а затем уже в них откладываются соли кальция (главным образом фосфорнокислые). Соли кальция образуют кристаллы гидроксиаппатита, откладывающиеся как в аморфном веществе, так и в волокнах, но небольшая часть солей откладывается аморфно. Обеспечивая прочность костей, фосфорнокислые соли кальция одновременно являются депо кальция и фосфора в организме. Поэтому костная ткань принимает участие в минеральном обмене.

К сведению в организме (литературные данные):

1. От 208 до 214 индивидуальных костей.

2. Нативная кость состоит из 50% неорганического материала, 25% органических веществ и 25% воды, связанной с коллагеном и протеогликанами.

3. 90% органики составляет коллаген типа 1 и только 10% другие органические молекулы (гликопротеин остеокальцин, остеонектин, остеопонтин, костный сиалопротеин и другие пртеогликаны).

4. Костные компоненты представлены: органическим матриксом - 20-40%, неорганическими минералами – 50-70%, клеточными элементами 5-10% и жирами – 3%.

5. Макроскопически скелет состоит из двух компонентов – компактная или кортикальная кость; и сетчатая или губчатая кость.

6. В среднем вес скелета составляет 5 кг (вес сильно зависит от возраста, пола, строения тела и роста).

7. Во взрослом организме на долю кортикальной кости приходится 4 кг, т.е. 80% (в скелетной системе), тогда как губчатая кость составляет 20% и весит в среднем 1 кг.

8. Весь объем скелетной массы у взрослого человека составляет примерно 0.0014 м³ (1400000 мм³) или 1400 см³ (1.4 литра).

9. Поверхность кости представлена периостальной и эндостальной поверхностями – суммарно порядка 11,5 м² (11500000 мм²).

10. Периостальная поверхность покрывает весь внешний периметр кости и составляет 4.4% грубо 0,5 м² (500000 мм²) всей поверхности кости.

11. Внутренняя (эндостальная) поверхность состоит из трех составляющих – 1) внутрикортикальная поверхность (поверхность Гаверсовых каналов), которая составляет 30.4% или грубо 3,5 м² (3500000 мм²); 2) поверхность внутренней стороны кортикальной кости порядка 4.4% или грубо 0,5 м² (500000 мм²) и 3) поверхность трабекулярного компонента губчатой кости 60.8% или грубо 7 м² (7000000 мм²).

12. Губчатая кость 1 гр. в среднем имеет поверхность 70 см² (70000 см²: 1000 гр.), тогда как кортикальная кость 1 гр. имеет порядка 11.25 см² [(0.5+3.5+0.5) х 10000 см²: 4000 гр.], т.е. в 6 раз меньше. По мнению других авторов это соотношение может составлять 10 к 1.

13. Обычно при нормальном обмене веществ 0.6% кортикальной и 1.2% губчатой костной поверхности подвергается разрушению (резорбции) и, соответственно, 3% кортикальной и 6% губчатой костной поверхности вовлечены в формирование новой костной ткани. Остальная костная ткань (более 93% её поверхности) находится в состоянии отдыха или покоя.

Статья предоставлена ООО "Конектбиофарм"

Каждая кость человека представляет собой сложный орган: она занимает определенное положение в теле, имеет свою форму и строение, выполняет свойственную ей функцию. В образовании кости принимают участие все виды тканей, но преобладает костная ткань.

Общая характеристика костей человека

Хрящ покрывает только суставные поверхности кости, снаружи кость покрыта надкостницей, внутри расположен костный мозг. Кость содержит жировую ткань, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы.

Костная ткань обладает высокими механическими качествами, ее прочность можно сравнить с прочностью металла. Химический состав живой кости человека содержит: 50% воды, 12,5% органических веществ белковой природы (оссеин), 21,8% неорганических веществ (главным образом фосфат кальция) и 15,7% жира.

Виды костей по форме разделяют на:

• Трубчатые (длинные - плечевая, бедренная и др.; короткие - фаланги пальцев);
• плоские (лобная, теменная, лопатка и др.);
• губчатые (ребра, позвонки);
• смешанные (клиновидная, скуловая, нижняя челюсть).

Строение костей человека

Основной структурой единицей костной ткани является остеон, который виден в микроскоп при малом увеличении. Каждый остеон включает от 5 до 20 концентрически расположенных костных пластинок. Они напоминают собой вставленные друг в друга цилиндры. Каждая пластинка состоит из межклеточного вещества и клеток (остеобластов, остеоцитов, остеокластов). В центре остеона имеется канал - канал остеона; в нем проходят сосуды. Между соседними остеонами расположены вставочные костные пластинки.

Костную ткань образуют остеобласты , выделяя межклеточное вещество и замуровываясь в нем, они превращаются в остеоциты - клетки отростчатой формы, неспособные к митозу, со слабо выраженными органеллами. Соответственно в сформировавшейся кости содержатся в основном остеоциты, а остеобласты встречаются только в участках роста и регенерации костной ткани.

Наибольшее количество остеобластов находится в надкостнице - тонкой, но плотной соединительно-тканной пластинке, содержащей много кровеносных сосудов, нервных и лимфатических окончаний. Надкостница обеспечивает рост кости в толщину и питание кости.

Остеокласты содержат большое количество лизосом и способны выделять ферменты, чем можно объяснить растворение ими костного вещества. Эти клетки принимают участие в разрушении кости. При патологических состояниях в костной ткани количество их резко увеличивается.

Остеокласты имеют значение и в процессе развития кости: в процессе построения окончательной формы кости они разрушают обызвествленный хрящ и даже новообразованную кость, «подправляя» ее первичную форму.

Структура кости: компактное и губчатое вещество

На распиле, шлифах кости различают две ее структуры - компактное вещество (костные пластинки расположены плотно и упорядоченно), расположенное поверхностно, и губчатое вещество (костные элементы расположены рыхло), лежащее внутри кости.

Такое строение костей в полной мере соответствует основному принципу строительной механики - при наименьшей затрате материала и большой легкости обеспечить максимальную прочность сооружения. Это подтверждается и тем, что расположение трубчатых систем и основных костных балок соответствует направлению действия силы сжатия, растяжения и скручивания.

Структура костей представляет собой динамическую реактивную систему, изменяющуюся в течение всей жизни человека. Известно, что у людей, занимающихся тяжелым физическим трудом, компактный слой кости достигает относительно большого развития. В зависимости от изменения нагрузки на отдельные части тела могут изменяться расположение костных балок и структура кости в целом.

Соединение костей человека

Все соединения костей можно разделить на две группы:

• Непрерывные соединения , более ранние по развитию в филогенезе, неподвижные или малоподвижные по функции;
• прерывные соединения , более поздние по развитию и более подвижные по функции.

Между этими формами существует переходная - от непрерывных к прерывным или наоборот - полусустав .

Непрерывное соединение костей осуществляется посредством соединительной ткани, хрящей и костной ткани (кости собственно черепа). Прерывное соединение костей, или сустав, является более молодым образованием соединения костей. Все суставы имеют общий план строения, включающий суставную полость, суставную сумку и суставные поверхности.

Суставная полость выделяется условно, так как в норме между суставной сумкой и суставными концами костей пустоты не существует, а находится жидкость.

Суставная сумка охватывает суставные поверхности костей, образуя герметическую капсулу. Суставная сумка состоит из двух слоев, наружный слой которой переходит в надкостницу. Внутренний слой выделяет в полость сустава жидкость, играющую роль смазки, обеспечивая свободное скольжение суставных поверхностей.

Виды суставов

Суставные поверхности сочленяющихся костей покрыты суставным хрящом. Гладкая поверхность суставных хрящей способствует движению в суставах. Суставные поверхности по форме и величине очень разнообразны, их принято сравнивать с геометрическими фигурами. Отсюда и название суставов по форме : шаровидные (плечевой), эллипсовидные (луче-запястный), цилиндрические (луче-локтевой) и др.

Так как движения сочленяющихся звеньев совершаются вокруг одной, двух или многих осей, суставы принято также делить по количеству осей вращения на многоосные (шаровидный), двуосные (эллипсовидный, седловидный) и одноосные (цилиндрический, блоковидный).

В зависимости от количества сочленяющихся костей суставы делятся на простые, в которых соединяется две кости, и сложные, в которых сочленяется больше двух костей.

Классификация костей

Общая остеология

II. Остеология, osteologia

Остеология – учение о костях. Точное количество костей указать нельзя, так как их количество меняется с возрастом. Большая часть отдельных костных элементов срастается между собой и в связи с этим скелет у взрослого человека содержит от 200 до 230 костей, из которых 33-34 непарные, остальные – парные (рис. 2.1).

Кости вместе с их соединениями в организме человека составляют скелет. Следовательно, скелет – это комплекс отдельных костей, соединенных между собой при помощи соединительной, хрящевой или костной тканей, вместе с которыми и составляет пассивную часть аппарата движения.

Кости образуют твердый скелет, в который входят позвоночный столб (позвоночник), грудина и ребра (кости туловища), череп, кости верхних и нижних конечностей. Прежде всего, скелет выполняет механические функции – опорную, функции движения и защитную:

– опорная функция заключается в формировании жесткого костно-хрящевого остова тела для мягких тканей (мышц, связок, фасций, внутренних органов);

– функция движения осуществляется благодаря наличию подвижных соединений между костями, приводимых в движение мышцами, обеспечивающие локомоторную функцию (перемещение тела в пространстве);

– защитная функция обусловлена участием костей в формировании костных вместилищ для головного мозга и органов чувств (полость черепа), для спинного мозга (позвоночный канал), грудная клетка защищает сердце, легкие, крупные сосуды и нервные стволы, тазовые кости предохраняют от повреждений такие органы, как прямая кишка, мочевой пузырь и внутренние половые органы.

Кости скелета выполняют также биологические функции:

– большинство костей содержат внутри красный костный мозг, который является органом кроветворения , а также органом иммунной системы организма;

– кости принимают участие в минеральном обмене . В них депонируются многочисленные химические элементы, преимущественно соли кальция, фосфора, железа и др.

Кость, os – структурно-функциональная единица скелета человека, орган, состоящий из нескольких тканей (костной, хрящевой и соединительной), являющийся компонентом системы органов опоры и движения, имеющий типичную форму и строение, покрытый снаружи надкостницей, periosteum , и содержащий внутри костный мозг, medulla osseum .

В основу классификации костей заложены следующие принципы: форма (строение костей), их развитие и функции. По форме и строению различают следующие группы костей туловища и конечностей: трубчатые (длинные и короткие), губчатые (короткие, сессамовидные, длинные), плоские (широкие), смешанные и воздухоносные (рис. 2.1):

– трубчатые кости образуют твердую основу конечностей. Эти кости имеют форму трубок, их средняя часть – диафиз (или тело, corpus) имеет цилиндрическую или призматическую форму. Утолщенные концы длинной трубчатой кости называются эпифизами . Участки кости, находящиеся между диафизом и эпифизом, называют метафизом . За счет метафизарной хрящевой зоны кость растет в длину. По величине они могут быть разделены на длинные (плечевая, humerus , локтевая, ulna , лучевая, radius , бедренная, femur , малоберцовая, fibula , большеберцовая, tibia ), и короткие (кости пястья, ossa metacarpalia , кости плюсны, ossa metatarsalia , фаланги пальцев, ossa digitorum ;

– губчатые кости располагаются в тех частях скелета, где значительная подвижность костей сочетается с большой механической нагрузкой (кости запястья, ossa carpi , кости предплюсны, ossa tarsalia ). К коротким костям относят также сесамовидные кости, расположенные в толще некоторых сухожилий: надколенник, patella , гороховидная кость, os piriforme , сессамовидные кости пальцев руки и ноги;

– плоские (широкие) кости формируют стенки полостей, выполняют защитные функции: кости крыши черепа – лобная кость, os frontale , теменная кость, os parietale ; кости поясов – лопатка, scapula , тазовая кость, os coxae ;

– смешанные кости построены сложно. Это кости, сливающиеся из нескольких частей, имеют разные функции, строение и развитие (например, ключица, clavicula , кости основания черепа, ossa basis cranii );

– воздухоносные кости – кости, имеющие в теле полость, выстланную слизистой оболочкой и заполненную воздухом. Такие полости имеют некоторые кости черепа (лобная, os frontale , клиновидная, os sphenoidale , решетчатая, os ethmoidale , верхняя челюсть, maxilla ).

На поверхности каждой кости имеются неровности. Это места начала и прикрепления мышц, фасций, связок. Возвышения, отростки, бугры называются апофизами .

Рис 2.1 Скелет человека (вид спереди):

1 – череп, cranium; 2 – позвоночный столб, columna vertebralis; 3 – ключица, clavicula; 4 – ребро, costa; 5 – грудина, sternum; 6 – плечевая кость, humerus; 7 – лучевая кость, radius; 8 – локтевая кость, ulna; 9 – кости запястья, carpus; 10 – пястные кости, metacarpus; 11 – фаланги пальцев кисти, ossa digitorum manus; 12 – подвздошная кость, os illium; 13 – крестец, os sacrum; 14 – лобковая кость, os pubis; 15 – седалищная кость, os ischii; 16 – бедренная кость, femur; 17 – надколенник, patella; 18 – большеберцовая кость, tibia; 19 – малоберцовая кость, fibula; 20 – кости предплюсны, tarsus; 21 – плюсневые кости, metatarsi; 22 – фаланги пальцев кости, phalanges digitorum pedis.

Большинство костей взрослого человека состоит из пластинчатой костной ткани. Из нее образовано компактное вещество, расположенное по периферии, и губчатое – массы костных перекладин в середине кости.

Компактное вещество, substantia compacta , кости образуют диафизы трубчатых костей, в виде тонкой пластины покрывает снаружи их эпифизы, а также губчатые и плоские кости, построенные из губчатого вещества. Компактное вещество костей пронизано тонкими каналами, в которых проходят кровеносные сосуды и нервные волокна. Одни каналы располагаются преимущественно параллельно поверхности кости (центральные , или гаверсовы, каналы), другие открываются на поверхности кости питательными отверстиями (foramina nutricia), через которые в толщу кости проникают артерии и нервы, а выходят вены.

Стенки центральных (гаверсовых) каналов образованы концентрическими пластинками, расположенными вокруг центрального канала. Вокруг одного имеются канала от 4 до 20, как бы вставленных друг в друга таких костных пластинок. Центральный канал вместе с окружающими его пластинами называется остеоном (гаверсова система) (рис. 2.2). Остеон является структурно-функциональной единицей компактного вещества кости.

Губчатое вещество, substantia spongiosa , представлено соединяющимися между собой трабекулами, образующими пространственную решетку, напоминающую пчелиные соты. Его перекладины располагаются не беспорядочно, а закономерно, соответственно функциональным условиям. Структурно-функциональной единицей губчатого вещества является трабекулярный пакет, представляющий собой совокупность параллельно расположенных костных пластинок в пределах одной трабекулы и отграниченных друг от друга спайной линией. Костные ячейки содержат костный мозг – орган кроветворения и биологической защиты организма. Он участвует также в питании, развитии и росте кости. В трубчатых костях костный мозг находится также в канале этих костей, называемом, поэтому костномозговой полостью, cavitas medullaris . Таким образом, все внутренние пространства кости заполняются костным мозгом, составляющим неотъемлемую часть кости как органа. Различают красный костный мозг и желтый костный мозг.

Красный костный мозг, medulla ossium rubra , имеет вид нежной красной массы, состоящей из ретикулярной ткани, в петлях которой находятся клеточные элементы, имеющие непосредственное отношение к кроветворению (стволовые клетки), к иммунной системе и костеобразованию (костесозидатели – остеобласты и костеразрушители – остеокласты), кровеносные сосуды и кровяные элементы и придают костному мозгу красный цвет.

Желтый костный мозг, medulla ossium flava , обязан своим цветом жировым клеткам, из которых он и состоит.

Распределение компактного и губчатого вещества зависит от функции кости. Компактное вещество находится в тех костях и в тех частях их, которые выполняют преимущественно функцию опоры (стойки) и движения (рычаги), например, в диафизах трубчатых костей. В местах, где при большом объеме требуется сохранить легкость и вместе с тем прочность, образуется губчатое вещество, например, в эпифизах трубчатых костей (рис. 2.2)

Рис 2.2 Бедренная кость:

а – строение бедренной кости на распиле; б – перекладины губчатого вещества располагаются не беспорядочно, а закономерно; 1 – эпифиз; 2 – метафиз; 3 – апофиз; 4 – губчатое вещество; 5 – диафиз; 6 – компактное вещество; 7 – костномозговая полость.

Вся кость, кроме мест соединения с костями (суставного хряща), покрыта соединительнотканной оболочкой – надкостницей, periosteum (периост). Это тонкая, крепкая соединительнотканная пленка бледно-розового цвета, окружающего кость снаружи, состоящая у взрослых из двух слоев: наружного волокнистого (фиброзного) и внутреннего костеобразующего (остеогенного, или камбиального). Она богата нервами и сосудами, благодаря чему участвует в питании и росте кости в толщину.

Таким образом, в понятие кости как органа входит костная ткань, образующая главную массу кости, а так же костный мозг, надкостница, суставной хрящ и многочисленные нервы и сосуды.

Химический состав костей сложен. В живом организме в составе кости взрослого человека присутствует около 50% воды, 28% органических и 22% неорганических веществ. Неорганические вещества представлены соединениями кальция, фосфора, магния и других элементов. Органические вещества кости – это коллагеновые волокна, белки (95%), жиры и углеводы (5%). Эти вещества придают костям упругость и эластичность. При увеличении доли неорганических соединений (в старческом возрасте, при некоторых заболеваниях) кость становится ломкой, хрупкой. Прочность кости обеспечивается физико-химическим единством неорганических и органических веществ и особенностями ее конструкции. Химический состав костей зависит от возраста (у детей преобладают органические вещества, у стариков – неорганические), общего состояния организма, функциональных нагрузок и пр. При ряде заболевания состав костей изменяется.

Кость - самое твердое после зубной эмали вещество, присутствующее в организме человека. Необычайно высокая ее сопротивляемость обусловлена особенностями строения: костное вещество представляет собой особый вид соединительной ткани - костную ткань, характерными признаками которой являются твердое, пропитанное минеральными солями волокнистое межклеточное вещество и звездчатые клетки, снабженные многочисленными отростками.

Классификация костей

Каждая кость является самостоятельным органом и состоит из двух частей: внешней - надкостницы и внутренней, образованной костной тканью. Внутри, в костномозговых полостях, находится костный мозг - важнейший кроветворный орган человека.

В зависимости от формы, обусловленной выполняемой функцией, различают следующие группы костей

• длинные (трубчатые);
• короткие (губчатые);
• плоские (широкие);
• смешанные (ненормальные);
• воздухоносные.

Длинная (трубчатая) кость имеет удлиненную, цилиндрической или трехгранной формы среднюю часть -тело кости, диафиз. Утолщенные концы ее называют эпифизами. Каждый эпифиз имеет суставную поверхность, покрытую суставным хрящом, которая служит для соединения с соседними костями. Трубчатые кости составляют скелет конечностей, выполняют функции рычагов. Выделяют кости длинные (плечевая, бедренная, кости предплечья и голени) и короткие (пястные, плюсневые, фаланги пальцев).

Короткая (губчатая) кость имеет форму неправильного куба или многогранника. Такие кости расположены в определенных участках скелета, где прочность их сочетается с подвижностью: в соединениях между костями (запястья, предплюсны).

Плоские (широкие) кости участвуют в образовании полостей тела и выполняют также защитную функцию (кости свода черепа, тазовые кости, грудина, ребра). Одновременно они представляют собой обширные поверхности для прикрепления мышц, а также, наряду с трубчатыми костями, являются вместилищами костного мозга.

Важная особенность эволюции - наличие коротких костей в запястье человека (что делает его кисть пригодной для выполнения различных манипуляций) и в пальцах стопы (что придает особенную устойчивость в положении стоя)

Смешанные (ненормальные) кости отличаются сложным строением и разнообразной формой. Например, тело позвонка относится к губчатым костям, а его дуга, отростки - к плоским.

Воздухоносные кости имеют в теле полость, выстланную слизистой оболочкой и заполненную воздухом. К ним относятся некоторые кости черепа: лобная, клиновидная, решетчатая, верхняя челюсть.

По мере роста кости последовательно образуются слои костной ткани.

Губчатая костная ткань образует внутреннюю часть кости. Ее пористая структура делает кости легкими и устойчивыми к дроблению. Небольшие полости в губчатой ткани заполнены красным костным мозгом, который вырабатывает клетки крови.

Компактная костная ткань, жесткая и очень плотная, образует внешний слой кости и обеспечивает сопротивление давлению и внешним воздействиям. На ее поверхности имеются гаверсовы каналы (остеоны), по которым проходят кровеносные сосуды, питающие кости, а внутри, в костномозговом канале, содержится желтый костный мозг - ткань с жировыми включениями.

Химический состав костей

Костная ткань богата минералами (в особенности кальцием), которые обеспечивают ей высокую прочность, и коллагеном - белком, придающим гибкость. Она постоянно обновляется за счет баланса между двумя видами особых клеток: остеобластов, которые производят костную ткань, и остеокластов, которые ее уничтожают. Остеобласты играют ключевую роль в росте и поддержании скелета и «ремонте» костей после переломов.

В состав костей входят как органические (жиры, белки, углеводистые соединения), так и неорганические вещества (в основном минеральные соединения фосфора и кальция). Количество первых тем больше, чем моложе организм; именно поэтому в юности кости отличаются гибкостью и мягкостью, а в пожилом возрасте - твердостью и хрупкостью. У взрослого человека количество минеральных веществ (главным образом гидроксиапатита) составляет около 60-70 % веса кости, а органических (в основном коллагена - волокон соединительной ткани) - от 30 до 40 %. Кости имеют высокую прочность и оказывают громадное сопротивление — сжатию; они способны чрезвычайно долго противостоять разрушению и принадлежат к числу самых распространенных остатков ископаемых животных. При прокаливании костей теряет органическое вещество, но сохраняет свою форму и строение; подвергая ее воздействию кислоты (например, соляной), можно растворить минеральные вещества и получить гибкий хрящевой остов кости.

Желтый костный мозг в норме не выполняет кроветворной функции, но при больших кровопотерях в нем появляются очаги кроветворения. С возрастом объем и масса костного мозга изменяются. Если у новорожденных на его долю приходится примерно 1,4 % массы тела, то у взрослого человека - 4,6%.