Возрастные изменения скелета

 

Скелет человека проходит 3 стадии развития – перепончатую, хрящевую и костную. Кости формируются или непосредственно из эмбриональной соединительной ткани (мезенхимы), минуя стадию хряща - перепончатый остеогенез (так развиваются кости свода черепа, кости лица, часть ключицы, конечные фаланги пальцев), или на основе хрящевой модели - хрящевой остеогенез. В ходе развития скелета одна опорная ткань, менее дифференцированная, замещается другой, имеющей более высокие механические свойства, костной тканью.

При развитии кости из мезенхимы в последней появляются одна или несколько точек окостенения - остеогенные островки, состоящие из молодых костных клеток - остеобластов, вырабатывающих, остеоид и оссеиновые волокна. Остеоид (аморфное вещество) постепенно обызвествляется. Замурованные в нем остеобласты превращаются в остеоциты. В результате образуются костные перекладины (трабекулы). Формирование кости происходит благодаря слиянию трабекул друг с другом в единую сеть, в которой оссеиновые волокна проходят не ориентированно, рыхло. Так образуется сравнительно непрочная грубоволокнистая костная ткань, замещающаяся в дальнейшем пластинчатой костной тканью, из которой состоят кости взрослого.

Кости туловища, конечностей, основания черепа развиваются на основе хряща. Первоначально формируется хрящевая модель будущей кости, которая служит основой для ее развития, а в дальнейшем она разрушается и замещается костью. Модель образована гиалиновым хрящом и сходна по форме с будущей костью, отличаясь от нее только отсутствием диафизарной полости. Хрящ покрыт снаружи надхрящницей. В средней части хрящевой модели - будущем диафизе - остеобласты внутреннего росткового слоя надхрящницы начинают синтезировать костное межклеточное вещество, и формирующиеся из него трабекулы образуют костную манжетку, охватывающую хрящ. Образованная перихондрально (вокруг хряща) кость постепенно утолщается и разрастается в стороны эпифизов. Первоначально она является грубоволокнистой, в дальнейшем волокна и костные пластинки приобретают ориентированное расположение. Кость становится пластинчатой. Пластинки костной ткани, располагаясь концентрически вокруг врастающих в кость сосудов, формируют остеоны - структурно-функциональные единицы костной ткани. Надхрящница превращается в надкостницу. За счет клеток ее росткового слоя кость продолжает расти в толщину.

Одновременно с перихондральной костной тканью образуется костная ткань внутри хряща - энхондральная. Вместе с мезенхимой, окружающей кровеносные сосуды, врастающие в надкостницу, туда проникают остеогенные клетки, дифференцирующиеся в остеокласты, разрушающие хрящ, и остеобласты, создающие кость на месте разрушенного хряща.

Очаги пери- и энхондрального окостенения сливаются, образуя диафиз, и распространяются на эпифизы. Разрушение кости в центральной части диафиза остеокластами приводит к образованию костномозговой полости.

Развитие кости на месте хряща начинается на 2-м месяце эмбриогенеза. Вскоре после рождения вторичные очаги, или точки окостенения, появляются в проксимальных, а затем – дистальных эпифизах, где в дальнейшем формируются пластинки губчатой кости, а неизмененный гиалиновый хрящ в эпифизах сохраняется только на суставной поверхности и в области, прилежащей к диафизу. Эта хрящевая пластинка между эпифизом и диафизом (метаэпифизарная) за счет размножения образующих ее клеток обеспечивает рост кости в длину.

 

У новорожденного ребенка скелет состоит из 270 костей (у взрослого их 207). Кость новорожденного характеризуется большим количеством хрящевой ткани, надкостница ее толстая, сосудистая сеть богата, гаверсовы каналы не имеют правильного расположения, коллагеновые волокна тонкие, кристаллы апатита малого размера. Доля неорганического вещества составляет половину массы кости, а не 70%, как у взрослого. Кости новорожденного менее плотные, гибкие, более упруги, эластичны и в большей степени склонны к деформации. Грубоволокнистая костная ткань в течение первых 2-х месяцев жизни превращается в пластинчатую, но остеоны ее еще не развиты. Гаверсовы каналы в костной ткани широкие, контуры их неровные. Построение остеонов начинается с 5-ти месяцев, а у детей 9-ти месяцев возникает уже система остеонов, развитие которой заканчивается к 2-м годам. Толщина коллагеновых волокон и минерализация костей увеличиваются по мере освоения ребенком вертикального положения и ходьбы.

 

ГРУБОВОЛОКНИСТАЯ КОСТНАЯ ТКАНЬ характеризуется неупорядоченным расположением коллагеновых волокон, отличается относительно небольшой механической прочностью. Остеоциты в ней не имеют закономерной ориентации, их в ней больше, чем в пластинчатой кости; минеральных компонентов в межклеточном веществе меньше.

ПЛАСТИНЧАТАЯ КОСТНАЯ ТКАНЬ состоит из костных пластинок, образующих в кости несколько систем - остеонов - с остеоцитами, находящимися в полостях (лакунах), располагающимися упорядоченно между пластинками высокоминерализованного межклеточного вещества.

КОМПАКТНОЕ ВЕЩЕСТВО КОСТИ сравнительно плотное, тяжелое, составляет 80% массы скелета взрослого человека. Оно образует диафизы трубчатых костей и формирует наружный слой костной ткани всех других костей. Его обновление протекает медленнее, чем губчатого вещества. Оно в меньшей мере подвергается изменениям при старении. Компактное вещество обладает большой механической прочностью и располагается снаружи от менее прочного губчатого вещества, защищая его от повреждений. Оно испытывает значительные нагрузки крепящихся к костям мышц.

ГУБЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО КОСТИ относительно легкое, состоит из трехмерной сети трабекул, разделенных пространствами, содержащими костный мозг. Трабёкулы образованы параллельно лежащими костными пластинками неправильной формы. Остеоциты располагаются между пластинками. Такое строение губчатого вещества обеспечивает не только большую площадь поверхности, на которой осуществляются метаболические процессы, но и придает кости высокую механическую прочность при относительно небольшой массе. Наиболее толстые и мощные трабёкулы располагаются в направлении действия максимальных механических нагрузок.

Развитие костной ткани после рождения обеспечивает дальнейшее формирование и рост костей в детском и подростковом возрасте. На 1-6-м годах после рождения появляются точки окостенения в эпифизах трубчатых костей, костях запястья, предплюсны. Только таранная и пяточная кости начинают окостеневать до рождения.

Начиная с 8-9 лет, с появлением добавочных точек окостенения в бугорках, гребнях, отростках костей происходит полное формирование их рельефа. Эти точки появляются до 16-18 лет. Появление каждой из них происходит в определенное время. По числу и срокам их появления можно судить о возрасте ребенка.

Рост плоских костей происходит за счет надкостницы и соединительной ткани швов, рост трубчатых костей в толщину - также за счет надкостницы, а в длину - за счет эпифизарных хрящей, расположенных между эпифизом и диафизом. Рост трубчатых костей в основном заканчивается у женщин в 17-18 лет, у мужчин - после 18 лет. В малой степени рост костей может происходить и после окостенения эпифизарных хрящей - за счет гиалиновой хрящевой ткани суставных поверхностей.

Рост костей в организме регулируется гормонами гипофиза, щитовидной, паращитовидных, половых желез, поджелудочной и других эндокринных желез. Важнейшим регулятором роста является соматотропный гормон гипофиза. Недостаточная выработка его приводит к карликовости, а избыточная – к гигантизму. Половые гормоны необходимы для роста костей, в то же время, резкое повышение уровня их секреции при преждевременном половом созревании вызывает прекращение роста и замещение хрящевой пластинки роста в трубчатых костях костной тканью. Лица с недостаточной функцией половых желез обычно имеют высокий рост, длинные конечности.

При завершении роста кости в длину, когда метаэпифизарная хрящевая пластинка замещается костной тканью, способность кости расти в толщину сохраняется. В процессе развития рост трубчатых костей в толщину сочетается с ростом их в длину. Утолщение кости идет благодаря постоянному отложению новых слоев костной ткани на наружной поверхности диафиза. Остеогенные клетки находятся во внутреннем слое надкостницы. Они способны превращаться в активные остеобласты. Одновременно происходит разрушение костной ткани со стороны костномозговой полости, которая при этом постепенно расширяется. Отложение костной ткани снаружи происходит более активно, чем ее разрушение (резорбция) изнутри, в связи с этим увеличивается не только диаметр диафиза, но и толщина компактного вещества кости.

На протяжении жизни кость постоянно перестраивается. Разрушение старого и образование нового костного вещества происходит периостально (со стороны надкостницы), эндостально (со стороны костномозговой полости) и мезоостально (в толще кости). Подсчитано, что средняя продолжительность жизни одной костной клетки (остеоцита) составляет около 25 лет, т.е. на протяжении жизни костное вещество не раз обновляется полностью.

С возрастом у детей и подростков размеры костей увеличиваются, они становятся более массивными, толщина их компактного вещества нарастает, перекладины губчатого вещества разрастаются. Активное костеобразование в первые годы жизни сменяется пониженным к концу первого десятилетия, а затем снова нарастает в период полового созревания, снижаясь до минимальных значений к 30-40 годам, затем вновь повышаясь в пожилом и старческом возрасте. За 10-20 лет у человека обновляется примерно половина скелета.

Масса скелета составляет у новорожденных примерно 11% массы тела, у детей других возрастных групп - от 9 до 18%. У взрослых людей на протяжении большей части жизни соотношение массы скелета и тела удерживается на уровне 20%. У пожилых и старых людей масса скелета несколько уменьшается. Максимум массы костной ткани в организме достигается примерно к 25 годам.

Инволютивные изменения костей начинаются очень рано. Начальные их признаки могут обнаруживаться в костях, подвергающихся механической перегрузке, уже на 2-м десятилетии жизни: истончение суставного хряща и появление по периферии суставных поверхностей костных выростов - краевых остеофитов.

В период старения масса костного вещества уменьшается, однако, при этом нагрузки на кость не только не снижаются, а могут даже возрастать из-за излишка жировой клетчатки в организме. В маломассивных трубчатых костях, приспосабливающихся к сохранению механической прочности, расширяются диафиз и эпифизы, т.е. повышается периостальное костеобразование. Приспособительным изменениям подвергаются и структурно-функциональные единицы кости - остеоны; их диаметр увеличивается.

На поздних этапах остеогенеза в старческом возрасте преобладают процессы периостального костеразрушения: уменьшаются размеры кости, диаметр остеонов, ухудшается их трофика.

Остеогенез сопровождается постоянной внутренней перестройкой костей. В пластинчатой кости происходит непрерывный процесс разрушения старых и формирования новых остеонов и трабекул, особенно активизирующийся в ответ на возрастающие физические нагрузки, различные повреждения, травмы.

В период прогрессирующего развития костной ткани остеосинтез преобладает над ее резорбцией, что характерно для детского возраста. Скорость обновления костной ткани у детей достигает 30-100% в год, и осуществляется оно на всей поверхности кости, в отличие от перестройки костной ткани у взрослых, которая затрагивает лишь около 20% костной поверхности. У взрослых скорость обновления костной ткани резко снижается и составляет в среднем 2-5% в год.

Абсолютное значение максимума массы костной ткани, достигнутое примерно к 25 годам, зависит от пола, расовой принадлежности, наследственных факторов, физической активности и количества кальция, полученного в детском и подростковом возрасте.

После 25 лет отмечается некоторое превышение процессов резорбции костной ткани над ее образованием; в результате происходит постепенная потеря массы костной ткани. При этом наблюдаются выраженные различия в течении этого процесса у мужчин и женщин. Так, у молодых женщин потеря костной ткани происходит с такой же скоростью, как у мужчин - около 0,4% массы костной ткани в год, а после менопаузы резорбция резко ускоряется - 1% в год. К старости у мужчин теряется 5-15% кортикальной кости (компактного вещества) и 15-45% трабекулярной (губчатого вещества), а у женщин, соответственно, 25-30% компактного и 35-50% губчатого вещества. Кости при этом становятся ломкими, легко деформируются. Особенно опасно разрежение костной ткани в позвонках, шейке бедра, костях предплечья, где оно достигает 40-60%, что предрасполагает к частым переломам. Скорость резорбции костной ткани увеличивается при курении, злоупотреблении алкоголем, неправильном питании, гиподинамии.

Остеопороз - избыточная потеря костной ткани (по отношению к нормальному показателю возрастной группы), при которой данный объем кости содержит меньшую массу костной ткани. Остеопороз - одно из самых распространенных обменных заболеваний костной системы, поражающих преимущественно пожилых людей, особенно женщин. Он выявляется у 30-80% людей 70-80-летнего возраста. Факторы, способствующие его развитию: снижение физической активности, гормональные, обменные нарушения, воздействие токсических веществ. При длительной гиподинамии, например, вынужденном пребывании в постели потеря массы костной ткани может достигать 30% за полгода. К значительным потерям костной ткани приводят длительные космические полеты.

Гормональные и обменные нарушения, вызывающие и усиливающие остеопороз - это повышенная активность паращитовидных желез, усиливающих продукцию паратгормона, повышенная продукция или введение кортикостероидов - гормонов коры надпочечников, гипертиреоз (повышенная секреция гормонов щитовидной железы), снижение функции половых желез, особенно яичников у женщин в период менопаузы. Остеопороз возникает также при недостаточном поступлении кальция в организм, в том числе в связи с заболеваниями пищеварительного тракта, гиповитаминозом Д.