Отличия костной ткани от хрящевой

 

1. Минерализованный матрикс – содержит до 70% неорганических соединений. В результате устойчивость к сжатию и растяжению.

2. Клетки костной ткани (остеоциты) соединяются между собой тонкими цитоплазматическими отростками – необходимо для обеспечения питания клеток.

3. Имеет собственные кровеносные сосуды. Остеоциты располагаются не далее 0,1-0,2 мм от капилляров.

4. Только аппозиционный механизм роста.

 

Матрикс костной ткани

 

Занимает около 90% объема. Состоит из органического и минерального компонентов.

 

Органический матрикс. 90% составляет коллаген I типа, около 5% другие коллагены и 5% другие органические соединения.

Коллаген I типа – располагается в виде толстых волокон, вдоль которых осуществляется минерализация матрикса. Коллаген может активно связывать пирофосфаты.

Неколлагеновые белки – остеокальцин, остеонектин, фибронектин, остеопонтин.

Гликозаминогликаны – хондроитинсульфат (может выступать как активный накопитель и переносчик кальция), гиалуроновая кислота, дерматансульфат, кератансульфат.

Много лимонной кислоты – образует комплексы с кальцием.

 

Минеральный матрикс. В двух основных формах – аморфной и кристаллической.

Аморфный компонент – фосфат кальция – составляет около 60% минеральных веществ. Гранулы округлой формы 5-20 нм. Продукт жизнедеятельности костных клеток. Растворимость выше чем у апатита. Лабильный резерв ионов кальция и фосфора.

Кристаллический – кристаллы гидроксиапатита 10-150 нм. Расположены в виде упорядоченной кристаллической решетки. Са₁₀(РО₄)₆ (ОН)₂.

 

Клетки костной ткани

 

Остеобласты

 

Клетки, формирующие костную ткань. Располагаются на поверхности кости, в глубоких слоях надкостницы, в Гаверсовых каналах и в местах регенерации. Происходят из мезенхимных клеток. Не способны к митозам. Подразделяются на активные и покоящиеся.

Активные – крупные, кубические или цилиндрические клетки, диаметром до 20-40 мкм. Покрывают 2-8% поверхности кости. Ядро крупное светлое округлое, расположено на противоположном от места синтеза полюсе. 1-2 ядрышка. Сильно развиты гранулярная ЭПС, АГ, много свободных рибосом. Митохондрии вытянутые с низкими кристами, часто содержат кальций. Маркером клеток является фермент щелочная фосфотаза.

Основные функции – синтез органических компонентов матрикса и минерализация матрикса. Под влиянием паратгормона могут синтезировать ферменты, разрушающие матрикс и принимать участие в резорбции (рассасывании) матрикса – обычно вдоль каналов остеонов. В результате образуются лакуны остеобластической резорбции.

Могут снижать активность и превращаться в покоящиеся остеобласты или в результате своей деятельности замуровываются в матрикс и становятся остеоцитами.

Покоящиеся – располагаются на поверхности кости, формируя выстилку. Форма удлиненная, уплощенная, много цитоплазматических отростков, контактирующих с отростками соседних остеобластов и остеоцитов. Не принимают участие в формировании кости, передают питательные вещества от сосудов к остеоцитам.

 

Остеоциты

 

Высокодифференцированные клетки, окруженные минерализованным костным матриксом. В зрелом скелете составляют около 90% от всех клеток. Размер 15-45 мкм. Ядро одно, небольшое, органелл мало, синтез незначителен. Форма вытянутая, имеют длинные цитоплазматические отростки – до 50-60 мкм. Отростки соседних клеток соприкасаются боковыми поверхностями на значительном расстоянии и соединяются щелевыми контактами. На поверхности кости отростки контактируют с отростками остеобластов надкостницы. Отростки всех клеток образуют сеть, необходимую для транспорта питательных веществ от кровеносных сосудов надкостницы и остеонов.

Клетки располагаются в остеоцитарных лакунах, заполненных тканевой жидкостью и выстланных хаотично расположенными коллагеновыми фибриллами – остеоидный слой. Отростки лежат в канальцах между лакунами.

Основная функция – обеспечение обмена воды, белков и ионов в костной ткани. Поддержание структуры ткани.

 

Остеокласты

 

Клетки, разрушающие минерализованный хрящ и кость. Происходят из моноцитов крови. Крупные – до 150-180 мкм. Многоядерные – от 4 до 20 и более светлых ядер. Могут передвигаться, распадаться на одноядерные клетки и вновь сливаться. Большое количество наблюдается в местах роста и перестройки кости. Стимуляторы активности – паратгормон, тирксин, гиподинамия. Ингибиторы – кальцитонин, эстроген, тестостерон.

 

Форма у активно работающих клеток куполообразная. Наблюдается четкая дифференциация на 4 зоны:

1. Светлая зона – зона плотного прилегания остеокласта к кости. Располагается по периферии нижней поверхности клетки. Создает замкнутое пространство под остеокластом. Не содержит мембранных органелл, цитоплазма прозрачная, много актиновых микрофиламентов.

2. Гофрированная зона (каемка) – расположена на нижней части клетки внутрь от светлой зоны. Рабочая зона, появляется при работе остеокласта и глубоко погружается в матрикс, образуя лакуну. Имеет многочисленные тонкие, ветвящиеся и анастомозирующие выросты цитоплазмы. Зона секреции и абсорбции. Происходит выделение протонов водорода, закисление среды и растворение минерального компонента матрикса. Затем выделяются гидролитические ферменты, которые разрушают органический матрикс.

3. Везикулярная зона – цитоплазма над гофрированной каемкой. Содержит многочисленные лизосомы.

4. Базальная зона – верхняя часть цитоплазмы, содержит ядра, АГ, митохондрии, рибосомы и т.д.

 

Надкостница

 

На поверхности кости формируется надкостница – периост. В ней различают два слоя:

– внутренний – остеогенный (камбиальный) – содержит остеогенные клетки, которые могут дифференцироваться в хрящевые или костные (полустволовые и остеобласты). Много кровеносных сосудов.

– наружный – фиброзный – из плотной волокнистой соединительной ткани с преобладанием коллагеновых волокон. Из этого слоя некоторые пучки коллагеновых волокон врастают в кость и плотно связывают ее с периостом – волокна Шарпея.

 

Эндост – выстилает изнутри костно-мозговые полости. Строение аналогично периосту, но граница между внутренним и внешним слоем менее выражена.

 

Виды костной ткани

 

Выделяют два основных вида костной ткани, которые отличаются структурой и свойствами матрикса – грубоволокнистная и пластинчатая.

 

Грубоволокнистая (ретикулофиброзная)

 

Обычно встречается у зародышей. При развитии замещается пластинчатой. У взрослых располагается в местах прикрепления сухожилий к костям, в местах зарастания черепных швов, в зубных альвеолах, в костном лабиринте внутреннего уха. Может появляться при повреждениях, нарушениях метаболизма.

Характерна высокая скорость формирования и обмена. Матрикс содержит мало минеральных солей, много протеогликанов и гликозаминогликанов. Коллагеновые волокна в виде мощных пучков, расположенных беспорядочно. Остеоциты – близко расположенные, не имеют определенной ориентации по отношению друг к другу.

 

Пластинчатая

 

Отличается упорядоченным расположением коллагеновых волокон параллельно друг другу. В пластинчатой кости выделяют губчатое и компактное вещество, которые имеют сходный состав и структуру матрикса, но отличаются плотностью.

 

Компактная или плотная кость. Структурная единица – костная пластинка. Функциональная единица – остеон.

Остеон – многослойный цилиндр из концентрически расположенных костных пластинок, окружающих центральный канал (Гаверсов канал, канал остеона) – содержит артерию, вену, лимфатический сосуд и нервные волокна, погруженные в рыхлую соединительную ткань. Каналы ориентированы вдоль длинной оси кости. От периоста и эндоста к Гаверсовым каналам идут поперечные каналы Фолькмана, несут кровеносные сосуды.

Коллагеновые волокна в каждой пластинке расположены параллельно друг другу и под углом в 90 градусов к волокнам соседних пластинок. Между костными пластинками расположены лакуны с остеоцитами соединенными многочисленными отростками. При увеличении нагрузки со стороны Гаверсова канала образуются новые костные пластинки, канал сужается. При уменьшении нагрузки увеличивается остеолитическая активность остеобластов и центральный канал расширяется. С возрастом количество остеонов уменьшается, их диаметр сокращается. Снаружи каждый остеон отграничен линией цементации.

Между остеонами располагаются вставочные пластинки – остатки разрушенных остеонов – не имеют концентрического расположения. На поверхности кости и со стороны костно-мозговой полости располагаются концентрические общие (генеральные) костные пластины.

Компактное вещество составляет около 80% зрелого скелета, окружает костный мозг и губчатую ткань.

 

Губчатая или трабекулярная кость. Структурно-функциональной единицей является костная перекладина – трабекула. Трабекулы ориентированы в различных направлениях, соединяются в сеть. Трабекула формируется в зависимости от направления вектора нагрузки. Костное вещество откладывается в одних участках и рассасывается в других, ориентация трабекулы может быстро меняться. Ткань из трабекул менее прочная,характерна для зародышей и растущих организмов. У взрослых расположена в эпифизах длинных костей.

Одна трабекула может противостоять нагрузке только в одной плоскости, поэтому в большинстве костей из трабекул образуются более сложные системы – костные ячейки. Ячейка в идеале приближается к кубу со стенкой из трабекул. Снаружи соединительная ткань, внутри – ретикулярная (красный костный мозг). Для ячеек характерна более высокая механическая прочность. Ткань из ячеек характерна для большинства коротких костей.

 

 

Развитие костной ткани

 

Различают эмбриональный и постэмбриональный остеогистогенез. Эмбриональный происходит двумя способами:

1. Прямой – мембранозный, интрамембранозный – из клеток скелетогенной мезенхимы.

2. Непрямой – энхондральный – на месте хрящевой ткани.