Кость как орган Развитие кости Кафедра фундаментальной медицины

Кость как орган. Развитие кости Кафедра фундаментальной медицины НГУ Нормальная анатомия человека доцент, к. б. н. . Д. В. Субботин

План лекции 1. 2. 3. 4. 5. 6. Общая концепция костной системы Кость как орган Функции скелета Классификация костей Типы костной оссификации Развитие кости

ЛОКОМОТОРНЫЙ АППАРАТ (ОПОРНОДВИГАТЕЛЬНЫЙ) – КОМПОНЕНТЫ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ РОЛЬ o o Скелет представляет собой комплекс жестких структур, имеющих мезенхимальное происхождение и обладающих механическими функциями. Термин скелет заимствован из греческого и означает «высушенный» . NB: Все кости и суставы тела составляют пассивную часть опорнодвигательного аппарата

Скелет o o o Наука, занимающаяся изучением костей называется остеологией. Скелетная система взрослого состоит примерно из 206 костей. Каждая кость является органом скелетной системы. Для удобства изучения, скелет делится на осевой и аппендикулярные (дополнительные) части.

Аксиальный скелет o o o Аксиальный скелет состоит из 80 костей, составляющих ось тела, поддерживающих и защищающих органы головы, шеи и туловища. Череп/Cranium Слуховые косточки Os hyoideum Columna vertebralis Torax

Дополнительный скелет состоит из 126 костей пояса верхних и нижних конечностей и костей свободной верхней и нижней конечностей o o Пояс верхних конечностей (лопатка и ключица) Кости свободной верхней конечности (humerus, ulna, radius и кости кисти) Пояс нижних конечностей (таз) Кости свободной нижней конечности (femur, tibia, fibula и кости стопы)

КОСТЬ КАК ОРГАН. СТРУКТУРА КОСТИ И СТРУКТУРА ПЕРИОСТЕУМА o Кость (osis) - является одной из самых сложных структур организма. Кость обладает определенной степенью прочности и эластичности. Цвет костей, в свежем состоянии, розовато-белые внешне, и красные внутри.

Типы костной ткани Существует два типа костной ткани: a) Компактная костная ткань b) Губчатая костная ткань Это значит, что вещество костной ткани отличается по плотности и строению костного вещества. Существуют четыре типа клеток, которые вносят вклад в поддержание гомеостаза кости. a) Остеобласты – клетки формирующие кость. b) Остеокласты - резорбируют кость. c) Остеоциты - зрелые костные клетки. d) МСК. От равновесия между остеобластами и остеокластами зависит состояние костной ткани.

Четыре типа остеогенных клеток n Остеопрогениторные клетки o n Остеобласты o n Продуцируют новую кость, после того как они нарабатывают нужное количество ЭЦМ, они вырабатывают секрет и превращаются в остеоциты Остеоциты o n Стволовые клетки полученные из МСК из которых могут производиться остеогенные клетки Зрелые костные клетки Остеокласты: развиваются не из остеопрогениторных клеток. o o o Связаны с макрофагами Являются многоядерными Ускоряют резорбцию кости 6 -9

6 -10

Остеокласты o o o Расположены в лакунах Howship Имеет гофрированный край в месте контакта с костью. Секретирует соляную кислоту n n o Растворяет минералы Остеолизис Лизосомы n Секретирует энзимы, которые растворяют ЭЦМ 6 -11

6 -12

Структура кости o o o При исследовании поперечного сечения любой кости, он состоит из двух видов костной ткани: Компактная ткань - плотной текстуры и всегда помещается на наружной поверхности кости. Губчатый ткань - состоит из волокон и тонких пластинок, которая соединяться с образованием сетчатой структуры и размещается во внутренней части кости

Макроскопическая структура кости o o Морфофункциональная единица кости – остеон, или гаверсова система. Остеон состоит из системы костных пластин расположенных концентрично вокруг канала, который называется гаверсов канал и этот канал содержит нервы и сосуды. Костные пластины состоят из остеоцитов, их лакун и соединительных канальцев.

От периоста в вещество костной ткани проходят специальные каналы – каналы Фолькмана – в которых проходят кровеносные сосуды и нервы. Кровеносные сосуды проходящие в фолькмановских и гаверсовых каналах обеспечивают метаболизм кости. Канальцы обеспечивают обмен веществ от одной клетки к другой и затем из сосудов в гаверсов канал. Таким образом живые клетки избавляются от продуктов жизнедеятельности и получают необходимые питательные вещества для нормального функционирования костной ткани.

6 -19

6 -20

6 -21

Губчатая костная ткань o Губчатая кость легче и менее плотная, чем компактная кость. Губчатая кость состоит из пластин (трабекул) и костных ниш, прилегающих к кости мелких, неправильной формы полостей, которые содержат красный костный мозг. Канальцы соединяют существующие полости с центральным гаверсовым каналом, обеспечивая питание.

Губчатая костная ткань o Может показаться, что трабекулы расположены бессистемно, но они организованы так, чтобы обеспечить максимальную прочность, они похожи на скобы, арки, которые используются для поддержки при строительстве зданий и мостов. Трабекулы губчатой кости располагаются вдоль линий напряжения кости и могут перестраиваться, если изменяется направление линий напряжений.

Микроанатомия губчатого вещества o o Нет остеонов В трабекулах: n n n Параллельные пластинки Остеоциты в лакунах канальцы 6 -24

6 -25

6 -26

Периост (надкостница) Со внешней стороны кость покрыта надкостницей (кроме суставных поверхностей). Надкостница плотно срастается с веществом кости. Надкостница состоит из двух слоев плотно срощенных между собой: a) Наружний – фиброзный слой b) Внутренний или костьформирующий слой (камбиальный слой)

Структура периоста. o Надкостница богата сосудами и нервами, и это вносит свой вклад в питание и рост костей в толщину. Питательные вещества передаются по кровеносным сосудам проникают в большом количестве через надкостницу через многочисленные сосудистые питательные отверстия (foramina nutricia).

o Внутренняя часть каждой трубчатой кости – цилиндр – изнутри выстланный мембраной – костно-мозговая полость. Внутренняя мембрана – эндост.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОСТИ. Вещество кости состоит из 2 -ух типов материалов: o Органические соединения – 1/3, в основном оссеин (обеспечивает элластичность костной ткани). o Неорганические соединения – 2/3, главным образом фосфат кальция, около 51. 04% (обеспечивает жесткость кости). o Кость содержит витамины A, D и C. Отсутствие солей минералов и/или витамина D в период роста костей уменьшает твердость и вызывает деформации костей (рахит) у детей. Дефицит витамина А приводит к увеличению толщины костей и костных полостей и запустению КМ каналов.

Состав костного матрикса o Органические компоненты (3 элемента) n n n o Клетки Коллагеновые волокна Окружающие вещества Неорганические компоненты (2 элемента) n n Фосфат кальция Кристаллы гидроксилаппатита: фосфат кальция и гидроксид кальция 6 -31

Функции скелета o Биологические функции o Механические функции

Биологические функции скелета a) b) гемопоэз Хранилище минералов.

Костный мозг o o o Костные компартменты содержат костный мозг. КМ может быть двух типов: красный костный мозг белый или желтый КМ заполняет костномозговые каналы трубчатых костей. ККМ локализуется в губчатом веществе костной ткани и заполняет гаверсовы каналы с сосудами и нервами.

Гемопоэтическая функция Костный мозг обеспечивает функцию кроветворения и биологической защиты организма. Он принимает участие в питании, развитии и росте костей. ККМ, связанный с кроветворением и формированием костей, играет активную роль в процессах репарации и регенерации (например: заживление переломов). ККМ преобладает у младенцев и у детей. С ростом ребенка ККМ постепенно замещается на желтый костный мозг. NB: Кости эмбриона и новорожденного содержат только ККМ.

Гемопоэтическая функция o o o ККМ взрослого человека производит белые кровяные тельца, красные кровяные тельца и тромбоциты. У младенцев, селезенка и печень производят красные кровяные клетки, но в зрелом организме, клетки ККМ выполняют эту задачу. Подсчитано, что на 1 млн клеток (ЭР) ККМ производит еще 1 млн клеток на замену тем, которые разрушаются в печени.

Хранилище минералов. o o o Неорганический матрикс костной ткани состоит в основном из кальция и фосфора. Эти минералы придать жесткость кости и составляют приблизительно две трети от массы кости. 95% кальция и 90% фосфора организма хранятся в костях и зубах. Кроме кальция и фосфора в кости, в меньших объемах содержаться соли магния и натрия.

Механические функции скелета a) b) c) поддержка защита движение тела

Поддержка o Скелет образует жесткий каркас, к которому присоединяются мягкие ткани и органы человеческого организма.

Защитные функции Защита обеспечивается за счет костей с образованием полостей тела, которые защищают жизненно важные органы. o o Череп и позвоночный столб – закрывают ЦНС. Грудная клетка – защищает сердце, легкие, магистральные сосуды, печень и селезенку. Полость малого таза защищает органы малого таза. Даже место, где производятся клеточные элементы крови, располагаются внутри костей.

Движение тела o Кости служат в качестве приспособления для крепления большинства скелетных мышц. В этом качестве, кости действуют как рычаги, которые совместно с суставами функционируют и поворачивается, когда мышцы, которые управляются нервной системой, сокращаются, чтобы вызвать движение.

Классификация костей. Трубчатые кости a) Длинные o o humerus, radius, ulna, femur, tibia, fibula b) короткие o o metacarpal, metatarsal bones and phalanges

Классификация костей Губчатые кости. a) длинные o o sternum, ribs, etc b) короткие o carpal and tarsal bones c) сесамовидные o o patella os pisiformis, etc.

Классификация костей. Плоские кости. Кости черепа o Кости свода черепа Кости поясов o o Лопатка Кости таза и др

6 -45

Классификация костей. Смешанные кости. Позвонки являются смешанными или неправильными костями (их тела являются губчатыми, а дуги и отростки - плоские кости).

Классификация костей в зависимости от их развитие a) Desmal (первичные кости) b) Condral (вторичные кости) c) Condro-desmal (позвонки, кости основания черепа, ключицы)

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ВОПРОСАМ РАЗВИТИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ. o o Склеротом происходит от параксиальной мезодермы. В конце четвертой недели из склеротома происходит мезенхима или эмбриональная соединительная ткань. МСК мигрируют и дифференцируются во множество типов клеток. Они могут становится фибробластами, хондробластами или остеобластами (кость формирующие клетки).

Производные латеральной пластинки мезодермы o Латеральная пластинка мезодермы формирует кости тазового и плечевого пояса, а также длинных костей свободных верхних и нижних конечностей.

Производные нейрональных гребней в области головы o Нейрональные гребни в области головы дифференцируются в мезенхимную ткань и участвуют в формировании костей лица и черепа.

Производные затылочных сомитов и сомитомеров o Затылочные сомиты и сомитомеры формируют свод и основание черепа.

Стадии развития человеческого скелета o o o Формирование кости, или оссификация, начинаются с четвертой недели эмбрионального развития, но центры оссификации трудно определяются и реально видимы с 10 недели развития. Встречаются три этапа развития человеческого скелета: Соединительная ткань (мембраны) Хрящ Кость NB: Кости, которые в своем развитии не проходят хрящевую стадию, называются первичными костями. Кости, которые проходят через все три стадии оссификации называются вторичными костями.

Законы, управляющие развитием костей. В соответствии с тремя стадиями развития скелета кость может развиться из соединительной и хрящевой ткани. Выделяются четыре типа окостенения (остеогенеза): o 1. интрамембранозное o 2. перихондральное o 3. периостальное o 4. энхондральное или эндохондральное o

Интрамембранозное или эндесмальное окостенение o o Интрамембранозное или десмальная оссификация происходит в соединительной ткани первичных (мембранных) костей. Будущие кости первоначально формируются как мембрана соединительной ткани и затем замещаются костной тканью. Кости, сформированные таким образом, называются интрамембранозными костями. Остеобласты мигрируют в мембрану и производят экстрацеллюлярный матрикс вокруг себя. Как результат активности остеобластов – появление очагов (центров) или ядер оссификации.

Intramembranous Ossification o 1. Формирование очагов оссификации n o Остеопрогениторные клетки становятся остеобластами 2. Кальцификация остеоида n Замурованные остеобласты становятся остеоцитами. 6 -55

Intramembranous Ossification o 3. Формирование первичной кости, формирование периоста (из мезенхимы) o 4. Вторичные кости замещают первичные; формируется компактное и губчатое вещество 6 -56

o Перихондральная оссификация (Гр periвокруг, chondros-хрящ) имеет место на наружной поверхности хрящевых зачатков кости с участием надхрящницы. . Перихондральные остеобласты, окружающие хрящевую ткань, постепенно замещают последнюю на компактное вещество кости.

o С переходом хрящевой модели в костную модель, надхрящница становится надкостницей и далее образование костной ткани достигается за счет надкостницы, это периостальный тип окостенение. Перихондральный и периостальный типы окостенения, следовательно, связаны и одно следует за другим хронологически, последовательно.

Эндохондральная оссификация Эндохондральный или энхондральный тип окостенения включает в себя замену гиалинового хряща костной тканью. Большинство костей скелета образованы таким образом. Эти кости называются эндохондральными костями. В этом процессе будущая кость первично формируется как гиалиновый хрящ.

Эндохондральная оссификация В течение третьего месяца после зачатия надхрящница, которая окружает гиалиновый хрящ становится фенестрирована кровеносными сосудами и имплантирована остеобластами и постепенно превращается в надкостницу. Остеобласты образуют воротник из компактной кости вокруг диафиза. В то же время, хрящ в центре диафиза начинает распадаться. .

Эндохондральная оссификация. Остеобласты пенетрируют дезинтегрируемый хрящ и формируют губчатую кость. При этом образуется первичный центр оссификации. Оссификация продолжается от центра к периферии костей, к концам костей. После этого остеокласты разрушают губчатую вещество кости в диафизе и открывается костномозговой канал.

6 -62

Первичные центры оссификации o o На втором месяце внутриутробного развития появляются первые очаги оссификации в диафизах и метафизах трубчатых костей. Они окостеневают перихондральным и энхондральным механизмом остеогенеза.

Вторичные и дополнительные точки оссификации. o o Вторичные точки оссификации появляются незадолго перед рождением или во время первых годов жизни после рождения и развиваются по энхондральному механизму остеогенеза. Дополнительные точки окостенения появляются у детей, подростков и у взрослых в апофизах костей (например, бугры, бугорки, вертелы, дополнительные отростки поясничного позвонка).

Рост кости Когда вторичное окостенение завершается, гиалиновый хрящ полностью замещается костью за исключением двух областей. Область гиалинового хряща остается на поверхности эпифиза – как суставной хрящ, и другая область на уровне метафиза.

РАЗВИТИЕ ПОЗВОНОЧНОГО СТОЛБА o o o Мезенхима (склеротомы) дают производные скелета вокруг хорды. Позвоночный столб, в своей примитивной форме, имеет верхнюю и нижнюю хрящевые арки, которые располагаются метамерно на вентральной и дорсальной поверхности хорды. Тела позвонков растут вокруг хорды и сжимают его. В результате хорда заменяется на тела позвонков и остается только между позвонками, как студенистое ядро в центре межпозвоночных дисков Из верхних дорсальных нейронных арок образуются processus spinous, и парные processus articularis and processus transversus. Нижние вентральные арки дают производные ребер. Пройдя через хрящевую стадию, позвоночник становится костью, кроме межпозвоночных дисков, соединяющих позвоночный столб.

o Аномалии являются отклонением от нормы и могут быть разных степеней. Аномалии костей являются результатом неправильного развития костной системы. Выделяют различные аномалии костей: например, недоразвитие кости, отсутствие кости, ненормальное расположение костей, может изменяться количество, могут формироваться дополнительные кости и т. д.

Варианты аномалии позвоночного столба o o o o Ассимиляция атласа с черепом, когда С 1 срастается с мыщелками затылочной кости. Люмбализация – когда S 1 не срастается с sacrum, и имеется L 1 -6, либо Th 12 не соединяется с ребрами и трансформируется в поясничный позвонок. Сакрализация – имеется 6 -7 крестцовых позвонков, L 4 -5 срастаются с крестцом. Spina bifida – результат неправильного формирования арок позвонка. Чаще встречается в поясничном и сакральном отделе. Врожденные грыжи межпозвонковых дисков. Из-за дефектного фиброзного кольца происходит выпадение студенистого ядра в позвоночный канал. Спондилолистез. Случается когда ножки арок позвонка соскальзывают с тела позвонка. Наследственный спондилолистез обычно L 5 -S 1. Asomia отсутствие тела позвонка. Hemisomia отсутствие половины тела позвонка.

РАЗВИТИЕ ГРУДИНЫ И РЕБЕР o o Ребра развиваются из реберных отростков всех позвонков, однако только в грудном отделе реберные отростки вырастают в ребра. Грудина развивается из двух зачатков грудины, которые формируются на вентральной поверхности тела независимо от ребер и ключицы. Грудные зачатки сливаются друг с другом в кранио-каудальном напрвлении с формированием рукоятки грудины, тела и мечевидного отростка к 8 неделе развития.

ВАРИАНТЫ АНОМАЛИЙ ГРУДИНЫ И РЕБЕР o o o Разное количество ребер, отличное от 12 пар. Шейные ребра на 1 или обоих сторонах. С 7 срастается с ребром и приобретает признаки грудного позвонка. Поясничные ребра L 1 срастается с ребром. В редких случаях может отсутствовать XII ребро с 1 или 2 -х сторон, еще реже может отсутствовать XI ребро. Может присутствовать XIII ребро и, соответственно, увеличивается количество грудных позвонков. Передние концы ребер могут сливаться друг с другом, или, наоборот, раздваиваться.

Аномалии развития грудины o o o Расщелина грудины случается, когда зачатки грудины не сливаются полностью и тело грудины разделяется на две половины. Редкая аномалия. Иногда в теле грудины присутствуют отверстия. В мечевидном отростке может быть отверстие и он может быть расщеплен.