То есть в ней так же, как и в других видах соединительной ткани, имеются клетки и межклеточное вещество. Именно межклеточное вещество придает кости такую прочность. Например, большеберцовая кость способна выдержать около 3 000 кг статической нагрузки. Но кость от камня отличается тем, что кость является организованной структурой. Организуют (создают) кость клетки, которые называются остеобласты. Другие клетки, остеокласты, наоборот разрушают её в силу тех или иных причин. Таким образом, благодаря этим двум видам клеток происходит непрерывная регенерация костной ткани. Скелет взрослого человека обновляется полностью в течение 7 лет.

Состав костной ткани

В состав костной ткани входят клетки (остеобласты и остеокласты), соединительнотканные волокна (каллоген и оссеин) и аморфное вещество (70 %). Таким образом, химический состав кости составляют органические и неорганические соединения.

Химический состав костей

Кость на 30% состоит из органических соединений, к которым относятся костные клетки (остеобласты, остекласты и другие) и соединительнотканные волокна (каллоген, оссеин и другие).

Помимо этого, к органическим образованиям кости можно отнести:

• красный (орган кроветворения) и жёлтый костный мозг;
• кровеносные и лимфатические сосуды, входящие и выходящие из кости;
• надкостницу, которая покрывает кость и обуславливает рост кости и её регенерацию при переломах.

Основной компонент аморфного вещества – это соли кальция и фосфорной кислоты. Помимо этого, в химическом составе костной ткани присутсвтуют более 30 химических элементов. Такое обилие твёрдых минералов обуславливает прочность кости, наличие же каллогеновых волокон придают кости упругость, гибкость. При повышении или понижении минерализации кости её хрупкость и ломкость увеличиваются.

Минеральная основа кости (а соли – это ничто иное как заряженные частицы) способна создавать разность потенциалов между отдельными её полюсами, благодаря чему в костях возможно явление слабого электрического поля, которое возникает при движении и, по некоторым данным, благотворно влияет на работу нервной системы.

Кости также можно рассматривать как депо кальция. Когда кальция в организме много, он запасается костной тканью вплоть до избыточной минерализации костной ткани. Когда кальций крови снижается, то он выходит из кости, благодаря активации остеокластов. В костях же в таком случае может развиться остеопороз.

Помимо солей кальция и фосфатов в аморфном веществе содержатся и органические соединения, такие как хондроитинсульфат и гиалуроновая кислота.

Видео: Скелет. Строение и состав костей

Химический состав костной ткани

Межклеточный органический матрикс компактной кости составляет около 20%, неорганические вещества – 70% и вода – 10%. В губчатой кости преобладают органические компоненты, которые составляют более 50%, на долю неорганических соединений приходится 33-40%. Количество воды приблизительно то же, что и в компактной кости.

Органический матрикс костной ткани. Приблизительно 95% органического матрикса приходится на коллаген типа I. Данный тип коллагена входит также в состав сухожилий и кожи, однако коллаген костной ткани обладает некоторыми особенностями. В нем несколько больше оксипролина, а также свободных аминогрупп лизиновых и оксилизиновых остатков. Это обусловливает наличие большего количества поперечных связей в коллагеновых волокнах и их большую прочность. По сравнению с коллагеном других тканей костный коллаген характеризуется повышенным содержанием фосфата, который в основном связан с остатками серина.

Белки неколлагеновой природы представлены гликопротеинами, белковыми компонентами протеогликанов. Принимают участие в росте и развитии кости, процессе минерализации, водно-солевом обмене. Альбумины участвуют в транспорте гормонов и других веществ из крови.

Преобладающим белком неколлагеновой природы является остеокальцин . Он присутствует только в костях и зубах. Это небольшой (49 аминокислотных остатков) белок, называемаый также костным глутаминовым белком или gla-белком. В молекуле остеокальцина обнаружены три остатка
γ-карбоксиглутаминовой кислоты. За счет этих остатков он способен связывать кальций. Для синтеза остеокальцина необходим витамин К (рис. 34).

Рис. 34. Посттрансляционная модификация остеокальцина

В состав органического матрикса костной ткани входят гликозаминогликаны, основным представителем которых является хондроитин-4-сульфат. Хондроитин-6-сульфат, кератансульфат и гиалуроновая кислота содержатся в небольших количествах. Окостенение сопровождается изменением гликозаминогликанов: сульфатированные соединения уступают место несульфатированным. Гликозаминогликаны участвуют в связывании коллагена с кальцием, регуляции водного и солевого обмена.

Цитрат необходим для минерализации костной ткани. Он образует комплексные соединения с солями кальция и фосфора, обеспечивая возможность повышения концентрации их в ткани до такого уровня, при котором могут начаться кристаллизация и минерализация. Также принимет участие в регуляции уровня кальция в крови. Кроме цитрата, в костной ткани обнаружены сукцинат, фумарат, малат, лактат и другие органические кислоты.

Костный матрикс содержит небольшое количество липидов. Липиды играют существенную роль в образовании ядер кристаллизации при минерализации кости.

Остеобласты богаты РНК. Высокое содержание РНК в костных клетках отражает их активность и постоянную биосинтетическую функцию.

Оглавление [Показать]

Со школьных уроков по химии каждому известно, что человеческий организм содержит в себе практически все элементы из периодической таблицы Д. И. Менделеева. Процентное содержание некоторых весьма значительно, а другие присутствуют лишь в следовых количествах. Но каждый из химических элементов, находящихся в организме, выполняет свою важную роль. В человеческом теле минеральные вещества содержатся в виде солей, органические представлены как углеводы, белки и прочие. Дефицит или избыток какого-либо из них приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности.

В химический состав костей входит ряд элементов и их веществ, в больше степени это соли кальция и коллаген, а также другие, процентное содержание которых значительно меньше, но роль их не менее значима. Прочность и здоровье скелета зависит от сбалансированности состава, который, в свою очередь, определяется множеством факторов, начиная от здорового питания и заканчивая экологической обстановкой окружающей среды.

В химический состав костей входят вещества органического и неорганического происхождения. Ровно половина массы – это вода, остальные 50% делят оссеин, жир и известковые, фосфорные соли кальция и магния, а также хлористый натрий. На минеральную часть приходится порядка 22%, а органическая, представленная белками, полисахаридами, лимонной кислотой и ферментами, заполняет примерно 28%. В костях содержится 99% кальция, который есть в человеческом теле. Схожий компонентный состав имеют зубы, ногти и волосы.

В анатомической лаборатории можно провести следующий анализ, чтобы подтвердить химический состав костей. Для определения органической части ткань подвергают действию раствора кислоты средней силы, например, соляной, концентрации порядка 15%. В образовавшейся среде происходит растворение солей кальция, а оссеиновый «скелет» остаётся нетронутым. Такая кость приобретает максимальное свойство эластичности, её в прямом смысле можно завязать в узел.

Неорганическую компоненту, входящую в химический состав костей человека, можно выделить путём выжигания органической части, она легко окисляется до углекислого газа и воды. Минеральный остов характеризуется прежней формой, но крайней хрупкостью. Малейшее механическое воздействие — и он просто рассыплется.

При попадании костей в почву бактерии перерабатывают органическое вещество, а минеральная часть полностью пропитывается кальцием и превращается в камень. В местах, где нет доступа влаги и микроорганизмов, ткани со временем подвергаются естественной мумификации.

Любой учебник по анатомии расскажет про химический состав и строение костей. На клеточном уровне ткань определяется как особый тип соединительной. В основе лежат коллагеновые волокна, окруженные пластинками, составленными из кристаллического вещества – минерала кальция – гидроксилаппатита (основного фосфата). Параллельно располагаются звёздоподобные пустоты, содержащие костные клетки и кровеносные сосуды. Благодаря своему уникальному микроскопическому строению такая ткань отличается удивительной легкостью.

Нормальная работа опорно-двигательной системы зависит от того, каков химический состав костей, в достаточном ли количестве содержатся органические и минеральные вещества. Известковые и фосфорные соли кальция, которые составляют 95% неорганической части скелета, и некоторые другие минеральные соединения определяют свойство твёрдости и прочности кости. Благодаря им ткань устойчива к серьёзным нагрузкам.

Коллагеновая компонента и её нормальное содержание отвечают за такую функцию, как упругость, устойчивость к сжатию, растяжению, перегибу и прочим механическим воздействиям. Но только в согласованном «союзе» органика и минеральная составляющая обеспечивают костной ткани те уникальные свойства, которыми она обладает.

Процентное соотношение веществ, говорящее о том, каков химический состав костей человека, может варьироваться у одного и того же представителя. В зависимости от возраста, образа жизни и других факторов влияния, количество тех или иных соединений может меняться. В частности, у детей костная ткань только формируется и состоит в большей степени из органической компоненты — коллагена. Поэтому скелет ребёнка более гибкий и эластичный.

Для правильного формирования тканей ребёнка крайне важно потребление витаминов. В частности, такого, как Д3. Только в его присутствии химический состав костей в полной мере пополняется кальцием. Дефицит этого витамина может привести к развитию хронических заболеваний и излишней хрупкости скелета из-за того, что ткань вовремя не наполнилась солями Са2+.

Химический состав костей человека, прошедшего подростковый возраст, значительно отличается от детского. Теперь соотношение минеральной и оссеиновой частей примерно сравниваются. Исчезает особая гибкость костной ткани, зато прочность скелета за счёт неорганической составляющей увеличивается в разы. Физические свойства её сравнимы с железобетонной конструкцией или чугуном, а упругость даже больше, чем у древесины дуба.

В полном объёме обеспечить сбалансированный химический состав костей человека (таблица, приведённая ниже, содержит данные о нормальном процентном содержании всех веществ, составляющих скелет) можно благодаря правильному образу жизни, рациональному питанию и заботе о здоровье.

Химический состав костей человека нарушается к старости, что приводит к серьёзным последствиям. Люди преклонного возраста жалуются на проблемы с опорно-двигательной системой, у них чаще случаются переломы, которые заживают дольше, чем у ребенка или взрослого. Это следствие увеличения содержания неорганических солей в составе скелета, их количество доходит до 80%. Нехватка коллагена, следовательно, уменьшение такого свойства, как упругость, приводит к тому, что кости становятся крайне хрупкими. Восстановление баланса возможно с помощью специальных медицинских препаратов, но всё равно этот процесс невозможно остановить или повернуть вспять. Такова физиологическая особенность организма.

Для здоровья и нормальной работы скелета необходимо с детства следить за правильным наполнением костной ткани всеми химическими элементами и соединениями, только в этом случае представляется возможность вести полноценный и активный образ жизни.

Костная ткань имеет структуру с гениально воплощенной архитектурой, которая сочетает взаимоисключающие характеристики: плотность и упругость, легкость и способность выдерживать серьезные нагрузки.

Из чего состоит кость? Из клеточных элементов, органического матрикса и минеральных веществ.

Органический матрикс, или остеоид, на 90% состоит из коллагена. Фибриллы коллагена формируют пластины, которые расположены либо параллельно друг другу, либо концентрически вокруг кровеносных сосудов, об­разуя при этом каналы, соединенные более мелкими канальцами. На фоне эндокринных, хронических воспалительных за­болеваний, в первую очередь рев­матических, геометрия костной ткани нарушается.

Минеральная часть кости представлена преимущественно кальцием и фосфатом, микроэле­ментами (магнием, марганцем, цинком, селеном и бором). Для нормальной минерализации кости необходимо поддержание опреде­ленных концентраций микроэлементов.

Формирование костной ткани в детстве и сохранение баланса между процессами образования и резорбции (рассасывании) кости в течение всей жизни происходят в организме под контролем различных внешних и внутренних факторов, зависят от пола, возраста, на­следственности, характера пита­ния, физических нагрузок, состо­яния здоровья и многого другого.

Ремоделирование кости (обра­зование и резорбция) - процесс, при котором неорганические вещества (минералы) отклады­ваются в органический матрикс. Кость формируют клетки - ос­теобласты, которые синтезиру­ют и секретируют органический матрикс и снабжены большим количеством рецепторов гормонов, витамина D, простагландинов и других биологических субстанций, необходимых для ее питания и работы.

Сразу после образования матрикса начинается его минерали­зация, которая заканчивается через несколько недель. В процес­се минерализации остеобласты превращаются в остеоциты - пол­ностью интегрированные в кость и имеющие очень низкую метабо­лическую активность клетки (т.е. с очень медленным, по сравнению с другими клетками, обменом веществ). Ре­зорбцию кости осуществляют ос­теокласты, ак­тивно синтезируя и секретируя во внеклеточное пространство ферменты, осуществляющие растворение и переработку отслуживших клеток. Регуляция ремоделирования кости происходит при участии нейроэндокринной системы. Прямое влияние на активность остеобластов и остеокластов ока­зывают гормоны щитовидной, па- ращитовидной, поджелудочной и половых желез, надпочечников и других эндокринных органов. В последние годы большое вни­мание уделяется изучению роли иммунной системы в регуляции ремоделирования.

Остеопороз - системное заболе­вание скелета, которое характеризуется уменьшением костной массы и нарушением костной ткани на молекулярном уровне, что приводит к снижению проч­ности кости и, следовательно, к повышению риска переломов.

Заболевание встреча­ется во всех возрастных группах, диагностируется как у женщин, так и у мужчин, может протекать бессимптомно, и часто первым его признаком является перелом. Именно переломы, связанные с остеопорозом , представляют огромную со­циальную и экономическую проб­лему, служат причиной низкого качества жизни, инвалидизации и преждевременной смерти. Установлено, что увеличение доли пожилых людей среди насе­ления разных стран мира при­ведет к повышению частоты остеопороза и его осложнений: к 2050 г. в Ев­ропе прогнозируется увеличение частоты переломов бедра на 46% по сравнению с 1990 г. Все­мирная организация здравоох­ранения (ВОЗ) официально оп­ределила остеопороз как одно из десяти важнейших хронических забо­леваний человечества. При этом специалисты подчеркивают, что остеопороз можно предупредить и изле­чить. На сегодняшний день опре­делены факторы риска и механиз­мы патогенеза остеопороза , разработаны методы его первичной и вторич­ной профилактики, совершенст­вуются способы лечения с ис­пользованием различных групп лекарственных средств, в том числе генно-инженерных биоло­гических препаратов.

По мнению большинства герон­тологов, старческий остеопороз начина­ется в детстве. Нарушается ремоделиро­вание кости, возникают коли­чественные и качественные изме­нения костной ткани, переломы, которые могут стать причиной ранней инвалидизации и даже смерти. По данным Т.А. Коротковой, которая изучала показатели и факторы, влияющие на минера­лизацию костной ткани в период роста у 412 подростков 15-18 лет, проживающих в Москве, более чем у половины обследованных подростков был выявлен дефицит витамина D, фофора и кальция. Оказалось, что только 6,3% мальчиков получали 1300 мг кальция в день с пищей, что со­ответствует рекомендованной возрастной норме, а из девочек ни одна не получала этот микро­элемент в должном количестве.

Следует отметить, что изучению роли кальция, фосфора и витами­на D в формировании минеральной плотности кости (МПК) у жен­щин и мужчин в разные возраст­ные периоды жизни посвящены многочисленные исследования. Вместе с тем внимание ученых привлекает проблема низкого содержания микроэлементов в организме при различных пато­логических состояниях, в том числе при остеопорозе , забо­леваниях костей и суставов.

Большинство микроэлементов входит в био­логически активные соединения или оказывает на них влияние. В составе ферментов, гормонов и иммунных комплексов микро­элементы участвуют в метабо­лических и иммунных процес­сах, определяя функциональное состояние различных органов и систем, в том числе костной и хрящевой ткани, их качество и структуру. Больные остеопорозом , как правило страда­ют одновременно двумя-тремя и более хроническими заболе­ваниями, которые оказывают негативное влияние на костную ткань. В группу болезней, на фоне которых развивается остеопороз , отнесены ревматоидный ар­трит, сахарный диабет, целиакия, хроническая почечная недоста­точность, хроническая обструктивная болезнь легких и брон­хиальная астма, заболевания щитовидной и паращитовидной желез, крови, печени и подже­лудочной железы. Прием противосудорожных препаратов, глюкокортикоидов и многих других лекарственных средств также способствует развитию остеопороза .

Ведущую роль в этом процессе играет уровень обеспечение ор­ганизма не только витаминами и белком, но и макро- и микро­элементами. Дефицит, обусловленный недостаточным потреблением с пищей или пониженным всасы­ванием этих веществ, может стать причиной снижения минеральной плотности кости. Особое значение придается таким микроэлементам, как медь, цинк, марганец и бору . Медь, марганец и цинк, которые входят в состав ферментов, ответствен­ных за синтез коллагена непосредственно участвуют в синтезе костного матрикса. Кроме того, цинк входит в состав более 300 фермен­тов, участвует в процессах син­теза и распада углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот. Не­достаточное потребление цинка приводит к анемии, вторичному иммунодефициту, циррозу пече­ни, половой дисфункции, порокам развития плода. Цинк в комплексе с аминокислотой цистеином прин­ципиально важен для метаболизма генов. Инсулин, кортикотропин, соматотропин и гонадотропин явля­ются цинкзависимыми гормона­ми. Костная ткань содержит основной запас (около 30%) цинка всего организма. Концент­рация цинка в костной ткани быс­тро снижается при недостаточном поступлении цинка в организм или нарушении его усвоения. В связи с этим неудивительно, что дефекты развития костной системы человека обусловлены дефицитом цинка. В среднем человек потребля­ет от 7,5 до 17,0 мг цинка в сутки, при этом физиологическая пот­ребность в цинке у взрослых составляет 12 мг/сут, а у детей - от 3 до 12 мг/сут. Источниками цинка являются говядина, печень, морепродукты (устрицы, сельдь, моллюски), зерновая завязь, мор­ковь, горох, отруби, овсяная мука, орехи.

Медь входит в состав фермен­тов, обладающих окислительно- восстановительной активностью и участвующих в метаболизме железа, стимулирует усвоение белков и углеводов, задейство­вана в процессах обеспечения тканей организма человека кис­лородом. Кроме того, этот микро­элемент необходим для межмолекулярной связи колла­гена и эластина. Медь - основной компонент миелиновой оболочки, участвует в образовании коллаге­на, минерализации скелета, син­тезе эритроцитов, образовании пигментов кожи. Клиническими проявлениями недостатка меди в организме служат нарушения формирования и функции сердечно-сосудистой системы, ске­лета, развитие дисплазии соеди­нительной ткани. Дефицит меди влечет угнетение роста кости и ОП, что наблюдается при син­дроме Менкеса (врожденная не­способность усваивать медь). Суточная потребность в меди колеблется от 0,9 до 3,0 мг/сут. При этом физиологическая пот­ребность в меди у взрослых составляет 1,0 мг/сут, у детей - от 0,5 до 1,0 мг/сут.

Источниками меди являются шоколад, какао, печень, орехи, семечки, грибы, моллюски, лосось и шпинат.

Недостаточное поступление в ор­ганизм марганца сопровождается замедлением роста, нарушени­ями в репродуктивной системе, повышенной хрупкостью костной ткани, нарушениями углеводно­го и липидного обмена. Связано это с тем, что марганец прини­мает непосредственное участие в образовании костной и соеди­нительной ткани, входит в состав ферментов, включающихся в ме­таболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов, необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов.

Пищевыми источниками марганца являются зеленые лис­товые овощи, продукты из неочи­щенного зерна (пшеницы, риса), орехи и чай. Среднее потребление данного микроэлемента с про­дуктами питания колеблется от 1 до 10 мг/сут. Установленные уровни потребности варьируют от 2 до 5 мг/сут, а физиологичес­кая потребность у взрослых со­ставляет 2 мг/сут.

Роль бора в процессах остеогенеза определяется непосредственным влиянием данного микроэлемен­та на метаболизм витамина D, а также регуляцией активности паратиреоидного гормона, ко­торый, как известно, ответствен за обмен кальция, фосфора и маг­ния. Это позволяет полагать, что влияние бора на метаболизм костной ткани сопоставимо с та­ковым витамина D. Суточная потребность в боре составляет 2-3 мг/сут, он содержится в кор­невых овощах, винограде, грушах, яблоках, орехах и пиве.

Сведения об исследовании стату­са микроэлементов при патологии костной системы (остеопения, остеопороз) чрезвычайно ограни­ченны, так как, к сожалению, проводилось мало исследований, но накопленный материал позволяет сделать однозначные выводы.

Установлена прямая зависимость содержания мине­ралов в костях предплечья с ус­воением цинка у женщин в пост­менопаузе, что свидетельствует о влиянии этого микроэлемента на сохранение костной массы. Другие исследования пока­зали, что усвоение цинка сни­жается с возрастом, особенно у женщин, и взаимосвязано с потерей кост­ной массы в постменопаузе. Выявлено повышение выделения цинка с мочой у пациенток с остеопорозом по сравнению с женщинами со­ответствующего возраста без остеопороза , что может быть связано с повы­шенной резорбцией кости, которая ведет к высвобожде­нию цинка из костной ткани.

Устано­влено, что концентрация цинка в крови, а также его усвоение у пожилых паци­енток с остеопорозом статистически зна­чимо ниже, чем у моло­дых женщин. Уровень цинка в сыворотке крови у пациенток с постменопаузальным ОП ниже, чем у женщин без остеопороза .

Особый интерес представля­ет исследование вза­имосвязи между показателями статуса цинка в организме и биохимических маркеров ремоделирования кости у европейцев в возрасте 55-87 лет, проведен­ное в четырех научных центрах Франции, Италии и Северной Ирландии (ZENITH). Исследо­вание продолжалось 6 месяцев, в нем участвовали 387 здоровых мужчин и женщин. Всем пациен­там определяли концентрацию цинка в крови и моче, уровень маркеров формирования костной ткани и маркеров ре­зорбции кости. У большинства пациентов ремоделирование кости было в норме, признаки дисбаланса процессов форми­рования и резорбции кости от­сутствовали. После учета искажающих фак­торов (возраст, пол и исследова­тельский центр) были получены некото­рые данные о взаимосвязи между обменом цинка в организме и ремоделированием кости у здо­ровых взрослых людей.

Исследование турецких уче­ных было посвящено изуче­нию содержания магния, цинка и меди в сыворотке крови жен­щин с постменопаузальным остеопорозом , остеопенией и нормальной минеральной плотности кости шейки бедра. Было установ­лено, что концентрация магния и цинка у пациенток с остеопорозом зна­чимо ниже, чем у женщин с ос­теопенией и здоровых женщин, а у женщин с остеопенией - ста­тистически значимо ниже, чем у здоровых. Статистически зна­чимого различия между груп­пами по концентрации меди не выявлено. Авторы высказали мнение, что поступление микро­элементов, в особенности магния, цинка и, вероятно, меди, может оказать благоприятное воздейст­вие на плотность костной ткани. Однако ряд исследователей не об­наружили значимого различия в концентрации магния, цинка, селена и марганца в крови и эрит­роцитах женщин в постменопау­зе как с остеопорозом , так и без остеопороза .

Необходимо отметить, что во многих странах статус магния, меди, цинка, марганца, селена и бора у пациенток с остеопорозом в ли­тературе не описан. Некоторые исследователи сообщают о сни­жении уровня этих микроэлемен­тов у пациенток с остеопорозом , в то время как другие утверждают обрат­ное. Противоречивость данных об уровне магния, меди, цинка, марганца, селена и бора в плазме крови у пожилых людей объясня­ется тем, что в качестве показателя используется концентрация этих микроэлементов в плазме или сы­воротке крови. Однако данный показатель ненадежен, поскольку подвержен влиянию ряда факто­ров, не имеющих отношения к со­держанию веществ в организме. К числу таких факторов относит­ся прием лекарственных средств гормонозаместительной тера­пии, диуретиков, слабительных препаратов и др.).

В нашей стране интерес к ис­следованию связи между остеотропными микроэлементами, характеристикой костной ткани и возможностью использования препаратов, в состав которых входят указанные микроэлемен­ты, для профилактики и лечения остеопороза очевиден.

Так, отечествен­ными педиатрами изучен статус микроэлементов и показателей минеральной плотности кости различных отделов скеле­та у 100 подростков в возрасте 11-15 лет, госпитализированных по поводу вегетативной дистонии. У обследованных обна­ружены изменения в содержании бора, меди, марганца и цинка, а у 46 человек выявлена остеопения. Удалось установить взаимосвязь между содержани­ем микроэлементов в волосах и минеральной плотностью костей, проанализировать воз­можность ее оценки на ос­новании определения комплек­са указанных микроэлементов.

Таким образом, людям с болезнями костей и суставов необходимо понимать, что для развития остеопороза имеется много причин: сопутствующие заболевания, характер питания, потребление богатых микроэле­ментами продуктов, признаки дефицита кальция, витамина D, цинка, меди, марганца, селена и бора.

Популяризация знаний о необходимости профилактики и лечения остеопороза , вкладе кальция, витамина D и микроэлементов в здоровье кости позволит сни­зить частоту переломов, а следо­вательно, и социально-экономи­ческие затраты общества.

В Клинических рекомендациях, подготовленных Российской ас­социацией по остеопорозу, сформулированы положения по лечению и профилактике остеопороза , основанные на анализе большо­го количества источников с позиций доказательной медицины. Основной задачей профилактики остеопороза является улучшение качества жизни пациентов, предотвраще­ние риска переломов костей ске­лета. Профилактика остеопороза долж­на быть направлена на раннюю диагностику и рациональное лечение заболевания. В арсенале терапевтических средств име­ются необходимые современные антиостеопоротические препа­раты. Доказана эффективность различных агентов (препаратов каль­ция и витамина D в комбинации с остеотропными микроэлемен­тами и др.) при профилактике и лечении остеопороза , установлено их положительное действие на минеральную плотность кости.

По материалам «Эффективная фармакотерапия» №38 2013, Спецвыпуск №2 Остеопороз, Репринт И.С. Дадыкина, П.С. Дадыкина, О.Г. Алексеева «Вклад микроэлементов (меди, марганца, цинка, бора) в здоровье кости: вопросы профилактики и лечения остеопении и остеопороза»

Кость - твёрдый орган живого организма. Состоит из нескольких тканей, важнейшей из которых является костная. Кость выполняет опорно-механическую и защитную функции, является составной частью эндоскелета позвоночных, производит красные и белые кровяные клетки, сохраняет минералы. Костная ткань - одна из разновидностей плотной соединительной ткани.

Кости обладают большим разнообразием форм и размеров, зависящих от функции конкретной кости. Каждая обладает сложной структурой, благодаря чему они достаточно лёгкие, но при этом жёсткие и прочные. Кость может включать в свою структуру: костный мозг, эндост, надкостницу, нервы, кровеносные сосуды, хрящи.

Кости состоят из различных клеток костной ткани: остеобласты участвуют в создании и минерализации костей, остеоциты поддерживают структуру, а остеокласты обеспечивают резорбцию костной ткани. Минерализованная матрица костной ткани имеет органическую составляющую в основном из коллагена и неорганическую составляющую костной ткани из различных солей.

В человеческом теле, при рождении, более 270 костей, но многие из них срастаются в процессе роста, оставляя в общей сложности 206 отдельных костей во взрослом организме (не считая многочисленные мелкие сесамовидные кости). Бедренная кость - самая большая кость в теле человека, самая маленькая - стремя в среднем ухе.

В состав костей входят как органические, так и неорганические вещества; количество первых тем больше, чем моложе организм; в связи с этим кости молодых животных отличаются гибкостью и мягкостью, а кости взрослых - твёрдостью. Отношение между обеими составными частями представляет различие в разных группах позвоночных; так, в кости рыб, особенно глубоководных, содержание минеральных веществ относительно мало, и они отличаются мягким волокнистым строением.

У взрослого человека количество минеральных составных частей (главным образом, гидроксиапатита) составляет около 60-70 % веса кости, а органическое вещество (главным образом коллаген тип I) - 30-40 %. Кости имеют большую прочность и громадное сопротивление сжатию, чрезвычайно долго противостоят разрушению и принадлежат к числу самых распространённых остатков ископаемых животных. При прокаливании кость теряет органическое вещество, но сохраняет свою форму и строение; подвергая кость действию кислоты (например соляной), можно растворить минеральные вещества и получить гибкий органический (коллагеновый) остов кости.

При сжигании кость чернеет с выделением углерода, который остаётся после разложения органических веществ. При дальнейшем выгорании углерода получается белый твёрдый хрупкий остаток.

У пожилых людей в костях увеличивается доля минеральных веществ, из-за этого их кости становятся более хрупкими (остеопороз).

Микроскопическая структура кости

По микроскопическому строению костное вещество представляет особый вид соединительной ткани (в широком смысле слова), костную ткань, характерные признаки которой: твёрдое, пропитанное минеральными солями волокнистое межклеточное вещество и звездчатые, снабжённые многочисленными отростками, клетки.

Основу кости составляют коллагеновые волокна, окруженные кристаллами гидроксиапатита, которые слагаются в пластинки. Пластинки эти в костном веществе частью располагаются концентрическими слоями вокруг длинных разветвляющихся каналов (Гаверсовы каналы), частью лежат между этими системами, частью обхватывают целые группы их или тянутся вдоль поверхности кости. Гаверсов канал в сочетании с окружающими его концентрическими костными пластинками считается структурной единицей компактного вещества кости - остеоном. Параллельно поверхности этих пластинок в них расположены слои маленьких звездообразных пустот, продолжающихся в многочисленные тонкие канальцы - это так называемые «костные тельца», в которых находятся костные клетки, дающие отростки в канальцы. Канальцы костных телец соединяются между собой и с полостью Гаверсовых каналов, внутренними полостями и надкостницей, и таким образом вся костная ткань оказывается пронизанной непрерывной системой наполненных клетками и их отростками полостей и канальцев, по которым и проникают необходимые для жизни кости питательные вещества. По Гаверсовым каналам проходят тонкие кровеносные сосуды (обычно артерия и вена); стенка Гаверсова канала и наружная поверхность кровеносных сосудов одеты тонким слоем эндотелия, а промежутки между ними служат лимфатическими путями кости. Губчатое костное вещество не имеет Гаверсовых каналов.

Костная ткань рыб представляет некоторые отличия: Гаверсовых каналов здесь нет, а канальцы костных телец сильно развиты.

Остеобласты - молодые остеобразующие клетки костей (диаметр 15-20 мкм), которые синтезируют межклеточное вещество - матрикс. По мере накопления межклеточного вещества остеобласты замуровываются в нём и становятся остеоцитами. Родоначальником являются адвентициальные клетки.

Остеоциты - клетки костной ткани позвоночных животных и человека, значительно или полностью утратившие способность синтезировать органический компонент матрикса.

Они имеют отростчатую форму, округлое плотное ядро и слабобазофильную цитоплазму. Органоидов мало, клеточного центра нет - клетки утратили способность к делению. Они располагаются в костных полостях, или лакунах, повторяющих контуры остеоцита, и имеют длину 22-25 мкм, а ширину 6-14 мкм. Во все стороны от лакун отходят слегка ветвящиеся канальцы костных полостей, анастомозирующие (сообщающиеся) между собой и с периваскулярными пространствами сосудов, идущих внутри кости. В пространстве между отростками остеоцитов и стенками канальцев содержится тканевая жидкость, движению которой способствуют «пульсирующие» колебания остеоцитов и их отростков. Остеоциты - единственная живая и активно функционирующая клетка в зрелой костной ткани, их роль заключается в стабилизации органического и минерального состава кости, обмене веществ (в том числе в транспортировке ионов Са из кости в кровь и обратно). Костная ткань, не содержащая живых остеоцитов, быстро разрушается.

Клетки гематогенного происхождения, образующиеся из моноцитов. Может содержать от 2 до 50 ядер. Организация остеокласта адаптирована к разрушению кости. В сочетании с остеобластами, остеокласты контролируют количество костной ткани (остеобласты создают новую костную ткань, а остеокласты разрушают старую)

Принципиальная схема строения трубчатой кости

В скелете человека различают по форме длинные, короткие, плоские и смешанные кости, также есть кости пневматические и сесамовидные. Расположение костей в скелете связано с выполняемой ими функцией: «Кости построены так, что при наименьшей затрате материала обладают наибольшей крепостью, легкостью, по возможности уменьшая влияние толчков и сотрясений» (П. Ф. Лесгафт).

Длинные кости, ossa longa, имеют вытянутую, трубчатую среднюю часть, называемую диафизом , diaphysis, состоящую из компактного вещества. Внутри диафиза имеется костномозговая полость , cavitas medullaris, с жёлтым костным мозгом. На каждом конце длинной кости находится эпифиз , epiphysis, заполненный губчатым веществом с красным костным мозгом. Между диафизом и эпифизом располагается метафиз , metaphysis. В период роста кости здесь находится хрящ, который позже окостеневает. Длинные трубчатые кости составляют в основном скелет конечностей. Костные выступы на эпифизах, которые являются местом прикрепления мышц и связок, называются апофизами (apophysis).

Плоские кости , ossa plana, состоят из тонкого слоя губчатого вещества, покрытого снаружи компактным веществом. Они различны по происхождению: лопатка и тазовая кость развиваются из хряща, а плоские кости крыши черепа - из соединительной ткани.

Короткие кости , ossa brevia, состоят из губчатого вещества, покрытого снаружи тонким слоем компактного вещества. Одной большой костно-мозговой полости эти кости не имеют. Красный костный мозг располагается в мелких губчатых ячейках, разделённых костными балками. Короткие кости запястья и предплюсны способствуют большей подвижности кистей и стоп.

Смешанные кости , ossa irregularia, находятся в различных отделах скелета (позвоночник, череп). В них сочетаются элементы коротких и плоских костей (основная часть и чешуя затылочной кости, тело позвонка и его отростки, каменистая часть и чешуя височной кости). Такие особенности обусловлены различием происхождения и функции частей этих костей.

Пневматические кости , или воздухоносные, - кости, которые имеют внутри полость, выстланную слизистой оболочкой и заполненную воздухом, что облегчает вес кости, не уменьшая её прочности.

Сесамовидные кости - это кости, вставленные в сухожилия мышц и поэтому увеличивающие плечо силы мышц, способствующие усилению их действия.

Поверхность кости может иметь различные углубления (бороздки, ямки и т. д.) и возвышения (углы, края, ребра, гребни, бугорки и т. п.). Неровности служат для соединения костей между собой или для прикрепления мускулов и бывают тем сильнее развиты, чем более развита мускулатура. На поверхности находятся так называемые «питательные отверстия» (Foramina nutricia), через которые входят внутрь кости нервы и кровеносные сосуды.

В костях различают компактное и губчатое костное вещество. Первое отличается однородностью, твёрдостью и составляет наружный слой кости; оно особенно развито в средней части трубчатых костей и утончается к концам; в широких костях оно составляет 2 пластинки, разделённые слоем губчатого вещества; в коротких оно в виде тонкой плёнки одевает кость снаружи. Губчатое вещество состоит из пластинок, пересекающихся в различных направлениях, образуя систему полостей и отверстий, которые в середине длинных костей сливаются в большую полость.

Наружная поверхность кости одета так называемой надкостницей (Periosteum), оболочкой из соединительной ткани, содержащей кровеносные сосуды и особые клеточные элементы, служащие для питания, роста и восстановления кости.

Внутренние полости кости содержат мягкую, нежную, богатую клетками и снабжённую кровеносными сосудами массу, называемую костным мозгом (у птиц часть полостей наполнена воздухом). Различают три его вида: слизистый (желатинозный), красный (или часто - миелоидный), и жёлтый или жировой (наиболее распространённый). Основную форму составляет красный костный мозг, в нём наблюдается нежная соединительно-тканная основа, богатая сосудами, очень похожие на лейкоциты костномозговые или лимфатические клетки, клетки, окрашенные гемоглобином и считаемые за переход к красным кровяным тельцам, бесцветные клетки, содержащие внутри красные шарики, и многоядерные крупные («гигантские») клетки, так называемые миэлопласты.

Красный (деятельный) костный мозг - это миелоидная ткань , которая, как и лимфоидная, состоит из двух основных компонентов: стромального - строма, служащая микроокружением для гемопоэтических (кроветворных) клеток, и гемального - форменные элементы крови на разных стадиях развития.

Строма образована ретикулярной тканью, остеогенными, тучными, жировыми, адвентициальными, эндотелиальными клетками и межклеточным веществом.

Желтый (недеятельный) костный мозг - это жировая ткань с отдельными островками (стромами) ретикулярной ткани. Он находится в костномозговых каналах трубчатых костей и в частях ячеек губчатого вещества костей.

Слизистый костный мозг - студенистая, слизистая, бедная клетками консистенция. Он образуется в развивающихся костях черепа и лица.

При отложении в стромальный компонент основы жира и уменьшении числа миелоидных элементов красный мозг переходит в жёлтый, а при исчезновении жира и миелоидных элементов он приближается к слизистому.

Костный мозг не имеет ничего общего с головным и спинным мозгом. Он не относится к нервной системе и не имеет нейронов.

Костный мозг является важнейшим кроветворным органом.

Развитие кости происходит двумя способами:

• из соединительной ткани;
• на месте хряща.

Из соединительной ткани развиваются кости свода и боковых отделов черепа, нижняя челюсть и, по мнению некоторых, ключица (а у низших позвоночных и некоторые другие) - это так называемые покровные или облегающие кости. Они развиваются прямо из соединительной ткани; волокна её несколько сгущаются, между ними появляются костные клетки и в промежутках между последними отлагаются известковые соли; образуются сначала островки костной ткани, которые затем сливаются между собой. Большинство костей скелета развивается из хрящевой основы, имеющей такую же форму, как будущая кость. Хрящевая ткань подвергается процессу разрушения, всасывания и вместо неё образуется, при деятельном участии особого слоя образовательных клеток (остеобластов), костная ткань; процесс этот может идти как с поверхности хряща, от одевающей его оболочки, перихондрия, превращающегося затем в надкостницу, так и внутри его. Обыкновенно развитие костной ткани начинается в нескольких точках, в трубчатых костях отдельными точками окостенения обладают эпифизы и диафиз.

Рост кости в длину происходит главным образом в частях ещё не окостеневших (в трубчатых костях между эпифизами и диафизом), но отчасти и путём отложения новых частиц ткани между существующими («интуссусцепция»), что доказывают повторные измерения расстояний между вбитыми в кость остриями, питательными отверстиями и т. п.; утолщение костей происходит путём отложения на поверхности кости новых слоев («аппозиция»), благодаря деятельности остеобластов надкостницы. Эта последняя обладает в высокой степени способностью воспроизводить разрушенные и удалённые части кости. Деятельностью её обусловливается и срастание переломов. Параллельно с ростом кости идёт разрушение, всасывание (резорбция) некоторых участков костной ткани, причём деятельную роль играют так называемые остеокласты («клетки, разрушающие кость»).

Синдесмология - учение о соединениях костей.

• Синартрозы - непрерывные соединения костей, более ранние по развитию, неподвижные или малоподвижные по функции.
  • Синдесмоз - кости соединены посредством соединительной ткани.
    • межкостные перепонки (между костями предплечья или голени)
    • связки (во всех суставах)
    • роднички
    • швы
      • зубчатые (большинство костей свода черепа)
      • чешуйчатые (между краями височной и теменной костей)
      • гладкие (между костями лицевого черепа)
  • Синхондроз - кости соединены посредством хрящевой ткани. по свойству хрящевой ткани:
    • гиалиновый (между рёбрами и грудиной)
    • волокнистые (между позвонками)

    по длительности своего существования различают синхондрозы:

    • временные
    • постоянные
  • Синостоз - кости соединены посредством костной ткани.
• Диартрозы - прерывные соединения, более поздние по развитию и более подвижные по функции. классификации суставов:
  • по числу суставных поверхностей
  • по форме и по функции
• Гемиартроз - переходная форма от непрерывных к прерывным или обратно.

Каждому необходимо знать скелет человека с названием костей. Это важно не только врачам, но и обычным людям, ведь информация о строении человека, его скелете и мышцах поможет его укреплять, чувствовать себя здоровым, а в какой-то момент могут выручить в экстренных ситуациях.

Скелет и мышцы вместе составляют локомоторную систему человека. Скелет человека - целый комплекс костей разных типов и хрящей, взаимосвязанных с помощью непрерывных соединений, синартрозов, симфизов. Кости по составу делят на:

• трубчатые, формирующие верхние (плечо, предплечье) и нижние (бедро, голень) конечности;
• губчатые, стопа (в частности, предплюсны) и кисть человека (запястья);
• смешанные - позвонки, крестец;
• плоские, сюда относят тазовые и черепные кости.

Важно! Костная ткань, несмотря на свою повышенную прочность, способна расти и восстанавливаться. В ней происходят метаболические процессы, а в красном костном мозге даже формируются клетки крови. С возрастом костная ткань перестраивается, становится способной адаптироваться к различным нагрузкам.

Виды костей

Сколько костей в теле человека?

Строение скелета человека претерпевает множество изменений на продолжении всей жизни. На начальном этапе развития плод состоит из хрупкой хрящевой ткани, которая со временем постепенно замещается на костную. Новорожденный ребёнок имеет более 270 мелких костей. С возрастом некоторые из них могут срастаться, к примеру, черепные и тазовые, а также некоторые позвонки.

Сказать сколько точно костей в теле у взрослого человека очень сложно. Иногда у людей встречаются дополнительные рёбра или кости в стопе. Могут быть наросты на пальцах, чуть меньшее или большее количество позвонков в любом из отделов позвоночника. Строение скелета человека сугубо индивидуально. В среднем у взрослого человека насчитывают от 200 до 208 костей .

Каждый отдел выполняет свои узкоспециализированные задачи, однако скелет человека в целом обладает несколькими общими функциями:

1. Опорная. Осевой скелет является опорой для всех мягких тканей тела и системой рычагов для мышц.
2. Двигательная. Подвижные сочленения между костями позволяют человеку совершать миллионы точных движений с помощью мышц, сухожилий, связок.
3. Защитная. Осевой скелет защищает мозг и внутренние органы от травм, выступает в роли амортизатора при ударах.
4. Метаболическая. В состав костной ткани входит большое количество фосфора, кальция и железа, участвующих в обмене минералами.
5. Кроветворная. Красный мозг трубчатых костей является местом, где проходит гемопоэз - образование эритроцитов (красных кровяных телец) и лейкоцитов (клеток иммунной системы).

Если нарушены некоторые функции скелета, могут возникнуть заболевания разной степени тяжести.

Функции скелета человека

Отделы скелета

Скелет человека делят два больших отдела: осевой (центральный) и добавочный (или скелет конечностей). Каждый из отделов выполняет свои задачи. Осевой скелет защищает полостные органы от повреждений. Скелет верхней конечности соединяет руку с туловищем. За счёт повышенной подвижности костей руки, он помогает выполнять множество точных движений пальцами. Функции скелета нижних конечностей заключаются в связывании ноги с туловищем, передвижении тела, амортизации при ходьбе.

Осевой скелет. Этот отдел составляет основу организма. В него входят: скелет головы и туловища.

Скелет головы. Черепные кости плоские, неподвижно соединённые (за исключением подвижной нижней челюсти). Они защищают от сотрясений мозг и органы чувств (слуха, зрения и обоняния). Череп делится на лицевой (висцеральный), мозговой и отдел среднего уха.

Скелет туловища . Кости грудной клетки. По внешнему виду этот подотдел напоминает сжатый усечённый конус или пирамиду. Грудная клетка включает в себя парные рёбра (из 12 только 7 сочленены с грудиной), позвонки грудного отдела позвоночника и грудину - непарную грудную кость.

В зависимости от соединения рёбер с грудиной различают истинные (верхние 7 пар), ложные (следующие 3 пары), плавающие (последние 2 пары). Сама грудина считается центральной костью, входящей в осевой скелет.

В ней выделяют тело, верхнюю часть - рукоятку, и нижнюю часть - мечевидный отросток. Кости грудной клетки имеют соединение повышенной прочности с позвонками. На каждом позвонке есть специальная суставная ямка предназначенная для крепления к рёбрам. Такой способ сочленения необходим для выполнения основной функции скелета туловища - защиты органов жизнеобеспечения человека: сердца, лёгких, части пищеварительной системы.

Важно! Кости грудной клетки подвержены внешним влияниям, склонны к видоизменениям. Физическая активность и правильная посадка за столом способствуют правильному развитию грудной клетки. Малоподвижный образ жизни и сутулость приводят к зажатости органов грудной клетки и сколиозу. Неправильно развитый скелет грозит серьёзными проблемами со здоровьем.

Позвоночник. Отдел является центральной осью и основной опорой всего человеческого скелета. Позвоночный столб сформирован из 32-34 отдельных позвонков, защищающих спинномозговой канал с нервами. Первые 7 позвонков называются шейными, следующие 12 – грудными, затем идут поясничные (5), 5 сросшихся, образующих крестец, и 2-5 последних, составляющих копчик.

Позвоночник поддерживает спину и туловище, обеспечивает за счёт спинномозговых нервов двигательную активность всего организма и связь нижней части тела с головным мозгом. Позвонки соединены друг с другом полуподвижно (помимо крестцовых). Такое соединение осуществляется посредством межпозвоночных дисков. Эти хрящевые образования смягчают толчки и сотрясения при любом движении человека и обеспечивают гибкость позвоночника.

Скелет верхней конечности. Скелет верхней конечности представлен плечевым поясом и скелетом свободной конечности. Плечевой пояс обеспечивает соединение руки с корпусом и включает в себя две парные кости:

1. Ключицу, которая обладает S-образным изгибом. Одним концом она крепится к грудине, а другим соединена с лопаткой.
2. Лопатку. По внешнему виду представляет собой треугольник, прилегающий к туловищу сзади.

Скелет свободной конечности (руки) более подвижен, так как кости в нём соединяются крупными суставами (плечевым, лучезапястными локтевым). Скелет представлен тремя подотделами:

1. Плечом, которое состоит из одной длинной трубчатой кости - плечевой. Одним из своих концов (эпифизов) она крепится к лопатке, а другим, переходящим в мыщелок, к предплечным костям.
2. Предплечьем: (двумя костями) локтевая, расположенная на одной линии с мизинцем и лучевая – на линии с первым пальцем. Обе кости на нижних эпифизах образуют лучезапястное сочленение с запястными костями.
3. Кистью, включающей в себя три части: кости запястья, пястья и пальцевые фаланги. Запястье представлено двумя рядами по четыре губчатые кости в каждом. Первый ряд (гороховидная, трёхгранная, полулунная, ладьевидная) служит для прикрепления к предплечью. Во втором ряду находятся крючковидная, трапеция, головчатая и трапецевидная кости, обращённые в сторону ладони. Пясть состоит из пяти трубчатых костей, своей проксимальной частью они неподвижно соединены с запястьем. Кости пальцев. Каждый палец представляет собой три соединённых друг с другом фаланги, помимо большого пальца, который противопоставлен остальным, и имеет всего две фаланги.

Скелет нижней конечности. Скелет ноги, так же как и рука, состоит из пояса конечности и её свободной части.

Скелет конечностей

Пояс нижних конечностей сформирован парными костями таза. Они срастаются из парных лобковых, подвздошных и седалищных костей. Это происходит к 15-17 годам, когда хрящевое соединение замещается на неподвижное костное. Подобное прочное сочленение необходимо для поддержания органов. Три кости слева и справа от оси тела, образуют по вертлужной впадине, необходимой для сочленения таза с головкой бедренной кости.

Кости свободной нижней конечности подразделяются на:

• Бедренную. Проксимальным (верхним) эпифизом она соединяется с тазом, а дистальным (нижним) с большой берцовой костью.
• Надколенник (или коленная чашечка) прикрывает сустав колена, образованный в месте соединения бедренной и большой берцовой костей.
• Голень представлена большой берцовой костью, расположенной ближе к тазу, и малой берцовой.
• Кости стопы. Предплюсна представлена семью костями, составляющими 2 ряда. Одной из самых крупных и хорошо развитых является пяточная кость. Плюсна является средним отделом стопы, количество костей входящих в неё равно числу пальцев. Они соединены с фалангами при помощи суставов. Пальцы. Каждый палец состоит из 3-х фаланг, кроме первого, у которого их две.

Важно! В течение жизни стопа подвержена видоизменениям, на ней могут образовываться мозоли и наросты, возможен риск развития плоскостопия. Часто это связано с неправильным выбором обуви.

Строение женщины и мужчины не имеет кардинальных различий . Изменениям подвергаются лишь отдельные части некоторых костей или их размеры. Среди наиболее явных выделяют более узкую грудь и широкий таз у женщины, что связано с родовой деятельностью. Кости мужчин, как правило, длиннее, мощнее женских, имеют больше следов крепления мышц. Отличить женский череп от мужского намного сложнее. Череп мужчин чуть толще женского, у него сильнее выражен контур надбровных дуг и затылочный бугор.

Анатомия Человека. Кости скелета!

Из каких костей состоит скелет человека, детальный рассказ

Строение человека отличается чрезвычайной сложностью, однако минимальный объём информации о функциях скелета, росте костей и их расположение в теле, может помочь в сохранении собственного здоровья.

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.

Кристаллы гидроксилапатита Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 составляют часть минеральной фазы костной ткани, имеют форму пластин или палочек. Другая часть представлена аморфным фосфатом кальция Са 3 (РО 4) 2 . Аморфный фосфат кальция преобладает в раннем возрасте, в зрелой кости преобладающим становится кристаллический гидроксиапатит. Обычно аморфный фосфат кальция рассматривают как лабильный резерв ионов Са 2+ и фосфата.

В состав минеральной фазы кости входят ионы натрия, магния, калия, хлора и др. В кристаллической решетке гидроксиапатита ионы Са 2+ могут замещаться другими двухвалентными катионами, тогда как анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на поверхности кристаллов, либо растворяются в гидратной оболочке кристаллической решетки.

Органический матрикс костной ткани. Приблизительно 95% органического матрикса приходится на коллаген. Коллаген является главным фактором, определяющим механические свойства кости. Коллагеновые фибриллы костного матрикса образованы коллагеном типа 1. Данный тип коллагена входит также в состав сухожилий и кожи, однако коллаген костной ткани обладает некоторыми особенностями. В коллагене костной ткани несколько больше оксипролина, чем в коллагене сухожилий и кожи. Для костного коллагена характерно большое содержание свободных аминогрупп лизиновых и оксилизиновых остатков. Еще одна особенность костного коллагена - повышенное по сравнению с коллагеном других тканей содержание фосфата. Большая часть этого фосфата связана с остатками серина.

В сухом деминерализованном костном матриксе содержится около 17% неколлагеновых белков, среди которых находятся и белковые компоненты протеогликанов. В целом количество протеогликанов в сформировавшейся плотной кости невелико.

В состав органического матрикса костной ткани входят гликозаминогликаны, основным представителем которых является хондроитин-4-сульфат. Хондроитин-6-сульфат, кератансульфат и гиалуроновая кислота содержатся в небольших количествах.

Окостенение сопровождается изменением гликозаминогликанов: сульфатированные соединения уступают место несульфатированным. Костный матрикс содержит липиды, которые представляют собой непосредственный компонент костной ткани, а не являются примесью в результате недостаточно полного удаления богатого липидами костного мозга. Липиды могут играть существенную роль в образовании ядер кристаллизации при минерализации кости.

Остеобласты богаты РНК. Высокое содержание РНК в костных клетках отражает их активность и постоянную биосинтетическую функцию. Особенностью костного матрикса является высокая концентрация цитрата: около 90% его общего количества в организме приходится на долю костной ткани. Цитрат необходим для минерализации костной ткани. Он образует комплексные соединения с солями кальция и фосфора, обеспечивая возможность повышения концентрации их в ткани до такого уровня, при котором могут начаться кристаллизация и минерализация. Кроме цитрата, в костной ткани обнаружены сукцинат, фумарат, малат, лактат и другие органические кислоты.

Формирование кости. Образование межклеточного вещества и минерализация костной ткани являются результатом деятельности остеобластов, которые по мере образования костной ткани замуровываются в межклеточном веществе и становятся остеоцитами. Костная ткань служит основным депо кальция в организме и активно участвует в кальциевом обмене. Высвобождение кальция достигается путем разрушения (резорбции) костной ткани, а его связывание - путем образования костной ткани. С этим связан процесс постоянной перестройки костной ткани, продолжающийся в течение всей жизни организма. При этом происходят изменения формы кости соответственно изменяющимся механическим нагрузкам. Костная ткань скелета человека практически полностью перестраивается каждые 10 лет.

Процесс оссификации возможен лишь при наличии строго ориентированных коллагеновых волокон. Структурная особенность коллагенового волокна состоит в том, что расположенные в ряду молекулы тропоколлагена не связаны по типу конец в конец. Между концом одной молекулы и началом следующей имеется промежуток. Вполне вероятно, что промежутки вдоль ряда молекул тропоколлагена являются первоначальными центрами отложения минеральных составных частей костной ткани. Образовавшиеся кристаллы в зоне коллагена затем в свою очередь становятся ядрами минерализации, где в пространстве между коллагеновыми волокнами откладывается гидроксиапатит.

При формировании кости в зоне кальцификации при участии лизосомных протеиназ происходит деградация протеогликанов. По мере минерализации костной ткани кристаллы гидроксиапатита как бы вытесняют не только протеогликаны, но и воду. Плотная, полностью минерализованная кость практически обезвожена. В этих условиях коллаген составляет примерно 20% от массы и 40% от объема костной ткани, остальное приходится на долю минеральных компонентов.

Не все коллагенсодержащие ткани в организме подвержены оссификации.

По-видимому, существуют специфические ингибиторы кальцификации. Ряд исследователей считают, что процессу минерализации коллагена в коже, сухожилиях, сосудистых стенках препятствует постоянное наличие в этих тканях протеогликанов. Существует также мнение, что ингибитором кальцификации может быть неорганический пирофосфат. При минерализации тканей ингибирующее действие пирофосфата снимается пирофосфатазой, которая, в частности, обнаружена в костной ткани. В целом биохимические механизмы минерализации костной ткани требуют дальнейшего исследования.

Сложной является и проблема катаболизма матрикса костной ткани. Как в физиологических, так и в патологических условиях происходит резорбция костной ткани, при которой практически одновременно имеет место «рассасывание» как минеральных, так и органических структур костной ткани. В удалении минеральных солей определенная роль принадлежит усиливающейся при остеолизе продукции органических кислот, в том числе лактата. Известно, что сдвиг рН ткани в кислую сторону способствует растворению минералов и тем самым их удалению.

Резорбция органического матрикса требует наличия и действия соответствующих ферментов. К ним относятся лизосомные кислые гидролазы, спектр которых в костной ткани довольно широк. Они участвуют во внутриклеточном переваривании фрагментов резорбируемых структур.

Следовательно, чтобы мог произойти внутриклеточный гидролиз, необходимо структуры органического матрикса предварительно подвергнуть воздействию, в результате которого образовались бы фрагменты полимеров. Так, резорбция коллагеновых волокон требует предварительного воздействия коллагенолитических ферментов.

К факторам, влияющим на метаболизм костной ткани, прежде всего следует отнести гормоны, ферменты и витамины.

Минеральные компоненты костной ткани находятся практически в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата сыворотки крови. Поступление, депонирование и выделение кальция и фосфата регулируются весьма сложной системой, в которой среди других факторов важная роль принадлежит паратгормону и кальцитонину. При уменьшении концентрации ионов Са 2 в сыворотке крови возрастает секреция паратгормона. Непосредственно под влиянием этого гормона в костной ткани активируются клеточные системы, участвующие в резорбции кости (увеличение числа остеокластов и их метаболической активности), т. е. остеокласты способствуют повышенному растворению содержащихся в костях минеральных соединений. Паратгормон увеличивает также реабсорбцию ионов Са 2+ в почечных канальцах. Суммарный эффект проявляется в повышении уровня кальция в сыворотке крови. При увеличении содержания ионов Са 2+ в сыворотке крови секретируется гормон кальцитонин, действие которого состоит в снижении концентрации ионов Са 2+ за счет отложения его в костной ткани. Он повышает минерализацию кости и уменьшает число остеокластов в зоне действия, т. е. угнетает процесс костной резорбции. Все это увеличивает скорость формирования кости.

В регуляции содержания ионов Са 2+ важная роль принадлежит витамину D, который участвует в биосинтезе Са 2+ -связывающих белков. Эти белки необходимы для всасывания ионов Са 2+ в кишечнике, реабсорбции их в почках и мобилизации кальция из костей. Поступление в организм оптимальных количеств витамина D является необходимым условием для нормального течения процессов кальцификации костной ткани. При недостаточности витамина D эти процессы нарушаются. Прием в течение длительного времени избыточных количеств витамина D приводит к деминерализации костей. Прекращение роста костей является ранним проявлением недостаточности витамина А. Считают, что данный факт обусловлен нарушением синтеза хондроитинсульфата. При введении животным высоких доз витамина А, превышающих физиологическую потребность и вызывающих развитие гипервитаминоза А, наблюдается резорбция кости, что может приводить к переломам.

Для нормального развития костной ткани необходим и витамин С. Действие витамина С не метаболизм костной ткани обусловлено, прежде всего, влиянием на процессе биосинтеза коллагена. Аскорбиновая кислота необходима для осуществления реакции гидроксилирования пролина и лизина. Недостаток витамина С вызывает также изменения в синтезе гликозаминогликанов: содержание гиалуроновой кислоты в костной ткани увеличивается в несколько раз, тогда как биосинтез хондроитинсульфатов замедляется.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте метаболизм кальция и фосфора в организме.

2. Какие гормоны участвуют в регуляции фосфорно-кальциевого обмена?

3. Какой вид рецепции преобладает у гормонов, регулирующих фосфорно-кальциевой обмен?

4. Как происходит превращение витамина D в кальцитриол?

5. Перечислите симптомы, наблюдающиеся при гипо- и гиперкальциемии.

6. Назовите основные органические компоненты костной ткани.

7. Какие неорганические соединения входят в состав костной ткани?

8. Опишите процесс формирования кости.

9. Какие факторы влияют на формирование костной ткани и ее метаболизм?