Анатомия и физиология костной ткани
Скелетом человека называется комплекс костей и их соединений. Он составляет пассивную часть опорно-двигательного аппарата, активным элементом которого, как вы уже догадались, являются мышцы. Масса скелета в среднем у мужчин равна 10 кг, у женщин – 6—8 кг.
Скелет человека подразделяется на осевой и добавочный. Осевой является более сложным, это и понятно, ведь в него входят такие составляющие, как череп, позвоночный столб и кости грудной клетки. Добавочный скелет представлен костями верхней и нижней конечностей.
Функции скелета в организме важны и разнообразны. Прежде всего он служит защитой для жизненно важных органов. Череп надежно защищает головной мозг, органы слуха, зрения, обоняния, начальные отделы пищеварительного и дыхательного аппаратов. В позвоночном канале содержится спинной мозг. Грудная клетка служит защитой для сердца, легких, вилочковой железы, пищевода и крупных сосудов. В полости таза находятся мочевой пузырь, а также матка, влагалище, трубы, яичники у женщин и предстательная железа у мужчин.
Скелет – это и опора для мягких тканей и органов. Он определяет внешнюю форму отдельных частей тела и всего организма человека в целом Движения обеспечивается подвижно соединенными между собой костями, приводимыми в движение мышцами.
И конечно, нас интересует биологическая функция скелета, а именно его участие в минеральном обмене. Хотя к биологической функции скелета еще относятся и кроветворение, и иммунитет.
А теперь поговорим о кости как органе. Может быть, для кого-то такое сочетание слов «кость – это орган» и не совсем привычно. Тем не менее это так: кость – такой же орган человеческого тела, как и все остальные. Каждая из более чем 200 костей скелета является живым, активно функционирующим и непрерывно обновляющимся органом. В кость, как и во все остальные органы, проникают сосуды и нервы, обеспечивая питание костной ткани и взаимодействие ее со всем организмом.
Каждая кость имеет свое развитие и форму, занимает присущее только ей место в теле, всегда соединяется с другими костями (кроме подъязычной кости и сесамовидных, расположенных в мягких тканях). В состав каждой кости входят представители всех 4 видов тканей: соединительная ткань, эндотелий, мышечная и нервная ткани. Все вместе они формируют такую структуру кости, которая способна очень быстро перестраиваться под влиянием внешних и внутренних факторов. Запомним этот по сути рецепт здоровья кости, так сказать, ту точку, ту особенность костной ткани (о которой вы, может быть, и не подозревали), позволяющую влиять на жизнедеятельность кости, на ее обмен веществ сознательно. Это очень славно, и мы непременно этим воспользуемся в главе о домашних тренировках. А пока продолжаем экскурс в науку остеологию!
Главными в кости, естественно, являются костные клетки. Функциональным элементом кости являются особые клетки – остеобласты. Эти клеточки способны вырабатывать специальное белковое вещество для кости – оссеин, а также откладывать минеральные соли. Находятся остеобласты во внутреннем слое надкостницы и участвуют в росте кости в ширину и восстановлении ее целостности после переломов.
Кость активно участвует в обмене веществ, постоянно находится под влиянием нервной системы, гормонов, условий питания организма, степени физической нагрузки. Я все время буду обращать ваше внимание на то, что физические нагрузки для кости необходимы Надеюсь, вы очень скоро это запомните и начнете по мере сил и возможностей подкармливать ваши косточки. Теперь вы понимаете, что кости, как и все другие органы, составляют весьма динамичную систему.
При внешнем осмотре кость имеет желтую окраску, концы покрыты хрящом бело-голубого цвета. Снаружи каждая кость, кроме суставных поверхностей, имеет надкостницу, т. е. соединительно-тканную оболочку.
Различие условий, в которых развивается кость, внутреннего строения и выполняемых функций – все это обусловливает многообразие форм костей.
Трубчатые кости, длинные и короткие, в них различают вытянутую цилиндрическую часть, называемую телом, или диафизом. На каждом конце тела (диафиза) находится эпифиз. Эпифизов соответственно два. На разрезе (распиле) в области диафиза видна полость, у взрослых заполненная желтым костным мозгом. У плодов и новорожденных костная полость отсутствует, и в диафизе имеется красный костный мозг.
Стенка образована твердым веществом кости. Эпифизарные концы более массивны, чем диафиз, и образованы губчатым веществом, в ячейках которого находится красный костный мозг. Трубчатые кости в основном составляют скелет конечностей, обеспечивая обширные движения.
Губчатые кости покрыты снаружи тонкой пластинкой твердого вещества, а внутри заполнены пластинками губчатого вещества. Костно-мозговой полости, как у трубчатых костей, они не имеют. Красный костный мозг располагается в мелких губчатых ячейках, разделенных костными балками, ориентированными по направлению действующей на данную кость силы.
Переломы при остеопорозе происходят в местах, где находится губчатая ткань, а это оконечные части трубчатых костей, позвонки, мелкие кости запястья и тазовая кость. Губчатая кость особенно подвержена остеопорозу.
Плоские кости имеют хорошо развитые компактные наружные пластинки, а между ними незначительную прослойку губчатого вещества.
Пневматизированные (воздухоносные) кости имеют пазухи, сообщающиеся с полостью носа, а ячейки сосцевидного отростка сообщаются с барабанной полостью.
Плоские кости черепа, позвоночника, грудины, лопаток, ребер, таза вмещают костный мозг, несущий кроветворную и иммунную функции. Кость участвует в обмене – когда нужно, организм высасывает из нее минеральные вещества (чаще всего при стрессе), а потом не всегда отдает. Кости черепа работают, как насосы, распределяя ликвор по черепу и спинно-мозговому каналу. Кости имеют различные свойства: в решетчатой и лобной костях есть лабиринты, при помощи которых согревается воздух. Кости, особенно лабиринты височных костей, могут быть резонаторами, помогая принять сигнал опасности.
В кости различают 3 вида клеток: остеобласты, остеоциты и остеокласты.
Остеобласты (о них мы уже упоминали) – молодые костные клетки. Они обладают высокими энергетическими возможностями, могут выделять много различных ферментов и располагаются в виде балок в точках окостенения в поверхностных слоях кости. Постепенно балки разрастаются во всех направлениях, образуя ячеистую сеть, в ячейках которой заключены кровеносные сосуды и клетки костного мозга. Остеобласты производят белки и межклеточное вещество, которое потом пропитывается солями кальция. Так сами они оказываются замурованными в костном веществе и превращаются в остеоциты.
Остеоцит– зрелая костная клетка. Остеоциты располагаются в ячейках костной сети в окружении тканевой жидкости, за счет которой осуществляются их питание и очистка. Остеокласты – крупные многоядерные клетки. Остеокласты разрушают кости и хрящи в процессе обновления костной ткани. Они имеют многочисленные выросты, и это увеличивает площадь соприкосновения остеокластов с костью.
Наружным слоем кости является компактное вещество, имеющее вид плотной, а на разрезе блестящей пластинки. Из компактного вещества построены тела трубчатых костей. Основу компактного вещества составляет промежуточное вещество, в котором расположены остеоны – структурные единицы кости. Что это такое? Остеон представляет собой от 4 до 20 трубок промежуточного вещества, вставленных одна в другую. В центре остеона имеется канал диаметром 10—110 мкм, по которому проходит кровеносный капилляр. Длинником своим остеоны ориентированы перпендикулярно к плоскости давления. Остеоны не соприкасаются друг с другом, между ними имеются вставочные пластинки, которые и объединяют остеоны в единое целое.
Каждая кость содержит огромное число остеонов. В бедренной кости их насчитывается около 3200. Если считать, что в среднем каждый остеон состоит из 12 трубок, то в диафизе бедра их будет 384 000, вставленных одна в другую. Поэтому при подобной архитектуре бедренная кость выдерживает нагрузку от 750 до 2500 кг.
Особенности строения кости при сравнительно небольшой затрате материала обеспечивают наибольшую ее прочность. Число, толщина и форма (круглая, овальная, неправильная) трубок остеона могут изменяться под влиянием работы мышц, сил давления и растяжения или других факторов, связанных с профессией, условиями питания, обмена веществ. Перестройка остеонов будет отражаться и на прочности костей. Чем обусловлен такой запас прочности костной ткани, должно быть понятно: кости иногда испытывают довольно большие нагрузки, например при прыжках с разбега или с высоты.
Губчатое вещество находится под компактным и построено из костных тонких перекладин, своими краями располагающихся перпендикулярно линиям сжатия и растяжения. Эти перекладины образуют друг с другом столбики, перекрещивающиеся под углом 90°, и под углом 45° пересекают длинную ось кости. Перекладины ориентированы одним концом по направлению сил давления, а другим опираются на компактное вещество кости. В результате этого происходит разложение сил на две составные, являющиеся сторонами параллелограмма силы, по диагонали которого происходит распространение усилия равномерно на стенки трубчатой кости из любой суставной поверхности.
