Будова, склад, властивості кісток та їх ріст

Будову та функції кісток вивчає наука остеологія. Скелет людини становить 1/5-1/7 частину загальної маси тіла. До його складу входить 203-206 кісток, з яких 164-166 парних і 36-40 непарних (табл. 60).

Кістка — це пасивний орган опори й руху тіла, який має складну будову, що відображає його функцію та розвиток. Жива кістка побудована із клітин, основою з яких є кісткова тканина.

На розпилі кістки видно, що вона складається із закономірно розподілених кісткових пластинок, утворених колагеновими волокнами кістки, просоченими кістковою основною речовиною та остеоцитами. Кісткові пластинки концентрично розташовані навколо каналу, в якому проходить кровоносний капіляр. Ці пластинки, канал та капіляр становлять окрему структурну одиницю кістки — остеон. Напрямок центральних каналів остенів відповідає напрямку сил натягу та опору, які виникають у процесі росту та функціонування кістки. Ці структурні особливості забезпечують її міцність та деяку гнучкість. Поряд з цим для кістки характерні щільність, легкість та інші фізичні властивості. Вони зумовлені поєднанням неорганічних компонентів, що утворюють складні з’єднання з дрібних кристалів гідрооксиапатиту та органічної речовини осеїну.

Будова кістки.

А — поздовжній розпил через верхній кінець стегнової кістки; Б — схема головних напрямків розташування перекладок у верхньому кінці стегнової кістки: 1 — компактна речовина; 2 — губчаста речовина; 3 — порожнина кістки; 4 — лінії стискання; 5 — лінії розтягування

У зовнішньому шарі всіх кісток кісткові пластинки щільно прилягають одна до одної й утворюють щільну речовину. У різних кістках і навіть у різних відділах однієї кістки товщина її неоднакова. Досередини від щільної речовини кісткові пластинки складаються у тонкі кісткові перекладки, або трабекули, які переплітаються в різних напрямках і формують структуру, що нагадує дрібнопетлясту губку — губчасту речовину. Залежно від кількості щільної та губчастої речовини розрізняють щільні й губчасті кістки. У товщі багатьох трубчастих кісток є великі мозкові порожнини, вистелені дуже тонкою та ніжною оболонкою з колагенових волокон, яку називають ендостом. Кісткові лакуни (містяться між трабекулами губчастих кісток) та мозкові порожнини заповнені кістковим мозком.

Зовні кістка вкрита сполучнотканинною оболонкою — окістям, або періостом, а в місцях з’єднання з іншими кістками — хрящем. Періост складається із двох шарів: зовнішнього — волокнистого та внутрішнього — остеогенного. Волокнистий, більш щільний шар, побудований з переплетених товстих пучків колагенових волокон, між якими проходять судини та нерви, спрямовані в товщу кістки. Остеогенний шар складається із пучків колагенових та еластичних волокон, а також значної кількості остеобластів, які в процесі росту кістки розмножуються й перетворюються на остеоцити. Таким чином, кістка росте зовні шляхом нашарування (апозиційно). Зовнішня поверхня кісток дуже своєрідна і характеризується наявністю горбистостей, горбів, горбків, гребенів, остей, ямок, борозен, каналів та інших утворів.

До складу кісток входять органічні й неорганічні речовини. Висушена та знежирена кістка має 1/3 органічних речовин і 2/3 неорганічні. Органічні речовини представлені осеїном і осеїномускоїдом, неорганічні — водою та мінеральними солями. У живій кістці дорослої людини води близько 50 %, жиру — 15,7 %, 12,8 % — інших органічних речовин і 21,5 % — неорганічних. З неорганічних речовин 95 % солей Кальцію. Скелет дорослої людини містить близько 1 200 г солей Кальцію (99 % наявних у тілі людини), 530 г Фосфору та 11 г Магнію.

Органічні речовини надають кістці гнучкості, еластичності, тоді як неорганічні — твердості й міцності.

Кістки людського скелета — це депо неорганічних речовин, які в міру необхідності надходять у кров і використовуються тканинами й органами у процесі їхньої життєдіяльності. Хімічний склад кісток з віком змінюється залежно від складу їжі, яку споживає людина, а також від її професійної діяльності. У разі нестачі в їжі солей Кальцію (або в разі порушення кальцієвого обміну) кістки стають м’якими і під масою тіла можуть деформуватися. Частіше це спостерігають у дитячому віці, оскільки в дітей у кістках більше органічних речовин, ніж неорганічних. У людей похилого віку вміст органічних речовин у кістках зменшується, кістки стають крихкішими, тому в них частіше, ніж у молодих, трапляються переломи.

Розвиток кісток відбувається двома шляхами. Одна група кісток розвивається безпосередньо на місці перетинчастої сполучної тканини. Її називають перетинчастими, покривними, або первинними.

Кістки, які виникли із хрящової тканини, мають назву хрящові, преформовані, або вторинні. До перетинчастих, або первинних, кісток відносять кістку черепа та лиця. Ці кістки починають формуватись у кінці другого місяця ембріонального розвитку, коли в товщі перетинчастої сполучної тканини з’являються скупчення остеобластів, які називаються центрами окостеніння. Остеобласти утворюють пучки колагенових волокон, які поступово просякаються кістковою основною речовиною і складаються в кісткові перекладини. Цей процес від центрів окостеніння поширюється по радіусах, унаслідок чого молода кістка має на розпилі зірчастий вигляд. Поступово проміжки між кістковими перекладинами заповнюються міжклітинною речовиною, в якій відкладаються кристали гідрооксиапатиту й утворення кістки завершується.

Розвиток кістки на основі хряща починається в кінці другого — на початку третього місяця внутрішньоутробного розвитку. Залежно від місця утворення кісткової тканини розрізняють внутрішньохрящове, або ендохондральне окостеніння та перихондральне окостеніння, за якого кісткова тканина виникає у сполучній тканині, що покриває хрящ, — охрясті. За перихондрального окостеніння в глибокому шарі охрястя остеобласти інтенсивно розмножуються і по периферії хряща утворюють тонку пластинку кісткової тканини, яка поступово потовщується й повністю замінює хрящову тканину. Майже одночасно з цим процесом з деяких ділянок охрястя по ходу кровоносних судин остеобласти проникають у товщу хряща та утворюють центри окостеніння, з яких починається ендохондральне утворення кістки.

У деяких ділянках скелета хрящова тканина не замінюється на кістку й зберігається до кінця життя індивіда на суглобових поверхнях кісток, у реберних хрящах, а також на основі черепа та деяких інших ділянках тіла. Одночасно з утворенням кісткової тканини відбувається її руйнування остеобластами. Ці процеси тривають протягом усього життя організму (інтенсивність їх залежить від віку) й забезпечують ріст кістки, її форму та внутрішню будову.

Плоскі кістки ростуть за рахунок окістя. З віком відбувається поступове нарощування шарів кістки. Такий ріст характерний для кісток черепа та лиця, які збільшуються в розмірах також за рахунок окостеніння сполучної тканини, розміщеної між окремими кістками (шви тім’ячка). У довгих кістках окостеніння починається у середній частині діафіза, де під охрястям (майбутнім окістям) утворюється тонкий шар кісткової тканини, який охоплює його у вигляді кільця. Паралельно з цим кісткова тканина розвивається з центрів окостеніння, які виникають в глибині діафіза. В епіфізах центри окостеніння з’являються значно пізніше, ніж у діафізах, поступово збільшуються у розмірах і зближуються з метафізом — ділянкою кістки, розміщеної між діафізом та епіфізом. Незважаючи на інтенсивне розмноження остеобластів у центрах окостеніння діафіза та епіфізів, прошарок хряща, що відділяє епіфіз від метафіза, — епіфізарний хрящ — зберігається протягом довгого часу, завдяки чому можливий ріст кістки в довжину.

У коротких кістках окостеніння починається за ендохондральним типом, до якого далі приєднується перихондральне окостеніння. Кістки, які розвиваються за перихондральними та ендохондральними типами, називають мішаними.

Ріст кістки у довжину триває до 20-25 років, після чого діафіз кістки міцно зростається з епіфізом, і ріст у довжину припиняється. У товщину кістка росте за рахунок окістя. Після припинення росту кісток не припиняється їх перебудова, вона триває протягом усього життя організму. На будові кістки позначається професія людини. Відповідно до професії пластинки губчастої речовини кісток розташовуються в таких напрямках, які найкраще забезпечують міцність їх на стиснення і розтягнення.

Кістки мають значні регенеративні можливості, й що молодший організм, то вони більші. За переломів кісток регенерація відбувається за рахунок розмноження остеобластів. Спочатку на місці перелому утворюється кістковий мозоль, який пізніше осифікується, й на його місці утворюється плоский шов. Інтенсивність росту й розвитку кісток залежить від механічних навантажень на них і харчування. У місцях, де на кістки більший тиск, швидше відбуваються процеси окостеніння. Наприклад, окостеніння кісток нижньої кінцівки здійснюється швидше, ніж верхньої. До того ж, у тих кістках, де механічні навантаження ритмічні й рівень їх оптимальний, окостеніння відбувається швидше. Надмірні навантаження гальмують ріст кісток. Фізичні вправи, особливо стрибкові, на розтягування, прискорюють ріст кісток, оскільки їхня щільна речовина потовщується, а в губчастій речовині стає більше комірок.

Розвиток і ріст кісток

Розвиток кісток – остеогенез – у людини відбувається двома способами:

• на основі сполучної тканини (прямий остеогенез);
• на основі хрящової тканини (непрямий остеогенез).

Прямий остеогенез спостерігається при утворенні плоских кісток склепіння черепа та ключиці. Кістки, які розвиваються шляхом прямого остеогенезу, утворюються безпосередньо з ембріональної сполучної тканини (мезенхіми), яка потім заміщається кістковою тканиною (минаючи хрящову стадію).

На основі сполучної тканини розвивається більшість кісток черепа.

До моменту народження кістки черепа ще не формуються. У місцях з’єднання кісток є широкі прошарки сполучної тканини, які отримали назву джерельця.

Завдяки наявності гнучких, еластичних джерельць головка плода в процесі пологів може змінювати свою форму. Після народження, починаючи з 2-3 місяців і до 1,5-2 років, джерельця закриваються, на їх місці у швах між кістками залишаються тонкі прошарки сполучної тканини.

Непрямий остеогенез характерний для утворення трубчастих і плоских кісток тулуба і кінцівок.

Непрямий остеогенез має три стадії:

Заміщення хрящової тканини кістковою починається на другому місяці ембріонального розвитку. На поверхні хрящової моделі майбутніх кісток утворюються молоді кісткові клітини – остеобласти . Ці кісткові клітини розташовуються на поверхні хряща, утворюючи кісткову манжетку. Кісткова манжетка порушує харчування хряща і викликає його руйнування.

На місці хряща формується кістковомозкова порожнина. Кінці (епіфізи) хрящових моделей кісток починають костеніти тільки після народження, коли в них з’являються точки окостеніння – острівці кісткової тканини.

На кордонах діафіза і епіфізів хрящова тканина зберігається протягом усього періоду дитинства і юності (до 14-18 років). За рахунок цих хрящових прошарків між діафізом і епіфізами трубчасті кістки ростуть у довжину.

Після заміщення хрящових прошарків кістковою тканиною епіфізи зростаються з тілом кістки – діафізом. Ріст кістки в довжину при цьому припиняється. Розвиток скелета:

Зростання кісток в товщину здійснюється за рахунок кісткоутворюючої функції окістя.

Найважливішу роль у формуванні кісток відіграє спадковість, а також ендокринна система. Зростання кісток регулюють біологічно активні речовини, наприклад гормон росту, який виділяється гіпофізом. При недостатній кількості цього гормону зростання дитини сповільнюється. Якщо гіпофіз виробляє занадто багато гормону росту, людина виростає вище 2 метрів.

На структуру кісток впливає склад їжі, яка повинна містити в достатній кількості:

• нестача вітаміну А уповільнює ріст дитини;
• нестача вітаміну D викликає порушення в обміні кальцію і фосфору;
• при відсутності в їжі вітаміну D солі кальцію і фосфору в кістках не відкладаються, кістки стають м’якими;
• при нестачі вітаміну С кістки стають крихкими, легко ламаються.

На формування та перебудову кісток впливають і фізичні навантаження.

Відсутність їх приводить до руйнування остеонів, кістки стають тоншими і менш міцними.