<< Главная страница

СКЕЛЕТНЫЕ ТКАНИ

К скелетным (твёрдым) типам тканей внутренней среды относятся хрящевая (хрящ) и костная (кость) ткани.

ХРЯЩЕВАЯ ТКАHb

Хрящ у плода выполняет формообразующую, а в сформированном организме – опорную функции. Хрящ необходим для образования костной ткани путём энхондрального остеогенеза. Хрящевая ткань состоит из хрящевых клеток (хондроцитов) и межклеточного вещества – хрящевого матрикса. Хрящи, как и покровные эпителии, не содержат кровеносных сосудов. Основные свойства хряща – прочность и упругость – определяются молекулярной организацией хрящевого матрикса. Различают гиалиновый, эластический и волокнистый хрящи. Генез, структура и функция хондроцитов, а также организация хрящевого матрикса рассмотрены на примере гиалинового хряща.

Гиалиновый хрящ

Гиалиновый хрящ (рис. 6-30, см. также рис. 10 на вклейке) локализуется в рёбрах, суставах, стенке воздухоносных путей. У плода гиалиновый хрящ формирует скелет, а в растущем организме и при переломах кости гиалиновый хрящ является местом образования костной ткани.

Гистогенез и рост хряща

Хрящ развивается из мезенхимы. Гистогенез хряща стимулируют тироксин, тестостерон и соматотропин, а угнетают кортизол, гидрокортизон и эстрадиол. Рост хрящей происходит как изнутри (интерстициальный рост), так и от

145

Рис. 6-30. Основные структуры хряща. Снаружи хрящ покрыт надхрящницей. Под ней расположен молодой хрящ, а глубже – зрелый хрящ. В хрящевой ткани присутствуют хондроциты, окружённые хрящевым матриксом [39]. Рис. 6-30. Основные структуры хряща. Снаружи хрящ покрыт надхрящницей. Под ней расположен молодой хрящ, а глубже – зрелый хрящ. В хрящевой ткани присутствуют хондроциты, окружённые хрящевым матриксом [39].

надхрящницы (аппозиционный рост). Интерстициальный рост происходит за счёт пролиферации хондроцитов и увеличения объёма матрикса. Аппозиционный рост – наложение слоев новообразованной хрящевой ткани по периферии хряща за счёт дифференцировки хрящевых клеток из хондрогенных клеток надхрящницы.

Надхрящница

У плода надхрящницу образует слой уплотнённой мезенхимы вокруг хрящевого зачатка. В постнатальном онтогенезе надхрящница – плотная волокнистая неоформленная соединительная ткань, окружающая хрящ. В надхрящнице различают волокнистый наружный слой (коллаген типа I) и клеточный внутренний слой, содержащий хондрогенные клетки, участвующие в аппозиционном росте. Кровеносные сосуды надхрящницы осуществляют питание хряща.

Хондроциты

Хондроциты (рис. 6-31) – окружённые хрящевым матриксом клетки хрящевой ткани. При развитии хрящевой ткани происходящие из мезенхимы хондрогенные клетки дифференцируются в хондробласты. Хондробласты пролиферируют и начинают синтез веществ для построения хрящевого матрикса, выделяя их в составе секреторных пузырьков (матриксные пузырьки). В зрелом хряще хондроциты, расположенные ближе к поверхности хряща, имеют овальную форму, их длинная ось расположена параллельно поверхности хряща. В более глубоких слоях хондроциты образуют группы в пределах одной лакуны– так называемые изогенные группы клеток (клон). Хондроциты являются мишенью для инсулиноподобных факторов роста (соматомединов), стимулирующих синтез нуклеиновых кислот и белка. Хондроциты имеют хорошо развитые гранулярную эндоплазматическую сеть и комплекс Гольджи. Многочисленные секреторные гранулы содержат коллагены, протеогликаны и гликопротеины.

146

Рис. 6-31. Хондроцит. Поверхность клетки неровная, с многочисленными короткими отростками. Цистерны гранулярной эндоплазматической сети расширены. Хондроцит содержит много гликогена и липидов [46].
Рис. 6-31. Хондроцит. Поверхность клетки неровная, с многочисленными короткими отростками. Цистерны гранулярной эндоплазматической сети расширены. Хондроцит содержит много гликогена и липидов [46].

Хрящевой матрикс

Хрящевой матрикс содержит до 75% воды, что позволяет веществам из сосудов надхрящницы диффундировать в матриксе и осуществлять питание хондроцитов. Важное значение для обеспечения прочности и упругости хряща имеют белки хрящевого матрикса. Функционально наиболее значимы коллагены, протеогликаны и хондронектин.

Коллагены. Тип II, образующий коллагеновые волокна, составляет до 40% сухого веса хряща. Тип IX сшивает коллагеновые волокна. Его содержание в хряще в пять раз меньше, чем коллагена типа II. α2-Цепь этого коллагена ковалентно связывает хондроитинсульфат. Тип VI найден в матриксе гиалинового и эластического хряща, а также в n.pulposus межпозвонкового диска. Тип X – редкая форма коллагена, с ним связывают способность некоторых хрящей к обызвествлению. Необызвествляющиеся хрящи (например, трахеи) не содержат этой формы коллагена.

Протеогликаны (рис. 6-32). Коллагеновые волокна погружены в макромолекулярные агрегаты протеогликанов – гигантских молекул, секретируемых хондроцитами. Главная функция протеогликанов – связывание воды в хрящевом матриксе и обеспечение диффузии. Основа протеогликана – гиалуроновая кислота. От неё в разные стороны отходят полипептидные цепи т.н. центрального белка. Длинные цепи центрального белка во множестве связывают боковые полисахаридные цепи (гликозаминогликаны). К глобулярному концу центрального белка присоединены короткие молекулы олигосахаридов, а к противоположному концу белка – хондроитинсульфаты. По всей длине центрального белка к нему прикреплены молекулы кератансульфата и олигосахаридов. По мере дифференцировки хондроцитов качественный состав гликозаминогликанов изменяется. Так, цепи хондроитинсульфата в молекуле протеогликана,

Рис. 6-32. Протеогликан хряща. Стержнем макромолекулы служит гиалуроновая кислота. К ней присоединены молекулы центрального белка, связанные с полисахаридами [67]. Рис. 6-32. Протеогликан хряща. Стержнем макромолекулы служит гиалуроновая кислота. К ней присоединены молекулы центрального белка, связанные с полисахаридами [67].

147

Рис. 6-33. Матрикс хряща. Протеогликаны взаимодействуют с коллагенами и регулируют толщину коллагеновых волокон. Связывание протеогликанами большого количества воды определяет упругость хрящевой ткани [68]. Рис. 6-33. Матрикс хряща. Протеогликаны взаимодействуют с коллагенами и регулируют толщину коллагеновых волокон. Связывание протеогликанами большого количества воды определяет упругость хрящевой ткани [68].

синтезируемого молодыми хондроцитами, примерно в два раза длиннее, чем в молекуле протеогликана, вырабатываемого более зрелыми клетками. Протеогликан молодых и гипертрофированных хондроцитов содержит относительно много хондроитин-6-сульфата. Включение хондроитин-6-сульфата в Протеогликан в ходе дифференцировки хрящевых клеток уменьшается, но возрастает включение хондроитин-4-сульфата. Молодые хондроциты синтезируют короткие цепи кератансульфата, а старые клетки – более длинные молекулы этого гликозаминогликана. Молекула протеогликана связывает (структурирует) большой объём воды, по массе намного превышающий её собственный. Количество структурированной воды определяет упругость хрящевой ткани. При сжатии хряща вода вытесняется из областей вокруг сульфатированных и карбоксильных групп протеогликана, группы сближаются, и силы отталкивания между их отрицательными зарядами препятствуют дальнейшему сжатию ткани. Вода возвращается на прежнее место при снятии давления. Таким образом, если коллаген определяет прочность хряща, то Протеогликан – его упругость. Чем длиннее молекулы хондроитинсульфата в составе протеогликана, тем больше воды структурирует протеогликан. Поэтому Протеогликан старых хондроцитов связывает меньше воды, вследствие чего хрящевой матрикс у пожилых людей становится менее упругим. Протеогликаны не только структурируют воду. Они занимают большой объём в пространстве тканевого матрикса и, взаимодействуя с коллагенами, регулируют толщину коллагеновых фибрилл (рис. 6-33). Кроме того, протеогликаны связывают отдельные компоненты матрикса в единую систему, усиливая взаимодействие между фибронектином и коллагеном.

Хондронектин, контролируя консистенцию матрикса, важен для развития хряща и поддержания его структуры. Молекула хондронектина имеет участки связывания коллагена типа II, протеогликанов и рецепторов хондронектина в плазмолемме хондроцитов. Таким образом, функции хондронектина аналогичны фибронектину и ламинину. Если фибронектин связывает клетки с коллагеном типа I, а ламинин – эпителиальные клетки с коллагеном типа IV, то хондронектин специфичен в отношении хондроцитов и коллагена типа II.

Возрастные изменения и регенерация

В пожилом возрасте происходят изменения гиалинового хряща: гипертрофия и последующая гибель хрящевых клеток и обызвествление матрикса. Дегенерация гиалинового хряща происходит также в ходе энхондрального остеогенеза. Регенерация гиалинового хряща крайне незначительна. Только в раннем

148

детском возрасте она протекает достаточно эффективно. Способность гиалинового хряща к регенерации определяют исключительно потенции надхрящницы.

Эластический хрящ

Эластический хрящ (см. рис. 11 на вклейке) входит в состав ушной раковины, слуховой (евстахиевой) трубы, надгортанника, рожковидных и клиновидных хрящей гортани. Помимо прочности и упругости, эластический хрящ обладает ещё одним свойством – эластичностью. Эластический хрящ принципиально построен так же, как и гиалиновый. Главное отличие – присутствие в хрящевом матриксе сети эластических волокон. По сравнению с гиалиновым эластический хрящ менее подвержен дегенерации, содержит меньше липидов, гликогена, хондроитинсульфатов и не обызвествляется.

Волокнистый хрящ

Волокнистый хрящ (рис. 6-34, см. также рис. 12 на вклейке) присутствует в межпозвонковых и суставных дисках, симфизе лонного сочленения, а также в местах перехода сухожилий и связок в гиалиновый хрящ. Надхрящницы нет. Структурно волокнистый хрящ не только занимает промежуточное положение между сухожилием и гиалиновой хрящевой тканью, но и часто граничит с ними или островками входит в состав тех и других. Волокнистый хрящ испытывает значительные механические нагрузки как при сжатии, так и при растяжении. Коллагеновые волокна, формируя пучки, расположены параллельно друг другу. Между ними в полостях (лакунах) лежат более крупные и округлые (по сравнению с фиброцитами) хондроциты – как отдельные, так и образующие изогенные группы. В изогенной группе волокнистого хряща хондроциты расположены цепочкой. Небольшие пространства между клетками изогенной группы в лакуне заполнены в основном сульфатированными гликозаминогликанами.

КОСТНАЯ ТКАHЬ

Кости формируют скелет организма, защищают и поддерживают жизненно важные органы, выполняют функцию депо кальция, содержат до 99% всего кальция. Микроскопически различают грубоволокнистую (первичную, или

Рис. 6-34. Волокнистый хрящ. Хондроциты образуют цепочки между пучками коллагеновых волокон, проходящих в одном направлении [58]. Рис. 6-34. Волокнистый хрящ. Хондроциты образуют цепочки между пучками коллагеновых волокон, проходящих в одном направлении [58].

149

незрелую, textus osseus rudifibrosus) и пластинчатую (вторичную, или зрелую, textus osseus lamellaris) костные ткани. Макроскопически в кости выделяют губчатое (substantia spongiosa) и компактное вещество (substantia compacta) (см. рис. 13 на вклейке). Костная ткань имеет минерализованный (обызвествлённый, или кальцифицированный) матрикс. В кости присутствуют две линии клеток – созидающая и разрушающая, что отражает постоянно происходящий процесс перестройки костной ткани. Дифферон созидающей линии клеток в костной ткани: остеогенная клетка → остеобласт → остеоцит. Разрушающая линия клеток– остеокласты.

Костный матрикс

Костный матрикс составляет 50% сухого веса кости и состоит из неорганической (50%) и органической (25%) частей и воды (25%). Неорганическая часть в значительном количестве содержит два химических элемента – кальций (35%) и фосфор (50%), образующие кристаллы гидроксиапатита, а также входящие в состав других неорганических веществ. Кристаллы гидроксиапатита соединяются с молекулами коллагена через остеонектин. В состав неорганической части кости также входят бикарбонаты, цитраты, фториды, соли Mg2+, K+, Na+. Органическая часть– коллагены (коллаген типа I – 90–95% и коллаген типаV) и неколлагеновые белки (остеонектин, остеокальцин, протеогликаны, сиалопротеины, морфогенетические белки, протеолипиды, фосфопротеины), а также гликозаминогликаны (хондроитинсульфат, кератансульфат). Органические вещества костного матрикса синтезируют остеобласты. Остеонектин поддерживает в присутствии коллагена осаждение Са2+ и РО43-. Остеокальцин – небольшой белок в минерализованном матриксе кости, участвует в процессе кальцификации, служит маркёром для оценки активности костной ткани. Морфогенетические белки кости (BMP) – регуляторные, они индуцируют энхондральный остеогенез.

Остеоид

Остеоид – неминерализованный органический костный матрикс вокруг остеобластов, синтезирующих и секретирующих его компоненты. В дальнейшем остеоид минерализуется, чему предшествует появление в остеоиде выделяемых остеобластами матриксных пузырьков. Окружённые мембраной матриксные пузырьки размером 30 нм–1 мкм содержат липиды, большое количество Са2+, различные фосфатазы. Особенно велика активность щелочной фосфатазы. Щелочная фосфатаза осуществляет ферментативный гидролиз эфиров фосфорной кислоты с образованием ортофосфата, который взаимодействует с Са2+, что приводит к образованию осадка в виде аморфного фосфата кальция Са3(РО4)2 с последующим формированием из него кристаллов гидроксиапатита. Для нормальной минерализации остеоида особенно необходим 1α,25-дигидроксихолекальциферол (активная форма витамина D3 кальцитриол). Способствуя всасыванию кальция и фосфора в кишечнике, кальцитриол обеспечивает их необходимую концентрацию для запуска кристаллизационных процессов в костном матриксе. Прямо воздействуя на остеобласты 1α,25-дигидроксихолекальциферол повышает активность щелочной фосфатазы в этих клетках, способствуя минерализации костного матрикса.

150

Клетки костной ткани

Остеогенные клетки происходят из мезенхимы, имеют веретеновидную форму и расположены в периосте и эндосте. При высоком рО2 остеогенные клетки дифференцируются в остеобласты, а при низком рО2 – в хондрогенные клетки.

Остеобласты

Остеобласты– неделящиеся отростчатые клетки, имеют кубическую, полигональную или цилиндрическую форму. Ядро расположено эксцентрично, цитоплазма резко базофильна. Остеобласты активно синтезируют и секретируют вещества костного матрикса. В связи с этим в остеобластах хорошо развиты гранулярная эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи, присутствует множество секреторных гранул, содержащих проколлаген. Проколлаген секретируется практически через всю поверхность клетки, что даёт возможность остеобласту окружить себя матриксом со всех сторон. Периферическая часть цитоплазмы богата актиновыми микрофиламентами, в большом количестве присутствующими и в отростках. При помощи отростков остеобласты устанавливают контакты с соседними остеобластами и остеоцитами. Функционирование остеобластов в ходе образования и перестройки костной ткани контролируется фактором транскрипции Cbfa 1.

Остеоциты

Остеоциты (рис. 6-35, 6-36) – зрелые неделящиеся клетки, расположенные в костных полостях, или лакунах. В клетке присутствуют цистерны гранулярной эндоплазматической сети, свободные рибосомы, комплекс Гольджи, округлые митохондрии и лизосомы. По мере старения остеоцита содержание указанных органелл существенно снижается. Для примембранной цитоплазмы характерно наличие актиновых микрофиламентов и микротрубочек. Тонкие отростки остеоцитов расположены в канальцах, отходящих в разные стороны от костных полостей. Отростки соседних остеоцитов, соприкасающиеся боковыми поверхностями внутри канальца, формируют щелевые контакты. Совокупность сообщающихся между собой канальцев и лакун составляет лакунарно-канальцевую систему. Остеоциты поддерживают структурную целостность минерализованного матрикса, участвуют в регуляции обмена Са2+ в организме. Эта функция остеоцитов находится под контролем со стороны Са2+ плазмы крови и различных гормонов. Остеоциты могут секретировать

Рис. 6-35. Остеоциты в костной трабекуле Переплетающиеся трабекулы губчатой кости содержат остеоциты и окружены снаружи одним слоем остеобластов Остеоциты расположены в лакунах Отростки остеоцитов проходят в отходящих от лакун костных канальцах [92] Рис. 6-35. Остеоциты в костной трабекуле Переплетающиеся трабекулы губчатой кости содержат остеоциты и окружены снаружи одним слоем остеобластов Остеоциты расположены в лакунах Отростки остеоцитов проходят в отходящих от лакун костных канальцах [92]

151

Рис. 6-36. Остеоцит. Тонкие длинные отростки проходят в костных канальцах. Между стенкой лакуны и поверхностью остеоцита в составе неминерализованного матрикса (остеоида) расположены коллагеновые волокна [46]. Рис. 6-36. Остеоцит. Тонкие длинные отростки проходят в костных канальцах. Между стенкой лакуны и поверхностью остеоцита в составе неминерализованного матрикса (остеоида) расположены коллагеновые волокна [46].

вещества для образования матрикса новой кости, но эта способность менее выражена, чем у остеобластов.

Лакунарно-канальцевая система заполнена тканевой жидкостью, через которую осуществляется обмен веществ между остеоцитами и кровью. В канальцах постоянно циркулирует жидкость, что поддерживает диффузию метаболитов и обмен между лакунами и кровеносными сосудами надкостницы. По химическому составу лакунарно-канальцевая жидкость отличается от плазмы крови или жидкости в матриксе других тканей. Разделяющий плазму и лакунарно-канальцевую жидкость барьер называют костной мембраной. Барьер формируют остеобласты и остеоциты. Концентрация Са2+ и РО43- в лакунарно-канальцевой жидкости превышает критический уровень для спонтанного осаждения солей Са2+, что указывает на присутствие и важную роль различных ингибиторов осаждения, контролирующих процесс минерализации.

Остеокласты

Остеокласты (рис. 6-37) – крупные многоядерные клетки. Предшественники остеокластов – моноциты. Остеокласты относят к системе мононуклеарных фагоцитов. Для дифференцировки остеокластов необходимы колониестимулирующий фактор макрофагов (M-CSF) и остеопротегерин лиганд (OPGL), продуцируемые ретикулярными клетками костного мозга и остеобластами. Фактор некроза опухоли (TNF) также способствует образованию остеокластов. Остеокласты имеют ацидофильную цитоплазму и расположены в области резорбции (разрушения) кости в лакунах Хоушипа. В активированном остеокласте различают гофрированную каёмку, светлую, везикулярную и базальную зоны Остеокласт прикрепляется к резорбируемой поверхности кости за счёт формирования замыкающего кольца из подосом – временных выростов

152

Рис. 6-37. Остеокласт. Многочисленные цитоплазматические выросты гофрированной каёмки направлены к поверхности кости. Светлая зона окружает гофрированную каемку, плотно прилегая к костному матриксу. В везикулярной зоне расположены лизосомы. Ядра, митохондрии, цистерны гранулярной эндоплазматической сети и комплекс Гольджи сосредоточены в базальной зоне [74]. Рис. 6-37. Остеокласт. Многочисленные цитоплазматические выросты гофрированной каёмки направлены к поверхности кости. Светлая зона окружает гофрированную каемку, плотно прилегая к костному матриксу. В везикулярной зоне расположены лизосомы. Ядра, митохондрии, цистерны гранулярной эндоплазматической сети и комплекс Гольджи сосредоточены в базальной зоне [74].

цитоплазмы светлой зоны, содержащих F-актин, винкулин, талин, α-актинин. Кольцо из подосом исчезает после завершения резорбции и ухода остеокласта. Гофрированная каёмка (рис. 6-38) – многочисленные цитоплазматические выросты, направленные к поверхности кости и достигающие её. Через мембрану выростов из остеокласта выделяется большое количество Н+ и Сl-, что создаёт и поддерживает в замкнутом пространстве лакуны кислую среду, оптимальную для растворения солей кальция костного матрикса. Образование Н+ в цитоплазме клетки катализирует карбоангидраза II. Везикулярная зона содержит многочисленные лизосомы, ферменты которых (кислые гидролазы, коллагеназы, катепсин К) разрушают органическую часть костного матрикса. В базальной зоне присутствуют ядра, множество митохондрий, рибосомы и полирибосомы, элементы гранулярной эндоплазматической сети, выраженный комплекс Гольджи.

Грубоволокнистая костная ткань

Между толстыми пучками беспорядочно расположенных коллагеновых волокон расположены удлинённые лакуны с длинными анастомозирующими канальцами. Характерно большое количество протеогликанов и гликопротеинов и низкое содержание минеральных солей. В лакунах находятся остеоциты, более многочисленные по сравнению с пластинчатой костной тканью. Такая незрелая кость присутствует у плода. У взрослого она сохраняется в местах

153

Рис. 6-38. Взаимодействие остеокласта с поверхностью минерализованного костного матрикса. Карбоангидраза II (СА II) катализирует образование Н+ и HCO3-. H+ при помощи Н+-К+-АТФазы активно выкачивается из клетки, что приводит к закислению замкнутого пространства лакуны. Гидролитические ферменты лизосом расщепляют фрагменты костного матрикса. А– остеокласт на поверхности кости; Б – часть гофрированной каёмки; В – часть клеточной мембраны остеокласта в области гофрированной каёмки [9].
Рис. 6-38. Взаимодействие остеокласта с поверхностью минерализованного костного матрикса. Карбоангидраза II (СА II) катализирует образование Н+ и HCO3-. H+ при помощи Н++-АТФазы активно выкачивается из клетки, что приводит к закислению замкнутого пространства лакуны. Гидролитические ферменты лизосом расщепляют фрагменты костного матрикса. А– остеокласт на поверхности кости; Б – часть гофрированной каёмки; В – часть клеточной мембраны остеокласта в области гофрированной каёмки [9].

прикрепления сухожилий к костям, вблизи черепных швов, в зубных альвеолах, в костном лабиринте внутреннего уха. Постнатально незрелая кость часто образуется при заживлении переломов и в быстрорастущих костных опухолях, возникающих из остеогенных клеток.

Пластинчатая костная ткань

Зрелая (вторичная), или пластинчатая костная ткань образована костными пластинками. Пластинчатая костная ткань формирует губчатое и компактное вещество кости. Губчатое вещество – переплетающиеся костные трабекулы, полости между которыми заполнены костным мозгом. Трабекула состоит из костных пластинок и снаружи окружена одним слоем остеобластов. Трабекулы расположены соответственно направлению сил сжатия и растяжения. Губчатое вещество заполняет эпифизы длинных трубчатых костей и образует внутреннее содержимое коротких и плоских костей скелета. Основная масса компактного вещества состоит из остеонов. Компактное вещество образует диафизы длинных трубчатых костей и слоем различной толщины покрывает все остальные (короткие и плоские) кости скелета.

Костная пластинка – слой костного матрикса толщиной 3–7 мкм. Между соседними пластинками в лакунах расположены остеоциты, а в толще пластинки в костных канальцах проходят их отростки. Коллагеновые волокна в пределах пластинки ориентированы упорядоченно и лежат под углом к волокнам соседней пластинки, что обеспечивает значительную прочность пластинчатой кости.

154

Остеон

Остеон (рис. 6-39, см. также рис. 13 на вклейке), или хаверсова система – совокупность 4–20 концентрических костных пластинок. В центре остеона расположен хаверсов канал (канал остеона), заполненный рыхлой волокнистой соединительной тканью с кровеносными сосудами и нервными волокнами. Фолькмана каналы (рис. 6-41) связывают каналы остеонов, между собой, а также с сосудами и нервами надкостницы. Снаружи остеон ограничен спайной линией (линия цементации), отделяющей его от фрагментов старых остеонов. В ходе образования остеона (рис. 6-40) находящиеся в непосредственной близости от сосуда хаверсова канала остеогенные клетки дифференцируются в остеобласты. Снаружи располагается сформированный остеобластами слой остеоида. В дальнейшем остеоид минерализуется, и остеобласты, окружаемые минерализованным костным матриксом, дифференцируются в остеоциты. Следующий концентрический слой возникает подобным же образом изнутри. По наружной поверхности остеоида на границе с минерализованным костным матриксом проходит фронт обызвествления, где начинается процесс отложения минеральных солей. Диаметр остеона (не более 0,4 мм) определяет расстояние, на которое эффективно диффундируют вещества к периферическим остеоцитам остеона по лакунарно-канальцевой системе из центрально расположенного кровеносного сосуда.

Организация пластинчатой кости

В пластинчатой кости (рис. 6-41) упорядочение расположены остеоциты, коллагеновые волокна, костные пластинки и кровеносные сосуды. Остеоциты лежат в лакунах между соседними пластинками. От лакун в толщу соседних

Рис. 6-39. Остеомы в компактной части трубчатой кости. Слой остеонов компактного вещества трубчатой кости сформирован остеонами разных генераций, между которыми располагаются остатки старых остеонов в виде вставочных костных пластинок [92]. Рис. 6-39. Остеомы в компактной части трубчатой кости. Слой остеонов компактного вещества трубчатой кости сформирован остеонами разных генераций, между которыми располагаются остатки старых остеонов в виде вставочных костных пластинок [92].

155

Рис 6-40 Образование остеона. В центральной части на месте будущего канала остеона в составе рыхлой соединительной ткани проходят кровеносные сосуды. Эта центральная часть окружена слоем остеобластов, снаружи лежит слой остеоида. Следующий слой остеобластов и соответствующий ему слой остеоида образуется ближе к центру остеона и имеет меньший диаметр. Сначала обызвествляются периферические пластинки остеона, а затем и центральные. По мере обызвествления матрикса остеобласты дифференцируются в остеоциты [71]
Рис 6-40 Образование остеона. В центральной части на месте будущего канала остеона в составе рыхлой соединительной ткани проходят кровеносные сосуды. Эта центральная часть окружена слоем остеобластов, снаружи лежит слой остеоида. Следующий слой остеобластов и соответствующий ему слой остеоида образуется ближе к центру остеона и имеет меньший диаметр. Сначала обызвествляются периферические пластинки остеона, а затем и центральные. По мере обызвествления матрикса остеобласты дифференцируются в остеоциты [71]

пластинок отходят анастомозирующие костные канальцы, содержащие отростки остеоцитов. Коллагеновые волокна в каждой пластинке проходят параллельно друг другу и под углом к волокнам соседних пластинок. В компактном веществе костные пластинки в основном образуют остеоны, ориентированные вдоль длинной оси трубчатой кости. Между остеонами находятся вставочные костные пластинки. Наружные (покрывающие кость) и внутренние (выстилающие полость кости) общие (генеральные) костные пластинки лежат параллельно друг другу. Кровеносные сосуды залегают в каналах остеонов.

Надкостница

Периост покрывает снаружи всю кость, за исключением суставной поверхности. В периосте выделяют два слоя – наружный и внутренний. Толстый наружный слой – волокнистый, представлен плотной соединительной тканью и содержит коллагеновые волокна, немногочисленные фибробласты и кровеносные сосуды. Остеогенные клетки и остеобласты входят в состав внутреннего (остеогенного) слоя надкостницы. Пучки прободающих коллагеновых волокон (волокна Шарпея), заостряющиеся по направлению к кости и уходящие в её матрикс из надкостницы, обеспечивают прочное прикрепление внутреннего слоя к поверхности кости. Периост – источник остеогенных клеток для развития, роста и регенерации костной ткани.

Эндост – тонкая оболочка, покрывающая трабекулы в губчатом веществе, а также выстилающая кость (со стороны костного мозга) и хаверсовы каналы

156

Рис. 6-41. Компактная часть трубчатой кости. Под надкостницей расположена наружная система общих костных пластинок. Основной объем компактной части кости занимает слой остеонов. Изнутри к слою остеонов прилегает внутренняя система общих костных пластинок. Слева на врезке – остеон [99]
Рис. 6-41. Компактная часть трубчатой кости. Под надкостницей расположена наружная система общих костных пластинок. Основной объем компактной части кости занимает слой остеонов. Изнутри к слою остеонов прилегает внутренняя система общих костных пластинок. Слева на врезке – остеон [99]

компактного вещества. Иными словами, эндост присутствует на поверхности всех костных полостей. Эндост состоит из слоя неактивных плоских остеогенных клеток. В период роста и перестройки кости целостность эндоста часто нарушается остеокластами.

Гистогенез костной ткани

Различают внутримембранный (прямой) и энхондральный (непрямой) остеогенез.

Внутримембранный остеогенез

Этим способом образуются плоские кости. В участках мезенхимы, содержащих капилляры, группы мезенхимных клеток формируют первичные центры окостенения. При этом клетки округляются; между отростками соседних клеток устанавливаются контакты. Далее мезенхимные клетки дифференцируются в остеобласты, начинающие вырабатывать остеоид. Остеоид минерализуется, и дифференцирующиеся остеоциты оказываются замурованными в лакунах минерализованного костного матрикса. Сформировавшаяся незрелая костная ткань существует в форме трабекулы. Отдельные трабекулы, образовавшиеся в

157

различных участках, растут и объединяются друг с другом. Анастомозирующая сеть костных трабекул формирует губчатое вещество. Наиболее толстые трабекулы (диаметром свыше 0,4мм) содержат кровеносный сосуд, расположенный в центральном узком канале, выстланном остеогенными клетками. Поверхность трабекул покрывает слой остеобластов и остеогенных клеток. За счёт этого слоя происходит аппозиционный рост с образованием костных пластинок. Постепенно остеокласты разрушают первичную кость и она замещается зрелой пластинчатой. С утолщением трабекул и уменьшением полостей между ними, вплоть до их исчезновения, губчатое вещество может перестраиваться в компактное, состоящее из остеонов. Длина остеонов плоских костей довольно мала по сравнению с остеонами длинных трубчатых костей. В плоских костях губчатое вещество сохраняется в виде очень тонкого среднего слоя – diploё.

Энхондральный остеогенез

Энхондральный (непрямой) остеогенез (рис. 6-42) происходит в состоящем из гиалинового хряща зачатке будущей кости (хрящевая модель), при этом

Рис. 6-42. Энхондральный остеогенез. Хрящ не превращается в кость, а замещается ею. С кровеносными сосудами в хрящевую модель проникают остеогенные клетки. Остеокласты разбирают минерализованный хрящевой матрикс, а остеобласты строят костную ткань.
Рис. 6-42. Энхондральный остеогенез. Хрящ не превращается в кость, а замещается ею. С кровеносными сосудами в хрящевую модель проникают остеогенные клетки. Остеокласты разбирают минерализованный хрящевой матрикс, а остеобласты строят костную ткань.

158

хондроциты экспрессируют редкий тип Х коллагена. В ходе этого процесса образуются длинные трубчатые кости. Морфогенетические белки кости (BMP) индуцируют энхондральный остеогенез. Выделяют два этапа в энхондральном остеогенезе: образование первичных, а затем вторичных центров окостенения.

Центры окостенения

Первичный (диафизарный) центр окостенения образуется в ходе следующих событий: усиление кровоснабжения надхрящницы в хрящевой модели → повышение рО2 → коммитирование стволовой клетки скелетных тканей в остеогенном направлении → появление остеобластов → образование грубоволокнистой костной ткани (костная манжетка) в средней части диафиза путём внутримембранного остеогенеза. Параллельно в центральной части хрящевой модели происходят гипертрофия хондроцитов, их дегенерация, обызвествление матрикса, слияние лакун хрящевых клеток и образование полостей. Остеокласты костной манжетки резорбируют первичную костную ткань, что приводит к образованию путей, по которым кровеносные сосуды, остеогенные и другие клетки мезенхимного происхождения проникают из надкостницы в образованные при гибели хряща полости. Дифференцировка проникших в центр хрящевой модели остеогенных клеток приводит к образованию костной ткани. В диафизе первичная костная ткань замещается компактным веществом. Костномозговая полость формируется в результате активной резорбции остеокластами комплекса "кальцинированный хрящ – кальцинированная кость". Образованная ранее костная манжетка утолщается и растёт по направлению к эпифизам.

Вторичный (эпифизарный) центр окостенения. В эпифизах оссификация протекает аналогично формированию диафизарного центра окостенения, но на месте первичной костной ткани образуется губчатое вещество. Когда новообразованная костная ткань заполнит весь эпифиз, хрящевая ткань остаётся в виде узких полосок только на поверхности эпифиза (суставной хрящ), а также между эпифизом и диафизом (метафизом) в виде эпифизарной хрящевой пластинки. Нарушения энхондрального остеогенеза наблюдаются при хондродистрофиях и прогрессирующей костеобразующей фибродисплазии.

Рост трубчатых костей

В удлинении диафиза трубчатых костей участвует эпифизарная пластинка, представленная гиалиновым хрящом (рис. 6-43, см также рис. 14 на вклейке). Она существует до тех пор, пока полностью не завершится постнатальный рост кости в длину, после чего замещается костной тканью.

Эпифизарная пластинка

Эпифизарная пластинка состоит из четырёх зон – резервной (покоящегося хряща); размножения (пролиферирующего молодого хряща); гипертрофии клеток и созревания хряща; кальцификации хряща и окостенения.

Резервная зона покоящегося хряща расположена в эпифизарной части пластинки. Она состоит из гиалинового хряща, содержащего небольшие хаотично рассеянные хондроциты. Эта зона не участвует в росте эпифизарной пластинки, а служит для фиксации пластинки к эпифизу.

159

Рис. 6-43. Эпифизарная пластинка. Эпифизарная часть пластинки образована зоной покоящегося хряща. Она представлена типичным гиалиновым хрящом. В зоне размножения присутствуют многочисленные делящиеся хондроциты. Вышедшие из митоза крупные вакуолизированные хондроциты образуют зону гипертрофии и созревания хряща. Минерализация хряща и гибель хондроцитов происходят в зоне кальцификации хряща. В зоне окостенения на месте обызвествлённого хряща формируется костная ткань.
Рис. 6-43. Эпифизарная пластинка. Эпифизарная часть пластинки образована зоной покоящегося хряща. Она представлена типичным гиалиновым хрящом. В зоне размножения присутствуют многочисленные делящиеся хондроциты. Вышедшие из митоза крупные вакуолизированные хондроциты образуют зону гипертрофии и созревания хряща. Минерализация хряща и гибель хондроцитов происходят в зоне кальцификации хряща. В зоне окостенения на месте обызвествлённого хряща формируется костная ткань.

Зона размножения. В этой зоне находятся многочисленные делящиеся хондроциты. Эти мелкие клетки, укладываясь друг на друга, формируют изогенные группы в виде колонок, расположенных перпендикулярно к плоскости пластинки.

Зона гипертрофии клеток и созревания хряща. Здесь расположены вышедшие из зоны размножения и также сгруппированные в колонки крупные вакуолизированные клетки, прекратившие митозы. Наиболее зрелые из них, ещё более увеличиваясь в размерах, смещаются ближе к диафизу. По мере обызвествления хряща третья зона переходит в четвёртую.

Зона кальцификации хряща, граничащая с диафизом, – очень тонкая; её толщина соответствует диаметру одной–трёх клеток. В этой зоне происходят минерализация хрящевого матрикса и гибель хондроцитов. В формирующиеся полости обызвествлённого хрящевого матрикса со стороны диафиза прорастают кровеносные сосуды с сопровождающими их остеогенными клетками. На месте обызвествлённого хряща формируется костная ткань. Тут же появляются остеокласты, разрушающие комплекс "кальцинированный хрящ–кальцинированная кость".

Суставной хрящ

В постнатальном периоде суставной хрящ длинных трубчатых костей продолжает свой рост (за счёт пролиферации хондроцитов поверхностных слоев) до момента достижения эпифизами дефинитивных размеров. Таким образом, суставной хрящ обеспечивает рост эпифиза кости так же, как эпифизарная пластинка обеспечивает рост диафиза кости в длину. В коротких костях, не

160

имеющих эпифизарных пластинок, именно суставной хрящ обеспечивает рост кости в длину в целом.

Рост трубчатых костей в ширину

Рост трубчатых костей в ширину происходит благодаря образованию новых слоев костной ткани (образующихся путём аппозиционного роста) остеогенными клетками надкостницы. При этом из вновь образованной кости формируются хаверсовы системы. С внутренней стороны кость резорбируется остеокластами. В итоге стенка диафиза не утолщается, тогда как костномозговая полость увеличивается. По мере завершения роста кости под надкостницей формируются наружные генеральные пластинки (также по аппозиционному механизму).

Перестройка костной ткани

В костной ткани одновременно и постоянно протекают процессы резорбции старой кости и формирования новой (рис. 6-44). Кость – динамичная структура с постоянно изменяющейся формой и внутренней организацией. Участки кости, испытывающие сжатие, подвергаются резорбции. Напротив, в области приложения тянущих усилий образуется новая костная ткань. Полагают, что остеобласты и остеоциты чувствительны к пьезоэлектрическим токам, возникающим при деформации кости. Это обстоятельство влияет на интенсивность остеогенеза, а гуморальные факторы контролируют активность остеокластов. В итоге происходит перестройка костной ткани, адаптирующая кость к механическим нагрузкам.

Губчатое вещество кости

У взрослого человека около 4% поверхности губчатого вещества кости вовлечено в процесс активной резорбции, в то же время 10–15% её поверхности покрыто остеоидом.

Рис. 6-44. Перестройка пластинчатой костной ткани. Показаны три последовательные генерации остеонов (А-В). Новые остеоны возникают на месте старых. Между остеонами новой генерации видны остатки концентрических костных пластинок старых остеонов, образующие вставочные костные пластинки [42].
Рис. 6-44. Перестройка пластинчатой костной ткани. Показаны три последовательные генерации остеонов (А-В). Новые остеоны возникают на месте старых. Между остеонами новой генерации видны остатки концентрических костных пластинок старых остеонов, образующие вставочные костные пластинки [42].

161

Остеоны компактного вещества

Остеоны компактного вещества кости не сохраняются в течение всей жизни, а подвержены постоянной резорбции. Их фрагменты всегда присутствуют между сформированными остеонами пластинчатой кости в виде вставочных костных пластинок. В ходе резорбции остеонов образуются полости удлинённой цилиндрической формы, выстланные остеогенными клетками. В этих полостях формируются новые остеоны (рис. 6-45).

Сращение переломов

В области перелома повреждены ткани, нарушено кровоснабжение, и остеоциты в прилегающих участках остеонов гибнут. Отмирающая кость подвергается активной резорбции. Между концами отломков формируется новая ткань – костная мозоль (рис. 6-46). Костная мозоль возникает в результате интенсивного размножения остеогенных клеток надкостницы. Часть этих клеток дифференцируется в остеобласты, образующие новые костные трабекулы, прочно прикрепляющиеся к матриксу отломка. Скорость размножения остеогенных клеток в наружной части костной мозоли превышает темпы роста кровеносных сосудов, что и определяет появление хондробластов и образование гиалинового хряща. В дальнейшем (по мере обызвествления) хрящ замещается незрелой грубоволокнистой костной тканью, на месте которой формируется губчатое вещество. После этого костная мозоль перестраивается: губчатое

Рис 6-45 Формирование нового остеона. Остеокласты разрушают старую кость, продвигаясь со скоростью 50 мкм в сутки. В образованный туннель проникают остеобласты и располагаются вдоль его стенок, вырабатывая вещества остеоида, откладывающегося кнаружи от остеобластов. За сутки формируется слой остеоида толщиной 1-2 мкм. По мере обызвествления остеоида образуется концентрическая костная пластинка. Подобные пластинки заполняют все пространство туннеля вплоть до кровеносного сосуда в его центральной части. Так в организме человека происходит замена от 5 до 10% пластинчатой кости в год [9]
Рис 6-45 Формирование нового остеона. Остеокласты разрушают старую кость, продвигаясь со скоростью 50 мкм в сутки. В образованный туннель проникают остеобласты и располагаются вдоль его стенок, вырабатывая вещества остеоида, откладывающегося кнаружи от остеобластов. За сутки формируется слой остеоида толщиной 1-2 мкм. По мере обызвествления остеоида образуется концентрическая костная пластинка. Подобные пластинки заполняют все пространство туннеля вплоть до кровеносного сосуда в его центральной части. Так в организме человека происходит замена от 5 до 10% пластинчатой кости в год [9]

162

Рис. 6-46. Срастание перелома. Образование костной мозоли путём размножения клеток преимущественно остеогенного слоя надкостницы (А). Появление гиалинового хряща в наружной части костной мозоли и постепенное распространение хряща по всему её объёму (Б). Замещение хряща костью (В). При этом сначала образуется губчатое вещество, позднее перестраивающееся в компактное (Г) [39].
Рис. 6-46. Срастание перелома. Образование костной мозоли путём размножения клеток преимущественно остеогенного слоя надкостницы (А). Появление гиалинового хряща в наружной части костной мозоли и постепенное распространение хряща по всему её объёму (Б). Замещение хряща костью (В). При этом сначала образуется губчатое вещество, позднее перестраивающееся в компактное (Г) [39].

вещество между отломками преобразуется в компактное, и восстанавливается первоначальная конфигурация кости.

Гормональная регуляция

Обмен кальция и косвенно – фосфатов в организме регулируют главным образом три гормона: гормон паращитовидной железы (ПТГ), кальцитонин и кальцитриол. Примерно 85% фосфатов содержится в костях. Фосфат обнаруживается также во внутриклеточной и внеклеточной жидкостях. Фосфор плазмы в основном существует в виде неорганического фосфата; значительная его часть находится в свободном состоянии. Гомеостаз Са2+ поддерживается равновесием между поступлением кальция в кровь через ЖКТ и из костной ткани и выведением кальция из крови в мочу и ЖКТ. Глюкокортикоиды ухудшают всасывание Са2+ в кишечнике. Транспорт кальция в пределах ЖКТ в значительной мере определяет кальцитриол. Паратиреоидный гормон (ПТГ) повышает содержание кальция в крови за счёт увеличения высвобождения кальция из костей, снижения экскреции кальция почками и стимуляции почками перехода витамина D в кальцитриол. Кальцитонин – антагонист ПТГ – пептидный гормон, синтезируемый С-клетками щитовидной железы. Кальцитонин снижает уровень кальция в крови за счёт ингибирования резорбции костей остеокластами. При недостатке эстрогенов развивается остеопороз.

Регуляция роста

Синтез макромолекул костного матрикса стимулируют соматомедины, трансформирующий фактор роста β (TGFβ), полипептидные факторы роста из кости. Витамины А и С имеют важное значение для роста костей. Соматомедины

163

стимулируют анаболические процессы в скелетных тканях (синтез ДНК, РНК, белка, включая протеогликаны), а также сульфатирование гликозаминогликанов. Активность соматомединов определяет гормон роста (соматотропин). Витамин С необходим для образования коллагена. При дефиците этого витамина замедляются рост костей и заживление переломов. Витамин А поддерживает образование и рост кости. Недостаток витамина тормозит остеогенез и рост костей. Избыток витамина А вызывает зарастание эпифизарных хрящевых пластинок и замедление роста кости в длину.

Регуляция минерализации

Кальцитриол, необходимый для всасывания Са2+ в тонкой кишке, поддерживает процесс минерализации. Кальцитриол стимулирует минерализацию на уровне транскрипции, усиливая экспрессию остеокальцина. Дефицит витамина D3 приводит к нарушению минерализации кости, что и наблюдают при рахите у детей и остеомаляции у взрослых.

Регуляция резорбции

Резорбцию кости усиливают ПТГ, ИЛ1, трансформирующий фактор роста а (TGFα), простагландины. Резорбцию кости поддерживают йодсодержащие гормоны щитовидной железы. Усиление резорбции под действием ПТГ не связано с прямым влиянием этого гормона на остеокласты, т.к. эти клетки не имеют рецепторов ПТГ. Активирующее влияние гормона (а также ИЛ1) на остеокласты осуществляется опосредованно – через остеобласты и клетки стромы костного мозга: и в тех, и в других ПТГ стимулирует образование остеокластогенного фактора – лиганда остеопротегерина. Резорбцию кости и активность остеокластов подавляют кальцитонин (через рецепторы в плазмолемме остеокластов) и γ-ИФН. Эстрогены ингибируют выработку ретикулярными клетками костного мозга колониестимулирующего фактора макрофагов (M-CSF), необходимого для образования остеокластов, что тормозит резорбцию.

Рахит

Рахит характеризуется костными нарушениями, вызванными недостаточной минерализацией остеоида (формирующийся межклеточный матрикс кости). Не полностью минерализованная костная ткань дефектна, при росте перестраивающаяся кость изгибается и скручивается. Варианты рахита связаны с недостаточностью витамина D в результате сниженного его поступления и всасывания или дефектов метаболизма, либо вследствие недостаточного количества кальция и фосфатов для минерализации костей.

Алиментарный рахит. Недостаточное поступление витамина D приводит к пониженному всасыванию кальция в кишечнике. Гипокальциемия стимулирует секрецию ПТГ, вызывающего повышенное вымывание кальция из костей и уменьшенную реабсорбцию фосфатов в почечных канальцах.

Витамин D-зависимый рахит обусловлен недостаточностью lα-гидроксилазы превращающей кальцидиол в кальцитриол.

Соединения костей

Различают непрерывные и прерывистые соединения костей.

164

Непрерывные соединения

Синдесмоз – непрерывное соединение костей при помощи плотной соединительной ткани (соединительнотканная мембрана между лучевой и локтевой костями, швы между костями черепа). Синхондроз – непрерывное соединение посредством хряща – широко распространён в скелете детей и подростков (соединяет диафиз длинных костей с эпифизом, крестцовые позвонки между собой и т.д.); с возрастом хрящ заменяется костной тканью. У взрослого человека синхондрозы сохраняются в соединениях костей черепа, в грудине (между рукояткой и мечевидным отростком). Симфизы образованы волокнистым хрящом и имеют полость внутри хрящевой пластинки (межпозвонковый симфиз, симфиз рукоятки грудины, лобковый симфиз). Синостоз – непрерывное соединение костей посредством костной ткани (например, соединение тазовых костей).

Суставы

Прерывистые соединения (суставы, или диартрозы). В прерывных соединениях костей суставной хрящ покрывает суставные поверхности. Суставная капсула окружает сустав. В коленном суставе присутствует хрящевой мениск. Полость сустава заполнена синовиальной жидкостью.

Суставной хрящ представлен гиалиновой хрящевой тканью, не имеет надхрящницы, поэтому этот хрящ не способен к регенерации. Суставной хрящ состоит из трёх нечётко разграниченных зон – наружной, средней и внутренней. В наружной зоне мелкие одиночные хондроциты уплощены. В средней зоне продольные ряды клеток расположены цепочками, лежащими перпендикулярно суставной поверхности. Обе зоны представляют собой типичный гиалиновый хрящ. Внутренняя зона представлена кальцинированным хрящом, содержащим мелкие хондроциты. Кость примыкает к внутренней зоне, формируя костную пластинку, поддерживающую суставной хрящ. В области контакта с внутренней зоной суставного хряща кость представляет собой смесь компактной и губчатой костной ткани; здесь же присутствуют каналы (типа хаверсовых), содержащие остеогенные клетки и кровеносные сосуды. В суставном хряще коллагеновые волокна расположены своеобразно – в виде готических арок, что способствует перераспределению давления, оказываемого на суставную поверхность. Суставной хрящ не содержит капилляров, и большинство его клеток получает питание из синовиальной жидкости.

Суставная капсула состоит из двух слоев: внутреннего (синовиального) и наружного (фиброзного), переходящего в волокнистый слой надкостницы. Фиброзный слой – плотная волокнистая соединительная ткань. Образующие пласты коллагеновые и эластические волокна ориентированы вдоль длинной оси диартроза и соединяют надкостницу одной кости с надкостницей другой. Слой без резкой границы переходит во внутренний (синовиальный) слой. Он образован специализированной соединительной тканью, выстилающей полость сустава. Здесь присутствуют многочисленные кровеносные и лимфатические сосуды, нервные волокна, множество тучных клеток. Содержит коллагеновые и в ряде суставов эластические волокна, а также клетки двух типов. Антигенпредставляющие клетки относятся к системе мононуклеарных фагоцитов, они интенсивно фагоцитируют, имеют хорошо развитый комплекс Гольджи,

165

много лизосом, редкие цистерны гладкой эндоплазматической сети. Синовиальные фибробластоподобные клетки кубической формы имеют хорошо развитую гладкую эндоплазматическую сеть. Разделённые немногими коллагеновыми волокнами, эти клетки образуют почти сплошной слой. Повреждённый синовиальный слой быстро и полностью восстанавливается.

Синовиальная жидкость – прозрачный и вязкий диализат плазмы, в высокой концентрации содержащий сильно полимеризованную гиалуроновую кислоту, продуцируемую клетками синовиального слоя.

166


На главную
Комментарии
Войти
Регистрация
Status: 408 Request Timeout