Остеобласты – молодые, функционально активные клетки. В зрелой кости местами их локализации являются:

· надкостница;

· эндост;

· каналы остеонов.

В формирующейся костной ткани остеобласты располагаются на поверхности костного матрикса.

Активные остеобласты имеют кубическую форму, тонкие отростки, связывающие их с другими клетками, светлое ядро, базофильную цитоплазму, хорошо развитые органеллы белкового синтеза.

Функции остеобластов:

· остеобласты синтезируют и секретируют органический компонент. межклеточного вещества (остеоид); Органические компоненты костной ткани: коллаген I типа (90% всех белков), коллагены других типов (III,IV,V,IX,XIII типов) гликопротеины (остеонектин, остеокальцин), протеогликаны;

· остеобласты осуществляют процесс минерализации костного матрикса – отложение кристаллов гидроксиапатита и других неорганических солей вдоль фибрилл коллагена - путём синтеза и секреции неколлагеновых белков, контролирующих процесс минерализации, в частности щелочной фосфатазы;

· остеобласты участвуют в регуляции потока ионов Са и Р в костную ткань и обратно.

· остеобласты синтезируют и выделяют различные ростовые факторы, в том числе и морфогенетические белки кости, определяющие превращение остеогенных клеток в остеобласты.

Остеоцит – основной тип клеток зрелой костной ткани. Образуются из остеобластов, когда те в результате своей синтетической активности и минерализации оказываются окруженными со всех сторон минерализованным матриксом. При этом происходит утрата способности к делению, клетки уменьшаются в размерах, их синтетическая активность резко падает. Уплощенные тела остеоцитов лежат в полостях - лакунах, а их отростки – в костных канальцах – узких тоннелях в твёрдом минерализованном матриксе. Своими отростками остеоциты контактируют

друг с другом при помощи щелевых соединений. Благодаря этому создаётся единая сеть взаимодействующих клеток, связанная при помощи структурных гликопротеинов (остеонектин) с межклеточным веществом.

Основная функция остеоцитов - поддержание нормального состояния костного матрикса и баланса кальция и фосфора в организме.

Данный дифферон включает клетки следующих стадий развития: остеогенные клетки → преостеобласты → остеобласты → остеоциты.

Остеокласты имеют иное – гематогенное – происхождение. Остеокласты образуются из моноцитов крови путём их слияния с формированием многоядерных гигантских клеток (точнее, симпластов).

Функции остеокластов:

· остеокласты осуществляют разрушение (резорбцию) костной ткани;

· поддержание минерального гомеостаза – в связи с высвобождениемпри разрушении матрикса большого количества минеральных веществ, поступающих в кровь.

Остеокласты имеют крупные размеры и большое число - до 20-50 - ядер. Остеокласты располагаются поодиночке в образованных ими углублениях костной ткани (в резорбционных лакунах, лакунах Хаушипа). Цитоплазма – ацидофильная, содержит хорошо развитый комплекс Гольджи, многочисленные лизосомы и мембранные пузырьки, митохондрии. Маркёрные ферменты остеокластов – особая форма кислой фосфатазы, карбоангидраза и АТФаза.

Участок цитоплазмы, прилежащий к костному матриксу, образует многочисленные складки клеточной мембраны - гофрированный край . Плотное прикрепление образуется в зоне краевых светлых зон , в результате чего создается герметичность лакуны и зоны резорбции. Закисление содержимого лакун осуществляется: (а) путем выделения кислого содержимого вакуолей; (б) благодаря действию протонных насосов, накачивающих ионы Н + в лакуны (источник протонов – реакция между СО 2 и Н 2 0 при помощи фермента карбоангидразы). Кислое содержимое вызывает резорбцию минерального компонента; выделение лизосомальных ферментов – растворение органических компонентов.

Регуляция активности обеспечивается общими и локальными факторами. В частности гормоны тирокальцитонин и женские половые гормоны подавляют функции остеокластов, а гормон паращитовидной железы паратирин стимулирует их активность.

Кость человека представляет собой отдельный орган, который встречается и у всех позвоночных. Внешнее строение сложное, что обеспечивается анатомическими особенностями, уникальна форма каждой кости. Так же уникальна в своем строении костная ткань, которая одновременно отличается легкостью, прочностью. Функция костей состоит не только в перемещении человека в пространстве, они защищают внутренние органы от повреждений, в канале расположен мозг, ответственный за выработку клеток крови.

Плотность кости человека обеспечивается минеральными веществами. Сама же костная ткань состоит из клеток остеобластов и остеоцитов, остеокластов, задача их состоит в удалении старых, омертвевших клеток крови. Есть органический компонент, представляющий собой коллаген под названием оссеин. Костная ткань ребенка сразу после его рождения представлена 270 костями, со временем их становится 206, это если не учитывать сесамовидные. Наибольшая у человека бедренная кость, самая маленькая – стремя, расположенное в полости среднего уха.

Клеточная составляющая

Как все ткани, кость состоит из нескольких клеточных разновидностей. Это:

• остеобласты;
• остеоциты;
• остеокласты;
• остеогенные клетки.

Каждая имеет свое уникальное строение, расположена в различных участках.

Остеобласт

Эта клетка обеспечивает способность кости восстанавливаться, формирует новую кость. Величина ее от 15 до 20 мкм, задача ее в том, чтобы образовывать новое межклеточное вещество. Форма кубическая со многими углами, которые образованы мезенхимальными клетками - предшественниками, содержащими комплексы Гольджи. Всего клеточный состав остеобласта представлен рибосомами, зернистой эндоплазматической сетью.

Находятся остеобласты у человека в зоне роста, в большом количестве содержит их периост, эндост. Клетка выделяет межклеточное вещество, оказываясь в центре, оно отвердевает, образуя «ловушку». После этого с остеобластом происходят изменения, он меняет свою структуру, превращаясь в остеоцит. Последний - полноценная клетка кости, наиболее распространен.

Остеоцит

Как уже ранее упоминалось, остеоцит - зрелая форма остеобласта, имеет звездчатую форму. Диаметр его составляет примерно 15 мкм, а высотой он не более 7 мкм. Зрелая форма содержит в своем составе одно ядро, которое располагается ближе к стенке сосуда, рядом находятся два ядрышка, а окружено все мембраной. Расстояние между остеоцитами может колебаться от 20 до 30 мкм.

Во взрослом организме костная ткань представляет собой 42 миллиарда клеток. В среднем за 25 лет половина из них меняется, деления клеток не происходит. Расположен остеоцит в углублении, которое носит название лакуны, она со всех сторон окружена тканью кости.

Этот тип клеток отвечает за поддержание на постоянном уровне минеральной матрицы. Взаимодействие с другими клетками происходит через длинные каналы, расположенные в цитоплазме, все они находятся в пределах костной матрицы. Через каналы клетка получает питательные вещества.

Остеогенные клетки

В отличие от остальных эта клетка не потеряла способности к делению, может воспроизводить себе подобные. Она четко не дифференцирована, обладает высокой способностью к митозу, процессу, когда клетки делятся, происходит восстановление организма. Расположен этот вид в глубоком слое надкостницы, мозга кости. Процесс развития приводит к тому, что остеоген трансформируются в остеобласты.

Остеокласт

Эта клетка способствует тому, что развивается новая костная структура. Остеокласт имеет большие размеры, содержит несколько ядер в своем составе, отвечает за удаление старой кости. В среднем есть 5 ядер, а размер колеблется от 150 до 200 мкм. Организму подобные клетки сильно необходимы, поскольку благодаря им обеспечивается восстановление костей. Старая, поврежденная костная ткань растворяется за счет ферментов, выделяемых клеткой.

Этот тип клеток появляется не из кости, его родоначальником являются макрофаги, моноциты, составляющие белой крови. Процесс восстановления выглядит специфически, остеокластами постоянно уничтожается старая, поврежденная костная ткань, а остеобластами формируется новая. Когда процесс нарушается, кость при этом поротична, что приводит к переломам, повреждениям при незначительных нагрузках на нее.

В кости остеокласты расположены в специфических углублениях, которые носят название Бухт резорбции, лакун Хаушипа. Имеет остеокласт цитоплазму, внутри которой находится пенистая структура за счет вакуолей, пузырьков, содержащихся в большом количестве. В составе вакуолей есть лизосомы, которые выделяют фермент, кислую фосфатазу, именно за счет нее у человека разрушается старая костная ткань.

Составляющие кости

С гистологической точки зрения кость имеет несколько составляющих. Любая разновидность представлена:

• надкостницей;
• компактным веществом;
• эндостом.

Надкостница имеет строение, очень напоминающее надхрящницу. В составе внутреннего слоя, остеогенного, имеется рыхлая соединительная ткань с большим количеством остеокластов, остеобластов, сосудов.

Эндост, оболочка, которой выслан канал изнутри. В составе этого слоя основной является рыхлая волокнистая соединительная ткань. Есть остеобасты, остеокласты. В задачи этой кости входит ее питание, рост в толщину, восстановление.

Компактное вещество имеет три слоя: наружный и внутренний представляет пластинчатая костная ткань, между ними расположен остеонный слой. Остеон - структурно-функциональная единица. Внешне это плоскостное образование, которое представлено костными пластинками, концентрически направленными, наслоенными одна на другую, напоминая цилиндры, которые вставлены один в один.

Между пластинками есть углубления, лакуны, в них расположены остеоциты. В центре - полость, содержащая сосуд, канал получил название канала остеона или Гаверсового. Между остеонами есть пластинки кости, которые называются вставочными остеонами, которые разрушаются.

Формирование кости

У плода источником костей являются клетки мезинхимы, они выселяются из склеротомов. Кость может формироваться прямо из ткани мезенхимы, подобное получило название прямого остеогенеза. Если мезенхима образуется вместо хряща зоны роста, процесс называется непрямым остеогенезом, его имеют дети.

Непрямой вариант

В процессе преобразования мезенхимы появляется грубоволокнистая костная ткань, она же получила название ретикулофиброзной. По мере своего роста, развития на ее месте появляется пластинчатая костная ткань. Прямой остеогенез включает четыре стадии.

Во время первой обособляется остеогенный островок, суть этого процесса в том, что мезенхимальные клетки усиленно делятся. Постепенно появляются остеогенные клетки, остеобласты, происходит появление кровеносных сосудов.

Суть второй, или остеоидной, стадии состоит в том, что остеобластами образовывается вещество между клетками. Некоторая часть остеобластов оказывается внутри, происходит преобразование в остеоцит. Частично остеобласты оказываются на поверхности, образовывая слой снаружи. Эти клетки потом будут формировать надкостницу.

Третьим этапом является минерализация вещества, оно активно насыщается кальцием, его солями, кость становится более компактная. Процесс минерализации происходит за счет поступления из крови глицерофосфата кальция. Щелочная фосфатаза, воздействуя на него, вызывает химическую реакцию для появления новых соединений, в частности, глицерина, остатка фосфорной кислоты. Последнее соединение вступает в реакцию с хлоридом кальция, появляется фосфат кальция. Он становится гидроаппатитом, напоминает прочный пластик.

Четвертая стадия является завершающей, имеет название перестройки, роста, после нее кость может представляться в своем окончательном виде. Надкостницей формируются общие пластины кости, в основной своей массе состоящие из остегенных клеток, располагающихся в адвентициальной оболочке сосуда, а также остеоны.

Прямой вариант

К этой ситуации относится вариант формирования в зоне роста, где был хрящ. В процессе развития сразу может образовываться пластинчатая кость, происходит процесс, как и в предыдущем случае, в четыре этапа.

Вначале этот тип развития предусматривает образование модели из хряща, которая будет развиваться. На втором этапе в области тела модели осуществляется перихондральное окостенение, суть которого состоит в том, что надхрящница становится надкостницей, это пластичный материал. В этом слое стволовые клетки, которые носят название остеогенных, превращаются в остеобласты. Нарастающий процесс дифференцировки является подготовкой к формированию общей пластинки, она формирует манжетку кости.

Параллельно с процессами, описанными ранее, осуществляется окостенение хряща в концах кости, процесс этот называется энхондральным окостенением. Такой же тип трансформации наблюдается в суставных поверхностях, все люди в процессе взросления проходят через это. В ткань хряща врастают сосуды, что важно для питания, дальнейшего преобразования. В адвентициальной оболочке сосудов расположены остеогенные клетки, которые впоследствии становятся остеобластами.

Уже упоминалось, что остеобласт может формировать межклеточное вещество рядом с собой. Таким образом, вокруг формируется остеон в виде пластинок кости. Параллельно хондрокластами разрушается хрящевая составляющая кости, после чего она приобретает свой специфический вид.

В конечном итоге кость перестраивается, растет, происходит разрушение старых участков, формирование новых. Надкостницей формируется тонковолокнистая костная ткань, которая со временем становится прочнее.

Разновидности костей

Есть два вида ткани, которые имеют принципиальные различия, могут встречаться в любом участке организма.

Кортикальная

Этой тканью образовано 80% всех костей в скелете человека, она отличается прочностью, расположена, в частности, в области десен. Задача кортикальной кости заключается в том, чтобы поддерживать тело в пространстве, в защите органов, обеспечении физического усилия, эта ткань способна накапливать, высвобождать кальций. Представлено содержание кортикальной кости плотно упакованными остеонами.

Губчатая

Отличия и менее плотную структуру имеет губчатая костная ткань, располагается она в небольших костях и области десен. Эта разновидность мягче, слабее, чем кортикальная. Данный тип встречается в концах длинных трубчатых костей, внутри тел позвонков. Это губчатый вид кости, состоящий из пластин, полосок, которые прилегают к полостям, расположенным нерегулярно, в них содержится красный костный мозг.

Если посмотреть на кость, то возникает ощущение, что пластинки расположены хаотично, никак не организовывая себя. Однако это не так, расположение построено таким образом, чтобы обеспечить прочность по типу строительных скобок, применяемых в строительстве. Линии нагрузки в кости могут менять свое направление в зависимости от изменения приложения силы. Площадь поверхности большая, за счет этого оптимально протекают метаболические процессы, обмен ионами кальция. Обратной стороной является то, что эта разновидность быстрее поражается остеопорозом.

На протяжении всей жизни кость может обновляться: отжившие клетки разрушаются, появляются новые. Процесс развития, представленный выше, находится в равновесии, разрушенные участки организм может восстановить. Регулируется процесс гормонами щитовидной и околощитовидных желез. Полезны, независимо от того какой тип кости, витамины А, Д, С. У ребенка после рождения недостаток витамина Д приводит к формированию такого заболевания, как рахит.

Является основной опорной тканью и структурным материалом для костей, т. е. для скелета. Полностью дифференцированная кость является самым прочным материалом организма, за исключением зубной эмали. Она очень устойчива к сжатию и растяжению и исключительно устойчива к деформациям. Поверхность кости (за исключением сочлененных поверхностей) покрыта оболочкой (надкостницей), которая обеспечивает заживление кости после переломов.

Костные клетки и межклеточное вещество

Костные клетки (остеоциты) соединяются между собой длинными отростками и со всех сторон окружены основным веществом кости (внеклеточным матриксом). По составу и строению основное вещество кости своеобразно. Внеклеточный матрикс заполнен коллагеновыми волокнами, расположенными в основном веществе, богатом неорганическими солями (соли кальция, в первую очередь фосфат и карбонат).

Он содержит 20-25% воды, 25-30% органических веществ и 50% различных неорганических соединений. Минеральные вещества кости находятся в кристаллической форме, таким образом обеспечивая ее высокую механическую прочность.

Благодаря хорошему кровоснабжению, которое благоприятствует усиленному обмену, кость обладает биологической пластичностью. Жесткий и крайне прочный материал кости представляет собой живую ткань, которая способна легко приспосабливаться к изменению статических нагрузок, в том числе при изменении их направления. Отчетливых границ между органическими и минеральными компонентами кости не существует, и поэтому их присутствие может быть установлено лишь при микроскопическом исследовании. При сжигании кость сохраняет только минеральную основу и становится хрупкой. Если кость поместить в кислоту, то остаются лишь органические вещества, и она становится гибкой, как резина.

Строение трубчатой кости

Строение кости особенно наглядно видно на продольном распиле длинной кости. Различают плотный наружный слой (substantia соmpacta, compacts, компактное вещество) и внутренний (губчатый) слой (substancia spongiosa, spongiosa). В то время как плотный наружный слой характерен для длинных костей и особенно заметен на теле кости (диафизе), губчатый слой в основном находится внутри ее концов (эпифизов).

Такая «облегченная конструкция» обеспечивает прочность кости при минимальном расходе материала. Кость адаптируется к возникающим нагрузкам посредством ориентации костных перекладин (трабекул). Трабекулы располагаются по линиям сжатия и растяжения, возникающим при нагрузке. Пространство между трабекулами в губчатых костях заполнено красным костным мозгом, обеспечивающим кроветворение. Белый костный мозг (жировой мозг) в основном находится в полости диафизов.

У длинных костей наружный слой обладает ламеллярной (пластинчатой) структурой. Поэтому кости также называются ламеллярными. Архитектура ламеллярной сети (остеон, или гаверсова система) хорошо видна на спилах. В центре каждого остеона проходит кровеносный сосуд, через который в кость из крови поставляются питательные вещества.

Вокруг него группируются остеоциты и внеклеточный матрикс. Остеоциты всегда располагаются между пластинками, в которых находятся спирализованные коллагеновые фибриллы. Клетки соединены друг с другом посредством отростков, проходящих через мельчайшие костные канальцы (каналикулы). Через эти канальцы из внутренних кровеносных сосудов поступают питательные вещества. При развитии остеона клетки, образующие кость (остеобласты), в больших количествах начинают поступать из внутренней части кости, образуя наружную пластинку остеона. На эту пластинку накладываются коллагеновые фибриллы, которые спирализуются. Между фибриллами упорядоченно располагаются кристаллы неорганических солей.

Затем с внутренней стороны образуется следующая пластинка, в которой коллагеновые фибриллы располагаются перпендикулярно фибриллам первой пластинки. Процесс продолжается до тех пор, пока в центре останется только место для так называемого гаверсова канала, через который проходит кровеносный сосуд. Также в канале находится небольшое количество соединительной ткани. Зрелый остеон достигает около 1 см в длину и состоит из 10-20 цилиндрических пластинок, вставленных одна в другую. Костные клетки как бы замурованы между пластинками и соединяются с соседними клетками посредством длинных тончайших отростков. Остеоны связаны друг с другом каналами (фолькмановы каналы), через которые ответвления сосудов проходят в гаверсовы каналы.

Губчатые кости также обладают пластинчатой структурой, однако в этом случае пластинки расположены слоями, как в листе фанеры. Поскольку клетки губчатой кости также обладают высокой метаболической активностью и нуждаются в питательных веществах, пластинки в этом случае тонкие (около 0,5 мм). Связано это с тем, что обмен питательными веществами между клетками и костным мозгом происходит исключительно за счет диффузии.

На протяжении жизни организма остеоны плотного слоя и пластинки губчатых костей могут хорошо приспосабливаться к изменениям статических нагрузок (например, к переломам). При этом в плотном и губчатом веществе старые ламеллярные структуры подвергаются разрушению, и возникают новые. Пластинки разрушаются специальными клетками остеокластами, а остеоны, находящиеся в процессе обновления, называются интерстициальными пластинками.

Развитие костной ткани

На первой стадии дифференцировки кости человека пластинчатая ткань не образуется. Вместо этого возникает ретикулофиброзная (грубоволокнистая) кость. Это происходит в эмбриональном периоде, а также при заживлении переломов. В грубоволокнистой кости сосуды и коллагеновые волокна располагаются неупорядоченно, чем она напоминает прочную, богатую волокнами соединительную ткань. Грубоволокнистая кость может образоваться двумя путями.

1. Непосредственно из мезенхимы развивается мембранная кость. Этот тип окостенения называется интрамембранной оссификацией или десмальным окостенением (прямой путь).

2. Вначале в мезенхиме образуется хрящевой зачаток, который затем превращается в кость (эндохондральная кость). Процесс называется эндохондральным или непрямым окостенением .

Приспосабливаясь к нуждам растущего организма, развивающиеся кости постоянно меняют формы. Пластинчатые кости также изменяются в соответствии с функциональной нагрузкой, например, по мере увеличения веса тела.

Развитие длинных костей

Большинство костей развивается из хрящевого зачатка по непрямому пути. Лишь некоторые кости (черепа и ключицы) образуются путем интрамембранной оссификации. Однако части длинных костей могут образовываться по прямому пути даже в том случае, если хрящ уже заложен, например, в виде перихондральной костной манжетки, за счет которой происходит утолщение кости (перихондральная оссификация).

Внутри кости ткань закладывается по непрямому пути, причем вначале хрящевые клетки удаляются хондрокластами, а затем замещаются за счет хондральной оссификации. На границе диафиза и эпифиза развивается эпифизарная пластинка (хрящ). В этом месте кость начинает расти в длину за счет деления хрящевых клеток. Деление продолжается до остановки роста. Поскольку эпифизарная хрящевая пластинка не содержит кальция, она не видна на рентгеновском снимке. Рост кости в пределах эпифизов (центры оссификации) начинается лишь с момента рождения. Многие центры оссификации развиваются только в первые годы жизни. В местах присоединения мышц к костям (апофизы) образуются специальные центры оссификации.

Различия между костью и хрящом

Клетки аваскулярной кости образуют плотное вещество, выполняющее транспортные функции. Такая кость хорошо регенерирует и постоянно адаптируется к изменению статических условий. В аваскулярном хряще клетки изолированы друг от друга и от источников питательных веществ. По сравнению с костью хрящ в меньшей степени способен к регенерации и обладает небольшими адаптационными возможностями.

Как видно из названия, наука биохимия стоит на стыке двух важных дисциплин. Одна из них – химия, другая же - биология. И изучает биохимия, соответственно, химический состав живых клеток и организмов. Кроме того, биологическая химия (или химическая биология) исследует различные химические процессы, которые лежат в основе жизнедеятельности абсолютно любого живого существа. Но, в данном случае, наиболее интересным будет строение кости лошади с точки зрения биохимии.

Как и любого позвоночного животного, кости выполняют опорную основу для тела. В комплексе - это костяк или , который участвует в движениях тела животного, а также защищает внутренние органы. С одной стороны, скелет лошадей очень схож со скелетом тех же больших кошек или, например, волков (все эти виды животных, как известно, передвигаются на четырёх конечностях). Но, с другой стороны, лошади кардинально от них отличаются. И не только в физическом плане. Кости скелета лошади ещё и имеют довольно сложный химический состав.

Кости скелета

Абсолютно все кости у лошади состоят из различных соединений. Эти соединения, в свою очередь, подразделяются на органические и неорганические. К первым можно смело отнести белок (по-научному - оссеин), а так же липиды (это - жёлтый костный мозг). Ко вторым, чаще всего, относят воду и различные минеральные соли. Среди них: кальций, калий, натрий, магний, фосфор и другие химические элементы. А если, например, извлечь из организма взрослой особи кость, то можно увидеть, что на половину она состоит из воды, на 22% - из минералов, на 12% - из белка и на 16% из липидов.

По своим свойствам кости у лошадей обладают довольно высокой твёрдостью и прочностью. Во многом это зависит от высокого содержания минералов и других необходимых элементов. Ещё два немаловажных свойства – эластичность и упругость. Оба они напрямую зависят от белка. А вообще, такое сочетание твёрдости и эластичности во многом достигается за счёт специфического сочетания органики и неорганики. И если сравнивать кости лошади с каким-либо материалом, то по упругости и прочности это всё равно, что бронза или медь.

Но не всегда кости у лошадей будут такими твёрдыми и эластичными. Соотношение многих компонентов в составе кости зависит, прежде всего, от возраста лошади, а уже потом от питания и времени года. Например, у молодого животного отношение белка к минералам 1:1. У взрослого животного – 1:2. А у старого 1:7.

Каждая кость каждой лошади состоит из костной ткани. Сама ткань постоянно и довольно быстро видоизменяется. Кроме всего этого, костная ткань, наверное, единственная во всём организме способна к полной регенерации. Что интересно, в ней могут происходить сразу два противоположных друг другу диаметрально процесса – это процесс восстановления и процесс разрушения. На все эти процессы оказывают сильное влияние различные механические силы, которые имеют место быть в период статики и/или динамики животного.

Сама по себе костная ткань лошади состоит из различных клеток и межклеточного вещества.

Костных клеток выделяют всего несколько видов:

1. Остеобласты.
2. Остеоциты.
3. Остеокласты.

Остеобласты представляют собой самые молодые клетки. Они синтезируют межклеточное вещество.

Когда оно накапливается, то остеобласты в нём замуровываются и становятся, в последствии остеоцитами. Ещё одна их важная функция – непосредственное участие в процессах отложения кальция всё в том же межклеточном матриксе. Этот процесс называется кальцификацией.

В переводе с греческого языка, слово «остеоциты» обозначает «вместилище клетки».

Эти клетки встречаются у зрелой особи. Как говорилось выше, образуются они из остеобластов. Тела их расположены в полостях основного вещества, а отростки – в канальцах, отходящих от полостей. По мнению многих учёных, они принимают активное участие в образовании белка и растворяютмежклеточное неминерализированное вещество. Именно им дано обеспечивать объединение кости, а также её структурную интеграцию.

Остеокласты же – это огромные клетки со множеством ядер (15-20 близкорасположенных).

Их диаметр приблизительно 40 мкм. Они способны появляться в тех местах, где костнная структура рассасывается. Эти клетки костную ткань удаляют посредством разрушения коллагена, а также растворения минералов. Таким образом, их основная их функция – это удаление продуктов распада в кости, и, конечно же, растворение минеральных структур.

И последняя вещь, входящая в состав костной ткани – это межклеточное вещество. Его так же называют костным матриксом. Представлен он, в основном, коллагеновыми волокнами, а также одним аморфным компонентом.

Благодаря коллагену минералы в кости откладываются в виде системы из двух фаз:

• Кристаллический гидроксиапатит.
• Аморфный фосфат кальция.

Первая фаза способствует появлению энергии, необходимой для преобразования костей. Далее кость становится полярной. Вогнутые части имеют отрицательный заряд, выпуклые – положительный.

Как известно, костная ткань по своей химической структуре довольно сложна. В её составе есть и белки (оссеин), и различные минералы, и, конечно же, вода (её, как раз больше всего – 50%). Да и клеточный состав здесь довольно сложный: остеобласты, остеоциты, остеокласты и межклеточное вещество. Понятное дело, что для человека, в химии ничего не понимающего, всё это может оказаться довольно сложным.

Но помимо этого всего, можно выделить ещё два основных вида такой ткани. Это: пластинчатая и грубоволокнистая. Уже по названиям можно представить себе, что первый тип похож скорее на грубое волокно, а второй напоминает пластинки.

Грубоволокнистому типу костной ткани лошади больше соответствует хаотическое расположение коллагена в межклеточном матриксе.

Именно из такого типа костной ткани и построен основной скелет плода, а также скелет новорождённого животного. У взрослых особей грубоволокнистый тип ткани встречается только в тех зонах, где сухожилия скреплены с костями. Также его можно заметить в швах черепа, сразу после их непосредственного зарастания.

А вот пластинчатый тип – это уже совсем, так сказать, другая история.

Здесь главная особенность в том, что волокна белка и коллагена расположены в очень строгом порядке и формируют особые пластины цилиндрической формы. Они вставлены одна в другую и «опоясывают» сосуды. Вместе с сосудами, эти пластины опоясывают и нервы, которые расположены в гаверсовом канале.

В общем, все эти образования получили одно-единственное название: «остеон». То есть, структурная единица пластинчатой ткани – это именно остеон (osteonum). Каждый остеон, в свою очередь, состоит из нескольких цилиндрических пластин (обычно, от 5 до 20).

Каждая такая пластина имеет диаметр в 3-4 мм. Сами по себе остеоны располагаются в полном порядке. И от этого порядка напрямую зависит функциональная нагрузка на всю кость. Из остеонов затем формируются различные перекладины вещества кости. Их ещё называют балками. Эти же балки образуют некое компактное вещество, если, конечно лежат «плотно». В противном случае, если перекладины лежат «рыхло», то балки образуют вещество губчатое.

Если первый тип костной ткани свойственен скорее организму молодому, то на втором типе построен скелет уже организма взрослого (зрелого). Впрочем, элементы первого типа иногда присутствуют у взрослых особей. А элементы второго, в зачаточном состоянии, у более молодых.

В организме любого позвоночного животного, включая человека, находится большое количество разнообразных тканей. И все эти ткани изучает такая наука как гистология. Понятно дело, что и сама гистология подразделяется на ещё более узкоспециальные дисциплины. Название же гистологии так с греческого и переводится – «знание о тканях». Человека, занимающегося этой точной наукой, называют гистологом.

В наше время основными предметами изучения гистологии являются следующие виды тканей:

• Костная.
• Хрящевая.
• Соединительная.
• Миелоидная.
• Жидкие ткани внутренней среды.
• Эндотелий.
• Нервная ткань.

Из костной ткани образованы кости скелета. Она наиболее твёрдая, прочная, эластичная и упругая.

Из хрящевой ткани образованы хрящи. Она состоит из хондробластов, хондроцитов, хондрокластов и межклеточного вещества.

Также, выделяют три типа хрящевой ткани у лошадей: гиалиновая (суставы, рёбра), волокнистая (межпозвоночные диски) и эластическая (уши).

Соединительная ткань также состоит из трёх основных типов клеток (фибропласты, фиброциты и фиброкласты) и межклеточного вещества.

Помимо всего прочего в её состав входят волокна и аморфные вещества (нейтральные и кислые гликозамингликаны). Видов соединительной ткани у коней также два. Это: рыхлая (сопровождает сосуды и нервы) и плотная (формирует фиброзный слой надкостницы). Из названия становится предельно ясна её основная функция.

Миелоидная ткань отвечает за красный костный мозг и развитие клеток, влияющих на лошади.

К жидким тканям внутренней среды относят кровь и , которые участвуют в транспортировке кислорода, углекислого газа, питательных веществ и всех конечных продуктов обмена. Они выполняют сразу три важные функции: транспортную, трофическую (регуляция состава межклеточной жидкости) и защитную. С жидкими тканями, кстати, связан интересный факт – около 50% всей венозной крови содержится в костях.

Эндотелий – это особенный вид эпителиальных тканей, образующий внутреннюю стенку сосудов.

Ещё одна важная вещь, которая важна для гистолога – это нервная ткань. Она состоит из нервов и нервных окончаний.

И если какой-либо вид ткани повреждён или находится в плохом состоянии, то очень велико шанс, что животное может тяжело заболеть и погибнуть. И чтобы этого не произошло, нужен правильный уход, правильное питание, и, конечно же, забота.

Вообще, такая наука как анатомия «не предназначена», так сказать, для изучения костей. Анатомия направлена, скорее, на изучение организма в целом, а также на изучение внутренней формы и структуры органов. Но, так как в организме любого живого существа всё взаимосвязано, то и скелет можно изучать в анатомическом ключе. Этим и занимается анатом. И с точки зрения этого самого анатома, кость (в переводе с латыни, кстати, обозначает «ось»), - орган вполне себе самостоятельный.

И он имеет определённые размеры, строение и форму. Таким образом, в кости взрослой особи можно выделить несколько определённых слоёв:

1. Надкостница.
2. Компактное и губчатое вещества.
3. Костномозговая полость с эндоостом.
4. Костный мозг.
5. Суставной хрящ.

А вот кость, которая растёт, кроме пяти вышеописанных компонентов имеет ещё и некоторые другие, необходимые для формирования ростовых зон. Здесь можно выделить сразу тройку подвидов костной ткани и, конечно же, метафизарный хрящ.

Надкостница же расположена внутри кости на самой её поверхности. Состоит она, обычно, из двух слоёв: слоя внутреннего и слоя наружного.

Первый - это соединительная плотная ткань. И выполняет она, как водится, функции защиты. Второй – это ткань наиболее рыхлая, и за счёт неё и происходят регенерация вместе с ростом. Сама же надкостница отвечает сразу за три очень важных функции: остеобразующую, трофическую и защитную.

Компактное (или плотное, как его ещё называют) вещество расположено уже за самой надкостницей. Состоит оно из ткани пластинчатой. Отличительной особенностью данного вещества являются прочность и плотность.

Сразу под ним можно рассмотреть другое вещество - губчатое. Построено оно абсолютно из такой же ткани, из какой построено вещество компактное. Вот только отличают его костные перекладины, по свойствам своим довольно рыхлые. Они же, в свою очередь, образуют специальные ячейки.

Внутри самой кости можно обнаружить полость. Её именуют костномозговой. Стенки этой полости (впрочем, как и стенки костных балок) покрыты очень тоненькой оболочкой, состоящей из волокон. А вот стенки этой оболочки - выложены соединительной тканью. Называется данная оболочка эндоостом. В его состав входят остеобласты.

А сам красный костный мозг можно обнаружить внутри ячеек губчатого вещества или даже в костномозговой полости.

В костном мозге проходят процессы образования крови. В ходе , а также у новорожденных особей, все кости участвуют в процессе кровообразования. С возрастом это начинает постепенно проходить, и красный мозг превращается в жёлтый.

И, наконец, суставной хрящ.

Он построен из гиалиновой ткани. Она покрывает поверхности суставов в кости. Толщина хряща сильно различается. Более тонкий он в проксимальном отделе. Надхрящины как таковой не имеет, и почти не подвержен окостенению. Приличная нагрузка может способствовать его истончению.

Скелет взрослой лошади (да и любого другого высшего позвоночного животного) состоит из нескольких определённых типов костей. Исходя из этого, можно выделить несколько основных классификаций. Первая из них – это строение кости. Об этом было сказано в предыдущих статьях. Вторая – форма кости. К примеру, рёберные кости и кости голени сильно разнятся. Третья классификация костей у лошади – по развитию (кости молодого и старого животного различны) И, наконец, четвёртая – по функциям.

Длинные кости лошади подразделяют на дугообразные (к ним относятся рёбра) и трубчатые. Последние выполняют роль своеобразных рычагов передвижения. Состоят из длинной части тела (её ещё называют диафиз) и утолщённых концов (их именуют эпифизом). Между ними заключён метафиз, который обеспечивает рост кости.

Более короткие кости состоят, в основном из губчатого вещества. Снаружи они бывают покрыты тончайшим слоем вещества компактного или суставным хрящом. Расположены в местах большей подвижности и большей нагрузки. Они как бы являются своеобразными рессорами.

Плоские же кости образуют стенки полостей и пояс конечностей (плечевой или тазовый). Их можно представить в виде довольно широкой поверхности, которая предназначена для крепления мышц. На костях плоских можно чётко просмотреть края и углы. Состоят, обычно, из трёх слоёв компакты. Между ними – немного губчатого вещества. При этом, они активно выполняют функцию защиты. Примерами таких костей могут послужить: кости крыши черепа , грудины, лопатки, а также тазовые кости.

Из названия предельно ясно, что «os pneumaticum» или кости воздухоносные связаны с «ношением воздуха». Внутри своего так называемого тела, эти кости имеют определённых размеров полость. К этим полостям можно смело отнести пазуху и синус. Изнутри, и то, и другое, выстлано слизистыми.

К ним можно отнести оболочки:

• Верхнечелюстную.
• Клиновидную.
• Лобную.

Все они в той или иной мере заполнены воздухом. Помимо этого, они могут хорошо сообщаться и с полостью носа.

Последний из подвидов – это кости типа смешанного, имеющие довольно усложнённую форму. Чаще всего данный вид сочетает в себе сразу несколько черт нескольких определённых вариантов. Состоят они из тех частей, которые имеют совершенно разное строение и очертание. Разными они могут быть и по происхождению. К ним можно отнести, например, кости или позвонки, находящиеся у самого основания черепа. Кстати, через некоторые черепные кости может проходить очень большое количество вен. И такие кости называются «диплозом».

Если разбирать классификацию костей по происхождению, то можно выделить два основных вида. Это кости первичные и кости вторичные.

Первичные развиваются из так называемой мезенхимы, и стадий развития проходят всего лишь две: костную и соединительнотканную. К первичным костям можно отнести многочисленные покровные кости черепа: верхнечелюстную, лобную, межтеменную, носовую, резцовую, теменную и чешую височной кости.

Для них особо характерна эндсемальная оссификация. То есть, оссификация в соединительную ткань.

Вторичные кости развиваются из зачатка формирования костной и хрящевой тканей организма (склеротома мезодермы). В отличие от первичных костей, вторичные проходят сразу три главных стадии развития:

1. Соединительнотканную.
2. Хрящевую.
3. Костную.

Таким образом, развивается абсолютное большинство костей скелета.

Значительно сложнее проходит процесс оссификации или окостенения вторичных костей. Задействованы здесь сразу три точки окостенения, две из которых – эпифазные, одна – диафазная.

Сами по себе кости формируются на базе зачатков хрящей. Хрящевая ткань замещается потом костной и включает два вида окостенения: перихондральное окостенение и окостенение энхондральное.

Перихондральное начинается тогда, когда остеобласты на внутренней стороне надхрящницы образуют фиброзную ткань, а затем и пластинчатую. В этом же месте надхрящница преобразуется в надкостницу и формирует костную манжетку. Она же нарушает питание хряща, и он постепенно разрушается.

Энхондральное окостенение начинается примерно тогда, когда оканчивается перихондральное. Центры данного вида окостенения появляются в разное время в эпифазах длинных костей. В этих же центрах хрящ резорбируется, после чего формируется энхондральная кость. После неё появляется кость перихондральная. Дополнительные точки оссификации – апофизы – появляются ближе к концу плодного периода. Окостеневшие же эпифазы и диафиз соединяются с помощью хрящевых пластинок в трубчатых костях.

Хрящевые пластинки по-другому называются метафизарными хрящами (на рисунке под номером 5).

Эти хрящи располагаются, как раз-таки, в зоне непосредственного роста. И кость растёт именно за счёт них. Прекращается рост с последующей оссификацией. Проще говоря, сливаются воедино все основные точки и добавочные. После чего они соединяются в одну сплошную массу, и происходит дальнейшее синостозирование.

Кости любого позвоночного животного формируются не просто так, а по определённой закономерности. Эту закономерность впервые выявил П.Ф. Лесгафт, основоположник современной функциональной анатомии.

Среди этих закономерностей Лесгафт особенно подчёркивал принцип образования костной ткани. Далее он говорил о степенях развития кости, так как развитие происходит так же по определённой закономерности. О прочности и лёгкости костей, о внешней форме и её последующей перестройки Лесгафт так же не забывал.

Теперь более подробно хочется сказать о костной ткани. Она «имеет привычку» образовываться именно в тех местах, где происходит наибольшее натяжение или сжатие.

Существует некая закономерность: прямо пропорционально развитию костной структуры. То есть, чем лучше развиты мышцы, тем лучше будут развиты и кости.

Их внешняя форма (костей) может меняться под давлением или растяжением. Рельеф и форма также зависят от мышц. Таким образом, если мышца соединена с костью сухожилием, то формируется бугор. Если же мышца вплетена в накостницу, то углубление.

При оптимально затрачиваемом костном материале арочное и трубчатое строение костей обеспечивает большую прочность и лёгкость.

Сама по себе внешняя форма костей напрямую зависит от того давления, которое оказывают на них (кости) окружающие ткани. Кроме того, внешняя форма может несколько видоизмениться при давлении на кость различных органов. Здесь стоит пояснить: кости образуют для органов так называемые «костные вместилища» или ямки. Соответственно, малейшее изменение костей приведёт к изменению органов и наоборот. Там, где проходят сосуды, на костях имеются определённые борозды. К тому же измениться форма костей может и при увеличении или же при уменьшении давления.

К тому же форма кости может неплохо перестроиться. Происходит это под влиянием различных внешних сил. Также на перестройку оказывает сильное влияние время. К примеру, если понаблюдать за молодыми и старыми животными, то выяснится, что у молодняка рельеф кости сильно сглажен.

А вот у старых животных, наоборот, очень и очень резко выражен.

И всё вышеописанное ещё раз подтверждает, как всё в организме взаимосвязано. К примеру, если у животного (или даже у человека) повреждены кости, то это скажется и на внутренних тканях и органах. И если оказать своевременную и правильную помощь, то животное проживёт долгую и насыщенную жизнь.

Влияние различных факторов на развитие кости

Говоря о различных факторах, оказывающих влияние на кости скелета, нельзя не упомянуть эндокринную систему. При помощи определённых гормонов (женских или мужских), эта же система регулирует деятельность всех внутренних органов. Сами гормоны выделяются в кровь эндокринными клетками. Кроме внутренних органов, эндокринная система оказывает довольно-таки значительное влияние на развитие всех костей скелета. И таким образом, все главные точки окостенения появляются ещё до начала созревания.

Кроме того, выявлена зависимость строения скелета от состояния лошади. ЦНС осуществляет всю трофику кости. Когда трофика усиливается, то количество костной ткани в ней увеличивается в разы. Она становится значительно плотнее и компактнее. Если же она становится слишком плотной и слишком компактной, то есть риск развития остеосклероза. Когда трофика слабеет, кость, соответственно, разряжается. И начинается другое неприятное заболевание – остеопороз.

Кроме эндокринной и нервной систем, состояние кости зависит ещё и от кровеносной.

Сам процесс оссификации, начиная от момента появления самой первой точки окостенения и заканчивая синостозирования, проходит при участии сосудов. Проникая в хрящ, сосуды его ещё больше разрушают. Сам же хрящ будет замещён костной тканью. После рождения оссификация и рост костей также протекают в очень тесной взаимосвязи и зависимости от кровоснабжения. Это происходит в силу того, что формирование костных пластин базируется вокруг сосудов крови.

Все изменения, происходящие в кости, как уже говорилось выше, зависят от физических нагрузок.

Именно благодаря им компактное вещество внутри кардинально перестраивается. В этом случае может наблюдаться увеличение размеров и количества остеонов. Если нагрузка неправильно дозирована, то могут возникнуть серьёзные осложнения. Если же наоборот, правильно, то это значительно замедлит все процессы старения в кости.

В молодом возрасте, понятное дело, скорость резорбции ещё довольно низкая, а костный матрикс образуется быстро. В зрелом и старческом возрастах все изменения скелета связывают со значительно возросшей скоростью резорбции и низкими процессами образования костного вещества.

Так или иначе, кость абсолютно любого живого организма – структура динамическая. Она способна приспособится к постоянно меняющимся условиям окружающей среды.

Различают пластинчатую и грубоволокнистую (ретикулофиброзную) костную ткани.

Грубоволокнистаякостная ткань (ретикулофиброзную) обнаруживается у плодов, а у взрослых – в местах прикрепления сухожилий мышц к костям, в местах зарастания черепных швов, в зубных альвеолах, в костном лабиринте внутреннего уха. В любом возрасте этот вид костной ткани может появляться в ответ на повреждение, в результате лечения, стимулирующего костеобразование, а также при нарушениях метаболизма, воспалительных и неопластических процессах.

Грубоволокнистая костная ткань характеризуется высокой скоростью формирования и обмена. Межклеточное вещество грубоволокнистой костной ткани состоит из мощных пучков коллагеновых волокон, расположенных параллельно или под углом друг к другу, большого количества протеогликанов и гликопротеинов и имеет низкое содержание минеральных солей.

Плотность расположения остеоцитов более высокая, чем в пластинчатой костной ткани. Остеоциты уплощены, лежат в лакунах и не имеют определенной ориентации по отношению к волокнам.

Пластинчатаякостная ткань отличается от ретикулофиброзной костной ткани упорядоченным расположением коллагеновых волокон в составе костных пластинок. Костные пластинки, в свою очередь, формируют параллельные концентрические слои – остеоны - структурно-функциональные единицы пластинчатой кости. Остеоны вместе с другими костными пластинками (наружные, внутренние периферические (генеральные) пластинки, интерстициальные пластинки) формируют основную массу компактной кости человека. Суммарно в составе компактной кости минеральный компонент матрикса по весу в процентном отношении несколько меньше органического.

Клетки костной ткани.

Клетки костной ткани происходят из двух клеточных линий: плюрипотентных мезенхимальных стволовых клеток и гемопоэтической стволовой клетки. Предшественники мезенхимальных клеток – «колониестимулирующие единицы» - дифференцируются в преостеобласты, располагающиеся вблизи костных поверхностей, которые при наличии соответствующих условий могут дифференцироваться в остеобласты. Дифферон костной ткани может быть представлен следующим рядом: остеогенная клетка (преостеобласт)  остеобласт  остеоцит .

Гемопоэтическая стволовая линия состоит из циркулирующих или костномозговых моноцитов, дифференцирующихся в преостеокласты и остеокласты. Мезенхимальные клетки, дифференцирующиеся в остеобласты, содержатся в костных каналах, эндосте, периосте и костном мозге. Еще один источник преостеобластов составляют васкулярные перициты. Клетки мезенхимы имеют неправильную форму, крупное ядро, окруженное узкой цитоплазмой, практически не содержащей мембранных органелл. На процесс дифференцировки клеток влияет щелочная фосфатаза, остеогенный фактор – костный морфогенетический белок (BMP–bonemorphogeneticprotein) иpO 2 (парциальное давление кислорода). При высоких значенияхpO 2 остеогенные клетки дифференцируются в остеобласты, при низких – в хондробласты.

Остеобласты относят к клеткам, формирующим костную ткань. Они располагаются на поверхности кости и плотно прилежат к соседним клеткам. Часть клетки, обращенная к новообразованному органическому матриксу, содержит преимущественно ГЭС, в то время как ядро находится на противоположном полюсе клетки. Остеобласты отличают по ассиметрично расположенному ядру. Основная функция остеобластов – синтез и секреция органического матрикса кости (коллагеновые и неколлагеновые белки), включающие внутри- и внеклеточные этапы. Внутриклеточный этап заключается в биосинтезе и процессинге коллагенаIтипа, секреции и экскреции его во внеклеточное пространство. Внеклеточный этап связан с формированием микрофибрилл, фибрилл и организации их в коллагеновые волокна, образующих сложно организованный коллагеновый каркас. Наряду с этим, остеобласты синтезируют и неколлагеновые белки (гликопротеины, остеонектин, остеокальцин, костный сиалопротеин, остеопонтин и др.), а также коллагеназу и активатор плазминогена. Маркером остеобластов является синтезируемый ими фермент щелочная фосфатаза. Остеобласты принимают участие в контроле обмена электролитов, минерализации кости посредством синтеза продуктов матрикса и образования матриксных везикул. Кроме того, системные факторы, в частности, паратгормон и цитокины могут стимулировать остеобласты к высвобождению факторов, активирующих остеокласты.

Остеобласты разделяют на активные и покоящиеся. Активные остеобласты формируют остеоид, период созревания которого около 10 суток.

Активные остеобласты– это крупные клетки кубической или цилиндрической формы диаметром 20 – 40 мкм, покрывающие 2 – 8% поверхности кости. Они имеют короткие микроворсинки, базофильную цитоплазму и эксцентрично расположенное ядро, богатое РНК. Ядро занимает до трети объема клетки и характеризуется преобладанием эухроматина над гетерохроматином, который беспорядочно распределен вдоль внутренней поверхности ядерной оболочки. В кариоплазме определяются одно или два ядрышка, окруженные гетерохроматином. В цитоплазме имеется хорошо развитая ГЭС с умеренной плотностью упаковки цистерн и канальцев, большое количество свободных рибосом и полирибосом. Митохондрии - преимущественно вытянутой формы, с низкими кристами, зачастую содержат кальций. Комплекс Гольджи хорошо развит и представлен уплощенными мешочками и секреторными пузырьками. Выявляются лизосомы и окаймленные пузырьки. В цитоплазме дифференцирующихся остеобластов определяются скопления гранул гликогена, которые, однако, отсутствуют в клетках, формирующих костную ткань. Имеются и липидные включения. Высока активность щелочной фосфатазы. Остеобласты выделяют матриксные пузырьки, содержащие липиды,Ca 2+ , щелочную фосфатазу и другие фосфатазы, что приводит к кальцификации остеоида. Минерализованный матрикс замуровывает клетку, и она превращается в остеоцит. Основной функцией активных остеобластов является синтез и секреция компонентов органического матрикса кости, выработка матриксных пузырьков, принимающих участие в минерализации, цитокинов и факторов роста. В активных остеобластах может снижаться синтетическая деятельность, и они превращаются в покоящиеся остеобласты или, продуцируя и окружая себя матриксом, - в остеоциты.

Наряду с остеокластами, резорбцию межклеточного вещества по стенкам канала остеона осуществляют и остеобласты. При интенсивной остеолитической активности группы рядом лежащих остеобластов, формируют лакуны остеобластической резорбции.

Покоящиеся остеобласты– это клетки, которые находятся на поверхности костной ткани, формируя своеобразную выстилку, играющую важную роль в обеспечении барьера крови – кость, но не принимают участия в формирования кости. Эти клетки имеют удлиненную и уплощенную форму, большое количество цитоплазматических островков, формирующих контакты с отростками других остеоцитов. Плотность расположения мембранных органелл в таких клетках по сравнению с активными остеобластами значительно снижена. Под влиянием паратиреоидного гормона эти клетки синтезируют ферменты, разрушающие остеоид, что в дальнейшем облегчает прикрепление остеокласта к костной ткани, и рассматривается как первый этап в резорбции кости.

Остеоциты – высокодифференцированные клетки, происходящие из остеобластов, окруженные минерализованным костным матриксом и располагающиеся в остеоцитарных лакунах, заполненных коллагеновыми фибриллами.

В зрелом скелете человека остеоциты составляют 90%. Клетки имеют вытянутую форму, размер около 15 × 45 мкм, содержат одно небольшое ядро, окруженное бедной органеллами цитоплазмой, в которой определяются округлой формы митохондрии и свободные рибосомы. Комплекс Гольджи развит слабо. Объем лизосом и ГЭС зависит от функционального состояния остеоцитов. От тел остеоцитов отходят длинные (50-60 мкм) цитоплазматические отростки, толщиной 5-6 мкм, располагающиеся в канальцах и анастомозирующие с соседними клетками. Плотность расположения остеоцитарных лакун высокая, около 25 000 на 1 мм 3 . Через цитоплазматические отростки осуществляется контакт остеоцитов между собой и с остеобластами эндоста или периоста. Контакты формируются на стадии остеоида, в последующем они образуют сеть, пронизывающую минерализованный костный матрикс (каналикулы). Периостеоцитарные пространства между плазматической мембраной остеоцита и матриксом содержат интерстициальную жидкость, по которой метаболиты поступают к клеткам. Общая плотность периостеоцитарных пространств в костях человека составляет от 1000 до 5000 м 2 , а объем – 1 – 1,5 л. В этих пространствах содержитсяCa 2+ , концентрация которого равна 0,5 ммоль/л, что практически в 3 раза ниже концентрации в плазме крови. Возможно, за счет этого осуществляется постоянный притокCa 2+ в костную ткань.

Основная функция остеоцитов – обеспечение обмена воды, белков и ионов в костной ткани. Остеоциты принимают участие в остеоплазии и остеолизе, хотя в отношении последнего имеются противоречивые точки зрения. Биосинтетическая активность остеобластов и остеоцитов, а в связи с этим и организация межклеточного вещества, зависят от величины и направленности вектора нагрузки, а также характера и величины гормо­нальных влияний. В связи с этим костная ткань - это лабильная, интенсив­но меняющаяся структура.

Остеокласты. Остеокласты - клетки, осуществляющие резорбцию кост­ной ткани. Они возникают из гемопоэтических гранулоцитарно-макрофагальных колониеобразующих единиц (КОЕ), являющихся предшественни­ками моноцитов/макрофагов. Об этом свидетельствует экспрессия на мемб­ранах остеокластов рецепторов Fc, СЗ и других мембранных маркеров макрофагов. В настоящее время не установлен механизм, который приводит к перемещению макрофагов между остеобластами к ненагружаемым участкам межклеточного вещества кости и к слиянию макрофагов с образованием многоядерных клеток - остеокластов. На их формирование влияют интерлейкин-3 и 1,25 дигидроксивитамин D 3 . Остеокласты - многоядерные крупные клетки размером до 150 - 180 мкм. В клетке может содержаться от 4 до 20 ядер. Ядра остеокластов практически одинаковой величины, формы и структуры. Они располагают­ся в центральной части клетки, имеют овально-вытянутую форму; эухроматин преобладает над гетерохроматином.

Остеокласты имеют куполообразную форму, с четкой дифференциацией структуры на 4 зоны: гофрированный край, светлую, везикулярную и базальную зоны. На рабочих участках плазмолемма остеокласта разделяется на светлую зону и гофрированный край.

Светлая зона - это зона прикрепления остеокласта к костной ткани. Благодаря плотному прикреплению создается замкнутое пространство, в ко­тором поддерживается высокая концентрация катионов Н+ и протеолитических ферментов. В ней не содержится мембранных органелл, цитоплазма низкой плотности. В большом количестве определяются актиновые микрофиламенты, принимающие участие в формировании контакта остеокласта с поверхностью минерализованной кости. Адгезия остеокласта к костному матриксу опосредуется рецепторами. Для рецептора витронектина расшиф­рована специфическая аминокислотная последовательность белков матрикса - Arg-Gly-Asp.

Гофрированный край имеет мелкие выросты цитоплазмы различной величины, довольно плотно прилежащие друг к другу, направленные к по­верхности кости, между которыми определяются фрагменты резорбируемого костного межклеточного вещества. Протяженность гоф­рированного края остеокластов днем в 2 раза больше, чем ночью. Эти дан­ные коррелируют с циркадианным ритмом формирования костного матрикса и свидетельствуют о наличии биологического ритма резорбции кости остеокластами. Показано, что гофрированная каемка остеокластов является динамичной структурой и образуется только при контакте с костным межклеточным веществом, но отсутствует при перемещении остео­класта.

Рабочая часть поверхности остеокласта, как правило, глубоко погружена в резорбируемое межклеточное вещество, образуя остеокластическую лаку­ну резорбции (лакуну Хаушипа). В местах размещения нескольких остео­кластов микроскопически определяется изъеденный за счет лакун контур межклеточного вещества костной ткани. В образовании резорбционной лакуны принимают участие ферменты тирозинкиназа, цистеиновые протеиназы. Кроме того, резорбционная активность остеокластов зависит от уров­ня коллагеназы, ионов водорода и кислородных свободных радикалов. Че­рез мембрану остеокласта в области гофрированного края секретируется два типа продуктов, приводящих к деструкции костной ткани: через протонный насос выделяются катионы Н+, активация функционирования которого приводит к секреции протонов, закислению в очаге резорбции (рН снижа­ется от 7 до 4) и растворению минералов кости. Катионы Н+ образуются из Н 2 СО 3 . Органический костный матрикс (остеоид) препятствует взаимо­действию остеокластов с минерализованной костной тканью. Он разрушает­ся катепсинами и коллагеназой, секретируемыми остеобластами и остеокла­стами.

Везикулярная зона остеокласта, расположенная вблизи гофрированного края, содержит многочисленные лизосомы. В базальной зоне остеокласта в цитоплазме обнаруживаются ядра, развитый комплекс Гольджи со зна­чительным количеством цистерн и секреторных пузырьков и умеренно раз­витая ГЭС. Митохондрии определяются в довольно большом количестве между ядром и плазмолеммой на участках, противоположных рабочим, и являются показателем активности остеокластов. Остеокласты могут пе­редвигаться с одного участка резорбции на другой. После выполнения резорбционной функции остеокласт может разделиться на мононуклеарные клетки. Регуляция функциональной активности остеокластов осуществляет­ся остеобластами, системными и локальными факторами, представленными в таблице:

Факторы, регулирующие функциональную активность остеокластов

МАТРИКС КОСТНОЙ ТКАНИ

Матрикс костной ткани занимает 90% ее объема, остальная часть прихо­дится на клетки, кровеносные и лимфатические сосуды. Костный матрикс состоит из органического и минерального компонентов. Неорганические компоненты составляют около 65% веса кости, органические компоненты - 20%, на долю воды приходится около 10%.

Органический матрикс. Основу органического матрикса (90%) составляет коллаген I типа с небольшим количеством (5%) коллагенов III, IV, V и XII типов. Коллаген I типа образует волокна с большим диаметром, что харак­теризует их прочность к растяжению и нагрузкам. Минерализация осуществляется вдоль фибрилл коллагена I типа. Остальные 5% составляют неколлагеновые белки (остеокальцин, остеонектин, костные сиалопротеины, костные фосфопротеины, костный морфогенетический белок, протеолипиды, гликопротеины и костно-специфические протеогликаны). Неколлагеновые белки влияют на формирование кости, минерализацию и активность клеток. Остеонектин обладает высоким сродством к костной ткани и коллагену I типа, регулирует рост кристаллов, что обусловливает его важную роль в кальцификации. Неколлагеновые белки (фибронектин, костный сиалопротеин, остеопонтин и тромбоспондин) обеспечивают межклеточные взаимодействия, ремоделирование костной ткани (остеокальцин), выступают как стимуляторы кальцификации (фосфопротеины). Костные протеолипиды, фосфопротеины связываются с кальцием, стимулируют минерализацию и рост кристаллов. Протеогликаны обеспечивают консолидацию коллагеновых фибрилл и связь коллагенов с кристаллической фазой матрикса. Низко­молекулярные протеогликаны влияют на формирование фибрилл коллагена I типа, стимулируют скорость их образования, а также прирост в толщину и длину. Структуре «коллаген-протеогликаны-кристалл» придается важ­ная роль в обеспечении механических свойств костной ткани. Костный матрикс содержит цитокины и факторы роста, часть из которых яв­ляется продуктом синтеза остеобластов; другие, вероятно, мигрируют в кость из прилежащих тканей. Такие факторы роста, как трансформи­рующий фактор роста бета (TGFβ) и инсулиноподобный фактор роста - 1 (GF-1) синтезируются остеобластами и стимулируют их рост по принципу аутокринного и (или) паракринного эффекта.

Неорганический матрикс. Минеральный компонент межклеточного вещества бывает в двух основных формах - аморфной и кристаллической. Аморфный фосфат кальция составляет 60% минеральной фазы. Это гранулы округлой формы размером от 5 до 20 нм. Растворимость фосфата кальция выше, чем у апатита, что имеет важное биологическое значение для обеспечения постоянства концентрации кальция в интерстициальной жидкости. Он представляет собой лабильный резерв ионов кальция и фосфора. Аморф­ный фосфат кальция - продукт жизнедеятельности костной клетки и его осаждение также регулируется клеткой. 6% объема минеральной фазы составляет СаСОз, около 1,5% - MgPО 4 . В костной ткани содержатся: свинец (хлориды и фториды), стронций, радий, барий, калий и натрий. Последний составляет около 50% всей его массы в организме. Небольшая доля приходится на окта-, ди-, три-, β-трикальцийфосфат, брунеит и другие вещества. Значительный объем в кости занимают кристаллы гидроксиапатита разме­ром от 10 до 150 нм. С особенностью организации кристаллической фазы кости связаны основные функциональные свойства - прочность, метабо­лизм, жизнеспособность и др. Показано, что при остеопорозе изменяются размеры кристаллов гидроксиапатита, их физико-механические и биохими­ческие свойства.

Минерализация костной ткани. Механизмы минерализации кости до кон­ца не раскрыты. Предполагают, что существует несколько механизмов био­минерализации. На основе одних механизмов осуществляется минерализа­ция пластинчатой костной ткани, других - хрящевой ткани и грубоволокнистой костной ткани.

Минерализация пластинчатой костной ткани протекает следующим об­разом. Вначале осуществляется биосинтез коллагена, ГАГ, протеогликанов и гликопротеинов. Коллаген определенным образом располагается в кост­ной ткани. Согласно этой модели, молекулы коллагена пере­крываются лишь на 9% их длины. Линии молекул располагаются уступами латерально и формируют фибриллы с отверстиями между концами моле­кул - зоны отверстий, а область, состоящая из неперекрывающихся мо­лекул, названа зоной перекрытия. Минеральные вещества, имеющиеся в костной ткани, откладываются внутри фибрилл и между ними (преимуще­ственно в зоне отверстий), с последующим распространением в противоположном направлении от зоны перекрытий вплоть до полной минерализации фиб­риллы. Периодичность ми­неральной фазы равна около 70 нм, т. е. соответствует пе­риоду коллагеновых фиб­рилл.

Транспорт остеотропных ионов исследован с помощью радионуклида 45 Са. Фрак­ция, содержащая кальций, переносится через эндотелиальную стенку гемокапилляра в межклеточное простран­ство, откуда перемещается в остеобласты. Через 15 мин. после введения 45 Са 60% метки выявляется над осте­областами, а через 40 мин. почти в одинаковой концентрации метка об­наруживается над клетками и над ближайшими областями межклеточного вещества. Через 6 ч более 60% метки определяется над межклеточным веще­ством. Помимо опосредованного транспорта (межклеточное пространст­во → остеогенные клетки → костный матрикс) допускается прямой путь че­рез межклеточное пространство в костный матрикс. Морфологически участ­ки минерализации представляют собой электронно-плотные частицы, рас­положенные между коллагеновыми волокнами.

Существенную роль в процессах биоминерализации хрящевой ткани и грубоволокнистой костной ткани играют матриксные пузырьки, или вези­кулы, насыщающие органический матрикс кристаллами гидроксиапатита, что создает условия для формирования кристаллов. Матриксные пузырьки представляют собой небольшие образования (около 100 нм и более в диа­метре), которые отделяются от клеточной мембраны в межклеточное про­странство путем экзоцитоза. В матриксе они служат ядрами формирова­ния кристаллов гидроксиапатита. Первичные ядра минерализации возни­кают на реакционноспособных группах нативных коллагенов фибрилл, комплексообразующие группировки которых обладают высоким сродством к различного рода минералам. Однако эти реакционноспособные группы блокированы сульфатированными ГАГ, обеспечивающими пространствен­ную ориентацию макромолекул коллагена и насыщение их макро- и микро­элементами. С участием гиалуронидаз и протеаз происходит деполимериза­ция кислых ГАГ с освобождением аминогрупп, которые связывают Са 2+ и РО 4 3- с образованием ядер кристаллизации.

Согласно другой гипотезе, основную роль в минерализации играют фер­менты: щелочная фосфатаза, АТФаза, фосфорилаза - отщепляющие неорганический фосфат от органического субстрата. В частности, щелочная фосфатаза высвобождает неорганический фосфат из эфиров. В результате фор­мируется локальный избыток ионов фосфора и кальция, и образуются преципитаты фосфора и кальция. Кроме того, щелочная фосфатаза действу­ет как трансфераза и обеспечивает фосфорилирование коллагена. Минера­лизация коллагена I типа начинается на поверхности фибрилл, а затем рас­пространяется вглубь, формируя непрерывную минеральную фазу. Опреде­ленную роль в процессе связывания ионов играет остеокальцин, главный неколлагеновый белок кости, и β-глицерофосфат.

Важным процессом, происходящим при минерализации, является разру­шение ингибиторов минерализации. По мнению одних исследователей, в та­кой роли выступают протеогликаны, которые разрушаются деполимеризующими ферментами типа гиалуронидазы и протеазы. Другие полагают, что ин­гибиторами кальцификации коллагена являются пирофосфаты, фосфонаты и дифосфонаты. Инактивация этих ингибиторов происходит под воздействи­ем фермента пирофосфатазы, разрушающего неорганический пирофосфонат.

Таким образом, процесс минерализации является как ферментативным, так и физико-химическим. Вокруг сформировавшихся кристаллов гидроксиапатита удерживается гидратный слой, что обеспечивает условия для бы­строго обмена неорганических ионов между поверхностным слоем кристал­ла, гидратной оболочкой и внеклеточной жидкостью. Интенсивность об­мена кальция между внеклеточной жидкостью и минерализованным матриксом зависит от концентрационных различий в солевом составе кос­ти, плазмы крови, а также от активности метаболических процессов, проис­ходящих в клетках. С повышением минерализации костной ткани снижают­ся микроциркуляция, диффузия и обмен ионов.

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ

Исходной структурно-функциональной единицей опорных структур в губчатом веществе кости является костная перекладина, или трабекула , обра­зованная костной тканью, а в компактной кости - остеон. Основным фор­мообразующим фактором костной трабекулы является вектор нагрузки, величина и направленность которого определяет ориентацию макромолекулярных компонентов межклеточного вещества. Костная трабекула формиру­ется как пространственная система, противодействующая вектору нагрузки. Перестройка костной трабекулы осуществляется за счет остеосинтетической и остеолитнческой активности остеобластов, остеоцитов и остеокластов. Отложение новообразованного костного межклеточного вещества на поверхности костной трабекулы в одних участках и рассасывание в других дают возможность в сравнительно короткие сроки существенно изменить ориентацию костной трабекулы. Наименее нагружаемые участки подвергаются рассасыванию с помощью остеокластов. Вместе с тем, следует отметить, что костная трабекула может иметь различную форму, обеспечивая выполнение опорной функции только при противодействии одному вектору, т.е. в одной плоскости. Учитывая, что организм человека испытывает действие векторов нагрузки как минимум в трех плоскостях, костная трабекула является исходной структурой для более слож­ных трехмерных опорных конструкций.

Такой конструкцией явля­ется костная ячейка , которую в идеальном при­ближении можно считать кубом, имеющим вход во внутреннее пространство че­рез одну из стенок, Костные трабекулы одной стен­ки переходят без границы в костные трабекулы дру­гих стенок. Костная ткань ячеек окружена средой: по наружной поверхности - это соединительная, а по внутренней - ретикулярная ткани. Все остальные тканевые компоненты – микроциркуляторное русло, нервные элементы и клетки иммунной системы располагаются в ячейке и вблизи костной трабекулы.

Следует подчеркнуть две особенности. Одна заключается в том, что в момент формирования ячейки лимфатические капилляры образуются только по ее наружной поверхности, а не внутри ее и, таким образом, внутриячеистого лимфатического русла нет. Артериальный приток в пространст­ве внутри ячейки происходит под несколько большим давлением и это обусловливает повышенное давление тканевой жидкости во внутриячеистом пространстве, препятствует формированию лимфатических капилляров. Вторая особенность связана с тем, что пространство внутри ячейки оказы­вается благоприятной средой для очагов кроветворения.

Высокие биомеханические качества костных ячеек определяют возмож­ность построения из них крупных и прочных макроскопических опорных структур и, в связи с этим, большинство коротких костей построены из ячеек. В длинных костях, где величины нагрузок существенно возрастают, система ячеек не обеспечивает необходимую прочность, и они трансформируются в многослойные разветвленные трубчатые системы – остеоны, формирующие пластинчатую костную ткань. Взаимоотношения между структурно-функциональными единицами кости складываются на этапах развития костей скелета в за­висимости от распределения вектора нагрузки. В связи с этим эпифизы построены из ячеек, а в метадиафизе опре­деляется переход от ячеек к остеонам. Диафизы костей состоят из остеонов, наруж­ных и внутренних генераль­ных пластинок, а во внут­реннюю полость кости обра­щены отдельные костные трабекулы.

Остеон состоит из систе­мы связанных между собой костных пластинок, окружа­ющих центральный канал. Остеоциты располагаются между слоями костных пластинок. Снаружи остеон ограничен линией цементации, отделяющей его от других остеонов. Центральный канал заполнен соединительной тканью, в которой размещаются кровеносные лимфатические сосуды и нервные волокна.

Используя тетрациклиновую метку, было доказано, что время образо­вания остеонов в семилетнем возрасте составляет около 40 суток, а после 40 лет увеличивается до 79 суток. Остеон представляет собой такую же дина­мичную структуру, как и костная пластинка и ячейка, и в ответ на увеличе­ние нагрузки происходит образование новых слоев костной ткани по внут­ренней поверхности его центрального канала, что ведет к возрастанию ко­личества пластинок и сужению просвета канала. При уменьшении нагрузки остеолитическая деятельность остеобластов внутренней поверхности канала ведет к уменьшению количества пластинок у остеонов и расширению про­света центрального канала.

Остеоны разделяют на три группы: 1) растущие остеоны с хорошо выраженным центральным каналом и узким ободком остеоидной костной ткани под слоем остеобластов. Сосуды канала, как правило, расширены и заполнены кровью; 2) зрелые, покоящиеся остеоны, с узким просветом центрального канала, слабо выраженным слоем уплощенных остеобластов и с суженным просветом сосудов; 3) представлена остеонами резорбционного типа, которые характеризуются расширенным центральным каналом, имеющим неровные контуры в связи с резорбцией костной ткани остеобла­стами. В просвете центрального канала определяется значительное количество клеточных элементов, расширенные и заполненные кровью сосуды. Изменение величины нагрузки создает условия для перехода от растущих остеонов к зрелым формам и от зрелых к резорбционным, а также от резорбционных остеонов к зрелым, что создает гетероморфность остеонов в пределах кости. Перестройка остеонов продолжается всю жизнь. Число остеонов, приходящихся на единицу площади среза в пластинчатой кости, с годами уменьшается. Кроме того, в молодом возрасте остеоны имеют более крупные размеры, а в старческом их диаметр значительно уменьшен, а по внутренней поверхности формируется гиперкальцифицированное кольцо. Резорбцию межклеточного вещества по стенкам канала остеона осуществляют остеокласты и остеобласты. Между остеонами располагается слой пластинок, получивший название вставочные. Коллагеновые волокна в костных пластинках имеют упорядоченное расположение - под углом к волокнам соседних пластинок, что обеспечивает прочностные свойства. Здесь же обнаруживаются костные канальцы, содержащие отростки остеоцитов. Тела остеоцитов располагаются в лакунах.

Интерстициальные каналы компактной кости включают два звена микроциркуляции, которые являются единой трофической системой. Первое звено - это центральные, прободающие и соединительные каналы, содержащие кровеносные сосуды. Центральные каналы располагаются в центре остеона, имеют различный диаметр (от 30 до 150 мкм), стенки этих каналов образованы костными пластинками. Они ориентированы, в основном, вдоль длинной оси кости, и лишь отдельные из них имеют тангенциальную ориентацию. Прободающие каналы (диаметр от 30 до 60 мкм) располагаются в кости по направлению от периоста и эндоста к центральным каналам. Соединительные каналы выполняют роль анастомозов между центральными каналами.

Второе звено - лакунарно-канальцевая система, которая обеспечивает обмен между остеоцитами и кровью. Лакуны остеоцитов в кости разделяют на 5 типов в зависимости от функциональной активности клеток: 1) неак­тивная лакуна, имеющая ровные границы, характеризует фазу покоя остео­цитов, на этой фазе поддерживается тонкая регуляция гомеостаза кальция и фосфора; 2) остеолитическая лакуна - лакуна больших размеров и не­правильной формы, остеоциты, располагающиеся в таких лакунах, содержат большое количество лизосом и осуществляют периостеоцитарный остеолиз (синоним: остеоцитарная остеоклазия); 3) остеопластическая лакуна - по стенкам лакуны определяется большое количество новообразованных радиально расположенных коллагеновых волокон; методом тетрациклиновой метки доказано, что разрушение кости и ее созидание происходят синх­ронно, остеоциты, располагающиеся в таких лакунах, содержат развитую ГЭС; 4) пятнистая лакуна, остеоциты, располагающиеся в лакуне, окруже­ны ореолом из кальцифицированного и некальцифицированного матрикса, обычно такие лакуны определяются в костной ткани при патологических состояниях (флюорозе, рахите и др.); 5) пустая лакуна, содержащая продукты распада остеоцитов; после гибели остеоцитов такие лакуны окружены сверхминерализованной мертвой тканью.

Клеточные лакуны соединяются с канальцами, формируя единую лакунарно-канальцевую систему.

Надкостница (периост). На поверхности кости формируется надкостница. В ней различают два слоя - внутренний остеогенный (камбиальный) и наружный фиброзный.

Внутренний слойнадкостницы включает остеогенные клетки, ко­торые способны дифференцироваться в хрящевые или костные. Клеточные элементы надкостницы располагаются в три слоя: первый состоит из преостеобластов, мелких стволовых клеток; второй - из остеобластов, между которыми располагаются капиллярные петли, и третий - из фибробластов, формирующих коллагеновый каркас. Ультраструктура этих клеток вариа­бельна и зависит от степени дифференцировки. Цитоплазма у малодифференцированных клеток базофильна, определяется высокая плотность сво­бодных рибосом, что свидетельствует об интенсификации ростовых процес­сов. По мере дифференцировки клеток возрастает объем ГЭС. Клетки остеогенного слоя надкостницы принимают участие в процессах перестрой­ки кости, при развитии и росте.

Наружный слойнадкостницы представлен плотной волокнистой соединительной тканью, состоящей из коллагеновых волокон, небольшого числа эластических волокон и фибробластов. Надкостница содержит сосу­ды, переходящие в мягкие ткани. В наружном слое надкостницы имеется сеть лимфатических сосудов. В остеогенном слое капиллярные петли располагаются межу остеобластами. Надкостница прочно крепится к поверхности кости за счет пучков прободающих волокон (волокон Шарпея).

Эндост. Со стороны костного мозга кость выстлана тонкой оболочкой, аналогичной периосту. Однако граница между наружным и внутренним слоями менее выражена. В покоящейся кости в нем обнаруживается непре­рывный слой неактивных плоских остеогенных клеток. Слой остеогенных клеток может быть нарушен деятельностью остеокластов, выполняющих резорбцию костного матрикса для пополнения потребности организма в каль­ции. Остеогенные потенции клеток эндоста проявляются в условиях резорб­ции, при переломах, развитии и росте.

ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ

Кости у мужчин и женщин формируются приблизительно до 25 лет. До 40 лет масса костной ткани практически не изменяется, а затем - до 50 лет идет ее небольшая потеря (до 0,4% в год). У женщин потеря костной ткани более высокая и составляет 0,9-1,1%. К 90 годам у мужчин убыль костной ткани достигает 18,9%, в то время как у женщин - 32,4%. Изменения в губ­чатой кости происходят намного раньше, чем в компактной. Количество трабекул уменьшается на 45% при постклимактерических остеопорозах.

Костная ткань - динамическая система, которая на этапах развития и зрелости характеризуется определенным соотношением компонентов и обновлением. Так, остеокальцин, например, в 50-100 раз больше связывается со зрелой костью, чем с эмбриональной. В надкостнице с повышением возраста не определяется митотическая активность в остеобластическом слое. Снижается плотность расположения остеобластов на поверхности кости. Остеоциты местами разрушаются и в составе костной ткани обнаружи­ваются участки с пустыми лакунами остеоцитов. В связи с непрекращающимся переходом органических и минеральных компонентов межклеточно­го вещества в сосуды происходит сначала истончение, а затем рассасывание костных структур (возрастной остеопороз).

За счет снижения активности биосинтетических процессов в клетках в межклеточном веществе уменьшается содержание хондроитинсульфатов, играющих важную роль в кальцификации. Это приводит к формированию слабо- и среднеминерализованных остеонов. Накопление в субпериостальных областях кости кератансульфатов нарушает периостальное костеобразование, что приводит к снижению механической прочности кости и к пе­реломам. Качественные изменения выражаются в уменьшении доли гликопротеидов и в возрастании роли коллагеновых белков в составе органического матрикса. Это ведет к уменьшению содержания воды и при несущественном изменении прочности ткани к статическим нагрузкам, уменьшается ее прочность к динамическим нагрузкам, т. е. возрастает хруп­кость кости. Количественные изменения проявляются в уменьшении доли костной ткани в объеме участка кости.

Перестройка (ремоделирование) костной ткани. Продолжительность ре­зорбции у пациентов среднего возраста в губчатой кости составляет 40-50 сут., в компактной - 30 сут. В этом возрасте скорость обновления скелета составляет в среднем 8% массы костной ткани в год (в компактном веществе кости - около 4%, в губчатом - около 20%).

В физиологических условиях процессы ремоделирования, протекающие в костной ткани, должны обеспечить как структурно-поддерживающую функцию скелета, так и выполнение метаболической роли в минеральном гомеостазе. Ремоделирование губчатой кости происходит в несколько ста­дий: активация, резорбция, формирование остеоида и его минерализации. Первая стадия - активация остеокластов. На этой стадии к фо­кальному участку кости прикрепляются остеокласты. Фактор, который ини­циирует прикрепление остеокластов к кости, в настоящее время не установ­лен, но возможно, что микроповреждения кости могут явиться сигналом к их стимуляции. Вторая стадия ремоделирования - это формирование локуса резорбции. Полость глубиной 40-60 мкм формируется в течение 4-12 сут. В следующие 7-10 сут. на границе этой области накапливаются протеогликаны, глипротеины и кислая фосфатаза, но практически не опре­деляется коллаген. Эта фаза является пограничной между резорбцией кост­ной ткани и ее формированием. На третьей фазе происходит образование остеоида. Формируются линии цементации, в матриксе появляются такие белки как коллаген, трансформирующие факторы роста. Объем новообразо­ванного остеоида зависит от количества и активности остеобластов, в нем в поляризованном свете можно обнаружить характерное расположение пуч­ков коллагеновых волокон. Последняя стадия - минерализация остеоида. Первой ступенью в кальцификации является появление матриксных везикул, богатых щелочной фосфатазой, остеокальцина и др.

Ремоделирование пластинчатой кости представляет синхронный про­цесс разрушения-созидания остеонов.

Разработана концепция взаимодействия клеточных популяций при ремоделировании кости, которая основана на оценке единиц ремоделирования - базисной многоклеточной единицы (BMU), костной ремоделирующей единицы (BRU) и костной структурной единицы (BSU).

Согласно этой концепции, BMU - комплекс клеток (в основном, остео­бластов и остеокластов), которые участвуют в локальных процессах резорб­ции и формирования кости. В нормальной костной ткани имеет место чет­кая взаимосвязь и взаимозависимость процессов резорбции и восстановле­ния. Новая костная ткань формируется лишь на тех участках, где имели место процессы резорбции. Величина BMU у здоровых людей является по­стоянной по времени образования. С возрастом у человека изменяются следующие параметры: удлиняется время, требуемое на завершение образо­вания одной единицы; уменьшается число новых BMU, которые форми­руются в единицу времени. Это приводит к снижению интенсивности ремоделирования в физиологических условиях. BRU - это компоненты пере­страивающейся костной ткани. Суммарной активностью результатов ремоделирования является BSU. В случае компактной кости в качестве BSU выступает формирование вторичных остеонов. В губчатой кости BSU зани­мает площадь 0,5-1 мм 2 .

В скелетной ткани насчитывается около 35 миллионов BSU, каж­дая - объемом 0,05 мм 3 , 40% из них приходится на губчатую костную ткань. При нормальном росте и развитии подростков и лиц до 35 лет характерно повышенное костеобразование, что приводит к увеличению массы кости. При остеопенических состояниях, болезни Педжета, остеопетрозе и остеопорозах различного происхождения имеет место нарушение процессов ре­моделирования. Так, при болезни Педжета уровень костеобразования зна­чительно увеличен по сравнению с нормой, повышены и процессы ре­зорбции. Развитие остеосклероза при остеопетрозе связано с нарушением функции остеокластов.

Для остеопороза, который возникает вследствие хронического примене­ния глюкокортикоидов, характерно снижение костеобразования и увеличе­ние активности процессов резорбции. Постклимактерические остеопорозы характеризуются тем, что уровень костеобразования может не отличаться от нормы, но значительно увеличивается резорбция костной ткани. В условиях гиперпаратиреоза, гипертиреоза, хронического недостатка кальция в ор­ганизме, рассасывание превалирует над костеобразованием. Ситуация, ко­торая связана с повышением резорбции и костеобразования, характерна для процессов заживления переломов. Для людей зрелого возраста или при аутосомно-доминантной форме остеопетроза характерен высокий уровень формирования кости и низкий уровень резорбции, что приводит к увеличе­нию массы костных трабекул. В условиях сенильных остеопорозов уровень костеобразования значительно снижен, а резорбции - повышен. При медикаментозной терапии эстрогенами, а также солями кальция у пациенток с постменопаузальным остеопорозом отмечается положительный баланс процессов перестройки костной ткани, при этом уровень формирования кости соответствует норме, а уровень резорбции уменьшается. При нарушении процессов минерализации повышенное образование остеоида за счет высо­кой биосинтетической активности остеобластов может приводить к остео­маляции.

Гормональный контроль ремоделирования. Среди гормонов наиболее су­щественное влияние на метаболизм костной ткани и гомеостаз кальция ока­зывает паратгормон, витамин D и его метаболиты, и, в меньшей степени, кальцитонин. То или иное участие принимают почти все другие гормоны, продуцируемые железами организма, медиаторы и модуляторы.

Паратгормон. Паратгормон связывается преимущественно с клетками, располагающимися между матриксом кости и сосудами. Они отличаются от остеобластов ультраструктурной организацией - богаты гранулами гликоге­на, имеют вытянутые митохондрии, развитый комплекс Гольджи и большое количество микротрубочек. По локализации и строению такие клетки могут быть отнесены к преостеобластам. В меньшей степени метка гормона обна­руживалась в остеоцитах. Общий принцип действия паратгормона заключа­ется в том, что он связывается со специфическими рецепторами цитоплазматической мембраны, активизирует аденилатциклазу, что сопровождается повышением уровня цАМФ в клетках. Одновременно стимулируется по­ступление ионов кальция в клетку, подавление биосинтеза щелочной фосфатазы и коллагена. На более поздних этапах увеличивается выход ионов кальция из кости и повышение их концентрации в крови. Предполагается, что стимулированные паратгормоном остеобласты выделяют цитокины, ко­торые активируют остеокласты и их предшественники. В экспериментах in vitro доказано, что клетки остеобластического ряда при действии паратгор­мона выделяют фактор, стимулирующий колониеобразование гранулоцитов и макрофагов. Под влиянием паратгормона повышается митотическая ак­тивность остеобластов, что ведет к увеличению их количества. Усиливается остеолитическая активность остеобластов и остеоцитов. Этот процесс сопровождается рассасыванием костного межклеточного вещества и поступле­нием компонентов органического и неорганического матрикса кости в гемокапилляры. Остеокласты также реагируют на введение паратгормона. В них обнаруживается увеличение поверхности гофрированной каемки цитоплазматической мембраны, прилежащей к кости. При длительном введе­нии этого гормона происходит увеличение количества остеокластов. Меха­низм этого процесса неизвестен.

Кальцитонин. Действие гормона парафолликулярных эндокриноцитов щитовидной железы - кальцитонина - заключается в ингибировании остеокластической резорбции костной ткани. Он способствует уменьшению гофрированной каемки остеокластов. Под влиянием кальцитонина повыша­ется активность остеобластов и остеоцитов, что ведет к интенсивному пере­мещению молекул, необходимых для биосинтеза костного межклеточного вещества, из сосудистого русла в матрикс, способствуя насыщению межкле­точного вещества органическими и минеральными компонентами и к возрастанию прочности костных структур. Кальцитонин тормозит выход органических веществ и минеральных компонентов из клеточного матрикса. Наиболее существенное влияние паратгормона и кальцитонина зафиксиро­вано по уровню изменения концентрации ионов Са 2+ . За счет постоянного, но разнонаправленного действия паратгормона и кальцитонина, в организ­ме удерживается постоянство концентрации ионов Са 2+ в крови несмотря на колебания в поступлении и потреблении этих ионов всеми клетками ор­ганизма.

Витамин D и его метаболиты. На костную ткань оказывают прямое дей­ствие витамин D и его метаболиты. Витамин D представляет собой смесь витамина D 3 и витамина D 2 . D 3 образуется в коже под влиянием ультрафио­летового облучения, а D 2 - из эргостерина пищевых продуктов. Основное действие витамина D на костную ткань - это обеспечение ионами Са 2+ и РО 4 3- за счет стимуляции их всасывания в кишечнике. Витамин D и его ме­таболиты усиливают остеокластическую резорбцию кости, уменьшают син­тез коллагена остеобластами, стимулируют биосинтез инсулиноподобного фактора роста-I.

Гормон роста. Важным фактором, оказывающим выраженное действие на развитие костных тканей у детей, является гормон роста. У взрослых за счет стимуляции им процессов костеобразования, увеличивается масса кос­ти, а это приводит к деформациям кости. Гормон роста не влияет на тече­ние процессов резорбции. Его действие опосредуется рецепторами на остео­бластах, продуцирующих инсулиноподобные факторы роста.

Глюкокортикоиды. Глюкокортикоиды оказывают выраженное действие на формирование костной ткани. Они могут, как стимулировать, так и ингибировать процессы резорбции. Для роста костных тканей необходимы низ­кие дозы глюкокортикоидов, оказывающих стимулирующее действие на биосинтез коллагена. Избыток глюкокортикоидов ингибирует биосинтез коллагена и инсулиноподобного фактора роста-I, что снижает рост костей.

Половые гормоны. Эстрогены и андрогены стимулируют процесс костеоб­разования, принимают участие в росте костей и закрытии эпифизарной зоны роста. Доказано, что у женщин эстрогены замедляют процессы резорб­ции костной ткани.

Тиреоидные гормоны. Костная ткань чувствительна к изменению уровня в крови тиреоидных гормонов. Так, их дефицит приводит к нарушению раз­вития центров оссификации, а при избытке - стимулируется остеокластическая резорбция костной ткани, что сопровождается снижением плотности кости.

Инсулин и глюкагон. Механизм действия инсулина и глюкагона на кост­ные ткани изучен недостаточно. Выявлено, что недостаток инсулина у детей приводит к замедлению роста, в связи с чем он рассматривается как важный системный гормон, регулирующий рост костей. Инсулин стимулирует биосинтез макромолекул матрикса костей и хрящей, а также процессы минерализации костной ткани. В резорбции кости непосредственного участия принимает.

Глюкагон ингибирует резорбцию кости в культуре ткани, но в организме стимулирует секрецию кальцитонина и через него влияет на остеогенез.

Локальные регуляторы ремоделирования. Простагландины (ПГ). В настоя­щее время установлено, что в регуляции метаболических процессов костной ткани принимают участие и факторы микроокружения, в частности, ПГ. Клетки костной ткани продуцируют простаноиды, из которых наиболее изу­чены ПГЕ 2 . ПГ модулируют различные процессы, включая воспаление, кро­вообращение и ионный транспорт через клеточные мембраны. Экзогенные ПГЕ 2 стимулируют биосинтез коллагена, пролиферацию и цитодифференцировку клеток периоста, что приводит к утолщению кости за счет развития периостальных напластований. При этом в самой костной ткани при экзо­генном воздействии ПГЕ 2 происходит стимуляция процессов резорбции, что сопровождается выделением из кости кальция и магния. Возможно, ПГ регулируют дифференцировку остеобластов и выступают как агенты локаль­ного контроля за остеокластической резорбцией кости. ПГ, подобно паратгормону, повышают уровень цАМФ, индуцируя остеобласты к стимуляции активности остеокластов. В экспериментальных условиях доказана связь между продукцией ПГ макрофагами и фактором, активирующим остеоклас­ты, который продуцируется лимфоцитами. Этот механизм может иметь мес­то при резорбции кости вследствие хронического воспалительного процесса или при предопухолевом состоянии.

Инсулиноподобные факторы роста существуют в двух формах (IGF-1, IGF-2). IGF-1 стимулирует биосинтез и ингибирует деградацию коллагена и других компонентов матрикса, стимулирует пролиферацию остеобластов.

Трансформирующий фактор роста-β. Имеется 5 разновидностей данно­го фактора. Их биологические эффекты связаны с регуляцией пролиферативной активности остеобластов. Они стимулируют биосинтез коллагена I типа, остеопонтина, секрецию цитокинов, щелочной фосфатазы, продук­цию ПГЕ 2 и ингибируют выработку остеокальцина.

Факторы роста фибробластов обнаруживаются в костях. Они стимулиру­ют в костных клетках биосинтез коллагена I типа.

Тромбоцитарный фактор роста регулирует костную резорбцию и репли­кацию костных клеток.

На синтез ДНК и коллагена в остеобластах выраженное действие оказы­вает интерлейкин-1. Остеобластическая резорбция кости, опосредованная паратгормоном, может стимулироваться остеокальцином.

К местным факторам, стимулирующим резорбцию кости, относят и по­вышенное напряжение кислорода, натяжение и сдавливание кости, как факторы, модифицирующие активность клеток. Известно, что в кости при приложении к ней внешних сил или сдавливании, возникает «пьезоэлектри­ческий эффект», а на границе твердого вещества с жидкостью - «электро­кинетический феномен». Механизмы резорбции костной ткани и вклад биоэлектрических потенциалов в этот процесс нуждаются в дальнейшей уточнении, хотя метод электростимуляции положительно зарекомендовал себя при лечении переломов кости.