Диагностическая лаборатория в Уфе
Какие свойства строения костной ткани придают скелету прочность
Функцией костной ткани является образование твёрдого и прочного скелета. Какие свойства строения костной ткани придают скелету прочность?
Клеточные элементы костной ткани образованы из двух диферонов: один из них - стволовые и полустволовые клетки, остеобласты и остеоциты. Функцией клеток этого диферона является образование межклеточного вещества. Другой диферон - остеокласты - клетки гематогенного происхождения, образующиеся из моноцитов крови и способны разрушать межклеточное вещество костной или хрящевой ткани.Стволовые и полустволовые клетки первого из приведенных диферонов, кроме надкостницы, покрывающей кости, размещаются в других участках соединительной ткани. Остеобласты входят в состав надкостницы, а в костной ткани, которая развивается или регенерирует, они находятся на поверхности промежуточного вещества, функцию образования которой они выполняют. По мере его формирования они окружают себя им и превращаются в остеоциты. Эти клетки имеют ведростчастую форму, их тела находятся в лакунах (костных полостях), а отростки - в канальцах. Костные канальцы связаны друг с другом и с периваскулярными пространствами, окружающими сосуды костей. По костным канальцам и костным полостям проходит тканевая жидкость, которая обеспечивает трофику (питание) костной ткани.Остеокласты (от греч. Osteon - кость и klastos - дробить) - крупные клетки, содержащие от двух-трех до нескольких десятков ядер. Они богаты лизосомами и митохондриями, выделяют CO2 и образуют фермент карбоангидразы, который катализирует образование Н2С03. Последняя способствует растворению минеральных веществ, входящих в состав межклеточного вещества. Межклеточное вещество костной ткани состоит из коллагеновых волокон и аморфного вещества, в которой содержатся минеральные соли.Существуют два вида костной ткани: грубоволокнистые (ретикулофиброзная) и пластинчатая, которые отличаются между собой по строению промежуточного вещества. Эволюционно более древним видом этой ткани и первой, которая возникает в процессе эмбриогенеза, являются ретикулофиброзная ткань. У зародышей млекопитающих и человека она замещается пластинчатой, у взрослых она остается в местах черепных швов и прикрепления сухожилий к костям. Коллагеновые волокна этого вида костной ткани направлены в разные стороны без определенной ориентации.Пластинчатая костная ткань состоит из пластинок, в каждой из которых коллагеновые волокна имеют определенную (преимущественно параллельную) ориентацию, а в соседних - под углом. Эволюционные преимущества пластинчатой костной ткани связаны с тем, что костные пластинки направлены согласно направлению действия силы на кость, в результате чего она приобрела большую прочность, чем ретикулофиброзна. Строение костей как органа (на примере трубчатой). Сверху кость покрыта надкостницей (периост), в ней различают также поверхностный (волокнистый) слой, образованный волокнистой соединительной тканью, и внутренний (клеточный), который включает остеобласты на разных стадиях созревания и остеокласты. Функцией надкостницы является рост кости в толщину и репаративная (посттравматическая) регенерация костей.В плотном веществе диафиза костей различают три слоя: - Внешний - слой общих (генеральных) пластинок, размещенных концентрически, но с краями, перекрывающих друг друга.- Остеонный - имеет остеон (системы костных пластинок, окружающих кровеносные сосуды) или их фрагменты.- Внутренний - слой общих (генеральных) пластинок, размещенных циркулярно, которые вместе с эндостомой ограничивают костномозговую полость. На границе перехода компактного вещества в губчатое они продолжаются в пластинки последнего.
Эндост - тонкая пластинка волокнистой соединительной ткани, которая, как и периост, на разных стадиях развития имеет остеобласты и остеокласты.
Механические свойства костной ткани
Кость является твердым телом, для которого основными свойствами являются прочность и упругость. Прочность кости — это способность противостоять внешней разрушающей силе. Количественно прочность определяется пределом прочности и зависит от макро- и микроскопической конструкции и состава костной ткани. Что касается макроскопической конструкции, то каждая кость имеет специфическую форму, позволяющую выдерживать наибольшую нагрузку в определенной части скелета.
Внутренняя конструкция кости, как уже было показано ранее, также сложная. Остеон, или гаверсова система, — это полая цилиндрическая трубка, стенки которой построены из множества пластин. Известно, что в архитектурных сооружениях полые колонны (трубчатые) имеют большую прочность на единицу массы, чем цельные. Следовательно, уже только остеонная конструкция кости предусматривает высокую степень прочности кости. Группы остеонов, располагаясь по линиям наибольших нагрузок, формируют костные перекладины губчатого вещества и костные пластинки компактного вещества. Необходимо учитывать, что в местах наибольших нагрузок костные перекладины располагаются дугообразно (арочно). Арочные системы, наряду с трубчатыми, относятся к числу наиболее прочных. Арочный принцип строения перекладин губчатого вещества характерен для проксимального эпифиза бедренной кости, для губчатого вещества пяточной кости и т. д.
На прочность существенно влияет и состав кости. При декальцинации кость легко изгибается, сжимается и скручивается, при повышении содержания кальция она становится хрупкой.Прочность кости у здорового взрослого человека больше, чем прочность некоторых строительных материалов, она такая же, как у чугуна. Исследования по изучению прочности проводились еще в прошлом веке. Так, по данным П. Ф. Лесгафта, бедренная кость человека при растяжении выдерживала нагрузку 5500 Н/см2, при сжатии — 7787 Н/см2. Большеберцовая кость выдерживала нагрузку при сжатии 1650 Н/см , что может сравниться с грузом, равным массе тел более чем 20 человек. Указанные цифры свидетельствуют о высокой степени резервных возможностей костей по отношению к различным нагрузкам.
Изменение трубчатой структуры кости (как макро-, так и микроскопической) снижает ее механическую прочность. Например, после срастания переломов трубчатое строение нарушается, прочность костей существенно уменьшается. Упругость кости — это свойство приобретать исходную форму после прекращения воздействия факторов внешней среды. Упругость кости равна упругости твердых пород дерева. Она так же, как и прочность, зависит от макро- и микроскопической конструкции и химического состава кости. Таким образом, механические свойства кости — прочность и упругость — обусловлены оптимальной комбинацией содержащихся в ней органических и неорганических веществ. Болезни суставовВ.И. Мазуров
Химический состав костной ткани и её свойства
Химический состав кости зависит от состояния исследуемой кости, возрастных и индивидуальных особенностей. Свежая кость взрослого человека содержит 50 % воды; 15,75 % жира; 12,25 % органических веществ и 22 % неорганических веществ. Высушенная и обезвоженная кость содержит примерно 2/3 неорганического вещества и 1/3 — органического.Неорганическое вещество представлено преимущественно солями кальция в виде субмикроскопических кристаллов гидроксиапатита. С помощью электронного микроскопа установлено, что оси кристаллов идут параллельно костным волокнам. Из кристаллов гидроксиапатита формируются минеральные волокна.
Органическое вещество кости носит название оссеина. Это белок, представляющий собой разновидность коллагена и образующий основное вещество кости. Содержится оссеин в составе костных клеток — остеоцитов. В межклеточном веществе кости или костном матриксе располагаются костные волокна, построенные из белка коллагена. При вываривании костей белки (коллаген и оссеин) образуют клейкую массу. Следует отметить, что костный матрикс, кроме коллагеновых волокон, содержит минеральные волокна. Переплетение волокон органического и неорганического веществ придает костной ткани особые свойства: прочность и упругость.
Если обработать кость кислотой, т. е. произвести декальцинацию, то минеральные соли удаляются. Такая кость, состоящая только из одного органического вещества, сохраняет все детали формы, но отличается чрезвычайной гибкостью и эластичностью.
При удалении органического вещества путем сжигания кости эластичность теряется, оставшееся вещество делает кость весьма хрупкой.
Количественное отношение органического и неорганического веществ в костях зависит прежде всего от возраста и может меняться под влиянием различных причин (климатические условия, фактор питания, заболевания организма).
Так, у детей кости гораздо беднее минеральными веществами (неорганическими), поэтому отличаются большей гибкостью и меньшей твердостью. У пожилых людей, наоборот, уменьшается количество органических веществ, кости становятся более хрупкими, при травмах в них часто возникают переломы.
Болезни суставов
В.И. МазуровСвойства костей
9 апреля 2009
Химический состав костей
Кости состоят из органических, неорганических (минеральных) веществ и воды. В детском и юношеском возрасте содержание органческих веществ в костях превышает количество минеральных, в старости количество органических веществ уменьшается. В костях содержится основная масса минеральных веществ, имеющихся в организме. Избыток их откладывается в скелете. При недостатке минеральных веществ организм пополняет их из костей. Следовательно, скелет участвует в обмене минеральных веществ, происходящем в теле человека.
Кости обладают прочностью и эластичностью. Эластичность костей зависит от количества органических веществ. Поэтому у детей и молодых людей она больше, чем в старости. Если декальцинировать кость, подержав ее некоторое время в растворе кислоты, то все минеральные вещества удаляются. Такую кость можно завязать в узел.
Прочность костей очень велика. Она в 5 раз выше, чем у железобетона. Если прокалить кость на огне, то разрушатся все органические вещества, а минеральные останутся. Такая кость сохраняет свою форму и расположение костных пластинок, но теряет эластичность, становится хрупкой. Прочность костям придают минеральные вещества. К старости кости человека становятся хрупкими, эластичность их уменьшается. Поэтому они больше подвержены переломам.
Рост костей
На ранних стадиях развития зародыша человека его скелет состоит из соединительной ткани. Затем он становится хрящевым. Скелет новорожденного не целиком состоит из костной ткани. По мере роста ребенка хрящи скелета замещаются костной тканью и кости растут в длину и толщину. Некоторые кости не проходят хрящевой стадии, например кости черепа.
Рост костей в толщину происходит за счет костеобразующих клеток надкостницы. Одновременно с этим рассасывается костная ткань на внутренней поверхности компактного вещества и увеличивается объем костной полости. В длину кость растет за счет хрящевых пластинок роста, расположенных между телом и эпифизами кости. Клетки хрящевых пластинок роста образуют костную ткань и тело кости удлиняется.
Некоторые кости закладываются у зародыша человека из нескольких частей, впоследствии образуя одну кость. Так, полное окостенение тазовой кости происходит к 14—16 годам, а трубчатых — в 18—25 лет. Развитие скелета и рост прекращается у мужчин в 20—25 лет, а женщин в 18—21 год. В процессе развития скелета человека не весь хрящ замещается костной тканью. Хрящевыми у взрослого человека остаются концы ребер, часть скелета носа. Хрящом покрыты поверхности эпифизов костей.
«Анатомия и физиология человека», М.С.Миловзорова
Система органов опоры и движения — опорно-двигательный аппарат — это скелет, состоящий из костей и их соединений, и мышцы. Мышцы являются активной частью опорно-двигательного аппарата. Сокращения мышц приводят в движение кости скелета. С помощью мышц человек может долго находиться в неподвижности, удерживая часто очень сложные хореографические позы. Общее количество мышц у человека примерно 600. Они…
Кости состоят из твердой костной ткани. Клетки костной ткани располагаются на расстоянии одна от другой и соединены многочисленными отростками. Основную массу костной ткани составляет межклеточное вещество. Из него состоят остеоны и вставочные пластинки, расположенные между ними. Между костными пластинками находятся костные клетки. Межклеточное вещество содержит органические вещества и пропитано минеральными солями, придающими ему прочность. Костная ткань относится…
