Из чего состоят человеческие кости? Частная анатомия. учение о костях - остеология

Со школьных уроков по химии каждому известно, что человеческий организм содержит в себе практически все элементы из периодической таблицы Д. И. Менделеева. Процентное содержание некоторых весьма значительно, а другие присутствуют лишь в следовых количествах. Но каждый из химических элементов, находящихся в организме, выполняет свою важную роль. В человеческом теле минеральные вещества содержатся в органические представлены как углеводы, белки и прочие. Дефицит или избыток какого-либо из них приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности.

В химический состав костей входит ряд элементов и их веществ, в больше степени это соли кальция и коллаген, а также другие, процентное содержание которых значительно меньше, но роль их не менее значима. Прочность и здоровье скелета зависит от сбалансированности состава, который, в свою очередь, определяется множеством факторов, начиная от здорового питания и заканчивая экологической обстановкой окружающей среды.

Соединения, формирующие скелет

и неорганического происхождения. Ровно половина массы - это вода, остальные 50% делят оссеин, жир и известковые, фосфорные соли кальция и магния, а также На минеральную часть приходится порядка 22%, а органическая, представленная белками, полисахаридами, лимонной кислотой и ферментами, заполняет примерно 28%. В костях содержится 99% кальция, который есть в человеческом теле. Схожий компонентный состав имеют зубы, ногти и волосы.

Превращения в различных средах

В анатомической лаборатории можно провести следующий анализ, чтобы подтвердить химический состав костей. Для определения органической части ткань подвергают действию раствора кислоты средней силы, например, соляной, концентрации порядка 15%. В образовавшейся среде происходит растворение солей кальция, а оссеиновый «скелет» остаётся нетронутым. Такая кость приобретает максимальное свойство эластичности, её в прямом смысле можно завязать в узел.

Неорганическую компоненту, входящую в химический состав костей человека, можно выделить путём выжигания органической части, она легко окисляется до углекислого газа и воды. Минеральный остов характеризуется прежней формой, но крайней хрупкостью. Малейшее механическое воздействие - и он просто рассыплется.

При попадании костей в почву бактерии перерабатывают органическое вещество, а минеральная часть полностью пропитывается кальцием и превращается в камень. В местах, где нет доступа влаги и микроорганизмов, ткани со временем подвергаются естественной мумификации.

Через микроскоп

Любой учебник по анатомии расскажет про химический состав и строение костей. На клеточном уровне ткань определяется как особый тип соединительной. В основе лежат окруженные пластинками, составленными из кристаллического вещества - минерала кальция - гидроксилаппатита (основного фосфата). Параллельно располагаются звёздоподобные пустоты, содержащие костные клетки и кровеносные сосуды. Благодаря своему уникальному микроскопическому строению такая ткань отличается удивительной легкостью.

Основные функции соединений разной природы

Нормальная работа опорно-двигательной системы зависит от того, каков химический состав костей, в достаточном ли количестве содержатся органические и минеральные вещества. Известковые и фосфорные соли кальция, которые составляют 95% неорганической части скелета, и некоторые другие минеральные соединения определяют свойство твёрдости и прочности кости. Благодаря им ткань устойчива к серьёзным нагрузкам.

Коллагеновая компонента и её нормальное содержание отвечают за такую функцию, как упругость, устойчивость к сжатию, растяжению, перегибу и прочим механическим воздействиям. Но только в согласованном «союзе» органика и минеральная составляющая обеспечивают костной ткани те уникальные свойства, которыми она обладает.

Состав костей в детском возрасте

Процентное соотношение веществ, говорящее о том, каков химический состав костей человека, может варьироваться у одного и того же представителя. В зависимости от возраста, образа жизни и других факторов влияния, количество тех или иных соединений может меняться. В частности, у детей только формируется и состоит в большей степени из органической компоненты - коллагена. Поэтому скелет ребёнка более гибкий и эластичный.

Для правильного формирования тканей ребёнка крайне важно потребление витаминов. В частности, такого, как Д 3 . Только в его присутствии химический состав костей в полной мере пополняется кальцием. Дефицит этого витамина может привести к развитию хронических заболеваний и излишней хрупкости скелета из-за того, что ткань вовремя не наполнилась солями Са 2+ .

В состав скелета любого взрослого человека входит 206 различных костей, все они различны по строению и роли. На первый взгляд они кажутся твердыми, негибкими и безжизненными. Но это ошибочное впечатление, в них непрерывно происходят различные обменные процессы, разрушение и регенерация. Они, в совокупности с мышцами и связками, образуют особую систему, что носит название "костно-мышечная ткань", основная функция которой - опорно-двигательная. Она образована из нескольких видов особых клеток, которые различаются по структуре, функциональным особенностям и значению. О костных клетках, их строение и функциях далее и пойдет речь.

Строение костной ткани

Особенности пластинчатой костной ткани

Она образована костными пластинками, имеющими толщину 4-15 мкм. Они, в свою очередь, состоят их трех компонентов: остеоцитов, основного вещества и коллагеновых тонких волокон. Из этой ткани образованы все кости взрослого человека. Волокна коллагена первого типа лежат параллельно относительно друг друга и ориентированы в определенном направлении, у соседних же костных пластинок они направлены в противоположную сторону и перекрещиваются практически под прямым углом. Между ними находятся тела остеоцитов в лакунах. Такое строение костной ткани обеспечивает ей наибольшую прочность.

Губчатое вещество кости

Встречается также название "трабекулярное вещество". Если проводить аналогию, то структура сравнима с обычной губкой, построенной из костных пластинок с ячейками между ними. Расположены они упорядоченно, в соответствии с распределенной функциональной нагрузкой. Из губчатого вещества в основном построены эпифизы длинных костей, часть смешанных и плоских и все короткие. Видно, что в основном это легкие и в то же время прочные части скелета человека, которые испытывают нагрузку в различных направлениях. Функции костной ткани находятся в прямой взаимосвязи с ее строением, которое в данном случае обеспечивает большую площадь для метаболических процессов, осуществляемых на ней, придает высокую прочность в совокупности с небольшой массой.

Плотное (компактное) вещество кости: что это?

Из компактного вещества состоят диафизы трубчатых костей, кроме того, оно тонкой пластинкой покрывает их эпифизы снаружи. Его пронизывают узкие каналы, через них проходят нервные волокна и кровеносные сосуды. Некоторые из них располагаются параллельно костной поверхности (центральные или гаверсовы). Другие выходят на поверхность кости (питательные отверстия), через них внутрь проникают артерии и нервы, а наружу - вены. Центральный канал, в совокупности с окружающими его костными пластинками, образует так называемую гаверсову систему (остеон). Это основное содержимое компактного вещества и их рассматривают как его морфофункциональную единицу.

Остеон - структурная единица костной ткани

Второе его название - гаверсова система. Это совокупность костных пластинок, имеющих вид цилиндров вставленных друг в друга, пространство между ними заполняют остеоциты. В центре располагается гаверсов канал, через него проходят обеспечивающие обмен веществ в костных клетках кровеносные сосуды. Между соседними структурными единицами есть вставочные (интерстициальные) пластинки. По сути, они являются остатками остеонов, существовавших ранее и разрушившихся в тот момент, когда костная ткань претерпевала перестройку. Также существуют еще генеральные и окружающие пластинки, они образуют самый внутренний и наружный слой компактного вещества кости соответственно.

Надкостница: строение и значение

Исходя из названия, можно определить, что она покрывает кости снаружи. Прикрепляется она к ним с помощью коллагеновых волокон, собранных в толстые пучки, которые проникают и сплетаются с наружным слоем костных пластинок. Имеет два выраженных слоя:

• наружный (его образует плотная волокнистая, неоформленная соединительная ткань, в ней преобладают волокна, располагающиеся параллельно к поверхности кости);
• внутренний слой хорошо выражен у детей и менее заметен у взрослых (образован рыхлой волокнистой соединительной тканью, в которой есть веретенообразные плоские клетки - неактивные остеобласты и их предшественники).

Надкостница выполняет несколько важных функций. Во-первых, трофическую, то есть обеспечивает кость питанием, поскольку на поверхности содержит сосуды, которые проникают внутрь вместе с нервами через специальные питательные отверстия. Эти каналы питают костный мозг. Во-вторых, регенераторную. Она объясняется наличием остеогенных клеток, которые при стимуляции трансформируются в активные остеобласты, вырабатывающие матрикс и вызывающие наращивание костной ткани, обеспечивающие ее регенерацию. В-третьих, механическую или опорную функцию. То есть обеспечение механической связи кости с другими прикрепляющимися к ней структурами (сухожилиями, мышцами и связками).

Функции костной ткани

Среди основных функций можно перечислить следующие:

1. Двигательная, опорная (биомеханическая).
2. Защитная. Кости оберегают от повреждений головной мозг, сосуды и нервы, внутренние органы и т. д.
3. Кроветворная: в костном мозге происходит гемо - и лимфопоэз.
4. Метаболическая функция (участие в обмене веществ).
5. Репараторная и регенераторная, заключающиеся в восстановлении и регенерации костной ткани.
6. Морфобразующая роль.
7. Костная ткань - это своеобразное депо минеральных веществ и ростовых факторов.

Костные ткани – специализированный вид соединитель ной ткани с высокой минерализацией межклеточного вещества (костная ткань на 73% состоит из солей кальция и фосфора). Из этих тканей построены кости скелета, выполняющего опорную функцию. Кости защищают головной и спинной мозг (кости черепа и позвоночника) и внутренние органы (рёбра, тазовые кости). Костные ткани состоят из клеток и межклеточного вещества .

Клетки:

- Остеоциты – преобладающие по количеству клетки костной ткани, утратившие способность к делению. Они имеют отростчатую форму, бедны органеллами. Располагаются в костных полостях, или лакунах, которые повторяют контуры остеоцита. Отростки остеоцита находятся в канальцах кости, по ним происходит диффузия питательных веществ и кислорода из крови вглубь костной ткани.

- Остеобласты – молодые клетки, создающие костную ткань. В кости они встречаются в глубоких слоях надкостницы, в местах образования и регенерации костной ткани. В их цитоплазме хорошо развиты гранулярная эндоплазматическая сеть, митохондрии и комплекс Гольджи для образования межклеточного вещества.

- Остеокласты – симпласты, способные разрушать обызвествлённый хрящ и кость. Они образуются из моноцитов крови, имеют крупные размеры (до 90 мкм), содержат до нескольких десятков ядер. Цитоплазма слабо базофильна, богата митохондриями и лизосомами. Для разрушения костной ткани они выделяют угольную кислоту (для растворения солей) и ферменты лизосом (для разрушения органических веществ кости).

Межклеточное вещество состоит из:

- основного вещества (оссеомукоид), пропитанного солями кальция и фосфора (фосфат кальция, кристаллы гидроксиапатита);

- коллагеновых волокон , образующих не большие пучки, причём кристаллы гидроксиапатита лежат упорядоченно, вдоль волокон.

В зависимости от расположения коллагеновых волокон в межклеточном веществе, костные ткани подразделяют на:

1. Ретикулофиброзную костную ткань. В ней коллагеновые волокна имеют беспорядочное расположение. Такая ткань встречается в эмбриогенезе. У взрослых ее можно обнаружить в области черепных швов и в местах прикрепления сухожилий к костям.

2. Пластинчатую костную ткань. Это наиболее распространенная разновидность костной ткани во взрослом организме. Она состоит из костных пластинок , образованных остеоцитами и минерализованным аморфным веществом с коллагеновыми волокнами, расположенными внутри каждой пластинки параллельно . В соседних пластинках волок на обычно имеют разное направление, благодаря чему достигается большая прочность пластинчатой костной ткани. Из этой ткани построены компактное и губчатое вещества большинства плоских и трубчатых костей скелета.

Кость как орган (строение трубчатой кости)

Трубчатая кость состоит из эпифизов и диафиза. Снаружи диафиз покрыт надкостницей , или периостом . В надкостнице различают два слоя: наружный (волокнистый) – образован в основном волокнистой соединительной тканью, и внутренний (клеточный) – содержит стволовые клетки и молодые остеобласты . Из надкостницы через прободающие каналы проходят питающие кость сосуды и нервы. Надкостница связывает кость с окружающими тканями и принимает участие в ее питании, развитии, росте и регенерации. Компактное вещество, образующее диафиз кости, состоит из костных пластинок, которые образуют три слоя:

– Наружный слой общих пластинок , в нем пластинки образуют 2-3 слоя, идущих вокруг диафиза.

– Средний, остеонный слой, образован концентрически наслоенными вокруг сосудов костными пластинками. Такие структуры называются остеонами (гаверсовы системы) , а концентрические пластинки, их образующие – остеонные пластинки . Между пластинками в лакунах располагаются тела остеоцитов, а их отростки идут поперёк пластинок, связаны между собой и располагаются в костных канальцах . Остеоны можно представить себе как систему вставленных друг в друга полых цилиндров, а остеоциты с отростками выглядят в них «как паучки с тонкими лапками». Остеоны являются функционально-структурной единицей компактного вещества трубчатой кости. Каждый остеон отграничен от соседних остеонов так называемой спайной линией. В центральном канале остеона (гаверсовом канале ) проходят кровеносные сосуды с сопровождающей их соединительной тканью. Все остеоны в основном расположены вдоль длинной оси кости. Каналы остеонов анастомози руют друг с другом. Сосуды, расположенные в каналах остеонов, сообщаются друг с другом, с сосудами надкостницы и костного мозга. Всё пространство между остео нами заполняют вставочные пластинки (остатки старых разрушенных остеонов).

– Внутренний слой общих пластинок – 2-3 слоя пластинок, граничащих с эндостом и костномозговой полостью.

Изнутри компактное вещество диафиза покрыто эндостом , содержащим, как и периост, стволовые клетки и остеобласты.

Кость как орган (строение кости).

Кость, os, ossis, как орган живого организма состоит из нескольких тканей, главнейшей из которых является костная.

Химический состав кости и ее физические свойства .

Костное вещество состоит из двоякого рода химических веществ: органических (Уз), главным образом оссеина, и неорганических (2/з), главным образом солей кальция, особенно фосфорнокислой извести (более половины - 51,04 %). Если кость подвергнуть действию раствора кислот (соляной, азотной и др.), то соли извести растворяются (decalcinatio), а органическое вещество остается и сохраняет форму кости, будучи, однако, мягким и эластичным. Если же кость подвергнуть обжиганию, то органическое вещество сгорает, а неорганическое остается, также сохраняя форму кости и ее твердость, но будучи при этом весьма хрупким. Следовательно, эластичность кости зависит от оссеина, а твердость ее - от минеральных солей. Сочетание неорганических и органических веществ в живой кости и придает ей необычайные крепость и упругость. В этом убеждают и возрастные изменения кости. У маленьких детей, у которых оссеина сравнительно больше, кости отличаются большой гибкостью и потому редко ломаются. Наоборот, в старости, когда соотношение органических и неорганических веществ изменяется в пользу последних, кости становятся менее эластичными и более хрупкими, вследствие чего переломы костей чаще всего наблюдаются у стариков.

Строение кости.

Структурной единицей кости, видимой в лупу или при малом увеличении микроскопа, является остеон , т. е. система костных пластинок, концентрически расположенных вокруг центрального канала, содержащего сосуды и нервы.

Остеоны не прилегают друг к другу вплотную, а промежутки между ними заполнены интерстициальными костными пластинками. Остеоны располагаются не беспорядочно, а соответственно функциональной нагрузке на кость: в трубчатых костях параллельно длиннику кости, в губчатых - перпендикулярно вертикальной оси, в плоских костях черепа - параллельно поверхности кости и радиально.

Вместе с интерстициальными пластинками остеоны образуют основной средний слой костного вещества, покрытый изнутри (со стороны эндоста) внутренним слоем костных пластинок, а снаружи (со стороны периоста) - наружным слоем окружающих пластинок. Последний пронизан кровеносными сосудами, идущими из надкостницы в костное вещество в особых прободающих каналах. Начало этих каналов видно на мацерирован-ной кости в виде многочисленных питательных отверстий (foramina nut-rfcia). Проходящие в каналах кровеносные сосуды обеспечивают обмен веществ в кости. Из остеонов состоят более крупные элементы кости, видимые уже невооруженным глазом на распиле или на рентгенограмме, - перекладины костного вещества, или трабекулы . Из этих трабекул складывается двоякого рода костное вещество: если трабекулы лежат плотно, то получается плотное компактное вещество , substantia compacta. Если трабекулы лежат рыхло, образуя между собою костные ячейки наподобие губки, то получается губчатое, трабекулярное вещество , substantia spongiosa, trabecularis (spongia, греч. - губка).

Распределение компактного и губчатого вещества зависит от функциональных условий кости. Компактное вещество находится в тех костях и в тех частях их, которые выполняют преимущественно функцию опоры (стойки) и движения (рычаги), например в диафизах трубчатых костей.

В местах, где при большом объеме требуется сохранить легкость и вместе с тем прочность, образуется губчатое вещество, например в эпифизах трубчатых костей (рис. 7).

Перекладины губчатого вещества располагаются не беспорядочно, а закономерно, также соответственно функциональным условиям, в которых находится данная кость или ее часть. Поскольку кости испытывают двойное действие - давление и тягу мышц, постольку костные перекладины располагаются по линиям сил сжатия и растяжения. Соответственно разному направлению этих сил различные кости или даже части их имеют разное строение. В покровных костях свода черепа, выполняющих преимущественно функцию защиты, губчатое вещество имеет особый характер, отличающий его от остальных костей, несущих все 3 функции скелета. Это губчатое вещество называется диплоэ, diploe (двойной), так как оно состоит из неправильной формы костных ячеек, расположенных между двумя костными пластинками - наружной, lamina externa, и внутренней, lamina interna. Последнюю называют также стекловидной, lamina vftrea, так как она ломается при повреждениях черепа легче, чем наружная.

Костные ячейки содержат костный мозг - орган кроветворения и биологической защиты организма . Он участвует также в питании, развитии и росте кости. В трубчатых костях костный мозг находится также в канале этих костей, называемом поэтому костномозговой полостью, cavitas medullaris.

Таким образом, все внутренние пространства кости заполняются костным мозгом, составляющим неотъемлемую часть кости как органа.

Костный мозг бывает двух родов: красный и желтый .

Красный костный мозг , medulla ossium rubra (детали строения см. в курсе гистологии), имеет вид нежной красной массы, состоящей из ретикулярной ткани, в петлях которой находятся клеточные элементы, имеющие непосредственное отношение к кроветворению (стволовые клетки) и костеобразованию (костесозидатели - остеобласты и костеразрушители - остеокласты). Он пронизан нервами и кровеносными сосудами, питающими, кроме костного мозга, внутренние слои кости. Кровеносные сосуды и кровяные элементы и придают костному мозгу красный цвет.

Желтый костный мозг , medulla ossium flava, обязан своим цветом жировым клеткам, из которых он главным образом и состоит.

В периоде развития и роста организма, когда требуются большая кроветворная и костеобразующая функции, преобладает красный костный мозг (у плодов и новорожденных имеется только красный мозг). По мере роста ребенка красный мозг постепенно замещается желтым, который у взрослых полностью заполняет костномозговую полость трубчатых костей.

Снаружи кость, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей, periosteum (периост).

Надкостница - это тонкая, крепкая соединительнотканная пленка бледно-розового цвета, окружающая кость снаружи и прикрепленная к ней с помощью соединительнотканных пучков - прободающих волокон, проникающих в кость через особые канальцы. Она состоит из двух слоев: наружного волокнистого (фиброзного) и внутреннего костеобразующего (остеогенного, или камбиального). Она богата нервами и сосудами, благодаря чему участвует в питании и росте кости в толщину. Питание осуществляется за счет кровеносных сосудов, проникающих в большом числе из надкостницы в наружное компактное вещество кости через многочисленные питательные отверстия (foramina nutricia), а рост кости осуществляется за счет остеобластов, расположенных во внутреннем, прилегающем к кости слое (камбиальном). Суставные поверхности кости, свободные от надкостницы, покрывает суставной хрящ, cartilage articularis.

Таким образом, в понятие кости как органа входят костная ткань, образующая главную массу кости, а также костный мозг, надкостница, суставной хрящ и многочисленные нервы и сосуды.

Контрольные вопросы к лекции :

1. Понятие о костном (твердом) и соединительнотканном скелете,

2. Общий обзор скелета человека, классификация костей.

3. Строение кости как органа, надкостница, костный мозг.

4. Структура остеона: гаверсовы каналы, костные пластинки; костные клетки - остеобласты, остеоциты, остеокласты.

5. Строение кости; диафиз, метафиз, эпифиз, апофиз, компактное и губчатое вещество.

6. Химический состав кости.

Лекция № 5

Кость в рентгеновском изображении. Влияние труда и спорта на строение костей живого человека. Взаимоотношение социального и биологического факторов в строении костей.

Цель лекции . Рассмотреть строение кости в целостном организме.

план лекции:

1. Рассмотреть рентгеноанатомию костей.

2. Рассмотреть зависимость развития кости от внутренних и внешних факторов.

3. Раскрыть структурно-функциональные взаимоотношения активной и пассивной частей опорно-двигательного аппарата.

4. Раскрыть роль русского ученого П.Ф. Лесгафта в изучении взаимозависимости мышечной и костной систем.

5. Рассмотреть взаимоотношения социального и биологического факторов в формировании скелета человека.

РЕНТГЕНОАНАТОМИЯ КОСТЕЙ.

На рентгенограммах ясно различимы компактное и губчатое вещество. Первое дает интенсивную контрастную тень, соответственно плоскости кортикального слоя, а в области substantia spongiosa тень имеет сетевидный характер (см. рис.1).

Компактное вещество эпифизов трубчатых костей и компактное вещество костей, построенных преимущественно из губчатого вещества (кости запястья, предплюсны, позвонки), имеет вид тонкого слоя, окаймляющего губчатое вещество. Этот тонкий кортикальный слой на сустав­ных впадинах представляется более толстым, чем на суставных головках.

В диафизах трубчатых костей компактное вещество различно по толщине: в средней части оно толще, по направлению к концам суживается. При этом между двумя тенями кортикального слоя заметна костномозговая полость в виде некоторого просветления на фоне общей тени кости. Если названная полость прослеживается не на всем протяжении, это говорит о наличии патологического процесса.

Рентгенологические контуры компактного вещества диафизов четкие и гладкие. В местах прикрепления связок и мышц контуры кости неров­ные. На фоне кортикального слоя диафизов замечаются тонкие полосы просветления, соответствующие сосудистым каналам. Они располагаются обычно косо: в длинных трубчатых костях верхней конечности - ближе и по направлению к локтевому суставу; в длинных трубчатых костях ниж­ней конечности - дальше и по направлению от коленного сустава; в коротких трубчатых костях кисти и стопы - ближе и по направлению к концу, не имеющему истинного эпифиза.

Губчатое вещество на рентгенограмме имеет вид петлистой сети, состоя­щей из костных перекладин с просветлениями между ними. Характер этой сети зависит от расположения костных пластинок в данном участке соответственно линиям сжатия и растяжения.

Развитие кости . Рентгенологическое исследование костной системы становится возможным со 2-го месяца утробной жизни, когда на почве хряща или соединительной ткани возникают точки окостенения.

Появление точек окостенения легко определяется на рентгенограммах, причем эти точки, отделенные хрящевой тканью, выглядят как отдельные костные фрагменты. Они могут дать повод для ошибочных диагнозов перелома, надлома или некроза (омертвения) кости. В силу этого знание расположения костных ядер, сроков и порядка их появления в практическом отношении является крайне важным.

Поэтому окостенение излагается нами во всех соответствующих местах на основании данных не анатомического исследования трупов, а рентгено-анатомии (исследование живого человека).

В случаях неслияния добавочных ядер с основной частью кости они могут сохраниться на всю жизнь в виде самостоятельных, непостоянных или добавочных костей. Обнаружение их на рентгенограмме может стать поводом для диагностических ошибок.

Все основные ядра окостенения появляются в костях скелета до начала полового созревания, называемого пубертатным периодом. С наступлением пубертатного периода начинается сращение эпифизов с метафизами, т. е. превращение синхондроза, соединяющего костный эпифиз с костным метафизом, в синостоз. Это рентгенологически выражается в постепенном исчез­новении просветления на месте метаэпифизарной зоны, соответствующей метаэпифизарному хрящу, отделяющему эпифиз от метафиза. По наступлении полного синостоза следов бывшего синхондроза определить не удается (рис. 1).

Старение костной системы . В старости костная система претерпевает значительные изменения. С одной стороны, наблюдается уменьшение числа костных пластинок и разрежение кости (остеопороз); с другой - происходит избыточное образование кости в виде костных наростов (о с т е ф и т о в) и обызвествление суставного хряща, связок и сухожилий на месте прикрепления их к кости.

Соответственно этому рентгеновская картина старения костносуставного аппарата слагается из следующих изменений, которые не следует трактовать как симптомы патологии (дегенерации).

I. Изменения, обусловленные атрофией костного вещества:

1) остеопороз (на рентгенограмме кость становится более прозрачной);

2) дефор­мация суставных головок (исчезновение округлой формы их, «стачивание» краев, появление «углов»).

II. Изменения, обусловленные избыточным отложением извести в прилегающих к кости соединительнотканных и хрящевых образованиях:

1) сужение суставной «рентгеновской» щели вследствие обызвествления суставного хряща;

2) усиление рельефа диафиза вследствие обызвествления на месте прикрепления сухожилий и их фиброзных влагалищ;

3) костные наросты - остеофиты , образующиеся вследствие обызвествления свя­зок на месте прикрепления их к кости.

Описанные изменения особенно хорошо прослеживаются в позвоночнике и кисти. В остальных отделах скелета наблюдаются три основных рентгенологических симптома старения: остеопороз, усиление рельефа кости и сужение суставных щелей. У одних людей эти признаки старения заме­чаются рано (30-40 лет), у других - поздно (60-70 лет) или не насту­пают совсем.

Подводя итоги изложению общих данных об онтогенезе костной системы, можно сказать, что рентгенологическое исследование позволяет точнее и глубже изучать развитие скелета в его функционирующем состоянии, чем исследование только трупного материала.

При этом отмечается ряд нормальных морфологических изменений:

1) появление точек окостенения - основных и добавочных;

2) процесс синостозирования их друг с другом;

3) старческая инволюция кости.

Описанные изменения есть нормальные проявления возрастной изменчивости костной системы. Следовательно, понятие «норма» нельзя огра­ничивать только взрослым человеком и рассматривать его как некий единый тип. Это понятие необходимо распространить и на все другие возрасты.

ЗАВИСИМОСТЬ РАЗВИТИЯ КОСТИ ОТ ВНУТРЕННИХ И ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ

Скелет, как и всякая система органов, является частью организма, на которой отра­жаются различные процессы, совершающиеся в нем. Поэтому на развитие костной системы влияет много факторов.

Влияние внутренних факторов . Рентгенологическое исследование выявляет ряд морфо­логических изменений костей, зависящих от деятельности других органов. Особенно ясно при рентгенографии определяется связь между костной системой ижелезами внутренней секреции . Активное включение половых желез влечет за собой начало полового созревания, пубертатный период . Перед этим, в предпубертатный период, усиливается деятельность других желез внутренней секреции, придатка мозга - гипофиза, с функцией которого свя­зано появление ядер окостенения. К началу предпубертатного периода появляются все основные точки окостенения, причем отмечается половое различие в сроках их появления: у девочек на 1-4 года раньше, чем у мальчиков. Наступление предпубертатного периода, связанного с функцией гипофиза, совпадает с появлением ядра окостенения в гороховидной кости, относящейся к категории сесамовидных костей.

Накануне пубертатного периода окостеневают и другие сесамовидные кости, а именно - у пястно-фалангового сочленения I пальца. Начало пубертатного периода, когда, по выраже­нию известного исследователя эндокринного аппарата Бидля, «половые железы начинают играть главную мелодию в эндокринном концерте», проявляется в костной системе наступлением синостозов между эпифизами и метафизами, причем самый первый такой синостоз наблюдается в I пястной кости. Поэтому на основании сопоставления его с другими данными о половом развитии (появление терминальной растительности, наступление менструаций и т. п.) синостоз 1 пястной кости считается показателем начинающегося полового созре­вания, т. е. показателем начала пубертатного периода; у петербургских жи­телей синостоз I пястной кости наступает в возрасте 15-19 лет у юношей и в 13-18 лет у девушек.

Полная половая зрелость , также получает известное отражение в скелете: в это время заканчиваются синостозы эпифизов с метафизами во всех трубчатых костях, что наблюдается у женщин в возрасте 17-21 года, а у мужчин - в 19-23 года. Так как с окончанием процесса синостозирования заканчивается pост костей в длину, становится понятным, почему мужчины, у которых половое созревание заканчивается позже чем, у женщин, в массе имеют более высокий рост, нежели женщины.

Учитывая эту связь костной системы с эндокринной и сопоставляя данные о возрастных особенностях скелета с данными о половом созревании и общем развитии организма, можно говорить о так называемом «костном возрасте». Благодаря этому по рентгеновской картине некоторых отделов скелета, особенно кисти, можно определить возраст данного индивидуума или судить о правильности у него процесса окостенения, что имеет практическое значение для диагностики, судебной медицины и пр. При этом, если «паспортный» возраст указывает на число прожитых лет (т. е. на количественную сторону), то «костный» возраст до извест­ной степени свидетельствует о качественной их стороне.

При рентгенологическом исследовании выявляется также зависимость строения кости от состояния нервной системы , которая, регулируя все процессы в организме, осуще­ствляет, в частности, трофическую функцию кости. При усиленной трофической функции нервной системы в кости откладывается больше костной ткани, и она становится более плот­ной, компактной (остеосклероз). Наоборот, при ослаблении трофики наблюдается разрежение кости - остеопороз. Нервная система оказывает также влияние на кость через мускулатуру, сокращением которой она управляет (о чем будет сказано ниже). Наконец различные части центральной и периферической нервной системы обусловливают форму окружающих и прилегающих костей. Так, все позвонки образуют позвоночный канал вокруг спинного мозга. Кости черепа образуют костную коробку вокруг головного мозга и приобре­тают форму последнего. Вообще костная ткань развивается вокруг элементов периферической нервной системы, в результате чего возникают костные каналы, борозды и ямки, слу­жащие для прохождения нервов и других нервных образований (узлов).

Развитие кости находится также в весьма тесной зависимости от кровеносной системы. Весь процесс окостенения от момента появления первого костного ядра до окончания синостозирования проходит при непосредствен­ном участии сосудов, которые, проникая в хрящ, способствуют его разру­шению и замещению костной тканью. При этом костные пластинки (гаверсовы) откладываются в определенном порядке вокруг кровеносных сосудов, образуя гаверсовы системы с центральным каналом для соответственного сосуда. Следовательно, кость при своем возникновении строится вокруг сосудов. Этим же объясняется образование сосудистых каналов и борозд в костях на местах прохождения и прилегания к ним артерий и вен.

Окостенение и рост кости после рождения также протекает в тесной зависимости от кровоснабжения . Можно наметить ряд этапов возрастной изменчивости, кости, связан­ной с соответствующими изменениями кровеносного русла (рис. 2).

1. Неонатальный этап , свойственный плоду (последние месяцы внутриутробного развития) и новорожденному; сосудистое русло кости разделено на ряд сосудистых районов (эпифиз, диафиз, метафиз, апофиз), которые между собой не сообщаются (замкнутость, изолированность) и в пределах которых сосуды не соединяются друг с другом, не анастомозируют (концевой характер сосудов, «конечность»).

2. Инфантильный этап , свойственный детям до начала наступления синостозов; сосудистые районы еще разобщены, но в пределах каждого из них сосуды анастомозируют друг с другом и концевой характер их исчезает («замкнутость» при отсутствии «конечности»).

3. Ювенильный этап , свойственный юношам, начинается установлением связей между сосудами эпифиза и метафиза через метаэпифизарный хрящ, в силу чего начинает исчезать и замкнутость эпифизарных. метафизарных и диафизарных сосудов.

4. Зрелый этап , свойственный взрослым; наступают синостозы, и все внутрикостные сосуды составляют единую систему: они не «замкнуты» и не «конечны».

5. Сенильный этап , свойственный старикам; сосуды становятся тоньше и вся сосудистая сеть беднее.

На форму и положение костей влияют к внутренности , для которых они образуют костные вместилища, ложа, ямки и т. п.

Формирование скелета и органов относится к началу эмбриональной жизни; при своем развитии они оказывают влияние друг на друга, почему и получается соответствие органов и их костных вместилищ, например грудной клетки и легких, таза и его органов, черепа и мозга и т. п.

В свете этих взаимоотношений нужно рассматривать развитие всего скелета.

Влияние внешних (социальных) факторов на строение и развитие скелета. Единство формы и функции в строении ко­стей. Воздействуя на природу в процессе трудовой деятельности, чело­век приводит в движение свои естественные орудия - руки, ноги, пальцы и пр. В орудиях же труда он приобретает новые искусственные органы, которые дополняют и удлиняют естественные органы тела, изменяя их строение. И сам человек «...в то же время изменяет свою собственную

природу». Следовательно, трудовые процессы оказывают значительные влияния на тело человека в целом, на его аппарат движения, включая и костную систему.

Особенно ярко отражается на скелете работа мышц . Как пока­зали экспериментальные исследования П. Ф. Лесгафта, чем силь­нее работа мышц, тем лучше раз­вивается кость, и обратно. В местах прикрепления сухожилий образуются выступы (бугры, отростки,

шероховатости), а на местах

Рис. 3. Рентгенограммы плюсневых костей.

места прикрепления мышц балерины (а) и работников сидячего труда (б).

прикрепления мышечных пучков - ровные или вогнутые поверхности (ямки).

ВЗАИМООТНОШЕНИЯ АКТИВНОЙ И ПАССИВНОЙ ЧАСТЕЙ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Чем сильнее развита муску­латура, тем лучше выражены на костях места прикрепления мышц. Вот почему рельеф кости, обуслов­ленный прикреплением мускула­туры, у взрослого выражен сильнее, чем у ребенка, у мужчин - силь­нее, чем у женщин.

Длительные и систематические сокращения мускулатуры, как это имеет место при физических упражнениях и профессиональной работе, постепенно вызывают через рефлекторные механизмы нервной системы изменение обмена веществ в кости, в результате чего получается увеличе­ние костного вещества, названное рабочей гипертрофией (рис. 3). Эта рабочая гипертрофия обусловливает изменения величины, формы и строения костей, легко определяемые рентгенологически на живых людях.

Различные профессии требуют различной физической работы, с чем связана разная степень участия тех или иных костей в данной работе.

Усиление физической нагрузки на аппарат движения вызывает рабочую гипертрофию костей, в результате чего меняются их форма, ширина и длина, а также толщина компактного вещества и размеры костномозгового пространства; меняется и структура губчатого ве­щества.

Ширина костей. Так, у грузчиков ширина костей по мере увеличения профессиональ­ного стажа достигает значительно больших размеров, нежели у представителей офисного труда.

Исследования П.Ф. Лесгафта выявили целый ряд закономерностей взаимоотношения активной и пассивной частей опорно-двигательного аппарата. Им было установлено:

1. Кости развиваются тем сильнее, чем больше деятельность окружающих их мышц; при меньшей нагрузке органов они становятся тоньше, длиннее, уже и слабее.

2. Форма костей меняется в зависимости от давления окружающих органов (мышц, кожи, глаз, зубов и т.д.), они утолщаются и направляются в сторону наименьшего сопротивления.

3. Форма кости изменяется также и от давления наружных частей, кость растет медленнее со стороны увеличенного внешнего давления, искривляясь под влиянием одностороннего действия.

4. Фасции – тонкие оболочки, покрывающие и разделяющие мышцы и находящиеся под их непосредственным влиянием, оказывают также боковое давление на кости.

5. Кости активны по отношению к форме своего строения (архитектуре), исполняют роль стоек или опор для окружающих органов.

ВЗАИМООТНОШЕНИЕ СОЦИАЛЬНОГО И БИОЛОГИЧЕСКОГО В СТРОЕНИИ КОСТЕЙ

Кость не является застывшей моделью, не меняющейся после своего сформирования, как считалось раньше. Такой метафизический взгляд преодолен современной анатомией, которая рассматривает жизнедеятельность кости даже у взрослого человека как непрекра­щающийся обмен веществ с другими тканями организма, как диалектическое единство и борьбу двух противоположных процессов - костеобразовательного и костеразрушительного (резорбционного; resorptio - рассасывание). В результате этой борьбы происходит постоянная смена структур кости и ее химического состава; так что, например, бедренная кость в течение 50 дней полностью обновляется. При этом кость подчиняется ряду биологи­ческих законов: приспособление (адаптация) к новым жизненным условиям, единство ор­ганизма и среды, единство формы и функции, изменчивость в результате упражнения или неупражнения, действие механического сдавления одной части на другую и пр. Морфологическим выражением этих законов применительно к скелету является пере­стройка структуры костей (костная перестройка) соответственно меняющимся функциональ­ным потребностям, о чем уже говорилось выше.

Такова вкратце «биологическая сторона» взаимоотношения социального и биологи­ческого. Что касается «социальной стороны», то здесь необходимо иметь в виду следую­щее.

Различные социальные факторы (профессия, образ жизни, характер питания и пр.) связаны с различной физической нагрузкой, от чего зависит разная степень участия тех или иных костей в данной работе. Труд работника-профессионала обусловливает длитель­ное пребывание тела в том или ином положении (например, согнутое положение над станком или письменным столом) или постоянное изменение положения тела в том или ином направ­лении (например, сгибание торса вперед и отбрасывание его назад у плотников). Поэтому характер профессиональной нагрузки и ее объем определяют большее или меньшее участие в работе данного отдела скелета и каждой кости в отдельности и обусловливают разный ха­рактер и степень перестройки ее структуры. При смене профессии наблюдается костная перестройка в сторону усиления или ослабления рабочей гипертрофии в зависимости от ха­рактера профессиональной нагрузки. Рост костей в длину усиливается при благоприятной физической нагрузке.

Старение костей наступает позже у рабочих, имеющих правильно организованный многолетний физический труд, который не вызывает преждевременной изнашиваемости костной ткани.

Изложенные факты индивидуальной изменчивости костной системы обусловлены как биологическими, так и социальными факторами. Раздражители внешней среды воспри­нимаются организмом биологически и приводят к перестройке скелета. Способность кост­ной ткани приспосабливаться к меняющимся функциональным потребностям путем кост­ной перестройки есть биологическая причина изменчивости костей, а характер профессии, объем профессиональной нагрузки, интенсивность труда, образ жизни данного человека и другие социальные моменты есть социальные причины этой изменчивости.

Таково взаимоотношение социального и биологического в строении скелета. Зная это взаимоотношение, можно направленно воздействовать на строение костной системы путем подбора соответствующих физических упражнений в труде и спорте и путем изменений со­циальных условий жизни.

Контрольные вопросы к лекции :

1. Рентгеноанатомия костей.

2. Зависимость развития кости от внутренних и внешних факторов.

3. Структурно-функциональные взаимоотношения активной и пассивной частей опорно-двигательного аппарата.

4. Роль русского ученого П.Ф. Лесгафта в изучении взаимозависимости мышечной и костной систем.

5. Взаимоотношения социального и биологического факторов в формировании скелета человека.

Лекция № 6

Общая артросиндесмология.

Цель лекции. Рассмотреть функциональные, анатомические особенности различных видов соединения костей.

план лекции:

1. Рассмотреть развитие соединений костей в филогенезе.

2. Рассмотреть классификацию соединения костей.

3. Раскрыть функциональную анатомию синдесмозов.

4. Раскрыть функциональную анатомию синхродрозов, синостозов, полусуставов.

5. Рассмотреть классификацию суставов по количеству суставных поверхностей и форме суставных поверхностей.

6. Рассмотреть классификацию суставов по количеству осей движения.

7. Рассмотреть общую характеристику комбинированных суставов и комплексных суставов.

8. Рассмотреть строение главных и вспомогательных элементов суставов.

9. Раскрыть основные закономерности биомеханики суставов.

10.Раскрыть функционально-морфологические особенности позвоночного столба как целого.

11.Раскрыть функционально-морфологические особенности таза как целого.

12. Раскрыть функционально-морфологические особенности стопы как целого.

РАЗВИТИЕ СОЕДИНЕНИЙ КОСТЕЙ В ФИЛОГЕНЕЗЕ

Первоначальной формой соединения костей является сращение их при помощи соединительной или (позднее) хрящевой ткани. Однако такой сплошной способ соединения костей ограничивает объем движений. С образованием костных рычагов движения в промежуточной между костями ткани вследствие рассасывания последней появляются щели и полости, в результате чего возник новый вид соединения костей - прерывный, сочленение. Кости стали не только соединяться, но и сочленяться, образовались суставы, позволившие костным рычагам производить обширные движения. Таким образом, в процессе филогенеза развилось 2 вида соединения костей: первоначальный – непрерывный, сплошной с ограниченным размахом движений и более поздний - прерывный, позволивший производить обширные движения. Отражая этот филогенетический процесс в эмбриогенезе человека развитие соединений костей проходит эти 2 стадии. Вначале зачатки скелета непрерывно связаны между собой прослойками мезенхимы. Последняя превращается в соединительную ткань, из которой образуется аппарат, связывающий кости. Если участки соединительной ткани, расположенные между костями, окажутся сплошными, то получится сплошное непрерывное соединение костей - сращение, иди синартроз. Если внутри них путем рассасывания соединительной ткани образуется полость, то возникает другой вид соединения - полостной, или прерывный, - диартроз.

Таким образом, по развитию, строению и функции все соединения костей можно разделить на 2 большие группы:
1. Непрерывные соединения - синартрозы (BNA) - более ранние по развитию, неподвижные или малоподвижные по функции.
2. Прерывные соединения - диартрозы (BNA) - более поздние по развитию и более подвижные по функции.

Между этими формами существует переходная - от непрерывных к прерывным или обратно. Она характеризуется наличием небольшой щели, не имеющей строения настоящей суставной полости, вследствие чего такую форму называютполусуставом - симфиз , symphysis (BNA).