Кость как орган: ее развитие, строение, рост. Классификация костей.

Кость как орган состоит преимущественно из компактной и губчатой костнойткани, покрытойсверху соединительной тканью (надкостницей) и содержащей внутри красный и желтый костный мозг. Как орган кость обеспечена сосудами и нервами, находящимися в надкостнице, а вглубь кости проникающими через питательные отверстия.

Развитие костей происходит либо из эмбриональной соединительной ткани — мезенхимы, либо на основе первичного хряща. Поэтому различают два вида остеогенеза: перепончатый и хрящевой. На 6–8 неделе эмбрионального развития из соединительной ткани начинает формироваться костная, например, в костях свода черепа, такие кости называют первичными (покровными). При хрящевом остеогенезе в соединительной ткани появляется хрящ, а потом в нем развивается костная ткань, что характерно для большинства костей скелета – и такие кости называют вторичными.

Из фиброзной и хрящевой тканей формирование костей начинается с появления первичных очагов (ядер, точек) окостенения в эмбриональном и плодном периодах и после рождения до 11–13 лет – вторичных точек. Разрастание костной ткани в хряще осуществляется перихондральным путем с образованием компактной кости, и эндохондральным путем с образованием губчатой кости. При фиброзном остеогенезе окостенение происходит эндесмальным путем.

Надкостница– тонкая, прочная соединительно-тканная пластинка покрывает кость снаружи, богата сосудами и нервами, состоит из:

· наружного волокнистого слоя;

· внутреннего, росткового(камбиального) слоя, обеспечивающего костеобразование при помощи остеобластов, остеокластов и остеоцитов.

За счет надкостницы кость прирастает в ширину (периостальный рост), в длину кость растет из метаэпифизарных хрящей, находящихся между телом кости и эпифизами. Часть трубчатых костей растет из одного метаэпифизарного хряща (моноэпифизарный рост), например, фаланги пальцев. Длинные кости растут из двух метаэпифизарных хрящей – верхнего и нижнего, которые работают на рост поочередно, что зависит от возрастного срока. К 18–25 годам кости достигают окончательных размеров и метаэпифизарные хрящи превращаются в костную ткань (синостозирование). Костномозговой канал возникает при рассасывании эмбриональной кости и прорастании соединительной ткани с заполнением образовавшегося пространства костным мозгом.

Рентгенологическиеочаги окостенения определяются со 2-го месяца внутриутробного развития. Все ядра окостенения окончательно формируются к 13–14 годам. В периоде полового созревания начинается образование костной ткани в метаэпифизарных хрящах (ростковых зонах удлинения костей), к концу периода костная ткань присутствует на всем протяжении кости. Старение проявляется уменьшением и разрежением (остеопорозом) костной ткани, разрастанием шипов (остеофитов) и другим изменениями.

Для каждого возрастного периода характерным является такая перестройка кости, по которой можно определить возраст человека. Например, наличие ядра окостенения в нижнем эпифизе бедра до 1 см в диаметре свидетельствует о новорожденном периоде. Окостенение зубчатых черепных швов происходит участками, которые появляются в разные возрастные сроки.

Внешнее строение многих костей характеризуется наличием тела(диафиза), концов(эпифизов), апофизов(выступов), поверхностей, ямок, вырезок, шероховатых линий, бугров, бугристостей и др. Внутри костей находится костная ткань в виде компактного и губчатого вещества.

Компактноевещество кости, лежащее под надкостницей, построено из пластинчатой костной ткани, пронизанной системой продольных канальцев, – центральных(гаверсовых) каналов и перпендикулярных к ним поперечных(фолькмановых) каналов. Последние продолжают во внутрь кости питательные каналы, отверстия которых хорошо заметны на поверхности костей. Круговые (генеральные) пластинки формируют стенки центральных каналов в виде вставленных друг в друга (телескопических) трубочек, связанных между собой вставочными (промежуточными) пластинками – так устроен остеон –структурно-функциональная единица кости.

Губчатое веществосостоит из костных балок (перекладин) и пространства между ними, заполненного красным костным мозгом. Балки ориентированы по направлениям сил сжатия и растяжения, образуя арочную систему, обеспечивающую равномерную передачу силы тяжести и мышечной тяги.

Биомеханика кости выражается:

· законом максимума-минимума– максимальная прочность кости достигается за счет минимальных затрат на построение ее конструкции, например, бедренная кость выдерживает нагрузку в 1,5 тонны, что в 25-30 раз больше массы человека;

· законом нормальных напряжений– в костях возникают собственные нормальные напряжения, величина которых зависит от отдела кости и элементов скелета и изменяется с возрастом:

· законом о связи ориентации костных трабекулс направлением действующих напряжений: линии трабекул пересекаются и выходят на поверхность кости под углом 90^о, траектории трабекул совпадают с направлениями максимальных напряжений, плотность кости пропорциональна силе касательных напряжений;

· законом о связи величины нагрузкис качественным перераспределением и количественными изменениями нормальных напряжений на поверхности и внутри кости, т.е. появлением новых силовых напряжений.

Нагрузка по длинной оси трубчатой и плоской кости показывает, что ее компактный слой более прочен при сжатии, чем при растяжении, и слабее всего противостоит сдвигу. Между пределом прочности и модулем упругости в компактном веществе кости наблюдается положительная корреляция. Действие циклических нагрузок при повышении уровня силы и увеличении времени приводит к усталостному разрушению костной ткани в виде микротрещин остеонов. Количество циклов во времени положительно коррелирует с возрастающим уровнем силовых напряжений и деформаций, на колебания которых значительно влияют вязкоупругие свойства кости. Разрушение кости определяется величиной разности между максимальной и минимальной деформациями. Середина диафиза прочнее, чем участки примыкающие к эпифизам.

На клеточном уровне в кости выделяют остеобласты, остеокласты, остеоциты, обеспечивающие одновременно рассасывание (резорбцию) и образование новой жизнеспособной костной ткани. Оба процесса протекают под влиянием генетической программы и условий внешней среды, социальных факторов, что сопровождается индивидуальной изменчивостью кости: увеличением или уменьшением числа остеонов, макроизменениями компактной и губчатой части, конфигурации апофизов, вырезок, ямок и др. анатомических структур (П. Ф. Лесгафт, Б. А. Долго-Сабуров, М. Г. Привес).

Органический матрикскости составляет 30%, неорганический – 60%, вода – 10%.

Структурная организация костного межклеточного вещества включает следующие субмикроскопические образования:

· биополимерные белковые макромолекулы тропоколлагена, соединенные с кристаллами гидроксиапатита с помощью неколлагеновых низкомолекулярных белков: остеонектина, остеокальцина и др. тропоколлагеновые макромолекулы построены в три левых спиральных полипептидных цепи (триплеты) и две правых спиральных цепи, стабилизированные водородными связями;

· длинные микрофибриллы коллагена, состоящие из 5 спирально перевитых макромолекул тропоколлагена усилены кристаллами гидроксиапатита; микрофибриллы располагаются ступенчато, внутри имеют симметричные решетчатые полости для кристаллов.

В микрофибриллах кристаллы гидроксиапатита ориентированы вдоль продольной оси. Из всего количества кристаллов 60% расположено внутри микрофибрилл в решетчатых полостях и 40% на поверхности. Между фибриллами находятся белково-углеводные соединения: гликозаминогликаны, гликопротеины, и протеогликаны, которые соединяют их.

Неорганическая часть кости– кристаллы гидроксиапатита Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂., другие минералы и микроэлементы. В центре кристалла находятся гидроксильные группы и фосфорнокислые остатки, по периферии атомы кальция. С возрастом кристаллы незначительно увеличиваются в размерах и уплотняются. Кристаллы образуют значительную поверхность, участвующую в обмене веществ, так активная кристаллическая поверхность 1 г костной ткани равна 130–260 м ², а всего скелета – 2 км ².

Костная ткань содержит около 98 % всех неорганических веществ организма: из них 99 % кальция, 87 % фосфора, 58 % магния.

В ней находятся в виде микроскопических включений так же натрий, калий, кремний и другие минералы (около 20 уже известных микроэлементов), а также другие биохимические соединения: лимонная кислота (цитрат) для растворения минералов, прежде всего кальциевых солей, в костях находится около 70 % всей лимонной кислоты организма, что в 230 раз превышает ее концентрацию в печени. В губчатой костной ткани кислоты больше, здесь она расходуется на окислительные процессы. В процессе обмена в костях образуются и другие органические кислоты, например, молочная.

Ферменты, изоферменты кости: кислая фосфатаза, коллагеназа, углеводные ферменты и многие др. тоже входят в биохимический состав костей.

Классификация костей

Трубчатые кости: длинные и короткие имеют тело(диафиз) в виде цилиндра или трехгранной призмы; концы(эпифизы), покрытые гиалиновым хрящом для суставных поверхностей и образования суставов; апофизы(выступы) в виде бугров, отростков, надмыщелков для прикрепления мышц; внутри эпифизов находится красныйкостный мозг, внутри диафизов – желтыймозг, трубчатые кости располагаются в скелете конечностей.

Губчатые(короткие) кости имеют форму куба, многоугольника с тонкой компактной частью и толстой губчатой (внутри ее красный костный мозг), то же имеют суставные поверхности, выступы для образования суставов и прикрепления мышц, находятся в запястье и предплюсне.

Плоские(широкие) кости: тазовые, черепные (свод), грудина, лопатка; в ряде плоских костей – черепные – губчатое вещество пронизано каналами, содержащими диплоические вены, и оно называется диплое, внутри остальных костей имеется красный костный мозг.

Смешанныекости – (позвонок и др.) сочетают в строении признаки плоских, губчатых костей и внутри себя содержат красный костный мозг.

Воздухоносныекости отличаются наличием полости, связанной с дыхательной областью носа или носоглоткой: верхняя челюсть, лобная, решетчатая, клиновидная, височная кости.

Сесамовидные(остаточные) кости: надколенник, гороховидная, вставочные кости черепа, маленькие косточки в сухожилиях сгибателей и разгибателей конечностей – сесамовидные кости изменяют угол прикрепления сухожилий, облегчая мышечную работу.

2(II) Позвонки: их строение в различных отделах

Общее строение позвонка

· Тело– corpus vertebrae – несет осевую нагрузку, служит для прикрепления внутренних органов, внутри содержит красный костный мозг;

· Дуга– arcus vertebrae – для прикрепления мембран и отростков;

· Ножки дуги – pedunkuli arcus vertebrae – для соединения дуги с телом;

· Отверстие позвоночное– foramen vertebrale – для спинного мозга и его оболочек.

Отростки — processi:

· поперечные:правый и левый — processus transversus – для прикрепления мышц и связок;

· суставные верхние и суставные нижние– processus articulare superiores et inferiores, – для образования межпозвоночных суставов;

· остистый– processus spinalis – для прикрепления связок и мышц.

Позвоночные вырезки– верхняя, нижняя (incisurae vertebrales superiores et inferiores), межпозвоночное отверстие между вырезками – foramen intervertebrale – у ножек дуги – для прохождения спинномозговых нервов и сосудов.

Атлант (Atlas) – первый шейный позвонок (отличительные признаки)

· передняя и задняя дуга– arcus anterior et arcus posterior – для прикрепления мембран и связок;

· борозды позвоночной артерии– на задней дуге сверху – sulci a. vertebrale;

· передний и задний бугорки– tuberculum anterior et tuberculum posterior – для прикрепления мышц и связок;

· боковые массыс верхними суставными ямками (овальной формы) и нижними суставными поверхностями (плоскими и круглыми) – massae laterales cum foveae articulares superiores et inferiores – для образования атланто-затылочных и латеральных атланто-аксиальных суставов;

· суставная поверхность на передней дуге для зуба аксисаи образования срединного атланто- аксиального сустава;

· отверстие в поперечных отростках– для позвоночных сосудов и симпатических нервов, реберный бугорок на поперечном отростке.

Аксис – Axis seu Epistropheus – осевой (второй) шейный позвонок

· зуб и его суставные поверхности– dens, facies articularis anterior et posterior – для образования срединного атланто-аксиального сустава и прикрепления связок;

· отверстие поперечного отростка  – foramen procesuss transversus – для       прохождения позвоночной артерии и симпатического нерва;

· толстый, короткий и раздвоенный остистый отросток– processus spinosus – для прикрепления межостистой и выйной связок;

· позвоночное отверстие треугольной формы– foramen vertebrale – для спинного мозга и его оболочек, венозного сплетения.

Другие шейные позвонки (отличительные признаки)

· отверстия поперечных отростковдля позвоночной артерии и симпатического нерва;

· борозда спинального нервана поперечном отростке;

· передний и задний бугоркина поперечном отростке;

· YI позвонок– крупный сонный (передний) бугорок на поперечном отростке, используется для прижатия общей сонной артерии при исследовании пульса и остановке кровотечения;

· YII позвонок– толстый и длинный остистый отросток (выступающий позвонок).

Грудные позвонки (отличительные признаки)

· верхняя и нижняя реберные ямки и полуямкина теле позвонков для образования сустава головки ребра, по ямкам и полуямкам подразделяют позвонки на типичные и атипичные;

· реберные поверхности на поперечных отростках   для реберно-поперечных       суставов, отсутствуют у двух последних грудных позвонков;

· типичные и атипичныепозвонки (I, X, XI, XII).

Поясничные позвонки (отличительные признаки)

· массивность тела;

· фронтальноеположение поперечных отростков;

· широкие, короткие остистые отростки;

· сагиттальноерасположение суставных поверхностей на верхних суставных отростках;

· наличие сосцевидного бугоркана каждом верхнем суставном отростке.

Крестец – Os sacrum — имеет:

· основание с мысом(basis sacri cum promontorium) сильнее выраженным у мужчин;

· верхушку– apex sacri — для прикрепления связок и мышц;

· крестцовый канал для спинальных нервов, терминальной нити и оболочек спинного мозга, заканчивающийся на верхушке крестцовой щелью с парными крестцовыми рогами;

· поверхности– тазовая (передняя – facies pelvina seu anterior) для присоединения сигмовидной и прямой кишки, дорсальная (задняя – facies dorsalis seu posterior) для прикрепления связок и мышц;

· на поверхностях — тазовые крестцовые отверстияи дорсальные крестцовые отверстия

(foramina sacralia pelYina et foramina sacralia dorsalia) для выхода спинно-мозговых сосудов и нервов;

· поперечные линии(linea transversae) тазовой поверхности для прикрепления органов;

· гребни по задней поверхности– срединный непарный, промежуточный и латеральный – правые и левые (crista sacralis mediana, intermedia et lateralis) для прикрепления связок и мышц;

· латеральные части(partes laterales) с ушковидными поверхностями (facies auriculares), покрытыми гиалиновым хрящом для образования крестцово-подвздошных суставов;

· крестцовая бугристость— tuberositas sacralis – сзади ушковидной поверхности — для прикрепления мощных связок.

Копчик — Os coccygeus, (отличительные признаки)

· треугольная форма;

· рудиментарные позвонки – 3–5;

· основание — basis;

· верхушка – apex;

· копчиковые рога – cornu coccygeum.

Варианты и аномалии в строении позвонков

· появление реберных ямокна теле YII шейного позвонка для редко встречающегося рудиментарного шейного ребра;

· сращение атлантас затылочной костью — ассимиляция;

· расщепление дуги позвонка(spina bifida), чаще наблюдается у поясничных и крестцовых позвонков и нередко сопровождается образованием спинно-мозговой грыжи;

· сакрализация —увеличение числа крестцовых позвонков за счет ассимиляции пятого поясничного позвонка;

· люмбализация– увеличение количества поясничных позвонков при поглощении двенадцатого грудного (редко) или первого крестцового (часто);

· сочетание аномалийных признаковв одном позвонке, например – появление реберных ямок на шейных или поясничных позвонках и расщепление дуги;

· появление XIII грудногопозвонка (редко);

· спондилолиз– отсутствие костной ткани в фиброзной или хрящевой ножке, как правило, у поясничных позвонков;

· платиспондилия– уплощение тел позвонков – чаще у нижних грудных и поясничных.

Все соединения отдельных позвонков между собой подразделяются на соединения между телами

– межпозвоночные симфизы, дугами и отростками – межпозвоночные синдесмозы и суставы.

Межпозвоночные симфизысостоят из:

· межпозвоночных дисковс центральным студенистым ядром и периферическим фиброзным кольцом;

· передней и задней продольных связок, расположенных вдоль тел всех позвонков.

Диски по диаметру больше тел позвонков и фиброзными кольцами выступают за края тел в виде валиков; в шейном отделе толщина дисков – 5–6 мм, в грудном – 3-4 мм, поясничном – 10-12 мм.

Пульповидное ядровключает неориентированные коллагеновые волокна, гликоз-амино- гликановый гель, воду (у молодых до 88 %, старых – до 69 %). Ядро занимает 30–50 % площади диска; в шейных позвонках лежит почти в центре диска, в грудных и поясничных смещено кзади.

Фиброзное кольцосверху и снизу ограничено гиалиновыми пластинками, между которыми находятся слои фибрилл, внутренние из которых крепятся к гиалиновым пластинкам, а наружные к компактным пластинкам тел позвонков.

Межпозвоночные симфизы обеспечивают непрерывность и надежность соединения, то есть выполняют роль несущей биомеханической конструкции, осуществляя при этом большой объем движений, в том числе и амортизирующих.

Процессы роста и формирования симфизов заканчиваются к 18–22 годам; до 40–50 лет структуры дисков наиболее стабильны. Далее с возрастом снижается эластичность ядра и кольца за счет дегидратации, появления зернистого распада волокон, образования костных уплотнений в ядре и связках.

Межпозвоночные синдесмозыпредставлены соединениями из эластической соединительной ткани, образующей связки:

· между дугами позвонков– желтые связки;

· между поперечными отростками– межпоперечные связки;

· между остистыми отростками– межостистые и надостистые связки; в шейном отделе позвоночника надостистая связка называется выйной.

Межпозвоночные(дугоотростчатые) суставы образуются между верхними и нижними суставными отростками, покрытыми гиалиновыми хрящами. Суставная капсула прикрепляется по периферии суставного хряща и усиливается пучками фиброзных волокон. Среди межпозвоночных суставов выделяют отдельно люмбосакральныеправый и левый – между нижними суставными отростками пятого поясничного позвонка и крестца. Дугоотростчатые суставы по форме суставных поверхностей плоские, обладают тремя осями, но малым объемом движений.

Крестцово-копчиковый сустав

Суставные поверхности находятся на верхушке крестца и теле первого копчикового позвонка, они представлены гиалиновыми пластинками. Между гиалиновыми пластинками находится фиброзное кольцо и пульпозное ядро, в котором имеется щель.

Снаружи фиброзное кольцо укрепляется связками – вентральной и дорсальной, латеральными; в дорсальной связке различается поверхностная и глубокая части.

Крестцово-копчиковый сустав наиболее подвижен у молодых женщин, особенно у беременных и рожениц.

Крестцово-копчиковый синдесмозобразуется связками между рогами крестца и копчика.

Атланто-затылочный суставправый и левый – комбинированные и мыщелковые суставы – образованы затылочными мыщелками и верхними суставными поверхностями атланта. Суставные концы заключены в отдельные капсулы, укрепленные передней и задней атланто-затылочными мембранами.

Срединный атлантоосевой сустав– цилиндрический — образован ямкой зуба на внутренней поверхности передней дуги атланта, передней и задней суставными поверхностями зуба аксиса и поперечной связкой атланта. Полость сустава синовиальной оболочкой делится на переднюю камеру между ямкой атланта и зубом аксиса и заднюю – между задней поверхностью зуба и поперечной связкой атланта. Сустав укреплен связками – правой и левой крыловидными, крестообразной (из поперечной связки атланта и продольного пучка), связкой верхушки зуба, покровной мембраной между задней продольной связкой позвоночника и скатом затылочной кости.

Латеральные атлантоосевые суставыправый и левый – комбинированные и плоские — образованы нижними суставными поверхностями атланта и верхними суставными отростками аксиса. Каждый сустав обладает самостоятельной капсулой, укрепленной связками срединного атлантоосевого сустава.

Движения головы и шеи:

· сгибаниев 20 градусов осуществляется передними глубокими мышцами головы и шеи в составе длинных мышц, прямых передних и латеральных мышц головы, при сомкнутых челюстях включаются над- и подподъязычные мышцы;

· разгибаниевыполняют мышцы – трапециевидные, грудино-ключично-сосцевидные, ременные и длиннейшие головы, полуостистые головы и подзатылочные;

· наклоны головы вбокпроисходят за счет одновременного сокращения сгибателей и разгибателей правой или левой стороны, во вращательные движения включается атланто-осевой сустав и дополнительное сочетание мышц антагонистов;

· киваниеосуществляют согласованные сокращения грудино-ключично-сосцевидных мышц, старое название которых кивательные мышцы.

3(II) Позвоночный столб в целом