Кісткова тканина. Функції кісткової тканини. Будова кісткової тканини
До складу скелета будь-якого дорослого людини входить 206 різних кісток, всі вони різні за будовою і ролі. На перший погляд вони здаються твердими, негнучкими і млявими. Але це помилкове враження, в них безперервно відбуваються різні обмінні процеси, руйнування і регенерація. Вони, в сукупності з м'язами і зв'язками, утворюють особливу систему, що носить назву "кістково-м'язова тканина", основна функція якої - опорно-рухова. Вона утворена з декількох видів особливих клітин, які розрізняються за структурою, функціональним особливостям і значенням. Про кісткових клітинах, їх будова і функції далі і піде мова.
Будова кісткової тканини
Це окремий вид сполучної тканини, з неї утворюються всі кістки в людському тілі. До її складу входять особливі клітини і міжклітинний речовина. Останнє включає органічний матрикс, що складається з колагенових волокон (90-95% від загальної маси) і мінеральних компонентів, в основному солей кальцію (5-10%). Завдяки такому складу кісткова тканина людини має гармонійне поєднання твердості і еластичності. Розрізняють три групи клітин: остеокласти (ліворуч), остеобласти (посередині), остеоцити (праворуч на фото).
Більш докладно зупинимося на них далі. Колаген, що міститься в матриксі, має відмінності від своїх аналогів, що знаходяться в інших тканинах, головним чином за рахунок того, що містить більше специфічних поліпептидів. Волокна розташовані, як правило, паралельно рівню найбільш ймовірних навантажень на кістку. Саме завдяки йому зберігається еластичність і пружність.
Якщо кістка піддати дії соляної кислоти, то мінеральні речовини будуть розчинені, а от органічні (осеїн) залишаться. Вони збережуть форму, але стануть надмірно гнучкими і сильно схильними деформированию. Такий стан характерно для маленьких дітей. У них високий вміст осеїну, тому кістки більш еластичні, ніж у дорослих. І зворотний випадок, коли втрачаються органічні речовини, але залишаються мінеральні. Це відбувається, якщо, наприклад, кістка обпекти: вона збереже свою форму, але придбає разом з тим сильну крихкість і може зруйнуватися навіть від незначного дотику. Такі зміни складу кісткової тканини зазнає в старості. Частка мінеральних солей доходить до 80% від всієї маси. Тому літні люди більш схильні різного роду переломів і травм.
Якщо встановити щільність кісткової тканини (обсяг), то це дозволить оцінити міцність скелета і його окремих частин. Такі дослідження проводяться з використанням комп'ютерної томографії. Своєчасна діагностика дозволяє почати лікування або підтримуючу терапію вчасно.
Остеобласти (активні): особливості будови
Остеобласти - це клітини кісткової тканини, що розташовуються у верхніх її шарах, які мають многокутну, кубічну форму з різного виду відростками. Внутрішній вміст мало чим відрізняється від інших. Добре розвинений зернистий ендоплазматичний ретікуллум містить різні елементи, рибосоми, апарат Гольджи, округлої або овальної форми ядро багате хроматином і містить ядерце. Зовні ці клітини кісткової тканини оточені найтоншими мікрофібрилами.
Головна функція остеобластів - синтез компонентів міжклітинної речовини. Це колаген (переважно першого типу), глікопротеїни матриксу (остеокальцин, остеонектін, остеопонтін, кістковий сіалопротеін), протеоглікани (біглікан, гіалуронова кислота, декорін), а також різні кісткові морфогенетичні білки, фактори росту, ферменти, Фосфопротеіни. Порушення вироблення всіх цих сполук остеобластами спостерігається при деяких захворюваннях. Наприклад, нестача вітаміну С (цинга) у дітей характеризується порушенням розвитку і росту кісток внаслідок дефекту синтезу колагену і глікозаміногліканів. З цієї ж причини і сповільнюється відновлення кісткової тканини, загоєння при переломах. Так як остеобласти фактично відповідають за ріст, то присутні виключно в розвивається кісткової тканини.
Механізм мінералізації остеобластами органічного матриксу
Існує два способи:
- Відкладення кристалів гідроксілата уздовж фібрил колагену з перенасиченої позаклітинної рідини. Особливу роль при цьому відводять деяким протеогликанам, які пов'язують кальцій і утримують його в зонах зазорів.
- Секреція особливих матричних бульбашок. Це дрібні мембранні структури, які синтезуються і виділяються остеобластами. У них у великій концентрації міститься фосфат кальцію і лужна фосфатаза. Особливе мікросередовище, створювана всередині бульбашок, сприяє утворенню перших гідроксіапатітовие кристалів.
Швидкість мінералізації остеоіда (кісткова тканина на стадії формування) може істотно змінюватися, в нормі вона займає близько 15 діб. Порушення можуть відбуватися при зниженні концентрації іонів кальцію в крові або фосфату. Результатом цього є розм'якшення і деформація кісток - остеомаляція. Аналогічні порушення спостерігаються, наприклад, при рахіті (дефіцит вітаміну D).
Неактивні (покояться) остеобласти
Вони утворюються з активних остеобластів, у нерастущей кістки покривають близько 80-95% її поверхні. Вони мають уплощенную форму з веретеновідним ядром. Решта органели скорочені. Але зберігаються рецептори, що реагують на різні гормони і фактори росту. Між спочиваючими остеобластами і остеоцитами зберігається зв'язок і таким чином утворюється система, яка регулює мінеральний обмін. Якщо відбувається якесь ушкодження (травми, переломи), то вони активізуються, і починається активний синтез колагену, вироблення органічного матриксу. Іншими словами, за рахунок їх відбувається регенерація кісткових тканин. У той же час вони можуть бути причиною злоякісної пухлини - остеосаркоми.
Остеоцити: будову і функції
Ці клітини складають основу зрілої кісткової тканини. Форма у них веретеноподібна, з безліччю відростків. Органел значно менше порівняно з остеобластами, є округле ядро (в ньому переважає гетеохроматін) з ядерцем. Остеоцити розташовуються в лакунах, але безпосередньо з матриксом не стикаються, а оточені тонким шаром кісткової рідини. За рахунок неї здійснюється живлення клітин.
Аналогічно відокремлені та їх відростки, які мають досить велику довжину до 50 мкм, розташовані в спеціальних канальцях. Їх дуже багато, кісткова тканина буквально пронизана ними, вони утворюють її дренажну систему, в якій і міститься тканинна рідина. Через неї здійснюється обмін речовин між міжклітинним речовиною і клітинами. Також варто відзначити, що вони не діляться, а утворюються з остеобластів і є основними компонентами в сформувалася кісткової тканини.
Основна функція остеоцитів - підтримання нормального стану кісткового матриксу та балансу кальцію і фосфору в організмі. Вони здатні сприймати механічні напруги, і чутливі до електричних потенціалів, що виникають при дії деформуючих сил. Реагуючи на них, вони запускають локальний процес, при якому сполучна кісткова тканина починає перебудовуватися.
Остеокласти
Таку назву отримали великі клітини, що містять від 5 до 100 ядер, що мають моноцитарний походження, що руйнують кістки і хрящі або, по-іншому, що викликають їх резорбцію. У цитоплазмі остеокластів міститься багато мітохондрій, елементів ЕПС (зернистої) і апарат Гольджі, рибосоми, а також різні по функції лізосоми. В ядрах міститься велика кількість хроматину і є добре помітні ядерця. Також є достатня кількість цитоплазматичних відростків, найбільше їх розташовується на поверхні, що прилягає до разрушаемой кістки. Вони збільшують площу зіткнення з нею. Кісткова тканина починає руйнуватися при підвищенні рівня особливого гормону (паратиреоидного), який призводить до активації остеокластів. Механізм цього процесу пов'язують з виділенням ними вуглекислого газу, який під впливом спеціального ферменту (карбоангідраза) перетворюється на кислоту, що має назву вугільна, вона і розчиняє солі кальцію.
Механізм резорбції кісткової тканини
Варто відзначити, що процес руйнування протікає циклічно, і періоди високої активності кожної клітини незмінно змінюються періодами спокою. Резорбція протікає в декілька етапів:
- Прикріплення остеокластів до разрушаемой поверхні кістки, при цьому спостерігається виражена перебудова його цитоскелету.
- Окислення вмісту лакун. Це відбувається або шляхом виділення в них вмісту вакуолей, що має кисле середовище, або в результаті дії протонних насосів.
- Руйнування мінерального компонента матриксу.
- Розчинення органічних сполук в результаті дії ферментів, секретується остеокластами в лакуну і активованими кислим середовищем.
- Виведення продуктів руйнування кісткової тканини.
Регулювання діяльності остеокластів визначається загальними та місцевими факторами. До перших, наприклад, відносяться паратгормон, вітамін D, вони стимулюють активність. А що пригнічують є кальцитонін і естрогени. До місцевих відноситься такий фактор, як створення електричного локального поля при механічному напрузі, до якого ці клітини дуже чутливі.
Будова грубоволокнистой кісткової тканини
Друга її назва - ретикулофіброзної. Вона формується у зародка, як майбутня основа кісток. У дорослої ж людини її присутність мінімально, вона зберігається у швах черепа після того, як вони заростають і в зонах, де сухожилля прикріплюються до кісток, а також в ділянках остеогенеза, наприклад, при загоєнні різного роду переломів. Будова кісткової тканини цього виду специфічне. Колагенові волокна зібрані в щільні пучки, які розташовані невпорядковано, мають між собою «поперечини». Вона має низьку механічну міцність, вміст остеоцитів значно вище в порівнянні з пластинчастої різновидом. У патологічних умовах нарощування кісткової тканини цього типу відбувається при переломі кістки або при хворобі Педжета.
Особливості пластинчастої кісткової тканини
Вона утворена кістковими пластинками, що мають товщину 4-15 мкм. Вони, в свою чергу, складаються з трьох компонентів: остеоцитів, основної речовини і колагенових тонких волокон. З цієї тканини утворені всі кістки дорослої людини. Волокна колагену першого типу лежать паралельно відносно один одного і орієнтовані у певному напрямку, у сусідніх же кісткових пластинок вони направлені в протилежну сторону і перехрещуються практично під прямим кутом. Між ними знаходяться тіла остеоцитів в лакунах. Така будова кісткової тканини забезпечує їй найбільшу міцність.
Губчаста речовина кістки
Зустрічається також назву "трабекулярних речовина". Якщо проводити аналогію, то структура порівнянна зі звичайною губкою, побудованої з кісткових пластинок з осередками між ними. Розташовані вони впорядковано, відповідно до розподіленої функціональної навантаженням. З губчастої речовини в основному побудовані епіфізи довгих кісток, частина змішаних і плоских і всі короткі. Видно, що в основному це легкі і в той же час міцні частини скелета людини, які зазнають навантаження в різних напрямках. Функції кісткової тканини знаходяться в прямому взаємозв'язку з її будовою, яке в даному випадку забезпечує велику площу для метаболічних процесів, здійснюваних на ній, надає високу міцність в сукупності з невеликою масою.
Щільне (компактне) речовина кістки: що це?
З компактного речовини складаються діафізи трубчастих кісток, крім того, воно тонкою пластинкою покриває їх епіфізи зовні. Його пронизують вузькі канали, через них проходять нервові волокна і кровоносні судини. Деякі з них розташовуються паралельно кісткової поверхні (центральні або гаверсови). Інші виходять на поверхню кістки (живильні отвори), через них всередину проникають артерії і нерви, а назовні - вени. Центральний канал, в сукупності з оточуючими його кістковими пластинками, утворює так звану гаверсових систему (остеон). Це основний вміст компактного речовини і їх розглядають як його морфофункціональну одиницю.
Остеон - структурна одиниця кісткової тканини
Друга його назва - гаверсових система. Це сукупність кісткових пластинок, що мають вигляд циліндрів вставлених один в одного, простір між ними заповнюють остеоцитів. У центрі розташовується гаверсов канал, через нього проходять забезпечують обмін речовин в кісткових клітинах кровоносні судини. Між сусідніми структурними одиницями є вставні (інтерстиціальні) пластинки. По суті, вони є залишками остеонов, що існували раніше і разрушившихся в той момент, коли кісткова тканина зазнавала перебудову. Також існують ще генеральні і навколишні пластинки, вони утворюють самий внутрішній і зовнішній шар компактного речовини кістки відповідно.
Окістя: будова і значення
Виходячи з назви, можна визначити, що вона покриває кістки зовні. Прикріплюється вона до них за допомогою колагенових волокон, зібраних в товсті пучки, які проникають і сплітаються з зовнішнім шаром кісткових пластинок. Має два виражені шари:
- зовнішній (його утворює щільна волокниста, неоформленная сполучна тканина, в ній переважають волокна, розташовані паралельно до поверхні кістки);
- внутрішній шар добре виражений у дітей і менш помітний у дорослих (утворений пухкою волокнистою сполучною тканиною, в якій є веретеноподібні плоскі клітини - неактивні остеобласти і їх попередники).
Окістя виконує кілька важливих функцій. По-перше, трофічну, тобто забезпечує кістка харчуванням, оскільки на поверхні містить судини, які проникають всередину разом з нервами через спеціальні живильні отвори. Ці канали живлять кістковий мозок. По-друге, регенераторні. Вона пояснюється наявністю остеогенних клітин, які при стимуляції трансформуються в активні остеобласти, що виробляють матрикс і викликають нарощування кісткової тканини, що забезпечують її регенерацію. По-третє, механічну або опорну функцію. Тобто забезпечення механічного зв'язку кістки з іншими прикріпляються до неї структурами (сухожиллями, м'язами і зв'язками).
Функції кісткової тканини
Серед основних функцій можна перерахувати наступні:
- Рухова, опорна (біомеханічна).
- Захисна. Кістки оберігають від пошкоджень головний мозок, судини і нерви, внутрішні органи і т. Д.
- Кровотворна: в кістковому мозку відбувається гемо - і лімфопоез.
- Метаболічна функція (участь в обміні речовин).
- Репараторние і регенераторная, які полягають у відновленні і регенерації кісткової тканини.
- Морфобразующая роль.
- Кісткова тканина - це своєрідне депо мінеральних речовин і ростових факторів.
