Образуется костная ткань в виде. Краткая характеристика костной ткани. Строение пластинчатой костной ткани на примере диафиза трубчатой кости
Костная ткань составляет основу скелета. Она отвечает за защиту внутренних органов, передвижение, участвует в обмене веществ. К костным тканям относят и ткани зубов. Кость – это твердый и одновременно пластичный орган. Его особенности продолжают изучаться. В организме человека более 270 костей, каждая из которых выполняет свою функцию.
Костная ткань представляет собой разновидность соединительной ткани. Одна одновременно пластичная и устойчивая к деформации, прочная.
Выделяют 2 основных вида костной ткани в зависимости от ее строения:
- Грубоволокнистая. Это более плотная, но менее эластичная костная ткань. В организме взрослого человека ее очень мало. В основном она встречается в местах соединения кости с хрящом, в местах соединения черепных швов, а также в местах срастания переломов. Грубоволокнистая костная ткань в большом количестве встречается в период эмбрионального развития человека. Она выступает в качестве зачатка скелета, а затем постепенно перерождается в пластинчатую. Особенность этого типа ткани заключается в том, что ее клетки расположены хаотично, что и делает ее более плотной.
- Пластинчатая. Пластинчатая костная ткань является основной в скелете человека. Она входит в состав всех костей человеческого тела. Особенностью этой ткани является расположение клеток. Они образуют волокна, которые в свою очередь образуют пластинки. Волокна, из которых состоят пластины, могут располагаться под различным углом, что делает ткань прочной и эластичной одновременно, но сами пластины располагаются параллельно друг другу.
В свою очередь пластинчатая костная ткань делится на 2 вида — губчатую и компактную. Губчатая ткань имеет вид ячеек и является более рыхлой. Однако несмотря на пониженную прочность, губчатая ткань более объемная, легкая, менее плотная.
Именно губчатая ткань содержит в себе костный мозг, участвующий в кроветворном процессе.
Компактная костная ткань выполняет защитную функцию, поэтому она более плотная, прочная и тяжелая. Чаще всего эта ткань располагается снаружи кости, покрывая и защищая ее от повреждений, трещин, переломов. Компактная костная ткань составляет большую часть скелета (около 80%).
Клетки костной ткани (кости):
* остеобласты,
* остеоциты,
* остеокласты.
Основными клетками в сформированной костной ткани являются остеоциты. Это клетки отростчатой формы с крупным ядром и слабовыраженной цитоплазмой (клетки ядерного типа). Тела клеток локализуются в костных полостях - лакунах, а отростки - в костных канальцах. Многочисленные костные канальцы, анастомозируя между собой, пронизывают всю костную ткань, сообщаясь с периваскулярными пространствами, и образуют дренажную систему костной ткани. В этой дренажной системе содержится тканевая жидкость, посредством которой обеспечивается обмен веществ не только между клетками и тканевой жидкостью, но и межклеточным веществом. Для ультраструктурной организации остеоцитов характерно наличие в цитоплазме слабовыраженной зернистой эндоплазматической сети, небольшого числа митохондрий и лизосомы, центриоли отсутствуют. В ядре преобладает гетерохроматин. Все эти данные свидетельствуют о том, что остеоциты обладают незначительной функциональной активностью, которая заключается в поддержании обмена веществ между клетками и межклеточным веществом. Остеоциты являются дефинитивными формами клеток и не делятся. Образуются они из остеобластов.
Остеобласты содержатся только в развивающейся костной ткани. В сформированной костной ткани (кости) они отсутствуют, но содержатся обычно в неактивной форме в надкостнице. В развивающейся костной ткани они охватывают по периферии каждую костную пластинку, плотно прилегая друг к другу, образуя подобие эпителиального пласта. Форма таких активно функционирующих клеток может быть кубической, призматической, угловатой. В цитоплазме остеобластов содержится хорошо развитая зернистая эндоплазматическая сеть и пластинчатый комплекс Гольджи, много митохондрий. Такая ультраструктурная организация свидетельствует о том, что эти клетки являются синтезирующими и секретирующими.
Действительно, остеобласты синтезируют белок коллаген и гликозоаминогликаны, которые затем выделяют в межклеточное пространство. За счет этих компонентов формируется органический матрикс костной ткани. Затем эти же клетки обеспечивают минерализацию межклеточного вещества посредством выделения солей кальция. Постепенно, выделяя межклеточное вещество, они как бы замуровываются и превращаются в остеоциты. При этом внутриклеточные органеллы в значительной степени редуцируются, синтетическая и секреторная активность снижается и сохраняется функциональная активность, свойственная остеоцитам. Остеобласты, локализующиеся в камбиальном слое надкостницы, находятся в неактивном состоянии, синтетические и транспортные органеллы слабо развиты. При раздражении этих клеток (в случае травм, переломов костей и так далее) в цитоплазме быстро развивается зернистая эндоплазматическая сеть и пластинчатый комплекс, происходит активный синтез и выделение коллагена и гликозоаминогликанов, формирование органического матрикса (костная мозоль), а затем и формирование дефинитивной костной ткани (кости). Таким способом за счет деятельности остеобластов надкостницы, происходит регенерация костей при их повреждении.
Отеокласты - костеразрушающие клетки, в сформированной костной ткани отсутствуют. Но содержатся в надкостнице и в местах разрушения и перестройки костной ткани. Поскольку в онтогенезе непрерывно осуществляются локальные процессы перестройки костной ткани, то в этих местах обязательно присутствуют и остеокласты. В процессе эмбрионального остеогистогенеза эти клетки играют важную роль и определяются в большом количестве.
Остеокласты имеют характерную морфологию:
* эти клетки являются многоядерными (3-5 и более ядер);
* это довольно крупные клетки (диаметром около 90 мкм);
* они имеют характерную форму - клетка имеет овальную форму, но часть ее, прилежащая к костной ткани, является плоской.
При этом в плоской части выделяют две зоны:
* центральная часть - гофрированная, содержит многочисленные складки и островки;
* периферическая (прозрачная) часть тесно соприкасается с костной тканью.
В цитоплазме клетки, под ядрами, располагаются многочисленные лизосомы и вакуоли разной величины. Функциональная активность остеокласта проявляется следующим образом: в центральной (гофрированной) зоне основания клетки из цитоплазмы выделяются угольная кислота и протеолитические ферменты. Выделяющаяся угольная кислота вызывает деминерализацию костной ткани, а протеолитические ферменты разрушают органический матрикс межклеточного вещества. Фрагменты коллагеновых волокон фагоцитируются остеокластами и разрушаются внутриклеточно. Посредством этих механизмов происходит резорбция (разрушение) костной ткани и потому остеокласты обычно локализуются в углублениях костной ткани. После разрушения костной ткани за счет деятельности остеобластов, выселяющихся из соединительной ткани сосудов, происходит построение новой костной ткани.
Межклеточное вещество костной ткани состоит из:
* основного вещества
* и волокон, в которых содержатся соли кальция.
Волокна состоят из коллагена I типа и складываются в пучки, которые могут располагаться параллельно (упорядочено) или неупорядочено, на основании чего и строится гистологическая классификация костных тканей.
Основное вещество костной ткани, как и других разновидностей соединительных тканей, состоит из:
* гликозоаминогликанов
* и протеогликанов.
Однако химический состав этих веществ отличается. В частности в костной ткани содержится меньше хондроитинсерных кислот, но больше лимонной и других кислот, которые образуют комплексы с солями кальция. В процессе развития костной ткани вначале образуется органический матрикс-основное вещество и коллагеновые (оссеиновые, коллаген II типа) волокна, а затем уже в них откладываются соли кальция (главным образом фосфорнокислые). Соли кальция образуют кристаллы гидроксиаппатита, откладывающиеся как в аморфном веществе, так и в волокнах, но небольшая часть солей откладывается аморфно. Обеспечивая прочность костей, фосфорнокислые соли кальция одновременно являются депо кальция и фосфора в организме. Поэтому костная ткань принимает участие в минеральном обмене.
К сведению в организме (литературные данные):
1. От 208 до 214 индивидуальных костей.
2. Нативная кость состоит из 50% неорганического материала, 25% органических веществ и 25% воды, связанной с коллагеном и протеогликанами.
3. 90% органики составляет коллаген типа 1 и только 10% другие органические молекулы (гликопротеин остеокальцин, остеонектин, остеопонтин, костный сиалопротеин и другие пртеогликаны).
4. Костные компоненты представлены: органическим матриксом - 20-40%, неорганическими минералами – 50-70%, клеточными элементами 5-10% и жирами – 3%.
5. Макроскопически скелет состоит из двух компонентов – компактная или кортикальная кость; и сетчатая или губчатая кость.
6. В среднем вес скелета составляет 5 кг (вес сильно зависит от возраста, пола, строения тела и роста).
7. Во взрослом организме на долю кортикальной кости приходится 4 кг, т.е. 80% (в скелетной системе), тогда как губчатая кость составляет 20% и весит в среднем 1 кг.
8. Весь объем скелетной массы у взрослого человека составляет примерно 0.0014 м³ (1400000 мм³) или 1400 см³ (1.4 литра).
9. Поверхность кости представлена периостальной и эндостальной поверхностями – суммарно порядка 11,5 м² (11500000 мм²).
10. Периостальная поверхность покрывает весь внешний периметр кости и составляет 4.4% грубо 0,5 м² (500000 мм²) всей поверхности кости.
11. Внутренняя (эндостальная) поверхность состоит из трех составляющих – 1) внутрикортикальная поверхность (поверхность Гаверсовых каналов), которая составляет 30.4% или грубо 3,5 м² (3500000 мм²); 2) поверхность внутренней стороны кортикальной кости порядка 4.4% или грубо 0,5 м² (500000 мм²) и 3) поверхность трабекулярного компонента губчатой кости 60.8% или грубо 7 м² (7000000 мм²).
12. Губчатая кость 1 гр. в среднем имеет поверхность 70 см² (70000 см²: 1000 гр.), тогда как кортикальная кость 1 гр. имеет порядка 11.25 см² [(0.5+3.5+0.5) х 10000 см²: 4000 гр.], т.е. в 6 раз меньше. По мнению других авторов это соотношение может составлять 10 к 1.
13. Обычно при нормальном обмене веществ 0.6% кортикальной и 1.2% губчатой костной поверхности подвергается разрушению (резорбции) и, соответственно, 3% кортикальной и 6% губчатой костной поверхности вовлечены в формирование новой костной ткани. Остальная костная ткань (более 93% её поверхности) находится в состоянии отдыха или покоя.
Статья предоставлена ООО "Конектбиофарм"
Костные ткани — специализированный тип соединительной ткани с высокой минерализацией межклеточного вещества. Из этих тканей построены кости скелета.
Характеристика клеток и межклеточного вещества.
Костные ткани состоят из:
А. Клеток:
1) 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 проникают в канальцы кости и играют роль в ее трофике.
2) Остеобласты – молодые клетки, создающие костную ткань. В кости они встречаются в глубоких слоях надкостницы, в местах образования и регенерации костной ткани. Эти клетки бывают различной формы (кубической, пирамидальной или угловатой), содержат одно ядро, а в цитоплазме хорошо развитую гранулярную эндоплазматическую сеть, митохондрии и комплекс Гольджи.
3) Остеокласты – клетки, способные разрушить обызвествленный хрящ и кость. Они имеют крупные размеры (диаметр их достигает 90 мкм), содержат от 3 до нескольких десятков ядер. Цитоплазма слабобазофильна, богата митохондриями и лизосомами. Гранулярная эндоплазматическая сеть развита относительно слабо.
Б. Межклеточного вещества, состоящего из:
основного вещества , где содержится относительно небольшое количество хондроитинсерной кислоты и много лимонной и других кислот, образующих комплексы с кальцием (аморфный фосфат кальция, кристаллы гидроксиапатита).
коллагеновых волокон , образующих небольшие пучки.
В зависимости от расположения коллагеновых волокон в межклеточном веществе костные ткани классифицируются на:
1. Ретикулофиброзную костную ткань.
2. Пластинчатую костную ткань. костных пластинок
Ретикулофиброзная костная ткань.
В ней коллагеновые волокна имеют беспорядочное расположение. Такая ткань встречается главным образом у зародышей. У взрослых ее можно обнаружить на месте черепных швов и в местах прикрепления сухожилий к костям.
Строение пластинчатой костной ткани на примере диафиза трубчатой кости.
Это наиболее распространенная разновидность костной ткани во взрослом организме. Она состоит из костных пластинок , образованных костными клетками и минерализованным аморфным веществом с коллагеновыми волокнами, ориентированными в определенном направлении. В соседних пластинках волокна обычно имеют разное направление, благодаря чему достигается большая прочность пластинчатой костной ткани. Из этой ткани построены компактное и губчатое вещество большинства плоских и трубчатых костей скелета.
Кость как орган.
Кость – самостоятельный орган, состоит из тканей, главная – костная.
Гистологическое строение трубчатой кости
Она состоит из эпифизов и диафиза. С наружи диафиз покрыт надкостницей, или периостом (рис. 6-3). В надкостнице различают два слоя: наружный (волокнистый) – образован в основном волокнистой соединительной тканью и внутренний (клеточный) – содержит клетки остеобласты. Через надкостницу проходят питающие кость сосуды и нервы, а также под разными углами проникают коллагеновые волокна, которые получили название прободающих волокон. Чаще всего эти волокна разветвляются только в наружном слое общих пластинок. Надкостница связывает кость с окружающими тканями и принимает участие в ее трофике, развитии, росте и регенерации.
Компактное вещество, образующее диафиз кости, состоит из костных пластинок, располагающихся в определенном порядке, образуя три слоя:
наружный слой общих пластинок . В нем пластинки не образуют полных колец вокруг диафиза кости. В этом слое залегают прободающие каналы, по которым из надкостницы внутрь кости входят сосуды.
средний , остеонный слой — образован концентрически наслоенными вокруг сосудов костными пластинками. Такие структуры называются остеонами , а пластинки, их образующие — остеонные пластинки . Остеоны являются структурной единицей компактного вещества трубчатой кости. Каждый остеон отграничен от соседних остеонов так называемой спайной линией. В центральном канале остеона проходят кровеносные сосуды с сопровождающей их соединительной тканью. Все остеоны в основном расположены параллельно длинной оси кости. Каналы остеонов анастомозируют друг с другом. Сосуды, расположенные в каналах остеонов, сообщаются друг с другом, с сосудами костного мозга и надкостницы. Кроме пластинок остеонов в этом слое располагаются также вставочные пластинки (остатки старых разрушенных остеонов), которые лежат между остеонами.
внутренний слой общих пластинок хорошо развит только там, где компактное вещество кости непосредственно граничит с костномозговой полостью.
Изнутри компактное вещество диафиза покрыто эндостом, имеющем такое же строение, как и периост.
Рис. 6-3. Строение трубчатой кости. А. Надкостница. Б. Компакное вещество кости. В. Эндост. Г. Костномозговая полость. 1. Наружный слой общих пластинок. 2. Остеонный слой. 3. Остеон. 4. Канал остеона. 5. Вставочные пластинки. 6. Внутренний слой общих пластинок. 7. Костная трабекула губчатой ткани. 8. Волокнистый слой надкостницы. 9. Кровеносные сосуды надкостницы. 10. Прободающий канал. 11. Остеоциты. (Схема по В. Г. Елисееву, Ю. И. Афанасьеву).
5733
Костная ткань - разновидность соединительной ткани, из которой построены кости - органы, составляющие костный скелет тела человека. Костная ткань иметт важное в точки зрения опорно-двигательного аппарата, так и других систем тела. Например, при имплантации зубов от ее состояния будет зависеть результат вмешательства, что показывает тесную связь костной и эпителиальной тканей.
Костная ткань состоит из взаимодействующих структур:
- клеток кости,
- межклеточного органического матрикса кости (органического скелета кости),
- основного минерализованного межклеточного вещества.
Клетки костной ткани
Клетки занимают всего лишь 1-5% общего объёма костной ткани скелета взрослого человека. Различают четыре типа клеток костной ткани.
Остеобласты - ростковые клетки, выполняющие функцию создания кости. Они расположены в зонах костеобразования на внешних и внутренних поверхностях кости.
Остеокласты - клетки, выполняющие функцию рассасывания, разрушения кости. Совместная функция остеобластов и остеокластов лежит в основе непрерывного управляемого процесса разрушения и воссоздания кости. Этот процесс перестройки костной ткани лежит в основе адаптации организма к многообразным физическим нагрузкам за счет выбора наилучших сочетаний жесткости, упругости и эластичности костей и скелета.
Остеоциты - клетки, происходящие из остеобластов. Они полностью замурованы в межклеточном веществе и контактируют отростками друг с другом. Остеоциты обеспечивают метаболизм (белков, углеводов, жиров, воды, минеральных веществ) костной ткани.
Недифференцированные мезенхимальные клетки кости (остеогенные клетки, контурные клетки). Они находятся главным образом на наружной поверхности кости (у надкостницы) и на поверхностях внутренних пространств кости. Из них образуются новые остеобласты и остеокласты.
Органический скелет кости
Межклеточное вещество кости представлено органическим межклеточным матриксом , построенным из коллагеновых (оссеиновых) волокон (≈90-95%) и основным минерализованным веществом (≈5-10%).
Коллаген внеклеточного матрикса костной ткани отличается от коллагена других тканей большим содержанием специфических полиполипептидов. Коллагеновые волокна в основном расположены параллельно направлению уровня наиболее вероятных механических нагрузок на кость и обеспечивают упругость и эластичность кости.
Основное минерализированное вещество кости
Основное вещество кости состоит главным образом из экстрацеллюлярной жидкости, гликопротеидов и протеогликанов (хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота). Функция этих веществ пока не вполне ясна, но несомненно то, что они участвуют в управлении минерализацией основного вещества - перемещением минеральных компонентов кости.
Минеральные вещества, размещенные в составе основного вещества в органическом матриксе кости представлены кристаллами, построенными главным образом из кальция и фосфора . Отношение кальций /фосфор в норме составляет ≈1,3-2,0. Кроме того, в кости обнаружены ионы магния , натрия , калия, сульфата, карбоната, гидроксильные и другие ионы, которые могут принимать участие в образовании кристаллов. Каждое коллагеновое волокно компактной кости построено из периодически повторяющихся сегментов. Длина сегмента волокна составляет ≈64 нм (64 10-10 м). К каждому сегменту волокна примыкают кристаллы гидроксиапатита, плотно его опоясывая.
Помимо того, сегменты примыкающих коллагеновых волокон перекрывают друг друга. Соответственно, как кирпичи при кладке стены, перекрывают друг друга и кристаллы гидроксиапатита. Такое тесное прилегание коллагеновых волокон и кристаллов гидроксиапатита, а также их перекрытия, предотвращают «разрушение сдвига» кости при механических нагрузках. Коллагеновые волокна обеспечивают эластичность, упругость кости, ее сопротивление растяжению, в то время как кристаллы обеспечивают её прочность, жесткость, ее сопротивление сжатию. Минерализация кости связана с особенностями гликопротеидов костной ткани и с активностью остеобластов.
Различают грубоволокнистую и пластинчатую костную ткань .
В грубоволокнистой костной ткани (преобладает у зародышей; у взрослых организмов наблюдается только в области черепных швов и местах прикрепления сухожилий) волокна идут неупорядоченно. В пластинчатой костной ткани (кости взрослых организмов) волокна, сгруппированные в отдельные пластины, строго ориентированы и образуют структурные единицы, называемые остеонами.
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.
