Рассуждение о морфомеханике. 1.2.17 Костная ткань

1.2.17 Костная ткань

Вторым представителем типа скелетных тканей, является костная ткань. Именно она в основном образует главные органы опоры и движения человека – кости. Скелет человека составляют 208 парных и непарных костей. Общая масса костей 5–6 кг, причем у мужчин на долю костей приходится 10%, а у женщин 8,5% от веса тела (Жданов Д.А., 1979). По данным H.Skeleton (1972) скелет человека составляет 15.9% от веса тела (Ульмер Х.-Ф. и соавт., 1996). Согласно В.А.Дьяченко (1954) у человека насчитывается 206 канонических костей. Аналогичное число количество самостоятельных костей в скелете взрослого человека выделяет и Д.Г.Рохлин (1941), по его данным число точек окостенения превышает 3000.

Костную ткань подразделяют на два типа: ретикулофиброзную (грубоволокнистую) и пластинчатую, последняя образует компактное и губчатое вещество большинства плоских и трубчатых костей скелета (Ревелл П.А., 1993).

Отдельными исследователями J.J.Pritchard (1972) выделяется не два, а три типа костной ткани – грубоволокнистую, сетчатую и тонковолокнистую (пластинчатую). Грубоволокнистую и сетчатую, относят к незрелой костной ткани, она присутствует у плода, и сохраняется навсегда в зубных альвеолах, вблизи черепных швов, в костном лабиринте внутреннего уха, около места прикрепления сухожилий и связок. Кроме этого, во взрослом состоянии незрелая кость образуется при заживлении переломов, присутствует в отдельных видах костных опухолей (Хэм А., Кормак Д., 1983).

Ретикулофиброзная костная ткань встречается не только у зародышей, но и у маленьких детей и «…характеризуется беспорядочным расположением грубых волокон». В отличие от нее в пластинчатой костной ткани «…коллагеновые волокна располагаются параллельными рядами, образуя губчатое и компактное вещество кости». Губчатый компонент костей составляет приблизительно 20% всего скелета, компактная же кость 75-80%. Кроме собственно костной ткани, кости состоят из ретикулярной, хрящевой, сосудистой тканей, а также желтого и красного костного мозга (Руденко Э.В., 2001).

Выделяется три типа губчатого вещества. Первый – состоит из остеонов в виде широких трубок. Второй – пластинчатый тип, состоит из пластин, расположенных в виде траекторий, соединенных поперечными пластинками. Третий тип – балочный, так же состоящий из пластин (Дьяченко В.А., 1954).

Остеоны компактной кости имеют приблизительно 200 мкм в диаметре и приблизительно 1–2 сантиметра длиной (Cowin S.C., 1990), (Рис.1.22).

До 70% костной ткани составляют минеральные вещества, 20% - органические соединения и 8% приходится на воду (Лукьянчиков В.С. и соавт., 1997). Органический матрикс костной ткани подробно рассмотрен в обзорной работе Л.И.Слуцкого, Н.А.Севастьянова (1986).

«Если из кости удалить все минеральные соединения, то, сохраняя внешнюю форму, она становится эластичной, похожей на резину. Если же, наоборот, удалить органические вещества, то она становится хрупкой и непрочной, то есть органические и неорганические вещества не являются самостоятельными конструкционными материалами». Считается, что прочность и эластичность костной ткани определяется сочетанием этих компонент (Плоткин Г.Л. и соавт., 1993).

Общий план строения всех видов костных тканей един, в них обнаруживаются коллагеновые волокна I и V типа, неколлагеновые белки, гликозаминогликаны, кристаллы неорганических солей, а также три вида клеточных элементов. Среди неколлагеновых белков выявляются остеонектин, остеокальцин, протеогликаны, сиалопротеины, морфогенетические белки, протеолипиды, фосфопротеины, а гликозаминогликаны представлены хондроитинсульфатами и кератансульфатами. Клетки костной ткани различны по своей функции, остеобласты – ответственны за синтез костного матрикса, остеокласты обеспечивают резорбцию костной ткани, а остеоциты поддерживают структурную целостность ее матрикса (Бойчук Н.В. и соавт., 1997). В костной ткани кроме кератансульфата и хондроэтинсульфата встречается дарматансульфат и гепарансульфат (Кабак С.Л. и соавт., 1990).

Коллаген является основным органическим компонентом кости. На него приходится около 90% органического матрикса (Ступаков Г.П., Воложин А.И., 1989). Доминирует коллаген I типа, составляющий около 90% всех белков кости (Насонов Е.Л., 1998). Ascenzi и Bonucci показали, что механические свойства остеонов обусловлены ориентацией волокон коллагена (Martin R.B. et al., 1998). Именно высоким содержанием коллагена объясняется большая прочность кости на разрыв, в то время как кристаллы гидроксиапатита имеют низкую прочность на разрыв, но значительную на сжатие (Слуцкий Л.И., 1971). Кроме коллагена, по данным P.Delmas (1982), в кости содержится около 200 неколлагеновых белков (Слуцкий Л.И., Севастьянова Н.А., 1986).

Согласно M.I.Glimcher, M.Kletter (1965), примерно 65–70% сухого веса кости приходится на неорганический матрикс (Корж А.А. и соавт., 1972). Неорганическая составляющая костной ткани, имеет вид кристаллов гидроксиапатита, упорядоченно расположенных по отношению к волокнам. Кристаллы, представляющие собой игольчатые или пластинчатые частицы, могут находиться в самих фибриллах и вокруг них, причем их длинные оси чаще совпадают. Размеры кристаллов увеличиваются с возрастом костной ткани, а их толщина 15-75А, а длина до 1500А (Гистология..., 1972).

Продольная ось кристаллов гидроксиапатита, параллельна оси фибрилл коллагена. Причем строение минерального матрикса связано со структурой органического матрикса и зависит от условий, в которых произошла кристаллизация (Аврунин А.С. и соавт., 1998).

Коллагеновые волокна в костных пластинках и остеонах расположены параллельными или концентрическими слоями и закручены по спирали. Вокруг гаверсова канала один слой волокон закручен по часовой стрелке, другой против часовой стрелки (Рис.1.23). Кроме этого, отдельные волокна вступают из одного слоя в другой соединяя их между собой (Bombelli R., 1993). Коллагеновые волокна костной ткани соединены с кристаллами гидроксиапатита, из которых 60% расположены внутри фибрилл и образуют костные пластинки. Кристаллы ориентированы вдоль волокон, между которыми имеется межфибрилярное вещество (гликозаминогликаны, гликопротеиды, протеогликаны) (Ступаков Г.П., Воложин А.И., 1989). Кристаллы гидроксиапатита соединяются с молекулами коллагена посредством особого гликопротеина - остеонектина (Бойчук Н.В. и соавт., 1997).

По данным современных исследований абсолютное большинство минеральных веществ, обнаруживаемых в пластинчатой кости, концентрируется внутри коллагеновых фибрилл. Минералы располагаются в зонах отверстий, порах и областях перекрытий коллагеновых волокон. Вне фибрилл находится всего 5-10% минеральных веществ. Кристаллические структуры кости образованы преимущественно гидроксиапатитом, который возникает из аморфного фосфата кальция в матриксных пузырьках (Ревелл П.А., 1993). Другими неорганическими компонентами костной ткани, кроме перечисленных, являются бикарбонаты, цитраты, фториды, соли Mg²⁺, K⁺, Na⁺ (Бойчук Н.В. и соавт., 1997). Считается, что встречающийся в кости карбонат кальция может существовать только в форме тонкого слоя, адсорбированного на поверхности гидроксиапатита (Поляков В.А., 1961).

Исследования микроэлементного состава кости проксимального отдела бедра методом спектрального анализа позволили выявить в ней так же марганец, никель, титан, хром, медь, свинец, серебро, цинк, олово, галлий, стронций, алюминий, железо, кремний, однако не все перечисленные элементы постоянно присутствуют в кости (Подрушняк Е.П., 1972). Отдельные из указанных неорганических составляющих не принимают участие в формировании кости, а лишь накапливаются в ней в течение всей жизни. Всего же в кости обнаружено около 20 микроэлементов (Ступаков Г.П., Воложин А.И., 1989).

  ««назад || СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ || вперед»»

                                                                     

Автор:

Архипов С.В. – С.В. Архипов-Балтийский является псевдонимом, который использовался до начала 2006 года с целью более точной дифференцировки на научном поле.

Цитирование:

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 1. Гл. 1-4. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 2. Гл. 5-6. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Примечания:

Первая крупная публикация автора, посвященная морфомеханике живых систем, биомеханике пояса нижних конечностей и связки головки бедра, ligamentum capitis femoris (LCF).

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, анатомия, морфомеханика, биомеханика

СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Биомеханика и морфомеханика