Характеристика костной ткани человека

Свойства костной ткани человека

Костная ткань является одним из видов соединительной ткани в организме. Это основной материал костных пластинок, из которых состоят кости.

Кости — это прочные и жесткие структуры, которые служат основой опорно-двигательного аппарата.

Костная ткань представляет собой живое образование, в котором постоянно происходят процессы разрушения и обновления биохимических компонентов.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Ее основные свойства:

1. Твердость — определяется наличием в костной ткани минеральных солей. При деминерализации кости становятся менее твердыми.
2. Эластичность — зависит от процентного содержания органического азотистого вещества под названием «оссеин».
3. Прочность — крепость кости обусловлена определенным сочетанием в ней органических и неорганических соединений.
4. Упругость — связана со способностью костной ткани восстанавливать свои исходные размеры после снятия нагрузки.
5. Способность к регенерации — проявляется в способности к восстановлению поврежденной или потерянной ткани. Благодаря регенерации кости срастаются после травм и переломов. Скорость процессов регенерации зависит от возраста, состояния здоровья и других индивидуальных особенностей организма.

С возрастом наблюдаются существенные изменения в свойствах костной ткани. Содержание оссеина в детских костях значительно выше. За счет этого они являются более гибкими. С возрастом повышается удельный вес неорганических соединений в костной ткани, поэтому у пожилых людей чаще случаются переломы.

Благодаря большой твердости и прочности кости обладают хорошей сохранностью. Это позволяет специалистам изучать ископаемые останки людей. По древним скелетам ученые могут определить, какие заболевания существовали много столетий и даже тысячелетий тому назад.

Пластинчатая костная ткань

В гораздо большем количестве, он составляет 90% костной ткани организма. Матрица кости занимает 95% объема этой ткани. Он механически устойчив, характеризуется минерализованной матрицей, расположенной параллельно и концентрическими пластинками.

Компактная пластинчатая кость (Гаверсов): это ткань, которая никогда не бывает первичной, но которая появляется в процессе развития, чтобы заменить ранее существовавшую костную ткань. Он в основном состоит из остеонов или системы Хейверса , которые состоят из 4-20 цилиндрических костных пластинок, расположенных концентрически вокруг канала Харверса. Протоки Харверса содержат кровеносные капилляры и амиелиновые нервы, встроенные в рыхлую соединительную ткань . Они связаны друг с другом, с костномозговой полостью и с поверхностью кости поперечными или косыми каналами : каналами Фолькмана . В остеонах коллагеновые волокна расположены параллельно в виде ламели. Между пластинками находятся остепласты, содержащие остеоциты, расположенные параллельно большой оси ламелей. Остеоны расположены параллельно друг другу и параллельно большой оси диафизов длинных костей.

Компактная пластинчатая кость (не гаверсовская): ствол длинных костей ограничен снаружи и внутри костными пластинками, концентричными с медуллярной полостью и разделяющими гаверсовы системы эндоста и надкостницы. Эти ламели образуют внутреннюю круговую (или основную) систему и внешнюю круговую (или основную) систему.

Химический состав

Костное вещество состоит из органических и неорганических соединений. Их соотношение варьирует в костях разных типов.

Основным органическим веществом является коллаген.

Коллаген — это наиболее часто встречающееся белковое соединение в теле человека и животных. Служит главным структурным элементом костей, хрящей, сухожилий, кожи.

Название «коллаген» произошло от двух греческих слов:

• «кола» — «клей»;
• «ген» — «создавать».

Коллаген связывает и скрепляет форму, придает тканям упругость и эластичность. Коллагеновые волокна костной ткани также называются оссеином. При обработке костей животных соляной кислотой неорганические соединения растворяются. Оставшееся вещество используют для производства желатина и клея.

Главным неорганическим компонентом является гидроксиапатит. Его кристаллы располагаются вдоль коллагеновых волокон. При сжигании костей разлагаются органические соединения. Кости сохраняют свою форму, но становятся хрупкими и легко распадаются на части.

В неорганическом матриксе содержится много кальция и фосфора. Кальций вообще является самым распространенным минералом в организме. В теле взрослого человека содержится от 1 до 1,2 кг кальция. 99 % кальция находится в костях и зубах. Он играет важную структурную и регуляционную функции.

При существенном дефиците кальция повышается риск переломов, возникают различные заболевания опорно-двигательного аппарата.

В организме взрослого человека содержится около 600 граммов фосфора, из них 85 % приходится на костную ткань. Фосфор играет исключительно важную роль в процессе роста костей.

Также в костной ткани присутствует более 30 макро- и микроэлементов:

• магний;
• натрий;
• калий;
• хлор;
• цинк;
• медь;
• барий;
• стронций и др.

Оптимальное сочетание всех компонентов костной ткани обеспечивают ее полноценное функционирование. При дисбалансе возникают различные нарушения.

Различные компоненты

Клетки костной ткани включают фиксированные ( остеобласты и остеоциты ) или чужеродные ( остеокласты ) клетки . Внеклеточный матрикс или костное вещество состоит из органической части (волокна коллагена I типа и основное вещество) и минеральной части (в основном солей кальция). Этот матрикс плохо гидратирован: костная ткань на 50% состоит из воды, что делает ее одной из наименее гидратированных тканей после зубной эмали. такая низкая гидратация обусловлена ​​низким содержанием протеогликанов, таких как хондроитинсульфат, которые, наоборот, в больших количествах присутствуют в хрящевой ткани.

Остеогенез

Остеогенез формирование или кости, использует процесс метаплазии , в котором соединительная ткань превращается в костную ткань. При жизни выделяют три типа окостенения:

• Первичная оссификация: два типа в зависимости от модели (хрящевой или соединительный): может быть либо эндохондральным (создается из уже существующей хрящевой ткани), либо эндоконъюнктивным (путем гипертрофии, конденсации и остеогенной дифференцировки мезенхимальных клеток). Эта фаза первичного окостенения происходит во время эмбриогенеза;
• вторичная оссификация: происходит деструкция первичной неламеллярной костной ткани, вновь образованной первыми остеокластами, с последующим восстановлением остеобластами вторичной пластинчатой ​​костной ткани (компактной, губчатой ​​или гаверсовской). Таким образом происходит замещение первой костной ткани. Это также происходит во время эмбриогенеза;
• третичное окостенение: также называется постоянным ремоделированием кости. Это постоянный баланс между построением и разрушением на протяжении всей жизни (например, во время роста или во время перелома строение больше, чем разрушение, тогда как во время старения все наоборот: пример остеопороза).

У мужчин синтез костного матрикса происходит в эмбриональной фазе и достигает «пика костной массы» в среднем через два года после полового созревания у женщин и три года у мужчин, что объясняет больший размер последних, у которых кости более крепкие. . У взрослых ежегодно обновляется 10% костной массы. Ремоделирование костей помогает поддерживать гомеостаз кальция и целостность скелета. Костный капитал уменьшается с возрастом ( остеопороз ), при этом женщины теряют около 40% своей костной массы в возрасте от 40 до 80 лет, тогда как у мужчин он составляет от 5 до 30%.

Где находится костная ткань

Костная ткань является основой для формирования костей человека. Это главное структурообразующее вещество скелета.

Скелет — это совокупностей костей в организме, образующих его твердую основу. Дает телу опору и защищает внутренние органы от повреждений.

Скелет составляет около 20 % от общей массы тела человека. Он состоит из 206 костей разной величины. Самая большая — это бедренная кость. Самая маленькая — это стремечко, расположенное в среднем ухе. Примерно каждые 10 лет костная ткань практически полностью обновляется.

Костные ткани входят в состав всех видов костей:

1. Трубчатые: имеют цилиндрическую или трехгранную форму. Содержат компактную костную ткань. Примеры — кости бедра, голени, предплечья.
2. Губчатые: названы так по преобладанию в них губчатого вещества. Внутри них находится красный костный мозг. Бывают короткими (например, стопа или запястье) и длинными (ребра).
3. Плоские: представляют собой уплощенные поверхности, которые выполняют защитные функции. Примеры — кости свода черепа, лопатки.
4. Смешанные: имеют сложную структуру и состоят из разных элементов. К ним относятся позвонки, фаланги пальцев, некоторые лицевые части черепа.
5. Пневматические: у них внутри расположены воздухоносные полости, которые выстланы слизистой оболочкой. Это верхнечелюстная, височная и ряд других лицевых костей черепа.

Строение костной ткани

По химическому составу костная ткань состоит из 70% неорганических и из 30% органических веществ. Неорганические вещества  представлены в большей степени солями кальция. Такое соотношение веществ позволяет скелету человека быть одновременно крепким и пластичным. Ведь ежедневно человеческий организм подвергается различным воздействиям со стороны внешней среды.

При снижении процентного содержания органических веществ структура ткани становится хрупкой и ломкой, что может приводить к ее разрушению даже при незначительных воздействиях. Если снижается доля минеральных веществ, скелет может потерять свою прочность.

Образована костная ткань клеточными элементами и межклеточным веществом, так называемым костным матриксом.

Костный матрикс

Межклеточное вещество состоит из балластной субстанции  и органических волокон. Волокна строятся из нитей коллагена 1, 2 типов. Они образуют связки, которые в костях залегают параллельно длиннику кости или хаотично, в зависимости от конкретной функции данной структуры. Балластная субстанция содержит в своем составе гликозаминогликаны и протеогликаны.

В соединительной ткани содержится много органических и неорганических кислот, которые, образуя комплексы с кальцием, формируют соляные кристаллы. Они откладываются в балластной субстанции и в органических волокнах, что обеспечивает прочность ткани и защищает ее от механических травм.

Клетки костной ткани

К основным клеточным элементам ткани относят остеобласты, остеоциты, остеокласты.

Основными клетками костной ткани являются остеоциты. Они имеют отростчатую форму с ярко выраженным ядром и небольшим количеством цитоплазмы. Основная задача остеоцитов – осуществлять выход веществ из клеток в межклеточную жидкость. Остеоциты образуются из остеобластов, после чего деление этих клеток прекращается.

Остеобласты относятся к синтезирующим и белоксекретирующим клетками. Рибосомы этих клеток синтезируют коллаген и сложные белки, после чего эти компоненты выходят в межклеточное пространство. За счет этих соединений формируется органическая составляющая скелетной соединительной ткани.

Через клеточную мембрану остеобластов в межклеточный матрикс проникают соли кальция, благодаря чему происходит минерализация балластного вещества и связок органических волокон.

Остеобласты располагаются в ростковом слое надкостницы и пребывают в неактивном состоянии. В случае нарушения целостности ткани эти клетки активируются и начинают синтезировать ее новые компоненты. За счет работы остеобластов восстанавливается целостность костей в случае их повреждения.

Остеокласты –  это костеразрушающие клетки. Они представляют собой крупные клеточные элементы с большим количеством ядер и специализированных органелл.  Основная задача этих клеток –   рассасывание ткани. Это происходит за счет наличия в цитоплазме многочисленных лизосом и ферментсодержащих вакуолей. Эти клетки препятствуют избыточному росту кости. При повреждении ткани остеобласты лизируют разрушенные участки, освобождая место новым клеткам.

Строение кости

По форме кости делят на длинные, плоские, короткие и смешанные.

Длинные кости, ossa longa, имеют вытянутую, трубчатую среднюю часть, называемую диафизом, diaphysis, состоящую из компактного вещества. Внутри диафиза имеется костно-мозговая полость, cavitas medullaris, с жёлтым костным мозгом. На каждом конце длинной кости находится эпифиз, epiphysis, заполненный губчатым веществом с красным костным мозгом. Между диафизом и эпифизом располагается метафиз, metaphysis. В период роста кости здесь находится хрящ, котрый позже замещается костью. Длинные трубчатые кости составляют в основном скелет конечностей. Костные выступы на эпифизах, которые являются местом прикрепления мышц и связок, называются апофизами, apophysis.

Плоские кости, ossa plana, состоят из тонкого слоя губчатого вещества, покрытого снаружи компактным. Они различны по происхождению: лопатка и тазовая кость развиваются из хряща, а плоские кости крыши черепа — из соединительной ткани.

Короткие кости, ossa brevia, состоят из губчатого вещества, покрытого снаружи тонким слоем компактного вещества. Одной большой костно-мозговой полости эти кости не имеют. Красный костный мозг располагается в мелких губчатых ячейках, разделённых костными балками. Короткие кости запястья и предплюсны способствуют большей подвижности кистей и стоп.

Смешанные кости, ossa irregularia, находятся в различных отделах скелета (позвоночник, череп). В них сочетаются элементы коротких и плоских костей (основная часть и чешуя затылочной кости, тело позвонка и его отростки, каменистая часть и чешуя височной кости). Такие особенности обусловлены различием происхождения и функции частей этих костей.

Поверхность кости может представлять различные углубления (бороздки, ямки и т. д.) и возвышения (углы, края, ребра, гребни, бугорки и т. п.). Неровности служат для соединения костей между собой или для прикрепления мускулов и бывают тем сильнее развиты, чем более развита мускулатура. На поверхности находятся так называемые «питательные отверстия» (Foramina nutritiva), через которые входят внутрь кости питающие и кровеносные сосуды.

В костях различают компактное и губчатое костное вещество. Первое отличается однородностью, твёрдостью и составляет наружный слой кости; оно особенно развито в средней части трубчатых костей и утончается к концам; в широких костях оно составляет 2 пластинки, разделённые слоем губчатого вещества; в коротких оно в виде тонкой плёнки одевает кость снаружи. Губчатое вещество состоит из пластинок, пересекающихся в различных направлениях, образуя систему полостей и отверстий, которые в середине длинных костей сливаются в большую полость.

Наружная поверхность кости одета так называемой надкостницей (Periosteum), оболочкой из соединительной ткани, содержащей кровеносные сосуды и особые клеточные элементы, служащие для питания, роста и восстановления кости.

Факторы, влияющие на здоровье костей

Важно учитывать следующие аспекты:

1. Питание. Правильное питание является ключевым фактором для здоровья костей. Недостаток кальция и витамина D может привести к ослаблению костей и рискам развития остеопороза. Рекомендуется употреблять продукты, богатые кальцием, такие как молочные продукты, зеленые овощи и рыба, а также получать достаточное количество витамина D через пищу или при помощи солнечного света.
2. Физическая активность. Регулярные физические нагрузки, особенно силовые тренировки, способствуют укреплению костей. Они стимулируют процессы роста и увеличивают плотность костной ткани. Рекомендуется заниматься спортом, занятиями на открытом воздухе или просто быть активным.
3. Никотин и алкоголь. Использование никотина и потребление алкоголя отрицательно влияют на здоровье костей. Никотин снижает поступление кислорода и питательных веществ в кости, что может привести к их ослаблению. Алкоголь также негативно влияет на костную ткань, вызывая разрушение и ухудшение плотности костей.
4. Гормональный фон. Уровень гормонов, особенно половых гормонов, играет важную роль в здоровье костей. У женщин уровень эстрогена снижается с возрастом, что увеличивает риск развития остеопороза. У мужчин дефицит тестостерона также может привести к ослаблению костей.
5. Наследственность. Генетический фактор также может влиять на здоровье костей. Если у ваших родителей или близких родственников были проблемы с костями, есть больший риск развития таких же проблем и у вас.

Важно помнить, что здоровье костей требует комплексного подхода. Следование здоровому образу жизни, правильному питанию, физической активности и регулярным консультациям со специалистом поможет сохранить костную ткань в хорошем состоянии.