Перестройка кости, факторы, влияющие на ее структуру
В костной ткани в течение всей жизни человека происходят взаимосвязанные процессы разрушения и образования, обусловленные функциональными нагрузками и другими факторами внешней и внутренней среды. Перестройка остеонов всегда связана с разрушением первичных остеонов и одновременным образованием новых. Под влиянием остеокластов, активизированных различными факторами, костные пластинки остеона разрушаются и на его месте образуется полость. Этот процесс называется резорбцией (от лат. resorptia — рассасывание) костной ткани. В образовавшейся полости вокруг оставшегося сосуда из кровотока появляются остеобласты и начинается построение новых пластинок, концентрически наслаивающихся друг на друга. Так возникают вторичные генерации остеонов. Между вновь созданными остеонами располагаются остатки разрушенных остеонов прежних генераций – вставочные пластинки.
Среди факторов, влияющих на перестройку костной ткани, существенную роль играет так называемый пьезоэлектрический эффект. Оказалось, что в костной пластинке при изгибах появляется определенная разность потенциалов между вогнутой и выпуклой стороной. Вогнутая сторона заряжается отрицательно, а выпуклая — положительно. На отрицательно заряженной поверхности всегда отмечаются активация остеобластов и процесса аппозиционного новообразования костной ткани, а на положительно заряженной, напротив, наблюдается ее резорбция с помощью остеокластов. Искусственное создание разности потенциалов приводит к такому же результату. Нулевой потенциал, отсутствие физической нагрузки на костную ткань (например, при продолжительной иммобилизации, пребывании в состоянии невесомости) обусловливают повышение функции остеокластов и деминерализацию костей.
На структуру костной ткани и костей оказывают влияние витамины (С, A, D), гормоны щитовидной, околощитовидной и других эндокринных желез.
Витамин С способствует созреванию коллагеновых волокон, влияет на деятельность остеобластов, увеличивает их фосфатазную активность, что приводит к росту кости; при его недостатке замедляется рост кости.
При дефиците витамина D не происходит полной кальцификации органической матрицы кости, что обусловливает размягчение костной ткани. Витамин А поддерживает рост костей, но избыток его способствует усилению разрушения остеокластами метаэпифизарных хрящей.
При избытке гормона паращитовидной железы — паратирина наблюдаются повышение активности остеокластов и резорбция кости.
Кальцитонин (гормон щитовидной железы), наоборот, способствует минерализации костной ткани. При гипофункции щитовидной железы замедляется рост длинных трубчатых костей в результате подавления активности остеобластов и торможения процесса оссификации. Регенерация кости в этом случае происходит слабо и неполноценно.
Определенную позитивную роль в росте костей имеет соматотропный гормон гипофиза (гормон роста), который стимулирует пропорциональное развитие скелета в детстве и непропорциональное у взрослых людей (акромегалия).
Женские половые гормоны — эстрогены снижают скорость резорбции костной ткани в результате подавления образования остеокластов. Прогестерон стимулирует пролиферацию и дифференцировку остеобластов.
Инсулин — активирует метаболизм остеобластов, стимулирует синтез костного матрикса, участвует в минерализации костной ткани. У больных сахарным диабетом (с абсолютным или относительным снижением концентрации инсулина) с длительностью заболевания более пяти лет отмечается уменьшение минеральной плотности костной ткани.
Контрольные вопросы по теме:
1. Перечислите стадии развития хрящевой ткани и охарактеризуйте их.
2. Сравните прямой и непрямой остеогенез, их основные характеристики и отличительные особенности.
3. Расскажите стадии развития костной ткани на месте хряща, их сущность.
4. Расскажите периоды и стадии развития костной ткани из мезенхимы, их сущность.
5. Назовите факторы, влияющие на перестройку кости
Тема лекции: ГИСТОЛОГИЯ НЕРВНОЙ ТКАНИ
35.4.Перестройка костной ткани
Функциями непрерывно осуществляемой перестройки кости у взрослого человека служат:
постоянное обновление структуры кости (осуществление ее фонологической регенерации) и ее приведение в соответствие с действующими на кость нагрузками;
поддержание гомеостаза минеральных веществ в организме за счет постоянного отложения Ca и других неорганических веществ в костное депо и извлечения из него.
Читайте также: Цветы из ткани букет мастер класс
Перестройка кости обеспечивается сочетанием процессов ее разрушения и образования, которые осуществляются остеокластами и остеобластами, соответственно. Современные данные о клеточных механизмах процесса перестройки кости обобщены в теории сопряжения функции остеокластов и остеобластов.
Теория сопряжения функции остеокластов и остеобластов основана на представлении о координации деятельности этих клеток, которая обеспечивается благодаря тому, что остеобласты стимулируют дифференцировку и активность остеокластов, а остеокласты, в свою очередь, индуцируют деятельность остеобластов. Регуляция такого сопряжения обеспечивается как непосредственным влиянием клеток этих двух типов друг на друга, так и через сложную систему контроля, опосредованную гормонами и факторами роста.
Перестройка кости циклический процесс, который включает четыре последовательно развивающиеся этапа (фазы):
Фаза активации характеризуется выходом клеток в небольшом участке костной ткани (в намечающейся зоне перестройки) из состояния покоя (в котором пребывают клетки на 80-95% поверхности кости), повышением их функциональной активности и дифференцировкой. Предполагают, что ведущая роль в определении локализации этого участка принадлежит остеоцитам (возможно, и остеобластам), которые интегрируют разнообразные общие и локальные механические и гуморальные сигналы и запускают местный процесс перестройки кости. Активация происходит в различных участках скелета примерно каждые 10 секунд и является каскадным процессом.
Фаза резорбции (от лат. resorptio — рассасывание) характеризуется высокой активностью процессов разрушения костной ткани зрелыми остеокластами, которые образуют глубокие резорбционные лакуны (Хаушипа). Резорбция включает начальную деминерализацию межклеточного вещества и последующее ферментное разрушение органического матрикса и продолжается около 6 нед.
Фаза реверсии (от лат. reversio — обратный ход, возвращение) сравнительно краткий (12 нед.) период времени, который характеризуется переходом от процессов резорбции костной ткани к ее формированию и служит проявлением сопряжения деятельности остеокластов и остеобластов. В течение этой фазы резорбционная лакуна подготавливается к последующему привлечению остеобластов и заполнению межклеточным веществом в результате их деятельности. Этот процесс осуществляется клетками типа макрофагов, которые замещают остеокласты (по мнению некоторых авторов, они могут образовываться в результате расщепления остеокластов). Указанные клетки сглаживают неровности на поверхности лакун и откладывают на ней особое цементирующее вещество, которое способствует привлечению остеобластов.
Фаза формирования (остеогенеза) начинается с локальной дифференцировки остеобластов из преостеобластов и их миграции в область резорбционной лакуны. Благодаря высокой синтетической и секреторной активности остеобластов лакуна постепенно заполняется межклеточным веществом, которое начально образуется как органический матрикс остеоид (откладывается со скоростью до 2-3 мкм/сут.), а в дальнейшем спустя 5-15 сут. начинает минерализоваться (средняя продолжительность процесса около 20 нед.). Впоследствии активные остеобласты утрачивают способность к секреции и минерализации костного матрикса, уплощаются и превращаются в неактивные остеобласты (клетки, выстилающие кость).
В чем сущность перестройки костной ткани
Костная ткань человека в процессе жизнедеятельности видоизменяется, приспосабливается к новым условиям трудовой деятельности. Эта физиологическая перестройка происходит постоянно у артистов балета, под влиянием возрастающих физических нагрузок наступает анатомо-функциональная гипертрофия костной ткани в местах наибольшей нагрузки с увеличением компактного вещества кости, что носит приспособительный характер. Эта перестройка имеет название физиологической функциональной перестройки, как приспособительной реакции костной ткани на специфическую трудовую деятельность артиста балета. Подобную перестройку у артистов балета можно видеть в костях стопы (плюсневых), большеберцовых и малоберцовых костях. Клинически физиологическая функциональная перестройка костной ткани ничем себя не проявляет, только рентгенологически определяется уплотнение и расширение компактного вещества кости.
Такую группу танцовщиков необходимо брать на учет, так как при неблагоприятных условиях физиологическая перестройка может перейти в патологическую. Это часто наблюдается при увеличении нагрузок у молодых артистов балета, только что пришедших в театр и еще не адаптировавшихся к новым нагрузкам, когда репетитор переоценивает физические возможности неокрепшего организма молодого танцовщика. Причинами патологической перестройки могут быть отсутствие регулярности, последовательности и постепенности в репетиционном процессе, проведение танцев на жестком полу, отсутствие тщательного врачебно-педагогического контроля за здоровьем артистов балета.
Читайте также: Сколько ярдов в 1 метре ткани
Под влиянием хронической микротравматизации и наличии физиологической перестройки может возникнуть патологическая перестройка, характеризующаяся появлением микротрещин и микропереломов костных балок. Причем количество микропереломов костных балок зависит от интенсивности физической нагрузки и ее продолжительности. Заживление этих переломов протекает неравномерно, наряду с зонами резорбции (рассасывание) наблюдаются зоны повышенного склероза (уплотнение) .
Патологическая функциональная перестройка костной ткани возможна в различных костях, подвергаемых перенапряжению и перегрузкам — плюсневых, большеберцовой, дугах позвонков, ладьевидной кости стопы и реже в шейке бедренной кости. Перестройка костной ткани проходит три стадии своего развития: I стадия — пери-остоз; II стадия — появление зон лакунарного или линейного рассасывания кости (зоны просветления Лоозера); III стадия — заживление зон перестройки, или патологический перелом зоны перестройки.
При увеличении нагрузок и их нерациональности, отсутствии должного врачебно-педагогического контроля за занимающимися артистами балета происходит дальнейшее утолщение компактного вещества кости, в процесс вовлекается надкостница, которая под влиянием хронической микротравматизации утолщается, становится неровной, с бахромчатыми краями, развивается периостоз — I стадия патологической перестройки костной ткани.
Периостоз характеризуется болями в соответствующей кости, появляющимися после физической нагрузки и исчезающими после отдыха. Местно определяются неровности на кости, болезненные при пальпации. Рентгенологически выявляется утолщение компактного вещества и неровности надкостницы.
При отсутствии своевременного квалифицированного лечения и продолжения танцев с болями эта стадия может перейти во II стадию, когда происходят изменения уже и костной ткани в виде появления зон линейного рассасывания кости (в трубчатых костях) или зон лакупарпого (ячеистого) рассасывания кости (в губчатых костях).
Клинически эта стадия проявляется постоянными болями в костях, подвергаемых большой нагрузке, боли не исчезают после отдыха. Местно определяются гиперемия кожных покровов, отечность тканей, при пальпации отмечается резкая болезненность кости, которая становится бугристой, неровной, местами с муфтообразными утолщениями. Рентгенологически выявляются различной интенсивности поперечные полосы просветления в виде единичных, а у некоторых артистов балета их бывает 3—5, иногда зоны лакунарного рассасывания.
III стадия — заживление зон перестройки — очень длительная, участки перестройки костной ткани полностью закрываются только через 1,5—2 года. При столь длительном течении патологического процесса у артистов балета наступают явления детренированности, они лишаются возможности повышать свое исполнительское мастерство. Это вызывает необходимость предупреждения развития зон перестройки костной ткани и поисков путей быстрого лечения данной патологии.
Биохимические исследования показали, что у большинства больных с патологической перестройкой костной ткани нарушен фосфорно-кальциевый обмен, что проявляется изменением содержания кальция и фосфора в сыворотке крови и усиленным выделением этих солей с мочой. Нарушение выделения оксипролипа и аминазота с мочой свидетельствует о нарушении метаболизма органических компонентов костной ткани.
При отсутствии квалифицированного лечения или несвоевременном обращении артиста балета, страдающего патологической перестройкой костной ткани, за медицинской помощью может произойти патологический перелом зоны перестройки. Этот перелом не травматический, а патологический, поскольку резко нарушена структура кости.
Перестройка кости и факторы, влияющие на ее структуру
Скелетные ткани
Регенерация и возрастные изменения в костной ткани
Регенерация костной ткани
Физиологическая регенерация костных тканей происходит медленно за счет остеогенных клеток надкостницы, эндоста и остеогенных клеток в каналах остеонов. Посттравматическая регенерация костной ткани протекает лучше в тех случаях, когда концы сломанной кости не смещены относительно друг друга, и сохранена надкостница. Процессу остеогенеза предшествует формирование соединительнотканной мозоли, в толще которой могут образовываться хрящевые островки. Оссификация в этом случае идет по типу вторичного (непрямого) остеогенеза. В условиях оптимальной репозиции и фиксации концов сломанной кости регенерация происходит без образования мозоли. Но прежде чем начнут строить кость остеобласты, остеокласты образуют небольшую щель между репонированными концами кости. На этой биологической закономерности основано применение травматологами аппаратов постепенного растягивания сращиваемых костей в течение всего периода регенерации.
Читайте также: Определить в составе ткани лен
Перестройка кости и факторы, влияющие на ее структуру
В костной ткани в течение всей жизни человека происходят взаимосвязанные процессы разрушения и созидания, обусловленные функциональными нагрузками и другими факторами внешней и внутренней среды. Перестройка остеонов всегда связана с разрушением первичных остеонов и одновременным образованием новых остеонов. Под влиянием остеокластов, активизированных различными факторами, костные пластинки остеона разрушаются и на его месте образуется полость. Этот процесс называется резорбцией (от лат. resorptia — рассасывание) костной ткани. В образовавшейся полости вокруг оставшегося сосуда появляются остеобласты и начинается построение новых пластинок, концентрически наслаивающихся друг на друга. Так возникают вторичные генерации остеонов. Между остеонами располагаются остатки разрушенных остеонов прежних генераций – вставочные пластинки.
Среди факторов, влияющих на перестройку костной ткани, существенную роль играет ее так называемый пьезоэлектрический эффект. Оказалось, что в костной пластинке при изгибах появляется определенная разность потенциалов между вогнутой и выпуклой стороной. Вогнутая сторона заряжается отрицательно, а выпуклая — положительно. На отрицательно заряженной поверхности всегда отмечаются активация остеобластов и процесс аппозиционного новообразования костной ткани, а на положительно заряженной, напротив, наблюдается ее резорбция с помощью остеокластов. Искусственное создание разности потенциалов приводит к такому же результату. Нулевой потенциал, отсутствие физической нагрузки на костную ткань (например при продолжительной иммобилизации, пребывании в состоянии невесомости) обусловливают повышение функции остеокластов и деминерализацию костей.
На структуру костной ткани и костей оказывают влияние витамины (С, A, D), гормоны щитовидной, околощитовидной и других эндокринных желез.
В частности, при недостаточном количестве витамина С в организме подавляется созревание коллагеновых волокон, ослабляется деятельность остеобластов, уменьшается их фосфатазная активность, что приводит к остановке роста кости. При дефиците витамина D не происходит полной кальцификации органической матрицы кости, что обусловливает размягчение костей. Витамин А поддерживает рост костей, но избыток этого витамина способствует усилению разрушения остеокластами метаэпифизарных хрящей.
При избытке гормона околощитовидной железы — паратирина — наблюдаются повышение активности остеокластов и резорбция кости. Тирокальцитонин, вырабатываемый щитовидной железой, действует противоположно. При гипофункции щитовидной железы замедляется рост длинных трубчатых костей в результате подавления активности остеобластов и торможения процесса оссификации. Регенерация кости в этом случае происходит слабо и неполноценно.
Определенную позитивную роль в росте костей имеет соматотропный гормон гипофиза (гормон роста), который стимулирует пропорциональное развитие скелета в молодом возрасте и непропорциональное у взрослых (акромегалия).
Возрастные изменения
Соединительные ткани с возрастом претерпевают изменения в строении, количестве и химическом составе. С возрастом увеличиваются общая масса соединительнотканных образований. Во многих разновидностях соединительнотканных структур изменяется соотношение типов коллагена, гликозаминогликанов; в частности, в них становится больше сульфатированных соединений.
Некоторые термины из практической медицины:
· остеопороз (возрастной, гормональный, ..) — дистрофия костной ткани с перестройкой ее структуры, характеризующаяся уменьшением числа костных перекладин в единице объема кости, истонченном, искривлением и полным рассасыванием части этих элементов;
· остеофит, экзофит — патологический костный нарост на поверхности кости;
· остеохондроз — дистрофический процесс в костной и хрящевой ткани;