Костная система

Одни из важнейших функций человеческого организма — удержание тела и его частей в определенном положении и пере­движение в пространстве.

Эти статические и динамические функ­ции выполняет опорно-двигательный аппарат, у которого выделя­ют пассивную и активную части.

К пассивной части отно­сят кости, которые служат опорой для мышц и различных орга­нов (твердый, жесткий скелет), и соединения костей

Активной частью опорно-двигательного аппарата являют­ся мышцы, которые, сокращаясь, действуют на костные рычаги, приводя их в движение.

В теле человека выделяют также мягкий скелет (остов), который участвует в удержании органов возле кос­тей. К мягкому скелету относят фасции, связки, капсулы органов и другие соединительнотканные структуры.

Кости скелета образованы костной и хрящевой тканями, ко­торые относятся к соединительным тканям. Состоят кости из клеток и плотного межклеточного вещества.

Кости образуют твердый скелет, в который входят позвоноч­ный столб (позвоночник), грудина и ребра (кости туловища), череп, кости верхних и нижних конечностей. Скелет выполняет функции опоры, движения, рессорную, защитную, а также яв­ляется депо различных солей.

Функции:

1. Опорная функция скелета заключается в формировании жест­кого костно-хрящевого остова тела, к костям скелета прикрепля­ются мышцы, фасции и многие органы.

2. Функция движения осу­ществляется благодаря наличию подвижных соединений между костями, приводимых в движение мышцами.

3. Рессорная функция определяется наличием специальных анатомических образова­ний, уменьшающих и смягчающих сотрясения при движениях (арочная конструкция стопы, хрящевые прослойки между костя­ми и др.).

4. Защитная функция обусловлена участием костей в фор­мировании костных вместилищ для головного мозга и органов чувств (полость черепа), для спинного мозга (позвоночный канал).

5. Внутри костей располагается костный мозг, являющийся источником образования клеток крови и иммунной системы.

6. Кости служат депо минеральных солей. В малых количествах (до 0,001 %) кости содержат более 30 различных химических элемен­тов.

7. Живая кость содержит витамины А, В, С и др.

В составе скелета в среднем 206 костей, из них 33—34 — непарные кости, остальные пар­ные. У взрослого чело­века 23 кости образу­ют череп, 26 костей — позвоночный столб, 25 — ребра и грудину, 64 кости образуют ске­лет верхних конеч­ностей и 62 кости — скелет нижних конеч­ностей.

Позвоночный столб, череп и грудная клетка составляют осевой ске­лет.

Кости верхних и нижних конечностей называют добавочным скелетом.

Масса «живо­го» скелета составляет у новорожденных примерно 11 % от массы тела, у детей других возрастных групп — от 9 до 18 %. У взрослых людей на протяже­нии большей части жизни соотношение массы скелета и тела удерживается на уровне около 20 %. У пожилых и старых людей масса скелета несколько уменьшается.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ КОСТЕЙ

В основу классификации костей заложены следующие прин­ципы: форма (строение костей), их развитие и функция.

Разли­чают следующие группы костей: трубчатые (длинные и короткие), губчатые (короткие), плоские (широкие), смешанные (ненормальные) и воздухоносные.

Трубчатые кости образуют твердую основу конечностей. Они выполняют функции длинных костных рычагов. Эти кости имеют форму трубок. Диафиз (тело кости) обычно ци­линдрический или трехгранный. Утолщенные концы длинной трубчатой кости называются эпифизами. На эпифизах на­ходятся суставные поверхности, покрытые суставным хрящом.

 Эпифизы участвуют в образовании соединений с соседними костями. Участок кости, находящийся между диафизом и эпи­физом, называют метафизом. Этот отдел кости соответст­вует окостеневшему в процессе развития эпи­физарному хрящу, расположенному между диафизом и эпифи­зом. За счет метафизарной хрящевой зоны кость растет в длину.

Трубчатые кости  по величине могут быть разделены на длинные (плечевая, кости предплечья, бедренная,кости голени, ключица) и короткие (кости пясти, плюсны, фаланги пальцев).

Короткие, или губчатые, кости располагаются в тех частях скелета, где значительная подвижность костей сочетается с большой механической нагрузкой (кости запястья и предплюс­ны).

К коротким костям относят также сесамовидные кости, расположенные в толще некоторых сухожилий. Сесамовидные кости наподобие своеобразных блоков увеличивают угол при­крепления сухожилия к кости и соответственно силу мышечно­го сокращения.

Плоские кости на распиле представлены преимущественно однородной массой губчатого вещества. Они  формируют стенки полостей, выполняют за­щитные функции (кости крыши черепа, таза, грудина, ребра). Эти кости имеют значительные поверхности для прикрепления мышц. Они обширны по площади, но толщина их незначительна (тазовые кости, грудина, лопатки, ребра).

Смешанные кости построены сложно, их части по своему виду похожи на различные по форме кости. Так, у позвонка, на­пример, его тело относят к губчатым костям, отростки и дугу — к плоским костям.

Воздухоносные кости содержат полости, выстланные слизи­стой оболочкой и заполненные воздухом. Такие полости имеют некоторые кости черепа (лобная, клиновидная, решетчатая, ви­сочная, верхнечелюстные). Наличие полостей в костях облегча­ет массу головы. Полости служат также резонатором голоса.

На поверхности каждой кости имеются неровности. Это места начала и прикрепления мышц, фасций, связок. Возвыше­ния, отростки, бугры называются апофизами. Их форми­рованию способствует тяга мышечных сухожилий. На участках, где мышца прикрепляется своей мясистой частью, имеются обычно углубленные участки (ямки).

В местах прилегания сосудов или нервов на поверхности кости имеются борозды, вырезки. У трехгранных трубчатых костей обо­значают заостренные края и плоские поверхности между ними, у плоских костей выделяют края, углы, а также поверхности.

 

СТРОЕНИЕ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОСТЕЙ

Кости занимают строго определенное место в организме че­ловека. Как и любой орган, кость представлена разными видами тканей, основное место среди которых занимает костная ткань, являющаяся разновидностью соединительной ткани.

Кость (os) имеет сложное строение и химический состав. В живом организме в составе кости взрослого человека присут­ствует до 50 % воды, 28,15 % органических и 21,85 % неоргани­ческих веществ. Неорганические вещества представлены соеди­нениями кальция, фосфора, магния и других элементов.

Прочность кости обеспечивается физико-химическим един­ством неорганических и органических веществ и особенностя­ми ее конструкции. Преобладание органических веществ обес­печивает значительную упругость, эластичность кости.

При уве­личении доли неорганических соединений (в старческом воз­расте, при некоторых заболеваниях) кость становится ломкой, хрупкой. Соотношение неорганических веществ в составе кости у разных людей неодинаково. Даже у одного и того же человека оно изменяется на протяжении жизни, зависит от особенностей питания, профессиональной деятельности, наследственности, экологических условий и др.

Большинство костей взрослого человека состоит из пластин­чатой костной ткани. Из нее образовано компактное и губчатое вещество, распределение которых зависит от функциональных нагрузок на кость

Компактное вещество  кости образует диафизы трубчатых костей, в виде тонкой пластины покрывает снаружи их эпифизы, а также губчатые и плоские кости, по­строенные из губчатого вещества. Компактное вещество кости пронизано тонкими каналами, в которых проходят кровеносные сосуды, нервные волокна. Одни каналы располагаются преиму­щественно параллельно поверхности кости (центральные, или гаверсовы, каналы), другие открываются на поверхности кости питательными отверстиями, через которые в толщу кости проникают артерии и нервы, а выходят вены.

Стенки центральных (гаверсовых) каналов  образованы концентрическими пластинками толщиной 4— 15 мкм, как бы вставленными друг в друга. Вокруг одного кана­ла от 4 до 20 таких костных пластинок. Центральный канал вме­сте с окружающими его пластинками называют остеоном (гавер­сова система). Остеон является структурно-функцио­нальной единицей компактного вещества кости.

Строение остеона (в разрезе). 1   — пластинка остеона; 2     — остеоциты (костные клетки); 3 — центральный канал (канал остеона).

Пространства между остеонами заполнены вставочными пластинками. Наруж­ный слой компактного вещества сформирован наружными окру­жающими пластинками, являющимися продуктом костеобра­зующей функции надкостницы. Внутренний слой, ограничи­вающий костно-мозговую полость, представлен внутренними окружающими пластинками, образующимися из остеогенных клеток эндоста.

Губчатое (трабекулярное) вещество кости (substаntia spongiоsa) напоминает губку, построенную из костных пластинок (балок) с ячейками между ними. 

 

Строение трубчатой кости. 1   — губчатое (трабекуляр­ное) вещество; 2 — ком­пактное вещество; 3 — пи­тательный канал; 4 — пи­тательное отверстие.

1. 2.

 

1. Расположение костных перекладин (балок) в губчатом ве­ществе трубчатой кости (схема). (Продольный распил проксималь­ного конца бедренной кости.) 1 — линии сжатия (давления); 2 — линии растяжения.

2. Отрезок диафиза трубчатой кости. 1 — кость; 2 — надкостница; 3 — костномозговая полость.

Расположение и размеры кост­ных балок определяются нагрузками, которые испытывает кость в виде растяжения и сжатия. Линии, соответствующие ориента­ции костных балок, называют кривыми сжатия и растяжения. Расположение костных балок под углом друг к другу способствует равномерной передаче на кость давления (мышеч­ной тяги). Такая конструкция придает кости прочность при на­именьшей затрате костного вещества.

Вся кость, кроме ее суставных поверхностей, покрыта соеди­нительнотканной оболочкой — надкостницей Над­костница (periоsteum) прочно срастается с костью за счет соеди­нительнотканных прободающих (шарпеевых) волокон, прони­кающих в глубь кости. У надкостницы выделяют два слоя. На­ружный фиброзный слой образован коллагеновыми волокнами, придающими особую прочность надкостнице. В нем проходят кровеносные сосуды и нервы. Внутренний слой — ростковый, камбиальный. Он прилежит непосредственно к наружной по­верхности кости, содержит остеогенные клетки, за счет которых кость растет в толщину и регенерирует после повреждения. Таким образом, надкостница выполняет не только защитную и трофическую, но и костеобразующую функции.

Изнутри, со стороны костно-мозговых полостей, кость по­крыта эндостом.

Эндост (endоst) в виде тонкой пластинки плот­но прилежит к внутренней поверхности кости и также выполня­ет остеогенную функцию.

Кости отличаются значительной пластичностью. Они легко перестраиваются под действием тренировок, физических нагру­зок, что проявляется в увеличении или уменьшении количества остеонов, изменении толщины костных пластинок компактного и губчатого веществ. Для оптимального развития кости предпо­чтительны умеренные регулярные физические нагрузки. Сидя­чий образ жизни, малые нагрузки способствуют ослаблению и истончению кости. Кость приобретает крупноячеистое строение и даже частично рассасывается (резорбция кости, остеопороз). Профессия также оказывает влияние на особенность строения кости. Существенную роль, помимо внешнесредовых, играют также наследственно-половые факторы.

Пластичность костной ткани, ее активная перестройка обу­словлены образованием новых костных клеток, межклеточного вещества на фоне разрушения (резорбции) имеющейся костной ткани. Резорбция обеспечивается деятельностью остеокластов. На месте разрушающейся кости формируются новые костные балки, новые остеоны.

 РЕНТГЕНОАНАТОМИЯ КОСТЕЙ

Кости скелета живого человека можно изучать методом рентгеновского исследования. Наличие в костях солей кальция делает кости менее «прозрачными» для рентгеновских лучей, чем окружающие их мягкие ткани. Вследствие неодинакового строения костей, присутствия в них более или менее толстого слоя компактного коркового вещества, а кнутри от него губча­того вещества можно увидеть и различить кости и их части на рентгенограммах.

Компактное вещество образует на рентгенограмме плотную «тень» в виде светлых полос большей или меньшей толщины, а губчатое — сетеподобный рисунок, на котором ячейки имеют вид темных пятен различных размеров. У диафизов трубчатых костей, в средней их части, довольно толстое компактное веще­ство дает соответствующей толщины «тень», суживающуюся в области эпифизов, где компактное вещество становится тонь­ше. Между двумя светлыми «тенями» компактного вещества видна более темная широкая полоса, соответствующая костно­мозговой полости. Компактное вещество губчатых (коротких) и эпифизов трубчатых костей на рентгенограммах представлено узкой (тонкой) светлой полосой.

К нутри от этой полосы видна сеточка губчатого вещества, по направлению балок которого можно проследить линии сжатия и растяжения. Различного рода костные вместилища, содержащие прозрачные для рентге­новского излучения мягкие ткани (например, глазницы), или заполненные воздухом полости (околоносовые пазухи, полость носа) на рентгенограммах имеют вид крупных темных образова­ний («просветлений»), ограниченных светлыми линиями, кото­рые соответствуют их костным стенкам. Борозды на костях, об­разовавшиеся в результате прилегания кровеносных сосудов (артерий, вен) или синусов твердой оболочки головного мозга, на рентгенограммах представляются большей или меньшей ши­рины «просветлениями» — темными линиями.

В местах соединения костей друг с другом отмечается темная полоса — рентгеновская суставная щель, ограниченная более светлыми линиями компактного костного вещества, образую­щего суставные поверхности. Ширина рентгеновской суставной щели зависит от толщины прозрачного для рентгеновского из­лучения суставного хряща. На рентгенограммах можно видеть точки окостенения и по ним определить возраст, проследить за­мещение эпифизарного хряща костной тканью, сращение час­тей кости (появление синостоза).

РАЗВИТИЕ И РОСТ КОСТЕЙ

Скелет плода в своем развитии проходит соединительно­тканную (перепончатую) и хрящевую стадии. Можно выделить две различающиеся по происхождению группы костей. Одни кости формируются непосредственно на основе соединитель­ной ткани, минуя хрящевую стадию. Костями, образованными таким путем (перепончатый остеогенез), являются кости свода черепа. Другие кости проходят и перепончатую, и хрящевую стадии. На основе хрящевой модели образуются кости тулови­ща, конечностей, основания черепа. Выделяют энхондральный (внутрихрящевой), перихондральный и периостальный способы об­разования костей. Если окостенение происходит в толще хряща, оно называется энхондральным остеогенезом. В толще хряща возникают одна или несколько точек окостенения. Возле про­росших в хрящ соединительнотканных волокон и кровеносных сосудов молодые костные клетки (остеобласты) образуют кост­ные балки, которые увеличиваются в размерах, разрастаются в разных направлениях. Остеобласты превращаются в зрелые костные клетки — остеоциты, в итоге образуется кость. Если костное вещество образуется по периферии хряща (с участием надхрящницы), это перихондральный остеогенез. Образование кости за счет остеогенной функции надкостницы называют пе­риостальным остеогенезом.

В зависимости от сроков появления в хрящевых моделях костной ткани выделяют основные (первичные) и добавочные (вторичные) центры окостенения. Первичные центры окостене­ния закладываются в диафизах трубчатых костей, во многих губчатых и смешанных костях в первой половине внутриутроб­ного периода. Вторичные центры окостенения образуются в эпи­физах трубчатых костей в самом конце внутриутробной жизни и в основном после рождения (до 17—18 лет). За счет добавочных центров окостенения у костей образуются отростки, бугры и гребни.

После образования центров окостенения в диафизах, а затем и в эпифизах между ними сохраняется прослойка хряща (эпи­физарный хрящ) - метафиз. За счет этого хряща кость растет в длину. Эпифизарный хрящ замещается костной тканью к 13—20 годам. Рост кости в толщину осуществляется за счет деятельности внутреннего слоя надкостницы и эндоста.

Костномозговой канал трубчатых костей возникает внутри диафиза во время рассасывания энхондрально образовавшейся кости.

Рост и старение костей зависят от многих факторов: напри­мер, состояния самого организма (образ жизни) и влияния внешней среды.