1 курс / Гистология / кость

(а) активацию клеток, выстилающих кость (покоящихся остеобластов),

которые изменяют свою форму, становясь из плоских звездчатыми, сметаются и обнажают небольшой участок костной поверхности - место последующего прикрепления остеокластов;

(б) подготовку поверхности кости для деятельности остеокластов,

которая осуществляется активированными клетками, выстилающими кость, выделяющими ряд ферментов, разрушающих органическую пленку (эндостальную мембрану), покрывающую кость и препятствующую прикреплению остеокластов;

(в) активацию предшественников остеокластов, которые под влиянием хемотаксических факторов, выделяемых неактивными остеобластами, и поверхностью кости после удаления эндостальной мембраны, мигрируют к участку перестройки, прикрепляются к нему и, сливаясь друг с другом, начинают дифференцироваться в зрелые остеокласты.

Рис. 12-18. Циклический процесс перестройки кости. В состоянии покоя (ПОК) поверхность кости покрыта неактивными остеобластами (клетками, выстилающими кость - КВК). Фаза активации (АКТ): активация и смещение КВК на небольшом участке костной ткани с обнажением ее поверхности (стрелки). Предшественники остеокластов (ПОКЛ) мигрируют в участок перестройки, прикрепляются к нему и, сливаясь друг с другом, дифференцируются в зрелые остеокласты (ОКЛ). В фазе резорбции (РЕЗ) костная ткань активно разрушается зрелыми ОКЛ с формированием резорбционной лакуны (РЛ). В течение фазы реверсии (РЕВ) клетки типа макрофагов (МФ) подготавливают РЛ и способствуют привлечению остеобластов (ОБЛ). В начале фазы формирования (ФОР1) происходит локальная дифференцировка ОБЛ, которые на более поздних сроках (ФОР2) заполняют РЛ остеоидом (ОИ) и далее подвергают его минерализации.

- 388 -

2.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 (см. выше) и продолжается около 6 нед.

3.Фаза реверсии (от лат. reversio - обратный ход, возвращение) сравнительно краткий (1-2 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.

4.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

иминерализации костного матрикса, уплощаются и превращаются в неактивные остеобласты (клетки, выстилающие кость).

Индукция процессов образования костной ткани обеспечивается еще в течение фазы ее резорбции посредством механизма сопряжения, в основе которого, по-видимому, лежит действие на преостеобласты продуктов ферментного переваривания костного матрикса, в том числе ТФРР и ряда других связанных с ним факторов роста.

Перестройка трабекулярной кости происходит описанным выше путем и включает точно отрегулированную последовательность процессов разрушения костного матрикса, сменяющихся его образованием.

Перестройка компактной кости осуществляется сходным образом, однако клетки, участвующие в этом процессе, в определенных участках образуют особые специализированные группы, внутри которых

- 389 -

одни из них разрушают, а другие - в дальнейшем образуют костную ткань. Каждая из таких клеточных групп получила название единицы перестройки кости - ЕПК (в англоязычной литературе - Bone Remodelling Unit - BRU) или базовой многоклеточной единицы - БМЕ (Basic Multicellular Unit - BMU). Подсчитано, что в скелете человека одновременно активно функционируют порядка 35 млн. ЕПК (БМЕ).

Рис. 12-19. Базовая многоклеточная единица (БМЕ) компактной кости на продольном (1) и поперечных (2) разрезах. В центре БМЕ проходит кровеносный капилляр (КАП), окруженный остеогенными клеткамипредшественниками (ОКП). Передняя часть БМЕ - режущий конус (РК) - выстлана остеокластами (ОКЛ), перемещающимися в направлении, указанном стрелкой, и разрушающими кость с образованием резорбционного канала. Средняя часть БМЕ - зона реверсии (ЗР) - выстлана клетками типа макрофагов (МФ). Задняя часть БМЕ - замыкающий конус (ЗК) - выстлана остеобластами (ОБЛ), заполняющими резорбционный тоннель от его периферии (цементирующей линии - ЦЛ) концентрически расположенными костными пластинками (КП). Поперечные срезы соответствуют (слева направо): формирующейся резорбционной полости (А), зрелой резорбционной полости (Б), формирующемуся остеону (В), зрелому остеону (Г).

ЕПК (БМЕ) имеет форму цилиндра с двумя конусовидными краями, в центре которого проходит кровеносный капилляр, окруженный остеогенными клетками-предшественниками (рис. 12-19). Передняя часть ЕПК (режущий конус) выстлана остеокластами, которые разрушают компактную кость, образуя в ней резорбционный канал (тоннель).

- 390 -

Средняя часть ЕПК (реверсивная зона) представляет собой зрелую резорбционную полость, выстланную клетками типа макрофагов и сменяющими их преостеобластами. Задняя часть ЕПК (замыкающий конус) выстлана остеобластами, которые заполняют резорбционный тоннель от его периферии (цементирующая линия) концентрически расположенными костными пластинками.

РЕПАРАТИВНАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ КОСТИ

Репаративная регенерация кости после ее перелома осуществляется благодаря наличию в ней значительного количества камбиальных остеогенных клеток (в надкостнице, эндосте и каналах остеонов), которые мигрируют в участок повреждения, пролиферируют и дифференцируются в остеобласты, вырабатывающие межклеточное вещество кости. Течение репаративной регенерации кости во многом сходно с ее гистогенезом в эмбриональном периоде.

Факторы, влияющие на ход репаративной регенерации кости.

Характер клеточных процессов при регенерации, ее активность, а также сроки восстановления строения и функции кости после перелома зависят от многих общих (возраст, состояние питания) и локальных факторов. Важнейшими из последних являются степень репозиции (сопоставления) отломков и неподвижности (иммобилизации) краев костной раны. Существенную роль играют также условия кровоснабжения области перелома, оказывающие влияние на направление развития остеогенных клеток-предшественников, которые могут дифференцироваться не только в остеобласты, но и в другие клетки линии механоцитов, например, фибробласты или хондробласты.

Заживление перелома кости первичным костным сращением (без образования мозоли) наблюдается при оптимальном сопоставлении отломков путем остеосинтеза и иммобилизации (рис. 12-20). При этом гибнет незначительная часть костной ткани по обеим сторонам от перелома, которая резорбируется остеокластами и макрофагами. Кровоизлияние в область перелома невелико. Остеогенные клетки пролиферируют и в условиях хорошего кровоснабжения дифференцируются в остеобласта, которые образуют пластинчатую костную ткань.

Заживление перелома кости вторичным костным сращением (с

образованием мозоли) происходит в отсутствие оптимальной иммобилизации и сопоставления костных отломков, между которыми имеется промежуток. Последний заполняется сначала свернувшейся кровью, а спустя несколько дней

-рыхлой волокнистой соединительной (грануляционной) тканью.

-391 -

Рис. 12-20. Репаративная регенерация кости при переломе (по R.Krstic, 1985, с изменениями). 1 - заживление перелома кости первичным костным сращением (без образования мозоли) при незначительной гибели костной ткани и оптимальном сопоставлении отломков путем остеосинтеза и иммобилизации. Образование пластинчатой костной ткани, связывающей отломки. 2 - заживление перелома кости вторичным костным сращением (с образованием мозоли) в отсутствие оптимальной иммобилизации и сопоставления костных отломков, разделенных промежутком. 2а - дифференцировка хондробластов и образование хрящевой ткани (ХРТ) снаружи от краев костных отломков, которые изнутри связываются костными трабекулами (КТР), показанными в рамке слева. 26 - разрастание анастомозирующих КТР, связывающих костные отломки. ХРТ снаружи костных отломков формирует хрящевую мозоль (ХРМ), которая временно спаивает их концы (показана в рамке справа). 2в - замещение костной тканью ХРТ и формирование костной мозоли (КМ), которая со временем замещает ХРМ (начало этого процесса показано в рамке справа).

- 392 -

Остеогенные клетки в условиях слабого кровоснабжения области перелома дифференцируются не в остеобласты, а в хондробласты, (частично в фибробласты), быстро образующие хрящевую мозоль, которая снаружи спаивает концы костных отломков, окружая их в виде муфты и тем самым временно обеспечивая их необходимую фиксацию. Часть остеогенных клеток дифференцируется в остеобласты, которые образуют многочисленные анастомозирующие костные трабекулы, связывающие костные отломки изнутри. В дальнейшем разрастающиеся костные трабекулы формируют костную мозоль, прочно связывающую костные отломки и замещающую хрящевую, которая разрушается хондрокластами. Костная мозоль, имеющая строение трабекулярной кости, постепенно перестраивается с образованием компактной кости.

ЭКТОПИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ КОСТНОЙ ТКАНИ

Эктопическое развитие костной ткани (от греч. ek - вне и topos -

место), т.е. ее возникновение в необычных местах, происходит в органах, не имеющих отношения к скелету (почках, щитовидной железе, поперечнополосатых мышцах, сухожилиях, стенке крупных артерий и др.). Его источником служат клетки-предшественники, находящиеся, повидимому, в соединительной ткани, которые под влиянием индуцирующих (остеогенетических) факторов, превращаются в остеобласты, вырабатывающие межклеточное вещество костной ткани. Остеогенетические факторы, вероятно, выделяются особенно активно в участках повреждения органов и в воспалительных очагах, поскольку в них наиболее часто обнаруживают эктопическую костную ткань. Одной группой таких факторов, изученных наиболее подробно и полученных в чистом виде, служат костные морфогенетические белки (КМБ), в частности, КМБ-3 (остеогенин). Введение этого белка в рыхлую волокнистую соединительную ткань (или в какой-нибудь орган, например, скелетную мышцу) может индуцировать в ней развитие костной ткани. Мощным остеоиндуцирующим влиянием обладает деминерализованный костный матрикс. Некоторые ткани продуцируют вещества-индукторы остеогенеза. В частности, этим свойством обладает переходный эпителий мочевыводящих путей, который при трансплантации в волокнистую соединительную ткань закономерно вызывает развитие в ней костной ткани.

- 393 -

КОСТЬ КАК ОБЪЕКТ ТРАНСПЛАНТАЦИИ И ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ

При утрате значительных по размеру участков кости (вследствие ее повреждения или после удаления опухоли) возникает необходимость в возмещении возникшего дефекта. Число больных, нуждающихся в операциях по восстановлению целостности костей, очень велико: только в США, например, оно превышает 1 млн. ежегодно. Оптимальным методом лечения служит трансплантация костной ткани. Для этой цели используют аутотрансплантаты или аллотрансплантаты.

Аутотрансплантация кости ограничена в своих возможностях имеющимися резервами костной ткани в организме, к тому же пересаженный костный аутотрансплантат, лишенный нормального кровоснабжения, обычно гибнет и постепенно рассасывается, замещаясь костной тканью, которая растет из отломков. Указанная операция, однако, не бесполезна, поскольку пересаженная костная ткань механически скрепляет концы отломков, служит направляющим элементом для растущих костных трабекул и, по-видимому, индуцирует и стимулирует развитие новой костной ткани.

Аллотрансплантация кости (обычно полученной от трупа) вследствие тканевой несовместимости донора и реципиента завершается отторжением трансплантата. Несмотря на реакцию отторжения, пересаженная костная ткань все же способствует стимуляции остеогенеза в костных отломках реципиента.

Использование новых материалов для костных протезов создает возможности для восстановления целостности костей путем стимуляции и пространственной организации остеогенеза. Наряду с использованием протезов из биологически инертных материалов, в последние годы применяют недавно разработанные специальные пористые и биоактивные (например, содержащие гидроксиапатиты) материалы, структура которых способствует прорастанию костной ткани сквозь выполненный из них трансплантат. Интересным направлением может служить использование пористых биодеградируемых материалов, которые временно выполняют роль опорных и направляющих элементов, способствующих росту костной ткани, а в дальнейшем - постепенно рассасываются.

Индукция остеогенеза - новый перспективный подход к восстановлению целостности костей - может осуществляться несколь-

- 394 -

кими путями. Один из них связан с применением порошка из деминерализованной кости, который при внесении в область повреждения индуцирует и стимулирует рост костной ткани. Объем получаемой таким путем ткани, однако, не всегда оказывается достаточным для достижения клинического эффекта. Другим перспективным направлением представляется использование костных морфогенетических белков для индукции костной ткани (в сочетании с деминерализованным матриксом или без него) и факторов роста (таких, как, например, ТФРβ) для стимуляции ее роста.

СОЕДИНЕНИЯ КОСТЕЙ

Соединения костей разделяются на непрерывные - синартрозы (от греч. syn - вместе и arthron - сустав), являющиеся неподвижными или малоподвижными, и прерывные - суставы, или диартрозы (от греч. dia - через и arthron - сустав), обеспечивающие подвижность костей.

Непрерывные соединения костей (синартрозы)

Непрерывные соединения костей (синартрозы) разделяются в зависимости от характера ткани, осуществляющей связь между костями, на три типа: (1) синдесмозы, (2) синхондрозы и (3) синостозы.

1.Синдесмозы (от греч. syn - вместе и desmos - связка) - соединения костей посредством плотной волокнистой соединительной ткани. У человека к таким соединениям относят межкостные перепонки, связывающие кости предплечья, голени, швы между костями черепа в период роста (очень широкие

уплода и младенца - роднички).

2.Синхондрозы (от греч. syn - вместе и chondros - хрящ) - соединения костей посредством хрящевой ткани. Примерами таких соединений служат соединение между ребрами и грудиной с помощью гиалинового хряща или лонное сращение, основную массу которого образует волокнистая хрящевая ткань. Временными синхондрозами являются соединения костных диафиза и эпифизов пластинкой эпифизарного гиалинового хряща в ходе развития кости. Важнейший вид синхондроза представлен в организме межпозвонковыми дисками.

Межпозвонковые диски связывают тела позвонков и благодаря своему строению обеспечивают некоторую степень подвижности. Они

- 395 -

состоят из механически прочного фиброзного кольца (annulus fibrosus), которое заключает сильно сдавленное и выполняющее роль амортизатора студенистое ядро (nuclcus pulposus). Фиброзное кольцо образовано типичным волокнистым хрящом, а состав студенистого ядра претерпевает выраженные возрастные изменения. У детей оно имеет полужидкую консистенцию вследствие высокого содержания воды (около 90%) и преобладания компонентов основного аморфного вещества, однако с возрастом в нем нарастает содержание коллагеновых волокон.

Возрастные дегенеративные изменения или травматические повреждения фиброзного кольца могут приводить к деформации межпозвонковых дисков (особенно частой в поясничном отделе позвоночника) и сдавлению нервных корешков, что клинически проявляется болями, расстройствами движений и чувствительности.

3. Синостозы (от греч. syn - вместе и osteon - кость) - соединения костей посредством костной ткани - во многих случаях возникают в качестве завершающей стадии развития скелета путем замещения синхондрозов и синдесмозов. Например, кости таза в детстве представляют собой самостоятельные структуры, связанные гиалиновым хрящом, что обеспечивает им возможность роста. После периода полового созревания они вторично связываются воедино костной тканью. Аналогичным образом, волокнистая соединительная ткань между костями черепа, обеспечивающая возможность их роста в детстве, у взрослого замещается костной тканью с образованием синостоза.

Прерывные соединения костей (диартрозы, или суставы)

Прерывные соединения костей (диартрозы, или суставы) обеспечивают свободные движения костей, которые удерживаются посредством связок и окружены плотной соединительнотканной суставной сумкой, охватывающей их концы в виде муфты. Для достижения минимального трения суставные поверхности костей покрыты гладким суставным хрящом и смачиваются синовиальной жидкостью, заполняющей суставную полость (рис. 12-21).

Суставной хрящ (обычно гиалиновый) покрывает суставные поверхности в виде слоя толщиной 0.1-6 мм. Он прочно прикреплен к кости, имеет гладкую поверхность и не только обеспечивает скольжение, но и способствует амортизации толчков. Питание суставного хряща осуществляется из двух источников: из синовиальной жидкости (основной путь поступления метаболитов) и со стороны субхондральной кости, контактирующей с обызвествленным хрящом.

- 396 -

Рис. 12-21. Строение сустава. 1 - общий вид сустава: СС - суставная сумка, ФО - фиброзная оболочка, СО - синовиальная оболочка, СХ - суставной хрящ, ПС - полость сустава. 2 - суставной хрящ: I - поверхностная зона, II - промежуточная (основная) зона, III - базальная зона, КТ - костная ткань, СНХ - слой необызвествленного хряща (гипертрофированных хондроцитов), СОХ - слой обызвествленного хряща, БЛ - базофильная линия (фронт минерализации), КАП - капилляры, КХ - колонки хондроцитов, ИГХ - изогенные группы хондроцитов, ПС - переходный слой, ТС - тангенциальный слой, БП - бесклеточная пластинка. Ход коллагеновых волокон показан в правой части рисунка. 3 - синовиальная оболочка: СВ - синовиальные ворсинки, ГКЭС - глубокий коллагеново-эластический слой, ПКЭС - поверхностный коллагеновоэластический слой, ПС - покровный слой. 4 - синовиоциты А - А-клетки (макрофагальные синовиоциты), В - В-клетки (фибробластоподобные синовиоциты).

- 397 -