Опорно-двигательный аппарат

Одним из главных свойств всех животных и человека является передвижение. Эта функция выполняется опорно-двигательным аппаратом (аппарат движения), представленным двумя частями: пассивной (кости и их соединения) и активной частью (мышцами).

Учение о костях – остеология (osteologia)

Скелет, skeleton, (от греч. skeletos – высушенный, высохший) состоит из более 200 костей (рис. 1), выполняющих механические (опорная, защитная и локомоторная) и биологические функции (участие в минеральном обмене веществ и кроветворении).

Рис. 1. Скелет человека (вид спереди): 1 – cranium; 2 – columna vertebralis; 3 – clavicula; 4 – costa IV; 5 – sternum; 6 – humerus; 7 – ulna; 8 – radius; 9 – carpus; 10 – metacarpus; 11 – ossa digitorum; 12 – os ischii; 13 – metatarsus; 14 – tarsus; 15 – tibia; 16 – fibula; 17 – patella; 18 – femur; 19 – os pubis; 20 – os illium

Скелет условно подразделяют на осевой (позвоночный столб и череп) и добавочный (кости верхних и нижних конечностей).

Кости представлены костной тканью, которая относится к соединительной и состоит из клеток и плотного межклеточного вещества, богатого коллагеном и минеральными компонентами, определяющими физико-химические свойства костной ткани (твердость и упругость). Костная ткань содержит около 33% органических веществ (коллаген, гликопротеиды и др.) и 67% неорганических веществ (соли, цитраты, кристаллы гидрооксиапатита, более 30 микроэлементов).

Выделяют два типа клеток костной ткани: остеобласты – молодые костные клетки, которые постепенно дифференцируются в остеоциты, нарабатывая вокруг себя костный матрикс, пропитанный солями кальция и остеоциты – зрелые многоотростчатые клетки, расположенные в костных лакунах, замурованные в костном матриксе. Отростки их контактируют между собой. Остеоциты не делятся. Кроме того, в костной ткани располагаются и остеокласты – крупные многоядерные клетки, разрушающие кость и хрящ.

Строение кости. Кость как орган

Различают два типа костной ткани – ретикулофиброзную (грубоволокнистую) и пластинчатую. Первая характерна для покровных костей черепа. В ней одновременно с образованием остеоцитов образуется межклеточное вещество и коллагеновые волокна, а между ними основное вещество уплотняется и формирует костные балки (перекладины). Вторая, пластинчатая ткань образуется из первой при врастании в кость сосудов и представлена костными пластинками толщиной от 4 до 15мкм, которые состоят из остеоцитов и межклеточного тонковолокнистого костного вещества.

В зависимости от расположения костных пластинок различают компактное (плотное) вещество, substantia compacta и губчатое (substantia spongiosa) костное вещество (трабекулярная кость). В компактном веществе костные пластинки расположены в определенном порядке, образуя сложные образования – остеоны – структурные единицы кости. Остеон состоит из 5-20 цилиндрических пластинок, вставленных одна в другую. В центре остеона – центральный канал (Гаверсов). Между остеонами располагаются вставочные, промежуточные (интерстициальные) пластинки, кнаружи от них находятся наружные окружающие (генеральные) пластинки, кнутри – внутренние окружающие (генеральные) пластинки (рис. 2).

Рис. 2. Схема строения кости (остеон): 1 – Гаверсов канал; 2 – остеоцит; 3 – пластинка остеона

Губчатое костное вещество состоит из весьма тонких костных пластинок и перекладин, перекрещивающихся между собой и образующих ячейки, заполненные костным мозгом. Перекладины губчатого вещества расположены в определенном порядке. Их направление соответствует действию на кость сил сжатия и растяжения. Трубчатое и арочное строение кости обуславливает наибольшую прочность при меньшей массе и минимальной затрате костного материала (П. A. Лесгафт), что объясняет взаимообусловленность и взаимосвязь формы и выполняемой костью функции. Этот факт положен в основу международной классификации костей (табл.1; рис.3).

Таблица 1

Международная классификация костей

Вид кости	Характеристика (части кости)
Длинная (трубчатая) кость, os longum, рис.3 (1)	Тело (диафиз), метафиз, эпифиз, апофизы (отростки, выступы-бугры)
Короткая (губчатая) кость, os breve, рис.3 (3)	-
Плоская кость, os planum, рис.3 (2,4)	Края, углы
Ненормальная (смешанная) кость, os irregulare	Отдельные части имеют разный вид остеогенеза
Воздухоносная кость, os pneumaticum, рис.3 (5)	Воздухоносная полость

Наиболее приемлемой считается классификация костей по М. Г. Привесу с учетом формы (строения), функции и развития (табл. 2; рис. 3).

Таблица 2

Классификация костей по М. Г. Привесу

I. Трубчатые, рис.3 (1)	1.Длинные 2.Короткие
II.Губчатые, рис.3 (3)	1.Длинные 2.Короткие 3.Сесамовидные
III.Плоские, рис.3 (2,4,5)	1.Кости черепа 2.Кости поясов
IV.Смешанные

Рис. 3. Форма костей:

1 – трубчатая; 2,4,5 – плоская; 3 – губчатая

В трубчатой кости различают среднюю часть кости в виде трубки с костномозговой полостью (компактное вещество), называемое телом (диафизом) кости, которое в проксимальном и дистальном направлениях переходит в губчатое вещество называемое проксимальным и дистальным метафизами.

Концевые отделы кости, имеющие суставные поверхности, называются эпифизами (проксимальным и дистальным). Истинный эпифиз построен из губчатого вещества и имеет энхондральный очаг (ядро) окостенения. Ложный эпифиз его не имеет. Между метафизом и эпифизом до половозрелого возраста располагается зона роста кости в длину – эпифизарный (метаэпифизарный) хрящ, соответствующий эпифизарной линии на рентгенограммах и срезах кости. Расположенные на метафизах выступы в виде отростков, бугров называются апофизами, и, в отличие от эпифизов, суставной поверхности не имеют.

Губчатые кости состоят из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. К ним относятся также кости, развивающиеся в толще сухожилий – сесамовидные (например, гороховидная, надколенник).

Плоские кости состоят из двух пластинок компактного вещества, между которыми находится слой губчатого вещества. Плоские кости черепа развиваются на основе соединительной ткани (покровные кости). Губчатое вещество между внутренней и наружной компактными пластинками называется двойным, diploe. Плоские кости поясов развиваются на основе хрящевой ткани.

Смешанные кости – это кости, части которых сливаются при развитии из частей, имеющих разные функции, строение и развитие.

Во внутриутробном периоде у новорожденных во всех полостях костей располагается красный костный мозг, выполняющий кроветворную и защитную функции. У взрослого красный костный мозг содержится только в ячейках губчатого вещества губчатых, плоских костей и метафизах, эпифизах и апофизах трубчатых костей.

Кость, os, как орган снаружи, кроме сочленовых поверхностей, покрыта надкостницей (periosteum), представляющей собой тонкую и прочную соединительнотканную пластинку, богатую кровеносными и лимфатическими сосудами, нервами. Она прочно сращена с костью при помощи прободающих волокон, проникающих вглубь кости. Наружный слой надкостницы – волокнистый, внутренний – остеогенный (костеобразующий), прилежащий к кости, за счет которого происходит развитие, рост в толщину и регенерация костей после повреждения.

Таким образом, в понятие кости как органа входит костная ткань, образующая главную массу кости, а также костный мозг, надкостница, суставной хрящ, многочисленные сосуды и нервы.

Краткий очерк развития скелета

Костная ткань появляется на 6-8-й неделе внутриутробной жизни человека. При развитии покровных костей в том участке соединительной ткани, где возникнет будущая кость, появляется одна или несколько точек окостенения (эндесмальное окостенение), образованных балками молодых костных клеток-остеобластов, которые интенсивно размножаются, в результате чего костные балки разрастаются в разные стороны. В петлях костной сети расположены кровеносные сосуды.

В своем развитии кости конечностей проходят стадии: перепончатую или соединительнотканную, хрящевую, костную. Во внутреннем слое, покрывающем хрящ надхрящницы, примерно на середине диафиза, появляются остеобласты, образующие цилиндрическую костную манжетку (перихондральное окостенение). Постепенно надхрящница превращается в надкостницу, образующую новые остеобласты. Таким образом, образуется костная пластинка на поверхности хряща. Костные клетки располагаются преимущественно вокруг кровеносных сосудов. Рост кости в толщину за счет надкостницы называется периостальным способом образования костной ткани (периостальное окостенение). Вместе с тем, происходит и эндохондральное окостенение. При этом костная ткань образуется внутри хряща. Из надкостницы в хрящ врастают кровеносные сосуды и соединительная ткань, хрящ начинает разрушаться. Часть клеток соединительной ткани превращается в остеобласты, которые разрастаются в виде тяжей, формирующих в глубине хряща губчатое костное вещество. Диафизы окостеневают еще во внутриутробном периоде (первичные точки окостенения). В течение его последнего месяца и после рождения в хрящевых эпифизах появляются 1-3 вторичные точки окостенения, которые увеличиваются в размерах, хрящ изнутри разрушается, а на его месте, как это было описано выше, эндохондрально образуется костная ткань. Позже происходит и периостальное окостенение эпифизов, а хрящ сохраняется в виде тонкой пластинки лишь в области будущей суставной поверхности кости – суставной хрящ, и хрящевой прослойки между эпифизом и метафизом диафиза – эпифизарный хрящ, за счет которого трубчатая кость растет в длину до 16-24 лет, когда эпифизарный хрящ полностью заменяется костной тканью: эпифиз срастается с метафизом диафиза. Губчатые кости окостеневают аналогично эпифизам. В них, наряду с основными (первичными, вторичными), возникают добавочные точки окостенения, которые постепенно сливаются с основными. В толще диафиза трубчатых костей эндохондрально образовавшаяся костная ткань рассасывается, в результате чего возникает костномозговая полость. В нее прорастают клетки эмбриональной соединительной ткани, из них развивается красный костный мозг.

В течение индивидуальной жизни человека костная система претерпевает значительные возрастные изменения. Так, у новорожденного имеется большое количество хрящевой ткани. В течение первого года жизни кости растут медленно, от 1 до 7 лет рост ускоряется. После 11 лет вновь начинается активный рост, формируются отростки, костномозговые полости приобретают окончательную форму. По мере старения наблюдается разрежение кости и уменьшение числа костных пластинок, обызвествление хрящей, деформация суставных головок.