II. Остеология и артрология

11. Скелетная система. Части скелета. Биомеханические функции скелета.

Скелетная система человека — функциональная совокупность костей скелета, их соединений (суставов и синартрозов), и соматической мускулатуры со вспомогательными приспособлениями, осуществляющих посредством нервной регуляции локомоции, поддержание позы, мимики и других двигательных действиях, наряду с другими системами органов образует человеческое тело.

Двигательный аппарат человека — это самодвижущийся механизм, состоящий из 400 мышц, 206 костей, нескольких сотен сухожилий. Опорно-двигательная система человека — функциональная совокупность костей скелета, их соединений (суставов и синартрозов), и соматической мускулатуры и других двигательных действиях, наряду с другими системами органов образует человеческое тело.

Биомеханические функции скелета.

• опорная — фиксация мышц и внутренних органов;

• защитная — защита жизненно важных органов (головной мозг и спинной мозг, сердце и др.);

• двигательная — обеспечение простых движений, двигательных действий (осанка, локомоции, манипуляции) и двигательной деятельности;

• рессорная — смягчение толчков и сотрясений;

• участие в обеспечении жизненно важных процессов, такие как минеральный обмен, кровообращение, кроветворение и другие.

Скелет человека устроен по общему для всех позвоночных животных принципу. Кости скелета подразделяются на две группы: 

Осевой скелет

• Череп — костная основа головы, является вместилищем головного мозга, а также органов зрения, слуха и обоняния. Череп имеет два отдела: мозговой и лицевой.

• Грудная клетка — имеет форму усечённого сжатого конуса, является костной основой груди и вместилищем для внутренних органов. Состоит из 12 грудных позвонков, 12 пар рёбер и грудины.

• Позвоночник, или позвоночный столб — является главной осью тела, опорой всего скелета; внутри позвоночного канала проходит спинной мозг.

Добавочный скелет

• Пояс верхних конечностей — обеспечивает присоединение верхних конечностей к осевому скелету. Состоит из парных лопаток и ключиц.

• Верхние конечности — максимально приспособлены для выполнения трудовой деятельности. Конечность состоит из трёх отделов: плеча, предплечья и кисти.

• Пояс нижних конечностей — обеспечивает присоединение нижних конечностей к осевому скелету, а также является вместилищем и опорой для органов пищеварительной, мочевыделительной и половой систем.

• Нижние конечности — приспособлены для опоры и перемещения тела в пространстве во всех направлениях, кроме вертикально вверх (не считая прыжка).

12. Кость как орган. Классификация и строение костей, их кровоснабжение, иннервация. Пороки развития костной системы.

Кость, как орган живого организма, состоит из нескольких тканей, важнейшей из которых является костная. Кость выполняет опорно-механическую функцию и является составной частью эндоскелета живого организма. В состав костей входят как органические, так и неорганические вещества; количество первых тем больше, чем моложе организм; в связи с этим кости молодых животных отличаются гибкостью и мягкостью, а кости старых — твёрдостью и хрупкостью. У взрослого человека количество минеральных составных частей (главным образом, гидроксиапатит) составляет около 60—70 % веса кости, а органическое вещество (главным образом коллаген) — 30—40 %. У пожилых людей в костях увеличивается доля минеральных веществ, из-за этого их кости становятся более хрупкими.

По микроскопическому строению костное вещество представляет особый вид соединительной ткани (в широком смысле слова), костную ткань, характерные признаки которой: твёрдое, пропитанное минеральными солями волокнистое межклеточное вещество и звездчатые, снабжённые многочисленными отростками, клетки.

Основу кости составляют коллагеновые волокна со спаивающим их веществом, которые пропитаны минеральными солями и слагаются в пластинки, состоящие из слоев продольных и поперечных волокон; кроме того, в костном веществе находятся ещё упругие волокна. Пластинки эти в плотном костном веществе частью располагаются концентрическими слоями вокруг проходящих в костном веществе длинных разветвляющихся каналов, частью лежат между этими системами, частью обхватывают целые группы их или тянутся вдоль поверхности кости. Гаверсов канал в сочетании с окружающими его концентрическими костными пластинками считается структурной единицей компактного вещества кости — остеоном. Параллельно поверхности этих пластинок в них расположены слои маленьких звездообразных пустот, продолжающихся в многочисленные тонкие канальцы — это так называемые «костные тельца», в которых находятся костные клетки, дающие отростки в канальцы. Канальцы костных телец соединяются между собой и с полостью Гаверсовых каналов, внутренними полостями и надкостницей, и таким образом вся костная ткань оказывается пронизанной непрерывной системой наполненных клетками и их отростками полостей и канальцев, по которым и проникают необходимые для жизни кости питательные вещества. По Гаверсовым каналам проходят тонкие кровеносные сосуды (обычно артерия и вена); стенка Гаверсова канала и наружная поверхность кровеносных сосудов одеты тонким слоем эндотелия, а промежутки между ними служат лимфатическими путями кости. Губчатое костное вещество не имеет Гаверсовых каналов.

Классификация клеток кости:

1. Остеобласты — молодые остеобразующие клетки костей(Диаметр 15-20 мкм), которые синтезируют межклеточное вещество — матрикс. По мере накопления межклеточного вещества остеобласты замуровываются в нём и становятся остеоцитами. Родоначальником являются адвентициальные клетки.

2. Остеоциты — клетки костной ткани позвоночных животных и человека, значительно или полностью утратившие способность синтезировать органический компонент матрикса.

3. Клетки гематогенного происхождения, образующиеся из моноцитов. Может содержать от 2 до 50 ядер. Организация остеокласта адаптирована к разрушению 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 костномозговая полость, cavitas medullaris, с желтым костным мозгом. На каждом конце длинной кости находиться эпифиз, epiphysis, заполненный губчатым веществом с красным костным мозгом. Между диафизом и эпифизом располагается метафиз, metaphysis. В период роста кости здесь находиться хрящ, который позже замещается костью. Длинные трубчатые кости составляют в основном скелет конечностей.  

• 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 костномозговой полости эти кости не имеют. Красный костный мозг располагается в мелких губчатых ячейках, разделенных 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. 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 вещество. Первое отличается однородностью, твёрдостью и составляет наружный слой кости; оно особенно развито в средней части трубчатых костях 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.

Кровоснабжение имеет решающее значение в формировании кости. Дифференцировка мезенхимных клеток в остеобласты протекает только при наличии капиллярного кровотока; лишенная капилляров мезенхима превращается в клетки, продуцирующие хрящевую ткань. В силу того что кость (в частности, остеоновая) часто откладывается вокруг кровеносных сосудов, они определяют формирование трехмерной тканевой структуры многих костей скелета.

Пороки и аномалии развития костей: 1. Остеомаляция – нарушение обызвествления новообразованной костной ткани, обусловленное недостаточностью кальция или витамина Д. 2. Остеопороз – нарушение образования костного матрикса в процессе формирования скелета (недостаточная компенсация резорбции кости). Также встречается в пожилом и старческом возрасте, что обусловлено чрезмерной резорбцией костной ткани 3. Эктопический остеогенез – оссификация мягких тканей в необычных местах (в стенке артерий, в почке и т.д.)

13. Стадии развития скелета. Центры окостенения первичные, вторичные и добавочные, сроки их появления. Синостозы. Понятие о костном возрасте. Эндогенные и экзогенные факторы, влияющие на развитие и рост костей.

Развитие и рост костей. В процессе индивидуального развития, как и в филогенезе, скелет проходит три стадии: соединительнотканную (мезенхимную), хрящевую и костную. Кости, возникающие в мезенхиме, называются первичными или покровными (кости крыши черепа). Большинство костей развивается через хрящевую стадию, они называются вторичными или замещающими.

На втором месяце внутриутробной жизни скелет человека представляет собой хрящевое образование. Хрящевой скелет зародыша человека по своим грубым формам похож на ископаемые скелеты древних амфибий. В нем представлены еще не все кости, например, в основании черепа не сформирован свод, нет многих костей лицевого отдела – здесь позже разовьются покровные кости. Существенно, что эмбриональный хрящ не превращается в кость, а замещается ею.

Различают окостенение:

• Перихондралъное окостенение, при котором костная ткань появляется сначала на поверхности хряща, под покрывающей его надхрящницей

• Энхондральное окостенение происходит внутри хрящевых зачатков. Кости, состоящие преимущественно из губчатого вещества (позвонки, грудина и др.), развиваются энхондрально, а состоящие из губчатого и компактного вещества – эн - и перихондрально.

В дальнейшем на поверхности кости, под надкостницей, наращиваются все новые и новые слои костной ткани, что обеспечивает рост кости в толщину. Одновременно внутри кости путем разрушения (резорбции) ее губчатого вещества формируется костномозговая полость. Рост диафизов длинных костей в длину происходит за счет эпифизарной пластинки роста, прослойки хряща между эпифизом и диафизом, которая сохраняется в течение всего периода детства и юности. Эпифизы длинных костей долго остаются хрящевыми, и энхондральные очаги окостенения последовательно появляются в них лишь в течение первого десятилетия.

Наступление физической зрелости человека выражается завершением роста скелета и сращением (синостозом) отдельных очагов окостенения в каждой кости. Развитие скелета у мужчин заканчивается к 20–24 годам, у женщин – на 2–3 года раньше В связи с этим у женщин рост в высоту прекращается в 18–21 год За весь период роста масса костного скелета увеличивается почти в 24 раза.

С прекращением роста и достижением полной физической зрелости скелет человека не перестает изменяться. Так, к старости в костной системе нарушается соотношение между темпами созидания и разрушения костной ткани, кости становятся тоньше, суставные концы их деформируются, костномозговые пространства и воздухоносные пазухи увеличиваются Половые различия сказываются и в темпах старения скелета, первые признаки которого у женщин наступают раньше (начиная с 45–50 лет).

На формирование костей влияют экологические факторы. Уровень минерализации скелета в значительной степени связан с рационом питания. Так доказано, что у детей, находящихся на диете, бедной белками, жирами и минеральными веществами, имеется более низкий уровень минерализации скелета, чем у их сверстников с нормальным питанием. Минеральная недостаточность и, как следствие этого, остеопороз, или разрежение костной ткани, особенно он выражен в районах, где для питья употребляется опресненная вода. Тяжелые заболевания, недостаток витаминов и минеральных веществ, нарушение функции желез внутренней секреции также задерживают рост и развитие скелета. В условиях высокогорья развивается увеличение костномозговой полости, и уменьшение площади компактного вещества кости. Эта особенность обусловлена увеличением гемопоэтической активности костного мозга в условиях высокогорной гипоксии.

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). 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. 

Синостоз - сращение двух костей или частей одной кости между собой.

Различают:

• анатомический синостоз - нормальное сращение частей кости (например, эпифизов с метафизами) в процессе её роста;

• посттравматический синостоз - сращение отломков кости после перелома, обусловленное формированием общей костной мозоли;

• врождённый синостоз, например, тел позвонков при болезни Клиппеля - Фейля, фаланг пальцев при костной синдактилии.

• искусственный синостоз создаётся с помощью хирургической операции, например, синостоз, мало- и большеберцовой костей при лечении ложного сустава большеберцовой кости.

Костный возраст характеризует биологическую зрелость организма. Основными показателями возрастной дифференцировки костей скелета являются ядра окостенения и образование синостозов. На основе костного возраста можно относительно точно (вероятность ошибки ±1,5—2 см) предсказать окончательный рост юношей и девушек. Наиболее показательны эти процессы в костях кистей из-за достаточно большого числа ядер окостенения и эпифизарных зон. Костный возраст легко устанавливается при рентгенологическом исследовании. Для определения костного возраста ребенка полученные рентгенограммы сравнивают с нормативами костного созревания по специальным рентгенологическим таблицам.