Кістка

Вступ(edit|edit source)

Кістка виконує низку опорних, рухових і регуляторних функцій.⁽¹⁾ Кістка – це метаболічно активна сполучна тканина, яка постійно перебудовується і відновлюється. Вона здатна відновлюватись до нормального функціонування після травми.⁽²⁾⁽³⁾ Щоб підтримувати свої різноманітні функції, кістки повинні бути жорсткими та твердими, а також гнучкими та еластичними.⁽⁴⁾

Наступне додаткове відео надає загальний огляд анатомії скелетної системи:

⁽⁵⁾

Функції кістки(edit | edit source)

Кістка – це високоадаптивна тканина, яка виконує низку функцій, серед яких:⁽⁶⁾⁽⁷⁾

• захист життєво важливих органів
• опора і структура: кістка діє як “фізичний каркас”⁽²⁾
• рух і локомоція: забезпечує місця прикріплення м’язів, сухожиль і зв’язок
• звукопровідність
• кровотворення (утворення клітин крові)
• накопичення та вивільнення мінералів (наприклад, кальцію, фосфору)
• накопичення жиру в жовтому кістковому мозку
• кислотно-лужний баланс (рН): кістки можуть виділяти лужні солі для підтримання оптимального рівня рН
• зберігає та періодично вивільняє фактори росту (наприклад, інсуліноподібний фактор росту)
• детоксикація: остеоцити можуть секвеструвати шкідливі речовини, такі як токсичні молекули та важкі метали

Будова кістки(edit | edit source)

Два типи кісткової тканини допомагають підтримувати ці функції:

• Компактна (кортикальна) кістка (сompact, cortical):⁽⁶⁾
  • становить 80% від загальної кількості кісток людини
  • міцніша і щільніша за губчасту кістку
  • витримує згинання, скручування та стискання
  • утворює зовнішню оболонку навколо губчастої кістки і міститься у тілі довгих кісток (наприклад, стегнової, великогомілкової)
• Губчаста (трабекулярна або пориста) кістка (сancellous, trabecular або spongy):⁽⁶⁾
  • становить близько 20% всіх кісток людини
  • має більше співвідношення поверхні до об’єму, ніж кортикальна кістка
  • може швидше реагувати на зміну навантаження, тому є більш динамічною, ніж кортикальна кістка
  • зазвичай у місцях, що зазнають стискаючих навантажень (наприклад, хребці, таз і метафізи/епіфізи довгих кісток)

Усі кістки мають губчасту внутрішню частину і кортикальну зовнішню, але пропорція і розподіл змінюються залежно від розташування і функції кістки.^(4)(8)(9)

Типи кісток(edit | edit source)

У людському тілі існує п’ять типів кісток:⁽⁶⁾

• довгі кістки: довші, ніж ширші. Вони мають товстий кортикальний шар, особливо в діафізарній ділянці.⁽⁹⁾ Більшість кісток кінцівок – це довгі кістки (наприклад, стегнова, плечова). Ці кістки розвиваються шляхом ендохондрального окостеніння.⁽⁷⁾ Вони підтримують вагу і дають змогу рухатися.
• короткі кістки: мають приблизно однакову довжину, ширину і товщину. Короткі кістки також розвиваються шляхом ендохондрального окостеніння. Вони мають тонкий шар кортикальної кістки навколо губчастої кістки (наприклад, кістки зап’ястя).⁽⁷⁾
• плоскі кістки: тонкі, плоскі і часто вигнуті. Вони розвиваються шляхом внутрішньомембранного окостеніння.⁽⁷⁾ Вони складаються з двох зовнішніх шарів кортикальної кістки та внутрішнього шару губчастої кістки (наприклад, більшість кісток черепа, грудини та ребер). Плоскі кістки часто виконують захисну роль.
• сесамоподібні кістки: розташовані в сухожиллях (наприклад, наколінок). Вони захищають сухожилля від зносу та навантажень.
• неправильні кістки: кістки, які не підпадають під перші чотири категорії. Вони мають тонкий шар кортикальної кістки, який оточує губчасту внутрішню частину (наприклад, кістки хребта і таза).

Загальна анатомія довгих кісток(edit | edit source)

Довга кістка складається з двох частин:⁽⁷⁾

• діафіз (diaphysis): трубчасте тіло довгої кістки. Він має порожнисту ділянку, яка називається кістково-мозковою порожниною, що заповнена жовтим кістковим мозком. «Стінки» діафіза – це щільна кортикальна кістка.⁽¹⁰⁾
• метафіз: зона між діафізом та епіфізом. У дітей ця зона містить епіфізарну пластинку. Епіфізарна пластина забезпечує лінійний ріст кістки; ростові пластини зазвичай зростаються в кінці статевого дозрівання.
• епіфіз: розташований на кінці довгих кісток. Це місце зчленування і основне джерело червоного кісткового мозку в довгих кістках. Епіфіз і метафіз з’єднуються після того, як зростається епіфізарна пластина росту.

Склад кістки(edit | edit source)

Кістка складається зі спеціалізованих кісткових клітин та позаклітинного матриксу (extracellular matrix, ECM). Остеони виступають функціональною одиницею кісткової тканини. У кістках також знаходиться кістковий мозок.

Позаклітинний матрикс(edit | edit source)

Позаклітинний матрикс (Extracellular Matrix, ECM) має як неорганічні, так і органічні компоненти. Забезпечує цілісність та еластичність кісток.⁽¹¹⁾ Позаклітинний матрикс становить близько 90% об’єму кістки.⁽³⁾

• органічний кістковий матрикс (близько 40% ECM)⁽¹¹⁾): забезпечує стійкість до сил розтягнення. Це переважно колаген I типу, але також містить неколагенові білки, глікопротеїни, фактори росту та протеоглікани⁽³⁾
• неорганічний кістковий матрикс (близько 60% ECM)⁽¹¹⁾):⁽³⁾ забезпечує міцність, жорсткість і стійкість до сил стиснення. У ньому є запаси:
  • 40-60% від потреби організму в магнію та натрію
  • 99% кальцію організму
  • 85% фосфору організму
    • кальцій і фосфат зберігаються в кістці у вигляді кристалів гідроксиапатиту, який мінералізує матрицю, надаючи кістці твердість/жорсткість

Склад позаклітинного матриксу змінюється залежно від біологічної статі, віку та стану здоров’я людини.⁽¹¹⁾

Клітини кістки(edit | edit source)

Клітини кістки складають близько 10% від загального об’єму кістки і вони підтримують позаклітинний матрикс:⁽³⁾

• остеопрогеніторні клітини (osteoprogenitor cells): стовбурові клітини, які відіграють важливу роль у відновленні та рості кісток.⁽¹²⁾ Вони є попередниками спеціалізованих клітин кістки⁽¹²⁾ і беруть участь у формуванні компартментів кісткового ремоделювання (bone remodelling compartments, BRC)⁽³⁾
• остеобласти: синтезують і виділяють остеоїди (див. нижче) та регулюють мінералізацію кісткової тканини. Вони також беруть участь у продукуванні гормонів (наприклад, простагландинів)
• остеоцити: складають 90-95% всіх клітин кістки.⁽⁴⁾ Вони утворюються з остеобластів. Вони беруть участь у механосенсоризації (тобто визначенні механічного навантаження) та підтриманні й оновленні кісткового матриксу
• остеокласти: великі багатоядерні клітини, що резорбують кісткову тканину (тобто клітини, які руйнують кістки). Два цитокіни, необхідні для утворення остеокластів, – це RANK-ліганд (RANKL) і макрофагальний колонієстимулюючий фактор (colony-stimulating factor, CSF)

Остеони(edit|edit source)

Остеони (також відомі як гаверсові системи, Haversian systems) є функціональною одиницею кортикальних кісток. Існує два типи остеонів:

• первинні остеони: розташовані поруч з первинною кісткою⁽¹³⁾
• вторинні остеони:⁽¹³⁾
  • формуються з первинних остеонів
  • зазвичай циліндричної форми з концентричними шарами (ламелями) кісткової тканини, які оточують центральний канал (канал Гаверса)
  • центральний канал містить кровоносні судини та нерви⁽⁶⁾

Остеони допомагають у передачі навантаження, кістковому обміні та ремоделюванні кісток.⁽¹³⁾ Ця система також включає канали каналікулі (canaliculi) та канали Фолькмана (Volkmann), які «забезпечують зв’язок між сусідніми остеоцитами та остеонами відповідно».⁽⁶⁾

Наступне відео ілюструє будову остеонів:

⁽¹⁴⁾

Кістковий мозок(edit | edit source)

Кістковий мозок розташований у губчастій частині кісток. Кровотворення, або продукування / обіг червоних і білих кров’яних тілець, тромбоцитів, відбувається в кістковому мозку.^(6)(15)

Якщо ви хочете дізнатися більше про кровотворення, перегляньте наступне 4-хвилинне відео:

⁽¹⁶⁾

Окістя та Середкістя (ендост)(edit | edit source)

Усі кістки, крім сесамоподібних, мають зовнішню оболонку, яка називається окістя. Окістя покриває всю кістку, за винятком ділянок, де прикріплюються зв’язки та сухожилля, а також суглобового хряща. Він з’єднаний з кісткою за допомогою волокон Шарпея (Sharpey’s fibres). Окістя змінюється з віком. У дітей воно більш еластичне. З віком іннервація та васкуляризація окістя посилюються, і воно стає твердішим.⁽¹⁷⁾ Воно має два шари:^(18)(17)

• зовнішній волокнистий шар: міцний і наповнений колагеном
• внутрішній клітинний шар: містить клітини-остеопрогенітори та остеобласти. Остеобласти можуть бути відсутніми у дорослих, але утворюються за необхідності (наприклад, для загоєння переломів)

Окістя живиться чотирма судинними системами, і воно має важливе значення для формування та резорбції кісткової тканини. Воно може реагувати “на пошкодження кортикальної кістки, такі як пухлини, інфекції, травми, ліки та артритні захворювання”.⁽¹⁷⁾

Ендостом – це мембрана, яка вистилає стінку порожнини кісткового мозку. Вона також вистилає центральний канал остеонів і внутрішні порожнини кістки.⁽¹⁸⁾

Ремоделювання кістки(edit | edit source)

Під час кісткового ремоделювання стара або ушкоджена кістка видаляється і замінюється новою кісткою.^{(19) (20)} Формування нової кісткової тканини та резорбція старої кістки повинні бути ретельно збалансовані, щоб гарантувати, що кісткова маса залишається незмінною. Цей процес відбувається за участю всіх чотирьох типів кісткових клітин і складається з чотирьох фаз, що накладаються одна на одну:⁽³⁾

1. Ремоделювання кісткової тканини ініціюється або активується в певній ділянці з залученням попередників остеокластів до компартментів кісткового ремоделювання (bone remodelling compartments, BRC)⁽³⁾
2. Остеокласти розсмоктують стару кістку, в той час як остеопрогенітори рекрутуються в BRC
3. Диференціація остеобластів: остеобласти продукують остеоїд для заміщення резорбованої кістки
4. Відбувається остеоїдна мінералізація, яка завершує цикл ремоделювання кістки⁽³⁾

Якщо ви хочете дізнатися більше про ремоделювання кісткової тканини, перегляньте наступне відео:

⁽²¹⁾

Клінічне значення(edit | edit source)

На кісткову тканину може впливати низка станів, зокрема:⁽⁶⁾

• остеопороз: низька мінеральна щільність кісткової тканини, спричинена зміненою мікроструктурою кісток
• остеомаляція: розм’якшення кісток (у дітей називається рахіт)
• перелом
• остеомієліт: гостра або хронічна інфекція кісток
• achondroplasia: the most common cause of disproportionate short stature.⁽²²⁾ Люди з ахондроплазією мають короткі кінцівки через уповільнений розвиток ендохондральної кістки
• Хвороба кісток Педжета: виникає у разі дисбалансу між діями остеобластів та остеокластів. Хвороба Педжета уражає не все тіло, а одну або кілька сусідніх кісток
• остеосаркома: пов’язана зі «злоякісною проліферацією остеобластів».⁽⁶⁾ Найчастіше уражається дистальний відділ стегнової кістки та проксимальний відділ великогомілкової кістки. Люди можуть відчувати біль у кістках, набряк або мати патологічний перелом
• гемангіома хребців: найпоширеніша доброякісна пухлина хребта. Часто зустрічається у жінок у віці від 40 до 50 років⁽⁸⁾
• аваскулярний некроз: відмирання тканин, спричинене нестачею кровопостачання
• порушення епіфізарної пластинки

Посилання(edit|edit source)