Bone

Вступ(edit|edit source)

Скелет людини

Кісткова тканина виконує як опорну, так і локомоторну функції(1) Кістки не тільки забезпечують фізичний каркас тіла, але й уможливлюють рух, забезпечуючи місця прикріплення м’язів, сухожиль і зв’язок.(2) Крім того, кістки забезпечують моторну здатність, захищають життєво важливі органи, полегшують дихання, відіграють певну роль у гомеостазі та виробляють різноманітні клітини кісткового мозку, необхідні для виживання.(3) Кісткова тканина унікальна тим, що здатна до регенерації, тобто до повноцінного відновлення функціонального стану, який вона мала до отримання ушкодження.(2)

Кістка – це метаболічно активна сполучна тканина, яка забезпечує структурну підтримку, полегшує рух і захищає життєво важливі органи. Кістка складається з позаклітинного матриксу та клітин (остеоцитів).(4) За належних умов кісткова тканина проходить процес мінералізації та зміцнюється за рахунок накопичення кальцію. Кістка тверда, і багато її функцій залежать від цієї властивої їй твердості.(5)

Скелет дорослої людини складається з 206 кісток. Під час народження налічується приблизно 270 кісток, причому остаточна кількість кісток у дорослої людини зменшується, оскільки частина цих кісток зростається під час фаз росту і дозрівання скелету. Протягом життя кістки постійно перебудовуються, причому більша частина скелета дорослої людини замінюється приблизно кожні 10 років.(6)

Всі кістки в основному поділяються на дві категорії: губчасті кістки та кортикальні кістки. З цих двох типів кісток кортикальні кістки складають більшу частину скелета (до 80%), тоді як решта – губчасті кістки..(7)

Подивіться це 10-хвилинне відео про скелетну систему і про те, чому астронавти Scott Kelly та Michael Cornienko перебувають у космосі, вивчаючи її. У ньому також розповідається про анатомію скелетної системи, зокрема про плоскі, короткі та неправильні кістки, а також про їхнє індивідуальне співвідношення компактної та губчастої тканин

(8)

Будова кістки( edit | edit source )

Анатомія довгих кісток

Кістка складається з двох типів тканин:

  1. Компактна (кортикальна) кістка (сompact, cortical): становить 80% від загальної кількості кісток в організмі і є набагато міцнішою за губчасту/трабекулярну кістку. Вона дуже стійка до вигину, скручування та стиснення. Компактна кісткова тканина набагато щільніша і відіграє мінімальну роль в обміні речовин. Вона міститься переважно у стовбурі довгих кісток, таких як стегнова та великогомілкова кістки, а також у зовнішній оболонці трабекулярної кістки
  2. Губчаста (трабекулярна або пориста) кістка (сancellous, trabecular або spongy): становить лише 20% від загальної кількості кісток, але має вдесятеро більше співвідношення поверхні до об’єму, ніж кортикальна кістка. Вона у вісім разів швидше реагує на зміну навантаження, що робить її набагато динамічнішою. Губчаста кісткова тканина виникає в ділянках, які більше піддаються стисненню, таких як тіло хребця, таз і метафіз.(9)

Окістя, яскраво-зелене

Кістки також містять:

Типи кісток( edit | edit source )

Типи кісток

У людському тілі існує п’ять типів кісток:

  1. Довгі кістки: Здебільшого складаються з компактної кісткової тканини і мають мало кісткового мозку. Більшість кісток кінцівок – довгі. Ці кістки, як правило, утримують вагу і допомагають рухатися (наприклад, стегнова, великогомілкова, малогомілкова, плечова кістки).
  2. Короткі кістки: Мають лише тонкий шар компактної кісткової тканини (наприклад, кістки зап’ястка та гомілковостопного суглоба).
  3. Плоскі кістки: Зазвичай тонкі та вигнуті кістки. Вони складаються з двох зовнішніх шарів компактної кісткової тканини і внутрішнього шару губчастої кістки. Плоскі кістки включають більшість кісток черепа, а також грудину або грудну кістку. Вони, як правило, виконують захисну роль (наприклад, грудина, ребра).
  4. Сесамоподібні кістки: Вони включені в сухожилля (наприклад, надколінок). Вони захищають сухожилля від зносу та навантажень.
  5. Неправильні кістки: Як випливає з назви, це кістки, які не вписуються в перші чотири категорії і мають незвичайну форму. До них відносяться кістки хребта і тазу. Вони часто захищають органи або тканини.

Загальна анатомія( edit | edit source )

Physeal-anatomy-illustration.jpeg

Довга кістка складається з двох частин – діафіза та епіфіза (epiphysis). Кістки, які піддаються ендохондральному окостенінню, також мають ростову пластину (physis).

  1. Діафіз – це трубчастий стрижень, який проходить між проксимальним і дистальним кінцями кістки. Порожниста ділянка в діафізі називається кістковомозковою порожниною, яка заповнена жовтим кістковим мозком. Стінки діафіза складаються з щільної і твердої компактної кісткової тканини.(11)
  2. Ростові пластини знаходяться в кістках, які зазнають ендохондрального окостеніння (процес, під час якого ембріональна хрящова модель більшості кісток сприяє поздовжньому росту і поступово заміщується кістковою).(12)
  3. Епіфіз – частина або відросток кістки, що окостеніває окремо і згодом з’єднується з основною частиною кістки. Епіфіз сприяє утворенню суглоба, на відміну від апофіза, який є місцем прикріплення сухожилля або зв’язок. Після того, як ростова пластина зростається, епіфіз і метафіз з’єднуються.

Склад кістки( edit | edit source )

Склад кістки

Кістка складається з клітин і позаклітинного матриксу (extracellular matrix, ECM), який містить як органічні, так і неорганічні речовини. Остеобласти синтезують кістковий позаклітинний матрикс.

Позаклітинний матрикс складається з:

  1. колагену I типу, поєднаного з матрицею кристалів фосфату кальцію (що становить до 70 % від сухої ваги)
  2. Протеогліканів та глікопротеїнів, які є менш поширеними, але життєво важливими для організації колагенових волокон, мінералізації та резорбції кістки. Хондроїтин сульфат становить 67-97 % кісткових глікозаміногліканів.(13)

Клітини кістки( edit | edit source )

Клітини кістки

Клітини кісткової тканини складають близько 10% від загального об’єму кістки. Кістки не є статичною тканиною, вони потребують постійної підтримки та ремоделювання. У цьому процесі беруть участь три основні типи клітин.

  1. Остеобласти: Стовбурові клітини кісткового мозку можуть диференціюватися в остеобласти. Остеобласти відповідають за утворення нової кістки та відновлення старої. Остеобласти продукують білкову суміш під назвою остеоїд, яка мінералізується і стає кістковою тканиною. Інша функція – вироблення гормонів, у тому числі простагландинів.
  2. Остеоцити: Неактивні остеобласти, які опинилися в пастці в кістці, яку вони створили. Вони підтримують зв’язки з іншими остеоцитами та остеобластами. Вони важливі для сполучень у кістковій тканині.
  3. Остеокласти: Великі клітини з більш ніж одним ядром, які руйнують кістку. Вони виділяють ферменти і кислоти, які розчиняють мінерали в кістці і перетравлюють їх у процесі, який називається резорбцією. Остеокласти допомагають ремоделювати пошкоджені кістки і створюють шляхи для проходження нервів і кровоносних судин.(10)

Позаклітинний матрикс( edit | edit source )

Кiстки – це, по суті, живі клітини, вбудовані в органічний матрикс на основі мінеральних речовин. Цей позаклітинний матрикс складається з:

  • органічних компонентів, переважно колагену 1-го типу
  • неорганічних компонентів, зокрема гідроксиапатиту (hydroxyapatite) та інших солей, таких як кальцій і фосфат

Колаген надає кістці міцності на розрив, тобто стійкості до розриву. Гідроксиапатит надає кісткам міцності на стискання або стійкості до стискання.(10)

Кістковий мозок і кровотворення( edit | edit source )

Кістковий мозок міститься майже у всіх кістках, де є губчаста кістка. Кістковий мозок відповідає за кровотворення, тобто вироблення еритроцитів, лейкоцитів і тромбоцитів.(9) Він виробляє близько 2 мільйонів еритроцитів щосекунди, а також виробляє тромбоцити і лейкоцити. Дефектні та старі еритроцити також знищуються в кістковому мозку..(10)(9)

Це 4-хвилинне відео пояснює процес кровотворення: Утворення клітин крові

(14)

Функціональна одиниця компактної кістки( edit | edit source )

Остеон: структурна одиниця кістки, що складається з гаверсового каналу та відповідних пластинок компактної кістки.

Остеон являє собою єдину функціональну одиницю кісткової тканини. Він побудований концентричними ламелями колагенових волокон навколо центрального каналу, “що складається з артеріального, венозного та неврологічного забезпечення остеоцитів”,(9) який відомий як гаверсів канал (Haversian canal). Ця система також складається з канальців та каналу Фолькмана (Volkmann canal). Вони забезпечують зв’язок між сусідніми остеоцитами та остеонами відповідно. Остеони мають довжину кілька міліметрів і діаметр близько 0,2 міліметра (0,008 дюйма); вони, як правило, йдуть паралельно довгій осі кістки.(9)

Механічні функції( edit | edit source )

Череп забезпечує захист мозку

  1. Захист. Кістки життєво необхідні для захисту важливих і крихких органів в організмі. Наприклад, кістки захищають серце і мозок.
  2. Структура. Без кісток наше тіло не мало б каркасу і, по суті, було б нерухомим шматком плоті та тканин.
  3. Рух. Кістки в парі з суглобами, зв’язками, сухожиллями та м’язами дозволяють тілу рухатися.
  4. Передача звуку. Кістки також важливі для проведення коливань, які дозволяють нам чути.(15)(9)

Метаболічні функції( edit | edit source )

Метаболічні функції кісток дуже різноманітні:

  1. Кістковий матрикс може депонувати кілька мінералів, головним чином кальцій і фосфор, а також залізо у формі феритину.
  2. Хондроїтин сульфат, вуглеводний компонент, також часто зустрічається в матриксах.
  3. Специфічні фактори росту, включаючи інсуліноподібний фактор росту або IGF-1, містяться в кістці, а потім періодично вивільняються.
  4. Також регулюється баланс рН, оскільки кістки можуть змінювати склад лужних солей у сироватці крові для підтримання оптимального рівня рН.
  5. Остеоцити можуть поглинати токсичні молекули і важкі метали з сироватки крові як засіб детоксикації.
  6. Накопичення жиру.(9)

Ремоделювання(edit|edit source)

Це фізіологічний процес, під час якого стара або пошкоджена кістка знищується остеокластами, а потім заміщується новою кісткою, утвореною остеобластами.(16) (17) Існує тісний зв’язок між формуванням і резорбцією кісткової тканини, що гарантує відсутність чистих змін у масі та якості кісткової тканини після кожного ремоделювання. Це вимагає скоординованої дії чотирьох типів кісткових клітин. Процес передбачає чотири основні фази , відмінні, але такі, що перетинаються:

  1. Ініціація/активація ремоделювання кісткової тканини в певній ділянці. Попередники остеокластів рекрутуються у ділянки кісткового ремоделювання (bone remodelling compartments, BRC).
  2. Кісткова резорбція і одночасний рекрутинг остеопрогеніторів. Кісткова резорбція є домінуючою подією, але рекрутинг мезенхімальних стовбурових клітин (mesenchymal stem cells, MSCs) та/або остеопрогеніторів у ділянки кісткового ремоделювання також ініціюється.
  3. Диференціація та функція остеобластів (синтез остеоїдів). Видалена кістка заміщується остеоїдом, виробленим остеобластами.
  4. Мінералізація остеоїду та завершення ремоделювання кістки. Остеоїд мінералізується, і цикл ремоделювання кістки завершується(4)

Подивіться це 8-хвилинне відео про ремоделювання кісткової тканини.

(18)

Клінічне значення( редагувати | редагувати джерело )

Кісткова тканина сприйнятлива до безлічі патологій, які можуть мати ембріональну, метаболічну, аутоімунну, неопластичну або ідіопатичну етіологію. Вони охоплюють, але не обмежуються станами, описаними нижче.

  • Ахондроплазія – генетичне захворювання, яке часто асоціюється з карликовістю. Люди, які страждають на це захворювання, можуть мати короткі кінцівки через уповільнений розвиток ендохондральної кістки.
  • Хвороба кісток Педжета характеризується дисбалансом між діяльністю остеобластів та остеокластів. Захворювання невідомої етіології уражає лише локальні ділянки скелетної тканини, зазвичай охоплюючи одну або кілька сусідніх кісток, а не всю кісткову систему.
  • Якщо не лікувати хворобу Педжета, вона може стати чинником ризику розвитку остеосаркоми – злоякісної проліферації остеобластів.
  • Новоутворення скелета починається в метафізі довгих кісток. Пацієнти можуть скаржитися на біль у кістках з набряком або може статися патологічний перелом (тобто перелом кістки, спричинений слабкістю кістки через хворобу, а не травму). Це набагато частіше трапляється у підлітків, ніж у людей похилого віку.(9)
  • Переломи кісток
  • Остеопороз. Це поширене порушення ремоделювання кісткової тканини, яке характеризується низькою кістковою масою і структурним погіршенням кісткової тканини. Це спричиняє крихкість кісток та підвищену вразливість до переломів.(4)
  • Остеоартрит
  • Остеомаляція
  • Рахіт
  • Порушення епіфізарної пластинки.

Посилання(edit|edit source)

  1. Proia P, Amato A, Drid P, Korovljev D, Vasto S, Baldassano S. The impact of diet and physical activity on bone health in children and adolescents. Frontiers in Endocrinology. 2021;12.
  2. 2.0 2.1 Salhotra A, Shah HN, Levi B, Longaker MT. Mechanisms of bone development and repair. Nature reviews Molecular cell biology. 2020 Nov;21(11):696-711.
  3. Cowan PT, Kahai P. Anatomy, Bones.(Updated 2021 Jul 26). StatPearls (Internet). Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. 2022.
  4. 4.0 4.1 4.2 El Sayed SA, Nezwek TA, Varacallo M. Physiology, Bone. InStatPearls (Internet) 2019 Jul 29. StatPearls Publishing. Available from:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK441968/ (last accessed 10.2.2020)
  5. Opentextbc.ca. (2018). 6.3 Bone Structure – Anatomy and Physiology. (online) Available at: https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/6-3-bone-structure/
  6. Office of the Surgeon General (US. The Basics of Bone in Health and Disease. InBone Health and Osteoporosis: A Report of the Surgeon General 2004. Office of the Surgeon General (US). Available from:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK45504/ (last accessed 10.2.2020)
  7. Singh S, Bray TJ, Hall-Craggs MA. Quantifying bone structure, micro-architecture, and pathophysiology with MRI. Clinical radiology. 2018 Mar 1;73(3):221-30.
  8. Crash Course. The Skeletal System: Crash Course Anatomy & Physiology #19. Available from: http://www.youtube.com/watch?v=dMH0bHeiRNg (last accessed 7.8.2022)
  9. 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 Baig MA, Bacha D. Histology, Bone. InStatPearls (Internet) 2019 May 5. StatPearls Publishing. Available from:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK541132/ (last accessed 10.2.2020)
  10. 10.0 10.1 10.2 10.3 Medical News Today Bones Available:https://www.medicalnewstoday.com/articles/320444#The-structure-of-bones (accessed 7.8.2022)
  11. Hall JE. Guyton and Hall textbook of medical physiology e-Book. Elsevier Health Sciences; 2015 May 31.
  12. Radiopedia Physes Available:https://radiopaedia.org/articles/physis?lang=us (accessed 8.8.2022)
  13. Mmegias ECM Available: https://mmegias.webs.uvigo.es/02-english/5-celulas/2-tipos_mat_met.php (accessed 28.6.2022)
  14. Alila Medical Media. Hematopoiesis – Formation of Blood Cells, Animation. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=0deCbmh7PHs (last accessed 7.8.2022)
  15. Med net health Functions of bones Available: http://www.med-health.net/Functions-Of-Bones.html (accessed 7.8.2022)
  16. Epsley S, Tadros S, Farid A, Kargilis D, Mehta S, Rajapakse CS. The effect of inflammation on bone. Frontiers in physiology. 2021:1695.
  17. Ofer L, Dean MN, Zaslansky P, Kult S, Shwartz Y, Zaretsky J, Griess-Fishheimer S, Monsonego-Ornan E, Zelzer E, Shahar R. A novel nonosteocytic regulatory mechanism of bone modeling. PLoS biology. 2019 Feb 1;17(2):e3000140.

  18. Physiology for Hippies
    . How are bones remodeled?. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=sNfY8z3CqDg (last accessed 8.8.2022)


Професійний розвиток вашою мовою

Приєднуйтесь до нашої міжнародної спільноти та беріть участь в онлайн курсах для фахівців з реабілітації.

Переглянути доступні курси