Костное губчатое вещество: 404 – Категория не найдена

Содержание

Ответы | § 18. Строение, функции и соединения костей — Биология, 9 класс

1. Какие вещества входят в состав костной ткани? Какие свойства кости они определяют?

Костная ткань имеет сложный химический состав. Ее основную массу (около 50 %) составляет вода. Органические вещества (28 %), главным образом жиры и белок оссеин, придают упругость. А неорганические вещества (прежде всего соли кальция), на которые приходится 22 % массы кости, обеспечивают прочность.

2. Какое строение имеет компактное и губчатое вещество кости?

Компактное вещество кости образуют костные пластинки, имеющие вид вставленных друг в друга полых цилиндров. Они располагаются вокруг центральных каналов, внутри которых проходят кровеносные сосуды и нервы. Между костными пластинками в специальных полостях лежат остеоциты.

В губчатом веществе костные пластинки перекрещиваются и образуют множество ячеек. Направление пластинок совпадает с линиями основных напряжений, благодаря чему образуются сводчатые конструкции.

3. Какие элементы выделяют во внешнем и внутреннем строении трубчатой кости? Каковы их функции?

Во внешнем строении трубчатой кости выделяют тело (диафиз) и два утолщенных конца (эпифиза).

Снаружи диафиз покрыт надкостницей, которая принимает участие в питании кости, обеспечивает ее рост в толщину и восстановление после повреждения. Под надкостницей в диафизе располагается компактное вещество. Внутри диафиза находится полость, заполненная желтым костным мозгом, состоящим из жировых клеток.

Эпифизы образованы губчатым веществом, между перекладинами которого располагается красный костный мозг. Это важнейший орган кроветворения.

Между диафизом и эпифизом находится эпифизарный хрящ, за счет которого трубчатые кости растут в длину. К 18—20 годам эпифизарный хрящ заменяется костными клетками и рост кости в длину прекращается.

4. Как классифицируют кости по форме?

Различают трубчатые, губчатые, плоские и смешанные кости.

5. Какие способы соединения костей известны?

Известны три способа соединения костей: неподвижное, полуподвижное и подвижное.

6. Благодаря чему происходит рост костей в толщину и длину?

Надкостница обеспечивает рост костей в толщину.

Благодаря эпифизарному хрящу происходит рост костей в длину.

7. Что такое артрит и артроз?

Артрит — воспаление суставов в результате травм, инфекций или нарушений обмена веществ.

Артроз — болезнь суставов старшего поколения, характеризующаяся деформацией сустава и полной или частичной потерей его подвижности.

Строение, свойства костей и типы их соединений

Строение кости

Кость — составная часть скелета, опора организма, его твердый орган. Она имеет довольно сложное строение с преобладанием костной ткани. Верхний слой кости составляет так называемое

компактное вещество (или же компактная костная ткань), ниже лежит губчатое вещество (или же губчатая костная ткань). В разных типах костей степень развития этих двух веществ отличается. Снаружи кость обволакивается тонкой прочной пленкой надкостницей. Она пронизана нервными окончаниями и сосудами. Именно благодаря ей идет кровоснабжение компактного вещества, а детские кости растут вширь. Лишены надкостницы только суставные поверхности костных концевых утолщений.

Компактное вещество

Крепкое, плотное и надежное, его основная задача — обеспечить прочность кости, препятствовать ее деформации. В общей массе скелета этот подвид ткани занимает до 80 процентов. Состоит компактное вещество из множества цилиндров, называемых

остеонами, сложенных из костных пластинок, которых бывает от 5 до 20. В состав пластинок входит белок коллаген, гарантирующий плотность и эластичность кости. Диаметр каждого цилиндра-остеона очень мал, не больше 0,4 миллиметра, внутри него идет Гаверсов канал с кровеносными сосудами. По всему костному веществу разбросаны костные клетки, выделяющие костный материал пластинок (межклеточное вещество). Тела костных клеток, имеющие многочисленные отростки, находятся между соседними костными пластинками.

Губчатое вещество

Наполняющая внутреннее пространство кости губчатая ткань намного более рыхлая и легкая, чем наружная компактная ткань. Благодаря этому масса кости уменьшается. Особенно развито губчатое вещество в эпифизах — на концах трубчатых костей. Строение его имеет решетчатый, ячеистый вид. В промежутках между перегородками-трабекулами находится красный костный мозг.

Каковы особенности костной ткани?

Костная ткань — один из типов соединительной. Две трети ее составляет межклеточное вещество, в котором хранится почти весь запас кальция, фосфора, половина запаса магния и натрия! Костная ткань не жадничает, она отдает эти вещества в кровь, поддерживая гомеостаз. Новая ткань образуется у человека всю жизнь, примерно за три десятка лет она полностью обновляется. Наиболее бурный рост костной ткани идет в молодом возрасте, а с течением лет темп снижается, костная ткань обедняется, теряет запас полезных веществ и массу. Хорошее развитие скелетных мышц усиливает прочность костей.          

Как идет рост костей?

Изначально закладываются хрящи, которые в процессе развития организма замещаются костной тканью. В ширину кости, как уже сказано выше, растут благодаря надкостнице (а именно ее внутреннему остеогенному слою), а в длину — благодаря хрящевым прослойкам около головок (эпифизов) длинных костей —

пластинкам роста.

Вещества кости

Органические вещества (главное место здесь занимает белок коллаген) придают кости эластичность и упругость. Неорганические (фосфаты кальция — гидроксилапатиты, магния, и др.) делают ее твердой, но зато хрупкой и ломкой.

Проводя опыты, выдерживая кость в 10-процентном растворе соляной кислоты, мы выводим из нее неорганические вещества, — в результате кость становится мягкой и гибкой. Сжигая кость, мы уничтожает органику, остаются лишь неорганические вещества — в результате кость легко ломается.

У ребенка и молодого человека в костях высокое содержание органических веществ, с возрастом оно уменьшается — именно поэтому пожилые люди так легко ломают кости и так тяжело восстанавливаются. Кости детей эластичны, при их некритических искривлениях ситуацию еще можно исправить: например, выпрямить сколиозный позвоночник. В ЕГЭ по биологии могут быть вопросы о том, почему в детском возрасте легче вылечить сколиоз.

Типы костей

1.

      Трубчатые. Очень прочны, являются надежной основой скелета конечностей. Длинные трубчатые кости: бедренная, берцовые, плечевая, локтевая с лучевой. Короткие: кости плюсны, пясти, фаланг пальцев и др. Средняя часть кости этого типа — диафиз — построена из компактного вещества и выглядит как трубка с костно-мозговой полостью, заполненной желтым костным мозгом (хранящим запас жиров). Эпифизы (головки) — концевые части трубчатых костей, в них преобладает губчатое вещество с красным костным мозгом.

2.      Плоские. Представляют собой две параллельные пластинки компактного вещества, между которыми спрятано губчатое вещество. Кости этого типа — лопатка, грудина, ключица, ребра, тазовая кость, кости крыши черепа — служат для формирования стенок полостей, которые окружают различные органы, и поясов конечностей.

3.       Губчатые. Имеют лишь тонкий слой наружного плотного компактного вещества, внутри же — основное губчатое вещество. Кости этого типа находятся там, где большая нагрузка сочетается с высокой подвижностью: кости запястья, мелкие кости стопы, коленная чашечка (надколенник), пяточная кость.

4.      Кроме того, выделяют смешанные кости — они состоят из частей, имеющих различия в происхождении и строении. К таким костям относятся, например, позвонки, кости основания черепа.

Типы соединения костей

1.      Непрерывные соединения обеспечены соединительной тканью (хрящевой, фиброзной, костной), которая, словно мостик, связывает два костных окончания. Они бывают, в свою очередь, совершенно неподвижными и полуподвижными.

1)      Неподвижные — это, например, кости черепа с костными швами, или сросшиеся позвонки копчика.

2)      Полуподвижные — имеющие хрящевые прокладки как, например, между позвонками. Такое соединение еще называют симфиз (полусустав): например, лобковый симфиз.

2.      Прерывные соединения всегда только подвижные. Вот суставы — это подвижные сочленения: в суставную впадину входит суставная головка. Соединяемые поверхности покрыты суставным хрящом, между костями — внутрисуставные связки. К тому же поверхности костей окружены суставной сумкой (капсулой), в ней находится суставная жидкость, выполняющая роль смазки.

Первая помощь при травмах связок, костей и суставов

Растяжение связок. Место повреждения нужно охладить, приложив к нему медицинский гель, любой замороженный предмет, или погрузив в холодную воду. После этого необходимо туго перебинтовать сустав и не нагружать его.

Переломы костей. При открытом переломе край раны обработать антисептиком и наложить стерильную повязку. Для обездвиживание применяется шина, которая должна заходить за суставы выше и ниже участка кости. При повреждении ключицы нужно подвесить руку на косынку, положив валик в подмышечную впадину. При повреждении ребер — после выдоха туго забинтовать грудную клетку.

Вывихи суставов. При вывихе идет смещение концов костей. Нельзя их вправлять самостоятельно. Необходимо охладить сустав, обеспечить человеку полный покой и доставить его в медучреждение.

Заболевания опорно-двигательного аппарата

1.      Рахит — возникает при недостатке витамина «Д» и недостаточном питании, лишенном витаминов, у детей первых лет жизни, может привести к деформации костей.

2.      Искривление позвоночника возникает по причине различных заболеваний (рахит, полиомиелит, туберкулез), травм, нарушения осанки при пребывании в одной позе. При искривлении нарушается равномерное натяжение мышц, что еще более усугубляет проблему.

3.      Плоскостопие — уплощение свода стопы. Причины его: слабые связки стопы, ожирение, ношение тесной и узкой обуви на каблуке, длительные нагрузки, травмы, следствие рахита. Лечение заключается в упражнениях, массаже, ношении качественной ортопедической обуви и стелек.

Хочешь сдать экзамен на отлично? Жми сюда – курсы ЕГЭ в Москве по биологии

Кость как орган. Часть ii

1. Доклад на тему: КОСТЬ- КАК ОРГАН часть II

ФГБОУ ВО Минздрава РФ
Приволжский Исследовательский Медицинский Университет
Кафедра травматологии и ортопедии
Доклад на тему:
КОСТЬ- КАК ОРГАН
часть II
Выполнил: студент 356 группы: Сотволдиев Н. П.
Соавтор: студентка 456 группы: Ежова Е. И.

2. Что такое кость?

Кость(os)-это орган, являющийся
элементом системы органов опоры и
движения, имеющий типичную форму и
строение, характерную архитектонику
сосудов и нервов, построенный
преимущественно из костной ткани,
покрытый снаружи
надкостницей(periosteum) и
содержащий внутри костный
мозг(medulla osseum)

3.

В составе скелета человека более 200 костей, из которых 40 непарных, а остальные парные. КОСТИ СОСТАВЛЯЮТ 1/5-1/7 МАССЫ ТЕЛА. Кость
состоит из:
костной
хрящевой
соединительной тканей.
Основой в системе скелета является костная часть.
В хрящевую часть системы скелета входят
суставные хрящи и реберные хрящи.
Соединительная ткань образует надкостницу и эндост

4. Анатомия

Тело кости,
диафиз и
метафиз
Суставные
концы, эпифизы
Апофизы

5. Состав костной ткани

• Компактная костная ткань
(компактное вещество) —
один из двух типов костной ткани,
формирующих кость.
• Обеспечивает поддерживающую,
защитную функции кости, служит
хранилищем химических
элементов.
• Компактное вещество формирует
корковый слой большинства
костей. Оно значительно плотнее,
тяжелее и прочнее губчатого
вещества.
• Компактная костная ткань
составляет около 80 % общей
массы человеческого скелета.
Первичной структурнофункциональной единицей
компактного вещества является
остеон
• Губчатая костная ткань
(губчатое вещество) костная ткань ячеистого вида,
сформированная рыхло
лежащими костными
трабекулами.
• В сравнении с компактным
веществом, губчатое имеет
большую площадь поверхности,
лёгкость, меньшую плотность и
прочность
• Губчатое вещество формирует
эпифизы трубчатых костей и
практически весь объём губчатых
костей. Трабекулы губчатого
вещества располагаются
упорядоченно, по
функциональным линиям сжатия
и расширения.
• Губчатая костная ткань содержит
орган кроветворения — красный
костный мозг.

7. Костные пластинки в компактной костной ткани

Коллагеновые волокна и
фибриллы/
Коллагеновые волокна и фибриллы/
Промежуточные слои циркулярно
расположенных коллагеновых волокон/

8. ОСТЕОН

Остеон (Гаверсова
система) — это
структурная единица
компактного вещества
пластинчатой кости,
обеспечивающая её
прочность.

9. Трабекулы Губчатой кости

10. Развитие эпифиза

Центр хрящевого эпифиза
Ядро окостенения
Костный эпифиз
(построен из губчатого вещества)
От хрящевой ткани остается только тонкий слой
на поверхности эпифиза-суставной хрящ

11. Точки окостенения

12. Эмбриология

Виды остеогенеза:
1. Эндесмальное окостенение (enвнутри, desme-связка)
2. Перихондральное (peri-вокруг,
chondros-хрящ)
3. Периостальное (за счет надкостницы)
4. Эндохондриальное (endo-внутри,
chondros-хрящ)

13. Приспособленность к среде обитания

У водных позвоночныхперихондральный остеогенез в средней
части кости (в месте наибольшей
нагрузки)
Аналогично у земноводных
У наземных позвоночных-появляются
вторичные точки окостенения
У птиц-эндохондриальное окостенение
периферических отделов кости
У млекопитающих-концы костей в
сочленениях имеют даже
самостоятельные точки окостенения

14.

У человека Окостенение начинается с центральных участков
Во 2 мес. утробного развития- появляются первичные
точки окостенения- в диафизах трубчатых костей и
концах диафизов-метафизах. Путем
эндохондриального и перихондриального
остеогенеза.
Перед рождением и в первые годы жизни появляются
вторичные точки окостенения – в эпифизах трубчатых
костей.
Далее появляются добавочные островки окостененияапофизы, развиваются в результате действия на них
тяги от мышц и связок, прикрепленных к ним.
(пример: окостенение большого вертела бедренной
кости и добавочные точки на отростках поясничных
позвонков только у взрослых)

15. Точки окостенения

16. Разновидности кости

трубчатые
губчатые
плоские
смешанные

17. Классификация

По внешней форме можно выделить:
1. длинные
2. короткие
3. плоские
4. смешанные
Но правильнее различать кости на
основании 3 принципов:
форма(строение), функция и развитие.

18. Классификация

1. Трубчатые
1). Длинные трубчатые кости длинные рычаги движения
(плечо,предплечье,бедро,голень)
2). Короткие трубчатые кости короткие рычаги движения
(пястье, плюсна, фаланги)
Функции трубчатых костей:
Опора
Движение
Защита

19. Классификация

2. Губчатые
(cancellous-перекладина, распорка)
1). Длинные (ребра, грудина)
2). Короткие (позвонки, запястья,
плюсны)
+надколенники, гороховидная
кость, сесамовидные кости и
кости пальцев
Функция: вспомогательные
приспособления для работы
мышц. За счет расположения
вблизи сустава, обеспечивают
движение в нем.

22. Классификация

3. Плоские
1) Плоские кости черепа => защита
2) Плоские кости поясов(лопатки, кости
таза) => опора и защита
4. Смешанные (основание черепа)

23. Функция определяет строение!

ФУНКЦИИ КОСТИ
ОПОРНАЯ
ЗАЩИТНАЯ
ДВИГАТЕЛЬНАЯ
МЕХАНИЧЕСКА
Я
ОБМЕННАЯ
ИММУННАЯ
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ

24.

Строение: Остеокласты
Клетки
Костной
Ткани
Остеобласты
Остеоциты

25. Остеобласты

Обладают высокой активностью, являются
продуцентами межклеточного вещества.
Функция: минерализация костного матрикса.
Синтезируют: щелочную фосфотазу, коллаген,
остеопонтин, остеокальцин, костные
морфогенетические белки и др.
Первичные остеобласты в костном регенерате
Первичный остеобласт в костном
регенерате/ окруженный
коллагеновыми волокнами и
фибриллами. Они составляют
большую часть межклеточного
матрикса
Первичный остеобласт на поверхности
новообразованной пластинчатой кости пос
ремоделироания
первичного костного регенерата

28. Остеоциты

Имеют звездчатую структуру. Ядро овоидное, занимает
практически всю площадь клетки.
Их тела располагаются в лакунах, окруженных со всех
сторон минерализованным костным матриксом
Функция: сохранение целостности матрикса за счет участия
в регуляции минерализации костной ткани и обеспечения
ответа на механические стимулы.
Остеоциты в / Лакунах/ клеточные
отростки/
Лакуна/
Клеточные отростки/
Ядро/
Пластинчатая костная ткань

30. Остеокласты

Производные моноцитов крови
Содержат большое количество органелл. Особенностью
является:большое количество лизосом, фагосом,
вакуолей и везикул.Имеют щеточную каемку
Функция: разрушение костной ткани, процессы
ремодуляции костной структуры.
1
2
1
3
3
2
Остеокласты в костном
регенерате/ Ядра/ Первичная
костная балка
Остеокласты в костном регенерате /
Деминерализованный Костный матрикс/
Складки гофрированной каемки
1
1
4
3
3
2
Остеокласты в костном регенерате/
Минерализованный костный матрикс/
Деминерализованный костный матрикс/
2
Митохондрии/
Минерализованный костный матрикс/
Зона лизиса/
Цитоплазма/

33. Ткани

Ретикулофиброзная
Пластинчатая
В местах прикрепления
сухожилий, по линиям черепных
швов, в области переломов
Практически во всех костных тканях
Замещается пластинчатой
Содержит: компактное вещество и
губчатое вещество
Неупорядоченные диффузно
расположенные клетки в
межклеточном веществе
Межклеточное минерализованное
вещество формирует пластинки
В пластинках: близкорасположенные
друг другу коллагеновые волокна,
пропитанные кристаллами
гидроксиапатита. Между пластинками
в лакунах лежат остеоциты
Пластинки расположены под разными
углами, что придает кости прочность
Губчатое вещество
Компактное вещество
Пластинки расположены
редко. Между ними-ячейки,
содержащие красные костный
мозг
Представлены сплошной
костной массой. Пластинки
расположены близко друг к
другу
Из него построены
Из него полностью построен
расширенные концы трубчатый диафиз трубчатых костей
костей, тела позвонков, ребра,
грудина, тазовые кости и др.
Но поверхность всех
перечисленных костей покрыта
компактным веществом.
Покрывает эпифиз тонким
слоем

35. Губчатое вещество-амортизация!

Каждая кость имеет строение,
соответствующее тем условиям, в которых
она находится.

36. Механическое свойство кости

Прочность-способность противостоять внешней
разрушающей силе. Прочность зависит от
конструкции и состава костной ткани. Нагрузка на
кость определяет ее форму, следовательно, каждая
кость имеет специфическую форму.
Упругость-это свойство приобретать исходную
форму после прекращения воздействия факторов
внешней среды.
Прочность и упругость обеспечиваются оптимальной
комбинацией содержащихся в кости органических и
неорганических веществ.

37. Химический состав

Н2О 50%
Жир 15,75%
Неорганические вещества 22% (Соли Са в
виде кристаллического гидроксиапатита. Это
Минеральные волокна)
Органические вещества 12,25% (Белкиразновидности коллагена, содержащиеся в
остеоцитах. Это Коллагеновые волокна)
Минеральные и коллагеновые волокна
обеспечивают прочность и упругость.
У детей: минеральные
У пожилых: минеральные>коллагеновые

38. Регенеративная функция

1. Рост трубчатых костей в длину
завершается к 22-25 годам.
2. У взрослого человека сохраняются
камбиальные остеогенные клетки,
которые при необходимости служат
источником регенерации костной ткани.
Клетка родоначальник-стволовая
стромальная клетка

39.

Остеогенный путь дифференцировки Постнатальные стволовые
клетки (костный мозг)
Стволовая стромальная
клетка
Стволовая гемопоэтическая
клетка
Полипотентный периваскулоцит
(лежит по ходу сосудов периоста,
эндоста и каналов остеона)
Путь развития остеокластов
Преостеобласт
(в периосте и эндосте)
Остеобласт
Остеоцит
Перелом
Образование
костной мозоли (образование
ретикулофиброзной костной
тани)
Камбиальные
остеогенные клетки
Пролиферация эндотелиоцитов
Кровеносных капилляров
Перестройка костной мозоли
(образование пластинчатой
костной ткани)

41. Метаболизм

Процессы
Новообразования
(интенсивный
рост ткани)
За метаболитические процессы отвечают:
•Половые гормоны
•Гормоны щитовидной железы
•Паратиреоидные гормоны(ПТГ)
•Витамин D
•Простагландины и др.
Процессы
Разрушения
(разрушение ранее
образованной ткани)

42.

Метаболизм- примеры регуляции Т3
Дифференцировка остеогенных
клеток
ПТГ
Ускорение резорбции костной
ткани
ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-11,
простагландины, кальцитриол
Стимул деятельности
остеобластов
Цитокины, факторы роста
Пролиферация и
дифференцировка клеток
Кальцитонин, эстрогены, ИЛ-4,
ИЛ-13, ТФР
(трансформирующий ростовой
фактор)
Ингибирование активности
остеокластов

43. Патология костей при нарушении функции Щитовидной железы

44. ОБМЕН Са2+

Концентрация Са2+ внутри клеток зависит от его
концентрации во внеклеточной жидкости.
Кальция в плазме крови здоровых людей
2,12-2,6 ммоль/л, или 9-11 мг/дл.
Кальцитонин — гормон пептидной природы,
который секретируется щитовидной железой и
приводит к снижению концентрации кальция в
плазме, в основном обнаруживая влияния,
противоположные влияниям ПТГ, однако
количественный вклад кальцитонина в
регуляцию концентрации ионов кальция намного
меньше, чем ПТГ.
Паратгормон увеличивает вымывание кальция и
фосфатов из костей. Одно из этих действий
является результатом активации уже
существующих в кости клеток (главным образом
остеоцитов), что обеспечивает абсорбцию
кальция и фосфатов. Другое является
результатом пролиферации остеокластов и
сопровождается резким увеличением
рассасывания кости как таковой, а не только
вымыванием солей кальция и фосфатов из кости.

45. Остеопороз при использовании глюкокортикостероидов

RANKL-Активатор рецептора ядерного фактора каппа-B-лиганда.
PTH-ПТГ (Паратгормон)
OPG- Остеопротегерин

46. Заключение

Изучение модели костеобразования
может служить экспериментальной
базой для изучения регенерации. А
познание механизмов регенерации даст
возможность врачу управлять
процессом костеобразования при
травмах с повреждением костей или
при лечении дефектов.

47. Спасибо за внимание

Компактная кость, губчатая кость и остеоны — о боже!

У тебя потрясающий скелет, никаких сплетен!

Не удержался.

Бедренные ориентиры. Изображение из Атласа анатомии человека.

Дело в силе! Ваш скелет представляет собой невероятную структуру. Он придает форму вашему телу, он защищает жизненно важные органы, и он живой. Вот так! Когда вы думаете о скелете, что приходит на ум? Твердые, сухие кости, верно? За это можно поблагодарить художественную подготовку в детском саду.Дело в том, что кости могут быть твердыми снаружи, но внутри они представляют собой шведский стол из сосудов, нервов и прочего. Я могу просто взорвать ваш мозг этим постом.

Изображение из Атласа анатомии человека.


Компактная кость (кортикальная кость)

Компактная кость представляет собой плотную костную ткань, расположенную снаружи кости. По сути, в детском саду, когда вы рисовали скелеты, вы рисовали плотную кость. Компактная кость закрыта, за исключением случаев, когда она покрыта суставным хрящом и покрыта надкостницей.Надкостница представляет собой толстую фиброзную оболочку, покрывающую всю поверхность кости и служащую местом прикрепления мышц и сухожилий. Сосуды проходят из надкостницы через поры в компактную кость и проходят через каналы, находящиеся во всей ткани.


Губчатая кость (губчатая кость)

“Cancellous” звучит так негативно, не так ли? Губчатая кость находится внутри кости и состоит из тонких волокон и пластинок — слоев костной ткани, — которые соединяются, образуя ретикулярную структуру.Губчатая кость снабжается меньшим количеством и более крупными сосудами, чем компактная кость. Эти сосуды прободают наружный компактный слой и распространяются в губчатую часть кости, заполненную костным мозгом. Костный мозг — это ткань, обнаруженная в длинных костях, таких как бедренная кость, которая содержит стволовые клетки.


Остеоны (гаверсова система)

Изображение из Атласа анатомии человека.

Остеоны – интересные штучки. Остеоны являются структурными единицами компактной кости.Каждый остеон состоит из центрального канала, который содержит нервные волокна и один или два кровеносных сосуда, окруженных пластинками. Лакуны, небольшие камеры, содержащие остеоциты, расположены концентрически вокруг центрального канала.


Бедренная кость

Изображение из Атласа анатомии человека.

Костный мозг заполняет полости длинных костей и занимает пространство губчатой ​​кости. Желтый костный мозг, состоящий в основном из жира, находится в центральных полостях длинных костей.Красный мозг находится в костномозговых полостях плоских и коротких костей, суставных концах длинных костей, телах позвонков, губчатых костях черепа, грудине, ребрах, лопатках.

Бедренная кость известна как самая длинная кость в теле, а также одна из самых крепких. Ваши бедра выдерживают большой вес — фактически вся верхняя часть тела! Бедренная кость также известна своей заполненной костным мозгом костномозговой полостью, которая присутствует во всех длинных костях конечностей. Обычно костный мозг извлекается из грудины и бедренной кости, однако также используется и бедренная кость.

Биопсия костного мозга обычно проводится для определения или диагностики определенных состояний, таких как лейкемия, анемия, аномальное количество лейкоцитов и возможность распространения рака на кости.


Костный мозг и стволовые клетки

За последнее десятилетие вас засыпали заголовками о стволовых клетках, но что они на самом деле делают? Ну, стволовые клетки могут стать красными кровяными тельцами (которые обеспечивают ткани кислородом), белыми кровяными тельцами (которые борются с инфекциями) или тромбоцитами (которые помогают в свертывании крови).У них есть потенциал стать специализированными клетками, которые могут помочь в лечении некоторых заболеваний.


Остеопороз


Я выпиваю семь или восемь тысяч  стаканов молока в день. Я люблю его, и моя любовь к нему помогает защитить меня от остеопороза. Я уверен, что вы видели десятки рекламных объявлений, в которых вам советуют пить молоко или принимать витамины для поддержания здоровья костей (Салли Филд делает одно), но они никогда не объясняют, что такое остеопороз.

Остеопороз — это заболевание, чаще встречающееся с возрастом, при котором костная ткань истончается, в результате чего кости становятся ломкими и более восприимчивыми к переломам.Половые гормоны особенно важны для стимуляции роста костных клеток; после среднего возраста производство этих гормонов снижается, что означает снижение роста костных клеток. Кости становятся заметно тоньше, особенно у женщин после менопаузы, когда уровень эстрогена очень низкий.

Компактная кость становится более хрупкой, особенно в длинных костях, поэтому при диагностировании остеопороза следует обращать внимание на переломы большеберцовой и бедренной костей. Бедро и большеберцовая кость уже несут вес большей части тела; небольшие несчастные случаи, такие как простое падение, могут привести к травме.В губчатой ​​кости трабекулы — небольшие распорки, разделенные полостями, заполненными костным мозгом, — истончаются, а промежутки между ними расширяются, вызывая общее ослабление костной структуры.

Хотя вы знаете, что молоко богато кальцием и витамином D, двумя наиболее важными питательными веществами для здоровья костей, оно не единственное! Листовая зелень, такая как шпинат, капуста и бамия, богата кальцием. Жирная рыба, такая как тунец и лосось, а также сыр и яичные желтки богаты витамином D. Около 99% кальция в нашем организме находится в наших костях и зубах, и наш организм нуждается в витамине D для усвоения кальция.Так что в следующий раз, когда вы будете смотреть телевизор и Салли Филд скажет вам, что вам нужно есть продукты, богатые кальцием и витамином D, вы должны прислушаться. Вы должны слушать ее в любом случае, потому что она потрясающая.


Обязательно подпишитесь на  Visible Body  Блог, чтобы узнать больше об анатомии!

Вы профессор (или знаете кого-то, кто им является)? У нас есть потрясающие изображения и ресурсы для вашего курса анатомии и физиологии! Узнайте больше здесь.  


 

Похожие сообщения:


Дополнительные источники:

Разница между компактной и губчатой ​​костью

Основное отличие — компактная кость против губчатой ​​кости

Кости обеспечивают структурную поддержку и помогают двигаться частям тела. Компактная и губчатая кость – это два типа костей, встречающихся в костной ткани. Основное различие между компактной и губчатой ​​костью состоит в том, что компактная кость представляет собой твердые внешние слои кости, тогда как губчатая кость представляет собой более пористые внутренние слои кости . В компактных костях отсутствуют промежутки между пластинками, тогда как губчатые кости состоят из промежутков между пластинками. Компактные кости называются кортикальными костями. Губчатые кости называются , губчатые кости . Компактная кость состоит из желтого костного мозга в костномозговой полости, тогда как губчатые кости состоят из красного костного мозга в промежутках между пластинками.Желтый костный мозг хранит жир, а красный костный мозг вырабатывает эритроциты и гранулированные лейкоциты.

Ключевые сферы деятельности

1. Что такое компактная кость? Кость
      – Общие характеристики
4. В чем разница между компактной и губчатой ​​костью
      – Сравнение основных различий

Ключевые термины: губчатые кости, компактная кость, кортикальная кость, диафизы, гаверсов канал, пластинка, полость костного мозга, костная ткань, остеоны, губчатая кость, трабекулы

Что такое компактная кость

Компактная кость представляет собой твердую внешнюю оболочку кости. Ее также называют кортикальной костью . Самые крепкие и плотные кости в теле — это компактные кости.Однако компактные кости состоят из крошечных проходов как для кровеносных сосудов, так и для нервов, необходимых для поддержания и восстановления кости. Компактная кость снаружи покрыта надкостницей . Внутренняя поверхность кости покрыта эндостом , тонкой сосудистой соединительной тканью, которая выстилает полость костного мозга длинных костей. Полость костного мозга возникает у стержней длинных костей, называемых диафизами . Он состоит из желтого костного мозга, в котором накапливается жир.Строение компактной кости показано на рисунке 1 .

Рисунок 1: Компактная кость

Костная ткань компактной кости состоит из остеоцитов, окруженных твердым внеклеточным матриксом. Минерал, который находится во внеклеточном матриксе костей, представляет собой гидроксиапатит. Гидроксиапатит богат кальцием и фосфором. Волокна коллагена, вкрапленные в гидроксиапатит, придают кости некоторую гибкость. Структура компактной кости состоит из остеонов, окружающих крошечные центральные каналы.Во время развития плода остеогенные клетки выделяют костный матрикс в виде кольца, называемого пластинкой. Остеогенные клетки с пластинками называются остеоцитами. Полость, в которой находится остеоцит, называется лакуной. Крошечные каналы, которые обеспечивают остеоциты питательными веществами и кислородом, называются канальцами. Каналики также соединяют лакуны, обеспечивая межклеточную связь остеоцитов. В результате образуется несколько концентрических слоев ламелей вокруг центрального канала, образующих остеон. Центральный канал называется гаверсовым каналом.Строение остеона показано на рисунке 2 .

Рисунок 2: Osteon

Компактные кости обеспечивают структурную поддержку тела животного и защищают внутренние органы тела. Они также придают форму телу. Толщина компактных костей поддерживается слоем остеобластов и остеокластов. Компактные кости также служат хранилищем минералов, способствуя минеральному гомеостазу организма.

Что такое губчатая кость

Губчатая кость представляет собой костную ткань, расположенную в середине костей.Губчатые кости менее плотные и легкие, чем компактные кости. Их также называют губчатыми костями . Внутренняя часть длинных костей состоит из губчатых костей. Матрица кости состоит из минеральных стержней, называемых трабекулами, которые образуют трехмерную решетку. Пространства решетчатой ​​структуры заполнены красным костным мозгом и кровеносными сосудами. Пространства соединены друг с другом канальцами. Красный костный мозг производит клетки крови в процессе, называемом гемопоэзом .Строение губчатой ​​кости показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Губчатая кость

Губчатая кость образует расширенные концы длинных костей, называемые эпифизами. Они являются основными компонентами ребер, а также лопаток и плоских костей черепа. Большинство коротких плоских костей скелета также состоят из губчатых костей. Губчатые кости также проявляют относительно высокую метаболическую активность. Губчатые кости превращаются в компактные под действием остеобластов.Остеобласты откладывают новый костный матрикс вокруг трабекул. Поэтому пространство между трабекулами со временем становится ограниченным.

Сходства между компактной и губчатой ​​костью

  • Компактная кость и губчатая кость — два типа костей у животных.
  • Как компактные, так и губчатые кости состоят из костной ткани, которая представляет собой тип соединительной ткани, образующей кость.
  • В движениях тела участвуют как компактные, так и губчатые кости.
  • Как компактная кость, так и губчатая кость содержат кальций.

Разница между компактной и губчатой ​​костью

Определение

Компактная кость: Компактная кость представляет собой негубчатую часть кости, которая в основном состоит из плотно упакованных остеонов и образует твердую внешнюю часть кости.

Губчатая кость: Губчатая кость представляет собой костную ткань, которая заполняет внутреннюю полость кости и состоит из минерализованных перемычек, называемых трабекулами.

Альтернативные имена

Компактная кость: Компактные кости также называются кортикальными костями.

Губчатая кость: Губчатые кости также называют губчатыми или губчатыми костями.

Состав

Компактная кость: Компактные кости состоят из остеонов.

Губчатая кость: Губчатые кости состоят из трабекул.

Промежутки между ламелями

Компактная кость: Компактная кость не имеет промежутков между пластинками.

Губчатая кость: Губчатые кости состоят из промежутков между пластинками.

Полость костного мозга

Компактная кость: Компактная кость имеет полость для костного мозга.

Губчатая кость: Губчатая кость не имеет полости для костного мозга.

Количество кальция

Компактная кость: В компактных костях содержится большое количество   кальция.

Губчатая кость: В губчатых костях очень мало кальция.

Вклад в вес скелета

Компактная кость: Компактная кость занимает 80% веса скелета.

Губчатая кость: Губчатая кость занимает 20% веса скелета.

Форма кости

Компактная кость: Компактная кость имеет цилиндрическую форму.

Губчатая кость: Губчатые кости кубической формы.

Костный мозг

Компактная кость: Компактная кость содержит желтый костный мозг.

Губчатая кость: Губчатые кости содержат красный костный мозг.

Длинные/Короткие кости

Компактная кость: Компактные кости образуют основные части длинных костей, таких как руки и ноги.

Губчатая кость: Губчатые кости образуют основные части коротких костей, таких как запястья и лодыжки.

Структура

Компактная кость: Компактная кость твердая.

Губчатая кость: Губчатые кости более мягкие и пористые.

Местоположение

Компактная кость: Компактная кость возникает на внутренней поверхности кости.

Губчатая кость: Губчатые кости встречаются во внешних слоях кости.

Прочность

Компактная кость: Компактная кость может выдерживать вес до 5000 фунтов.

Губчатая кость: Губчатые кости не способны выдерживать большой вес.

Функция

Компактная кость: Компактная кость обеспечивает структурную поддержку тела.

Губчатая кость: Губчатые кости действуют как буфер для компактных костей.

Заключение

Компактная кость и губчатая кость — это два типа костей, встречающихся у животных. Компактные кости состоят из остеонов. Они твердые и содержат большое количество минералов.Губчатые кости состоят из трабекул. Они мягче и содержат много пробелов в кости. Компактные кости встречаются на внешней поверхности длинных костей, а губчатые кости встречаются в середине длинных костей. Основное различие между компактной и губчатой ​​костью заключается в их строении и функции.

Артикул:

1. «Кортикальная (компактная) кость». Внутреннее тело, доступно здесь. По состоянию на 9 сентября 2017 г.
2. «Губчатая кость». Encyclopædia Britannica, Encyclopdia Britannica, Inc. , 16 апр.2015 г., www.britannica.com/science/cancellous-bone. По состоянию на 9 сентября 2017 г.

Изображение предоставлено:

1. «Компактная кость 605». Автор OpenStax Anatomy and Physiology — (CC BY 4.0) через Commons Wikimedia. Анатомия человеческого тела из классической публикации 1918 года (CC BY-SA 4.0) через Commons Wikimedia
3. «606 Spongy Bone» OpenStax College — Anatomy & Physiology, веб-сайт Connexions.Доступно здесь, 19 июня 2013 г. (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia

.

Структура костей – анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определение анатомических особенностей кости
  • Дайте определение и перечислите примеры отметин на костях
  • Опишите гистологию костной ткани
  • Сравните и сопоставьте компактную и губчатую кости
  • Определите структуры, составляющие компактную и губчатую кость
  • Опишите, как происходит питание и иннервация костей

Костная ткань (костная ткань) сильно отличается от других тканей организма. Кость твердая, и многие ее функции зависят от этой характерной твердости. Последующие обсуждения в этой главе покажут, что кость также динамична в том смысле, что ее форма приспосабливается к нагрузкам. В этом разделе сначала исследуется общая анатомия кости, а затем переходят к ее гистологии.

Общая анатомия кости

Структура длинной кости обеспечивает наилучшую визуализацию всех частей кости ((Рисунок)). Длинная кость состоит из двух частей: диафиза и эпифиза.Диафиз представляет собой трубчатый стержень, который проходит между проксимальным и дистальным концами кости. Полая область в диафизе называется мозговой полостью, которая заполнена желтым костным мозгом. Стенки диафиза состоят из плотной и твердой компактной кости.

Анатомия длинной кости

Типичная длинная кость демонстрирует общие анатомические характеристики кости.

Более широкий участок на каждом конце кости называется эпифизом (множественное число = эпифизы), который заполнен губчатой ​​костью. Красный мозг заполняет пространства в губчатой ​​кости. Каждый эпифиз встречается с диафизом в метафизе, узкой области, которая содержит эпифизарную пластинку (пластину роста), слой гиалинового (прозрачного) хряща в растущей кости. Когда кость перестает расти в раннем взрослом возрасте (примерно в 18–21 год), хрящ замещается костной тканью, а эпифизарная пластинка становится эпифизарной линией.

Медуллярная полость имеет тонкую мембранную выстилку, называемую эндостом (end- = «внутри»; oste- = «кость»), где происходит рост, восстановление и ремоделирование кости.Наружная поверхность кости покрыта фиброзной оболочкой, называемой надкостницей (peri — = «вокруг» или «окружающий»). Надкостница содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды, которые питают компактную кость. Сухожилия и связки также прикрепляются к костям надкостницей. Надкостница покрывает всю наружную поверхность, за исключением мест, где эпифизы соединяются с другими костями, образуя суставы ((Рисунок)). В этой области эпифизы покрыты суставным хрящом, тонким слоем хряща, который уменьшает трение и действует как амортизатор.

Надкостница и эндост

Надкостница образует наружную поверхность кости, а эндост выстилает костномозговую полость.

Плоские кости, как и кости черепа, состоят из слоя диплоэ (губчатой ​​кости), выстланного с обеих сторон слоем компактной кости ((Рисунок)). Два слоя компактной кости и внутренняя губчатая кость работают вместе, чтобы защитить внутренние органы. Если внешний слой черепной кости сломается, мозг все еще защищен неповрежденным внутренним слоем.

Анатомия плоской кости

На этом поперечном срезе плоской кости показана губчатая кость (diploë), выстланная с обеих сторон слоем компактной кости.

Маркировка костей

Поверхностные характеристики костей значительно различаются в зависимости от функции и расположения в организме. (Рисунок) описывает отметины на костях, которые показаны на ((Рисунок)). Есть три основных класса отметин на костях: (1) сочленения, (2) выступы и (3) отверстия.Как следует из названия, сочленение — это место соединения двух поверхностей костей (articulus = «сустав»). Эти поверхности имеют тенденцию соответствовать друг другу, например, одна закругленная, а другая чашеобразная, чтобы облегчить функцию артикуляции. Выступ — это участок кости, выступающий над поверхностью кости. Это точки крепления сухожилий и связок. Как правило, их размер и форма указывают на силы, возникающие при прикреплении к кости. Отверстие — это отверстие или бороздка в кости, через которое в кость проходят кровеносные сосуды и нервы.Как и в случае с другими отметинами, их размер и форма отражают размер сосудов и нервов, пронизывающих кость в этих точках.

Маркировка костей
Маркировка Описание Пример
Сочленения Где встречаются две кости Коленный сустав
Головка Выступающая закругленная поверхность Головка бедренной кости
Фасетка Плоская поверхность Позвонки
Мыщелок Закругленная поверхность Затылочные мыщелки
Выступы Рельефная маркировка Остистые отростки позвонков
Выступ Выступающий Подбородок
Процесс Выдающийся элемент Поперечный отросток позвонка
Позвоночник Острый процесс Седалищная кость
Бугорок Небольшой закругленный отросток Бугорок плечевой кости
Бугристость Шероховатая поверхность Дельтовидная бугристость
Линия Небольшой удлиненный гребень Височные линии теменных костей
Герб Ридж Подвздошный гребень
Отверстия Отверстия и углубления Отверстия (отверстия, через которые проходят кровеносные сосуды)
Фосса Удлиненная чаша Нижнечелюстная ямка
Фовеа Небольшая яма Fovea capitis на головке бедренной кости
Борозда Канавка Сигмовидная борозда височных костей
Канал Проход в кости Слуховой проход
Трещина Прорези кости Трещина ушной раковины
Отверстие Отверстие в кости Большое затылочное отверстие в затылочной кости
Меатус Выход в канал Наружный слуховой проход
Синус Заполненное воздухом пространство в кости Носовые пазухи

Особенности костей

Особенности поверхности костей зависят от их функции, расположения, прикрепления связок и сухожилий или проникновения кровеносных сосудов и нервов.

Костные клетки и ткани

Кость содержит относительно небольшое количество клеток, встроенных в матрицу коллагеновых волокон, которые обеспечивают поверхность для прикрепления кристаллов неорганической соли. Эти кристаллы соли образуются, когда фосфат кальция и карбонат кальция объединяются для создания гидроксиапатита, который включает другие неорганические соли, такие как гидроксид магния, фторид и сульфат, по мере того, как он кристаллизуется или кальцифицируется на коллагеновых волокнах. Кристаллы гидроксиапатита придают костям твердость и прочность, а волокна коллагена придают им гибкость, чтобы они не были ломкими.

Хотя костные клетки составляют небольшую часть объема кости, они имеют решающее значение для функции костей. В костной ткани обнаружены четыре типа клеток: остеобласты, остеоциты, остеогенные клетки и остеокласты ((Рисунок)).

Костные клетки

В костной ткани обнаружены четыре типа клеток. Остеогенные клетки недифференцированы и развиваются в остеобласты. Когда остеобласты попадают в кальцифицированный матрикс, их структура и функция меняются, и они становятся остеоцитами.Остеокласты развиваются из моноцитов и макрофагов и по внешнему виду отличаются от других костных клеток.

Остеобласт — это костная клетка, ответственная за формирование новой кости, и находится в растущих частях кости, включая надкостницу и эндост. Остеобласты, которые не делятся, синтезируют и секретируют коллагеновый матрикс и соли кальция. Когда секретируемый матрикс, окружающий остеобласт, кальцифицируется, остеобласт оказывается в ловушке внутри него; в результате он изменяет свою структуру и становится остеоцитом, первичной клеткой зрелой кости и наиболее распространенным типом костных клеток.Каждый остеоцит расположен в пространстве, называемом лакуной, и окружен костной тканью. Остеоциты поддерживают концентрацию минералов в матриксе за счет секреции ферментов. Как и остеобласты, остеоциты лишены митотической активности. Они могут общаться друг с другом и получать питательные вещества через длинные цитоплазматические отростки, которые проходят через канальцы (единственное число = canaliculus), каналы внутри костного матрикса.

Если остеобласты и остеоциты неспособны к митозу, то как они восполняются, когда старые умирают? Ответ кроется в свойствах третьей категории костных клеток — остеогенных клеток.Эти остеогенные клетки недифференцированы, обладают высокой митотической активностью и являются единственными делящимися костными клетками. Незрелые остеогенные клетки обнаруживаются в глубоких слоях надкостницы и костном мозге. Они дифференцируются и развиваются в остеобласты.

Динамическая природа кости означает, что постоянно формируется новая ткань, а старая, поврежденная или ненужная кость растворяется для восстановления или высвобождения кальция. Клеткой, ответственной за резорбцию или разрушение кости, является остеокласт.Они обнаруживаются на поверхности костей, являются многоядерными и происходят из моноцитов и макрофагов, двух типов лейкоцитов, а не из остеогенных клеток. Остеокласты постоянно разрушают старую кость, а остеобласты постоянно формируют новую кость. Текущий баланс между остеобластами и остеокластами отвечает за постоянное, но тонкое изменение формы кости. (Рисунок) рассматривает костные клетки, их функции и расположение.

Костные клетки
Тип ячейки Функция Местоположение
Остеогенные клетки Развиваются в остеобласты Глубокие слои надкостницы и костный мозг
Остеобласты Костнообразование Растущие части кости, включая надкостницу и эндост
Остеоциты Поддержание минеральной концентрации матрицы Застрял в матрице
Остеокласты Резорбция кости Костные поверхности и участки старой, поврежденной или ненужной кости

Компактная и губчатая кость

Различия между компактной и губчатой ​​костью лучше всего изучать с помощью их гистологии.Большинство костей содержат компактную и губчатую костную ткань, но их распределение и концентрация варьируются в зависимости от общей функции кости. Компактная кость плотная, поэтому может выдерживать сжимающие усилия, в то время как губчатая (губчатая) кость имеет открытые пространства и поддерживает сдвиги в распределении веса.

Компактная кость

Компактная кость является более плотной и прочной из двух типов костной ткани ((Рисунок)). Его можно найти под надкостницей и в диафизах длинных костей, где он обеспечивает поддержку и защиту.

Схема компактной кости

(а) На этом поперечном сечении компактной кости показана основная структурная единица — остеон. (б) На этой микрофотографии остеона хорошо видны концентрические пластинки и центральные каналы. LM × 40. (Микрофотография предоставлена ​​Регентами Медицинской школы Мичиганского университета © 2012)

Микроскопическая структурная единица компактной кости называется остеоном, или гаверсовой системой. Каждый остеон состоит из концентрических колец кальцинированного матрикса, называемых пластинками (единственное число = пластинка). По центру каждого остеона проходит центральный канал, или гаверсов канал, который содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды. Эти сосуды и нервы отходят под прямым углом через перфорирующий канал, также известный как каналы Фолькмана, и распространяются на надкостницу и эндост.

Остеоциты расположены внутри пространств, называемых лакунами (единственное число = лакуна), которые находятся на границах соседних пластинок. Как описано ранее, канальцы соединяются с канальцами других лакун и, в конечном счете, с центральным каналом.Эта система позволяет транспортировать питательные вещества к остеоцитам и удалять из них отходы.

Губчатая (губчатая) кость

Как и компактная кость, губчатая кость, также известная как губчатая кость, содержит остеоциты, расположенные в лакунах, но они не расположены концентрическими кругами. Вместо этого лакуны и остеоциты находятся в решетчатой ​​сети шипов матрикса, называемых трабекулами (единственное число = трабекулы) ((Рисунок)). Трабекулы могут казаться случайной сетью, но каждая трабекула формируется вдоль линий напряжения, чтобы обеспечить прочность кости.Пространства трабекулярной сети обеспечивают баланс плотной и тяжелой компактной кости, делая кости легче, чтобы мышцы могли легче их двигать. Кроме того, пространства в некоторых губчатых костях содержат красный костный мозг, защищенный трабекулами, где происходит кроветворение.

Схема губчатой ​​кости

Губчатая кость состоит из трабекул, содержащих остеоциты. Красный костный мозг заполняет пустоты в некоторых костях.

Старение и…

Скелетная система: болезнь Педжета Болезнь Педжета обычно возникает у взрослых старше 40 лет.Это нарушение процесса ремоделирования кости, которое начинается с гиперактивности остеокластов. Это означает, что резорбируется больше кости, чем откладывается. Остеобласты пытаются компенсировать это, но новая кость, которую они откладывают, слаба и ломка и поэтому склонна к переломам.

В то время как у некоторых людей с болезнью Педжета симптомы отсутствуют, другие испытывают боль, переломы костей и деформацию костей ((рисунок)). Чаще всего поражаются кости таза, черепа, позвоночника и ног. Поражая череп, болезнь Педжета может вызывать головные боли и потерю слуха.

Болезнь Педжета

Нормальные кости ног относительно прямые, но при болезни Педжета они пористые и изогнутые.

Что вызывает сверхактивность остеокластов? Ответ до сих пор неизвестен, но, похоже, свою роль играют наследственные факторы. Некоторые ученые считают, что болезнь Педжета связана с пока еще не идентифицированным вирусом.

Болезнь Педжета диагностируется с помощью визуализирующих исследований и лабораторных тестов. Рентгеновские снимки могут показать деформацию кости или участки резорбции кости.Сканирование костей также полезно. В этих исследованиях в организм вводят краситель, содержащий радиоактивный ион. Области резорбции кости имеют сродство к иону, поэтому они будут светиться на скане, если ионы поглощаются. Кроме того, у людей с болезнью Педжета обычно повышен уровень в крови фермента, называемого щелочной фосфатазой.

Бисфосфонаты, препараты, снижающие активность остеокластов, часто используются при лечении болезни Педжета. Однако в небольшом проценте случаев сами бисфосфонаты были связаны с повышенным риском переломов, потому что старая кость, оставшаяся после введения бисфосфонатов, изнашивается и становится хрупкой.Тем не менее, большинство врачей считают, что польза от бисфосфонатов более чем перевешивает риск; Медицинский работник должен взвешивать преимущества и риски в каждом конкретном случае. Лечение бисфосфонатами может снизить общий риск деформаций или переломов, что, в свою очередь, снижает риск хирургического восстановления и связанные с ним риски и осложнения.

Снабжение кровью и нервами

Губчатая кость и костномозговая полость получают питание от артерий, проходящих через компактную кость.Артерии входят через питательные отверстия (множественное число = foramina), небольшие отверстия в диафизе ((рисунок)). Остеоциты в губчатой ​​кости питаются кровеносными сосудами надкостницы, проникающими в губчатую кость, и кровью, циркулирующей в полостях костного мозга. Когда кровь проходит через полости костного мозга, она собирается венами, которые затем выходят из кости через отверстия.

Помимо кровеносных сосудов, нервы следуют теми же путями в кость, где они имеют тенденцию концентрироваться в более метаболически активных областях кости.Нервы чувствуют боль, и, по-видимому, нервы также играют роль в регулировании кровоснабжения и в росте костей, следовательно, их концентрация в метаболически активных участках кости.

Схема кровоснабжения и кровоснабжения костей

Кровеносные сосуды и нервы входят в кость через питательные отверстия.

Посмотрите это видео, чтобы увидеть микроскопические особенности кости.

Обзор главы

Полая костномозговая полость, заполненная желтым костным мозгом, проходит по диафизу длинной кости.Стенки диафиза представляют собой компактную кость. Эпифизы, представляющие собой более широкие участки на каждом конце длинной кости, заполнены губчатой ​​костью и красным костным мозгом. Эпифизарная пластинка, слой гиалинового хряща, замещается костной тканью по мере увеличения длины органа. Медуллярная полость имеет тонкую перепончатую выстилку, называемую эндостом. Наружная поверхность кости, за исключением участков, покрытых суставным хрящом, покрыта фиброзной оболочкой, называемой надкостницей. Плоские кости состоят из двух слоев компактной кости, окружающих слой губчатой ​​кости.Отметины костей зависят от функции и расположения костей. Суставы – это места, где встречаются две кости. Выступы выступают из поверхности кости и служат точками прикрепления сухожилий и связок. Отверстия – это отверстия или углубления в костях.

Костный матрикс состоит из коллагеновых волокон и основного органического вещества, преимущественно гидроксиапатита, образованного из солей кальция. Остеогенные клетки превращаются в остеобласты. Остеобласты – это клетки, из которых образуется новая кость. Они становятся остеоцитами, клетками зрелой кости, когда попадают в матрикс.Остеокласты участвуют в резорбции кости. Компактная кость плотная и состоит из остеонов, а губчатая кость менее плотная и состоит из трабекул. Кровеносные сосуды и нервы входят в кость через питательные отверстия, питая и иннервируя кости.

Контрольные вопросы

Что из перечисленного происходит в губчатой ​​кости эпифиза?

  1. рост костей
  2. ремоделирование костей
  3. кроветворение
  4. амортизация

Диафиз содержит ________.

  1. метафиз
  2. запасы жира
  3. губчатая кость
  4. компактная кость

Фиброзная оболочка, покрывающая наружную поверхность кости, представляет собой ________.

  1. надкостница
  2. эпифиз
  3. эндост
  4. диафиз

Какие из следующих неспособны к митозу?

  1. остеобласты и остеокласты
  2. остеоциты и остеокласты
  3. остеобласты и остеоциты
  4. остеогенные клетки и остеокласты

Какие клетки не происходят из остеогенных клеток?

  1. остеобласты
  2. остеокласты
  3. остеоцитов
  4. остеопрогениторные клетки

Что из следующего находится в компактной кости и губчатой ​​кости?

  1. Гаверсовы системы
  2. Гаверсовы каналы
  3. ламели
  4. лакуны

Какие из следующих только обнаружены в губчатой ​​кости?

  1. канальцы
  2. Каналы Фолькмана
  3. трабекулы
  4. соли кальция

Область кости, где проходит питательное отверстие, образует костную маркировку?

  1. отверстие
  2. фаска
  3. канал
  4. трещина

Вопросы критического мышления

Если бы суставной хрящ на конце одной из ваших длинных костей дегенерировал, какие симптомы, по вашему мнению, вы бы испытали? Почему?

Если бы суставной хрящ на конце одной из ваших длинных костей разрушился, что на самом деле происходит при остеоартрите, вы бы почувствовали боль в суставе на конце этой кости и ограничение движения в этом суставе, потому что хряща не было бы. чтобы уменьшить трение между соседними костями, и не было бы хрящей, которые действовали бы как амортизатор.

Каким образом структурный состав компактной и губчатой ​​кости соответствует их функциям?

Плотно упакованные концентрические кольца матрицы в компактной кости идеально подходят для сопротивления силам сжатия, что является функцией компактной кости. Открытые пространства трабекулярной сети губчатой ​​кости позволяют губчатой ​​кости поддерживать сдвиги в распределении веса, что является функцией губчатой ​​кости.

Глоссарий

суставной хрящ
тонкий слой хряща, покрывающий эпифиз; уменьшает трение и действует как амортизатор
шарнир
, где встречаются две поверхности кости
канальцы
(единственное число = canaliculus) каналы в костном матриксе, в которых размещается одно из многочисленных цитоплазматических расширений остеоцита, которые он использует для связи и получения питательных веществ
центральный канал
продольных каналов в центре каждого остеона; содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды; также известный как Гаверсовский канал
компактная кость
плотная костная ткань, способная выдерживать сжимающие усилия
диафиз
трубчатый стержень, проходящий между проксимальным и дистальным концами длинной кости
диплом
слой губчатой ​​кости, зажатый между двумя слоями компактной кости, встречающийся в плоских костях
эндост
тонкая перепончатая выстилка костномозговой полости кости
эпифизарная пластина
(также ростовая пластинка) листок гиалинового хряща в метафизе незрелой кости; замещается костной тканью по мере роста органа в длину
эпифиз
90 855 широких разрезов на каждом конце длинной кости; наполнен губчатой ​​костью и красным костным мозгом
отверстие
отверстие или углубление в кости
лакуны
(единственное число = лакуна) пространства в кости, в которых находится остеоцит
костномозговая полость
полая область диафиза; наполненный желтым костным мозгом
питательное отверстие
небольшое отверстие посредине наружной поверхности диафиза, через которое в кость входит артерия для питания
остеобласт
Клетка
отвечает за формирование новой кости
остеокласт
Клетка
отвечает за резорбцию кости
остеоцит
первичная клетка в зрелой кости; отвечает за поддержание матрицы
остеогенная клетка
недифференцированных клеток с высокой митотической активностью; единственные клетки кости, которые делятся; они дифференцируются и развиваются в остеобласты
остеон
(также гаверсова система) основная структурная единица компактной кости; из концентрических слоев кальцинированной матрицы
перфорационный канал
(также канал Фолькмана) канал, который ответвляется от центрального канала и содержит сосуды и нервы, идущие к надкостнице и эндосту
надкостница
фиброзная оболочка, покрывающая наружную поверхность кости и продолжающаяся связками
выступ
отметины на костях, где часть поверхности выступает над остальной поверхностью, где прикрепляются сухожилия и связки
губчатая кость
(также губчатая кость) трабекулярная костная ткань, поддерживающая сдвиги в распределении веса
трабекулы
(единственное число = трабекула) спайки или участки решетчатого матрикса в губчатой ​​кости

Структура костей – анатомия и физиология

OpenStaxCollege

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определение анатомических особенностей кости
  • Дайте определение и перечислите примеры отметин на костях
  • Опишите гистологию костной ткани
  • Сравните и сопоставьте компактную и губчатую кости
  • Определите структуры, составляющие компактную и губчатую кость
  • Опишите, как происходит питание и иннервация костей

Костная ткань (костная ткань) сильно отличается от других тканей организма. Кость твердая, и многие ее функции зависят от этой характерной твердости. Последующие обсуждения в этой главе покажут, что кость также динамична в том смысле, что ее форма приспосабливается к нагрузкам. В этом разделе сначала исследуется общая анатомия кости, а затем переходят к ее гистологии.

Структура длинной кости позволяет лучше всего визуализировать все части кости ([ссылка]). Длинная кость состоит из двух частей: диафиза и эпифиза. Диафиз представляет собой трубчатый стержень, который проходит между проксимальным и дистальным концами кости.Полая область в диафизе называется мозговой полостью, которая заполнена желтым костным мозгом. Стенки диафиза состоят из плотной и твердой компактной кости.

Анатомия длинной кости

Типичная длинная кость демонстрирует общие анатомические характеристики кости.


Более широкий участок на каждом конце кости называется эпифизом (множественное число = эпифизы), который заполнен губчатой ​​костью. Красный мозг заполняет пространства в губчатой ​​кости.Каждый эпифиз встречается с диафизом в метафизе, узкой области, которая содержит эпифизарную пластинку (пластину роста), слой гиалинового (прозрачного) хряща в растущей кости. Когда кость перестает расти в раннем взрослом возрасте (примерно в 18–21 год), хрящ замещается костной тканью, а эпифизарная пластинка становится эпифизарной линией.

Медуллярная полость имеет тонкую мембранную выстилку, называемую эндостом (end- = «внутри»; oste- = «кость»), где происходит рост, восстановление и ремоделирование кости.Наружная поверхность кости покрыта фиброзной оболочкой, называемой надкостницей (peri — = «вокруг» или «окружающий»). Надкостница содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды, которые питают компактную кость. Сухожилия и связки также прикрепляются к костям надкостницей. Надкостница покрывает всю наружную поверхность, за исключением мест, где эпифизы встречаются с другими костями, образуя суставы ([ссылка]). В этой области эпифизы покрыты суставным хрящом, тонким слоем хряща, который уменьшает трение и действует как амортизатор.

Надкостница и эндост

Надкостница образует наружную поверхность кости, а эндост выстилает костномозговую полость.


Плоские кости, как и кости черепа, состоят из слоя диплоэ (губчатой ​​кости), выстланного с обеих сторон слоем компактной кости ([ссылка]). Два слоя компактной кости и внутренняя губчатая кость работают вместе, чтобы защитить внутренние органы. Если внешний слой черепной кости сломается, мозг все еще защищен неповрежденным внутренним слоем.

Анатомия плоской кости

На этом поперечном срезе плоской кости показана губчатая кость (diploë), выстланная с обеих сторон слоем компактной кости.


Поверхностные характеристики костей значительно различаются в зависимости от функции и расположения в организме. [ссылка] описывает отметины на костях, которые показаны на ([ссылка]). Есть три основных класса отметин на костях: (1) сочленения, (2) выступы и (3) отверстия. Как следует из названия, сочленение — это место соединения двух поверхностей костей (articulus = «сустав»).Эти поверхности имеют тенденцию соответствовать друг другу, например, одна закругленная, а другая чашеобразная, чтобы облегчить функцию артикуляции. Выступ — это участок кости, выступающий над поверхностью кости. Это точки крепления сухожилий и связок. Как правило, их размер и форма указывают на силы, возникающие при прикреплении к кости. Отверстие — это отверстие или бороздка в кости, через которое в кость проходят кровеносные сосуды и нервы. Как и в случае с другими отметинами, их размер и форма отражают размер сосудов и нервов, пронизывающих кость в этих точках.

Маркировка костей
Маркировка Описание Пример
Сочленения Где встречаются две кости Коленный сустав
Головка Выступающая закругленная поверхность Головка бедренной кости
Фасетка Плоская поверхность Позвонки
Мыщелок Закругленная поверхность Затылочные мыщелки
Выступы Рельефная маркировка Остистые отростки позвонков
Выступ Выступающий Подбородок
Процесс Выдающийся элемент Поперечный отросток позвонка
Позвоночник Острый процесс Седалищная кость
Бугорок Небольшой закругленный отросток Бугорок плечевой кости
Бугристость Шероховатая поверхность Дельтовидная бугристость
Линия Небольшой удлиненный гребень Височные линии теменных костей
Герб Ридж Подвздошный гребень
Отверстия Отверстия и углубления Отверстия (отверстия, через которые проходят кровеносные сосуды)
Фосса Удлиненная чаша Нижнечелюстная ямка
Фовеа Небольшая яма Fovea capitis на головке бедренной кости
Борозда Канавка Сигмовидная борозда височных костей
Канал Проход в кости Слуховой проход
Трещина Прорези кости Трещина ушной раковины
Отверстие Отверстие в кости Большое затылочное отверстие в затылочной кости
Меатус Выход в канал Наружный слуховой проход
Синус Заполненное воздухом пространство в кости Носовые пазухи

Особенности костей

Особенности поверхности костей зависят от их функции, расположения, прикрепления связок и сухожилий или проникновения кровеносных сосудов и нервов.


Кость содержит относительно небольшое количество клеток, встроенных в матрицу коллагеновых волокон, которые обеспечивают поверхность для прикрепления кристаллов неорганической соли. Эти кристаллы соли образуются, когда фосфат кальция и карбонат кальция объединяются для создания гидроксиапатита, который включает другие неорганические соли, такие как гидроксид магния, фторид и сульфат, по мере того, как он кристаллизуется или кальцифицируется на коллагеновых волокнах. Кристаллы гидроксиапатита придают костям твердость и прочность, а волокна коллагена придают им гибкость, чтобы они не были ломкими.

Хотя костные клетки составляют небольшую часть объема кости, они имеют решающее значение для функции костей. В костной ткани обнаружены четыре типа клеток: остеобласты, остеоциты, остеогенные клетки и остеокласты ([ссылка]).

Костные клетки

В костной ткани обнаружены четыре типа клеток. Остеогенные клетки недифференцированы и развиваются в остеобласты. Когда остеобласты попадают в кальцифицированный матрикс, их структура и функция меняются, и они становятся остеоцитами.Остеокласты развиваются из моноцитов и макрофагов и по внешнему виду отличаются от других костных клеток.


Остеобласт — это костная клетка, ответственная за формирование новой кости, и находится в растущих частях кости, включая надкостницу и эндост. Остеобласты, которые не делятся, синтезируют и секретируют коллагеновый матрикс и соли кальция. Когда секретируемый матрикс, окружающий остеобласт, кальцифицируется, остеобласт оказывается в ловушке внутри него; в результате он изменяет свою структуру и становится остеоцитом, первичной клеткой зрелой кости и наиболее распространенным типом костных клеток.Каждый остеоцит расположен в пространстве, называемом лакуной, и окружен костной тканью. Остеоциты поддерживают концентрацию минералов в матриксе за счет секреции ферментов. Как и остеобласты, остеоциты лишены митотической активности. Они могут общаться друг с другом и получать питательные вещества через длинные цитоплазматические отростки, которые проходят через канальцы (единственное число = canaliculus), каналы внутри костного матрикса.

Если остеобласты и остеоциты неспособны к митозу, то как они восполняются, когда старые умирают? Ответ кроется в свойствах третьей категории костных клеток — остеогенных клеток.Эти остеогенные клетки недифференцированы, обладают высокой митотической активностью и являются единственными делящимися костными клетками. Незрелые остеогенные клетки обнаруживаются в глубоких слоях надкостницы и костном мозге. Они дифференцируются и развиваются в остеобласты.

Динамическая природа кости означает, что постоянно формируется новая ткань, а старая, поврежденная или ненужная кость растворяется для восстановления или высвобождения кальция. Клеткой, ответственной за резорбцию или разрушение кости, является остеокласт.Они обнаруживаются на поверхности костей, являются многоядерными и происходят из моноцитов и макрофагов, двух типов лейкоцитов, а не из остеогенных клеток. Остеокласты постоянно разрушают старую кость, а остеобласты постоянно формируют новую кость. Текущий баланс между остеобластами и остеокластами отвечает за постоянное, но тонкое изменение формы кости. [ссылка] рассматривает костные клетки, их функции и расположение.

Костные клетки
Тип ячейки Функция Местоположение
Остеогенные клетки Развиваются в остеобласты Глубокие слои надкостницы и костный мозг
Остеобласты Костнообразование Растущие части кости, включая надкостницу и эндост
Остеоциты Поддержание минеральной концентрации матрицы Застрял в матрице
Остеокласты Резорбция кости Костные поверхности и участки старой, поврежденной или ненужной кости

Различия между компактной и губчатой ​​костью лучше всего изучать с помощью их гистологии.Большинство костей содержат компактную и губчатую костную ткань, но их распределение и концентрация варьируются в зависимости от общей функции кости. Компактная кость плотная, поэтому может выдерживать сжимающие усилия, в то время как губчатая (губчатая) кость имеет открытые пространства и поддерживает сдвиги в распределении веса.

Компактная кость

Компактная кость — более плотная и прочная из двух типов костной ткани ([ссылка]). Его можно найти под надкостницей и в диафизах длинных костей, где он обеспечивает поддержку и защиту.

Схема компактной кости

(а) На этом поперечном сечении компактной кости показана основная структурная единица — остеон. (б) На этой микрофотографии остеона хорошо видны концентрические пластинки и центральные каналы. LM × 40. (Микрофотография предоставлена ​​Регентами Медицинской школы Мичиганского университета © 2012)


Микроскопическая структурная единица компактной кости называется остеоном, или гаверсовой системой. Каждый остеон состоит из концентрических колец кальцинированного матрикса, называемых пластинками (единственное число = пластинка). По центру каждого остеона проходит центральный канал, или гаверсов канал, который содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды. Эти сосуды и нервы отходят под прямым углом через перфорирующий канал, также известный как каналы Фолькмана, и распространяются на надкостницу и эндост.

Остеоциты расположены внутри пространств, называемых лакунами (единственное число = лакуна), которые находятся на границах соседних пластинок. Как описано ранее, канальцы соединяются с канальцами других лакун и, в конечном счете, с центральным каналом.Эта система позволяет транспортировать питательные вещества к остеоцитам и удалять из них отходы.

Губчатая (губчатая) кость

Как и компактная кость, губчатая кость, также известная как губчатая кость, содержит остеоциты, расположенные в лакунах, но они не расположены концентрическими кругами. Вместо этого лакуны и остеоциты находятся в решетчатой ​​сети шипов матрикса, называемых трабекулами (единственное число = трабекулы) ([ссылка]). Трабекулы могут казаться случайной сетью, но каждая трабекула формируется вдоль линий напряжения, чтобы обеспечить прочность кости.Пространства трабекулярной сети обеспечивают баланс плотной и тяжелой компактной кости, делая кости легче, чтобы мышцы могли легче их двигать. Кроме того, пространства в некоторых губчатых костях содержат красный костный мозг, защищенный трабекулами, где происходит кроветворение.

Схема губчатой ​​кости

Губчатая кость состоит из трабекул, содержащих остеоциты. Красный костный мозг заполняет пустоты в некоторых костях.


Старение и…

Скелетная система: болезнь Педжета
Болезнь Педжета обычно возникает у взрослых старше 40 лет.Это нарушение процесса ремоделирования кости, которое начинается с гиперактивности остеокластов. Это означает, что резорбируется больше кости, чем откладывается. Остеобласты пытаются компенсировать это, но новая кость, которую они откладывают, слаба и ломка и поэтому склонна к переломам.

В то время как у некоторых людей с болезнью Педжета симптомы отсутствуют, другие испытывают боль, переломы и деформацию костей ([ссылка]). Чаще всего поражаются кости таза, черепа, позвоночника и ног. Поражая череп, болезнь Педжета может вызывать головные боли и потерю слуха.

Болезнь Педжета

Нормальные кости ног относительно прямые, но при болезни Педжета они пористые и изогнутые.


Что вызывает сверхактивность остеокластов? Ответ до сих пор неизвестен, но, похоже, свою роль играют наследственные факторы. Некоторые ученые считают, что болезнь Педжета связана с пока еще не идентифицированным вирусом.

Болезнь Педжета диагностируется с помощью визуализирующих исследований и лабораторных тестов. Рентгеновские снимки могут показать деформацию кости или участки резорбции кости.Сканирование костей также полезно. В этих исследованиях в организм вводят краситель, содержащий радиоактивный ион. Области резорбции кости имеют сродство к иону, поэтому они будут светиться на скане, если ионы поглощаются. Кроме того, у людей с болезнью Педжета обычно повышен уровень в крови фермента, называемого щелочной фосфатазой.

Бисфосфонаты, препараты, снижающие активность остеокластов, часто используются при лечении болезни Педжета. Однако в небольшом проценте случаев сами бисфосфонаты были связаны с повышенным риском переломов, потому что старая кость, оставшаяся после введения бисфосфонатов, изнашивается и становится хрупкой.Тем не менее, большинство врачей считают, что польза от бисфосфонатов более чем перевешивает риск; Медицинский работник должен взвешивать преимущества и риски в каждом конкретном случае. Лечение бисфосфонатами может снизить общий риск деформаций или переломов, что, в свою очередь, снижает риск хирургического восстановления и связанные с ним риски и осложнения.

Губчатая кость и костномозговая полость получают питание от артерий, проходящих через компактную кость. Артерии входят через питательные отверстия (множественное число = foramina), небольшие отверстия в диафизе ([ссылка]). Остеоциты в губчатой ​​кости питаются кровеносными сосудами надкостницы, проникающими в губчатую кость, и кровью, циркулирующей в полостях костного мозга. Когда кровь проходит через полости костного мозга, она собирается венами, которые затем выходят из кости через отверстия.

Помимо кровеносных сосудов, нервы следуют теми же путями в кость, где они имеют тенденцию концентрироваться в более метаболически активных областях кости. Нервы чувствуют боль, и, по-видимому, нервы также играют роль в регулировании кровоснабжения и в росте костей, следовательно, их концентрация в метаболически активных участках кости.

Схема кровоснабжения и кровоснабжения костей

Кровеносные сосуды и нервы входят в кость через питательные отверстия.



Посмотрите это видео, чтобы увидеть микроскопические особенности кости.

Полая костномозговая полость, заполненная желтым костным мозгом, проходит по диафизу длинной кости. Стенки диафиза представляют собой компактную кость. Эпифизы, представляющие собой более широкие участки на каждом конце длинной кости, заполнены губчатой ​​костью и красным костным мозгом.Эпифизарная пластинка, слой гиалинового хряща, замещается костной тканью по мере увеличения длины органа. Медуллярная полость имеет тонкую перепончатую выстилку, называемую эндостом. Наружная поверхность кости, за исключением участков, покрытых суставным хрящом, покрыта фиброзной оболочкой, называемой надкостницей. Плоские кости состоят из двух слоев компактной кости, окружающих слой губчатой ​​кости. Отметины костей зависят от функции и расположения костей. Суставы – это места, где встречаются две кости.Выступы выступают из поверхности кости и служат точками прикрепления сухожилий и связок. Отверстия – это отверстия или углубления в костях.

Костный матрикс состоит из коллагеновых волокон и основного органического вещества, преимущественно гидроксиапатита, образованного из солей кальция. Остеогенные клетки превращаются в остеобласты. Остеобласты – это клетки, из которых образуется новая кость. Они становятся остеоцитами, клетками зрелой кости, когда попадают в матрикс. Остеокласты участвуют в резорбции кости.Компактная кость плотная и состоит из остеонов, а губчатая кость менее плотная и состоит из трабекул. Кровеносные сосуды и нервы входят в кость через питательные отверстия, питая и иннервируя кости.

Что из перечисленного происходит в губчатой ​​кости эпифиза?

  1. рост костей
  2. ремоделирование костей
  3. кроветворение
  4. амортизация

Диафиз содержит ________.

  1. метафиз
  2. запасы жира
  3. губчатая кость
  4. компактная кость

Фиброзная оболочка, покрывающая наружную поверхность кости, представляет собой ________.

  1. надкостница
  2. эпифиз
  3. эндост
  4. диафиз

Какие из следующих неспособны к митозу?

  1. остеобласты и остеокласты
  2. остеоциты и остеокласты
  3. остеобласты и остеоциты
  4. остеогенные клетки и остеокласты

Какие клетки не происходят из остеогенных клеток?

  1. остеобласты
  2. остеокласты
  3. остеоцитов
  4. остеопрогениторные клетки

Что из следующего находится в компактной кости и губчатой ​​кости?

  1. Гаверсовы системы
  2. Гаверсовы каналы
  3. ламели
  4. лакуны

Какие из следующих только обнаружены в губчатой ​​кости?

  1. канальцы
  2. Каналы Фолькмана
  3. трабекулы
  4. соли кальция

Область кости, где проходит питательное отверстие, образует костную маркировку?

  1. отверстие
  2. фаска
  3. канал
  4. трещина

Если бы суставной хрящ на конце одной из ваших длинных костей дегенерировал, какие симптомы, по вашему мнению, вы бы испытали? Почему?

Если бы суставной хрящ на конце одной из ваших длинных костей разрушился, что на самом деле происходит при остеоартрите, вы бы почувствовали боль в суставе на конце этой кости и ограничение движения в этом суставе, потому что хряща не было бы. чтобы уменьшить трение между соседними костями, и не было бы хрящей, которые действовали бы как амортизатор.

Каким образом структурный состав компактной и губчатой ​​кости соответствует их функциям?

Плотно упакованные концентрические кольца матрицы в компактной кости идеально подходят для сопротивления силам сжатия, что является функцией компактной кости. Открытые пространства трабекулярной сети губчатой ​​кости позволяют губчатой ​​кости поддерживать сдвиги в распределении веса, что является функцией губчатой ​​кости.

Глоссарий

суставной хрящ
тонкий слой хряща, покрывающий эпифиз; уменьшает трение и действует как амортизатор
шарнир
, где встречаются две поверхности кости
канальцы
(единственное число = canaliculus) каналы в костном матриксе, в которых размещается одно из многочисленных цитоплазматических расширений остеоцита, которые он использует для связи и получения питательных веществ
центральный канал
продольных каналов в центре каждого остеона; содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды; также известный как Гаверсовский канал
компактная кость
плотная костная ткань, способная выдерживать сжимающие усилия
диафиз
трубчатый стержень, проходящий между проксимальным и дистальным концами длинной кости
диплом
слой губчатой ​​кости, зажатый между двумя слоями компактной кости, встречающийся в плоских костях
эндост
тонкая перепончатая выстилка костномозговой полости кости
эпифизарная пластина
(также ростовая пластинка) листок гиалинового хряща в метафизе незрелой кости; замещается костной тканью по мере роста органа в длину
эпифиз
90 855 широких разрезов на каждом конце длинной кости; наполнен губчатой ​​костью и красным костным мозгом
отверстие
отверстие или углубление в кости
лакуны
(единственное число = лакуна) пространства в кости, в которых находится остеоцит
костномозговая полость
полая область диафиза; наполненный желтым костным мозгом
питательное отверстие
небольшое отверстие посредине наружной поверхности диафиза, через которое в кость входит артерия для питания
остеобласт
Клетка
отвечает за формирование новой кости
остеокласт
Клетка
отвечает за резорбцию кости
остеоцит
первичная клетка в зрелой кости; отвечает за поддержание матрицы
остеогенная клетка
недифференцированных клеток с высокой митотической активностью; единственные клетки кости, которые делятся; они дифференцируются и развиваются в остеобласты
остеон
(также гаверсова система) основная структурная единица компактной кости; из концентрических слоев кальцинированной матрицы
перфорационный канал
(также канал Фолькмана) канал, который ответвляется от центрального канала и содержит сосуды и нервы, идущие к надкостнице и эндосту
надкостница
фиброзная оболочка, покрывающая наружную поверхность кости и продолжающаяся связками
выступ
отметины на костях, где часть поверхности выступает над остальной поверхностью, где прикрепляются сухожилия и связки
губчатая кость
(также губчатая кость) трабекулярная костная ткань, поддерживающая сдвиги в распределении веса
трабекулы
(единственное число = трабекула) спайки или участки решетчатого матрикса в губчатой ​​кости

Кортикальная или трабекулярная кость: в чем разница? – Полный текст – Американский журнал нефрологии 2018, Vol.

47, № 6

Кость — прекрасный пример принципа, согласно которому форма следует за функцией. Кость обеспечивает структурную поддержку для передвижения и вентиляции; резервуар для кальция, фосфатов, аминокислот и бикарбонатов; защита внутренних органов; передача звуковых волн; и выращивание гемопоэтических стволовых клеток. Метаболические функции включают секрецию гормонов, которые регулируют как минеральный, так и энергетический обмен. Для выполнения этих функций кость имеет кортикальный и трабекулярный отделы.

Приблизительно 80% костной массы находится в кортикальном отделе. Сосудистые каналы занимают около 30% объема. Отношение поверхности к объему в кортикальной кости намного ниже, чем в трабекулярной кости. С возрастом или болезнью кора становится более пористой, увеличивая площадь поверхности, но теряя прочность. В длинных костях повышенная пористость вблизи периостальной поверхности вызывает большую потерю прочности, чем повышенная пористость вблизи эндокортикальной поверхности. Медленное надкостничное расширение на протяжении всей жизни частично компенсирует эту потерю прочности, поскольку прочность на изгиб пропорциональна радиусу в четвертой степени.

В трабекулярном отделе 20% объема составляют кости, а оставшееся пространство заполнено костным мозгом и жиром. Трабекулярная кость передает механические нагрузки с суставной поверхности на кортикальный слой кости. Гидравлические свойства поглощают удары. Свойства материала костных компартментов различаются: трабекулярная кость имеет более низкое содержание кальция и большее содержание воды по сравнению с кортикальной костью. Трабекулярная кость имеет большую поверхность, открытую для костного мозга и кровотока, а оборот выше, чем в кортикальной кости [1].Резорбция происходит вдоль костных поверхностей в трабекулярной кости, тогда как в кортикальной кости резорбция проходит через саму кость. Эндокортикальная поверхность, которая подвергается воздействию костного мозга, а также твердая кость, часто имеет более высокий костный обмен, чем другие трабекулярные или кортикальные поверхности.

Некоторые считали, что слишком много внимания уделялось потере трабекулярной кости, в то время как другие подчеркивали вклад трабекулярной кости. На самом деле, и кортикальная, и трабекулярная кость важны для прочности костей, и их взаимосвязь сложна.Тело позвонка является классическим участком трабекулярной кости, а компрессионные переломы позвонков являются признаком остеопороза. Однако тонкая корковая оболочка играет существенную роль.

Бедро считается участком кортикальной кости, но как кортикальная, так и трабекулярная кость вносят вклад в прочность бедренной кости, причем вклад кортикальной кости выше в бедренных костях с меньшей плотностью трабекулярной кости [2]. Кроме того, кортикальная кость поддерживает изгиб в дистальной области шейки бедренной кости, а трабекулярная кость поддерживает проксимальную нагрузку.

Сигналы к костям, механические или химические, могут по-разному воздействовать на костные отделы. Последствия осложняются полом, возрастом или заболеванием. Например, исследования постельного режима у здоровых мужчин показывают, что во время бездействия кость больше теряется из трабекулярного отдела, чем из кортикального слоя большеберцовой кости [3].

Вибрация низкой интенсивности у больных с хронической болезнью почек увеличивает силовые показатели большеберцовой кости за счет изменений в трабекулярном отделе, но не в коре [4].

Половые гормоны по-разному влияют на костные отделы в зависимости от пола. Как у мужчин, так и у женщин тестостерон поддерживает расширение надкостницы, в то время как эстроген предотвращает потерю кортикальной кости. Потеря трабекулярной кости предотвращается эстрогеном у женщин и тестостероном у мужчин.

Потеря костной массы после менопаузы происходит быстрее в трабекулярной кости, но поскольку кортикальная кость составляет 80% скелета, абсолютная величина потери костной массы одинакова для каждого компартмента в течение первых 10 лет.Позже наблюдается большая потеря кортикальной кости. Гаверсовы каналы расширяются, увеличивая соотношение поверхность/объем кости и дополнительно увеличивая потерю кости, которая раньше была кортикальной, но стала трабекулярной [5]. У женщин крупные каналы, вызывающие пористость коры, присутствуют по всей коре, тогда как у мужчин они ближе к эндокортексу. В целом, женщины теряют больше кортикальной кости, чем мужчины, но потеря трабекулярной кости аналогична. С возрастом диаметр длинных костей у мужчин увеличивается больше, чем у женщин, что увеличивает прочность на изгиб.

Трабекулярная и кортикальная кости могут по-разному воздействовать на гормоны и лекарства. Ежедневные инъекции паратиреоидного гормона (ПТГ) уменьшают массу кортикальной кости и увеличивают массу трабекулярной кости. Значительное увеличение силы связано с увеличением трабекулярной кости.

При первичном гиперпаратиреозе происходит выпадение кости из кортикального слоя с уменьшением толщины кортикального слоя и повышенной пористостью. Трабекулярный отдел, особенно в осевом скелете, имеет нормальную плотность кости.У пациентов с хронической болезнью почек более высокие уровни ПТГ связаны с быстрой потерей кортикальной кости лучевой кости, но трабекулярная плотность и микроархитектоника сохраняются [6].

В новом исследовании, опубликованном в этом номере, подчеркивается важность кортикальной кости при почечной остеодистрофии. Шарма и др. [7] предварительно сформировали биопсию гребня подвздошной кости у 14 пациентов и измерили структурные параметры, используя как стандартную гистоморфометрию (на 2-мерных срезах), так и микро-КТ на основном образце (3-мерные).Они обнаружили нормальные трабекулярные параметры, но уменьшили толщину коры и увеличили пористость коры.

Шарма и др. [7] предположили, что кортикальный компонент объема кости относительно игнорируется в гистоморфометрических исследованиях костей при почечной остеодистрофии. Однако на консенсусной конференции по этой теме «Болезнь почек: улучшение глобальных результатов» кортикальная кость была включена в аспект объема кости, а несколько важных исследований биопсии включали толщину коры в качестве одного из сообщаемых измерений.Отсутствие фокуса на этой коре может быть связано с ограниченным размером образца биопсии и сомнительной корреляцией с общей массой кортикальной кости в скелете.

Биопсия кости выполняется на гребне подвздошной кости, поскольку это безопасное и удобное анатомическое место. Однако это может быть не представитель скелета. Подвздошный гребень не несет нагрузки, а трабекулярная кость имеет более высокий костный обмен, чем метафизы длинных костей. Кора тоньше, чем в длинных костях, и не так сильно несет нагрузку, как в осевом скелете.

Количественная периферическая компьютерная томография высокого разрешения (HR-pQCT) представляет собой неинвазивный метод, позволяющий отделить корковые и трабекулярные компоненты в лучевой или большеберцовой кости и измерить некоторые аспекты трабекулярной микроархитектоники. В исследовании 54 женщин измеряли толщину и пористость кортикального слоя биопсии кости с помощью гистоморфометрии и трабекулярные параметры основной биопсии с помощью микро-КТ, а также выполняли HR-pQCT лучевой и большеберцовой кости. Корреляции между измерениями на биоптатах гребня подвздошной кости и на периферических костях были лишь скромными [8].

HR-pQCT был использован у пациентов на диализе, продемонстрировав, что толщина и площадь коры были наиболее уменьшенными параметрами и были связаны с ПТГ. Снижение трабекулярных параметров на лучевой кости у женщин было сильнее, чем у мужчин [9].

Таким образом, несмотря на то, что инвазивная биопсия кости остается золотым стандартом для определения минерализации и обмена костей, она, вероятно, не является лучшим показателем объема кости. Очевидно, что кора головного мозга играет важную роль в прочности кости.Использование микро-КТ у диализных пациентов является новым и позволяет более точно определить структуру кости, чем двумерная гистология. Однако оба метода ограничены небольшим размером образца кости и местом биопсии. Биопсия кости является инвазивной, и как микро-КТ, так и HR-pQCT требуют дорогостоящего оборудования, которое не всегда доступно для клинического использования. Хотя и не столь точные, двухэнергетические рентгенографические денситометрические измерения лучевой кости обеспечивают меру потери кортикальной кости, которая является практичной и широко доступной, но нам не хватает проспективных исследований у пациентов на диализе, которые имели бы достаточную мощность для определения связи со скелетными переломами.

Заявление о раскрытии информации/Источник финансирования

Нет.

Авторское право: Все права защищены. Никакая часть данной публикации не может быть переведена на другие языки, воспроизведена или использована в любой форме и любыми средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись, микрокопирование или любую систему хранения и поиска информации, без письменного разрешения издателя. .
Дозировка препарата: авторы и издатель приложили все усилия, чтобы гарантировать, что выбор препарата и дозировка, указанные в этом тексте, соответствуют текущим рекомендациям и практике на момент публикации.Тем не менее, в связи с продолжающимися исследованиями, изменениями в правительственных постановлениях и постоянным потоком информации, касающейся лекарственной терапии и реакций на лекарства, читателю настоятельно рекомендуется проверять вкладыш в упаковке для каждого лекарства на предмет любых изменений в показаниях и дозировке, а также для дополнительных предупреждений. и меры предосторожности. Это особенно важно, когда рекомендуемый агент является новым и/или редко используемым лекарственным средством.
Отказ от ответственности: заявления, мнения и данные, содержащиеся в этой публикации, принадлежат исключительно отдельным авторам и участникам, а не издателям и редакторам.Появление рекламы и/или ссылок на продукты в публикации не является гарантией, одобрением или одобрением рекламируемых продуктов или услуг или их эффективности, качества или безопасности. Издатель и редактор(ы) отказываются от ответственности за любой ущерб, нанесенный людям или имуществу в результате любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в содержании или рекламе.

38.2A: Кость – Биология LibreTexts

Цели обучения

  • Различают компактную и губчатую костную ткань

Костная ткань

Кости считаются органами, поскольку они содержат различные типы тканей, такие как кровь, соединительная ткань, нервы и костная ткань.Остеоциты, живые клетки костной ткани, образуют минеральный матрикс костей. Различают два типа костной ткани: компактную и губчатую.

Компактная костная ткань

Компактная кость (или кортикальная кость), образующая твердый наружный слой всех костей, окружает костномозговую полость (самую внутреннюю часть или костный мозг). Он обеспечивает защиту и прочность костей. Компактная костная ткань состоит из единиц, называемых остеонами или гаверсовыми системами. Остеоны представляют собой цилиндрические структуры, содержащие минеральный матрикс и живые остеоциты, соединенные канальцами, транспортирующими кровь.Они располагаются параллельно длинной оси кости. Каждый остеон состоит из ламелл, слоев компактного матрикса, окружающих центральный канал (гаверсов или остеонический канал), который содержит кровеносные сосуды кости и нервные волокна. Остеоны в компактной костной ткани выровнены в одном направлении вдоль линий напряжения, помогая кости сопротивляться изгибу или перелому. Следовательно, компактная костная ткань видна в тех участках кости, к которым напряжения приложены только в нескольких направлениях.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Компоненты компактной костной ткани : Компактная костная ткань состоит из остеонов, расположенных параллельно длинной оси кости, и гаверсова канала, содержащего костные кровеносные сосуды и нервные волокна.Внутренний слой костей состоит из губчатой ​​костной ткани. Маленькие темные овалы в остеоне представляют собой живые остеоциты.

Губчатая костная ткань

Компактная костная ткань образует внешний слой всех костей, в то время как губчатая или губчатая кость образует внутренний слой всех костей. Губчатая костная ткань не содержит остеонов. Вместо этого он состоит из трабекул, которые представляют собой пластинки, расположенные в виде стержней или пластин. Между трабукулами находится красный костный мозг. Кровеносные сосуды в этой ткани доставляют питательные вещества к остеоцитам и удаляют отходы.Красный костный мозг бедренной кости и внутренней части других крупных костей, таких как подвздошная кишка, образует клетки крови.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Расположение трабекул в губчатой ​​кости : Трабекулы в губчатой ​​кости расположены таким образом, что одна сторона кости испытывает растяжение, а другая сопротивляется сжатию.

Губчатая кость уменьшает плотность кости, позволяя концам длинных костей сжиматься в результате нагрузки на кость. Губчатая кость видна в тех участках костей, которые не сильно нагружены или на которые воздействуют нагрузки со многих направлений.Эпифиз кости, такой как шейка бедренной кости, подвергается нагрузке со многих направлений. Представьте, что вы кладете на пол картину в тяжелой раме. Вы могли бы закрепить одну сторону картины зубочисткой, если бы зубочистка была перпендикулярна полу и картине. Теперь просверлите отверстие и воткните зубочистку в стену, чтобы повесить картину. В этом случае функция зубочистки состоит в том, чтобы передать нисходящее давление картины на стену. Сила, действующая на картину, направлена ​​прямо к полу, но сила, действующая на зубочистку, одновременно тянет вниз проволоку с изображением и толкает вверх дно отверстия в стене.Зубочистка отломится прямо у стены.

Шейка бедренной кости расположена горизонтально, как зубочистка в стене. Вес тела толкает ее вниз возле сустава, но вертикальный диафиз бедренной кости толкает ее вверх на другом конце. Шейка бедренной кости должна быть достаточно прочной, чтобы передать направленную вниз силу веса тела в горизонтальном направлении на вертикальный стержень бедренной кости.

Ключевые моменты

  • Компактная кость представляет собой твердый внешний слой всех костей, который защищает, укрепляет и окружает костномозговую полость, заполненную костным мозгом.
  • Цилиндрические структуры, называемые остеонами, расположены вдоль линий наибольшей нагрузки на кость, чтобы противостоять изгибу или перелому.
  • Губчатая или губчатая костная ткань состоит из трабекул, расположенных в виде стержней или пластинок, между которыми находится красный костный мозг.
  • Губчатая кость выделяется в областях, где кость менее плотная, и на концах длинных костей, где кость должна быть более сжимаемой из-за нагрузок, поступающих со многих направлений.

Основные термины

  • трабекула : небольшая минерализованная спикула, образующая сеть в губчатой ​​кости
  • эпифиз : закругленный конец любой длинной кости
  • остеоцит : зрелая костная клетка, участвующая в поддержании кости
  • остеон : любой из центральных каналов и окружающих костных слоев в компактной кости

Определение состава и структуры губчатой ​​костной ткани головки бедренной кости человека методом рамановского спектрального картирования

Abstract

Биомеханические свойства кости зависят от состава и организации коллагеновых волокон.В данном исследовании с помощью рамановской микроспектроскопии определяли содержание минеральных и органических компонентов и ориентацию коллагеновых волокон в губчатой ​​кости головки бедренной кости человека на микроструктурном уровне. Изменения состава и структуры трабекул иллюстрировали с помощью спектрального картирования комбинационного рассеяния. Поляризованные спектры комбинационного рассеяния позволяют проводить отдельный анализ локальных вариаций ориентации и состава. Соотношения ν 2 Po 4 4 3- / amide III, ν 4 Po 4 3- / amide III и ν 1 CO 3 2- / ν 2 PO 4 3− используются для описания относительного количества компонентов губчатой ​​кости.Соотношение ν 1 PO 4 3− /Амид I весьма чувствительно к влиянию ориентации и дает информацию об ориентации коллагеновых волокон. Представленные результаты иллюстрируют универсальность рамановского метода исследования костной ткани. Исследование позволяет лучше понять физиологию кости и оценить биомеханические свойства кости.

Введение

Костная ткань является основным компонентом скелетной системы. Внутри кости можно выделить различные типы тканей и других структур [1].Важными составляющими кости являются жировая ткань и другие кроветворные ткани, а также другие структуры, такие как хрящи, суставные поверхности суставов, надкостница, нервы и сосуды. Макроскопически костную ткань можно разделить на компактную кость и губчатую кость [1–3]. Компактная кость более устойчива к механическим воздействиям, чем губчатая кость, и состоит из остеонов (костных пластинок, расположенных концентрически вокруг гаверсовых каналов). Губчатая кость состоит из сети трабекул различной формы и толщины, расположенных вдоль направлений действия сил механического давления [2].Поэтому основной защитной функцией губчатой ​​кости является ее эластичность в предотвращении нагрузки. Эпифизы и метафизы длинных костей в основном состоят из губчатой ​​кости. Кость представляет собой уникальный тип соединительной ткани, состоящий из определенных типов клеток, дифференцированных из мезенхимальной линии, таких как плюрипотенциальные остеогенные клетки, остеобласты, остеоциты; клетки, дифференцированные из гемопоэтической линии, такие как проостеокласты и остеокласты, и внеклеточный матрикс, состоящий из органического матрикса и минеральных компонентов (кристаллов апатита, солей кальция и воды) [4–6].Органический матрикс на 90 % состоит из волокон коллагена I типа [7]. Коллагеновые волокна более эластичны и устойчивы к излому, чем кристаллы апатита. Таким образом, прочность костной структуры определяется минеральными компонентами [8], а эластичность и прочность ткани — органическими компонентами [9]. Комплементарные отношения между минеральными и органическими компонентами обеспечивают оптимальные механические свойства кости [10]. Изменения в тканевой организации и составе вызывают различия в прочности и биомеханических свойствах кости.Количество и качество минеральных и органических компонентов, ориентация и сшивка коллагеновых волокон вносят вклад в качество обоих типов костных тканей [11]. Расположение коллагеновых волокон и кристаллов апатита и их состав в трабекуле можно определить на микроструктурном уровне. Для каждой трабекулы характерно разное расположение коллагеновых волокон, что в данной работе понимается как разная ориентация коллагеновых волокон. В губчатой ​​костной ткани процесс организации и состава идет более интенсивно, чем в компактной костной ткани, поскольку губчатая кость метаболически более активна [12].Остеопороз является основной причиной снижения костной массы у пожилых людей. Частота переломов костей выше у пожилых людей, переломы возникают неожиданно при обычной повседневной деятельности [13, 14]. Частое место типичного остеопоротического перелома находится ниже головки бедренной кости. Ортопедическая хирургия является операцией выбора при остеопоротических переломах. Перелом проксимального конца бедренной кости представляет серьезную проблему для гериатрической медицины [15].

Для изучения биологического материала использовался ряд аналитических инструментов, включая инфракрасную и рамановскую спектроскопию [16].Использование колебательной спектроскопии в биологических исследованиях имеет ряд преимуществ. Во-первых, эти физические методы дают информацию о структуре и составе изучаемого материала на микроструктурном уровне. Во-вторых, спектроскопические данные получаются неинвазивным способом, поэтому один и тот же образец можно исследовать различными аналитическими методами. В-третьих, нет ограничений на размер, что позволяет исследовать большую площадь образца [17]. Хотя два основных метода дают схожие результаты, рамановский анализ имеет определенные преимущества.Рамановская спектроскопия обеспечивает превосходное пространственное разрешение 0,6–1 мкм по сравнению с инфракрасной спектроскопией 5–10 мкм. Таким образом, рамановские методы позволяют анализировать биологически важные участки, такие как отдельные линии цемента, отдельные ламели, области вокруг микротрещин и канальцы человеческого дентина, что было бы невозможно с помощью инфракрасных методов [18, 19]. Инфракрасное поглощение биологических молекул, особенно воды, очень затрудняет исследование [20]. В отличие от инфракрасной спектроскопии, рамановская спектроскопия относительно нечувствительна к воде, что позволяет анализировать полностью гидратированные образцы с минимальной подготовкой образца.В настоящее время новейшие рамановские приборы позволяют исследовать большинство биологических образцов, особенно костной ткани, в видимом диапазоне без эффекта флуоресценции [16].

Из-за неоднородной природы кости одна точка в рамановской микроспектроскопии не может в достаточной степени описать химический состав и структуру образца. По этой причине рамановская спектральная визуализация становится все более популярной для изучения сложноорганизованных систем, поскольку дает пространственную информацию об образцах [21, 22].В более ранних исследованиях рамановская микроспектроскопия использовалась для определения соотношения карбонатов к фосфатам и соотношений фосфатов к амидам в некоторых типах тканей [18, 19, 23]. Спектральное картирование комбинационного рассеяния использовалось для демонстрации ориентации минеральных и коллагеновых компонентов в костных ламеллах кортикальной кости [24] и, как было показано, позволяет визуализировать две соседние ортогональные плоскости в кортикальном слое для получения трехмерной информации [25]. Рагхаван и др. показали условия, при которых поляризованная рамановская спектроскопия может использоваться для количественного измерения ориентации минералов и матрицы в сильно мутной костной ткани.Систематические ошибки в расчетах распределения ориентации были сведены к минимуму за счет использования объектива с высокой числовой апертурой [26]. Корковая и губчатая кости не всегда изучались отдельно. Микроспектроскопия комбинационного рассеяния применялась для сравнения кортикальной и губчатой ​​костной ткани из одной и той же бедренной и большеберцовой кости стандартных лабораторных мышей [27]. Другие авторы представили возможности рамановской микроспектроскопии для прижизненного исследования кости с использованием костной камеры [16]. Использование костной камеры в рамановских исследованиях позволяет отслеживать изменения состава костей и биоматериалов у живых животных с течением времени.

Материалы и методы

Материалом для исследования послужили пять головок бедренных костей пациентов, перенесших остеопоротические переломы ниже головки бедренной кости. Исследован материал от группы из пяти пациентов в возрасте от 60 до 74 лет. Методом выбора у вышеперечисленных больных была гемиаллопластическая операция (использовался биполярный протез). Из головок бедренных костей этих пациентов были получены поперечные срезы толщиной 5 мм. В данной работе представлены результаты исследования одной репрезентативной головки бедренной кости 67-летней женщины.Поскольку головка бедренной кости состоит в основном из губчатой ​​кости, эта часть костной ткани привлекала к себе большое внимание. Исследование получило одобрение местной биоэтической комиссии при Великопольской медицинской палате в Познани (№ 14/2008 от 27 августа 2008 г.).

В настоящем исследовании рамановская микроспектроскопия применялась для анализа минерального и органического состава и ориентации коллагеновых волокон в губчатой ​​костной ткани головки бедренной кости человека. Изменения состава и структуры губчатой ​​костной ткани иллюстрировали картами поляризованных спектров КР.Результаты демонстрируют универсальность рамановского метода как аналитического спектроскопического метода и дают представление об организации губчатой ​​костной ткани на микроструктурном уровне. Определение состава и расположения коллагеновых волокон позволяет лучше понять физиологию кости и оценить биомеханические свойства кости. Это исследование способствует разработке метода, позволяющего выявлять лиц с риском переломов костей.

Все измерения проводились на микроскопе Renishaw inVia с лазером с диодной накачкой мощностью 500 мВт и длиной волны инфракрасного излучения 785 нм.Лазерный луч фокусировался на образце через большое рабочее расстояние объектива 50×/0,5. Множественное рассеяние в мутной костной ткани вызывает деполяризацию света и вносит ошибки в измерения поляризованного комбинационного рассеяния. Использование наименьшей глубины резкости позволяет минимизировать эффекты деполяризации, что необходимо для определения ориентации коллагена в костной ткани [26]. Поэтому измерения проводились под микроскопом в режиме высокой конфокальности. Конфокальная система улучшила осевое разрешение, а глубина резкости с этим объективом составила 2.2 мкм. Использовались ПЗС-детектор с воздушным охлаждением (Rencam) и дифракционная решетка 1200 мм -1 . В начале каждого экспериментального сеанса лазер проверялся на совмещение с оптической осью микроскопа, а спектральные данные (волновое число и интенсивность) проверялись с использованием полосы 521 см -1 внутреннего кремниевого образца. Благодаря описанной выше процедуре спектры КР были получены в тех же спектральных условиях. Для исследования костей регистрировали спектры КР в спектральных диапазонах 200–1800 и 2800–3200 см -1 .Общее спектральное разрешение было лучше 1 см -1 , а объектив микроскопа обеспечивал пространственное разрешение 2 мкм. Во время измерений образец получил 50 мВт. Карты КР губчатой ​​костной ткани получали с помощью моторизованного по трем осям столика микроскопа, позволяющего наблюдать за образцом через оптическую камеру. Рамановские изображения были получены в прямоугольных областях размером 90 × 90 мкм 2 и с шагом 10 мкм в пяти различных участках губчатой ​​костной ткани определенных головок бедренной кости.Анализ каждой карты дал одинаковые результаты. Падающий свет может быть линейно поляризован с помощью полуволновой пластины. Рассеянный комбинационным светом свет можно было обнаружить в линейной поляризации (вертикальное и горизонтальное направление) с помощью поляризаторов. Поляризация рассеянного света позволяет определить ориентацию коллагеновых волокон. Карты комбинационного рассеяния были получены путем однократного анализа каждой точки данных. Время экспозиции для получения индивидуальных спектров КР составляло 10 с, спектры записывались без накопления.Артефакты космических лучей были удалены, и анализ спектров был выполнен в том же программном обеспечении WIRE 3.0 (Renishaw). Фон рэлеевского рассеяния вычитался вручную из каждого необработанного спектра с использованием полиномиальной кривой. Изображения, отображающие изменения состава и ориентации коллагеновых волокон в губчатой ​​костной ткани, были созданы с помощью программного обеспечения OriginPro 8.0.

Результаты и обсуждение

На рисунке а показан типичный рамановский спектр губчатой ​​костной ткани. Обозначены основные полосы в спектрах КР костной ткани, соответствующие минеральной и органической составляющим.Одновременно получают информацию о минеральном и органическом составе, что дает полное представление о составе костной ткани в районе обследования. Очень важным фактом является то, что полосы, соответствующие этим двум фазам, четко разделены [27]. На рис. b показан диапазон волновых чисел, в котором могут встречаться полосы в рамановском спектре кости, и указаны компоненты структуры кости, соответствующие этим полосам. В минеральной части спектра преобладает внутренняя мода ν 1 фосфата (PO 4 3− ) на 961 см −1 .Остальные маркеры минеральной составляющей, связанные с ν 2 и ν 4 фосфатными колебаниями, обнаруживаются на 430 и 587 см −1 соответственно [16, 25, 27]. Колебание ν 3 фосфата плохо видно в области 1035–1048 см −1 и перекрывается с колебанием карбоната, замещенного в структуре апатита, проявляясь в области 1070–1075 см −1 , поэтому его нельзя использовать для выявления изменений в губчатой ​​костной ткани.Полосы CO 3 2− как B-типа, так и A-типа наблюдаются при 1073 и 1103 см −1 соответственно [16]. Однако слабость карбонатной полосы типа А не позволяет получить информацию о составе губчатой ​​костной ткани, поэтому используется только режим типа В. Основные полосы, отнесенные к органическим компонентам, находятся в области: ~1200–1320 см –1 (амид III), ~1595–1700 см –1 (амид I), ~1400–1470 см –1 и ~2800–3100 см –1 (моды изгиба и растяжения групп С–Н соответственно) [16, 24].В этом исследовании максимумы полос, отнесенных к амиду I и амиду III, находятся при 1655 и 1300 см -1 соответственно. Полосы, отнесенные к группам C–H, присутствующим как в коллагеновых, так и в неколлагеновых фрагментах, видны при 1443 см -1 и 2852, 2877, 2935 см -1 .

Типичный рамановский спектр губчатой ​​костной ткани, показывающий основные полосы и соответствующие соединения. Фоновый сигнал был удален ( a ). Диапазоны волновых чисел, в которых могут появляться полосы в рамановском спектре костной ткани ( b )

Рамановский сигнал зависит не только от состава, но и от локальной ориентации волокон коллагена или кристаллов апатита и изменяется в зависимости от поляризации падающего и рассеянного света, поэтому интерпретация спектров костных тканей сложнее, чем спектров изотропных материалов [24, 27, 28].Структура тройной спирали коллагена определяет положение амидных связей относительно остова. Связи C=O перпендикулярны оси молекулы, а связи C–N перпендикулярны и вдоль этой оси [24]. Полоса Amide I преимущественно связана с валентным колебанием C=O, тогда как мода Amide III в основном связана с колебанием C–N [29]. Поэтому поведение поляризованных полос амида I и III совершенно различно. Интенсивность полосы амида I выше для поляризации, перпендикулярной коллагеновым волокнам, в то время как полоса амида III характеризуется двумя различными модами колебаний C–N, соответствующими перпендикулярной и параллельной конформациям [30].При объединении обеих конформаций эффект ориентации не обнаруживается [24]. Кристаллографическая ось С кристаллов апатита проходит вдоль волокон коллагена [11] и связана с колебаниями ν 1 фосфата. Так, интенсивность полосы ν 1 PO 4 3− имеет максимальное значение, когда поляризация падающего света параллельна ориентации коллагеновых волокон [31]. Казанси и др. [24] сообщили, что интенсивность полос Рамана сильно зависит как от химического состава, так и от ориентации коллагеновых волокон кортикальной костной ткани относительно линейной поляризации падающего света.Эта работа также показала, что полосы, такие как ν 1 PO 4 3– и Амид I, весьма чувствительны к ориентации и поляризации падающего света, поэтому эти полосы дают информацию об ориентации коллагена. волокна. Напротив, полосы, подобные полосам, отнесенным к амиду III, ν 2 PO 4 3− и ν 4 PO 4 3−, менее чувствительны к ориентационным эффектам и указывают на изменения минерального состава. органический состав костной ткани.Нас волнует похожая, но не та же самая проблема. В нашей работе была использована рамановская микроспектроскопия для определения химического состава и ориентации коллагеновых волокон в губчатой ​​костной ткани. В этом исследовании линейно поляризованный падающий, а также рассеянный свет использовался для получения рамановских карт, показывающих изменения в структуре поверхности трабекулы.

Интенсивность отдельных полос КР не может быть использована в качестве эмпирической меры содержания минеральных и органических компонентов в костной ткани, так как на интенсивность полос сильно влияет неровность поверхности биологического материала.При измерениях изменяется расстояние от объектива до образца, поэтому изменяется и фокус лазерного луча. Для устранения влияния этого фактора использовались соотношения интенсивностей соответствующих полос в спектрах КР. На рисунке представлены линейчатые спектры (а) ν 2 PO 4 3– /Амид III (б) ν 4 PO 4 3– /Амид III, (в) 0 PO 4 3- /Амид I и (d) ν 1 CO 3 2- 2 PO 4 соотношение 5s 4 Этот результат получен из рамановских карт губчатой ​​костной ткани для различных поляризаций падающего света. На рис. д показан участок костной ткани, исследованный по спектрам комбинационного рассеяния с 10 измерительными линиями. Интенсивности полос спектров КР, полученных по этим линиям, представлены на графиках отношений. Исследование проводилось на прямоугольных участках размером 90 × 90 мкм 2 , а спектры комбинационного рассеяния были получены с шагом 10 мкм.

участки ν 2 Po 4 4 3- 3- / амид III ( A ), ν 4 Po 4 Po 3 / Amide III ( B ), ν 1 Po 4 3- / амид I ( C ) и ν 1 CO 3 2 2 / ν 2 / ν 4 Po 4 3- ( D ) Соотношения, полученные из Рамановские карты губчатой ​​костной ткани с горизонтальной ( тонкая серая линия ) и вертикальной ( толстая черная линия ) поляризацией лазерного излучения.Фотография ( e ) с сеткой измерений спектров КР на поверхности трабекулы. строк показать направления последовательных измерений

в качестве маркеров химического состава соотношения ν 2 Po 4 / амид III, ν 4 Po 4 3 / амид III и ν 1 CO 3 2− 2 PO 4 3− . Полосы, используемые в вышеуказанных соотношениях, менее чувствительны к эффекту ориентации, как показано на рис.а, б и г. Соотношения ν 2 ПО 4 3– /Амид III и ν 4 ПО 4 3– /Амид III (рис. а, б) существенно не изменяются для горизонтального и вертикального поляризация падающего света. В результате карты этих соотношений могут быть использованы для получения информации о соотношении содержания минеральных и органических компонентов в губчатой ​​костной ткани. Аналогичным образом не было отмечено существенных различий в соотношении ν 1 СО 3 2– / ν 2 PO 4 3– (рис.г) для горизонтальной и вертикальной поляризации лазерного излучения. Однако соотношение ? Таким образом, карты соотношения ν 1 СО 3 2− 2 PO 4 3− информируют об относительном содержании двух минеральных компонентов, карбонатов и фосфатов, в одном и том же районе реки. губчатая костная ткань.Ориентация коллагена в трабекулах показана на картах соотношения ν 1 PO 4 3− /амид I, поскольку эти полосы весьма чувствительны к эффекту ориентации. Линейный график отношения ν 1 PO 4 3− / Амид I (рис. в) демонстрирует выраженный ориентационный эффект, который не наблюдается на других графиках отношений. Изменения ориентации волокон на исследуемой поверхности трабекул проявляются в седьмой строке. Тогда отношение ν 1 PO 4 3− /Амид I уменьшается для вертикальной поляризации падающего света и увеличивается для горизонтальной поляризации.На графике отношений виден эффект ориентации, связанный с расположением коллагеновых волокон из-за разности фаз между компонентами ν 1 PO 4 3− и амида I, возникающей из-за того, что направления их колебаний перпендикулярны друг другу. Наибольшее значение отношения ν 1 PO 4 3− /амид I достигается, когда поляризация падающего света параллельна ориентации коллагеновых волокон, в отличие от наименьшего значения ν 1 PO 4 Соотношение 3− /амид I получают, когда поляризация падающего света перпендикулярна ориентации коллагеновых волокон.Следовательно, максимальному отношению ν 1 PO 4 3− /Амид I в вертикальной поляризации соответствует минимальное значение этого отношения в горизонтальной поляризации (рис. в)

Спектроскопия комбинационного рассеяния с микро- Уровень пространственного разрешения позволяет генерировать изображения, отображающие спектры комбинационного рассеяния, и, как следствие, позволяет идентифицировать локальные изменения в составе и структуре костной ткани [32]. Рисунки и изображения соотношений ν 2 PO 4 3− / Амид III (a, e), ν 4 PO 4 3− / Амид III (b, f), ν 1 CO 3 3 2- / ν 2 Po 4 3- 3- (C, G) и ν 1 Po 4 3- / амид I (D, H ).Карты спектров комбинационного рассеяния, сгенерированные для вертикальной и горизонтальной поляризации падающего света, представлены на рис. , а для различных поляризаций падающего и рассеянного света – на рис.  (стрелки на рисунках указывают эти направления поляризации). На каждом изображении показана одна и та же площадь поверхности трабекулы. В масштабных линейках указаны максимальные значения коэффициентов, а минимальное значение равно 0 для всех изображений. Яркая контрастность соответствует максимальному соотношению, а темная — наименьшему.

Контрастные изображения на основе соотношений ν 2 Po 4 3- / амид III ( A , E ), ν 4 Po 4 3- / амид III ( B , F ), ν 1 CO 3 2- 2- / ν 2 Po 4 3 3- ( C , г ) и ν 1 Po 4 3- / Амид I ( d , h ). Стрелки указывают на поляризацию лазерного излучения, а цветная полоса отображает максимальное соотношение для каждого изображения ), ν 4 Po 4 4 3- / амид III ( B , F ), ν 1 CO 3 2- / ν 2 Po 3- ( c , g ) и ν 1 PO 4 3- /Амид I ( d , h ).Стрелки указывают поляризацию падающего и рассеянного лазерного луча, а цветная полоса показывает максимальное отношение для каждого изображения

Выводы о химическом составе можно сделать из рис. Amide iii (а), ν 4 Po 4 3- / amide III (b) и ν 1 CO 3 2- / ν 2 Po 4 3- (в) получено для вертикальной поляризации лазерного излучения.Изображения на рис. а, б указывают на степень минерализации и дают информацию об изменении содержания кристаллов гидроксиапатита по отношению к содержанию коллагена в трабекулах. Изображения демонстрируют очень похожие изменения контраста; т. е. более светлые и более темные области находятся в одних и тех же областях и соответствуют более высокому и более низкому соотношению содержания минералов и органики. На рис. c мы сравниваем содержание карбонатного апатита с содержанием гидроксиапатита. Более высокое отношение кристаллов фосфата к карбонату происходит в той же области, что и более высокое отношение содержания гидроксиапатита к содержанию коллагена на рис.а, б. На рисунке d показано контрастное изображение соотношения ν 1 PO 4 3− /амид I для полос, весьма чувствительных к эффекту ориентации. Это изображение должно позволить определить ориентацию коллагеновых волокон в трабекулах, но оно не показывает выраженного структурного эффекта. На рисунке d видны небольшие изменения контраста по сравнению с другими изображениями соотношения, относящимися к химическому составу (рис. a–c). Сходство в характере карт ориентации и химического состава коллагена, вероятно, связано с распределением компонентов костной ткани.Это означает, что различия в контрасте карт, относящихся к химическому составу, слишком велики по сравнению с картами, относящимися к ориентации коллагеновых волокон, поэтому эффект ориентации не обнаруживается. Следовательно, на рис. а–d представлены очень похожие контрастные изображения.

Рисунок Отображает изображения для ν 2 Po 4 Po 4 3 3- / amide III (E), ν 4 Po 4 3- / Amide III (F), ν 1 CO 3 2- 2 ПО 4 3- (ж) и ν 1 ПО 4 3- /ч .Изображения соотношений, иллюстрирующие химический состав (рис. e–g), похожи, и контрасты в них меняются аналогичным образом. Небольшие различия в контрасте оправданы тем, что полосы, используемые в этих соотношениях, менее чувствительны к влиянию ориентации. Изображения, полученные в ортогональной поляризации — вертикальной и горизонтальной — достаточно похожи и не имеют существенных различий. Небольшие изменения в изображениях на основе соотношений ν 2 Po 4 Po 4 3- / амид III, ν 4 Po 4 3- / амид III, ν 1 CO 3 2– 2 PO 4 3– являются результатом различного поведения полосы Амида III в свете разных поляризаций [33].Однако изменения в полосе амида III намного меньше, чем в полосе амида I, поэтому только первая полоса дает информацию об органическом составе. На рис. з, основанном на полосах, чувствительных к ориентации коллагеновых волокон, показаны контрастные изменения, аналогичные таковым на картах, относящихся к химическому составу трабекулы (рис. д–ж). Поэтому трудно сделать вывод, соответствует ли самый высокий контраст ориентации коллагеновых волокон или изменениям химического состава. Более того, изображения на рис.d и h почти идентичны, и их контрасты не сильно меняются для разных поляризаций света. Возможно, такие небольшие изменения контраста являются следствием особой ориентации коллагеновых волокон на этой поверхности. Если ориентация не параллельна горизонтальной или вертикальной поляризации лазерного света, то есть если волокна перекошены, то изменения поляризуемости молекулы коллагена обнаруживаются для обеих поляризаций света. Поэтому изображения отношений, полученные для вертикальной и горизонтальной поляризации, очень похожи.Детальный сравнительный анализ рис. d и h показывает небольшие различия в контрасте. Стрелки на рис. h указывают на область с ярким цветовым контрастом, которая соответствует темным контрастным областям на рис. d. Это может означать, что ориентация коллагена параллельна горизонтальному направлению в этой части поверхности трабекулы. На остальных участках изображений отчетливых контрастных различий не проявляется, поэтому больше ничего сказать об ориентации коллагена нельзя.

Изображения на рис. были получены для соответствующих различных поляризаций падающего и рассеянного света.Рис. а–г получены для вертикальной поляризации падающего и рассеянного пучков, а рис. д–з – для их ортогональной поляризации. Карты, основанные на соотношениях ν 2 PO 4 3– /Амид III (а, д), ν 4 PO 4 3– /Амид III (б, е), не показывают значительные изменения, поэтому эти изображения были приняты в качестве индикатора минерального содержания к органическому содержанию в губчатой ​​костной ткани. Изображения, построенные по отношениям ν 1 CO 3 2− 2 PO 4 3− (в, ж), не показывают отчетливых изменений для разных поляризаций рассеянного света, аналогично как у ν 2 PO 4 3- /Амид III и ν 4 PO 4 3- /Амид III, таким образом, они также относятся к губчатому составу кости, т.е.д., дайте информацию об относительном количестве карбонатапатита к гидроксиапатиту. Так маленькие изменения на рис. A-C, E-G докажите, что ν 2 Po 4 , ν 4 Po 4 3 , ν 1 CO 3 2- и Амид III менее подвержены поляризационным эффектам. В отличие от этих полос, полосы ν 1 ПО 4 3– и Амида I характеризуются более высокой чувствительностью к поляризационным эффектам, поэтому соотношение ν 1 ПО 4 3– /Амид I может показать ориентацию волокна.Контрастные изображения на рис. г, з, полученные для падающего света, поляризованного в двух разных направлениях, не обнаруживают существенных различий, тогда как контрастные изображения на рис. Когда поляризация падающего и рассеянного лазерного света одинакова, контраст на (рис. г) аналогичен контрасту изображений, дающих информацию о составе кости (рис. а, б). С другой стороны, когда поляризации падающего и рассеянного света взаимно перпендикулярны, то контраст (рис.з) многое меняется. Столь разное поведение поляризованного рассеянного света является результатом наличия коллагеновых волокон в структуре губчатой ​​костной ткани. Определенная область на поверхности трабекулы соответствует высоким значениям интенсивности (яркий контраст) на рис. d, а та же область на рис. h соответствует низким значениям интенсивности (темный контраст). Изменения соотношения интенсивностей, вызванные изменениями поляризации рассеянного света, позволяют определить ориентацию коллагеновых волокон. Например, мы можем заключить, что коллагеновые волокна располагаются параллельно поляризации падающего луча (или поляризации рассеянного луча) только тогда, когда поляризации этих двух лучей совпадают, что соответствует яркому цветовому контрасту.Однако для проверки этого вывода область яркого контраста должна соответствовать области темного контраста на карте для ортогональных поляризаций падающего и рассеянного света (рис. з). Анализ ориентации коллагена в трабекулах выполнен на основании рис. г, з. Стрелки на рис. г указывают на расположение коллагеновых волокон, близкое к вертикальному. Стрелки на рис. з указывают на область темного контраста, поэтому, принимая во внимание вышеизложенное, можно сделать вывод, что коллагеновые волокна располагаются перпендикулярно этим стрелкам.