Гістологія кісткової тканини людини

Кісткова тканина – найважливіша тканина в нашому організмі. Вона виконує безліч функцій. Кісткову тканину в гістології відносять до різновиду скелетної сполучної тканини, до якої відноситься також хрящова тканина. Клітини скелетних сполучних тканин, в тому числі і кісткової, розвиваються з мезенхіми.

Скелетні сполучні тканини

Скелетні сполучні тканини виконують безліч функцій:

Кістки – це опора всього організму. Скелет дозволяє людині, що складається цілком і повністю з м’яких тканин, впевнено відчувати себе у просторі.

Завдяки скелету ми можемо рухатися. М’язи кріпляться до кісток, які, в свою чергу, утворюють важелі руху, що дозволяють виконувати будь-які дії.

Депо багатьох мінеральних речовин міститься саме в кісткової тканини. Кісткова тканина бере участь у метаболізмі фосфору і кальцію.

В кістках, а саме в червоному кістковому мозку, відбувається кровотворення.

Функції кісткової тканини в гістології визначають як збігаються з функціями усіх скелетних сполучних тканин, однак у цієї тканини є ряд унікальних властивостей.

Основною рисою і відмінністю кісткової тканини від інших сполучних є високий вміст у ній мінеральних речовин, що становить 70 %. Цим пояснюється міцність кісток, адже міжклітинний речовина кісткової сполучної тканини знаходиться в твердому стані.

Кісткові тканини. Хімічний склад кісткової тканини

Кісткову тканину потрібно почати з вивчення її хімічного складу. Це дозволить зрозуміти її особливі властивості. Вміст органічних речовин у тканини становить від 10 до 20 %. Води міститься від 6 % до 20 %, мінеральних речовин, як було сказано вище, найбільше – до 70 %. Основні елементи мінерального речовини кістки – це фосфат кальцію і гідроксиапатити. Також високий вміст мінеральних солей.

Поєднання органічних і неорганічних речовин кісткової тканини пояснює міцність, пружність кісток, їх здатність витримувати великі навантаження. У той же час занадто високий вміст мінеральних речовин надає кісткам значну крихкість.

Міжклітинний речовина утворена на 95 % колаген I типу. На волокнах білка накопичуються органічні речовини. Фосфопротеины сприяють накопиченню іонів кальцію в кістках. Протеоглікани сприяють зв’язуванню колагену з мінеральними сполуками, утворення яких, у свою чергу, допомагає лужна фосфатаза і остеонектин, що стимулює подальше зростання кристалів неорганічних сполук.

Клітинні компоненти

Клітини кісткової тканини в гістології ділять на три види: остеобласти, остеоциты та остеокласти. Клітинні компоненти взаємодіють між собою, утворюючи цілісну систему.

Остеобласти

Остеобласти – це клітини кубічної, овальної форми з ексцентрично розташованим ядром. Розмір таких клітин складає приблизно 15-20 мкм. Органели розвинені добре, виражена гранулярна ЕПС і комплекс Гольджи, що може пояснити активний синтез експортованих білків. В гістології на препараті кісткової тканини цитоплазма клітин забарвлюється базофильно.

Остеобласти локалізуються на поверхні кісткових балок в утворюваної кістки, там же вони залишаються у зрілих кісток в губчатій речовині. У сформованих кістках остеобласти можна виявити в окісті, в эндосте, що покриває костномозговой канал, в периваскулярном просторі остеонов.

Остеобласти беруть участь у остеогенезе. Завдяки активному синтезу та експорту білків утворюється матрикс кістки. Завдяки лужної фосфатазе, яка активна в клітці, йде накопичення мінеральних речовин. Не варто забувати про те, що остеобласти – це попередники остеоцитів. Остеобласти виділяють матріксні бульбашки, вміст яких запускає процес утворення кристалів з мінеральних речовин у кістковому матриксі.

Остеобласти діляться на активні і покояться. Активні беруть участь у остеогенезе і продукують компоненти матриксу. Спочиваючі остеобласти з ендостальної мембраною захищають кісткове речовина від остеокластів. Спочиваючі остеобласти можуть активуватися при перебудови кістки.

Остеоциты

Остеоциты – це зрілі, добре диференційовані клітини кісткової тканини, розташовані по одній в лакунах, званих ще кістковими порожнинами. Клітини овальної форми з численними відростками. Розмір остеоцитів становить приблизно 30 мкм в довжину і до 12 в ширину. Ядро витягнуте, розташоване по центру. Хроматин конденсирован, утворює великі грудочки. Органели розвинені слабо, чим може пояснюватися мала синтетична активність остеоцитів. Клітини з’єднуються один з одним відростками допомогою клітинних контактів нексусов, утворюючи синцитий. По відростках відбувається обмін речовинами між тканиною кістки і кровоносними судинами.

Остеокласти

Остеокласти, на відміну від остеобластів та остеоцитів, походять з клітин крові. Остеоциты утворюються при злитті декількох промоноцитов, тому деякі автори не вважають їх клітинами і зараховують до симпластам.

За будовою остеокласти являють собою великі трохи витягнуті клітини. Розмір клітин може варіювати від 60 до 100 мкм. Цитоплазма може забарвлюватися як оксифильно, так і базофильно, все залежить від віку клітин.

У клітці можна виділити кілька зон:

Базальна, що містить основні органели і ядра.

Гофрована облямівка з мікроворсинок, які проникають у кістку.

Везикулярна зона, у якій містяться руйнують кістку ферменти.

Світла зона прилипання, сприяє фіксуванню клітини.

Зона резорбції

Остеокласти руйнують кісткову тканину, беруть участь у розбудові кістки. Руйнування кісткового речовини, або, по-іншому, резорбція, – важливий етап перебудови, за яким слідує утворення нової речовини з допомогою остеобластів. Локалізація остеокластів збігається з перебуванням остеобластів, в заглибинах на поверхні кісткових балок, эндосте і окістю.

Окістя

Окістя складається з остеобластів, остеокластів і остеогенних клітин, які беруть участь у рості та відновлення кістки. Окістя багата кровоносними судинами, гілки яких обвивають кістка, проникаючи в її речовина.

В гістології класифікація кісткових тканин не дуже обширна. Тканини ділять на грубоволокнистую і пластинчасту.

Грубоволокнисті кісткова тканина

Грубоволокнисті кісткова тканина зустрічається в основному у дитини до його народження. У дорослого вона залишається в швах черепа, зубних альвеолах, у внутрішньому вусі, в місцях прикріплення сухожиль до кісток. Грубоволокнисті кісткова тканина в гістології визначається попередницею пластинчастої.

Тканина складається з хаотично розташованих товстих пучків колагенових волокон, які містяться в матриксі, що складається з неорганічних речовин. В міжклітинному речовині також знаходяться кровоносні судини, які розвинені досить слабо. Остеоциты розташовані в міжклітинному речовині в системах лакун і каналів.

Пластинчаста кісткова тканина

Всі кістки організму дорослої, за винятком місць прикріплення сухожиль і ділянок черепних швів, складаються з пластинчастої кісткової сполучної тканини.

На відміну від грубоволокнистої кісткової тканини, всі компоненти пластинчастої структуровані і утворюють кісткові пластинки. Колагенові волокна в межах однієї пластинки мають одне спрямування.

Існує два різновиди пластинчастої кісткової тканини в гістології – губчаста і компактна.

Губчата речовина

В губчатій речовині пластинки об’єднуються в трабекули, структурні одиниці речовини. Дугоподібні пластинки лежать паралельно один одному, утворюючи бессосудистые кісткові балки. Пластинки орієнтовані вздовж напряму самих трабекул.

Трабекули з’єднуються один з одним під різними кутами, утворюючи об’ємну структуру. У проміжках між кістковими балками розташовуються кісткові комірки, що робить це речовина пористим, пояснюючи назву тканини. У клітинках знаходиться червоний кістковий мозок та судини, що живлять кістка.

Губчата речовина знаходиться у внутрішній частині плоских і губчастих кісток, в епіфізах та внутрішніх шарах діафіза трубчастих.

Компактна кісткова речовина

Гістологія пластинчастої кісткової тканини повинна бути добре вивчена, оскільки саме цей різновид кісткової тканини є найбільш сложноустроенной і містить безліч різноманітних елементів.

Кісткові пластинки у компактній речовині розташовані по колу, вони вкладаються один в одного, утворюючи щільну купку, де практично немає проміжків. Структурною одиницею є остеон, утворений кістковими пластинами. Платівки можна розділити на кілька видів.

Зовнішні генеральні пластинки. Розташовуються прямо під окістям, оперізуючи всю кістку. У губчастих і плоских кістках компактне речовина може бути виражено тільки такими пластинками.

Остеонные пластинки. Такий тип пластинок утворює остеоны, концентричні пластини, що лежать навколо судин. Остеон – основний елемент компактного речовини диафизов в трубчастих кістках.

Інтернейрони пластинки, які є залишками руйнуються пластинок.

Внутрішні генеральні пластинки оточують костномозговой канал з жовтим кістковим мозком.

Компактне речовина локалізується в поверхневому шарі плоских і губчастих кісток, диафизе і поверхневих шарах епіфіза трубчастих кісток.

Кістка вкрита окістям, що містить камбіальні клітини, завдяки яким кістка росте в товщину. Також в окісті містяться остеобласти і остеокласти.

Під накостницей лежить шар зовнішніх генеральних пластинок.

В самому центрі трубчастої кістки розташовується кістковомозкова порожнину, покрита эндостом. Эндост покривають внутрішні генеральні пластинки, укладаючи його в кільце. До костномозговой порожнини можуть примикати трабекули губчастої речовини, тому в деяких місцях пластинки можуть ставати менш вираженими.

Між зовнішнім і внутрішнім шарами генеральних пластинок розташовується остеонный шар кістки. В центрі кожного остеона знаходиться Гаверсов канал з кровоносних посудиною. Гаверсовы канали з’єднуються між собою поперечними каналами Фолькмана. Простір між пластинками і посудиною називається периваскулярним, посудину покриває пухка сполучна тканина, а в периваскулярном просторі містяться клітини, подібні з клітинами окістя. Канал оточують шари остеонных пластинок. У свою чергу остеоны відокремлюються один від одного резорбционной лінією, яку нерідко називають спайной. Також між остеонами знаходяться інтернейрони пластинки, являють собою залишковий матеріал остеонов.

Між пластинками остеона розташовуються кісткові лакуни з ув’язненими в них остеоцитами. Відростки остеоцитів утворюють канальці, по яких перпендикулярно пластин відбувається транспорт поживних речовин в кістці.

Волокна колагену дозволяють бачити в мікроскоп кісткові канали і порожнини, т. к. вистелені колагеном ділянки фарбуються коричневим кольором.

В гістології на препараті пластинчаста кісткова тканина забарвлюється за Шморлю.

Остеогенез

Остеогенез буває прямий і непрямий. Пряме розвиток здійснюється з мезенхіми, з клітин сполучної тканини. Непряме – з клітин хрящової. В гістології прямий остеогенез кісткової тканини розглядається перед непрямим, т. к. є більш простим і древнім механізмом.

Прямий остеогенез

Із сполучної тканини розвиваються кістки черепа, дрібні кістки кисті та інші плоскі кістки. В утворенні кісток таким способом можна виділити чотири стадії

Освіта скелетогенного зачатка. У перший місяць сомитов в мезенхиму потрапляють стромальні стовбурові клітини. Відбувається розмноження клітин, збагачення тканини судинами. Під впливом факторів росту клітини формують скупчення до 50 штук. Клітини секретують білки, розмножуються і ростуть. В стовбурових стромальних клітинах запускається процес диференціювання, вони перетворюються в остеогенні клітини-попередниці.

Остеоидная стадія. У остеогенних клітинах відбувається синтез білків та накопичення глікогену, органел стає більше, вони активніше функціонують. Остеогенні клітини синтезують колаген та інші білки, наприклад кістковий морфогенетичні білок. З часом клітини починають рідше розмножуватися і диференціюються в остеобласти. Остеобласти беруть участь у формуванні міжклітинної речовини, бідного мінералами і багатого органічною речовиною, остеоїду. Саме на цій стадії з’являються остеоциты та остеокласти.

Мінералізація остеоїду. У цьому процесі також беруть участь остеобласти. У них починає працювати лужна фосфатаза, активність якої сприяє накопиченню мінеральних речовин. У цитоплазмі з’являються матріксні бульбашки, заповнені білком остеокальцином і фосфатом кальцію. Мінеральні речовини приклеюються до колагену завдяки остеокальцину. Трабекули збільшуються і, з’єднуючись один з одним, утворюють мережу, де ще залишається мезенхима і судини. Вийшла тканина називається первинної перетинкової тканиною. Кісткова тканина є грубоволокнистої, формує первинну губчасту кістку. У цю стадію з мезенхіми утворюється окістя. Поблизу кровоносних судин окістя виникають клітини, які потім будуть брати участь у рості і регенерації кістки.

Утворення кісткових пластинок. На цій стадії відбувається заміщення первинної перетинкової кісткової тканини на пластинчасту. Остеоны починають заповнювати проміжки між трабекул. З кровоносних судин в кістку надходять остеокласти, які утворюють у ній порожнини. Саме остеокласти створюють порожнину для кісткового мозку, впливають на форму кістки.

Непрямий остеогенез

Непрямий остеогенез протікає при розвитку трубчастих і губчастих кісток. Для розуміння всіх механізмів остеогенезу потрібно добре розбиратися в гістології хрящової і кісткової сполучних тканин.

Весь процес можна розбити на три етапи:

Утворення хрящової моделі. У диафизе хондроцити відчувають нестачу поживних речовин і стають пузырчатыми. Виділяються матріксні бульбашки призводять до “обызвествлению” хрящової тканини. В гістології хрящова та кісткова тканини взаємопов’язані. Вони починають заміняти один одного. Надхрящница стає окістям. Хондрогенные клітини переходять в остеогенні, які, в свою чергу, стають остеобластами.

Освіта первинної губчастої кістки. На місці хрящової моделі виникає груба волокниста сполучна тканина. Також утворюється перихондральное кісткове кільце, кісткова манжета, де остеобласти утворюють трабекули прямо в місці діафіза. Через виникнення кісткової манжети харчування хряща стає неможливим, і хондроцити починають гинути. Хрящова та кісткова тканини в гістології дуже взаємопов’язані. Слідом за загибеллю хондроцитів остеокласти утворюють канали від периферії кістки глибині до діафіза, за яким йде рух остеобластів, остеогенних клітин і кровоносних судин. Починається энхондральное окостеніння, з часом переходить в эпифизарное.

Перебудова тканини. Первинна груба волокниста тканина поступово переходить в пластинчасту.

Ріст і розвиток кісткової тканини

Ріст кістки у людини йде до 20 років. Кістка росте в ширину за рахунок окістя, в довжину за рахунок метаепіфізарній пластинки росту. В метаепіфізарній платівці можна виділити зону спочиваючого хряща, зону стовпчастого хряща, зону пухирчастого хряща і зону обызвествленного хряща.

Безліч факторів впливає на ріст і розвиток кісток. Це можуть бути фактори внутрішнього середовища, чинники зовнішнього середовища, нестача або надлишок певних речовин.

Зростання супроводжується резорбцією старої тканини і заміщенням її нової молодої. В дитячому віці кістки ростуть дуже активно.

На ріст кісток впливає безліч гормонів. Наприклад, соматотропін стимулює ріст кісток, але при його надлишку може виникати акромегалія, при нестачі – карликовість. Інсулін необхідний для правильного розвитку остеогенних і стовбурових стромальних клітин. Статеві гормони впливають на ріст кісток. Їх підвищений вміст в ранньому віці може призвести до вкорочення кісток із-за раннього окостеніння метаепіфізарній пластинки. Їх знижений вміст у зрілому віці може призводити до остеопорозу, підвищувати крихкість кісток. Гормон щитовидної залози кальцитонін призводить до активації остеобластів, паратерин збільшує кількість остеокластів. Тироксин впливає на центри окостеніння, гормони надниркових залоз – на процеси регенерації.

На ріст кісток впливають також деякі вітаміни. Вітамін C сприяє синтезу колагену. При гіповітамінозі можна спостерігати уповільнення регенерації кісткової тканини, гістологія при таких процесах може допомогти з’ясувати причини захворювання. Вітамін а прискорює остеогенез, слід бути уважними, тому що при гіпервітамінозі спостерігається звуження кісткових порожнин. Вітамін D допомагає організму засвоювати кальцій, при авітамінозі відбувається викривлення кісток. При цьому утворилася пластична кісткова тканина в гістології супроводжується терміном остеомаляція, також такі симптоми характерні для рахіту у дітей.

Перебудова кістки

У процесі перебудови відбувається заміна грубоволокнистої сполучної тканини на пластинчасту, оновлення кісткового речовини, регуляція вмісту мінеральних речовин. В середньому за рік оновлюється 8 % кісткового речовини, причому губчаста тканина оновлюється в 5 разів інтенсивніше, ніж пластинчаста. В гістології кісткової тканини механізмів перебудови кісток відводиться особливу увагу.

Перебудова включає в себе резорбцію, руйнування тканин та остеогенез. З віком резорбція може переважати. Цим пояснюється остеопороз у людей похилого віку.

Процес перебудови складається з чотирьох етапів: активації, резорбції, реверсії та формування.

Регенерація кісткової тканини в гістології розглядається як різновид перебудови кісток. Цей процес дуже важливий, але найголовніше, знаючи фактори, що впливають на процес регенерації, ми можемо прискорювати її, що дуже важливо при переломах кісток.

Знання гістології, кісткових тканин людини корисно як лікарям, так і звичайним людям. Розуміння деяких механізмів може допомогти навіть у побутових речах, наприклад в лікуванні переломів, у запобіганні травм. Будова кісткової тканини в гістології досить добре вивчено. Але все одно кісткові тканини далеко не повністю досліджені.