Индивидуальная изменчивость скелета и образующих его систем костной и суставной определяется генетической программой (мутационная изменчивость) и факторами окружающей среды (модификационная изменчивость), под обоюдным влиянием которых и происходит его возрастная перестройка.
Способность костей и суставов пластично приспосабливаться к изменяющимся функциональным потребностям обусловлена биологическими причинами, а здоровый образ жизни конкретного человека и здоровые факторы окружающей экологической и социальной среды еще сильнее развивают эту способность.
План изучения кости
Название и расположение в скелете, классификационнная принадлежность.
Главные составные части – эпифизы (концы), диафиз (тело), апофизы (отростки и бугры), поверхности, края — назвать и показать, установить функциональное назначение.
Внешнее строение каждой главной составной части в последовательности от крупных анатомических структур к мелким с функциональным назначением каждой – назвать и показать.
Внутреннее строение – топография и строение надкостницы, компактного и губчатого костного вещества, костномозгового канала, красного и желтого мозга, продольных и поперечных канальцев, костных трабекул, остеонов.
Возрастная перестройка костей — ядра и виды окостенения, ростковые зоны, особенности строения костей в разные возрастные периоды.
Биомеханика кости — закон максимума-минимума, законы о нормальных и силовых напряжениях, радиальные, касательные и прямые траектории костных балок.
Кровоснабжение и иннервация кости.
Рентгенологическое изображение кости – проекции, характеристика теней.
План изучения рентгенограмм скелета
Название изображенной кости или комплекса костей и соединений, название сустава или суставов.
Позиция (проекция) изображения, для симметричных костей и суставов – право- или левосторонняя принадлежность.
Оценка формы и размеров, расположения на кости или в суставе проксимального, дистального конца, тела, отростков, бугров и других крупных анатомических структур с определением названия, право- или левосторонней позиции).
Изучение и описание надкостницы, наружного и внутреннего контура компактной пластины на всем протяжении кости или суставных концов.
Оценка строения губчатого вещества кости с описанием соотношений между костными балками, состояния костномозговых каналов.
Состояние ростковых зон – надкостницы, метаэпифизарных хрящей, ядер окостенения особенно у детей и подростков, разреженность костной ткани (остеопороз, склерозирование).
Соотношение суставных концов между собой, величина и форма суставной щели, очертания костной замыкающей пластинки на эпифизах.
Объем и структура мягких тканей вокруг кости и сустава.
Кость как орган: ее развитие, строение, рост
Кость как орган состоит преимущественно из компактной и губчатой костной ткани, покрытой сверху соединительной тканью (надкостницей) и содержащей внутри красный и желтый костный мозг. Как орган кость обеспечена сосудами и нервами, находящимися в надкостнице, а в глубь кости проникающими через питательные отверстия.
Развитие костей происходит либо из эмбриональной соединительной ткани — мезенхимы, либо на основе первичного хряща. Поэтому различают два вида остеогенеза: перепончатый и хрящевой. На 6–8 неделе эмбрионального развития из соединительной ткани начинает формироваться костная, например, в костях свода черепа, такие кости называют первичными (покровными). При хрящевом остеогенезе в соединительной ткани появляется хрящ, а потом в нем развивается костная ткань, что характерно для большинства костей скелета – и такие кости называют вторичными.
Из фиброзной и хрящевой тканей формирование костей начинается с появления первичных очагов (ядер, точек) окостенения в эмбриональном и плодном периодах и после рождения до 11–13 лет – вторичных точек. Разрастание костной ткани в хряще осуществляется перихондральным путем с образованием компактной кости, и эндохондральным путем с образованием губчатой кости. При фиброзном остеогенезе окостенение происходит эндесмальным путем.
Надкостница – тонкая, прочная соединительно-тканная пластинка покрывает кость снаружи, богата сосудами и нервами, состоит из:
наружного волокнистого слоя;
внутреннего, росткового (камбиального) слоя, обеспечивающего костеобразование при помощи остеобластов, остеокластов и остеоцитов.
За счет надкостницы кость прирастает в ширину (периостальный рост), в длину кость растет из метаэпифизарных хрящей, находящихся между телом кости и эпифизами. Часть трубчатых костей растет из одного метаэпифизарного хряща (моноэпифизарный рост), например, фаланги пальцев. Длинные кости растут из двух метаэпифизарных хрящей – верхнего и нижнего, которые работают на рост поочередно, что зависит от возрастного срока. К 18–25 годам кости достигают окончательных размеров и метаэпифизарные хрящи превращаются в костную ткань (синостозирование). Костномозговой канал возникает при рассасывании эмбриональной кости и прорастании соединительной ткани с заполнением образовавшегося пространства костным мозгом.
Рентгенологические очаги окостенения определяются со 2-го месяца внутриутробного развития. Все ядра окостенения окончательно формируются к 13–14 годам. В периоде полового созревания начинается образование костной ткани в метаэпифизарных хрящах (ростковых зонах удлинения костей), к концу периода костная ткань присутствует на всем протяжении кости. Старение проявляется уменьшением и разрежением (остеопорозом) костной ткани, разрастанием шипов (остеофитов) и другим изменениями.
Для каждого возрастного периода характерным является такая перестройка кости, по которой можно определить возраст человека. Например, наличие ядра окостенения в нижнем эпифизе бедра до 1 см в диаметре свидетельствует о новорожденном периоде. Окостенение зубчатых черепных швов происходит участками, которые появляются в разные возрастные сроки.
Внешнее строение многих костей характеризуется наличием тела (диафиза), концов (эпифизов), апофизов (выступов), поверхностей, ямок, вырезок, шероховатых линий, бугров, бугристостей и др. Внутри костей находится костная ткань в виде компактного и губчатого вещества.
Компактное вещество кости, лежащее под надкостницей, построено из пластинчатой костной ткани, пронизанной системой продольных канальцев, – центральных (гаверсовых) каналов и перпендикулярных к ним поперечных (фолькмановых) каналов. Последние продолжают во внутрь кости питательные каналы, отверстия которых хорошо заметны на поверхности костей. Круговые (генеральные) пластинки формируют стенки центральных каналов в виде вставленных друг в друга (телескопических) трубочек, связанных между собой вставочными (промежуточными) пластинками – так устроен остеон – структурно-функциональная единица кости.
Губчатое вещество состоит из костных балок (перекладин) и пространства между ними, заполненного красным костным мозгом. Балки ориентированы по направлениям сил сжатия и растяжения, образуя арочную систему, обеспечивающую равномерную передачу силы тяжести и мышечной тяги.
Биомеханика кости выражается:
законом максимума-минимума – максимальная прочность кости достигается за счет минимальных затрат на построение ее конструкции, например, бедренная кость выдерживает нагрузку в 1,5 тонны, что в 25-30 раз больше массы человека;
законом нормальных напряжений – в костях возникают собственные нормальные напряжения, величина которых зависит от отдела кости и элементов скелета и изменяется с возрастом:
законом о связи ориентации костных трабекул с направлением действующих напряжений: линии трабекул пересекаются и выходят на поверхность кости под углом 90о, траектории трабекул совпадают с направлениями максимальных напряжений, плотность кости пропорциональна силе касательных напряжений;
законом о связи величины нагрузки с качественным перераспределением и количественными изменениями нормальных напряжений на поверхности и внутри кости, т.е. появлением новых силовых напряжений.
Нагрузка по длинной оси трубчатой и плоской кости показывает, что ее компактный слой более прочен при сжатии, чем при растяжении, и слабее всего противостоит сдвигу. Между пределом прочности и модулем упругости в компактном веществе кости наблюдается положительная корреляция. Действие циклических нагрузок при повышении уровня силы и увеличении времени приводит к усталостному разрушению костной ткани в виде микротрещин остеонов. Количество циклов во времени положительно коррелирует с возрастающим уровнем силовых напряжений и деформаций, на колебания которых значительно влияют вязкоупругие свойства кости. Разрушение кости определяется величиной разности между максимальной и минимальной деформациями. Середина диафиза прочнее, чем участки примыкающие к эпифизам.
На клеточном уровне в кости выделяют остеобласты, остеокласты, остеоциты, обеспечивающие одновременно рассасывание (резорбцию) и образование новой жизнеспособной костной ткани. Оба процесса протекают под влиянием генетической программы и условий внешней среды, социальных факторов, что сопровождается индивидуальной изменчивостью кости: увеличением или уменьшением числа остеонов, макроизменениями компактной и губчатой части, конфигурации апофизов, вырезок, ямок и др. анатомических структур (П.Ф. Лесгафт, Б.А. Долго-Сабуров, М.Г. Привес).
Органический матрикс кости составляет 30%, неорганический – 60%, вода – 10%.