РАЗВИТИЕ И РОСТ НОРМАЛЬНОЙ КОСТИ

Для понимания болезней костей и их связи с патологическими переломами следует вспомнить, как происходит нормальное развитие кости. Кость - живая ткань, метаболизм которой поддерживается клетками, известными под названием остеоцитов. Эти клетки расположены в лакунах, а их длинные отростки проходят через мельчайшие каналы и соединяются с такими же отростками других остеоцитов. Между клетками находится матрица, имеющая коллагенозную фибриллярную структуру и содержащая цементирующее вещество из костных солей, включая ионы кальция, фосфора и углерода. Помимо таких постоянных элементов, в фазе активного образования и разрушения кости появляются временные элементы в виде соответственно остеобластов и остеокластов.

Костные клетки

Остеобласт и не являются клетками специфической природы, предназначенными для костеобразования. Их источником служат примитивные недифференцированные клетки эндоста, гаверсовых систем и поднадкостничных слоев. Под влиянием функции, а также под действием витаминов и гормонов такие клетки подвергаются дифференциации, превращаясь в костеобразующие. Именно в связи со своей функцией, независимо от происхождения, данные клетки известны как остеобласты. Остеобласты растут и размножаются в виде непрерывного слоя у эмбриона на поверхности примитивного хряща и конденсирующейся мезенхимы, во взрослом организме на поверхности трабекул. Они откладывают остеоид, представляющий собой необызвествленное органическое вещество - основу незрелой новообразующейся кости. Функция остеокластов заключается в резорбции кости. Они также образуются в результате дифференциации из примитивной мезенхимы, превращаясь в многоядерные гигантские клетки. Число ядер в них составляет от 12 до 20, а иногда достигает 100. Расположены эти клетки в одиночку, а иногда малыми группами в неглубоких впадинах, известных как лакуны Хоушипа (Howship), на поверхности костных трабекул. Остеоциты, подобно другим живым клеткам, имеют ограниченный срок существования, но в отличие от них они не обладают способностью к делению и размножению митозом. Будучи лишены потомства, они исчезают и заменяются молодыми остеоцитами в новообразованной кости. Следовательно, непрерывное остеокластическое рассасывание (резорбция) и остеобластическая замена представляют собой основное условие выживания кости я ее остеоцитов.

Непрерывное рассасывание и отложение кости на протяжении жизни

Живая кость подвержена непрерывному остеокластическому рассасыванию и остеобластической замене. Явление моделирующей резорбции было давно установлено Hunter. Он отметил, что диафиз длинной кости переходит в более широкий диск эпифиза. По мере роста кости в длину, место, где ранее был широкий метафиз, оказывается на уровне узкого диафиза. Очевидно, это может происходить только в результате удаления ранее отложенной кости. Равным образом избыток мозоли, окружающей недавно сросшийся перелом и заполняющей костный мозг, исчезает в результате моделирующей резорбции. Если перелом срастается под углом, рост кости за счет ее отложения на стороне вогнутости и рассасывание на стороне выпуклости восстанавливают нормальную форму кости у грудных детей полностью, а у взрослых частично. Помимо моделирования, связанного с поддержанием определенной формы кости, сочетание отложения и рассасывания кости обусловливается изменением функциональной активности. Отсутствие функции вызывает остеопороз, а усиленная функция сопровождается отложением кости. До последних лет было принято считать, что разрежение кости при отсутствии функции возникает на почве декальцинации или недостаточности минеральных солей и что соли кальция удаляются из клеточной матрицы, которая сама остается незатронутой. Но гистологические исследования доказывают неправильность таких представлений. Даже при простой атрофии, вызванной отсутствием функции, происходит не только удаление солей кальция, но и разрушение самих трабекул, т. е. затрагиваются как органические, так и неорганические компоненты кости.

Разрушение кости происходит не только в тех случаях, когда она становится излишней, как при моделировании растущей кости, адаптации к деформации или реакции на отсутствие функции, но и по миновании срока ее жизнеспособности. В кости, как и в других тканях, наличие живых клеток необходимо для процессов обмена. Однако поскольку остеоциты не способны к митозу и не сменяются от поколения к поколению, для их замены после их гибели требуется полное удаление старой кости с замещением новообразованной, содержащей молодые сильные остеоциты. Прекращение такой замены служит объяснением старческого остеопороза. Остеоциты продолжают гибнуть, как гибли на протяжении всей жизни кости, и кость вокруг них продолжает исчезать, но рост новой кости задерживается в силу свойственной старческому возрасту замедленной пролиферации клеток.

Нарушение равновесия между разрушением и новообразованием кости наблюдается также при гормональных расстройствах, приводящих к подавлению активности остеобластов (например, при синдроме Кушинга, характеризующемся гиперфункцией коры надпочечников и избыточной секрецией последними глюкокортикоидов).

Иногда такое нарушение равновесия наблюдается при лечении ревматоидного артрита кортизоном. Гормональное подавление активности остеобластов приводит к тому, что нарушается нормально существующее равновесие с процессом остеокластического рассасывания кости и последнее, происходя беспрепятственно, сопровождается непрерывным и неизбежным разрушением взрослой кости: трабекулы исчезают, остеопороз усиливается и часто возникает патологический перелом.

Рост новой костной ткани

Двумя характерными моментами роста новой кости являются:

  1. образование остеобластами внеклеточного органического вещества - остеоида;
  2. отложение под действием фермента - щелочной фосфатазы кальциево-фосфатно-углеродных солей на эту остеоидную основу.

Нарушение нормального образования новой кости может происходить в отношении любого из этих процессов. При рахите и остеомаляции остеоид откладывается в обильном количестве, но всасывание костных солей из пищеварительного тракта недостаточно и ткань остается некальцинированной. При остеопорозе образование остеоида настолько слабо, что нет основного вещества, куда бы соли кальция могли откладываться, хотя бы их и было достаточно.

Превращение незрелой кости в зрелую

Кальцинированный остеоид, образующийся в процессе развития костной ткани или откладывающийся при первичном заживлении переломов, заметно отличается по своей структуре от зрелой кости. Это губчатая кость с грубоволокнистой фибриллярной структурой, расположенной в виде завихрений вокруг кровеносных сосудов. Содержание минеральных солей в ней меньше, чем в зрелой кости. Распределение этих солей неравномерное. Остеоциты отличаются неправильной формой и имеют меньше отростков, соединяющих их с другими костными клетками. На такую основу из грубой фибриллярной кости откладывается зрелая кость в виде сложнойпластинчатой структуры. По мере отложения зрелой кости первичная костная ткань исчезает.

Таким образом, повторяется филогенетический процесс: на ранней стадии развития позвоночные животные имели только грубую (волокнистую) костную ткань, тогда как млекопитающие, развившиеся позднее, обладают более сложной пластинчатой костью. Всякая быстро развивающаяся кость начинает свое существование как губчатая или соединительная ткань. Ее трабекулы окружают и замыкают пространство, где находится костный мозг со своими кровеносными сосудами. Размер таких замкнутых пространств постепенно уменьшается по мере отложения концентрических пластинок новообразованной кости. Наконец, от них остаются только малые каналы, свойственные зрелой кости, - гаверсовы каналы с их сосудами.

При многих расстройствах превращения незрелой кости в зрелую не происходит. Типичным примером является деформирующий остит Пэджета, на активных стадиях которого диафизы длинных трубчатых костей утолщаются за счет грубоволокнистой кости, не претерпевающей превращения в пластинчатую кость. В период же ослабевающей активности, когда образование кости замедляется, зрелая пластинчатая кость образуется (рис. 132, 133, 134).

Рис. 132. Osteitis deformans. Ранняя стадия заболевания (1). В более поздней стадии произошло образование новой кости бедра, но кость хрупкая и легко ломается при травме (3). Паретическое утолщение костей черепа (2).

Рис. 133. Melorheostosis. Выраженное уплотнение кости с одной стороны конечности (1), напоминающее тающую сальную свечу (2, 3). Представленный случай не типичен, так как имеется двустороннее симметричное поражение.

Рис. 134. Ломкость костей (osteogenesis imperfecta) у плода. Мертворожденный ребенок с множественным переломом всех длинных костей (из Ливерпульского музея).

При osteogenesis imperfecta, характеризующемся генетическим поражением остеобластов (или генетически обусловленной недостаточностью остеобластов), образование грубой фибриллярной кости продолжается долгое время после того, как должно было бы наступить ее превращение в пластинчатую кость.

Хотя при этом заболевании часто приходится наблюдать излишнюю тонкость костей, самые тяжелые пренатальные случаи сопровождаются утолщением кости, которое идет целиком за счет незрелой и хрупкой кости. При остеопорозе, или болезни Альберс-Шенберга (Albers - Schonberg), или врожденной недостаточности остеокластов, на метафизах заметно булавовидное утолщение, состоящее из твердых масс примитивной кости. В этой кости активность остеокластов незначительна; она не подвергается рассасыванию и превращению в пластинчатую структуру.

Химизм образования кости

Неорганическое вещество кости состоит главным образом из кальция, фосфатов, карбонатов; вероятно, соли кости имеют формулу СаСО3, 2Са3(PO4)2. Те же самые три иона содержатся в сыворотке крови, и происходит постоянный обмен ими между костной системой и сывороткой.

Кальций в сыворотке крови

Нормальное содержание кальция в сыворотке составляет 10±1 мг%. При такой концентрации кальция происходит постоянное выделение его, так как почечный порог выделения кальция равен примерно 7 мг%. Кроме того, кальций выделяется в пищеварительный тракт, при беременности через плаценту, при кормлении грудью с молоком. Нормально баланс кальция поддерживается приемом его с пищей. Если же поступление кальция недостаточно, как при маляции на почве голодания, или если всасывание кальция из пищеварительного тракта нарушается в силу недостатка витамина D или при стеаторее, то надлежащий уровень кальция в крови может поддерживаться за счет выхода кальция из костей. Более 99% кальция, содержащегося в теле, откладывается в костях и зубах.

Концентрация фосфора в сыворотке крови

Фосфор также содержится в костях и зубах в большом количестве, причем соотношение Са : Р составляет примерно 2:1. Содержание фосфора в сыворотке в виде неорганического фосфора составляет 3,2±0,5 мг%, а у растущих детей на 1-2 мг% выше. Но в организме содержится также большое количество органических фосфорных соединений: нуклеопротеидов, фосфолипидов и различных фосфорных эфиров, которые могут подвергаться гидролизу с выделением ионов фосфатов. Поэтому отрицательный баланс фосфора не обязательно связан с заимствованием его из костей.

Щелочная фосфата за в сыворотке крови

При быстром размножении остеобластов происходит выделение фермента щелочной фосфатазы. Этот фермент обладает свойством расщеплять органические соединения фосфорной кислоты, что ведет к образованию избытка ионов фосфатов. В результате перенасыщения кальциево-фосфатно-карбонатные соли откладываются в остеоиде в кристаллической форме. Местное увеличение содержания щелочной фосфатазы находит отражение в общем повышении уровня ее в сыворотке крови [нормально у взрослых ее концентрация в сыворотке составляет от 3 до 5 единиц (Bodansky), у детей при быстром и постоянном росте - до 10 единиц]. Следует, однако, подчеркнуть, что повышенное содержание щелочной фосфатазы в сыворотке является только свидетельством усиленной активности остеобластов или остеокластов. Этот уровень может быть высоким независимо от того, успешно или неуспешно происходит на фоне остеолитического процесса защитное новообразование остеоида. Так, содержание щелочной фосфатазы в сыворотке крови бывает повышенным при рахите и остеомаляции, несмотря на то что недостаточное поступление в организм кальция мешает костеобразованию. Оно превышает также норму при гиперпаратиреоидизме, когда процесс разрушения костей является преобладающим. При болезни Пэджета содержание фосфатазы в сыворотке выше, чем при других заболеваниях (иногда 60 единиц и более). С другой стороны, при синдроме Кушинга и других формах гиперфункции гипофиза и надпочечников, когда активность остеобластов подавлена, уровень фосфатазы в сыворотке обычно низок или нормален и лишь в редких случаях повышен.

Взаимосвязь между кальцием и фосфором в сыворотке крови: произведение от умножения содержания кальция на содержание фосфора в сыворотке составляет от 30 до 40 для взрослых и от 40 до 55 у растущих детей. Например, при нормальной концентрации кальция и фосфора в сыворотке (10 и 4 мг% соответственно) произведение этих величин будет составлять 40. Такое соотношение, разумеется, может быть нарушено при наличии вторичного заболевания почек.

Значение изменения показателей содержания кальция и фосфора можно проиллюстрировать на примере гиперактивности паращитовидной железы, вызывающей osteitis fibrosa cystica - паратиреоидную остеодистрофию - болезнь Реклингаузена. Выделяемый гормон оказывает специфическое действие, приводя к повышенному выделению фосфатов почками, что понижает уровень ее в сыворотке. Для восстановления равновесия из костей выделяется фосфор в форме фосфата кальция. В сыворотке оказывается избыток кальция, который выделяется почками. Таким образом, хотя содержание кальция в сыворотке и высокое, происходит постоянное поглощение кальция из костей и выделение его почками.

Гормональная регуляция роста костей

Рост костей регулируется выделением гормонов гипофизом, щитовидной железой, корой надпочечников, паращитовидной железой, а также мужскими и женскими половыми железами. Между этими гормонами поддерживается равновесие, которое своей точностью вызывает особый интерес. Из гормонов, образуемых гипофизом, к развитию костей имеют отношение четыре: гормон роста (или ростковый гормон), непосредственно стимулирующий развитие костной системы, тиреотропный гормон, усиливающий активность щитовидной железы и ускоряющий рост у молодых субъектов (хотя он может вызвать у взрослых отрицательный баланс кальция и остеопороз), гонадотропный гормон, стимулирующий секрецию тестостерона и тем самым усиливающий рост в молодом возрасте (хотя андрогены и эстрогены вызывают преждевременное закрытие эпифизов), и адренокортикотропный гормон, конечное действие которого выражается в торможении роста костей. Гормон роста выделяется эозинофильными клетками гипофиза, а гонадотропный - базофильными клетками. Опухоль или гипертрофия эозинофильных клеток обусловливает гигантизм у детей и подростков и акромегалию у взрослых. Недостаточная функция гипофиза вследствие поражения его передней доли вызывает гипофизарный карликовый рост. Гипофункция щитовидной железы (гипотиреоидизм) при юношеской микседеме и кретинизм связаны с таким же явлением (карликовостью), тогда как гипертиреоидизм приводит к ускоренному росту костей. Гипофункция гонад не только подавляет развитие вторичных половых признаков, но и задерживает созревание костей. Эпифизарный рост продолжается, и конечности становятся длинными. Гиперфункция этих желез (гипергонадизм), наоборот, ускоряет созревание, и в силу преждевременного закрытия эпифизов рост получается меньше нормального. Гормоны коры надпочечников тормозят остеогенез и эпифизарный рост. При синдроме Кушинга, когда имеет место повышенная функция гипофиза и надпочечников, возможно полное прекращение роста и развитие выраженного остеопороза. Гиперпаратиреоидизм стимулирует активность остеокластов до такой степени, что наступают полное разрушение и фиброз костей, появляются деформации и множественные переломы.

Регуляция роста костей витаминами

Регулирующее действие на рост костей оказывают также витамины.

Витамин А

способствует энхондральному росту. Однако избыток этого витамина стимулирует активность не только остеобластов, но и остеокластов, в результате чего может развиться остеопороз и возникнуть патологический перелом. Из двенадцати или большего числа витаминов, входящих в комплекс В, никотиновая кислота определенно стимулирует и ускоряет образование мозоли после переломов.

Витамин С

стимулирует активность остеобластов. Его недостаток вызывает цингу с поднадкостничными кровоизлияниями и смещением эпифизов; рост костей прекращается.

Витамин D

благоприятствует поглощению кальция из пищеварительного канала. Недостаток его вызывает у детей рахит, у взрослых - остеомаляцию. Массивные слои остеоида не обызвествляются и не превращаются в кость. С другой стороны, избыток витамина D повышает содержание кальция в сыворотке крови и вызывает метастатическое обызвествление во внутренних органах, кровеносных сосудах, суставных связках и среднем ухе. Иногда развиваются анкилоз суставов, слепота и глухота.

Резюме

Сказанное относительно роста, развития и жизни нормальной костной ткани можно суммировать следующим образом: первичные мезенхимальные клетки дифференцируются в остеобласты, создающие кость, и остеокласты, резорбирующие ее. У развивающегося эмбриона кость откладывается на преформированный хрящ или пленчатое утолщение мезенхимы. Продолжение роста зависит от эндохондральной оссификации в эпифизах и отложения кости под надкостницей. Остеоциты не способны к митозу, и кость выживает только благодаря процессу постоянной резорбции и замещения. Таким образом, эндостальная оссификация продолжается на протяжении всей жизни. Заместительная активность остеобластов связана с функциональными требованиями. Резорбция, осуществляемая остеокластами, находится под гормональным контролем. Кость является почти единственным резервуаром кальция и за счет ее запасов поддерживается уровень кальция в сыворотке крови. Кость отдает свой кальций в случаях недостаточного всасывания его из кишечника или излишней потери через почки. Новая кость откладывается остеобластами в форме остеоида, представляющего собой органическую основу незрелой кости. Остеоид кальцинируется под влиянием щелочной фосфатазы, что приводит к образованию незрелой грубоволокнистой кости, соединительной ткани. Затем незрелая кость исчезает, замещаясь зрелой пластинчатой костью. Такая смена представляет собой повторение филогенетического процесса: в процессе филогенетического развития грубоволокнистая кость ранних позвоночных животных заменилась пластинчатой костью млекопитающих, включая человека.

Слабость кости, предрасполагающая к патологическому перелому, может возникнуть в связи с нарушением развития или питания, на почве разрушений, вызванных инфекцией или опухолью, или в результате нейротропных дистрофий.

Расстройства питания и нарушения гормонального порядка включают точно определенные группы остеопороза, остеомаляции, osteogenesis imperfecta и фиброзной остеодистрофии (болезнь Реклингаузена). Поддержание нормального состояния кости можно сравнить с таким построением кирпичной стенки, когда один рабочий кладет кирпичи, а другой их выбрасывает. При остеопорозе, как на почве отсутствия функции, так и старческих изменений, исчезновение кости продолжается, но новообразованная кость не откладывается. При остеомаляции и рахите, связанных с недостаточностью витамина или нарушенным всасыванием кальция, кирпичи откладываются без надежного известкового раствора - остеоид не кальцинируется и не превращается в зрелую кость. При osteogenesis imperfecta многие остеобласты образуют неполноценную кость. При osteitis fibrosis cystica, связанном с гиперпаратиреоидизмом, кость откладывается с нормальной скоростью, но разрушается еще быстрее.

------------------------------

Переломы костей и повреждения суставов

------------------------------

< Пред. След. >