Prześwietlamy kości!

Szkielet to podstawa naszego organizmu. Jest to rusztowanie, na którym opierają się pozostałe struktury. Dowiedzmy się, jak jest zbudowany ten niezwykle ważny element naszego ciała. "Prześwietlmy" wspólnie kości!

Masa kości 

Tworzona jest przez:

• Substancję nieorganiczną, czyli tzw. minerał kości, tworzony przez sole wapniowe, które stanowią ok. 50% masy kostnej.
• Wodę, stanowiącą 25% masy kostnej. 
• Substancję kości, inaczej zwaną osteoidem, ossemukoidem lub osseiną. Stanowi ona ok. 25% dojrzałej kości. Osteoid to substancja organiczna, występująca w kościach i nadająca im elastyczność, w której skład wchodzą przede wszystkim włókna kolagenowe (90% - typ I). 

Włókna te syntetyzowane są w osteoblastach i wydzielane do suchej masy kości, gdzie organizują architekturę kości.

• W istocie podstawowej kośćca znajdują się fosfolipidy i białka niekolagenowe, które stanowią 10% składników organicznych kości.

Białka niekolagenowe to:
- osteokalcyna i osteonektyna (białka regulujące mineralizację kości),
- fosfoproteidy (osteopontyna),
- proteoglikany (dekoryna i bigliken).

Minerał kości to hydroksyapatyt o wzorze Ca10(PO4)6(OH)2. Tworzy on w kości kryształy, będące prostopadłościanami o wymiarach 40x20x10 nm. Wbudowywane (odkładane) są one na powierzchni formowanych włókien kolagenowych. Ułożenie ich jest uzależnione od przebiegu włókien kolagenowych.

Proces mineralizacji kości

Mineralizacja kośćca rozpoczyna się w okresie życia płodowego poprzez odkładanie bezpostaciowego fosforanu wapnia. Następnie dochodzi do formowania kryształów w obecności osteonektyny. Jej zadaniem jest wiązanie kryształów hydroksyapatytu z włóknami kolagenowymi. Osteonektyna dostarcza natomiast jonów wapnia.

Architektura kości 

Wyróżniono 2 typy architektury kości:

• pierwotna – dotyczy kości o budowie grubo włóknistej, splotowatej,
• wtórna – odnosi się do kości o budowie blaszkowatej.
  
  

Pierwotna tkanka kostna

Występuje w przebiegu procesu kościotworzenia zarówno w podłożu błoniastym, jak i chrzęstnym. Jest obecna w przebiegu gojenia się złamań i ubytków tkanki kostnej (standardowo buduje kości ryb i płazów).

Tkanka kostna splotowata
Występuje w szwach kostnych i miejscach przyczepu włókien do kości, w błędniku kostnym ucha wewnętrznego i w wyrostkach zębodołowych. Cechuje ją duża liczba komórek.
Duże osteocyty mają tu nieregularne kształty. Ich rozmieszczenie jest związane z ułożeniem włókien kolagenowych. Włókna te tworzą grube pęczki o nieregularnym ułożeniu. W istocie podstawowej znajduje się większa niż w tkance kostnej wtórnej ilość proteoglikanów i glikoprotein. Minerał budujący tę tkankę ma niższą krystaliczność.
Nieregularny przebieg włókien i niska krystaliczność to w konsekwencji mniejsza wytrzymałość mechaniczna tkanki pierwotnej od tkanki kostnej wtórnej.

Tkanka kostna drobnowłóknista (wtórna)

Występuje tu bardziej regularne ułożenie o linearnym przebiegu cienkich włókien kolagenowych. Nie tworzą tu one grubych pęczków. Włókna kolagenowe tworzą blaszki kostne. Mogą mieć przebieg liniowy lub współośrodkowy (koncentryczny). Grubość blaszek to 3-8 mikrometrów i zależna jest od zgromadzonego minerału. Blaszki kostne zbudowane są z równolegle ułożonych włókien kolagenowych, spojonych istotą podstawową i impregnowanych solami wapnia. 

W przylegających do siebie blaszkach kostnych włókna kolagenowe ułożone są pod różnymi kątami, co zwiększa wytrzymałość mechaniczną tej tkanki.
Występuje ona w dwóch postaciach:
- drobnowłóknistej – gąbczastej
- drobnowłóknistej – zbitej
Tkance gąbczastej zawsze towarzyszy zbita. W gąbczastą z kolei wnika więcej naczyń krwionośnych.

Tkanka gąbczasta

Zbudowana jest z blaszek kostnych, tworzą one sieć rozgałęzionych beleczek. Przestrzenie pomiędzy beleczkami wypełnia szpik kostny, czerwony odpowiada za hemopoezę. Wewnątrz beleczek znajdują się osteocyty. Tkanka ta występuje w nasadach kości i częściach przynasadowych kości długich. Stanowi ona zrąb kości krótkich i buduje śródkoście kości płaskich.

Tkanka zbita

Zbudowana jest z blaszek kostnych, które całkowicie wypełniają masę kości (stanowią objętość tkanki)
Wyróżniono 4 rodzaje beleczek:
- Linearne:
1. blaszki podstawowe zewnętrzne (okalające zewnętrzne)
2. blaszki podstawowe wewnętrzne (okalające wewnętrzne)
- Koncentryczne:
3. blaszki systemowe – blaszki osteonu
4. blaszki międzysystemowe

Osteon

Jednostką strukturalno-czynnościową w tkance tej jest system osteonu zwany systemem Haversa. Jest to walec o długości 2-3 cm, ułożony swą długą osią przebiegającą zgodnie z przebiegiem osi kości. W środku osteonu znajduje się kanał osteonu, kanał Haversa. Wyścielony jest on śródkostną. Wewnątrz kanałów biegną naczynia krwionośne i nerwowe. Średnica pojedynczego kanału to 20-100 mikrometrów. Kanały Haversa łączą się z powierzchnią kości oraz jamą szpikową przez bocznoprzebiegające kanały odżywcze, czyli kanały Volkmanna.

Kanały te przebiegają prostopadle lub ukośnie do osi kości. Naczynia krwionośne natomiast wnikają przez otwory odżywcze znajdujące się pod okostną.

Osteon zbudowany jest z koncentrycznie ułożonych blaszek kostnych (4-13), mających kształt cylindrów. Pomiędzy blaszkami kostnymi występują jamki kostne. Osteony występują w trzonie kości długich i budują zewnętrzną warstwę kości płaskich oraz zewnętrzną warstwę kości długich i krótkich.

Okostna

Okostna znajduje się na powierzchni zewnętrznej kości z wyjątkiem powierzchni stawowych. Zbudowana jest z 2 warstw:
- Zewnętrzna – tworzona przez tkankę łączną włóknistą zbitą o utkaniu nieregularnym.
- Wewnętrzna – tworzona przez tkankę łączną włóknistą luźną (komórki osteogenne), włókna Sharpey’a (miejsca intensywnej produkcji włókien kolagenowych typu I).

Okostna zawiera liczne włókna nerwowe i naczynia krwionośne, których część wnika przez otwory odżywcze.

Histogeneza kości

Powstawanie kości może odbywać się:

- na podłożu łącznotkankowym – bezpośrednie kostnienie odbywające się poprzez przekształcenie mezenchymatycznej tkanki w kości.
– na podłożu chrzęstnym - pośrednie kostnienie, gdy tkanka chrzęstna ulega kostnieniu.

Powstawanie poszczególnych kości:

1. na podłożu łącznotkankowym powstają kości płaskie czaszki, twarzowe, łopatki i obojczyka
2. na podłożu chrzęstnym pozostałe długie, krótkie i kości miednicy

Kostnienie na podłożu łącznotkankowym

W trakcie histogenezy kości na podłożu łącznotkankowym w tkance mezenchymatycznej pojawiają się naczynia włosowate, w ich pobliżu zaczynają się różnicować komórki osteogenne. Komórki te różnicują się dalej w formę, która syntetyzuje osteoid. W ten sposób powstają pierwotne beleczki kostne przepajane solami wapnia.

Pierwotna kość rośnie przez apozycję – nakładanie na siebie warstw od zewnątrz.

Pierwotne beleczki kostne zbudowane są z grubo włóknistej kości o budowie splotowatej, która stopniowo ulega przebudowie w kość wtórną.

Kostnienie na podłożu chrzęstnym

Proces rozpoczyna się poprzez wydzielanie kolagenu, białek niekolagenowych, a następnie w powstałe struktury odkładane są jony wapnia oraz wchodzą w nie naczynia krwionośne.

Zaburzenia budowy i funkcji kości

Wśród zaburzeń budowy i funkcji kości wyróżniono:

1. niedorozwój kości (achondroplazja)- u osoby, która na nią cierpi występuje karłowatość, głowa jest nieproporcjonalnie duża w stosunku do tułowia,
2. zmiana struktury tkanki kostnej (np. osteopenia, osteoporoza) - choroby z tej grupy cechuje ubytek masy kostnej lub zwiększenie objętości tkanki kostnej
3. zniszczenie kości gąbczastej spowodowane nowotworem - pojawiają się zmiany w obrazie krwi, bo kość gąbczasta wypełniona jest szpikiem czerwonym.
4. uszkodzenie tkanki kostnej spowodowane złamaniem

Opracowanie: 

Photos from pexels.com