Учение о костях. Остеология

Костная ткань

Скелет взрослого человека распадается на 34 непарные кости, которые лежат исключительно на средней линии тела, и 170 (и более)^* парных костей, лежащих по сторонам средней линии. Каждая кость из числа непарных и каждые две кости из числа парных обладают особой, им только свойственной формой. Но все-таки их можно по форме разделить на несколько групп, что обыкновенно и делают, имея в виду исключительно удобства описания. Таким образом, различают: а) длинные кости, б) круглые, или толстые, в) плоские и г) смешанные. Какая форма подразумевается под именем длинных, круглых и плоских костей, не требует разъяснения; только последняя группа - кости смешанной формы - нуждается в определений. В эту группу относят все кости, имеющие очень сложную форму, где в составе одной кости встречаются части толстые, длинные и плоские; таковы, например, позвонки. В длинных костях различают: тело, или диафиз, и концы -эпифизы. Повод к этому делению дан способом развития длинных костей, большинство которых в раннем возрасте состоит из трех отдельных кусков, впоследствии срастающихся между собой. Это же явление свойственно некоторым костям других форм, например, позвонкам и пр., где также отличаются тела и эпифизы. Кроме этих частей некоторые кости имеют еще апофизы - отростки, которые так же, как и эпифизы, вначале бывают отделены от тела кости. Последние служат обыкновенно местом прикрепления к костям мускулов.

^* (Число парных костей увеличивается на счет изменения числа так называемых сесамовидных костей, лежащих на суставах некоторых пальцев. В показанное число (170) включены 4 более постоянные сесамовидные кости суставов больших пальцев ноги.)

В состав кости входят несколько тканей (материалов), а именно: собственно костная ткань, которой кости главным образом и обязаны своей формой и своим физиологическим значением - как органы движения (пассивные); далее хрящевая ткань, волокнистая клетчатка (соединительная ткань) и костномозговая ткань. Три последние ткани хотя и играют весьма важную роль в отправлении и питании кости, но в образовании ее формы участвуют слабо. Поэтому при систематическом изучении анатомии, когда обращают главное внимание на форму костей, разумеют под именем кости такую кость, которая приготовлена для изучения, т. е. освобождена от клетчатки, костного мозга и хряща.

(Для препарирования (скелетирования) костей обыкновенно употребляют продолжительное вымачивание (мацерация) в воде, причем мягкие ткани сгнивают и отпадают. Есть много других способов, но они мало употребляются.)

Костная ткань и в свежем, и в высушенном состоянии представляет для невооруженного глаза плотное бело-желтоватого цвета вещество, знакомое всякому из житейского опыта. Противодействующая давлению плотность свежей (и теплой) человеческой кости в среднем возрасте, по опытам Rauber. равняется 12,56-16,80кг на 1 мм² и превосходит, таким образом, почти вдвое плотность дерева и гранита. По этому же автору, противодействие сгибанию равняется 9,25-12,41 кг на 1 мм², что приблизительно равно плотности меди. В преклонных летах уменьшается как та, так и другая плотность, но противодействие сгибанию уменьшается больше, отчего и зависит всем известная ломкость костей у стариков. Кость обладает также значительной упругостью, вдвое превосходящей упругость дерева.

Этими свойствами кость обязана соединению органического вещества (оссеина), дающего при варении клей, с неорганическими солями. Первое образует как бы основную среду, в которую неорганические соли отложены в виде мельчайших крупинок. Зависимость плотности и упругости костной ткани именно от соединения двух разнородных веществ обыкновенно доказывается двумя параллельными обработками кости. Чтобы выделить органическое вещество, кость мацерируют долгое время в сильно разведенной хлористоводородной кислоте, причем все неорганические соли мало-помалу растворяются в кислоте, а органическое основное вещество (оссеин) остается свободным и неповрежденным. При этом кость вполне сохраняет свою форму, но плотность уменьшается приблизительно в шесть раз. Наоборот, чтобы выделить неорганическое вещество костной ткани, удалив органическое, кость обжигают. При этом органическое вещество сгорает (от него остается в ткани кости только уголь, от чего кость становится черной), но кость, как ив первом опыте, не теряет своей формы, плотность же сопротивление давлению) уменьшается более чем вдвое, упругость почти совсем исчезает: кость становится чрезвычайно хрупкой и переламывается при самом незначительном сгибании.

Количественные отношения органического и неорганического вещества по весу довольно просты, а именно - на 100 весовых частей костной ткани приходится:

 оссеина (органическое вещество) ..... 33,30 
 неорганических солей     .............66,70
                                      100,00

Впрочем, эти отношения не совсем постоянны и изменяются по частям скелета и в зависимости от возраста. В преклонном возрасте количество оссеина уменьшается, отчего и зависит (отчасти) хрупкость костей у стариков.

Химический состав неорганической части костного вещества следующий:

фосфорнокислой извести ......... 85,62 
 углекислой извести     ......... 9,06 
 фтористой извести      ......... 3,57 
 фосфорнокислой магнезии ........ 1,75 
                                  100,00

Костное вещество встречается в костях в двух формах: в виде плотных пластинок (substantia dura) и в виде губчатого вещества (subst. spongiosa). Плотное вещество всегда сохраняет форму пластинок, более или менее толстых, образующих поверхность костей. О толщине пластинок плотного вещества можно судить, разумеется, только на распилах костей. Продольные распилы длинных костей обнаруживают, что на протяжении диафиза слой плотного костного вещества в средине длины очень толст (да бедренной кости, самой длинной на всем скелете, толщина слоя плотного костного вещества достигает 8-9 мм). К концам диафиза он мало-помалу истончается, и на эпифизах толщина его не больше толщины листа писчей бумаги, так что на распилах кости она едва видна. Кости плоские и круглые в этом отношении сходны с эпифизами длинных костей: они имеют в большинстве очень тонкий слой плотного вещества на поверхности. Впрочем, толщина этого слоя сильно колеблется индивидуально, что особенно заметно на плоских черепных костях: у людей слабого сложения плотная пластинка черепных костей тонка; у людей же мускулистых, обладающих сильно развитым скелетом, она может достигать весьма значительной толщины. Крепость плотной пластинки вещества костей стоит в прямом отношении к ее толщине; только одну пластинку, а именно внутреннюю пластинку черепных костей, исстари отмечали как особенно хрупкую, непропорционально ее толщине, почему и называли ее даже стеклянного - lamina vitrea.

(Такое заключение основывалось главным образом на наблюдениях ее расколов при ударах по голове, причем часто находили трещину внутренней пластинки черепных костей при совершенной целости наружной. Это явление, однако, допускает и другое весьма остроумное объяснение, принадлежащее Teewan; при ударах по поверхности черепа кость прежде всего несколько прогибается внутрь, что вполне возможно, так как она обладает значительною упругостью. При этом внутренняя пластинка растягивается больше наружной, так как она лежит дальше от тела, давящего (ударяющего) на кость. Если степень прогибания не переходит пределов упругости кости, то, естественно, она по окончании удара принимает свою прежнюю форму. Если же предел упругости перейден, кость треснет; очень понятно, что первою перейдет предел упругости внутренняя пластинка, так как она натягивается больше. Легко представить себе такие случаи, когда сила удара достаточна, чтобы заставить внутреннюю пластинку треснуть, т. е. перейти предел упругости, но недостаточна, чтобы сделать то же с наружною пластинкой, которая прогибается меньше. Явление это Teewan сравнивает с другим, известным каждому: если переламывать на колене палку, то первыми перервутся те волокна дерева, которые лежат наверху, т. е. дальше от точки опоры - колена, и, стало быть, натягиваются больше. Такое объяснение случаев образования трещин на внутренней пластинке черепных костей при целости наружной тем более вероятно, что Luschka, испытывая упругость двух пластинок черепных костей на кусках равной толщины, не мог найти в них никакой разницы.)

Плотная костяная пластинка, образующая поверхность костей, редко бывает гладка; в большинстве случаев она покрыта неровностями, достигающими весьма значительных размеров на местах прикрепления мускулов. Кроме того, на ней замечаются многочисленные отверстия, обыкновенно небольшого размера, назначенные для прохождения внутрь кости кровеносных сосудов. По местам, например, на эпифизах длинных костей, на телах позвонков и пр., число отверстий так велико, что пластинка имеет вид мелкой сети. С поверхности костей плотная костяная пластинка проникает в каналы, которые существуют во многих костях для прохождения крупных кровеносных сосудов и нервов, и образует их гладкие стенки.

Другой вид костной ткани - губчатое вещество (substantia spongiosa) - состоит собственно из той же ткани; но ткань эта уже не имеет вида непрерывных пластинок или компактной массы, а состоит из тонких костяных палочек, переплетенных между собой приблизительно так, как вещество губки.

Толщина палочек и ширина промежутков между ними никогда не бывает значительна, и самые большие промежутки имеют 2-3 мм в поперечнике.

На мацерированной и высушенной кости промежутки губчатого вещества пусты, но в естественном состоянии они наполнены костным мозгом.

Названный вид костной ткани (subst. spongiosa) встречается в концах длинных костей, наполняя там все пространство, средина же диафиза длинных костей (там, где плотная пластинка достигает большей толщины) остается всегда свободной от губчатого вещества и представляет канал, пустой в костях препарированных и наполненный костным мозгом в естественном состоянии, а потому называемый костномозговым каналом. В костях толстых или круглых губчатое вещество обыкновенно занимает все внутреннее пространство; в плоских - оно помещается между двумя пластинками плотного вещества, образующими поверхность костей, располагаясь там слоем большей или меньшей толщины, а местами совсем исчезая, так что две поверхностные плотные пластинки срастаются между собой. В этих местах плоские кости обыкновенно очень тонки и просвечивают. В плоских черепных костях губчатое вещество особенно мелкоклеточно и получило особое название - diрlое. Оно отличается от губчатого вещества еще тем, что местами оставляет большие каналы, в которых расположены вены - venae diploёticae, местами же, как, например, в сосцевидной части височной кости, в промежутках губчатого вещества, содержится не костный мозг, а воздух, проникающий сюда извне, по особо для того назначенным путям.

Наконец, еще третья особенность черепных костей: в некоторых из них между двумя плотными пластинками, хотя они отстоят друг от друга далеко, совсем нет губчатого вещества - образуются пустоты, так называемые пазухи, наполненные также воздухом (обыкновенно из носовой полости).

Еще в 1831 г. Bourgery обратил внимание на постоянство расположения костяных палочек, образующих губчатое вещество, и различил даже несколько форм его по виду промежутков между палочками. Но подробнее познакомили нас с устройством губчатого вещества костей Н. Meyer (анатом в Цюрихе) и Cullmann (профессор механики там же). Им принадлежит честь открытия строгой законности, которой держится устройство subst. spongiosae. Они доказали вполне убедительно, что, во-первых, пластинки всегда расположены одинаково и притом в каждом месте своеобразно, приноравливаясь к механическим условиям, в которых находится данная кость, т. е. к действию на нее механических сил со стороны тяжести тела и сокращения мускулов. Принцип, положенный в основу расположения пластинок губчатого вещества костей, тот же, который проводится при постройках по так называемой американской системе (плетеные из перекладин здания, например, железнодорожные мосты). Принцип этот может быть разъяснен таким образом: если требуется придать сооружению определенную крепость, то этого можно достигнуть двумя путями: или нужно сделать его из цельных масс материала и придать ему размеры, соответствующие прочности материала, или можно уменьшить количество материала, увеличивая размеры постройки (например, ширину мостовых ферм), но располагая материал не в форме сплошных масс, а в виде плетенья или решетки, причем отдельные перекладины должны быть расположены и соединены друг с другом определенным образом, указанным вычислением. Иначе сказать, при возведении плетеных построек уменьшается количество строительного материала, а следовательно, вес и стоимость постройки, и в то же время сохраняется требуемая прочность здания.

В трубчатом веществе костей применением того же механического принципа достигается та же цель, т. е. определенная прочность при помощи меньшего количества материала. При этом объем костей (например, концы длинных костей) увеличен, а вес уменьшен. Тот и другой результат (как и в постройках) имеет экономическое значение для организма: он уменьшает ту долю мышечной силы, которая тратится непроизводительно на приведение в движение самого скелета, и сохраняет, таким образом, большую долю мышечной силы для полезной работы (передвижение тела и пр.). Увеличение объема, а следовательно, и поверхности костей, также выгодно, давая больше места для прикрепления мускулов.

Применение указанного механического принципа в способе расположения палочек губчатого костного вещества всего лучше демонстрируется на таких костях, где точка приложения силы (например, тяжести тела) находится в стороне от точки опоры, как, например, в верхнем конце бедра или в пяточной кости. Особенно инструктивен рисунок губчатого вещества последней. На распиле ее (рис. 5) видны три системы дугообразных палочек, пересекающихся между собою. От верхней поверхности (А), где падает на нее вся тяжесть тела, начинаются две системы дуг, расходящиеся в стороны: первая направляется к задне-нижнему углу кости (В - пяточному бугру), которым кость опирается при стоянии на пол, вторая направляется к передне-нижнему углу - С, которым она опирается на соседние кости (а через них также на пол). Эти две системы костяных палочек расположены по тем направлениям, по которым распределяется сила тяжести тела на две точки опоры, имеющиеся у пяточной кости. Так как две силы, получающиеся от такого разложения, направлены друг к другу под углом, раскрытым книзу, то все частицы пяточной кости, лежащие внутри этого угла (на нижней поверхности и вблизи ее в массе кости), претерпевают растяжение кзади и кпереди. Соответственно этому вдоль нижней поверхности кости расположена третья система дуг (3), которые противодействуют этому растяжению. В центре же кости, там, где действие трех сил менее чувствительно, губчатое вещество совсем отсутствует. Расположение этих дуг, по меткому сравнению Мейера, совершенно то же, какое мы видим в частях садовой лестницы: 1-я система дуг, положим, представляет самую лестницу, 2-я - подпорки, 3-я - те крючки, которыми обыкновенно соединяют лестницу с. подпорками, чтобы они не разошлись. Похожую на эту картину представляет губчатое вещество верхнего конца бедра или, вернее, его шейки (рис. 6). Здесь ташке заметны две системы пересекающихся дуг, которые, по вычислениям Cullmann, расположены строго соответственно механическим условиям, в которых находится кость, и ее форме.

Рис. 5. Губчатое вещество пяточной кости: продольный разрез

Рис. 6. Губчатое вещество верхнего конца бедренной кости: фронтальный разрез

Более простое расположение, палочек губчатого вещества встречается в тех костях, где точка приложения силы стоит над точкой опоры. Как пример избираем нижний конец бедра (рис. 7). Тут мы видим все палочки параллельными и расположенными вертикально по направлению действия тяжести. Видимо для большей прочности каждой из них они соединены еще по местам поперечными перемычками. Такую форму трубчатого вещества с продолговатыми промежутками можно встретить во многих костях, длинных, круглых и плоских, словом - всюду, где действие силы имеет одно постоянное направление.

Рис. 7. Губчатое вещество нижнего конца бедра: фронтальный разрез

Противоположностью этому продольно-клеточному губчатому веществу является другая форма - круглоклеточное вещество, которое встречается в круглых костях или частях костей, подвергающихся давлению со всех или многих сторон. Так, в головках бёдра и плеча, некоторых круглых костях ручной кисти губчатое вещество на тонких пластинках очень похоже на ткань тюля, т. е. состоит из костяных палочек, переплетенных между собою так, что промежутки между ними имеют почти круглую форму. Наконец, встречаются кости, которые имеют губчатое вещество средней формы (Meyer). Это обыкновенно толстые кости, подвергающиеся давлению только с двух сторон, как, например, тела позвонков (рис. 8). Их губчатое вещество распадается на две области: середина состоит из круглоклеточного вещества, построенного очень прочно - из толстых палочек. Ближе к суставным поверхностям, в приведенном примере-к верхней и нижней поверхности тела позвонка, губчатое вещество продольно-клеточное, т. е. палочки расположены по направлению от суставной поверхности к центральному губчатому веществу, на которые они, по выражению Meyer, опираются, как спицы колеса на ступицу. Под описанные три формы, действительно, можно подвести все кажущееся разнообразие губчатого вещества костей.

Рис. 8. Губчатое вещество тела поясничного позвонка: фронтальный разрез

(Обширные исследования, произведенные в последнее время Gebhardt (Arch. f. Entwicklunsgesch. Bd. 11 и 12) над костями различных животных, распространили закон соответствия между механическими условиями, в которых стоит кость, и ее строением на микроскопические элементы кости.

Нужно заметить, что наблюдать рисунок губчатого вещества ясно можно только на очень тонких распилах. Их лучше приготовлять из свежей кости или круглой механической пилой, как делал это Wolf, или же простой анатомической пилой, но с очень мелкими зубьями (крупные зубья ломают губчатое вещество); отпиленную пластинку можно или мацерировать, или вываривать в воде с небольшим количеством поваренной соли и, наконец, отбелить слабою хлорною водой. Если пластинки не выходят достаточно тонкими, то их можно отшлифовать, но при этом нужно принять некоторые предосторожности, чтобы не изломать губчатое вещество. Я делаю это так: вываренную пластинку я приклеиваю к деревянной доске хорошим столярным клеем, сваренным очень густо, причем следует наблюдать, чтобы клей не только приклеил пластинку, но и выполнил промежутки губчатого вещества. Когда клей засох, я шлифую пластинку мелким подпилком или крупным точильным камнем (сухим). По окончании шлифовки доска вместе с костяной пластинкой бросается в сильно кипящую воду, причем оставшееся небольшое количество клея растворяется почти моментально, и пластинка освобождается совершенно чистою, сохраняя малейшие подробности строения губчатого вещества. Этим способом мне удавалось приготовить чрезвычайно инструктивные препараты.)

Выше было указано, что в состав свежей кости, кроме костного вещества, собственно входят еще три ткани: хрящевая, соединительная и костномозговая.

Та часть поверхности костей, которою они соприкасаются друг с другом, обыкновенно гладка и покрыта слоем так называемого стекловидного хряща. Но это только в том случае, когда между костями существует значительная подвижность. Многие кости, соединенные друг с другом, мало подвижны, как, например, тела позвонков, лобковые кости и пр., на поверхностях, обращенных друг к другу, не имеют такого хрящевого слоя и не гладки, а напротив, шероховаты. Между такими костями расположены пластинки хряща совершенно другого строения и свойств, так называемые волокнистые хрящи. Их рассматривают как особые аппараты, соединяющие кости, и к костям не причисляют, а описывают отдельно в синдесмологии.

Настоящий суставный хрящ, покрывающий очень тонким слоем сочленовные концы и площадки костей, представляется по своему виду похожим на белое (так называемое молочное) стекло или опал: он бел и слегка просвечивает. Поверхность его чрезвычайно гладка и скользка от присутствия на ней особой жидкости (синовии), играющей роль смазки в сочленениях. Ткань хряща чрезвычайно упруга, что вместе с гладкостью его поверхности в значительной мере облегчает движение костей, уменьшая трение между ними.

Поверхность костей, не приноровленная для сочленений, всюду покрыта слоем очень плотной клетчатки (соединительной ткани), богатой кровеносными сосудами (в особенности у детей во время роста кости). Слой этот носит название надкостницы - periosteum, а там, где переходит на хрящевые части скелета, каковы у человека реберные хрящи, мечевидный отросток грудины и пр.,- название надхрящницы, - perichondrium. Физиологическое значение этого слоя так важно для кости и так специально, что надкостницу по праву называют органом, хотя она и составляет нераздельную часть живой кости. Надкостница есть орган, образующий из себя кость и питающий ее по окончании развития. Роль ее при развитии костной ткани будет изложена ниже, в главе об окостенении скелета. Роль ее как органа, питающего кость, объясняется очень просто: кровеносные сосуды, несущие кровь в массу кости для ее питания, все происходят, как ветви, от тех кровеносных сосудов, которые заложены в ткани надкостницы. При отделении надкостницы от живой кости, например, вследствие ударов или ушибов, кровеносные сосуды, идущие от нее в кость, обрываются, кровь перестает притекать к кости, и вследствие этого слой кости, прилежащий к надкостнице, неминуемо омертвевает - образуется так называемый секвестр.

Надкостница, покрывая все углубления и возвышения на поверхности кости, входит, с одной стороны, в самое тесное соединение с сухожилиями мускулов, прикрепляющихся к кости. С другой стороны, надкостница продолжается во все каналы, пронизывающие кость, в воздушные полости (черепных костей) и в питательные отверстия (foramena nutritia), выстилая всюду поверхность костного вещества. Путем питательных отверстий надкостница проникает в полости, занятые костным мозгом, и там, истончившись очень значительно, также покрывает поверхность костного вещества. Эта внутренняя надкостница носит название endosteum. Впрочем, она так тонка и слаба, что многие анатомы не признают ее, относя ее к ткани костного мозга.

Свободные от губчатого вещества каналы внутри длинных костей и промежутки губчатого вещества наполнены всюду костным мозгом - medulla оsseа. Ткань его чрезвычайно нежна, имеет или густо-розовый, или желтый цвет, богата кровеносными сосудами и жиром. По цвету у взрослого человека различают красный и желтый мозг. Первый свойствен по преимуществу губчатому веществу, второй - костномозговым каналам длинных костей и некоторым участкам губчатого вещества. В распределении этих двух видов костного мозга у взрослого человека Neumann заметил следующее правило, важное для патологической анатомии: кости головы и туловища содержат красный мозг. В костях конечностей красный мозг имеют только верхние концы бедренной и плечевой костей. Диафизы и нижние эпифизы, а также все остальные кости конечностей содержат желтый мозг.

(В хвостовых позвонках животных, по Ranvier, встречается желтый мозг, как в конечностях.)

Во время утробной жизни - у зародыша - костный мозг всюду имеет красный цвет. Различие в цвете наступает в первом году после рождения на свет и то весьма постепенно, вследствие обеднения мозга кровеносными сосудами и отложения в ткани большого количества жира. Что касается значения костного мозга для кости, то оно совершенно тождественно с значением надкостницы: эта ткань образует из себя кость. Такое сходство, несмотря на бросающееся в глаза различие строения, становится совершенно понятным из истории развития кости: костный мозг есть продукт надкостницы (см. главу о развитии костей).

Но эта функция присуща костному мозгу, разумеется, только во время развития и роста кости, а также после повреждения кости, сопровождаемого убылью костного вещества. Но еще более важную функцию костный мозг выполняет у взрослого, это - образование красных кровяных телец (функция эта присуща и другим органам, как печень, селезенка).