5. Свойства и развитие костной ткани

Хрящевая и костная ткани. В процессе развития позвоночных животных костный скелет появился не сразу. У предков современных позвоночных скелет был хрящевым. У человеческого зародыша также вначале развивается хрящевой скелет. Уже на 5-й неделе внутриутробного развития на месте будущих костей появляются скопления клеток первичной соединительной ткани. Клетки начинают вырабатывать очень плотное, упругое межклеточное вещество, меняя при этом свой вид. Так образуется хрящевой скелет зародыша.

Снаружи хрящи покрыты оболочкой - надхрящницей. Внутренний слой надхрящницы состоит из первичной соединительной ткани, которая может превращаться в различные другие виды соединительной ткани, в частности в хрящевую. За счет размножения клеток первичной соединительной ткани хрящи растут как в толщину, так и в длину.

В дальнейшем хрящевая ткань разрушается, а на ее месте образуется костная ткань, т. е. происходит окостенение скелета. Однако большинство костей мозгового и лицевого черепа появляется на месте уплотненной первичной соединительной ткани, т. е. без предварительного образования хряща.

По своим свойствам и строению хрящевая и костная ткани различны. В хрящевой ткани (цв. табл. I) клетки или группы клеток отделены друг от друга полупрозрачным упругим органическим веществом, в котором можно обнаружить тонкие волоконца. Внутри хрящевой ткани нет кровеносных сосудов. Поэтому доставка клеткам питательных веществ затруднена: они лишь в малом количестве проникают через плотное межклеточное вещество.

Костная ткань (рис. 11, 1), наоборот, богата кровеносными сосудами, которые вместе с нервами расположены в многочисленных каналах. Клетки костной ткани как бы замурованы в твердом межклеточном веществе, состоящем примерно на ¹/₃ из органического вещества и на ²/₃ из неорганических солей - в основном фосфорнокислого кальция и в меньшем количестве углекислого кальция. Органическое вещество кости обусловливает ее упругость, а неорганические соли - твердость.

Рис. 11. Строение кости: 1 - схема расположения костных пластинок, окружающих канал, в котором проходят сосуды и нервы; 2 - костные клетки (межклеточное вещество разрушено)

Сочетанием веществ, обладающих различными свойствами, часто пользуются в технике. Так, обволакивая упругую стальную арматуру твердым, но хрупким бетоном, получают железобетон - один из наиболее прочных и долговечных строительных материалов. По своим свойствам костная ткань подобна железобетону: в ней роль стальной арматуры играет органическое вещество, а роль бетона - неорганические соли.

Прочность костей необычайно велика. Правда, от сильного удара ломаются даже толстые кости, но они легко выдерживают осторожно положенный на них тяжелый груз. Некоторые кости человеческого тела могут выдержать давление более 1000 кг.

Образование костной ткани. Развитию костной ткани предшествует появление особых клеток, сохранивших свойства первичной соединительной ткани и легко превращающихся в другие виды опорных тканей. Это особые клетки, они быстро размножаются и начинают интенсивно вырабатывать органическое межклеточное вещество, характерное для костной ткани. Они названы остеобластами, т. е. образователями кости.

Если кость развивается на месте хряща, то очаги окостенения прежде всего появляются на поверхности хрящевой ткани, где скопляются образующиеся в надхрящнице остеобласты.

Одновременно начинается частичное разрушение окружающей хрящевой ткани. В участки разрушения хрящевой ткани прорастают кровеносные сосуды, а с ними внутрь хряща проникают остеобласты. Скапливаясь вдоль еще сохранившихся участков хряща, они образуют костную ткань - костные перекладины. Они растут в различных направлениях, перекрещиваясь и частично соединяясь друг с другом. В промежутках между перекладинами остаются полости, в которых из первичной соединительной ткани образуется костный мозг, богатый кровеносными сосудами. Костная ткань, построенная в виде многочисленных перекладин, получила название губчатой, в отличие от плотной костной ткани, которая образуется на поверхности хряща. Если полости между перекладинами зарастают костной тканью, то губчатая ткань превращается в плотную.

Плотная костная ткань, как и губчатая, хорошо снабжена кровеносными сосудами, через которые костные клетки получают кислород, питательные и минеральные вещества. Возможность попадания этих веществ в костные клетки, замурованные в твердом межклеточном веществе, обеспечивается тончайшими канальцами, густая сеть которых пронизывает всю кость. Костные клетки при помощи многочисленных длинных отростков, находящихся в канальцах, соединяются друг с другом, что облегчает поступление необходимых веществ из тех клеток, которые находятся вблизи кровеносных сосудов (рис. 11, 2). Поэтому костные клетки, в отличие от хрящевых, могут оставаться жизнеспособными в течение многих лет.

Рост костей. Плоские кости, как, например, большая часть костей мозгового и лицевого черепа, увеличиваются в размерах путем наложения новой костной ткани как на поверхности (рост в толщину), так и по краям. Иначе растут длинные кости конечностей, в которых принято различать среднюю часть, или диафиз, и концы кости, или эпифизы. По мере роста такой кости расстояние между эпифизами (т. е. длина диафиза) увеличивается. Это возможно потому, что в течение всего периода роста на границе между диафизом и эпифизами сохраняется прослойка хрящевой ткани.

Сначала костная ткань образуется посредине диафиза - как внутри хряща, так и на его поверхности. Постепенно окостенение распространяется на весь диафиз; значительно позднее островки костной ткани появляются и в эпифизах (рис. 12). Хрящевая прокладка, расположенная между диафизом и эпифизом, подвергается на границе с костной тканью частичному разрушению, но она не исчезает, так как одновременно в центре прокладки происходит образование новых хрящевых клеток.

Рис. 12. Последовательные этапы окостенения: 1 - начало окостенения в диафизе; 2 - средняя часть диафиза полностью состоит из костной ткани (по краям - плотной, в середине - губчатой); 3 - начало образования полости в диафизе; 4 - появление очагов окостенения в эпифизах; 5 и 6 - хрящевая прокладка (а) между диафизом и эпифизами