Biologia dla kierunku II

omówienie struktury i funkcji kości

istnieje kilka różnych typów kości w ludzkim szkielecie. W tej sekcji, dowiemy się o tym, jak kości a sklasyfikowane, i jak one funkcjonują w naszym ciele.

typy Kości

kość, lub tkanka kostna, jest tkanką łączną, która stanowi endoszkielet. Zawiera wyspecjalizowane komórki i matrycę soli mineralnych i włókien kolagenowych.

sole mineralne obejmują głównie hydroksyapatyt, minerał powstały z fosforanu wapnia. Zwapnienie to proces osadzania się soli mineralnych na matrycy włókien kolagenowych, który krystalizuje i utwardza tkankę. Proces zwapnienia występuje tylko w obecności włókien kolagenowych.

kości ludzkiego szkieletu są klasyfikowane według ich kształtu: kości długie, kości krótkie, kości płaskie, kości suturalne, kości sezamowe i kości nieregularne (ryc. 1).

Rysunek 1. Pokazane są różne rodzaje kości: płaskie, nieregularne, długie, krótkie i sezamoidalne.

Rysunek 2. Kość długa jest pokryta chrząstką stawową na obu końcach i zawiera szpik kostny (pokazany na Żółto na tej ilustracji)w jamie szpiku.

kości długie są dłuższe niż szerokie i mają trzon i dwa końce. Diaphysis, lub centralny wał, zawiera szpik kostny w jamie szpiku. Zaokrąglone końce, nasady nasadowe, są pokryte chrząstką stawową i są wypełnione czerwonym szpikiem kostnym, który wytwarza komórki krwi (ryc. 2). Większość kości kończyn to Kości długie—na przykład kość udowa, piszczelowa, łokciowa i promieniowa. Wyjątki od tego obejmują rzepkę i kości nadgarstka i kostki.

Kości krótkie, lub kości prostopadłe, to Kości o tej samej szerokości i długości, nadające im kształt przypominający sześcian. Na przykład kości nadgarstka (nadgarstki) i kostki (stępy) są kośćmi krótkimi (Rysunek 1).

płaskie kości są cienkie i stosunkowo szerokie kości, które znajdują się tam, gdzie wymagana jest rozległa ochrona narządów lub gdzie wymagane są szerokie powierzchnie przyczepu mięśni. Przykładami płaskich kości są mostek (kość piersiowa), żebra, łopatki (łopatki) i dach czaszki (ryc. 1).

Kości nieregularne to Kości o skomplikowanych kształtach. Kości te mogą mieć krótkie, płaskie, karbowane lub pofalowane powierzchnie. Przykładami nieregularnych kości są kręgi, kości biodrowe i kilka kości czaszki.

Kości sezamowe są małymi, płaskimi kośćmi i mają kształt podobny do ziarna sezamu. Rzepki to Kości sezamowe. Kości sezamoidalne rozwijają się wewnątrz ścięgien i mogą znajdować się w pobliżu stawów na kolanach, dłoniach i stopach.

Kości Suturalne to małe, płaskie, o nieregularnym kształcie kości. Można je znaleźć między płaskimi kośćmi czaszki. Różnią się liczbą, kształtem, rozmiarem i położeniem.

tkanka kostna

kości są uważane za narządy, ponieważ zawierają różne rodzaje tkanki, takie jak krew, tkanka łączna, nerwy i tkanka kostna. Osteocyty, żywe komórki tkanki kostnej, tworzą matrycę mineralną kości. Istnieją dwa rodzaje tkanki kostnej: zwarta i gąbczasta.

zwarta tkanka kostna

zwarta kość (lub kość korowa) tworzy twardą zewnętrzną warstwę wszystkich kości i otacza jamę rdzeniastą lub szpik kostny. Zapewnia ochronę i wytrzymałość kości. Zwarta tkanka kostna składa się z jednostek zwanych osteonami lub układami Haversjańskimi. Osteony są cylindrycznymi strukturami, które zawierają matrycę mineralną i żywe osteocyty połączone kanalikami, które transportują krew. Są one ustawione równolegle do długiej osi kości. Każdy osteon składa się z lameli, które są warstwami zwartej matrycy, które otaczają kanał centralny zwany kanałem Haversian. Kanał Haversian (kanał osteoniczny) zawiera naczynia krwionośne kości i włókna nerwowe (ryc. 3). Osteony w zwartej tkance kostnej są ustawione w tym samym kierunku wzdłuż linii naprężeń i pomagają kościom oprzeć się zginaniu lub pękaniu. Dlatego zwarta tkanka kostna jest widoczna w obszarach kości, w których naprężenia są stosowane tylko w kilku kierunkach.

Rysunek 3. Zwarta tkanka kostna składa się z osteonów, które są wyrównane równolegle do długiej osi kości i kanału Haversian, który zawiera naczynia krwionośne kości i włókna nerwowe. Wewnętrzna warstwa kości składa się z gąbczastej tkanki kostnej. Małe ciemne owale u osteonów reprezentują żywe osteocyty.

gąbczasta tkanka kostna

podczas gdy zwarta tkanka kostna tworzy zewnętrzną warstwę wszystkich kości, kość gąbczasta lub kość rakotwórcza tworzy wewnętrzną warstwę wszystkich kości. Gąbczasta tkanka kostna nie zawiera osteonów tworzących zwartą tkankę kostną. Zamiast tego składa się z trabeculae, które są lamelami ułożonymi w pręty lub płyty. Czerwony szpik kostny znajduje się między trabuculae. Naczynia krwionośne w tej tkance dostarczają składników odżywczych do osteocytów i usuwają odpady. Czerwony szpik kostny kości udowej i wnętrze innych dużych kości, takich jak jelito kręte, tworzy komórki krwi.

Rysunek 4. Beleczkowate w kości gąbczastej są ułożone w taki sposób, że jedna strona Kości nosi napięcie, a druga wytrzymuje ściskanie.

gąbczasta kość zmniejsza gęstość kości i umożliwia ściskanie końców kości długich w wyniku naprężeń nałożonych na kość. Gąbczasta kość jest widoczna w obszarach kości, które nie są mocno zestresowane lub gdzie naprężenia przybywają z wielu kierunków. Nasady kości, takie jak szyja kości udowej, podlegają stresowi z wielu kierunków. Wyobraź sobie układanie ciężkiego obrazu w ramce płasko na podłodze. Można trzymać jedną stronę obrazu za pomocą wykałaczki, jeśli wykałaczka była prostopadła do podłogi i obrazu. Teraz wywierć otwór i przyklej wykałaczkę do ściany, aby zawiesić obraz. W tym przypadku funkcją wykałaczki jest przenoszenie ciśnienia w dół obrazu na ścianę. Siła na zdjęciu jest prosto na podłogę, ale siła na wykałaczce to zarówno przewód obrazkowy ciągnący się w dół, jak i dno otworu w ścianie pchające się do góry. Wykałaczka pęknie przy ścianie.

szyjka kości udowej jest pozioma jak wykałaczka w ścianie. Ciężar ciała wypycha go w dół w pobliżu stawu, ale pionowa przepaść kości udowej wypycha go na drugim końcu. Szyja kości udowej musi być wystarczająco mocna, aby poziomo przenieść siłę ciężaru ciała w dół na pionowy trzon kości udowej (ryc. 4).

typy komórek w kościach

kość składa się z czterech typów komórek: osteoblastów, osteoklastów, osteocytów i komórek osteoprogenitorowych. Osteoblasty są komórkami kostnymi odpowiedzialnymi za tworzenie się Kości. Osteoblasty syntetyzują i wydzielają część organiczną i nieorganiczną macierzy zewnątrzkomórkowej tkanki kostnej oraz włókna kolagenowe. Osteoblasty zostają uwięzione w tych wydzielinach i różnicują się w mniej aktywne osteocyty. Osteoklasty to duże komórki kostne z maksymalnie 50 jądrami. Usuwają strukturę kości, uwalniając enzymy lizosomalne i kwasy, które rozpuszczają macierz kostną. Minerały te, uwalniane z kości do krwi, pomagają regulować stężenie wapnia w płynach ustrojowych. Kość może być również resorbowane do przebudowy, jeśli zastosowane naprężenia uległy zmianie. Osteocyty są dojrzałymi komórkami kostnymi i są głównymi komórkami w kostnej tkance łącznej; komórki te nie mogą się dzielić. Osteocyty utrzymują prawidłową strukturę kości poprzez recykling soli mineralnych w macierzy kostnej. Komórki osteoprogenitorowe są płaskonabłonkowymi komórkami macierzystymi, które dzielą się w celu wytworzenia komórek potomnych, które różnicują się w osteoblasty. Komórki osteoprogenitorowe są ważne w naprawie złamań.

wzrost i rozwój kości

kostnienie lub osteogeneza to proces tworzenia się Kości przez osteoblasty. Kostnienie różni się od procesu zwapnienia; podczas gdy zwapnienie ma miejsce podczas kostnienia kości, może również wystąpić w innych tkankach. Kostnienie rozpoczyna się około sześciu tygodni po zapłodnieniu w zarodku. Do tego czasu szkielet zarodkowy składa się w całości z błon włóknistych i chrząstki szklistej. Rozwój kości z błon włóknistych nazywa się kostnieniem śródbłonkowym; rozwój chrząstki szklistej nazywa się kostnieniem endochondralnym. Wzrost kości trwa do około 25 roku życia. Kości mogą rosnąć w grubości przez całe życie, ale po 25 roku życia funkcje kostnienia głównie w przebudowie i naprawie kości.

kostnienie śródbłonkowe

kostnienie śródbłonkowe to proces rozwoju kości z błon włóknistych. Bierze udział w tworzeniu płaskich kości czaszki, żuchwy i obojczyków. Kostnienie zaczyna się, gdy komórki mezenchymalne tworzą szablon przyszłej kości. Następnie różnicują się w osteoblasty w centrum kostnienia. Osteoblasty wydzielają macierz pozakomórkową i osadzają wapń, który utwardza macierz. Niezmineralizowana część kości lub osteoidy nadal tworzą się wokół naczyń krwionośnych, tworząc gąbczastą kość. Tkanka łączna w matrycy różnicuje się w czerwony szpik kostny u płodu. Kość gąbczasta jest przebudowywana w cienką warstwę zwartej kości na powierzchni kości gąbczastej.

kostnienie Endochondralne

kostnienie Endochondralne to proces rozwoju kości z chrząstki szklistej. Wszystkie kości ciała, z wyjątkiem płaskich kości czaszki, żuchwy i obojczyków, powstają w wyniku kostnienia endochondralnego.

w kościach długich chondrocyty tworzą wzór chrząstki szklistej. Reagując na złożone sygnały rozwojowe, matryca zaczyna się zwapniać. To zwapnienie zapobiega dyfuzji składników odżywczych do matrycy, co powoduje obumieranie chondrocytów i otwarcie ubytków w chrząstce poślizgowej. Naczynia krwionośne atakują wnęki, a osteoblasty i osteoklasty modyfikują zwapnioną macierz chrząstki w gąbczastą kość. Osteoklasty następnie rozkładają część gąbczastej kości, aby utworzyć szpik lub rdzeniastą jamę w centrum pocenia się. Gęsta, nieregularna tkanka łączna tworzy osłonkę (okostną) wokół kości. Okostna pomaga w przywiązaniu kości do otaczających tkanek, ścięgien i więzadeł. Kość nadal rośnie i wydłuża się, gdy komórki chrząstki dzielą nasady nasadowe.

w ostatnim etapie prenatalnego rozwoju kości, centra nasad nasadowych zaczynają się zwapniać. Wtórne centra kostnienia tworzą się w nasadach, gdy naczynia krwionośne i osteoblasty wchodzą do tych obszarów i przekształcają chrząstkę szklistą w gąbczastą kość. Do Okresu Dojrzewania chrząstka szklistej utrzymuje się na płytce nasadowej (płytce wzrostu), która jest obszarem między poceniem a nasadowym, odpowiedzialnym za wzdłużny wzrost kości długich (ryc. 5).

Rysunek 5. Kostnienie endochondralne jest procesem rozwoju kości z chrząstki szklistej. Okostna to tkanka łączna Na Zewnątrz kości, która działa jako interfejs między kośćmi, naczyniami krwionośnymi, ścięgnami i więzadłami.

wzrost kości

kości długie wydłużają się, potencjalnie aż do Okresu Dojrzewania, poprzez dodanie tkanki kostnej na płytce nasadowej. Zwiększają również szerokość poprzez odpowiedni wzrost.

wydłużenie kości długich

chondrocytów po stronie nasadowej płytki nasadowej; jedna komórka pozostaje niezróżnicowana w pobliżu nasady, a jedna komórka przesuwa się w kierunku nasady. Komórki, które są wypychane z nasady, dojrzewają i są niszczone przez zwapnienie. Proces ten zastępuje chrząstki z kością po stronie diaphyseal płytki, w wyniku wydłużenia kości.

kości długie przestają rosnąć w wieku około 18 lat u kobiet i 21 lat u mężczyzn w procesie zwanym zamykaniem płytki nasadowej. Podczas tego procesu komórki chrząstki przestają się dzielić, a cała chrząstka zostaje zastąpiona przez kość. Płytka nasadowa zanika, pozostawiając strukturę zwaną linią nasadową lub pozostałością nasadową, a nasady nasadowe i obfite.

zgrubienie kości długich

przyrost jest to wzrost średnicy kości poprzez dodanie tkanki kostnej na powierzchni kości. Osteoblasty na powierzchni kości wydzielają matrycę kostną, a osteoklasty na wewnętrznej powierzchni rozkładają kość. Osteoblasty różnicują się w osteocyty. Równowaga między tymi dwoma procesami pozwala kości zgęstnieć bez zbytniego ciężaru.

przebudowa i naprawa Kości

odnowa Kości trwa po urodzeniu w dorosłość. Przebudowa kości polega na zastąpieniu starej tkanki kostnej nową tkanką kostną. Obejmuje procesy odkładania Kości przez osteoblasty i resorpcji kości przez osteoklasty. Normalny wzrost kości wymaga witamin D, C i A oraz minerałów, takich jak wapń, fosfor i magnez. Hormony, takie jak hormon przytarczyc, hormon wzrostu i kalcytonina są również wymagane do prawidłowego wzrostu i utrzymania kości.

obroty kostne są dość wysokie, a pięć do siedmiu procent masy kostnej jest poddawanych recyklingowi co tydzień. Różnice w szybkości obrotu występują w różnych obszarach szkieletu i w różnych obszarach kości. Na przykład kość w głowie kości udowej może być w pełni wymieniana co sześć miesięcy, podczas gdy kość wzdłuż wału zmienia się znacznie wolniej.

Rysunek 6. Po ustawieniu tej Kości kalus połączy oba końce razem. (kredyt: Bill Rhodes)

przebudowa Kości pozwala kościom dostosować się do naprężeń, stając się grubsze i silniejsze, gdy są poddawane stresowi. Kości, które nie podlegają normalnemu stresowi, na przykład gdy kończyna jest w gipsie, zaczną tracić masę. Złamana lub złamana kość ulega naprawie w czterech etapach:

1. naczynia krwionośne w złamanej kości i krwotok, w wyniku czego powstaje Zakrzepła krew lub krwiak w miejscu złamania. Odcięte naczynia krwionośne na złamanych końcach kości są uszczelnione przez proces krzepnięcia, a komórki kostne pozbawione składników odżywczych zaczynają umierać.
2. w ciągu kilku dni od złamania naczynia włosowate rosną do krwiaka, a komórki fagocytarne zaczynają usuwać martwe komórki. Chociaż fragmenty skrzepu krwi mogą pozostać, fibroblasty i osteoblasty wchodzą do obszaru i zaczynają reformować kość. Fibroblasty wytwarzają włókna kolagenowe, które łączą złamane końce kości, a osteoblasty zaczynają tworzyć gąbczaste kości. Tkanka naprawcza między złamanymi końcami kości nazywa się kalusem fibrocartilaginous, ponieważ składa się zarówno z hialiny, jak i fibrocartilage (ryc. 6). W tym miejscu mogą również pojawić się niektóre szpikulce kostne.
3. kalus fibrocartilaginous przekształca się w kościsty kalus kości gąbczastej. Potrzeba około dwóch miesięcy, aby złamane końce kości były mocno połączone po złamaniu. Jest to podobne do tworzenia endochondral kości, jak chrząstka staje się skostniała; osteoblasty, osteoklasty i macierz kostna są obecne.
4. kościsty kalus jest następnie przebudowywany przez osteoklasty i osteoblasty, z nadmiarem materiału na zewnątrz kości i wewnątrz jamy rdzeniowej jest usuwany. Zwarta kość jest dodawana do tworzenia tkanki kostnej, która jest podobna do oryginalnej, nieprzerwanej kości. Ta przebudowa może trwać wiele miesięcy, a kość może pozostać nierówna przez lata.

Sprawdź swoje zrozumienie

Odpowiedz na poniższe pytania, aby zobaczyć, jak dobrze rozumiesz tematy omówione w poprzedniej sekcji. Ten krótki quiz nie liczy się do twojej oceny w klasie i możesz go powtórzyć nieograniczoną liczbę razy.

Użyj tego quizu, aby sprawdzić swoje zrozumienie i zdecydować, czy (1) przestudiować poprzednią sekcję dalej, Czy (2) przejść do następnej sekcji.