TKANKA KOSTNA: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA, TWORZENIE I WZROST - BIOLOGIA - 2026

Tkanka kostna jest taki, który składa się kości. Kość, obok szkliwa i zębiny, to najtwardsze substancje w organizmie zwierząt. Kości tworzą struktury chroniące ważne narządy: mózg jest chroniony przez czaszkę, rdzeń kręgowy przez kręgosłup, a serce i płuca są chronione przez klatkę piersiową.

Kości służą również jako „dźwignie” dla mięśni, które są w nich umieszczone, zwielokrotniając siłę, jaką te mięśnie generują podczas wykonywania ruchów. Sztywność zapewniana przez kość umożliwia poruszanie się i podparcie obciążeń przeciw grawitacji.

Komórki tkanki kostnej (źródło: OpenStax College za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Kość jest dynamiczną żywą tkanką, która podlega ciągłym zmianom, a zmiany te są stymulowane przez nacisk i naprężenia, którym ta tkanka jest poddawana. Na przykład ciśnienie stymuluje resorpcję (zniszczenie), a stres może stymulować tworzenie nowej kości.

Kości są głównym depozytem wapnia i fosforu w organizmie: prawie 99% całkowitego wapnia w ludzkim organizmie jest gromadzone w tkance kostnej. Całkowita masa kości zmienia się w ciągu życia zwierzęcia. W fazie wzrostu kości zostają przezwyciężone resorpcją (zniszczeniem), a szkielet rośnie i rozwija się.

Początkowo zwiększa swoją długość, a następnie grubość, osiągając maksimum między 20 a 30 rokiem życia u ludzi. U dorosłych (do około 50 lat) istnieje równowaga między tworzeniem się kości a resorpcją.

Równowagę tę zapewnia proces wymiany zwany „przebudową kości”, który wpływa rocznie na 10–12% całkowitej masy kości. Następnie rozpoczyna się proces zwyrodnieniowy, w którym resorpcja przekracza formację, a masa kostna powoli spada.

Charakterystyka i struktura

Kość ma centralną jamę zwaną jamą rdzeniastą, w której znajduje się szpik kostny, tkanka krwiotwórcza, to znaczy tkanka tworząca komórki krwi. Struktury te pokryte są okostną, z wyjątkiem obszarów odpowiadających stawom maziowym.

Okostna ma zewnętrzną warstwę gęstej włóknistej tkanki łącznej i wewnętrzną warstwę z komórkami osteogennymi, które są komórkami kościotwórczymi lub komórkami osteoprogenitorowymi.

Centralna część kości jest wyłożona monowarstwą komórek cienkiej, wyspecjalizowanej tkanki łącznej zwanej endosteum. Endosteum zawiera komórki osteoprogenitorowe i osteoblasty. W ten sposób tapicerowana kość ma swoje komórki wbudowane w zwapnioną macierz zewnątrzkomórkową.

Komórki osteoprogenitorowe różnicują się w osteoblasty i odpowiadają za wydzielanie macierzy kostnej. Otoczone macierzą komórki te są inaktywowane i nazywane są osteocytami.

Przestrzenie, które zajmują osteocyty w macierzy, nazywane są przerwami.

W 90% organiczna macierz składa się z włókien kolagenowych typu I, białka strukturalnego występującego również w ścięgnach i skórze, a resztę stanowi jednorodna galaretowata substancja zwana substancją podstawową.

Kość zwarta i gąbczasta

Włókna kolagenowe macierzy są ułożone w duże wiązki, a w zwartej kości włókna te tworzą koncentryczne warstwy wokół kanałów, przez które przebiegają naczynia krwionośne i włókna nerwowe (kanały Haversa). Warstwy te tworzą cylindry znane jako „osteony”.

Każdy osteon jest ograniczony linią cementowania utworzoną przez zwapnioną substancję podstawową z kilkoma włóknami kolagenowymi i jest odżywiany przez naczynia znajdujące się w kanałach Haversa.

W kości gąbczastej tworzą się płytki lub drzazgi o dużej powierzchni, a komórki są odżywiane przez dyfuzję płynu zewnątrzkomórkowego z kości do beleczek kostnych.

Nieorganiczne składniki matrycy stanowią około 65% suchej masy kości i składają się głównie z wapnia i fosforu, oprócz niektórych pierwiastków, takich jak między innymi sód, potas, magnez, cytrynian i wodorowęglan.

Stwierdzono, że wapń i fosfor tworzą kryształy hydroksyapatytu. Fosforan wapnia występuje również w postaci amorficznej.

Kryształy hydroksyapatytu są ułożone w uporządkowanej długości wzdłuż włókien kolagenu typu I, które zachodzą na siebie koncentrycznie, co również powoduje, że kryształy zachodzą na siebie jak cegły ściany.

Tworzenie i wzrost kości

Kości czaszki powstają w procesie znanym jako „śródbłoniaste kostnienie”. Zamiast tego, kości długie są najpierw kształtowane w chrząstkę, a następnie przekształcane w kość przez kostnienie, które rozpoczyna się w trzonie kości i jest nazywane „kostnieniem wewnątrzchrzęstnym”.

Większość płaskich kości rozwija się i rośnie w wyniku śródbłoniastego tworzenia się kości i kostnienia. Proces ten zachodzi w silnie unaczynionej tkance mezenchymalnej, w której komórki mezenchymalne różnicują się w osteoblasty, które zaczynają wytwarzać macierz kostną.

W ten sposób tworzy się sieć drzazg i beleczek, na których powierzchni znajdują się osteoblasty. Te regiony początkowej osteogenezy nazywane są głównym ośrodkiem kostnienia. W ten sposób powstaje kość pierwotna z losowo ułożonych włókien kolagenowych.

Następnie dochodzi do zwapnienia, a osteoblasty uwięzione w macierzy stają się osteocytami, których procesy prowadzą do powstania kanalików. Ponieważ sieci beleczek tworzą gąbkę, z naczyniowej tkanki łącznej powstaje szpik kostny.

Dodatek beleczek obwodowych zwiększa rozmiar kości. W kości potylicznej (kości czaszki w tylnej części) znajduje się kilka ośrodków kostnienia, które łączą się ze sobą, tworząc jedną kość.

U noworodków ciemiączka między kością czołową i ciemieniową to obszary kostnienia, które jeszcze się nie zrosły.

Zwarte tworzenie kości

Obszary tkanki mezenchymalnej, które pozostają nieuwapnione w części wewnętrznej i zewnętrznej, utworzą okostną i śródkostną. Obszary kości gąbczastej w pobliżu okostnej i opony twardej staną się kością zbitą i utworzą wewnętrzny i zewnętrzny stół kości płaskiej.

Podczas wzrostu, w kościach długich, wyspecjalizowane obszary w nasadach są oddzielone od trzonu przez bardzo aktywną płytkę chrząstki zwaną płytką nasadową.

Długość kości rośnie, gdy płytka odkłada nową kość na każdym końcu trzonu. Wielkość płytki nasadowej jest proporcjonalna do tempa wzrostu i wpływają na nią różne hormony.

Rozporządzenie

Wśród hormonów, które modulują tę płytkę, jest hormon wzrostu (GH) uwalniany przez przednią przysadkę mózgową i regulowany przez hormon uwalniający hormon wzrostu (GRH), wytwarzany przez podwzgórze i przez somatomedynę, która jest czynnikiem wzrost insulinopodobny typu I (IGF-I) wytwarzany przez wątrobę.

Dopóki tempo aktywności mitotycznej w strefie proliferacji jest podobne do szybkości resorpcji kości w tej strefie, wielkość płytki nasadowej pozostaje stała, a kość nadal rośnie.

Po 20. roku życia aktywność mitotyczna maleje, a strefa kostnienia dochodzi do strefy chrzęstnej, łącząc jamy rdzeniowe trzonu i nasady kości.

Wzrost kości podłużnej kończy się, gdy następuje zamknięcie nasady, to znaczy trzon łączy się z nasadą. Zamknięcie nasadowe następuje zgodnie z uporządkowaną sekwencją czasową kończącą się ostatnim zamknięciem po okresie dojrzewania.

Wzrost szerokości kości długiej jest spowodowany wzrostem apozycyjnym, który jest produktem różnicowania komórek osteoprogenitorowych wewnętrznej warstwy okostnej do osteoblastów, które wydzielają macierz kostną w kierunku obszarów podokostnych trzonu.

Przebudowa kości

Przez całe życie człowieka kość podlega ciągłym przemianom poprzez procesy tworzenia i resorpcji, czyli niszczenia starej kości i tworzenia nowej kości.

U niemowląt wapń podlega rocznemu obrotowi 100%, podczas gdy u dorosłych wynosi on tylko 18% rocznie. Te procesy resorpcji i tworzenia lub zastępowania nazywane są przebudową kości.

Przebudowa zaczyna się od działania osteoklastów, które niszczą kość i pozostawiają pęknięcia, które są następnie atakowane przez osteoblasty. Te osteoblasty wydzielają macierz, która później kostnieje i daje początek nowej kości. Cykl ten trwa średnio ponad 100 dni.

W dowolnym momencie około 5% całej masy kości szkieletowej jest w trakcie przebudowy. Oznacza to udział około dwóch milionów jednostek przebudowujących.

Różnice w przebudowie kości zbitej i gąbczastej

Roczny wskaźnik przebudowy kości zbitej wynosi 4%, a kości gąbczastej 20%.

Różnica między szybkościami przebudowy obu typów kości jest najprawdopodobniej spowodowana faktem, że kość gąbczasta styka się ze szpikiem kostnym i ma na nią bezpośredni wpływ komórki o aktywności parakrynnej w szpiku kostnym.

Z drugiej strony, komórki osteoprogenitorowe kości zbitej znajdują się w kanałach haversa oraz w wewnętrznych warstwach okostnej, z dala od komórek szpiku kostnego i zależą, w celu rozpoczęcia przebudowy, od docierających hormonów. krwią.

Wiele jest czynników hormonalnych i białkowych zaangażowanych w aktywność osteoblastów i osteoklastów w przebudowie kości, jednak ich funkcja nie została jasno wyjaśniona.

Komórki kostne

-Typy komórek kostnych i ich cechy

Komórki kostne to komórki osteoprogenitorowe, osteoblasty, osteocyty i osteoklasty. Każda z tych komórek pełni określone funkcje w fizjologii kości i ma dobrze zróżnicowane cechy histologiczne.

Osteoblasty, osteocyty i osteoklasty tworzą razem jednostkę kształtującą kość.

Komórki osteoprogenitorowe lub osteogenne

Komórki te znajdują się w wewnętrznej warstwie okostnej i endokostnej. Pochodzą z embrionalnej mezenchymu i mogą, poprzez różnicowanie, dać początek osteoblastom. W pewnych warunkach stresowych mogą również różnicować się w komórki chondrogenne.

Są to komórki wrzecionowate z owalnym jądrem, skąpą cytoplazmą, małą szorstką retikulum endoplazmatycznym (RER) i słabo rozwiniętym aparatem Golgiego. Mają obfite rybosomy i są bardzo aktywne w okresie wzrostu kości.

Osteoblasty

Osteoklasty to komórki pochodzące z komórek osteogennych. Odpowiadają za syntezę organicznej macierzy kości, czyli kolagenu, proteoglikanów i glikoprotein. Są ułożone w nakładających się warstwach na powierzchni kości.

Jego jądro znajduje się po przeciwnej stronie do części wydzielniczej bogatej w pęcherzyki. Mają obfity RER i dobrze rozwinięty aparat Golgiego. Mają krótkie wypustki lub rozszerzenia, które stykają się z innymi sąsiednimi osteoblastami. Inne długie procesy łączą je z osteocytami.

Gdy osteoblasty wydzielają macierz, otacza je, a gdy osteoblasty są całkowicie włączone do macierzy, to znaczy otoczone nią, ulegają inaktywacji i stają się osteocytami.

Pomimo faktu, że większość macierzy kostnej ulega zwapnieniu, wokół każdego osteoblastu, a nawet każdego osteocytu, pozostaje cienka warstwa nie zwapnionej macierzy kostnej, zwana osteoidem, która oddziela te komórki od zwapnionej macierzy.

W błonie komórkowej osteoblastów znajdują się różne typy receptorów. Z tych receptorów najważniejszy jest receptor parathormonu (PTH), który stymuluje wydzielanie czynnika stymulującego osteoklasty, sprzyjającego resorpcji kości.

Osteoblasty mogą również wydzielać enzymy zdolne do usuwania osteoidów, a tym samym doprowadzając osteoklasty do kontaktu ze zwapnioną powierzchnią kości w celu zainicjowania resorpcji.

Osteocyty

Są to komórki pochodzące z nieaktywnych osteoblastów i nazywane są dojrzałymi komórkami kostnymi. Znajdują się one we wspomnianych lagunach zwapniałej macierzy kostnej. Na każdy milimetr sześcienny kości przypada od 20 000 do 30 000 osteocytów.

Z lagun osteocyty promieniują procesami cytoplazmatycznymi, które łączą je ze sobą, tworząc połączenia śródmiąższowe, przez które jony i małe cząsteczki mogą być wymieniane między komórkami.

Osteocyty są spłaszczonymi komórkami, z płaskimi jądrami i kilkoma organellami cytoplazmatycznymi. Są zdolne do wydzielania substancji pod wpływem bodźców mechanicznych, które powodują napięcie w kości (mechaniczna transdukcja).

Przestrzeń otaczająca osteocyty w lukach nazywana jest przestrzenią okołosteocytarną i jest wypełniona płynem pozakomórkowym w nieuwapnionej macierzy. Szacuje się, że powierzchnia ścian okostnowych wynosi około 5000 m2 i mieści około 1,3 litra płynu zewnątrzkomórkowego.

Płyn ten jest wystawiony na działanie około 20 g wymiennego wapnia, który może zostać ponownie wchłonięty do krwiobiegu ze ścian tych przestrzeni, co przyczynia się do utrzymania poziomu wapnia we krwi.

Osteoklasty

Komórki te pochodzą z tych samych komórek progenitorowych, co makrofagi tkankowe i krążące monocyty; Znajdują się one w szpiku kostnym i są komórkami progenitorowymi granulocytów i makrofagów (GM-CFU).

Mitoza tych komórek progenitorowych jest stymulowana przez czynniki stymulujące tworzenie kolonii makrofagów iw obecności kości te progenitorowe łączą się, tworząc komórki wielojądrowe.

Osteoklast to duża, wielojądrowa komórka ruchoma. Mierzy około 150 μm średnicy i może mieć do 50 rdzeni. Ma obszar podstawny, w którym znajdują się jądra i organelle, rąbek szczoteczki w kontakcie ze zwapnioną kością, wyraźne obszary obwodowe rąbka szczoteczkowego i obszar pęcherzykowy.

Główną funkcją tych komórek jest resorpcja kości. Kiedy już działają, przechodzą apoptozę (programowaną śmierć komórki) i umierają. Aby rozpocząć proces resorpcji kości, osteoklast przyczepia się do kości poprzez białka zwane integrynami.

Następnie pompy protonowe, które są zależnymi od H + ATPazami, przemieszczają się z endosomów do błony rąbka szczoteczkowego i zakwaszają pożywkę, aż pH spadnie do około 4.

Przy takim pH hydroksyapatyt rozpuszcza się, a włókna kolagenowe są degradowane przez kwaśne proteazy, również wydzielane przez te komórki. Końcowe produkty trawienia hydroksyapatytu i kolagenu ulegają endocytozie w osteoklastach, a następnie są uwalniane do płynu śródmiąższowego, aby następnie zostać wydalone z moczem.

Rodzaje tkanki kostnej (rodzaje kości)

Jak można było zauważyć w tekście, istnieją dwa rodzaje tkanki kostnej, a mianowicie: kość zbita lub korowa oraz kość beleczkowa lub gąbczasta.

Pierwsza stanowi 80% całkowitej masy kostnej i znajduje się w trzonach kości długich, które są częściami rurkowymi ułożonymi pomiędzy dwoma końcami (nasadami) tych kości.

Drugi typ kości jest typowy dla kości szkieletu osiowego, takich jak kręgi, kości czaszki i miednicy oraz żebra. Występuje również w środku kości długich. Stanowi 20% całkowitej masy kostnej i ma kluczowe znaczenie dla regulacji metabolizmu wapnia.

Bibliografia

1. Berne, R. i Levy, M. (1990). Fizjologia. Mosby; Edycja międzynarodowa.
2. Di Fiore, M. (1976). Atlas of Normal Histology (wyd. 2). Buenos Aires, Argentyna: El Ateneo Editorial.
3. Dudek, RW (1950). High-Yield Histology (wyd. 2). Filadelfia, Pensylwania: Lippincott Williams & Wilkins.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9th ed.). Nowy Jork, USA: McGraw-Hill Press.
5. Gartner, L. i Hiatt, J. (2002). Text Atlas of Histology (wyd. 2). Meksyk DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
6. Guyton, A. i Hall, J. (2006). Podręcznik fizjologii medycznej (wyd. 11). Elsevier Inc.
7. Johnson, K. (1991). Histology and Cell Biology (2nd ed.). Baltimore, Maryland: Krajowa seria medyczna do niezależnych badań.
8. Ross, M. i Pawlina, W. (2006). Histologia. Tekst i atlas ze skorelowaną biologią komórkową i molekularną (wyd. 5). Lippincott Williams & Wilkins.