Глава 2. Как устроены наши кости
«Наши кости» – именно так мы зачастую говорим о сложнейшей и одной из важнейших систем нашего организма. Подчас вообще не обращаем на нее внимания только потому, что она из разряда «молчащих». Мы так или иначе чувствуем практически все органы тела: сердце стучит, желудок урчит, голова болит и т. д. (можете продолжить сами). И только костная система служит нам верой и правдой и при этом никак не обращает на себя нашего внимания (я не говорю сейчас о болезнях кости). И все же возьму на себя смелость и скажу, что эта система уникальна, представлять без нее человеческий организм как-то не очень приятно! Хотите все-таки пофантазировать? Да пожалуйста, но я предупреждала – зрелище не из приятных. Представьте, что все кости тела разом, как по команде исчезнут! Представили? Я тоже: кучка не поймешь чего. Хорошо, что это невозможно! Вот так порой и в жизни – истинная цена того, что имеем, познается тогда, когда это теряется. Но мы сейчас не об этом, мы о нашей костной системе, которая вообще-то имеет простое и знакомое всем название – скелет. Познакомиться с костной системой для нас, исследователей остеопороза, задача необходимая. Однако должна вас сразу предупредить – наберитесь терпения, так как материал о кости немножко на нее похож – суховат. Но это будет недолго, зато потом ваше терпение будет вознаграждено почти сенсационной информацией. Скучно не будет! А пока…
Анатомия и физиология костной ткани
Скелетом человека называется комплекс костей и их соединений. Он составляет пассивную часть опорно-двигательного аппарата, активным элементом которого, как вы уже догадались, являются мышцы. Масса скелета в среднем у мужчин равна 10 кг, у женщин – 6—8 кг.
Скелет человека подразделяется на осевой и добавочный. Осевой является более сложным, это и понятно, ведь в него входят такие составляющие, как череп, позвоночный столб и кости грудной клетки. Добавочный скелет представлен костями верхней и нижней конечностей.
Функции скелета в организме важны и разнообразны. Прежде всего он служит защитой для жизненно важных органов. Череп надежно защищает головной мозг, органы слуха, зрения, обоняния, начальные отделы пищеварительного и дыхательного аппаратов. В позвоночном канале содержится спинной мозг. Грудная клетка служит защитой для сердца, легких, вилочковой железы, пищевода и крупных сосудов. В полости таза находятся мочевой пузырь, а также матка, влагалище, трубы, яичники у женщин и предстательная железа у мужчин.
Скелет – это и опора для мягких тканей и органов. Он определяет внешнюю форму отдельных частей тела и всего организма человека в целом Движения обеспечивается подвижно соединенными между собой костями, приводимыми в движение мышцами.
И конечно, нас интересует биологическая функция скелета, а именно его участие в минеральном обмене. Хотя к биологической функции скелета еще относятся и кроветворение, и иммунитет.
А теперь поговорим о кости как органе. Может быть, для кого-то такое сочетание слов «кость – это орган» и не совсем привычно. Тем не менее это так: кость – такой же орган человеческого тела, как и все остальные. Каждая из более чем 200 костей скелета является живым, активно функционирующим и непрерывно обновляющимся органом. В кость, как и во все остальные органы, проникают сосуды и нервы, обеспечивая питание костной ткани и взаимодействие ее со всем организмом.
Каждая кость имеет свое развитие и форму, занимает присущее только ей место в теле, всегда соединяется с другими костями (кроме подъязычной кости и сесамовидных, расположенных в мягких тканях). В состав каждой кости входят представители всех 4 видов тканей: соединительная ткань, эндотелий, мышечная и нервная ткани. Все вместе они формируют такую структуру кости, которая способна очень быстро перестраиваться под влиянием внешних и внутренних факторов. Запомним этот по сути рецепт здоровья кости, так сказать, ту точку, ту особенность костной ткани (о которой вы, может быть, и не подозревали), позволяющую влиять на жизнедеятельность кости, на ее обмен веществ сознательно. Это очень славно, и мы непременно этим воспользуемся в главе о домашних тренировках. А пока продолжаем экскурс в науку остеологию!
Главными в кости, естественно, являются костные клетки. Функциональным элементом кости являются особые клетки – остеобласты. Эти клеточки способны вырабатывать специальное белковое вещество для кости – оссеин, а также откладывать минеральные соли. Находятся остеобласты во внутреннем слое надкостницы и участвуют в росте кости в ширину и восстановлении ее целостности после переломов.
Кость активно участвует в обмене веществ, постоянно находится под влиянием нервной системы, гормонов, условий питания организма, степени физической нагрузки. Я все время буду обращать ваше внимание на то, что физические нагрузки для кости необходимы Надеюсь, вы очень скоро это запомните и начнете по мере сил и возможностей подкармливать ваши косточки. Теперь вы понимаете, что кости, как и все другие органы, составляют весьма динамичную систему.
При внешнем осмотре кость имеет желтую окраску, концы покрыты хрящом бело-голубого цвета. Снаружи каждая кость, кроме суставных поверхностей, имеет надкостницу, т. е. соединительно-тканную оболочку.
Различие условий, в которых развивается кость, внутреннего строения и выполняемых функций – все это обусловливает многообразие форм костей.
Трубчатые кости, длинные и короткие, в них различают вытянутую цилиндрическую часть, называемую телом, или диафизом. На каждом конце тела (диафиза) находится эпифиз. Эпифизов соответственно два. На разрезе (распиле) в области диафиза видна полость, у взрослых заполненная желтым костным мозгом. У плодов и новорожденных костная полость отсутствует, и в диафизе имеется красный костный мозг.
Стенка образована твердым веществом кости. Эпифизарные концы более массивны, чем диафиз, и образованы губчатым веществом, в ячейках которого находится красный костный мозг. Трубчатые кости в основном составляют скелет конечностей, обеспечивая обширные движения.
Губчатые кости покрыты снаружи тонкой пластинкой твердого вещества, а внутри заполнены пластинками губчатого вещества. Костно-мозговой полости, как у трубчатых костей, они не имеют. Красный костный мозг располагается в мелких губчатых ячейках, разделенных костными балками, ориентированными по направлению действующей на данную кость силы.
Переломы при остеопорозе происходят в местах, где находится губчатая ткань, а это оконечные части трубчатых костей, позвонки, мелкие кости запястья и тазовая кость. Губчатая кость особенно подвержена остеопорозу.
Плоские кости имеют хорошо развитые компактные наружные пластинки, а между ними незначительную прослойку губчатого вещества.
Пневматизированные (воздухоносные) кости имеют пазухи, сообщающиеся с полостью носа, а ячейки сосцевидного отростка сообщаются с барабанной полостью.
Плоские кости черепа, позвоночника, грудины, лопаток, ребер, таза вмещают костный мозг, несущий кроветворную и иммунную функции. Кость участвует в обмене – когда нужно, организм высасывает из нее минеральные вещества (чаще всего при стрессе), а потом не всегда отдает. Кости черепа работают, как насосы, распределяя ликвор по черепу и спинно-мозговому каналу. Кости имеют различные свойства: в решетчатой и лобной костях есть лабиринты, при помощи которых согревается воздух. Кости, особенно лабиринты височных костей, могут быть резонаторами, помогая принять сигнал опасности.
В кости различают 3 вида клеток: остеобласты, остеоциты и остеокласты.
Остеобласты (о них мы уже упоминали) – молодые костные клетки. Они обладают высокими энергетическими возможностями, могут выделять много различных ферментов и располагаются в виде балок в точках окостенения в поверхностных слоях кости. Постепенно балки разрастаются во всех направлениях, образуя ячеистую сеть, в ячейках которой заключены кровеносные сосуды и клетки костного мозга. Остеобласты производят белки и межклеточное вещество, которое потом пропитывается солями кальция. Так сами они оказываются замурованными в костном веществе и превращаются в остеоциты.
Остеоцит– зрелая костная клетка. Остеоциты располагаются в ячейках костной сети в окружении тканевой жидкости, за счет которой осуществляются их питание и очистка. Остеокласты – крупные многоядерные клетки. Остеокласты разрушают кости и хрящи в процессе обновления костной ткани. Они имеют многочисленные выросты, и это увеличивает площадь соприкосновения остеокластов с костью.
Наружным слоем кости является компактное вещество, имеющее вид плотной, а на разрезе блестящей пластинки. Из компактного вещества построены тела трубчатых костей. Основу компактного вещества составляет промежуточное вещество, в котором расположены остеоны – структурные единицы кости. Что это такое? Остеон представляет собой от 4 до 20 трубок промежуточного вещества, вставленных одна в другую. В центре остеона имеется канал диаметром 10—110 мкм, по которому проходит кровеносный капилляр. Длинником своим остеоны ориентированы перпендикулярно к плоскости давления. Остеоны не соприкасаются друг с другом, между ними имеются вставочные пластинки, которые и объединяют остеоны в единое целое.
Каждая кость содержит огромное число остеонов. В бедренной кости их насчитывается около 3200. Если считать, что в среднем каждый остеон состоит из 12 трубок, то в диафизе бедра их будет 384 000, вставленных одна в другую. Поэтому при подобной архитектуре бедренная кость выдерживает нагрузку от 750 до 2500 кг.
Особенности строения кости при сравнительно небольшой затрате материала обеспечивают наибольшую ее прочность. Число, толщина и форма (круглая, овальная, неправильная) трубок остеона могут изменяться под влиянием работы мышц, сил давления и растяжения или других факторов, связанных с профессией, условиями питания, обмена веществ. Перестройка остеонов будет отражаться и на прочности костей. Чем обусловлен такой запас прочности костной ткани, должно быть понятно: кости иногда испытывают довольно большие нагрузки, например при прыжках с разбега или с высоты.
Губчатое вещество находится под компактным и построено из костных тонких перекладин, своими краями располагающихся перпендикулярно линиям сжатия и растяжения. Эти перекладины образуют друг с другом столбики, перекрещивающиеся под углом 90°, и под углом 45° пересекают длинную ось кости. Перекладины ориентированы одним концом по направлению сил давления, а другим опираются на компактное вещество кости. В результате этого происходит разложение сил на две составные, являющиеся сторонами параллелограмма силы, по диагонали которого происходит распространение усилия равномерно на стенки трубчатой кости из любой суставной поверхности.
Наиболее объемной частью кости является промежуточное (основное) вещество, представляющее продукт остеобластов.
Остеобластов в растущей кости очень много, особенно под надкостницей и в области эпифизарного хряща. У взрослого человека, когда рост костей закончен, эти клетки встречаются только в участках восстановления костной ткани (при переломах и трещинах костей). Таким образом, в каждой кости в различные возрастные периоды имеется определенное количественное сочетание клеточных элементов: остеобластов, остеоцитов и остеокластов, которые создают новое костное вещество, разрушают старое и обеспечивают стабильность обмена кости.
Промежуточное вещество состоит из коллагеновых волокон (органическое) и минеральных солей (неорганическое), которые пропитывают пучки коллагеновых волокон. При сочетании органических и неорганических веществ создается упругая и твердая конструкция.
На примере строения костной ткани хорошо видны взаимоотношения структуры и функции. Это особенно легко заметить, когда нарушается или изменяется функция движения. При этом происходит существенная перестройка архитектуры компактного и губчатого вещества. При уменьшении нагрузки на кость часть костных пластинок атрофируется и архитектурно перестраивается и, наоборот, увеличение нагрузки на кость оказывает формирующее влияние.
Ну что, худенькие женщины, теперь понятно, почему вам показаны занятия атлетической гимнастикой? Костям не хватает весовой нагрузки, чтобы быть крепкими. Есть такой термин в медицине – «риск развития заболевания». При остеопорозе существует длинный перечень того, что повышает вероятность этого заболевания. Мы с вами по возможности рассмотрим, как же именно тот или иной фактор может вызывать возникновение остеопороза, чтобы вы потом сами могли решать, насколько для вас все это существенно. Сознательный подход возможен, когда есть понимание сути, а нам сейчас требуется именно такой подход.
Надкостница – наружная поверхность кости (за исключением суставных поверхностей и мест прикрепления сухожилий), представляет собой тонкую (100—200 мкм) пластинку. Надкостница плотно крепится к кости благодаря наличию специальных волокон, перпендикулярно проникающих в компактное вещество кости. Надкостница состоит из двух слоев – наружного и внутреннего. В наружном слое много коллагеновых волокон, среди них располагаются нервы, сплетения мелких артерий, вен, лимфатических сосудов. Кровеносные сосуды придают надкостнице розовый оттенок. Волокнистый слой надкостницы прилежит к кости и содержит остеобласты, которые при росте кости в толщину образуют общие (генеральный) наружные пластинки промежуточного вещества.
В состав живой кости взрослого человека входит воды 50 %, жира 15,75 %, оссеина (коллагеновых волокон) 12,4 %, неорганических веществ 21,85 %. Высушенная кость состоит на 1/3 из органического и на 2/3 из неорганического вещества. Неорганические вещества – это различные соли (фосфат извести – 60 %, карбонат извести – 5,9 %, сульфат магния – 1,4 %). Кроме того, в костях имеются различные химические элементы. Минеральные соли легко растворяются в слабом растворе соляной или азотной кислоты. Этот процесс называется декальцинацией. После такой обработки в костях остается только органическое вещество, сохраняющее форму кости. Оно пористо и эластично, как губка. При удалении органических веществ путем сжигания кость также сохраняет первоначальную форму, но становится хрупкой и легко крошится. Только сочетание органических и неорганических веществ делает кость твердой и упругой. Ее прочность значительно возрастает благодаря сложной архитектуре компактного и губчатого вещества.
Кости обладают пластичностью, легко перестраиваются под действием тренировок (лучше всего умеренных и регулярных), что проявляется в изменении количества остеонов и толщины костных пластинок. Перестройка кости происходит за счет образования новых костных клеток и межклеточного вещества на фоне разрушения кости остеокластами. Недостаток нагрузки ведет к ослаблению и истончению кости. Кость становится крупноячеистой и частично рассасывается – это и есть остеопороз.
А сейчас коротко повторим технологию реконструкции костной ткани. Разрушают кость остеокласты, делают они это по запросу организма, когда ему требуется дополнительное количество кальция. Остеокласты выделяют специальное вещество (кислоту), которое и растворяет старую кость. В результате такого растворения в кровь поступают многие минеральные вещества, в их числе и кальций.
Как вы понимаете, результатом такой работы является полость. Оставлять это так нельзя, и команда для ремонта поступает другим клеткам (думаю, что вы уже догадались каким) – остеобластам. Остеобласты сначала выстилают образовавшуюся полость коллагеном – вязким клейким веществом (как клеем покрывают), а потом оттягивают кальций и другие микроэлементы из крови, образуя на поверхности «клея» кристаллы. Все это постепенно отвердевает, превращаясь в кость. А остеобласты после такой работы перестают быть остеобластами, они теряют свою активность, замуровываются в кости и с этого момента называются зрелыми клетками – остеоцитами. Весь цикл реконструкции занимает от 3 до 6 месяцев, прямо скажем, происходит небыстро.
Если остеокласты по разным причинам активнее остеобластов, то рассасывание кости идет несравнимо быстрее, чем ее восстановление. Так и теряется костное вещество. Хотелось бы узнать, что же может изменить активность клеток в сторону разрушения кости. Это по сути и есть ответ на вопрос, по какой причине запускается этот никому не нужный механизм, для возникновения остеопороза. Давайте разбираться.
В процессах реконструкции костной ткани участвует много факторов. В первую очередь это эндокринная система. Гормон паращитовидных желез – паратиреоидный гормон усиливает разрушение кости, активизируя остеокласты. Гормон кальцитонин, который образуется в щитовидной железе и является противоположным по действию паратиреоидному, усиливает процессы образования кости, стимулируя активность остеобластов. Тироксин, гормон щитовидной железы, и кортизол, основной гормон надпочечников, усиливают процессы разрушения костной ткани. Определенную роль в кальциевом обмене и, следовательно, в развитии остеопороза играет витамин D, который участвует в регуляции всасывания кальция в кишечнике.
Какая же роль при этом отводится женским половым гормонам? А роль эта благородная – защитная, и реализуется она следующим образом.
1. Женские половые гормоны способны подавлять активность паратиреоидного гормона.
2. Эстрогены способны подавлять разрушительный эффект тироксина на костную ткань, усиливая синтез тироксинсвязывающего белка, т. е. женские половые гормоны действуют на тироксин опосредованно, через специальный белок, который способен связывать тироксин и делать его тем самым неактивным.
3. Остеобласты имеют рецепторы, чувствительные к эстрогену. Это означает, что женские половые гормоны имеют возможность прямо воздействовать на остеобласты, и остеобластов при этом становится больше.
4. Эстрогены усиливают возвращение кальция в костную ткань.
Наряду с мнением официальной медицины я с удовольствием предлагаю вам версию остеопороза целительницы из Новосибирска И. А. Васильевой.
Имеется связь между костью и железами внутренней секреции. Кость разрушается при ослаблении защитников, травмах, стрессе (высокий уровень кортизола и паратиреоидного гормона).
Основными причинами разрушения кости являются:
1) травмы черепа, таза и позвоночника;
2) посттравматический сколиоз позвоночника;
3) очаги остеопороза, возникшие вблизи места травмы;
4) Рост уровня паратиреоидного гормона также приводит к снижению ионов кальция и магния в сыворотке крови;
5,) нарушение питания шейных симпатических узлов, щитовидной и паращитовидной желез (из-за шейного сколиоза);
6) ослабление функции поджелудочной железы и падение уровня инсулина;
7) воспалительные очаги в области черепа;
8) венозный застой в венах кишечника (страдают кости таза у травмы), печени (страдает поясничный отдел позвоночника);
9) длительные патологические состояния с малым объемом циркулирующей крови.
Самый главный враг кости – это травма. Травма ухудшает кровоток самой кости: в кости и в прилегающих тканях возникают воспалительные очаги, а уже это нарушает работу системы управления и кровоснабжения организма в целом. Тогда кости не только не хватает крови, ей мешают близкие застои крови, и кость не получает того, что она должна получать. Тогда кость утрачивает функцию и изменяет свою структуру.
Суть в том, что именно пограничным тканям – кости и эпителию – достается основная масса травм (поломок). И именно костям и эпителию в большей степени, чем другим тканям, свойственна бессознательная регуляция. Эта реакция соединительной ткани представляет наибольшую опасность для организма.
Как же происходит сам процесс снижения минеральной плотности кости?
Кальций вымывается из кости в пространство, окружающее кость. Органы нуждающиеся в кальции, функциональные системы или очаги (псевдоорганы), и выделяют соответствующие ферменты. Минеральная плотность ткани кости снижена в костях на месте травм рядом с воспалительными очагами. Минеральная плотность снижена потому, что воспалительные очаги способствуют «вымыванию» кальция из кости. При этом отработанный кальций выбрасывается прямо в межклеточное вещество. Концентрация кальция в лимфе растет, формируются почечные и желчные камни, на костях зарастают канальцы и капилляры. Развиваются спондилоартроз (сужение межпозвоночных отверстий) и сдавление нервных корешков с последующим развитием нервных расстройств.
Скелет – это, кроме всего прочего, еще и депо кальция. Когда в организме все в порядке, кальций используется бережно. Но, оказывается, бывает и по-другому.