Кости и хрящи являются частью специализированных соединительных тканей, составляющих скелетную систему. Кость – это живая ткань, которая постоянно обновляется. Твердость кости хорошо подходит для задачи обеспечения механической опорной функции, а эластичность хряща — для способности суставов двигаться. И хрящ, и кость состоят из специализированных клеток, которые производят и регулируют матрикс материала вне клеток. Матрикс богат коллагенами, протеогликанами и неколлагеновыми белками. Минералы также присутствуют в костном матриксе.
Внешняя часть кости называется корой и представляет собой компактную кость. Более губчатая внутренняя часть (трабекулярная кость) заполнена кроветворным (кроветворным) костным мозгом. Внутренняя и внешняя части кости имеют разную скорость метаболизма, что имеет важные последствия для остеопороза в пожилом возрасте. Трабекулярная кость регенерирует с большей скоростью, чем компактная кость, поэтому остеопороз впервые наблюдается в телах позвонков, которые имеют большие трабекулярные части.
Кость в черепе и других отдельных участках формируется непосредственно в результате костеобразования (внутримембранная оссификация), минуя промежуточную фазу хряща. Длинные кости конечностей развиваются из хрящей в результате процесса, известного как эндохондральная оссификация. Именно этот процесс приводит к нормальному росту длинных костей, заживлению переломов и, в конце взрослой жизни, к уникальному образованию новой кости в суставе, который стал остеоартритным.
Остеобласты представляют собой тип костных клеток, отвечающих за синтез компонентов матрикса кости: отдельного коллагена (тип I) и протеогликанов. Остеобласты также синтезируют другие неколлагеновые белки кости. Некоторые из этих белков могут быть измерены в сыворотке крови для определения скорости метаболизма костной ткани.
Другая отдельная костная клетка называется остеокластом. Остеокласты отвечают за резорбцию кости. В нормальных условиях старая костная ткань рассасывается, а новая костная ткань образуется. Кость резорбируется за счет выработки ферментов, растворяющих белки. Костное обновление называется ремоделированием и обычно представляет собой сбалансированный и скоординированный процесс резорбции и формирования. На ремоделирование влияют гормоны организма и местные факторы роста.
Подвижные (диартродиальные) суставы образуются там, где соединяются две кости. Суставные поверхности рассчитаны на нагрузку и приспосабливаются к диапазону движений. Сустав окружен фиброзной капсулой, внутренняя поверхность которой представляет собой синовиальную оболочку, выделяющую синовиальную жидкость. Суставная поверхность состоит из гиалинового хряща, под которым находится твердая (субхондральная) костная основа. Внутри сустава связки, сухожилия и фиброзно-хрящевые структуры (мениски в некоторых суставах, таких как коленный) обеспечивают стабильность и плотное прилегание суставных поверхностей. Специализированные клетки этих суставных компонентов синтезируют и поддерживают макромолекулы матрикса, взаимодействие которых отвечает за поддержание прочности на растяжение связок и сухожилий, рыхлой соединительной ткани, поддерживающей кровеносные сосуды и клеточные элементы синовиальной оболочки, вязкой синовиальной жидкости, эластичность гиалинового хряща и жесткость субхондральной кости. Эти компоненты соединения взаимозависимы, и их взаимосвязь показана в таблице 1.
Таблица 1. Структурно-функциональные отношения и взаимозависимость суставных компонентов.
|
Компоненты |
Структура |
функции |
|
Связки и сухожилия |
Плотная, волокнистая, соединительная ткань |
Предотвращает чрезмерное растяжение суставов, обеспечивает стабильность и прочность |
|
Синовиальная мембрана |
Ареолярные, сосудистые и клеточные |
Секретирует синовиальную жидкость, растворяет (фагоцитирует) твердые частицы в синовиальной жидкости |
|
Синовиальная жидкость |
Вязкая жидкость |
Обеспечивает питательные вещества для хрящей суставов, смазывает хрящи во время движения суставов. |
|
Хрящ |
Плотный гиалиновый хрящ |
Образует суставную поверхность, несет вес, эластично реагирует на сжатие. |
|
Отметка прилива |
Кальцинированный хрящ |
Отделяет суставной хрящ от подлежащей кости |
|
Субхондральная кость |
Твердая кость с костномозговыми промежутками |
Обеспечивает поддержку суставной поверхности; полость костного мозга обеспечивает питательными веществами основу хряща и является источником клеток с потенциалом для образования новой кости. |
Источник: Хамерман и Тейлор, 1993 г.
Отдельные заболевания костей и суставов
Остеопения — это общий термин, используемый для описания уменьшенного костного вещества, обнаруживаемого на рентгеновских снимках. Часто бессимптомно на ранних стадиях, со временем может проявиться в виде ослабления костей. Большинство перечисленных ниже состояний вызывают остеопению, хотя механизмы ее возникновения различаются. Например, избыток паратиреоидного гормона усиливает резорбцию костей, в то время как дефицит кальция и фосфатов, который может возникать по множеству причин и часто связан с нехваткой витамина D, приводит к недостаточной минерализации. С возрастом у людей возникает дисбаланс между формированием и резорбцией кости. У женщин в возрасте около менопаузы часто преобладает резорбция, состояние, называемое остеопорозом I типа. В пожилом возрасте резорбция снова может преобладать и приводить к остеопорозу II типа. Остеопороз I типа обычно вызывает потерю костной массы и разрушение позвонков, в то время как при типе II преобладает перелом шейки бедра.
Остеоартрит (ОА) является основным хроническим заболеванием некоторых подвижных суставов, и его заболеваемость увеличивается с возрастом. К 80 годам почти все люди имеют увеличенные суставы на пальцах рук (узелки Гебердена). Обычно это имеет очень ограниченное клиническое значение. Основными суставами, несущими нагрузку, которые подвержены остеоартриту, являются тазобедренные, коленные, стопы и фасетки позвоночника. Плечо, хотя оно и не несет весовой нагрузки, может также страдать от различных артритических изменений, включая разрыв ротаторной манжеты плеча, подвывих головки плечевой кости и выпот с высоким содержанием протеолитических ферментов — клиническую картину, часто называемую «плечо Милуоки» и связанную с выраженная боль и ограничение движений. Основным изменением при ОА является, прежде всего, деградация хряща, но на рентгенограммах обычно видны новообразования кости, называемые остеофитами.