Остеогенез
Остеогенез – розвиток кісткової тканини
Розрізняють два способи утворення кістки: прямий (первинний, з мезенхіми) та непрямий (вторинний, на місці хрящової моделі) Прямий (первинний) остеогістогенез. Розвиток кістки із мезенхіми.
Такий спосіб остеогенезу характерний для розвитку грубоволокнистої кісткової тканини при утворенні плоских кісток, наприклад, покривних кісток черепа. Цей процес спостерігається переважно протягом першого місяця внутрішньоутробного розвитку та характеризується утворенням спочатку первинної «перетинчастої», остеоїдної кісткової тканини з подальшим відкладенням солей кальцію, фосфору та ін. у міжклітинній речовині.
Перша стадія – утворення скелетогенного острівця. У місцях розвитку майбутньої кістки відбуваються осередкове розмноження мезенхімних клітин та васкуляризація скелетогенного острівця.
Друга стадія – остеоїдна. У другій стадії відбувається диференціювання клітин острівців, утворюється органічна матриця кісткової тканини, або остеоїд – оксифільна міжклітинна речовина з колагеновими фібрилами. волокна, Що Розростаються, розсувають клітини, які, не втрачаючи своїх відростків, залишаються пов'язаними один з одним. В основному речовині з'являються мукопротеїди (осеомукоїд), що волокна цементують в одну міцну масу.
Деякі клітини, що диференціюються в остеоцити, вже на цій стадії можуть виявитися включеними в товщу волокнистої маси. Інші, що розташовуються поверхнею, диференціюються в остеобласти. Протягом деякого часу остеобласти розташовуються з одного боку волокнистої маси, але незабаром колагенові волокна з'являються і з інших сторін, відокремлюючи остеобласти один від одного. Поступово ці клітини виявляються «замурованими» у міжклітинній речовині, втрачають здатність розмножуватися та перетворюються на остеоцити. У теВодночас із навколишнього мезенхіми утворюються нові генерації остеобластів, які збільшують кістку зовні. Тобто. забезпечують апазіційне зростання кісткової тканини.
Третя стадія (прямого остегенезу) - звапніння, або кальцифікація, міжклітинної речовини. При цьому остеобласти виділяють фермент лужну фосфатазу, що розщеплює гліцерофосфати, що містяться в периферичній крові, на вуглеводні сполуки (цукору) і фосфорну кислоту. Остання вступає в реакцію з солями кальцію, який осідає в основному речовині і волокнах спочатку у вигляді сполук кальцію, що формують аморфні відкладення Са3(РО4)2, надалі з нього утворюються кристали гідроксиапатиту Са10(РО4)6(ОН)2.
Кальцифікацію осеоїду пов'язують із матриксними везикулами.
Процес біологічної мінералізації протікає у 2 фази.
I фаза полягає у освіті вихідних кристалів гідроксиапатиту всередині матриксних везикул. Ця фаза контролюється фосфатазами (включаючи лужну фосфатазу), а також кальційзв'язуючими молекулами (фосфоліпідами та білками), якими багаті матриксні везикули.
II фаза полягає у розриві мембран матриксних везикул з виходом сформованих кристалів в екстрацелюлярний простір, де подальше розмноження їх контролюється умовами позаклітинного мікрооточення. Важливу роль мають протеази та мембранні фосфоліпази, які забезпечують розрив мембран та вихід мінералів назовні.
Одним із посередників кальцифікації є остеонектин – глікопротеїн, вибірково зв'язуючий солі кальцію та фосфору з колагеном. В результаті кальцифікації утворюються кісткові поперечки, або балки. Потім від цих перекладин відгалужуються вирости, що з'єднуються між собою та утворюють широку мережу. Простір між поперечинами виявляється зайнятимсполучною волокнистою тканиною з кровоносними судинами, що проходять в ній.
На момент завершення остеогенезу по периферії зачатка кістки в ембріональній сполучній тканині з'являється велика кількість волокон та остеогенних клітин. Частина цієї волокнистої тканини, що прилягає безпосередньо до кісткових поперечин, перетворюється на окістя, або періост (periosteum), який забезпечує трофіку та регенерацію кістки. Така кістка, що з'являється на стадіях ембріонального розвитку і складається з перекладин ретикулофіброзної кісткової тканини, називається первинною кісткою губчастої. У пізніших стадіях розвитку вона замінюється вторинною губчастою кісткою дорослих, яка відрізняється від першої тим, що побудована вже з пластинчастої кісткової тканини (четверта стадія остеогенезу).
Розвиток пластинчастої кісткової тканини тісно пов'язане з процесом руйнування окремих ділянок кістки та вростанням кровоносних судин у товщу ретикулофіброзної кістки. У цьому процесі як у період ембріонального остеогенезу, і після народження беруть участь остеокласти.
Кісткові платівки зазвичай утворюються навколо кровоносних судин шляхом диференціювання прилеглої до них мезенхіми. Над такими платівками утворюється шар нових остеобластів і з'являються нові платівки. Колагенові волокна в кожній платівці орієнтовані під кутом до волокон попередньої платівки. Таким чином, навколо судини формуються як кісткові циліндри, вставлені один в інший, - первинні остеони. З моменту появи остеонів ретикулофіброзна кісткова тканина перестає розвиватися і замінюється пластинчастою кістковою тканиною. З боку окістя формуються загальні або генеральні пластинки, що охоплюють всю кістку зовні. Так розвиваються пласкі кістки. Надалі кістка, що утворилася в ембріональному періоді.піддається перебудові: руйнуються первинні остеони та розвиваються нові генерації остеонів. Така перебудова кістки практично продовжується все життя.
На відміну від хрящової тканини кістка завжди зростає способом накладання нової тканини вже наявну, тобто. шляхом апозиції, а оптимальне кровопостачання необхідно для диференціювання клітин скелетогенного острівця. Непрямий (вторинний) остеогістогенез. Розвиток кістки на місці хряща.
На 2-му місяці ембріонального розвитку в місцях майбутніх трубчастих кісток закладається з мезенхіми хрящовий зачаток, який дуже швидко набуває форми майбутньої кістки (хрящова модель). Зачаток складається з ембріонального гіалінового хряща, покритого надхрящницею. Якийсь час він росте як за рахунок клітин, що утворюються з боку надхрящниці, так і за рахунок розмноження клітин у внутрішніх ділянках.
Розвиток кістки дома хряща, тобто. непрямий остеогенез, що починається в ділянці діафіза (т.зв. перихондральне окостеніння). Утворенню перихондральної кісткової манжетки передує розростання кровоносних судин. Відбувається диференціювання остеобластів, що утворюють у вигляді манжетки спочатку ретикулофіброзну кісткову тканину (первинний центр окостеніння), потім замінюється пластинчастою.
Утворення кісткової манжетки порушує харчування хряща. Внаслідок цього у центрі діафізарної частини хрящового зачатку виникають дистрофічні зміни. Хондроцити вакуолізуються, їх ядра пікнотизуються, утворюються так звані пухирчасті хондроцити. Зростання хряща у цьому місці припиняється. Подовження перихондральної кісткової манжетки супроводжується розширенням зони деструкції хряща та появою остеокластів, які очищають шляхи для вростаючих у модель трубчастої кістки кровоносних судин та остеобластів.
Це призводить допояві вогнищ "внутрішнього" ендохондрального окостеніння (вторинні центри окостеніння). У зв'язку з зростанням сусідніх незмінених дистальних відділів діафіза хондроцити на межі епіфіза і діафіза збираються в поздовжні колонки. Таким чином, у колонці хондроцитів є два протилежно спрямовані процеси - розмноження та зростання в дистальних відділах діафізу та дистрофічні процеси в його проксимальному відділі.
Одночасно між набряклими клітинами відбувається відкладення мінеральних солей, що зумовлює появу різкої базофілії та крихкості хряща.
З моменту розростання судинної мережі та появи остеобластів надхрящниця перебудовується, перетворюючись на окістя. Надалі кровоносні судини з навколишньою мезенхімою, остеогенними клітинами і остеокластами вростають через отвори кісткової манжетки і входять у зіткнення з обвапненим хрящем. Під впливом ферментів, що виділяються остеокластами, відбувається розчинення (хондроліз) звапніння міжклітинної речовини. Діафізарний хрящ руйнується, у ньому виникають подовжені простори, в яких «поселяються» остеоцити, що утворюють на поверхні ділянок звапнішого хряща кісткову тканину, що залишилися.
Процес відкладення кістки всередині хрящового зачатку отримав назву ендохондрального, або енхондрального, окостеніння (грец. endon - усередині).
Одночасно з процесом розвитку енхондральної кістки з'являються ознаки її руйнування остеокластами. Внаслідок руйнування енхондральної кісткової тканини утворюються ще більші порожнини та простору (порожнини резорбції) і, нарешті, виникає кістковомозкова порожнина. З мезенхіми, що проникла сюди, утворюється строма кісткового мозку, в якій поселяються стовбурові клітини крові і сполучної тканини. У цей же час на периферіїдіафіза з боку окістя наростають все нові і нові перекладини кісткової тканини, що утворюється з окістя.
Розростаючись у довжину до епіфізів і збільшуючись у товщину, вони утворюють щільний (компактний) шар кістки. Подальша організація періостальної кістки протікає інакше, ніж організація енхондральної кісткової тканини. Навколо судин, які йдуть по довгій осі зачатка кістки з прилеглої до них мезенхіми, на місці ретикулофіброзної кістки, що руйнується, починають утворюватися концентричні пластинки, що складаються з паралельно орієнтованих тонких колагенових волокон і цементуючої міжклітинної речовини. Так виникають первинні остеони. Просвіт їх широкий, межі платівок нерізко контуровані. Слідом за появою першої генерації остеонів з боку періосту починається розвиток загальних (генеральних) платівок, що оточують кістку в діафізі.
Після діафізом центри окостеніння виникають в эпифизах. Цьому передують спочатку диференціювання хондроцитів, їх гіпертрофія, яка змінюється погіршенням харчування, дистрофією та кальцинацією. Надалі відзначається процес окостеніння, подібний до описаного вище. Осифікація супроводжується вростанням в епіфізи судин.
У проміжній ділянці між діафізом та епіфізами зберігається хрящова тканина – метафізарний хрящ, що є зоною зростання кісток у довжину.