KOSTNÍ TKÁŇ: VLASTNOSTI, STRUKTURA, TVORBA A RŮST - BIOLOGIE - 2025

Kostní tkáň je ten, který se skládá kosti. Kosti jsou spolu se sklovinou a dentinem nejtěžšími látkami v těle zvířat. Kosti tvoří struktury, které chrání životně důležité orgány: mozek je chráněn lebkou, mícha míchou a srdce a plíce chráněny hrudní koš.

Kosti také slouží jako „páky“ pro svaly, které jsou do nich vloženy, čímž se násobí síla, kterou tyto svaly vytvářejí během provádění pohybů. Tuhost poskytovaná kostí umožňuje lokomoce a podporu zatížení proti gravitaci.

Kostní tkáňové buňky (Zdroj: OpenStax College prostřednictvím Wikimedia Commons)

Kost je dynamická živá tkáň, která se neustále mění a tyto změny jsou stimulovány tlakem a stresem, kterému je tato tkáň vystavena. Například tlak stimuluje resorpci (destrukci) a stres může stimulovat novou tvorbu kostí.

Kosti jsou hlavní složkou vápníku a fosforu v těle: téměř 99% celkového vápníku v lidském těle je uloženo v kostní tkáni. Celková kostní hmota se mění po celý život zvířete. Během růstové fáze kostní tvorba překonává resorpci (destrukci) a kostra roste a vyvíjí se.

Zpočátku to zvětšuje jeho délku a pak jeho tloušťka, dosahovat jeho maxima mezi 20 a 30 rokem u lidí. U dospělých (do asi 50 let) existuje rovnováha mezi tvorbou kostí a resorpcí.

Tato rovnováha je dána procesem nahrazování známým jako „remodelace kosti“, která ovlivňuje ročně 10% až 12% celkové kostní hmoty. Následně začíná degenerativní proces, při kterém resorpce převyšuje tvorbu a kostní hmota pomalu klesá.

Vlastnosti a struktura

Kost má centrální dutinu nazývanou medulární dutinu, ve které je uložena kostní dřeň, hematopoetická tkáň, tj. Tkáň, která tvoří krvinky. Tyto struktury jsou pokryty periosteem, s výjimkou oblastí odpovídajících synoviálním kloubům.

Periostum má vnější vrstvu husté vláknité pojivové tkáně a vnitřní vrstvu s osteogenními buňkami, což jsou buňky vytvářející kosti nebo osteoprogenitorové buňky.

Střední část kosti je lemována monovrstvou buněk tenké, specializované pojivové tkáně zvané endosteum. Endosteum obsahuje osteoprogenitorové buňky a osteoblasty. Kost tak čalouněná má své buňky integrovány do kalcifikované extracelulární matrice.

Osteoprogenitorové buňky se diferencují na osteoblasty a mají na starosti vylučování kostní matrice. Když jsou obklopeny matricí, jsou tyto buňky inaktivovány a nazývají se osteocyty.

Prostory, které osteocyty zaujímají v matrici, se nazývají mezery.

90% organické matrice je tvořeno kolagenovými vlákny typu I, strukturálním proteinem přítomným také v šlachách a kůži, a zbytek je homogenní želatinová látka zvaná základní látka.

Kompaktní kost a spongiózní kost

Kolagenová vlákna matrice jsou uspořádána ve velkých svazcích a v kompaktní kosti tato vlákna vytvářejí soustředné vrstvy kolem kanálů, kterými prochází krevní cévy a nervová vlákna (Haversovské kanály). Tyto vrstvy tvoří válce známé jako „osteony“.

Každý osteon je ohraničen cementační linií tvořenou kalcifikovanou základní látkou s malým množstvím kolagenových vláken a živí se cévami, které jsou v haversovských kanálech.

Velkoplošné desky nebo spikule se tvoří v spongiózní kosti a buňky se živí difúzí extracelulární tekutiny z kosti do trabekul.

Anorganické složky matrice tvoří asi 65% suché hmotnosti kosti a jsou kromě některých prvků, jako je například sodík, draslík, hořčík, citrát a hydrogenuhličitan, tvořeny hlavně vápníkem a fosforem.

Zjistilo se, že vápník a fosfor tvoří krystaly hydroxyapatitu. Fosforečnan vápenatý se také nachází v amorfní formě.

Krystaly hydroxyapatitu jsou uspořádány uspořádaně podél kolagenových vláken typu I, která se koncentricky překrývají, což také způsobuje, že se krystaly překrývají jako cihly zdi.

Tvorba a růst kostí

Kosti lebky jsou tvořeny procesem známým jako „intramembranózní osifikace“. Místo toho jsou dlouhé kosti nejprve tvarovány do chrupavky a poté transformovány do kosti osifikací, která začíná na dříku kosti a nazývá se "endochondrální osifikace".

Většina plochých kostí se vyvíjí a roste intramembranózní tvorbou kostí a osifikací. K tomuto procesu dochází ve vysoce vaskularizované mezenchymální tkáni, ve které se mezenchymální buňky diferencují na osteoblasty, které začínají produkovat kostní matrici.

Takto se vytvoří síť spiculů a trabekul, jejichž povrchy jsou obývány osteoblasty. Tyto oblasti počáteční osteogeneze se nazývají primární centrum osifikace. Takto se vytvoří primární kost s náhodně orientovanými kolagenovými vlákny.

Poté dochází ke kalcifikaci a osteoblasty zachycené v matrici se stávají osteocyty, jejichž procesy vedou ke vzniku kanálků. Jak se trabekulární sítě tvoří jako houba, vaskulární pojivová tkáň vede ke vzniku kostní dřeně.

Přidání periferních trámců zvyšuje velikost kosti. V týlní kosti (lebeční kost v zadní oblasti) existuje několik osifikačních center, která se spojí dohromady a vytvoří jednu kost.

U novorozenců jsou fontanely mezi frontálními a parietálními kostmi oblasti osifikace, které dosud nebyly spojeny.

Kompaktní tvorba kostí

Oblasti mezenchymální tkáně, které zůstávají nekalcifikované ve vnitřní a vnější části, budou tvořit periostum a endosteum. Oblasti spongiózní kosti v blízkosti periostu a dury se stanou kompaktní a vytvoří vnitřní a vnější stůl ploché kosti.

Během růstu jsou v dlouhých kostech specializované oblasti epifýz odděleny od diafýzy vysoce aktivní destičkou chrupavky zvanou epifýzová destička.

Délka kosti se zvyšuje, jak tato deska ukládá novou kost na každém konci hřídele. Velikost epifýzové destičky je úměrná rychlosti růstu a je ovlivněna různými hormony.

Nařízení

Mezi hormony, které modulují tento plak, je růstový hormon (GH) uvolňovaný přední hypofýzou a regulovaný hormonem uvolňujícím růstový hormon (GRH), produkovaný hypotalamem, a somatomedinem, což je faktor růst typu inzulínu typu I (IGF-I) produkovaný játry.

Dokud je rychlost mitotické aktivity v proliferační zóně podobná rychlosti resorpce kosti v zóně, velikost epifýzové destičky zůstává konstantní a kost nadále roste.

Po 20 letech věku se mitotická aktivita sníží a osifikační zóna dosáhne oblasti chrupavky, spojující se medulární dutiny diafýzy a epifýzy.

Podélný růst kostí končí, když dojde k uzavření epifýzy, to znamená, když se diafýza spojí s epifýzou. Epifyzální uzávěr následuje řádnou časovou sekvenci končící poslední uzávěrkou po pubertě.

Růst šířky dlouhé kosti je způsoben růstem apozice, což je produktem diferenciace osteoprogenitorových buněk vnitřní vrstvy periostu na osteoblasty, které vylučují kostní matrici směrem k subperiostálním oblastem diafýzy.

Přestavba kostí

V průběhu života člověka je kost neustále v procesu formování a resorpce, tj. Ničení staré kosti a vytváření nové kosti.

U kojenců prochází vápník 100% ročním obratem, zatímco u dospělých je to jen 18% ročně. Tyto procesy resorpce a tvorby nebo náhrady se nazývají remodelace kosti.

Přestavba začíná působením osteoklastů, které ničí kost a zanechávají trhliny, které jsou poté napadeny osteoblasty. Tyto osteoblasty vylučují matrici, která později osifikuje a dá vznik nové kosti. Tento cyklus vyžaduje v průměru více než 100 dnů.

V každém okamžiku je v procesu remodelace přibližně 5% veškeré kostní hmoty. To znamená účast asi dvou milionů přestavovacích jednotek.

Rozdíly v remodelaci kompaktní a spongiózní kosti

Roční míra remodelace kompaktní kosti je 4% a u spongiózní kosti 20%.

Rozdíl mezi mírami remodelace dvou typů kosti je nejpravděpodobnější v důsledku skutečnosti, že spongiózní kost je v kontaktu s kostní dření a je přímo ovlivněna buňkami s parakrinní aktivitou v kostní dřeni.

Osteoprogenitorové buňky kompaktních kostí se naproti tomu nacházejí v haversijských kanálech a ve vnitřních vrstvách periostu, daleko od buněk kostní dřeně a jsou závislé na zahájení remodelace na hormonech, které dorazí krví.

Mnoho je hormonálních a proteinových faktorů podílejících se na aktivitě osteoblastů a osteoklastů při remodelaci kostí, funkce každého z nich však nebyla jasně objasněna.

Kostní buňky

- Typy kostních buněk a jejich vlastnosti

Kostní buňky jsou osteoprogenitorové buňky, osteoblasty, osteocyty a osteoklasty. Každá z těchto buněk má zvláštní funkce ve fyziologii kostí a má dobře diferencované histologické vlastnosti.

Osteoblasty, osteocyty a osteoklasty společně tvoří jednotku pro formování kostí.

Osteoprogenitorové nebo osteogenní buňky

Tyto buňky se nacházejí ve vnitřní vrstvě periostu a v endosteum. Pocházejí z embryonálního mesenchymu a mohou diferenciací vést k osteoblastům. Za určitých stresových podmínek se mohou také diferencovat na chondrogenní buňky.

Jsou to vřetenovité buňky s oválným jádrem, malou cytoplazmou, malým drsným endoplazmatickým retikulem (RER) a špatně vyvinutým Golgiho aparátem. Mají bohaté ribozomy a jsou velmi aktivní v období růstu kostí.

Osteoblasty

Osteoklasty jsou buňky odvozené od osteogenních buněk. Jsou zodpovědné za syntézu organické matrice kosti, tj. Kolagen, proteoglykany a glykoproteiny. Jsou uspořádány v překrývajících se vrstvách na povrchu kosti.

Jádro je na opačné straně než sekreční část bohatá na vezikuly. Mají bohaté RER a dobře vyvinutý Golgiho aparát. Mají krátké projekce nebo prodloužení, které přicházejí do styku s dalšími sousedními osteoblasty. Jiné dlouhé procesy je spojují s osteocyty.

Když osteoblasty vylučují matrici, obklopují je a když jsou osteoblasty kompletně zahrnuty do matrice, to znamená, že jsou obklopeny, stávají se inaktivovanými a stávají se osteocyty.

Navzdory skutečnosti, že většina kostních matric kalcifuje kolem každého osteoblastu a dokonce i každého osteocytu, zůstává tenká vrstva nekalcifikované kostní matrice, která se nazývá osteoid, která tyto buňky odděluje od kalcifikované matrice.

V buněčné membráně osteoblastů jsou různé typy receptorů. Z těchto receptorů je nejdůležitější receptor pro parathormony (PTH), který stimuluje sekreci faktoru stimulujícího osteoklasty, který podporuje resorpci kosti.

Osteoblasty mohou také vylučovat enzymy schopné odstranit osteoid a tím uvést osteoklasty do kontaktu s kalcifikovaným povrchem kosti, aby se zahájila resorpce.

Osteocyty

Jedná se o buňky odvozené od inaktivních osteoblastů a nazývají se zralé kostní buňky. Jsou umístěny ve výše uvedených lagunách kalcifikované kostní matrice. Na každý krychlový milimetr kosti je 20 000 až 30 000 osteocytů.

Z lagounů vyzařují osteocyty cytoplazmatické procesy, které je spojují, a vytvářejí intersticiální křižovatky, prostřednictvím kterých lze mezi buňkami vyměňovat ionty a malé molekuly.

Osteocyty jsou zploštělé buňky s plochými jádry a několika cytoplazmatickými organely. Jsou schopni vylučovat látky pod mechanickými stimuly, které způsobují napětí v kosti (mechanická transdukce).

Prostor, který obklopuje osteocyty v mezerách, se nazývá periosteocitický prostor a je vyplněn extracelulární tekutinou v nekalcifikované matrici. Povrchová plocha periostálních stěn se odhaduje na asi 5000 m2 a je zde umístěna objem asi 1,3 litru extracelulární tekutiny.

Tato tekutina je vystavena asi 20 g vyměnitelného vápníku, který může být reabsorbován do krevního řečiště ze stěn těchto prostorů, což přispívá k udržování hladin vápníku v krvi.

Osteoklasty

Tyto buňky jsou odvozeny ze stejných progenitorových buněk jako tkáňové makrofágy a cirkulující monocyty; Ty se nacházejí v kostní dřeni a jsou progenitorovými buňkami granulocytů a makrofágů (GM-CFU).

Mitóza těchto progenitorových buněk je stimulována faktory stimulujícími kolonie makrofágů a v přítomnosti kosti se tito progenitorové fúzují za vzniku vícejaderných buněk.

Osteoklast je velká, vícejaderná mobilní buňka. Měří průměr asi 150 μm a může mít až 50 jader. Má bazální oblast, kde se nacházejí jádra a organely, hranice štětce v kontaktu s kalcifikovanou kostí, čisté oblasti periferní ke štětce a vesikulární oblast.

Hlavní funkcí těchto buněk je funkce kostní resorpce. Jakmile fungují, podstoupí apoptózu (programovaná buněčná smrt) a zemřou. K zahájení procesu resorpce kosti se osteoklast váže na kost prostřednictvím proteinů nazývaných integriny.

Dále se protonové pumpy, které jsou ATPázy závislé na H +, přesunou z endozomů do membrány kartáčové hranice a okyslí médium, dokud pH neklesne na přibližně 4.

Hydroxyapatit se při takovém pH rozpustí a kolagenová vlákna jsou degradována kyselými proteázami, které jsou těmito buňkami také vylučovány. Konečné produkty trávení hydroxyapatitu a kolagenu se endocytují v osteoklastech a poté se uvolňují do intersticiální tekutiny, která se následně vylučuje močí.

Druhy kostní tkáně (typy kosti)

Jak může být v textu uvedeno, existují dva typy kostní tkáně, a to kompaktní nebo kortikální a trabekulární nebo spongiózní.

První tvoří 80% celkové kostní hmoty a nachází se v diafytech dlouhých kostí, což jsou tubulární části uspořádané mezi dvěma konci (epifýzy) těchto kostí.

Druhý typ kosti je typický pro kosti axiální kostry, jako jsou obratle, kosti lebky a pánve a žebra. Nachází se také ve středu dlouhých kostí. Představuje 20% celkové kostní hmoty a má zásadní význam pro regulaci metabolismu vápníku.

Reference

1. Berne, R., & Levy, M. (1990). Fyziologie. Mosby; Mezinárodní edice.
2. Di Fiore, M. (1976). Atlas normální histologie (2. vydání). Buenos Aires, Argentina: El Ateneo Editorial.
3. Dudek, RW (1950). Histologie vysokého výnosu (2. vydání). Philadelphia, Pensylvánie: Lippincott Williams & Wilkins.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9. ed.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
5. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Textový atlas histologie (2. vydání). Mexico DF: McGraw-Hill Interamericana Editors.
6. Guyton, A., and Hall, J. (2006). Učebnice lékařské fyziologie (11. vydání). Elsevier Inc.
7. Johnson, K. (1991). Histologie a buněčná biologie (2. vydání). Baltimore, Maryland: Národní lékařská série pro nezávislé studium.
8. Ross, M. a Pawlina, W. (2006). Histologie. Text a atlas s korelovanou buněčnou a molekulární biologií (5. vydání). Lippincott Williams & Wilkins.