Кость — это жесткий орган [1] , который составляет часть скелета у большинства позвоночных животных. Кости защищают различные другие органы тела, производят красные и белые кровяные клетки , хранят минералы , обеспечивают структуру и поддержку тела и обеспечивают подвижность . Кости бывают разных форм и размеров и имеют сложную внутреннюю и внешнюю структуру. [2] Они легкие, но прочные и твердые и выполняют множество функций .
Костная ткань (osseous fabric), которая также называется костью в неисчисляемом смысле этого слова, является твердой тканью , типом специализированной соединительной ткани . Она имеет сотовую матрицу внутри , которая помогает придать кости жесткость. Костная ткань состоит из различных типов костных клеток . Остеобласты и остеоциты участвуют в формировании и минерализации кости; остеокласты участвуют в резорбции костной ткани. Модифицированные (уплощенные) остеобласты становятся выстилающими клетками, которые образуют защитный слой на поверхности кости. Минерализованная матрица костной ткани имеет органический компонент, в основном коллаген, называемый оссеином , и неорганический компонент костного минерала, состоящий из различных солей. Костная ткань представляет собой минерализованную ткань двух типов: кортикальную кость и губчатую кость. Другие типы тканей, обнаруженные в костях, включают костный мозг , эндост , надкостницу , нервы , кровеносные сосуды и хрящ .
В человеческом теле при рождении присутствует около 300 костей. Многие из них срастаются во время развития, оставляя в общей сложности 206 отдельных костей у взрослого человека, не считая многочисленных мелких сесамовидных костей . [3] [4] Самая большая кость в теле — бедренная кость, а самая маленькая — стремечко в среднем ухе .
Греческое слово для обозначения кости — ὀστέον (« остеон »), отсюда и множество терминов, которые используют его в качестве префикса, например, остеопатия . В анатомической терминологии , включая международный стандарт Terminologia Anatomica , слово для обозначения кости — os (например, os breve , os longum , os sesamoideum ).
Кость не является однородно твердой, а состоит из гибкой матрицы (около 30%) и связанных минералов (около 70%), которые сложно сплетены и непрерывно ремоделируются группой специализированных костных клеток. Их уникальный состав и конструкция позволяют костям быть относительно твердыми и прочными, оставаясь при этом легкими.
Костная матрица на 90–95 % состоит из эластичных коллагеновых волокон, также известных как оссеин, [5] , а остальное — это основное вещество . [6] Эластичность коллагена повышает устойчивость к переломам. [7] Матрица затвердевает за счет связывания неорганической минеральной соли, фосфата кальция , в химическом составе, известном как костный минерал , форма апатита кальция . [8] [9] Именно минерализация придает костям жесткость.
Кость активно строится и реконструируется на протяжении всей жизни особыми костными клетками, известными как остеобласты и остеокласты. Внутри любой кости ткань сплетена в два основных образца, известных как кортикальная и губчатая кость, каждый из которых имеет разный внешний вид и характеристики.
Твердый внешний слой костей состоит из кортикальной кости , которая также называется компактной костью , поскольку она намного плотнее губчатой кости. Она образует твердую внешнюю часть (кортекс) костей. Кортикальная кость придает костям гладкий, белый и твердый вид и составляет 80% от общей массы костей скелета взрослого человека . [10] Она облегчает основные функции костей — поддерживать все тело, защищать органы, обеспечивать рычаги для движения и хранить и высвобождать химические элементы, в основном кальций. Она состоит из нескольких микроскопических столбиков, каждый из которых называется остеоном или гаверсовой системой. Каждый столбик представляет собой несколько слоев остеобластов и остеоцитов вокруг центрального канала, называемого остеоническим каналом . Каналы Фолькмана под прямым углом соединяют остеоны вместе. Столбчики метаболически активны, и по мере того, как кость реабсорбируется и создается, характер и расположение клеток внутри остеона будут меняться. Кортикальная кость покрыта надкостницей на своей внешней поверхности и эндостом на своей внутренней поверхности. Эндост является границей между кортикальной костью и губчатой костью. [11] Основной анатомической и функциональной единицей кортикальной кости является остеон .
Губчатая кость или губчатая кость , [12] [11] также известная как трабекулярная кость , является внутренней тканью скелетной кости и представляет собой открытую ячеистую пористую сеть, которая следует материальным свойствам биопены . [13] [14] Губчатая кость имеет более высокое отношение площади поверхности к объему, чем кортикальная кость, и она менее плотная . Это делает ее более слабой и более гибкой. Большая площадь поверхности также делает ее пригодной для метаболической активности, такой как обмен ионами кальция. Губчатая кость обычно находится на концах длинных костей, вблизи суставов и внутри позвонков. Губчатая кость сильно васкуляризирована и часто содержит красный костный мозг , где происходит кроветворение , производство клеток крови. Первичной анатомической и функциональной единицей губчатой кости является трабекула . Трабекулы выровнены в направлении распределения механической нагрузки, которую кость испытывает внутри длинных костей, таких как бедренная кость . Что касается коротких костей, трабекулярное расположение было изучено в ножке позвонка . [15] Тонкие образования остеобластов , покрытые эндостом, создают нерегулярную сеть пространств, [16] известных как трабекулы. Внутри этих пространств находятся костный мозг и гемопоэтические стволовые клетки , которые дают начало тромбоцитам , эритроцитам и лейкоцитам . [16] Трабекулярный костный мозг состоит из сети стержневидных и пластинчатых элементов, которые делают весь орган легче и оставляют место для кровеносных сосудов и костного мозга. Трабекулярная кость составляет оставшиеся 20% от общей массы кости, но имеет почти в десять раз большую площадь поверхности, чем компактная кость. [17]
Слова губчатый и трабекулярный относятся к крошечным решетчатым единицам (трабекулам), которые формируют ткань. Впервые это было точно проиллюстрировано на гравюрах Кристостомо Мартинеса . [18]
Костный мозг , также известный как миелоидная ткань в красном костном мозге, можно найти практически в любой кости, которая содержит губчатую ткань . У новорожденных все такие кости заполнены исключительно красным костным мозгом или кроветворным костным мозгом, но по мере взросления ребенка кроветворная фракция уменьшается в количестве, а жировая/желтая фракция, называемая костномозговой жировой тканью (КЖТ), увеличивается в количестве. У взрослых красный костный мозг в основном находится в костном мозге бедренной кости, ребер, позвонков и тазовых костей . [19]
Кость получает около 10% сердечного выброса. [20] Кровь поступает в эндост , протекает через костный мозг и выходит через мелкие сосуды в коре. [20] У людей напряжение кислорода в крови в костном мозге составляет около 6,6%, по сравнению с примерно 12% в артериальной крови и 5% в венозной и капиллярной крови. [20]
Кость — это метаболически активная ткань, состоящая из нескольких типов клеток. Эти клетки включают остеобласты , которые участвуют в создании и минерализации костной ткани, остеоциты и остеокласты , которые участвуют в реабсорбции костной ткани. Остеобласты и остеоциты происходят из остеопрогениторных клеток, но остеокласты происходят из тех же клеток, которые дифференцируются, образуя макрофаги и моноциты . [21] В костном мозге также находятся гемопоэтические стволовые клетки . Эти клетки дают начало другим клеткам, включая лейкоциты , эритроциты и тромбоциты . [22]
Остеобласты — это одноядерные клетки, образующие кость. Они располагаются на поверхности остеонных швов и производят белковую смесь, известную как остеоид , которая минерализуется, превращаясь в кость. [23] Остеоидный шов — это узкая область новообразованного органического матрикса, еще не минерализованного, расположенного на поверхности кости. Остеоид в основном состоит из коллагена типа I. Остеобласты также вырабатывают гормоны , такие как простагландины , чтобы воздействовать на саму кость. Остеобласт создает и восстанавливает новую кость, фактически строя ее вокруг себя. Сначала остеобласт создает коллагеновые волокна. Эти коллагеновые волокна используются в качестве каркаса для работы остеобластов. Затем остеобласт откладывает фосфат кальция, который затвердевает под действием гидроксидных и бикарбонатных ионов. Совершенно новая кость, созданная остеобластом, называется остеоидом . [24] Как только остеобласт заканчивает работу, он фактически оказывается в ловушке внутри кости, когда она затвердевает. Когда остеобласт оказывается в ловушке, он становится известен как остеоцит. Другие остеобласты остаются на вершине новой кости и используются для защиты подлежащей кости; они стали известны как клетки костной выстилки. [25]
Остеоциты — это клетки мезенхимального происхождения, которые происходят из остеобластов, которые мигрировали в костный матрикс, который они сами произвели, оказались в ловушке и окружены им. [11] Пространства, которые занимают тела клеток остеоцитов в минерализованном матриксе коллагена типа I, известны как лакуны , в то время как отростки клеток остеоцитов занимают каналы, называемые канальцами. Многие отростки остеоцитов тянутся к остеобластам, остеокластам, клеткам костной выстилки и другим остеоцитам, вероятно, в целях коммуникации. [26] Остеоциты остаются в контакте с другими остеоцитами в кости через щелевые соединения — сопряженные клеточные отростки, которые проходят через канальцевые каналы.
Остеокласты — очень крупные многоядерные клетки, которые отвечают за разрушение костей в процессе резорбции кости . Затем новая кость формируется остеобластами. Кость постоянно ремоделируется путем резорбции остеокластов и создается остеобластами. [21] Остеокласты — крупные клетки с несколькими ядрами , расположенные на поверхности костей в так называемых лакунах Хоушипа (или ямках резорбции ). Эти лакуны являются результатом реабсорбции окружающей костной ткани. [27] Поскольку остеокласты происходят из линии стволовых клеток моноцитов , они оснащены фагоцитарными механизмами, подобными циркулирующим макрофагам . [21] Остеокласты созревают и/или мигрируют на отдельные поверхности костей. По прибытии активные ферменты, такие как кислая фосфатаза, устойчивая к тартрату , секретируются против минерального субстрата. [ необходима цитата ] Реабсорбция кости остеокластами также играет роль в гомеостазе кальция . [27]
Кости состоят из живых клеток (остеобластов и остеоцитов), встроенных в минерализованную органическую матрицу. Основным неорганическим компонентом человеческой кости является гидроксиапатит , доминирующий костный минерал , имеющий номинальный состав Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 . [28] Органические компоненты этой матрицы состоят в основном из коллагена I типа — «органический» относится к материалам, вырабатываемым в результате жизнедеятельности человеческого организма — и неорганических компонентов, которые наряду с доминирующей фазой гидроксиапатита включают другие соединения кальция и фосфата , включая соли. Примерно 30% бесклеточного компонента кости состоит из органического вещества, в то время как примерно 70% по массе приходится на неорганическую фазу. [29] Коллагеновые волокна придают кости прочность на растяжение , а вкрапленные кристаллы гидроксиапатита придают кости прочность на сжатие . Эти эффекты являются синергетическими . [29] Точный состав матрицы может меняться с течением времени из-за питания и биоминерализации , при этом соотношение кальция к фосфату варьируется от 1,3 до 2,0 (по весу), а также могут быть обнаружены такие микроэлементы, как магний , натрий , калий и карбонат . [29]
Коллаген типа I составляет 90–95% органического матрикса, а остальная часть матрикса представляет собой однородную жидкость, называемую основным веществом, состоящую из протеогликанов, таких как гиалуроновая кислота и хондроитинсульфат , [29] , а также неколлагеновых белков, таких как остеокальцин , остеопонтин или костный сиалопротеин . Коллаген состоит из нитей повторяющихся единиц, которые придают кости прочность на растяжение, и расположены в перекрывающейся манере, что предотвращает напряжение сдвига. Функция основного вещества полностью не известна. [29] Два типа костей можно идентифицировать микроскопически в соответствии с расположением коллагена: тканые и пластинчатые.
Плетеная кость образуется, когда остеобласты быстро производят остеоид, что изначально происходит во всех костях плода , но позже заменяется более упругой пластинчатой костью. У взрослых плетеная кость образуется после переломов или при болезни Педжета . Плетеная кость слабее, с меньшим количеством хаотично ориентированных коллагеновых волокон, но формируется быстро; именно из-за этого вида волокнистого матрикса кость называется плетеной . Вскоре она заменяется пластинчатой костью, которая высокоорганизована в концентрические листы с гораздо более низкой долей остеоцитов по отношению к окружающей ткани. Пластинчатая кость, которая впервые появляется у человека у плода в третьем триместре, [31] прочнее и заполнена множеством коллагеновых волокон, параллельных другим волокнам в том же слое (эти параллельные столбцы называются остеонами). В поперечном сечении волокна идут в противоположных направлениях в чередующихся слоях, как в фанере , помогая кости противостоять силам кручения . После перелома сначала формируется плетеная кость, которая постепенно заменяется пластинчатой костью в ходе процесса, известного как «костная замена». По сравнению с плетеной костью, пластинчатое костное образование происходит медленнее. Упорядоченное отложение коллагеновых волокон ограничивает образование остеоида примерно до 1–2 мкм в день. Пластинчатая кость также требует относительно плоской поверхности для укладки коллагеновых волокон параллельными или концентрическими слоями. [32]
Внеклеточный матрикс кости формируется остеобластами , которые секретируют как коллаген, так и основное вещество. Эти клетки синтезируют цепи полипептидов коллагена альфа, а затем секретируют молекулы коллагена. Молекулы коллагена связываются со своими соседями и сшиваются посредством лизилоксидазы, образуя коллагеновые фибриллы. На этой стадии они еще не минерализованы, и эта зона неминерализованных коллагеновых фибрилл называется «остеоид». Вокруг и внутри коллагеновых фибрилл кальций и фосфат в конечном итоге осаждаются в течение нескольких дней или недель, становясь затем полностью минерализованной костью с общей карбонат-замещенной гидроксиапатитовой неорганической фазой. [33] [29]
Для минерализации кости остеобласты секретируют щелочную фосфатазу, часть которой переносится везикулами . Это расщепляет ингибирующий пирофосфат и одновременно генерирует свободные фосфатные ионы для минерализации, действуя как очаги для отложения кальция и фосфата. Везикулы могут инициировать некоторые из ранних событий минерализации, разрываясь и действуя как центр для роста кристаллов. Костный минерал может быть образован из шаровидных и пластинчатых структур, а также через изначально аморфные фазы. [34] [35]
В организме человека встречаются пять типов костей: длинные, короткие, плоские, неправильные и сесамовидные. [36]
При изучении анатомии анатомы используют ряд анатомических терминов для описания внешнего вида, формы и функции костей. Другие анатомические термины также используются для описания расположения костей . Как и другие анатомические термины, многие из них происходят от латинского и греческого . Некоторые анатомы до сих пор используют латынь для обозначения костей. Термин «костный» и приставка «остео-», относящаяся к вещам, связанным с костью, все еще широко используются сегодня.
Некоторые примеры терминов, используемых для описания костей, включают термин «foramen» для описания отверстия, через которое что-то проходит, и «canal» или «meatus» для описания туннелеподобной структуры. Выступ кости может быть назван рядом терминов, включая «condyle», «crest», «spine», «exinence», «tubercul» или «buterosity», в зависимости от формы и расположения выступа. В общем, длинные кости , как говорят, имеют «головку», «шею» и «тело».
Когда две кости соединяются, говорят, что они «сочленяются». Если две кости имеют фиброзное соединение и относительно неподвижны, то соединение называется «швом».
Образование кости называется окостенением . На стадии развития плода это происходит посредством двух процессов: интрамембранозного окостенения и эндохондрального окостенения . [42] Интрамембранозное окостенение подразумевает образование кости из соединительной ткани , тогда как эндохондральное окостенение подразумевает образование кости из хряща .
Внутримембранозное окостенение в основном происходит во время формирования плоских костей черепа , а также нижней челюсти, верхней челюсти и ключиц; кость формируется из соединительной ткани, такой как мезенхимная ткань, а не из хряща. Процесс включает: развитие центра окостенения , кальцификацию , образование трабекул и развитие надкостницы. [43]
Эндохондральное окостенение происходит в длинных костях и большинстве других костей в организме; оно включает в себя развитие кости из хряща. Этот процесс включает в себя развитие модели хряща, его рост и развитие, развитие первичных и вторичных центров окостенения и формирование суставного хряща и эпифизарных пластин . [44]
Эндохондральное окостенение начинается с точек в хряще, называемых «первичными центрами окостенения». Они в основном появляются во время внутриутробного развития, хотя несколько коротких костей начинают свою первичную оссификацию после рождения . Они отвечают за формирование диафизов длинных костей, коротких костей и некоторых частей неровных костей. Вторичное окостенение происходит после рождения и образует эпифизы длинных костей и конечности неровных и плоских костей. Диафиз и оба эпифиза длинной кости разделены растущей зоной хряща ( эпифизарной пластинкой ). В период зрелости скелета (от 18 до 25 лет) весь хрящ заменяется костью, сращивая диафиз и оба эпифиза вместе (эпифизарное закрытие). [45] В верхних конечностях окостенеют только диафизы длинных костей и лопатка. Эпифизы, кости запястья, клювовидный отросток, медиальный край лопатки и акромион все еще хрящевые. [46]
При преобразовании хряща в кость выполняются следующие этапы:
Развитие костей в молодости чрезвычайно важно для предотвращения будущих осложнений скелетной системы. Регулярные упражнения в детстве и подростковом возрасте могут помочь улучшить архитектуру костей, делая кости более устойчивыми и менее склонными к переломам во взрослом возрасте. Физическая активность, в частности силовые тренировки, стимулирует рост костей за счет увеличения как плотности костей, так и прочности. Исследования показали положительную корреляцию между адаптациями силовых тренировок и плотностью костей. [48] Хотя диетологические и фармакологические подходы также могут улучшить здоровье костей, силовые и балансовые адаптации от силовых тренировок являются существенным дополнительным преимуществом. [48] Упражнения с отягощением могут способствовать формированию остеобластов (клеток, формирующих костную ткань) и помогают увеличить содержание минералов в костях. Высокоударные виды спорта, которые включают быструю смену направления, прыжки и бег, особенно эффективны для стимуляции роста костей в молодости. [49] Такие виды спорта, как футбол, баскетбол и теннис, показали положительное влияние на плотность минералов в костях, а также содержание минералов в костях у подростков. [49] Занятия физической активностью в детстве, особенно в этих видах спорта с высокой ударной нагрузкой на костную ткань, могут помочь положительно повлиять на плотность костной ткани во взрослом возрасте. [50] Дети и подростки, которые регулярно занимаются физической активностью, заложат основу для здоровья костей в дальнейшей жизни, что снизит риск заболеваний, связанных с костями, таких как остеопороз. [50]
Кости выполняют различные функции:
Кости выполняют множество механических функций. Вместе кости в теле образуют скелет . Они обеспечивают каркас для поддержки тела и точку крепления для скелетных мышц , сухожилий , связок и суставов , которые функционируют вместе для создания и передачи сил, так что отдельными частями тела или всем телом можно манипулировать в трехмерном пространстве (взаимодействие между костью и мышцей изучается в биомеханике ).
Кости защищают внутренние органы, например, череп защищает мозг , а ребра защищают сердце и легкие . Из-за того, как сформирована кость, она имеет высокую прочность на сжатие около 170 МПа (1700 кгс/см2 ) , [7] низкую прочность на растяжение 104–121 МПа и очень низкую прочность на сдвиг (51,6 МПа). [51] [52] Это означает, что кость хорошо сопротивляется давлению (сжатию), хуже сопротивляется растяжению (растяжению), но плохо сопротивляется сдвигу (например, из-за скручивающих нагрузок). Хотя кость по сути хрупкая , она обладает значительной степенью эластичности , в основном за счет коллагена .
С механической точки зрения кости также играют особую роль в слухе . Слуховые косточки — это три небольшие косточки в среднем ухе , которые участвуют в передаче звука.
Губчатая часть костей содержит костный мозг . Костный мозг производит клетки крови в процессе, называемом гемопоэзом . [53] Клетки крови, которые создаются в костном мозге, включают эритроциты , тромбоциты и лейкоциты . [54] Клетки-предшественники, такие как гемопоэтические стволовые клетки, делятся в процессе, называемом митозом, чтобы произвести клетки-предшественники. К ним относятся предшественники, которые в конечном итоге дают начало лейкоцитам , и эритробласты , которые дают начало эритроцитам. [55] В отличие от эритроцитов и лейкоцитов, созданных митозом, тромбоциты выделяются из очень больших клеток, называемых мегакариоцитами . [56] Этот процесс прогрессивной дифференциации происходит в костном мозге. После того, как клетки созревают, они поступают в кровообращение . [57] Каждый день таким образом производится более 2,5 миллиардов эритроцитов и тромбоцитов, а также 50–100 миллиардов гранулоцитов . [22]
Помимо создания клеток, костный мозг также является одним из основных мест, где разрушаются дефектные или старые эритроциты. [22]
В зависимости от вида, возраста и типа кости, костные клетки составляют до 15 процентов кости. Хранение факторов роста — минерализованный костный матрикс хранит важные факторы роста, такие как инсулиноподобные факторы роста, трансформирующий фактор роста, костные морфогенетические белки и другие. [61]
Кость постоянно создается и заменяется в процессе, известном как ремоделирование . Этот непрерывный оборот кости представляет собой процесс резорбции, за которым следует замена кости с небольшим изменением формы. Это достигается посредством остеобластов и остеокластов. Клетки стимулируются различными сигналами , и вместе называются единицей ремоделирования. Примерно 10% скелетной массы взрослого человека ремоделируется каждый год. [67] Целью ремоделирования является регулирование гомеостаза кальция , восстановление микроповрежденных костей от ежедневного стресса и формирование скелета во время роста. [68] Повторяющийся стресс, такой как упражнения с весовой нагрузкой или заживление костей, приводит к утолщению кости в точках максимального напряжения ( закон Вольфа ). Была выдвинута гипотеза, что это является результатом пьезоэлектрических свойств кости, которые заставляют кость генерировать небольшие электрические потенциалы под нагрузкой. [69]
Действие остеобластов и остеокластов контролируется рядом химических ферментов , которые либо стимулируют, либо подавляют активность клеток ремоделирования костей, контролируя скорость, с которой кость создается, разрушается или изменяет свою форму. Клетки также используют паракринную сигнализацию для контроля активности друг друга. [70] [71] Например, скорость, с которой остеокласты резорбируют кость, ингибируется кальцитонином и остеопротегерином . Кальцитонин вырабатывается парафолликулярными клетками в щитовидной железе и может связываться с рецепторами на остеокластах, чтобы напрямую ингибировать активность остеокластов. Остеопротегерин секретируется остеобластами и способен связывать RANK-L, ингибируя стимуляцию остеокластов. [72]
Остеобласты также могут быть стимулированы для увеличения костной массы посредством увеличения секреции остеоида и подавления способности остеокластов разрушать костную ткань . [ требуется цитата ] Повышенная секреция остеоида стимулируется секрецией гормона роста гипофизом , гормона щитовидной железы и половых гормонов ( эстрогенов и андрогенов ). Эти гормоны также способствуют увеличению секреции остеопротегерина. [72] Остеобласты также могут быть вызваны для секреции ряда цитокинов , которые способствуют реабсорбции кости путем стимуляции активности остеокластов и дифференциации из клеток-предшественников. Витамин D , паратиреоидный гормон и стимуляция остеоцитами побуждают остеобласты увеличивать секрецию лиганда RANK- и интерлейкина 6 , которые затем стимулируют повышенную реабсорбцию кости остеокластами. Эти же соединения также увеличивают секрецию макрофагального колониестимулирующего фактора остеобластами, что способствует дифференциации клеток-предшественников в остеокласты, и уменьшают секрецию остеопротегерина. [ необходима цитата ]
Объем костной ткани определяется скоростью формирования и резорбции костной ткани. Определенные факторы роста могут локально изменять формирование костной ткани за счет повышения активности остеобластов. Многочисленные факторы роста, происходящие из костной ткани, были выделены и классифицированы с помощью костных культур. К этим факторам относятся инсулиноподобные факторы роста I и II, трансформирующий фактор роста бета, фактор роста фибробластов, тромбоцитарный фактор роста и костные морфогенетические белки. [73] Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что костные клетки вырабатывают факторы роста для внеклеточного хранения в костной матрице. Высвобождение этих факторов роста из костной матрицы может вызвать пролиферацию предшественников остеобластов. По сути, факторы роста костной ткани могут выступать в качестве потенциальных детерминант локального формирования костной ткани. [73] Объем губчатой кости при постменопаузальном остеопорозе может определяться соотношением между общей поверхностью формирования костной ткани и процентом поверхностной резорбции. [74]
Ряд заболеваний может поражать кости, включая артрит, переломы, инфекции, остеопороз и опухоли. Заболевания, связанные с костями, могут лечиться разными врачами, включая ревматологов суставов и ортопедов , которые могут проводить операции по фиксации сломанных костей. Другие врачи, такие как специалисты по реабилитации, могут участвовать в восстановлении, рентгенологи — в интерпретации результатов визуализации, патологи — в расследовании причины заболевания, а семейные врачи могут играть роль в профилактике осложнений заболеваний костей, таких как остеопороз.
Когда врач осматривает пациента, он собирает анамнез и проводит осмотр. Затем кости часто визуализируются, что называется рентгенографией . Это может включать ультразвуковую рентгенографию , КТ , МРТ и другие виды визуализации, такие как сканирование костей , которое может использоваться для исследования рака. [75] Могут быть взяты и другие анализы, такие как анализ крови на аутоиммунные маркеры или аспират синовиальной жидкости . [75]
В нормальной кости переломы происходят при приложении значительной силы или повторяющейся травме в течение длительного времени. Переломы также могут происходить, когда кость ослаблена, например, при остеопорозе, или когда есть структурная проблема, например, когда кость чрезмерно ремоделируется (например, болезнь Педжета ) или является местом роста рака. [76] Распространенные переломы включают переломы запястья и переломы бедра , связанные с остеопорозом , переломы позвонков, связанные с высокоэнергетической травмой и раком, и переломы длинных костей. Не все переломы болезненны. [76] При серьезных переломах, в зависимости от типа и местоположения, осложнения могут включать в себя гидродинамическую деформацию грудной клетки , синдромы сдавления или жировую эмболию . Сложные переломы подразумевают проникновение кости через кожу. Некоторые сложные переломы можно лечить с помощью процедур костной пластики , которые заменяют отсутствующие части кости.
Переломы и их основные причины можно исследовать с помощью рентгена , КТ и МРТ . [76] Переломы описываются по их местоположению и форме, и существует несколько систем классификации в зависимости от места перелома. Распространенным переломом длинной кости у детей является перелом Солтера-Харриса . [77] При лечении переломов часто назначают обезболивание, а область перелома часто иммобилизуют. Это необходимо для содействия заживлению костей . Кроме того, могут использоваться хирургические меры, такие как внутренняя фиксация . Из-за иммобилизации людям с переломами часто рекомендуют пройти реабилитацию . [76]
Опухоль, которая может поражать кость несколькими способами. Примерами доброкачественных опухолей костей являются остеома , остеоид-остеома , остеохондрома , остеобластома , энхондрома , гигантоклеточная опухоль кости и аневризматическая костная киста . [78]
Рак может возникнуть в костной ткани, а кости также являются обычным местом распространения ( метастазирования ) других видов рака. [79] Рак, который возникает в кости, называется «первичным» раком, хотя такие виды рака встречаются редко. [79] Метастазы в кости являются «вторичным» раком, наиболее распространенными из которых являются рак молочной железы , рак легких , рак простаты , рак щитовидной железы и рак почки . [79] Вторичные виды рака, которые поражают кости, могут либо разрушать кость (так называемый « литический » рак), либо создавать кость (« склеротический » рак). Рак костного мозга внутри кости также может поражать костную ткань, примерами чего являются лейкемия и множественная миелома . Кость также может быть поражена раком в других частях тела. Рак в других частях тела может выделять паратиреоидный гормон или пептид, связанный с паратиреоидным гормоном . Это увеличивает реабсорбцию кости и может привести к переломам костей.
Костная ткань, которая разрушается или изменяется в результате рака, деформируется, ослабевает и становится более склонной к переломам. Это может привести к сдавливанию спинного мозга , разрушению костного мозга, что приводит к синякам , кровотечению и иммуносупрессии , и является одной из причин боли в костях. Если рак метастатический, то могут быть и другие симптомы в зависимости от места первоначального рака. Некоторые виды рака костей также могут ощущаться.
Рак костей лечится в зависимости от его типа, стадии , прогноза и симптомов, которые он вызывает. Многие первичные раки костей лечатся с помощью радиотерапии . Рак костного мозга можно лечить с помощью химиотерапии , а также могут использоваться другие формы таргетной терапии, такие как иммунотерапия . [80] Паллиативная помощь , которая фокусируется на максимизации качества жизни человека , может играть роль в лечении, особенно если вероятность выживания в течение пяти лет низкая.
Диабет 1 типа — это аутоиммунное заболевание, при котором организм атакует клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, из-за чего организм не вырабатывает достаточно инсулина. По сравнению с диабетом 2 типа, при котором организм вырабатывает достаточно инсулина, но со временем становится к нему устойчивым.
Дети составляют примерно 85% случаев диабета 1 типа, и в Америке в течение первых 24 месяцев пандемии COVID-19 наблюдался средний рост случаев на 22% [81] . С ростом заболеваемости некоторыми формами диабета во всех диапазонах постоянно растет влияние на здоровье, развитие костей и здоровье костей в этих группах населения все еще изучаются. Большинство данных свидетельствуют о том, что диабет, как типа 1, так и типа 2, подавляет активность остеобластов [82] и вызывает как более низкую МПКТ, так и МКК как у взрослых, так и у детей. Считается, что ослабление этих аспектов развития приводит к повышенному риску развития многих заболеваний, таких как остеоартрит, остеопороз, остеопения и переломы [83] . Считается, что развитие любого из этих заболеваний коррелирует со снижением способности выступать в спортивной среде и повседневной деятельности.
Сосредоточение внимания на методах лечения, нацеленных на такие молекулы, как остеокальцин или AGE, может обеспечить новые способы улучшения здоровья костей и помочь более эффективно справляться с осложнениями диабета. [84]
Остеопороз — это заболевание костей, при котором снижается минеральная плотность костей , что увеличивает вероятность переломов . [91] Всемирная организация здравоохранения определяет остеопороз у женщин как минеральную плотность костей на 2,5 стандартных отклонения ниже пиковой костной массы относительно среднего значения для данного возраста и пола. Эта плотность измеряется с помощью двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DEXA), при этом термин «установленный остеопороз» включает наличие перелома из-за хрупкости . [92] Остеопороз чаще всего встречается у женщин после менопаузы , когда он называется «постменопаузальным остеопорозом», но может развиваться у мужчин и женщин в пременопаузе при наличии определенных гормональных нарушений и других хронических заболеваний или в результате курения и приема лекарств , в частности глюкокортикоидов . [91] Остеопороз обычно не имеет симптомов, пока не произойдет перелом. [91] По этой причине сканирование DEXA часто проводится у людей с одним или несколькими факторами риска, у которых развился остеопороз и есть риск переломов. [91]
Одним из наиболее важных факторов риска остеопороза является пожилой возраст . Накопление окислительного повреждения ДНК в остеобластических и остеокластических клетках, по-видимому, является ключевым фактором возрастного остеопороза. [93]
Лечение остеопороза включает рекомендации по прекращению курения, снижению потребления алкоголя, регулярным физическим упражнениям и здоровому питанию. Также могут быть рекомендованы добавки кальция и микроэлементов , а также витамин D. При использовании лекарств они могут включать бисфосфонаты , стронция ранелат и заместительную гормональную терапию . [94]
Остеопатическая медицина — это школа медицинской мысли, которая связывает опорно-двигательную систему с общим здоровьем. По состоянию на 2012 год [обновлять]более 77 000 врачей в Соединенных Штатах обучаются в остеопатических медицинских школах. [95]
Изучение костей и зубов называется остеологией . Оно часто используется в антропологии , археологии и судебной медицине для решения различных задач. Это может включать определение питания, состояния здоровья, возраста или травматизма человека, у которого были взяты кости. Подготовка костей с плотью для этих типов исследований может включать процесс мацерации .
Обычно антропологи и археологи изучают костяные орудия , сделанные Homo sapiens и Homo neanderthalensis . Кости могут служить различным целям, например, наконечниками снарядов или художественными пигментами, а также могут быть сделаны из внешних костей, таких как оленьи рога .
Скелеты птиц очень легкие. Их кости меньше и тоньше, что помогает летать. Среди млекопитающих летучие мыши ближе всего к птицам по плотности костей, что говорит о том, что небольшие плотные кости являются адаптацией к полету. Во многих костях птиц мало костного мозга из-за их полости. [96]
Клюв птицы в основном состоит из кости, представляющей собой выступы нижних челюстей , покрытые кератином .
Некоторые кости, в основном сформированные отдельно в подкожных тканях, включают головные уборы (такие как костное ядро рогов, рогов, оссиконов), остеодерму и os penis / os clitoris. [97] Рога оленя состоят из кости , что является необычным примером кости, находящейся снаружи кожи животного после того, как бархат сбрасывается. [98]
У вымершей хищной рыбы Дунклеостей вдоль челюстей были острые края твердой открытой кости. [99] [100]
Доля кортикальной кости, которая составляет 80% в скелете человека, может быть намного ниже у других животных, особенно у морских млекопитающих и морских черепах , или у различных мезозойских морских рептилий , таких как ихтиозавры , [101] и др. [102] Эта доля может быстро меняться в ходе эволюции; она часто увеличивается на ранних стадиях возвращения к водному образу жизни, как это видно у ранних китов и ластоногих , и др. Впоследствии она уменьшается у пелагических таксонов, которые обычно приобретают губчатую кость, но водные таксоны, которые живут на мелководье, могут сохранять очень толстые, пахиостозные , [103] остеосклеротические или пахиостеосклеротические [104] кости, особенно если они двигаются медленно, как морские коровы . В некоторых случаях даже морские таксоны, которые приобрели губчатую кость, могут вернуться к более толстым, компактным костям, если они адаптируются к жизни на мелководье или в гиперсоленой (более плотной) воде. [105] [106] [107]
Многие животные, особенно травоядные , практикуют остеофагию — поедание костей. Это, предположительно, делается для того, чтобы восполнить недостающий фосфат .
Многие заболевания костей, поражающие людей, также поражают и других позвоночных. Примером одного из заболеваний является флюороз скелета.
Кости убитых животных имеют ряд применений. В доисторические времена они использовались для изготовления костяных орудий . [108] Они также использовались в резьбе по кости , которая уже была важна в доисторическом искусстве , а также в наше время в качестве материалов для изготовления пуговиц , бус , ручек , катушек , счетных приспособлений , головок гаек , игральных костей , фишек для покера , палочек для захвата , стрел , скримшоу , украшений и т. д.
Костный клей можно получить путем длительного кипячения измельченных или треснувших костей с последующей фильтрацией и выпариванием для загущения полученной жидкости. Исторически важный, костный клей и другие животные клеи сегодня имеют лишь несколько специализированных применений, например, в реставрации антиквариата . По сути, тот же процесс, с дальнейшей очисткой, загущением и сушкой, используется для изготовления желатина .
Бульон готовят путем длительного томления нескольких ингредиентов, традиционно включающих кости.
Костный уголь — пористый, черный, гранулированный материал, используемый в основном для фильтрации , а также в качестве черного пигмента , получаемый путем обугливания костей млекопитающих.
Письменность на костях оракула была системой письма, использовавшейся в Древнем Китае, основанной на надписях на костях. Ее название происходит от костей оракула, которые в основном представляли собой ключицы быков. Древние китайцы (в основном во времена династии Шан ) писали свои вопросы на кости оракула и сжигали кость, а там, где кость трескалась, и был ответ на вопрос.
В некоторых культурах, например, у австралийских аборигенов , например, у курдайча , указывать на кого-то костью считается плохой приметой .
Вилочковые кости птиц использовались для гадания и до сих пор традиционно используются для определения того, кто из двух человек, потянув за один из зубцов кости, сможет загадать желание.
Различные культуры на протяжении всей истории переняли обычай формировать голову младенца путем практики искусственной черепной деформации . Широко распространенным обычаем в Китае было бинтование ног, чтобы ограничить нормальный рост стопы.
{{cite journal}}
: Проверьте значения даты в: |date=
( помощь ){{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь ){{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: Проверьте значения даты в: |date=
( помощь )[1] [2] [3]
:1
была вызвана, но не определена (см. страницу справки ).:3
была вызвана, но не определена (см. страницу справки ).:2
была вызвана, но не определена (см. страницу справки ).