Чем объясняется гибкость костей младенцев и хрупкость костей стариков

Чем объясняется гибкость костей младенцев и хрупкость костей стариков

Лекция «Возрастная анатомия опорно-двигательного аппарата»

Стадии развития скелета в филогенезе.

У животных выделяют наружный и внутренний скелет.

Наружный скелет у разных животных (рис. 1) имеет разное строение и происхождение. У многих беспозвоночных он является продуктом выделения кожного эпителия: кутикула дождевого червя, хитин членистоногих, известковые раковины молюсков.

Наружный скелет у позвоночных появляется в форме чешуи у рыб. Из чешуй у высших рыб развиваются покровные кости головы и плечевого пояса.

Чешуя рыб и кожные окостенения наземных позвоночных всегда дополняются внутренним скелетом.

Внутренний скелет у низших животных (рис. 1) развит слабо и представляет собой систему соединительнотканных образований, иногда включающих рогоподобные волокна, кремниевые или известковые иглы.

Внутренний скелет у головоногих молюсков представлен хрящом.

У позвоночных животных внутренний скелет всегда хорошо развит.

У бесчерепных он перепончатый, у низших рыб – хрящевой, у высших рыб и наземных позвоночных он построен преимущественно из костной ткани.

Развитие скелета в онтогенезе у человека.

Согласно основному биогенетическому закону Геккеля-Мюллера онтогенез есть краткое повторение филогенеза. Онтогенез твердого скелета у человека не является исключением: в развитии костей у человека выделяются три последовательных стадии (рис. 2):

1. Соединительнотканная.
2. Хрящевая.
3. Костная.

Большинство костей в своем развитии последовательно проходят все три стадии – это вторичные кости. Ряд костей при развитии пропускают хрящевую стадию – это первичные кости. К первичным по развитию костям относятся: кости свода черепа, кости лицевого черепа, часть ключицы (акромиальный конец).

Первичные и вторичные кости.

По развитию кости человека делятся на две группы (рис. 3):

Характеристика остеобластов и остеокластов развиваюшейся кости.

Для развития костной ткани в костях необходимо наличие популяций двух видов клеток (рис. 4):

Остеобласты представляют собой кубовидной формы клетки (20-30 мкм в диаметре) с одним крупным ядром, располагающиеся близко друг к другу на костном матриксе (межклеточном веществе). Фибробласты продуцируют все компоненты костного матрикса. Они имеют два разных эмбриональных источника:

Для формирования кости как органа необходимо совместная работа двух видов клеток: остеобластов и остеокластов.

Cпособы развития костей (окостенения).

В зависимости от того где начинается формирование костной ткани в костях (включая их закладки) выделяют четыре способа окостенения (рис. 5):

При эндесмальном окостенении (рис. 5) первичная точка окостенения появляется в центре соединительнотканной закладки кости. Затем новообразующаяся костная ткань распространяется от цента органа к периферии. Таким способом окостеневают первичные кости. На месте первичной точки окостенения обычно наблюдается утолщение (например, теменной бугор, наружный затылочный выступ и т.п.).

Периходральное окостенение характерно для вторичных костей. Остеобласты выстраиваются на поверхности хрящевой закладки кости и начинают синтезировать костный матрикс. Это приводит с сдавливанию и нарушению трофика подлежащей хрящевой ткани, изменения которой активирует остеокласты. В результате этого на поверхности хрящевой закладки кости появляется и постепенно нарастает костная ткань (рис. 5). За счет перихондрального окостенения формируется компактное костное вещество. У длинных трубчатых костей так во внутриутробном периоде образуется диафиз.

При энхондральном окостенении точка (первичный очаг) окостенения появляется в центре хрящевой закладки кости. Затем костная ткань разрастается из центра к периферии (рис. 6). В результате этого формируется губчатое костное вещество. Этим способом развиваются вторичные кости: эпифизы и апофизы трубчатых костей, губчатые, плоские (кроме свода черепа) кости.

Периостальное окостенение происходит за счет надкостницы (periosteum, лат – надкостница). У детей за счет надкостницы кости растут в толщину (напоминаем, что рост кости в длину идет за счет метафизарного хряща)(рис. 6). У взрослых периостальное окостенение обеспечивает физиологическую регенерацию кости.

Развитие костей туловища (общие свойства). Развитие и аномалии развития позвонков.

Рис. 8. Развитие и аномалии развития позвонков.

Рис. 9. Расщелина дуг позвонков на протяжении всех грудных позвонков.

Кости туловища по развитию относятся к вторичным костям. Они окостеневают энхондрально (рис. 7).

Развитие позвонков:

У зародыша закладывается 38 позвонков: 7 шейных, 13 грудных, 5 поясничных, 12-13 крестцовых и копчиковых (рис. 8).

13-й грудной превращается в 1-й поясничный, последний поясничный – в 1-й крестцовый, Идет редукция большинства копчиковых позвонков.

Каждый позвонок имеет первоначально три ядра окостенения: в теле и по одному в каждой половинке дуги. Они срастаются лишь к третьему году жизни.

Вторичные центры появляются по верхнему и нижнему краям тела позвонка у девочек в 6-8 лет, у мальчиков – в 7-9 лет. Они прирастают к телу позвонка в 20-25 лет.

Самостоятельные ядра окостенения образуются в отростках позвонков.

Аномалии развития позвонков (рис. 8, 9):

— Врожденные расщелины позвонков:

— Клиновидные позвонки и полупозвонки.

— Платиспондилия – расширение тела позвонка в поперечнике.

— Брахиспондилия – уменьшение тела позвонка по высоте, уплощение и укорочение.

— Аномалии суставных отростков: аномалии положения, аномалии величины, аномалии сочленения, отсутствие суставных отростков.

— Спондилолиз – дефект в межсуставной части дуги позвонка.

— Врожденные синостозы: полный и частичный.

— Os odontoideum – неслияние зуба с телом осевого позвонка.

— Ассимиляция (окципитализация) атланта – слияние атланта с затылочной костью.

— Сакрализация – полное или частичное слияние последнего поясничного позвонка с крестцом.

— Люмбализация – наличие шестого поясничного позвонка (за счет мобилизации первого крестцового).

Развитие и аномалии развития ребер и грудины.

Рис. 10. Развитие и аномалии развития ребер.

Рис. 11. Развитие и аномалии развития грудины.

Развитие ребер (рис. 10):

Закладывается 13 пар ребер. Затем 13-е ребро редуцируется и срастается с поперечным отростком 1-го поясничного позвонка.

Основных точек окостенения в ребре две: точка окостенения на месте будущего угла ребра (окостеневает тело ребра) и в головке ребра (на 15-20 году жизни). У 10 верхних ребер появляется точка окостенения в бугорке ребра.

Передние концы 9 пар верхних ребер образуют грудные полоски – источник развития грудины.

Развитие грудины (рис. 11):

Источником развития грудины являются грудные полоски – расширенные концы хрящевых концов девяти пар верхних ребер. В грудине бывает до 13 точек окостенения.

Аномалии развития ребер (рис. 10):

— Отсутствие ребра
— Отсутствие части ребра
— Дефект ребра
— Раздвоение ребра (вилка Лушки)
— Шейное ребро
— XIII ребро

Аномалии развития грудины (рис. 11):

— Аплазия рукоятки грудины
— Отсутствие отдельных сегментов тела грудины <
— Расщепление грудину
— Отсутствие тела грудины
— Воронкообразная деформация
— Куриная грудь

Развитие костей конечностей.

Рис. 14. Развитие эпифизов трубчатых костей.

Рис. 15. Развитие костей верхней конечности.

Рис. 16. Развитие тазовой и бедренной костей.

Кости конечностей по развитию относятся к вторичным костям. Исключение представляет собой ключица: ее тело и акромиальный конец окостеневают эндесмально (точка окостенения появляется на 6-7-й неделях внутриутробного развития.

Диафизы длинных трубчатых костей окостеневают перихондральными и энходральными способами. В диафизах первичная точка окостенения появляется на 2-м – начале 3-го месяцев внутриутробного развития и растет по направлению к проксимального и дистальному эпифизам.

Эпифизы и апофизы длинных трубчатых костей окостеневают энходральным способом. Они у новорожденных хрящевые. Вторичные точки окостенения появляются в течение первых 5-10 лет жизни. Исключение составляют эпифизы костей, образующих коленный сустав: точка окостенения в дистальном конце бедренной кости появляется на 6 месяце, а в проксимальном конце большеберцовой кости – на 7 месяце внутриутробного развития. Прирастают эпифизы к диафизам после 15-17 лет и позже.

Варианты и аномалии развитие костей конечностей.

Рис. 19. Аномалии развития костей верхней конечности.

Рис. 20. Аномалии развития костей нижней конечности.

Аномалии развития лопатки:

Аномалии развития ключицы:

Варианты и аномалии развития плечевой кости

Аномалии развития костей предплечья:

Аномалии развития костей кисти:

Варианты и аномалии развития тазовой кости:

Варианты и аномалии развития бедренной кости:

Варианты и аномалии развития костей голени:

Варианты и аномалии развития костей стопы

Развитие костей черепа.

Рис. 22. Источники развития костей лицевого черепа.

Рис. 24. Развитие костей черепа после рождения.

Кости свода и лицевого черепа по развитию относятся к первичным костям, окостеневающим на основе соединительной ткани эндесмальным способом окостенения.

Кости лицевого черепа развиваются на основе жаберных дуг (первой и второй висцеральной дуги).

Из первой висцеральной дуги развиваются следующие кости: верхняя, нижняя челюсти, частично скуловая и небные кости, медиальная пластинка крыловидного отростка клиновидной кости; молоточек, наковальня – слуховые косточки; костное небо и его швы, нижняя часть глазницы.

Из второй висцеральной дуги развиваются: стремечко, шиловидный отросток височной кости, малые рога подъязычной.

Кости основания черепа проходят три стадии развития: соединительнотканную, хрящевую и костную. Т.е. они являются вторичными. Они окостеневают энхондрально.

Варианты и аномалии развития костей черепа.

Рис. 25. Вставочные кости швов черепа (слева), деформации черепа (справа).

Известны следующие аномалии развития черепа

Филогенез соединений костей

У рыб, обитающих в водной среде, многочисленные кости скелета (рис. 28) соединяются при помощи непрерывных соединений: соеденительнотканных и хрящевых.

Важным биомеханическим фактором, повлиявшим на филогенез соединений костей, является выход животных на сушу. Кратковременное пребываниена твердой поверхности (в том числе перемещение с места на место), которое наблюдается, напрмер, у двоякодышащих рыб, приводит к появлению гемиартрозов между костями конечностей (рис. 29). Большинство исследователей считают такую форму пререходной от снартроза к диартрозу.

Окончательный выход животных на сушу формирует два направления морфогенеза мягкого остова. Во-первых, формируются суставы со всеми обязательными и вспомогательными элементами и высокой степенью подвижности. Во-вторых, в местах контакта костей с увеличившейся нагрузкой (из-за возросшего действия силы тяжести) формируются синостозы (кости срастаются между собой). Признаки обоих изменений строения соединений костей уже выявляются у земноводных (рис. 30).

Онтогенез соединений костей

Рис. 31. Варианты дисплазии тазобедренного сустава.

В онтегенезе соединения костей наблюдаются сходные с филогенезом тенденции. Первоначально все соединения образованые скоплением мезенхимальных клеток (эмбриональная соединительная ткань).

В конце первой половины пренатального онтогенеза (16-18-ая недели внутриутробного развития) между костями, которые смещаются (движутся) друг относительно друга, формируются суставы. Важным биомеханическим фактором их морфогенеза являются силы мышц, двигающих кости. Между зачатками костей, которые соединяются без смещание, формируются непрерывные соединения.

У новорожденных имеется закладка всех элементов суставов на нижней конечности. Однако большинство из них достигают функциональной зрелости к юношескому возрасту.

Основной аномалией развития соединения костей является дисплазия суставов. Для данные аномалии характерно изменение формы одной из суставных поверхностей, сопровождающееся изменениями строения расположенных рядом элементов сустава (рис. 31).

Источник

Старческая хрупкость костей – не только остеопороз

Всем известно, что с возрастом повышается ломкость костей и, соответственно, риск переломов. Общепризнанным фактом также является то, что основной причиной этого является уменьшение костной массы – остеопения, которая постепенно приводит к развитию остеопороза. Целью всех медицинских вмешательств, направленных на уменьшение вероятности переломов у пожилых людей, до сих пор было замедление этого процесса. Однако новые данные, полученные исследователями Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, работающими под руководством Роберта Ритчи (Robert Ritchie), указывают на то, что не менее важным фактором, вносящим свой вклад в повышение ломкости костей, является изменение структуры костной ткани на всех структурных уровнях.

Результаты исследования, включавшего анализ структуры костной ткани с помощью рентгеноскопии и электронных аналитических методов, а также макроскопическое обследование переломов, показали, что старение приводит к ухудшению механических свойств коркового вещества (внешнего слоя) кости на разных структурных уровнях. Причем происходит это независимо от уменьшения массы костной ткани.

Изменения, происходящие на каждом структурном уровне, вносят свой вклад в возрастное повышение ломкости костей.

Корковое, или компактное, вещество кости состоит из волокон коллагена и минеральных нанокристаллов гидроксиапатита кальция. Механические свойства кости, такие как прочность и жесткость, обусловлены особенностями структуры как на наноуровне, так и на других структурных уровнях строения кости, в том числе на молекулярном уровне и на уровне остеонов. Остеон – это структурная единица компактной костной ткани, состоящая из концентрически расположенных костных пластинок, окружающих центральный канал. Размер остеонов немного меньше миллиметра.

С помощью высокочувствительной рентгеноскопии, компьютерной томографии и сканирующей электронной микроскопии исследователи проанализировали структуру костной ткани людей в возрасте от 34 до 99 лет на микро- и субмикроуровнях. Анализ полученных данных показал, что процесс биологического старения увеличивает количество ферментативных перекрестных сшивок между молекулами коллагена, что уменьшает эластичность кости на наноуровне. Это означает, что волокна коллагена утрачивают способность скользить друг относительно друга, поглощая при этом энергию внешнего удара. Кроме того, биологическое старение приводит к увеличению количества остеонов и плотности их размещения, что ограничивает возможность восстановления трещин на микроуровне.

В комплексе эти два механизма значительно снижают прочности кости. Это проявляется тем, что вместо утратившего эластичность коллагена энергия удара поглощается жесткими структурами, что ведет к возникновению деформаций на более высоких структурных уровнях и появлению микротрещин.

На графиках изображено изменение механических свойств компактного вещества кости человека по мере старения:
A – прочность, B – устойчивость к переломам.

С возрастом количество остеонов может увеличиваться в три раза, что приводит к слишком плотному расположения каналов и снижению эффективности механизмов блокирования роста трещин. Результатом такой растущей неэффективности восстановления повреждений является формирование множества микротрещин на более высоких структурных уровнях. Таким образом, возрастные изменения возникают на всех уровнях структурной организации коркового вещества, что и является одной из причин повышения предрасположенности к переломам.

Статья E. A. Zimmermann et al. Age-related changes in the plasticity and toughness of human cortical bone at multiple length опубликована 22 августа в предварительной on-line версии Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник

Чем объясняется гибкость костей младенцев и хрупкость костей стариков

Укрепление костей и суставов: что поможет сохранить суставы здоровыми, а кости – крепкими?

Болезненные ощущения в суставах знакомы практически каждому взрослому человеку. Вот несколько продуктов, которые помогут поддержать этот важный орган, который отвечает за нашу подвижность.

1. Льняное масло и рыбий жир.

Это известные источники омега-3 жирных кислот. Доказано, что они способствуют уменьшению воспалительных процессов в организме и благотворно влияют на суставы.

2. Кукурузные отруби, семена чиа, чечевица.

Регулярный прием продуктов, содержащих пищевые волокна (клетчатку), помогает снижать воспалительные заболевания. Этот эффект связан с тем, что у нас нормализуется микробиота (состав бактерий) желудочно-кишечного тракта, который занимается регуляцией иммунного ответа. Пищевые волокна не усваиваются, они попадают в кишечник и помогают вывести продукты обмена. Чемпион по содержанию волокон – кукурузные отруби. Достаточно употреблять их по 30 г в сутки. Семена чиа и чечевица также содержат много клетчатки.

3. Перец чили.

В различных видах стручкового перца содержится вещество капсаицин. Однако больше всего его в чили. Местно капсаицин действует как обезболивающее – он действует на рецепторы, которые передают сигнал боли. Не зря при проблемах с суставами рекомендуют использовать перцовые пластыри. Но применение этого вещества с пищей или в виде концентрата тоже снижает воспаление. Для достижения эффекта хватит 5 г перца чили в день.

С возрастом повышается и хрупкость костей. Как помочь им оставаться прочными?

Что нужно есть:

Молоко и молочные продукты (лучше обезжиренные). В них оптимальное соотношение кальция и фосфора. Кроме того, жир затрудняет усвоение кальция, поэтому молочные продукты с пониженной жирностью предпочтительны.

Свежие овощи и фрукты, особенно все виды капусты (белокочанная, брокколи, цветная), морковь, репа. Кроме кальция они содержат микроэлементы, необходимые для полноценного усвоения кальция.

Бобовые, грецкие орехи, тыквенные и подсолнечные семечки, растительные масла – они содержат белки и жиры, необходимые для укрепления костной ткани и усвоения витамина D.

Рыбные продукты (их нужно есть с костями): сардины, лосось.

Продукты, богатые кальцием: сыр, яйца, печень.

Важно знать:

Некоторые продукты ухудшают усвоение кальция или способствуют его «вымыванию» из организма: это сахар, мед, изделия из пшеничной муки (макароны, белый хлеб), кофе, чай, рафинированные масла, мясные консервы, избыток соли.

Источник

Рацион для укрепления костей: какие продукты добавить?

В нашем организме 206 костей, но насколько они прочные и крепкие? Когда мы говорим о хорошем самочувствии, здоровье скелета – это последнее, о чем мы вспоминаем.

Кости скелета накапливают прочность и силу до 25 лет, а после 30-ти они постепенно начинают терять свою прочность, если постоянно не поддерживать физическую активность и баланс необходимых минералов – кальция, магния, фосфора.

Почему важно помнить о здоровье костей?

Здоровье костей не менее важно, чем здоровье любых других органов тела, особенно для женщин, так как плотность костей уменьшается после менопаузы. У женщин остеопороз встречается почти в 50% случаев. Потеря плотности кости может привести к остеопорозу, который, в свою очередь, грозит переломами при малейших нагрузках, тем самым уменьшая подвижность. Остеопорозом страдают и мужчины, но гораздо реже (всего около 4% населения) и в более позднем возрасте – около 70 лет.

Чем опасно это заболевание? Кости при нем становятся пористыми и хрупкими, поэтому, компрессия (сжатие) или резкие воздействия (при падениях, неловких движениях) могут вести к переломам. Чаще всего страдают позвонки, шейка бедра и плечевая кость.

Как и при всех других болезнях, профилактика – это основа борьбы с остеопорозом. Важно обращать внимание на здоровье ваших костей сейчас, независимо от того, сколько вам лет. Прочность костей достигается за счет регулярных упражнений (особенно силовых тренировок в комбинации с аэробными нагрузками) и включения в свой рацион продуктов для крепких костей.

Что влияет на наши кости?

Начнем с того, что костная масса на 80% определяется генетикой, а на остальное влияют такие факторы окружающей среды, как диета и физические упражнения. Поэтому 20% проблем со скелетом зависит от того, что происходит в детском и подростковом возрасте. В течение всей фазы роста скелета, крайне важно получить достаточное количество кальция и витамина D для наращивания костной массы. Кальций наиболее активно откладывается в костях именно в этот период. В дальнейшем кости только реминерализуются, то есть обновляются, но уже не растут.

Одного только кальция для крепости скелета недостаточно. Нужен еще и витамин D. Поступая с пищей или образуясь в коже после пребывания на солнце, он подвергается серии преобразований в организме, но, в конечном счете, активная форма витамина D связывается с рецептором витамина D в кишечнике, и это необходимо для всасывания кальция из кишечника в кровь.

Что важно знать об усвоении минералов?

Итак, для здоровья костей нужны не только источники кальция в рационе, но и витамин D, чтобы кальций мог усвоиться. Между тем, важно избегать приема железосодержащих добавок или даже употребления продуктов, богатых железом вместе с кальций-содержащими продуктами, поскольку железо и кальций препятствуют усвоению друг друга.

Помимо кальция, в построении костной ткани участвуют фосфор и магний. Они придают костям прочность и эластичность, формируют их пористую структуру. Чтобы кости были одновременно прочными и эластичными, важен баланс этих веществ в питании, а если одной только пищи недостаточно – нужно принимать добавки с кальцием, магнием и фосфатами.

Какие продукты могут пополнить запасы кальция, а также дают порцию необходимых витамина D, магния и фосфора?

Традиционное коровье (козье, кобылье, верблюжье молоко) все чаще заменяют растительными альтернативами (миндаль, три ореха, соя, овес, банан, кунжут и т. д.) важно помнить, кальций содержится и хорошо усваивается только из настоящих молочных продуктов.

Причем, чтобы кальций полноценно усвоился, эти продукты не должны быть с 0%-ной жирностью. Без жира не будет витамина D, а значит, кальций не будет полноценно усваиваться организмом. Поэтому, если вам нужно укрепить кости скелета и пополнить запасы кальция – помимо цельного молока, которое переносят не все люди, обратите внимание на греческий йогурт, сыр, творог и кефир.

Белок: но лучше – животный!

Специалисты рекомендуют для пациентов с остеопорозом животный белок, поскольку есть научные доказательства [1] того, что диеты с высоким содержанием белка важны для здоровья костей. Эксперты рекомендуют получать дозу белка из сардин и анчоусов, так как они богаты кальцием и витамином D. Менее полезным, но все еще хорошим источником белка будет стейк, поскольку высокое содержание железа может препятствовать усвоению кальция.

Продукты питания, использующиеся в средиземноморской диете

Исследования показали [2], что женщины, которые придерживались этого плана питания, имели более высокую плотность костной ткани. Средиземноморская диета включает: овощи и фрукты, рыбу, морепродукты, оливковое масло, сыр и йогурт, цельное зерно.

Овощи семейства крестоцветных

Существуют некоторые доказательства, что плотность костей у веганов не такая хорошая, как у тех, кто придерживается «более сбалансированной диеты», но необходимы дополнительные исследования. Есть растительная пища, которая также может укрепить кости. Овощи семейства крестоцветных, такие как брокколи, капуста и цветная капуста, богаты кальцием. То, что их потребление снижает количество переломов у женщин в постменопаузе [3], является еще одной причиной, чтобы принять на вооружение новые рецепты с этой группой овощей.

Овощи, богатые витамином К

Грибы, выращенные под влиянием ультрафиолета

Какие продукты богаты витамином D?

Яйца, лосось, молоко, йогурт, сардины и сельдь – это продукты, которые полезны для скелета. И конечно, пока лето, нужно чаще бывать на солнышке. Тем не менее, метаболизм витамина D является сложным процессом, и даже адекватное потребление, регулярные прогулки под солнцем могут привести к дефициту витамина D. В этом случае, на помощь придут добавки витамина D и кальция.

Сколько в граммах?

Взрослые должны получать 1000 мг кальция и 200 международных единиц (МЕ) витамина D в день. Если вам за 50 лет, принимайте 1200 мг кальция и 400–600 МЕ витамина D в день. Хотя кальций и витамин D можно принимать в виде добавок, лучше всего получать их за счет естественной диеты.

Влияние алкоголя

Любителям алкоголя стоит задумать о здоровье скелета. Известно, что алкогольные напитки вредны для здоровья костей. Алкоголь вымывает кальций из костей в мочу. Это справедливо для тех, кто пьет более 2 стаканов пива в день или более 50 г крепкого алкоголя.

[1] Mangano KM, Sahni S, Kerstetter JE. Dietary protein is beneficial to bone health under conditions of adequate calcium intake: an update on clinical research. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2014;17(1):69‐74. doi:10.1097/MCO.0000000000000013
[2] Maltais ML, Desroches J, Dionne IJ. Changes in muscle mass and strength after menopause. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2009;9(4):186‐197.
[3] Blekkenhorst LC, Hodgson JM, Lewis JR, et al. Vegetable and Fruit Intake and Fracture-Related Hospitalisations: A Prospective Study of Older Women. Nutrients. 2017;9(5):511. Published 2017 May 18. doi:10.3390/nu9050511

Источник