В большинстве случаев объемные кости, как и плоские, на распиле содержат однородную массу губчатого вещества (кости запястья, предплюсны).
Смешанные кости отличаются специфичностью и сложностью своей формы: встречаются элементы строения объемных и плоских костей (позвонки, крестец, копчик).
Кости черепа различаются по расположению, развитию и строению (Гайворонский И. В., Ничипорук Г. И., 2005). По расположению их делят на кости мозгового и лицевого черепа. По развитию – на первичные (эндесмальные) и вторичные (энхондральные). Кости черепа имеют очень сложную внешнюю форму, поэтому целесообразно принимать во внимание их внутреннее строение. В связи с этим можно выделить три вида костей черепа:
1) кости, имеющие в своем составе диплоическое вещество, — диплоические (теменная, затылочная, лобная кости, нижняя челюсть);
2) кости, содержащие воздушные полости, — пневматизированные (височная, клиновидная, решетчатая, лобная кости и верхняя челюсть);
3) кости, построенные преимущественно из компактного вещества, — компактные (слезная, скуловая, небная, носовая кость, нижняя носовая раковина, сошник, подъязычная кость).
1.6. ВНЕШНЕЕ СТРОЕНИЕ КОСТЕЙ
При описании наружной формы кости обращают внимание на ее поверхности (facies); они могут быть плоские, вогнутые или выпуклые, гладкие или шероховатые. Наибольшей гладкостью отличаются суставные поверхности (facies articulares), которые участвуют в образовании суставов между костями. Конец одной кости нередко закругляется, образуя головку (caput); на другой соответственно образуется вогнутость, суставная ямка (fossa articularis). Головка может быть отделена от тела кости перехватом – шейкой (collum). Если суставной конец представляет собой обширную, но слабо изогнутую поверхность, то он называется мыщелковым отростком (condylus). Отростки, расположенные в ближайшем соседстве над ним, носят название epicondyli и служат для прикрепления сухожилий мышц и связок (они еще называются апофизами).
В зависимости от положения различают следующие поверхности костей: внутреннюю, наружную, медиальную, латеральную и т. д. Поверхности ограничиваются более или менее резко выраженными краями (margo), которые, в свою очередь, определяются как верхний или нижний, передний или задний, медиальный или латеральный. Они могут быть ровными или зазубренными, тупыми или острыми, иногда имеют вырезки (incisurae) различной величины.
На поверхности костей наблюдаются отростки, возвышения, углубления и отверстия. Перечень основных образований на костях следующий: отросток (processus); возвышение (eminentia); бугристость (tuberositas); бугор (tuber, protuberantia); бугорок (tuberculum); ость – острый отросток в виде шипа (spina); гребень (crista); ямка (fovea, fossa); ямочка (foveola); борозда (sulcus); отверстие (foramen); канал (canalis); каналец (canaliculus); щель (fissura); полость (cavitas).
1.7. ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ КОСТЕЙ
Внутреннее строение костей у плода и у ребенка после рождения существенно отличается. В связи с этим различают два вида костной ткани – ретикулофиброзную и пластинчатую. Ретикулофиброзная костная ткань составляет основу эмбрионального скелета человека. Костный матрикс у нее структурно не упорядочен, пучки коллагеновых волокон идут в разных направлениях и непосредственно связаны с соединительной тканью, окружающей кость.
После рождения ретикулофиброзная ткань ребенка заменяется пластинчатой, которая построена из костных пластинок толщиной 4,5–11 мкм. Между костными пластинками в мельчайших полостях (лакунах) находятся костные клетки-остеоциты. Коллагеновые волокна в костных пластинках ориентированы в строго определенном направлении и располагаются параллельно поверхности пластинок. Они теряют связь с окружающей кость соединительной тканью. Соединение их с надкостницей осуществляется только за счет прободающих (шарпеевских) волокон, направляющихся из надкостницы в поверхностные слои кости. Пластинчатая кость гораздо прочнее, чем ретикулофиброзная. Замена костной ткани одного вида другим обусловлена влиянием функциональных нагрузок на скелет.
На распиле мацерированной кости, т. е. кости, лишенной мягких тканей, можно видеть два вида костного вещества: компактное и губчатое. Компактное вещество (substantia compacta) располагается снаружи и представлено сплошной костной массой, костные пластинки в нем располагаются очень близко друг к другу. Компактное вещество в виде тонкой пластинки покрывает эпифизы трубчатых и плоских костей. Полностью из компактного вещества построены диафизы трубчатых костей.
Губчатое вещество (substantia spongiosa) представлено редко расположенными костными пластинками, в ячейках между которыми содержится красный костный мозг. Из губчатого вещества построены расширенные концы трубчатых костей, тела позвонков, ребра, грудина, тазовые кости и ряд костей кисти и стопы. Компактное вещество у этих костей образует лишь поверхностный кортикальный слой.
В диафизах трубчатых костей имеются три вида костных пластинок: гаверсовы, вставочные и генеральные. Пластинки тесно прилежат друг к другу, располагаются параллельно длиннику кости и составляют хорошо выраженный слой компактного вещества. Его толщина составляет 1,5–5 мм. Таким образом, диафиз трубчатой кости представляет собой полый цилиндр, стенками которого является компактное вещество. Полость цилиндра называется костномозговым каналом, который сообщается с ячейками губчатого вещества в эпифизах кости.
Эпифизы трубчатой кости построены из губчатого вещества, в котором выделяют гаверсовы и вставочные пластинки. Компактное вещество покрывает эпифизы только снаружи сравнительно тонким слоем. Аналогичное строение имеют широкие и короткие кости. Пластинки губчатого вещества в каждой кости располагаются строго упорядоченно. Они совпадают с направлением сил наибольшего сжатия и растяжения. Каждая кость имеет строение, соответствующее тем условиям, в которых она находится. При этом архитектоника перекладин такова, что они в нескольких смежных костях составляют одну общую систему. Такое строение костей обусловливает наибольшую прочность. В позвонках силы растяжения и сжатия направлены перпендикулярно верхней и нижней поверхности тела позвонка. Этому отвечает преимущественно вертикальное направление перекладин в губчатом веществе. В проксимальном эпифизе бедренной кости выражены дугообразные системы перекладин, которые передают давление с поверхности головки кости на стенки диафиза. Имеются также трабекулы, передающие силу тяги мышц, прикрепляющихся к большому вертелу. Для пяточной кости характерны радиально идущие перекладины, распределяющие нагрузки по поверхности пяточного бугра, на который опирается стопа. В местах наибольшей концентрации силовых траекторий образуется компактное вещество. Это хорошо видно на распиле бедренной и пяточной костей, где компактное вещество утолщено в участках пересечения силовых линий с поверхностью кости. Исходя из этого, можно рассматривать компактное вещество как результат сжатия губчатого и, наоборот, губчатое вещество рассматривать как разреженное компактное. Следует отметить, что при изменении условий статики и динамики (усилении и ослаблении функциональных нагрузок) архитектоника губчатого вещества изменяется, часть перекладин рассасывается или развиваются новые системы костных балок. Особенно заметно меняется структура губчатой кости при переломах.
1.8. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОСТИ И ЕЕ СВОЙСТВА
Химический состав кости зависит от состояния исследуемой кости, возрастных и индивидуальных особенностей. Свежая кость взрослого человека содержит 50 % воды; 15,75 % жира; 12,25 % органических веществ и 22 % неорганических веществ. Высушенная и обезвоженная кость содержит примерно 2/3 неорганического вещества и 1/3 – органического.
Неорганическое вещество представлено преимущественно солями кальция в виде субмикроскопических кристаллов гидроксиапатита. С помощью электронного микроскопа установлено, что оси кристаллов идут параллельно костным волокнам. Из кристаллов гидроксиапатита формируются минеральные волокна. Органическое вещество кости носит название оссеина. Это белок, представляющий собой разновидность коллагена и образующий основное вещество кости. Содержится оссеин в составе костных клеток – остеоцитов. В межклеточном веществе кости или костном матриксе располагаются костные волокна, построенные из белка коллагена. При вываривании костей белки (коллаген и оссеин) образуют клейкую массу. Следует отметить, что костный матрикс, кроме коллагеновых волокон, содержит минеральные волокна. Переплетение волокон органического и неорганического веществ придает костной ткани особые свойства: прочность и упругость.
