Общие сведения об естественных костных тканях и материалах, применяемых в травматологии и ортопедии

Сведения об естественных костных тканях

Строение и свойства костей человека

Кость — это живая ткань, состоящая из органического компонента, обеспечивающего возможность ее развития и адаптации к изменениям окружающей среды, и неорганического матрикса. Жесткость кости определяется ее минеральным составом, представленным, в основном, кальцием, фосфором в виде многофазных кальций-фосфатных соединений с включениями магния и других микроэлементов (Sr, Sn, Со, Cr, Fe, Си и пр.). Она находится в динамическом равновесии за счет протекания единовременных процессов образования и резорбции костной ткани [1].

Все многообразие функций, выполняемых костным скелетом, можно объединить в две большие группы — механические функции и биологические функции. К механическим функциям относятся: защитная, опорная, локомоторная и рессорная. Защитная функция скелета состоит в том, что он образует стенки ряда полостей (грудной полости, полости черепа, полости таза, позвоночного канала) и является, таким образом, падежной защитой для располагающихся в этих полостях жизненно важных органов.

Опорная функция скелета заключается в том, что он является опорой для мышц и внутренних органов, которые, фиксируясь к костям, удерживаются в своем положении.

Локомоторная функция скелета проявляется в том, что кости — это рычаги, которые приводятся в движение мышцами (через нервную систему), обусловливая различные двигательные акты: бег, ходьбу, прыжки и т. и.

Рессорная функция скелета обусловлена его способностью смягчать толчки и сотрясения (благодаря сводчатому строению стопы, хрящевым прокладкам между костями в местах их соединения, связкам внутри соединений костей, изгибам позвоночника и др.).

Биологические функции скелета связаны с участием его в обмене веществ, прежде всего в минеральном обмене. Кости — это депо минеральных солей кальция и фосфора. 99% всего кальция находится в костях.

Кроме того, кости скелета принимают участие и в кроветворении. Находящийся в них красный костный мозг вырабатывает эритроциты, зернистые формы лейкоцитов и кровяные пластинки. При этом в кроветворной функции участвует не только костный мозг, но и кости в целом, так что усиленная мышечная деятельность, оказывая влияние на кость, способствует и улучшению кроветворения.

Основной структурно-функциональной единицей скелета является кость. Каждая кость в организме человека — это живой, пластичный, изменяющийся орган. Кость как орган состоит из нескольких тканей, имеет свою определенную морфологическую структуру и функционирует как часть целостного организма (рис. 1.1 и 1.2). Основной тканью в кости является костная ткань, кроме нее имеется плотная соединительная ткань, образующая, например, оболочку кости, покрывающую ее снаружи, рыхлая соединительная ткань, одевающая сосуды, хрящевая, покрывающая концы костей или образующая зоны роста, ретикулярная ткань — основа костного мозга и элементы нервной ткани — нервы и нервные окончания. Каждая кость имеет определенную форму, величину, строение и находится в связи с соседними костями.

Рис. 1.1. Большеберцовая трубчатая кость (Hees И., Sinoxvatz F., 1992)

Рис. 1.2. Компактная часть трубчатой кости (Kees R. G., Kardon R. Я, 1979).

В состав скелета входит 206 костей — 85 парных и 36 непарных. Кости составляют примерно 18% веса тела. Кость состоит из кортикальной (сплошной) и губчатой (трабекулярной) типов ткани, каждый из которых обладает определенной трехмерной структурой и, как следствие, различными механическими свойствами.

Сформированная кортикальная кость состоит из плотно расположенных концентрических (остеонов, гаверсовых систем с сосудами), интерстициальных и параллельных пластинок.

Зрелая губчатая кость представляет собой скопление перегородок и спикул костных пластинок, т. е. костных перекладин.

Губчатая кость на 70% состоит из мягких тканей, большей частью костного мозга, а кортикальная кость на 95% минерализована. Кортикальная кость в 10−20 раз плотнее губчатой, что делает ее более приспособленной для постановки имплантов.

Макроскопически эта кость смотрится как решетка из сот, в которых расположены кроветворные элементы. Кость состоит на 65…70% из кристаллических солей (по весу), прежде всего в форме гидроксиапатита, остальные 30…35% - это органическая матрица. Органическая матрица, прежде всего, состоит из коллагена типа 1 (90…95%), перемежающихся с неколлагеновыми протеинами, такими как остеопонтин, остеонекнин и другими факторами роста [1].