Biomedyczne podstawy
rozwoju

Rozwój, budowa i czynności układu szkieletowego
Prof. UP dr hab. Robert Stawarz

Kościec w ontogenezie

• Forma błoniasta (mezenchymatyczna)
• Forma chrzęstna
• Forma kostna — powstaje z formy

błoniastej lub chrzęstnej

Podłoże błoniaste pozostaje

w postaci:

• okostnej (periosteum)
• ochrzęstnej (perichondrium)

• Jama szpikowa kości wysłana jest

śródkościem (endosteum)

Czynność kości

• ochrona narządów głębiej leżących
• tworzenie biernego narządu ruchu
• udział w procesach krwiotwórczych

Skład kości

• Kościec obejmuje składniki chrzęstne i

kostne ustroju wraz ze stawami i więzadłami

• Kość składa się z tkanki kostnej, szpiku

kostnego, elementów chrzęstnych i

łącznotkankowych

• W skład kości wchodzą także naczynia

krwionośne, nerwy i wyściółka jam

szpikowych (śródkoście)

• Kość pokryta jest okostną (periosteum)

a chrząstka ochrzęstną (perichondrium)

Kształty kości

• kości długie (ossa longa)
• kości płaskie (ossa plana)
• kości krótkie (ossa brevia)
• kości różnokształtne (ossa multiforma)
• kości pneumatyczne (ossa pneumatica)

• kości długie (ossa longa)

jeden z trzech wymiarów
przewyższa znacznie oba
pozostałe: wiele kości
kończyn

– składają się z trzonu,

końca bliższego
(górnego)
i dalszego (dolnego)

– trzon zawiera jamę

szpikową wypełnioną
szpikiem kostnym

• kości płaskie (ossa plana)

są wydłużone w dwóch
kierunkach, bardzo znacznie
spłaszczone w trzecim:
kości sklepienia czaszki,
łopatka, kość biodrowa

• kości krótkie (ossa brevia)

są one mniej więcej dobrze rozwinięte we
wszystkich trzech kierunkach, występują w
tych okolicach kośćca, w których masywna
i silna budowa łączy się z ograniczoną
ruchomością: kości nadgarstka, kości stępu

• kości różnokształtne (ossa multiforma)

są to wszystkie kości, których nie da się
zaliczyć do poprzednich grup (bryły
najrozmaitszej postaci): kręgi

• kości pneumatyczne (ossa pneumatica)

zawierają przestrzenie wysłane błoną
śluzową i wypełnione powietrzem: kość
sitowa, klinowa, szczęka.

Wyniosłości na kościach

• WYROSTEK (processus)
• KŁYKIEĆ (condylus)
• KRĘTARZ (trochanter)
• GUZ (tuber)
• GUZEK (tuberculus)
• KOLEC (spina)
• GRZEBIEŃ (crista)
• KRESA (LINIA CHROPAWA) (linea aspera)
• DÓŁ (fossa)
• BRUDZA (ROWEK) (sulcus)
• OTWÓR (foramen)
• KANAŁ (canal)

Rozwój kości

• I okres rozwoju – 0-4 tygodni - kościec

ma charakter łącznotkankowy czyli
błoniasty (mezenchymatyczny)

• II okres rozwoju – od 4-6 tygodnia –

szkielet zbudowany z chrząstki szklistej

• III okres rozwoju – od 7 tygodnia –

szkielet kostny

• W ostatecznej postaci kości występują

najpóźniej ze wszystkich układów ciała

• Rozwój kości odbywa się dzięki komórkom

kościotwórczym – osteoblastom

Etapy wytwarzania kości

I etap wytwarzania kości —

powstawanie beleczki (blaszki)

1.

osteoblasty

łączą się wypustkami

i układają się w sieci

2. wydzielają osteoid (istotę podstawową

— nie zwapniałą)

3. osteoid przekształca się w zwapniałą

istotę kostną

4. osteoblasty uwięzione w istocie kostnej

stają się

osteocytami

II etap wytwarzania kości —

wytwarzanie nowej warstwy

kości

1. osteoblasty pozostałe na powierzchni

wytwarzają kolejne warstwy osteoidu

2. zjawisko kostnienia powtarza się — kość

rośnie przez przywarstwianie

! zjawisko wytwarzania się tkanki kostnej

jest równoczesne ze zjawiskiem

niszczenia kości przez wielojądrzaste

komórki kościogubne — osteoklasty

Osteoklasty

• Efektem aktywności osteoklastów jest

powstawanie zagłębień w kości –
są to zatoki erozyjne (zatoki Howshipa)

Kostnienie

• zależnie od podłoża macierzystego

wyróżniamy:

– rozwój kości na podstawie tkanki łącznej
– rozwój na podstawie tkanki chrzęstnej

Kostnienie na podłożu

łącznotkankowym

(mezenchymatycznym)

1. szybkie namnażanie i silne unaczynienie

mezenchymy

2. osteoblasty wytwarzają istotę kostną:

powstają beleczki kostne a miejsce

tkanki łącznej,

w której to zjawisko się odbywa mętnieje

stając się punktem kostnienia

3.

część osteoblastów przekształca się
w komórki kostne (osteocyty)

4.

beleczki kostne rozchodzą się promieniście
od punktów kostnienia i wytwarzają
delikatną siatkę

5.

w okach siatki naczynia krwionośne i
komórki mezenchymatyczne wytwarzają
pierwotny szpik

6. beleczki kostne wyrastają również w innych

kierunkach tworząc trójwymiarowy układ
beleczek

7. równocześnie na powierzchni powstaje

nowa tkanka kostna — kość grubieje

8. otaczająca ją tkanka łączna tworzy na jej

powierzchni błonę włóknistą, okostną

9. po osiągnięciu pewnej grubości wytwarza

się na powierzchni zewnętrznej i
wewnętrznej kości warstwa istoty zbitej,
która obejmuje gąbczasto ułożone beleczki
śródkościa

Na podłożu łącznotkankowym

powstają tzw. kości

okładzinowe

• kości sklepienia czaszki
• kości ścian bocznych czaszki
• kości twarzy
• obojczyk

! kostnienie kości na podłożu

łącznotkankowym rozpoczyna się
wcześniej niż na podłożu chrzęstnym

Kostnienie na podłożu

chrzęstnym

1. chrząstka służy za model, dookoła którego

i wewnątrz którego występuje zjawisko

rozbudowy kości i równoczesnego

niszczenia chrząstki od wewnątrz

2. za niszczenie chrząstki odpowiedzialne są

komórki chrząstkogubne (chondroklasty)

3. powstałe w ten sposób kości nazywamy

kośćmi zastępczymi

UWAGA

Nigdzie — w żadnej części szkieletu nie

występuje bezpośrednia przemiana tkanki

chrzęstnej w tkankę kostną.

Zawsze — chrząstka zostaje najpierw

zniszczona a następnie na jej miejsce

wytwarza się

istota kostna

4. przed zanikiem chrząstki deponowane

są w niej sole wapniowe — w ten sposób
powstają punkty zwapnienia chrząstki

5. zanik chrząstki jest efektem zmian w jej

odżywianiu

Kostnienie na podłożu chrzęstnym

Kostnienie ochrzęstne

!

przebiega w kościach długich

1. rozpoczyna się w połowie wysokości trzonu

kości długich

2. komórki wewnętrznej warstwy ochrzęstnej

przylegającej do chrząstki ulegają przemianie w
osteoblasty

3. ochrzęstna przekształca się w okostną
4. osteoblasty wytwarzają włóknistą osseinę — w

ten sposób zostaje nałożony na chrząstkę
mankiet kostny hamujący dalszy rozrost
chrząstki

5. mankiet kostny grubieje i wydłuża się

przez przyrastanie nowych warstw

6. kość rośnie na grubość osiągając

prawidłowe rozmiary

Kostnienie śródchrzęstne

!

przebiega w kościach krótkich

1. tkanka kostna powstaje w miejsce chrząstki

wewnątrz kości

2. rozpoczyna się po utworzeniu mankietu

kostnego dookoła trzonu

3. dojrzała części chrząstki jest gotowa do zaniku
4. na wewnętrznej powierzchni okostnej

powstają „pączki okostnowe”

5. „pączki” przechodzą przez powstający otwór

w kości, zwykle w środkowej części kości

6. „pączki okostniowe” atakują strefę

zwapniałą chrząstki i niszczą je dzięki
aktywności komórek chrząstkogubnych

7. powstająca przestrzeń to pierwotna jama

szpikowa

8. jama wypełnia się pierwotnym szpikiem

złożonym z:

– naczyń krwionośnych
– osteoblastów
– osteoklastów
– chondroklastów

9. aktywność pierwotnego szpiku powoduje

powiększanie się pierwotnej jamy szpikowej i
niszczenie od wewnątrz mankietu kostnego

10.równocześnie odbywa się aktywność

kościotwórcza:

– osteoblasty wytwarzają warstwy kostne dookoła

rozszerzającej się jamy szpikowej na
wewnętrznej powierzchni kości

– warstwy kostne powstają również na beleczkach

międzykomórkowej substancji chrzęstnej w głębi
jamy szpikowej (w ten sposób powstają beleczki
kostne)

11.na wewnętrznych beleczkach kostnych

rozszerza się obszar kostnienia — w ten
sposób powstaje gąbczasta część kości
w kierunku jej długości i grubości

Budowa wewnętrzna kości

• zewnętrzna warstwa kości zbudowana jest

z istoty zbitej (substantia compacta)

• wewnętrzna warstwa kości zbudowana jest

z istoty gąbczastej (substantia spongiosa)

– istotę gąbczastą w płaskich kościach czaszki

nazywamy śródkościem (diploë)

Istota zbita jest zagęszczoną istotą gąbczastą

Czynnościowa architektonika

kości

• Układ beleczek istoty gąbczastej nie jest

dowolny

• Kierunek przebiegu blaszek i beleczek

istoty gąbczastej podlega prawom

mechaniki

• Linie kierunkowe (linie sił, trajektorie)

biegną równolegle do kierunku

największego ciśnienia i rozciągania

• Kości zbudowane są według zasady

„maksimum-minimum”: maksimum

wytrzymałości, minimum materiału

Układ blaszek istoty gąbczastej

Odporność kości pozwala na zwiększanie

obciążenia, ponieważ ich wytrzymałość jest

wielokrotnie większa dzięki użyciu

materiału w nadwyżce

Właściwości fizyczne kości

(istota kostna)

• Duży stopień sprężystości
• Duża wytrzymałość na ciśnienie i

rozciąganie

rozciąganie:

do 12 kG/mm

2

(jak mosiądz)
ciśnienie: do 17 kG/mm

2

(jak żelazo kute)

• Mała jest odporność kości na zginanie

Właściwości fizyczne kości

(chrząstka)

• Duży stopień sprężystości
• Mała wytrzymałość na rozciąganie
• Duża wytrzymałość na ciśnienie

(10-krotnie większa wytrzymałość na
ciśnienie niż na rozciąganie)

Właściwości biologiczne kości

• Kość ma zdolność regeneracji

najłatwiej: trzony kości długich, żuchwa,
żebra
najtrudniej: kości czaszki, kości gąbczaste

• Kość daje się przeszczepiać
• Kość jest plastyczna i ma zdolność

dostosowywania się do warunków

Okostna

• Warstwa zewnętrzna (włóknista)

z tej warstwy odchodzą włókna Sharpeya i
wnikają w kość

• Warstwa wewnętrzna (rozrodcza)

– bogatsza w składniki pokarmowe od

zewnętrznej

– w okresie rozwoju kości zawiera osteoblasty

• W okostnej przebiega wiele naczyń

krwionośnych i chłonnych oraz nerwów

Funkcje okostnej

• ochrona kości
• odżywianie kości
• czynnik rozwoju i regeneracji kości

(okostna wytwarza kostninę po złamaniu)

Ochrzęstna

• Podobna pod względem budowy do

okostnej

• Pokrywa części chrzęstne kośćca z

wyjątkiem chrząstek stawowych

• W czasie rozwoju kośćca w miejscach,

w których chrząstka przekształciła się w
kość, ochrzęstna zamienia się w okostną

Szpik kostny

ŻÓŁTY

CZERWONY

nie występuje u płodu i

noworodka

występuje u płodu i

noworodka we wszystkich

kościach

u dorosłych występuje w

trzonach kości długich

u dorosłych występuje w

kręgach, mostku, żebrach,

kościach czaszki, kości

miednicznej, łopatce i

częściowo w kościach

długich

W warunkach prawidłowych

ilość szpiku czerwonego i żółtego jest równa

• U dorosłego człowieka wyłącznym miejscem

wytwarzania krwinek czerwonych

(erytrocytów) i ziarnistych krwinek białych

(granulocytów) jest

szpik czerwony

• Krwinki bezziarniste (agranulocyty: limfocyty

i monocyty) powstają w narządach chłonnych

i śledzionie

Komórki szpiku kostnego

• Zrąb szpiku kostnego tworzy siateczka komórek

mezenchymatycznych (tkanka łączna
siateczkowata). Elementy komórkowe znajdują
się w oczkach siateczki:

– osteoblasty
– osteoklasty
– erytroblasty (kom. macierzyste erytrocytów)
– mielocyty (kom. macierzyste granulocytów)
– megakariocyty
– płytki krwi (trombocyty)
– komórki tłuszczowe

Naczynia i nerwy kości

• Naczynia krwionośne:

– liczne tętniczki wnikające z okostnej przez

kanały odżywcze i otwory naczyniowe

– tętnice bezpośrednio wnikające do kości przez

otwory odżywcze

• Naczynia limfatyczne

– występują w okostnej i w kanałach osteonu

• Nerwy

– występują w różnych ilościach, w okostnej, kości

i szpiku kostnym