Типы костей человека таблица: Кости по форме и строению подразделяются на

III. Изучение нового материала.

1. Обозначить правильно кости скелета человека. (Работа в группах. Каждой группе выдаются карточки с названием частей скелета. Нужно быстро и правильно их поместить на скелет.)
2. Рассказать о строении скелета.

1 группа – скелет головы (череп),
2 группа – скелет туловища (Объясните, какое значение имеет увеличение размеров позвонков в нижней части позвоночника.)
3 группа – скелет конечностей.

3. Заполнение таблицы “Скелет человека”.
4. Выполнение теста.

V. Домашнее задание. Подведение итогов урока. Оценки.

Стр. 98 – 103, вопросы и задания на стр. 104. Заполнить таблицу “Скелет человека” до конца.

“Скелет человека”.

Части тела	Отделы скелета	Кости скелета	Особенности скелета человека
Голова (скелет – череп)	Мозговой от- дел (черепная коробка)	Парные кости: теменные и височные. Непарные кости: лобная, затылочная, решетчатая, клиновидная.	Мозговой отдел черепа развит больше, чем лицевой, и имеет объем 1500 см3.
	Лицевой отдел черепа	Парные кости: верхняя челюсть, скуловые, носовые, слезные, нёбные. Непарные кости: нижняя челюсть, сошник, подъязычная кость.	Развитие подбородочного выступа в связи с членораздельной речью.
Туловище (скелет)	Позвоночник	7 шейных позвонков, 12 грудных, 5 пояснич- ных, 5 крестцовых, 4-5 копчиковых.	S-образный изгиб позвоночника, увеличение тел позвонков, отсутствие хвоста.
	Грудная клетка	12 грудных позвонков, 12 пар ребер, грудная кость.	Сжата в переднезаднем направлении.
Конечности (скелет)	Верхняя конечность	Плечевой пояс: две лопатки, две ключицы.	Большая подвижность плечевого сустава.
		Свободная конечность (рука): плечо — плечевая кость, предплечье — локтевая и лучевая кости, кисть — в запястье (8 костей), пясть (5), фаланги пальцев (14 костей).	Большой палец противопоставлен остальным.
	Нижняя конечность	Тазовый пояс: парные кости — подвздошные, седалищные, лобковые.	Скелет таза широкий и массивный — для поддержания внутренних органов.
		Свободная конечность (нога): бедро — бедренная кость, голень — большая и малая берцовые, стопа — предплюсна (7 костей), пяточная кость, плюсна (5 костей), фаланги пальцев (14).	Ограниченное движение тазобедренного сустава. Стопа образует свод. Развита большая пяточная кость, но меньше развиты пальцы. Ноги длиннее рук, кости массивнее.

Использованная литература:

1. Тревор Уэстон. Анатомический атлас. ГМП “Первая Образцовая типография”, перевод, русское издание, 1998.
2. Энциклопедия для детей. Том 17. Человек. Анатомия. Ч.1. – М.: Аванта +, 2002.
3. Сонин Н.И., Сапин М.Р. Биология. 8 кл. Человек: Учеб. для общеобразоват. Учеб. заведений. – М.: Дрофа, 1999.
4. Биология: Человек: учеб. Для 9 кл. общеобразоват. учеб. заведений/ А.С. Батуев – М.: Просвещение. 2000.

6. Классификация костей на основе развития, строения и функции.

В скелете человека более 200 костей, которые объединяют в следующие части скелета: скелет туловища, скелет головы, кости поясов конечностей (верхней и нижней), кости свободных конечностей (верхней и нижней).

Изначально существовала классификация по форме костей, т.е. они подразделялись на длинные, короткие, плоские, смешанные. Но такое разделение оказалось односторонним, т.к. внутри групп постоянно находились противоречия.

На данный момент в анатомии используется классификация, построенная на 3 принципах: форма (строение), функция, развитие. Эта классификация выглядит следующим образом:

1. Длинные

2. Короткие

Построены из губчатого и компактного вещества, образующего трубку с костномозговой полостью. Эти кости выполняют все 3 функции скелета: опора, защита, движение. Длинные трубчатые кости по своей функции являются опорами и длинными рычагами движения; в обоих эпифизах имеют эндохондральные очаги окостенения. Короткие трубчатые кости выполняют функцию коротких рычагов движения; имеют очаг окостенения только в истинном эпифизе.

1. Длинные

2. Короткие

3. Сесамовидные (по форме напоминают зерна кунжута)

Преимущественно состоят из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Функция сесамовидных костей – вспомогательные приспособления для работы мышц; развиваются эндохондриально в толще сухожилий. Эти кости располагаются около суставов, что способствует движению в них, однако сесамовидные кости не связаны со скелетом.

1. Кости черепа (лобная, теменные)

2. Кости поясов конечностей (лопатка, кости таза)

Кости черепа преимущественно выполняют защитную функцию; построены из 2 тонких пластинок компактного вещества, между которыми находится диплоэ, diploё, представляющее собой губчатое вещество с каналами для вен. Эти кости развиваются на основе соединительной ткани.

Кости поясов выполняют функции опоры и защиты, преимущественно построены из губчатого вещества. Развиваются на почве хрящевой ткани.

В эту группу входят те кости, которые сливаются из различных частей, имеющих различные развитие, функцию и строение.

7. Развитие кости. Виды окостенения.

Кость, os, ossis, как орган живого организма состоит из нескольких тканей, главнейшей из которых является костная.

 Костное вещество состоит из двоякого рода химических веществ: органических (1/3), главным образом оссеина, и неорганических (2/3), главным образом солей кальция, особенно фосфорнокислой извести (более половины — 51,04%). Если кость подвергнуть действию раствора кислот (соляной, азотной и др.), то соли извести растворяются (decalcinatio), а органическое вещество остается и сохраняет форму кости, будучи, однако, мягким и эластичным. Если же кость подвергнуть обжиганию, то органическое вещество сгорает, а неорганическое остается, также сохраняя форму кости и ее твердость, но будучи при этом весьма хрупким. Следовательно, эластичность кости зависит от оссеина, а твердость ее — от минеральных солей. Сочетание неорганических и органических веществ в живой кости и придает ей необычайную крепость и упругость. В этом убеждают и возрастные изменения кости. У маленьких детей, у которых оссеина сравнительно больше, кости отличаются большой гибкостью и потому редко ломаются. Наоборот, в старости, когда соотношение органических и неорганических веществ изменяется в пользу последних, кости становятся менее эластичными и более хрупкими, вследствие чего переломы костей чаще всего наблюдаются у стариков.

Образование любой кости происходит за счет молодых соединительнотканных клеток мезенхимного происхождения — остеобластов, которые вырабатывают межклеточное костное вещество, играющее главную опорную роль.

Соответственно отмеченным 3 стадиям развития скелета кости могут развиваться на почве соединительной или хрящевой ткани, поэтому различаются следующие виды окостенения (остеогенеза).

1.Эндесмальное окостенение (en — внутри, desme — связка) происходит в соединительной ткани первичных, покровных, костей. На определенном участке эмбриональной соединительной ткани, имеющей очертания будущей кости, благодаря деятельности остеобластов появляются островки костного вещества (точка окостенения). Из первичного центра процесс окостенения распространяется во все стороны лучеобразно путем наложения (аппозиции) костного вещества по периферии. Поверхностные слои соединительной ткани, из которой формируется покровная кость, остаются в виде надкостницы, со стороны которой происходит увеличение кости в толщину.

2.Перихондралъное окостенение (peri — вокруг, chondros — хрящ) происходит на наружной поверхности хрящевых зачатков кости при участии надхрящницы (perichondrium). Мезенхимный зачаток, имеющий очертания будущей кости, превращается в «кость», состоящую из хрящевой ткани и представляющую собой как бы хрящевую модель кости. Благодаря деятельности остеобластов надхрящницы, покрывающей хрящ снаружи, на поверхности его, непосредственно под надхрящницей, откладывается костная ткань, которая постепенно замещает ткань хрящевую и образует компактное костное вещество.

3. С переходом хрящевой модели кости в костную надхрящница становится надкостницей (periosteum) и дальнейшее отложение костной ткани идет за счет надкостницы — периосталъное окостенение. Поэтому перихонд-ральный и периостальный остеогенезы следуют один за другим. Развитие кости

4.Эндохондралъное окостенение (endo, греч. — внутри, chondros — хрящ) совершается внутри хрящевых зачатков при участии надхрящницы, которая отдает отростки, содержащие сосуды, внутрь хряща. Проникая в глубь хряща вместе с сосудами, костеобразовательная ткань разрушает хрящ, предварительно подвергшийся обызвествлению (отложение в хряще извести и перерождение его клеток), и образует в центре хрящевой модели кости островок костной ткани (точка окостенения). Распространение процесса эндохондрального окостенения из центра к периферии приводит к формированию губчатого костного вещества. Происходит не прямое превращение хряща в кость, а его разрушение и замещение новой тканью, костной. Характер и порядок окостенения функционально обусловлены также приспособлением организма к окружающей среде. Так, у водных позвоночных (например, костистых рыб) окостеневает путем перихондрального остеогенеза только средняя часть кости, которая, как во всяком рычаге, испытывает большую нагрузку (первичные ядра окостенения). То же наблюдается и у земноводных, у которых, однако, средняя часть кости окостеневает на большем пространстве, чем у рыб. С окончательным переходом на сушу к скелету предъявляются большие функциональные требования, связанные с более трудным, чем в воде, передвижением тела по земле и большей нагрузкой на кости. Поэтому у наземных позвоночных появляются вторичные точки окостенения, из которых у пресмыкающихся и птиц путем эндохондрального остеогенеза окостеневают и периферические отделы костей. У млекопитающих концы костей, участвующие в сочленениях, получают даже самостоятельные точки окостенения. Такой порядок сохраняется и в онтогенезе человека, у которого окостенение также функционально обусловлено и начинается с наиболее нагружаемых центральных участков костей. развитие кости – эмбриология

Так, сначала на 2-м месяце утробной жизни возникают первичные точки, из которых развиваются основные части костей, несущие на себе наибольшую нагрузку, т. е. тела, или диафизы, diaphysis, трубчатых костей (dia, греч.-между, phyo — расту; часть кости, растущая между эпифизами) и концы диафиза, называемые метафизами, metaphysis (meta — позади, после). Они окостеневают путем пери- и эндохондрального остеогенеза. Затем незадолго до рождения или в первые годы после рождения появляются вторичные точки, из которых образуются путем эндохондрального остеогенеза концы костей, участвующие в сочленениях, т. е. эпифизы, epiphysis (нарост, epi — над), трубчатых костей. Возникшее в центре хрящевого эпифиза ядро окостенения разрастается и становится костным эпифизом, построенным из губчатого вещества. От первоначальной хрящевой ткани остается на всю жизнь только тонкий слой ее на поверхности эпифиза, образующий суставной хрящ. У детей, юношей и даже взрослых появляются добавочные островки окостенения, из которых окостеневают части кости, испытывающие тягу вследствие прикрепления к ним мышц и связок, называемые апофизами, apophysis (отросток, арo — от): например, большой вертел бедренной кости или добавочные точки на отростках поясничных позвонков, окостеневающих лишь у взрослых. Так же функционально обусловлен и характер окостенения, связанный со строением кости. Так, кости и части костей, состоящие преимущественно из губчатого костного вещества (позвонки, грудина, кости запястья и предплюсны, эпифизы трубчатых костей и др.), окостеневают эндохондраль-но, а кости и части костей, построенные одновременно из губчатого и компактного вещества (основание черепа, диафизы трубчатых костей и др.), развиваются путем эндо- и перихондрального окостенения. Ряд костей человека является продуктом слияния костей, самостоятельно существующих у животных. Отражая этот процесс слияния, развитие таких костей происходит за счет очагов окостенения, соответствующих по своему количеству и местоположению числу слившихся костей. Так, лопатка человека развивается из 2 костей, участвующих в плечевом поясе низших наземных позвоночных (лопатки и коракоида). Соответственно этому, кроме основных ядер окостенения в теле лопатки, возникают очаги окостенения в ее клювовидном отростке (бывшем коракоиде). Височная кость, срастающаяся из 3 костей, окостеневает из 3 групп костных ядер. Таким образом, окостенение каждой кости отражает функционально обусловленный процесс филогенеза ее.

Рост кости

Длительный рост организма и огромная разница между размерами и формой эмбриональной и окончательной кости таковы, что делают неизбежной ее перестройку в течение роста; в процессе перестройки наряду с образованием новых остеонов идет параллельный процесс рассасывания (резорбция) старых, остатки которых можно видеть среди ново-образующихся остеонов («вставочные» системы пластинок). Рассасывание есть результат деятельности в кости особых клеток — остеокластов (clasis, греч.-ломание). Благодаря работе последних почти вся эндохондральная кость диафиза рассасывается и в ней образуется полость (костномозговая полость). Рассасыванию подвергается также и слой перихондральной кости, но взамен исчезающей костной ткани откладываются новые слои ее со стороны надкостницы. В результате происходит рост молодой кости в толщину.

В течение всего периода детства и юности сохраняется прослойка хряща между эпифизом и метафизом, называемая эпифизарным хрящом, или пластинкой роста. За счет этого хряща кость растет в длину благодаря размножению его клеток, откладывающих промежуточное хрящевое вещество. Впоследствии размножение клеток прекращается, эпифизарный хрящ уступает натиску костной ткани и метафиз сливается с эпифизом — получается синостоз (костное сращение).

Таким образом, окостенение и рост кости есть результат жизнедеятельности остеобластов и остеокластов, выполняющих противоположные функции аппозиции и резорбции — созидания и разрушения. Поэтому на примере развития кости мы видим проявление диалектического закона единства и борьбы противоположностей. «Жить значит умирать» {Маркс К., Энгельс Ф. Соч., 2-е изд., т. 20, с. 611).

Соответственно описанному развитию и функции в каждой трубчатой кости различаются следующие части

1. Тело кости, диафиз, представляет собой костную трубку, содержащую у взрослых желтый костный мозг и выполняющую преимущественно функ ции опоры и защиты. Стенка трубки состоит из плотного компактного вещества, substantia compacta, в котором костные пластинки расположены очень близко друг к другу и образуют плотную массу. Компактное вещество диафиза разделяется на два слоя соответственно окостенению двоякого рода: 1) наружный кортикальный (cortex — кора) возникает путем перихонд- рального окостенения из надхрящницы или надкостницы, откуда и получает питающие его кровеносные сосуды; 2) внутренний слой возникает путем эндохондрального окостенения и получает питание от сосудов костного мозга. Концы диафиза, прилегающие к эпифизарному хрящу, — метафизы. Они развиваются вместе с диафизом, но участвуют в росте костей в длину и состоят из губчатого вещества, substantia spongiosa. В ячейках «костной губки» находится красный костный мозг.

2. Суставные концы каждой трубчатой кости, расположенные по другую сторону эпифизарного хряща, эпифизы. Они также состоят из губчатого вещества, содержащего красный костный мозг, но развиваются в отличие от метафизов эндохондрально из самостоятельной точки окостенения, за кладывающейся в центре хряща эпифиза; снаружи они несут суставную поверхность, участвующую в образовании сустава.

3. Расположенные вблизи эпифиза костные выступы — апофизы, к которым прикрепляются мышцы и связки. Апофизы окостеневают эндохондрально из самостоятельно заложенных в их хряще точек окостенения и построены из губчатого вещества.

В костях, не относящихся к трубчатым, но развивающихся из нескольких точек окостенения, можно также различать аналогичные части.

Типы соединения костей

Различают подвижные, полуподвижные и непо­движные соединения костей.

Суставы — это подвижное соединение костей.

Именно суставы обеспе­чивают подвижность костей в разных направлениях. Человек имеет почти 230 суставов. В каждом из них есть (рис.): су­ставные поверхности костей, хрящ, сумка (капсула) и полость. Суставные поверхности костей покрыты хрящом. У здорового человека он упругий, ровный, это уменьшает трение между костьми во время движения. Формы обеих суставных поверхностей соответствуют друг другу: если на одной кости поверхность выпуклая (суставная головка), то на другой она соответственно вогнута (сустав­ная впадина). Чрезвычайная целесообразность строения и согласованные функции суставов тела человека обеспечивают самые выгодные условия для движения. Например, плечевой сустав, который выполняет широкие движения во многих плоскос­тях и направлениях, имеет шаровидную форму. Коленный сустав, большая подвижность которого опасная (можно упасть при ходьбе), напо­минает одноосный шарнир.

Капсула сустава — крепкая эластичная соеди­нительная ткань. Значение её двойное: она крепко держит соединение костей и предотвращает вы­вих, а клетки её внутренней поверхности произво­дят жидкость, которая смазывает поверхность сустава и уменьшает трение между хрящами су­ставных поверхностей костей. Если при воспале­нии сустава выработка этой жидкости уменьшает­ся или даже прекращается, сустав будто высыха­ет. Это вызывает боль, ограничивает движения в нём.

Схема строе­ния сустава: 1 — суставные поверхнос­ти костей; 2 — суставный хрящ; 3 — суставная кап­сула; 4 — полость сустава, содержащая жидкость

Полуподвижное соединение образуется с помо­щью хряща между телами позвонков. Эластичный хрящ защищает позвоночный столб от поврежде­ний, избыточного растягивания и сжатия.

Неподвижное соединение костей — это такое, при котором между костями есть прослойка соеди­нительной ткани или хряща. Щель или полость между ними отсутствует. Они имеют большую уп­ругость, но ограниченную подвижность. Примером неподвижного соединения костей являются швы между костями черепа.

Соединение костей также обеспечивают связки — толстые пучки, образованные эластич­ной соединительной тканью. Они крепятся пере­крёстно от одной кости к другой, что способствует укреплению суставов и ограничению их избыточ­ной подвижности и предотвращает вывихи.

Основные типы соединения костей человека: схема и таблица

В теле взрослого человека 206 костей, в то время как у новорожденного ребенка их количество доходит до 350, затем в процессе жизни они срастаются. Большинство из них парные, 33-34 остаются непарными. Приводятся в движение кости при помощи мышц и сухожилий. Кости образуют скелет: позвоночник, верхние и нижние конечности и череп. Для того чтобы соединить их между собой, существуют различные типы соединения костей.

Функции скелета человека

Главные функции скелета — опора для внутренних органов, а также обеспечение человеку возможности перемещения в пространстве. Для того чтобы успешно их выполнять, кости должны обладать, с одной стороны, прочностью, с другой – упругостью и легкостью. Обе эти функции обеспечиваются в том числе и благодаря различным видам соединения костей.

Помимо опоры, кости являются защитой для внутренних органов, а также кроветворными органами (за счет губчатого вещества, содержащего красный костный мозг).

Типы соединения костей

В организме человека встречаются разные типы костей: плоские, трубчатые, смешанные, короткие и длинные. Существуют различные типы соединения костей человека, которые обеспечивают скелету возможность выполнения его функций. Не существует единой классификации типов сочленений костей. Одни источники делят соединения костей на два, другие – на три типа. В соответствии с первой версией, это подвижные и неподвижные соединения. Третий тип, который не все относят к самостоятельным, – это полуподвижные соединения. Наиболее наглядно представляет типы соединения костей таблица. Ниже представлены типы подвижных соединений.

Непрерывные, или неподвижные соединения

Непрерывные соединения костей — это те, которые не имеют полости и являются неподвижными. Определить неподвижное соединение можно даже по внешнему виду — смыкаемые поверхности имеют шероховатости, зазубрины, то есть являются неровными.

Смыкаются обе поверхности при помощи соединительной ткани.

Примером являются соединения костей черепа, которые образуются с помощью костного шва.

Другие неподвижные соединения срастаются друг с другом, то есть хрящевая ткань замещается костной, что придает данному отделу особую прочность. Такие виды соединения костей можно встретить в позвоночнике, в крестцовом отделе, где копчик представляет собой пять сросшихся копчиковых позвонков.

Средства сохранения неподвижности соединений костей

Как видно из примеров, неподвижность обеспечивается разными способами, поэтому существуют основные типы соединения костей непрерывным способом:

• Тип соединения посредством соединительной ткани плотноволокнистого типа (кости рядом с суставами).
• Синдесмозы, представляющие собой соединения при помощи соединительной ткани (например, костей предплечья).
• Синхондрозы — при помощи хряща (соединение позвонков в позвоночнике).
• Синостозы, то есть костные соединения (кости черепа, копчик).

Первый и второй пункты — это типы соединения костей человека при помощи различных видов соединительной ткани, поэтому их относят к фиброзным соединениям.

Синдесмозы осуществляют свою функцию при помощи связок, которые дополнительно укрепляют соединения костей.

Понятие о связках

Они представляют собой тяжи, образованные пучками эластичных и коллагеновых волокон. В зависимости от того, какой тип преобладает в той или иной связке, их делят на эластичные и коллагеновые.

В зависимости от необходимой амплитуды колебания костей связки могут быть короткими или длинными.

Выделяют также классификацию тяжей по принадлежности к суставам — суставные и внесуставные.

Связки нужны не только для соединения костей, у них имеется еще несколько важных функций:

• Каркасная роль, поскольку связками начинаются мышцы.
• Удерживают и фиксируют между собой различные участки костей либо частей тела (крестцово-бугорная связка).
• С помощью связок образуется другая анатомическая структура (например, свод либо ниша для прохождения нервов и сосудов).

Типы соединительнотканных соединений

Помимо связок, соединения костей могут быть образованы соединительной тканью и называться мембранами. Их отличие заключается в том, что мембрана заполняет пространство между костями, причем расстояние между ними довольно большое. Чаще всего мембраны состоят из эластичных волокон. Однако по своим функциям они выполняют одинаковую роль со связками.

Следующим видом соединительнотканной связи между костями является родничок. Такой тип можно наблюдать у новорожденных и детей до года, пока роднички не зарастают. Это образование, которое имеет мало эластичных волокон и представлено преимущественно промежуточным веществом. Такое соединение позволяет костям черепа изменять конфигурацию для прохождения по родовому каналу.

Шов можно встретить, изучая, например, соединения костей черепа. Швы могут быть различной формы, имея аналогичные названия – зубчатый, плоский, чешуйчатый.

Вколачивания соединяют альвеолярные отростки с зубами. Соединительная ткань в этой области носит название «периодонт». Он имеет хорошее кровоснабжение и нервную иннервацию за счет сосудов и нервных волокон в промежуточном веществе. В состав периодонта входят также эластичные и коллагеновые волокна.

Подвижные соединения

Следующие типы соединения костей — подвижные. К ним относят суставы (диартрозы). Прерывными такие виды соединения костей называют из-за того, что всегда между их поверхностями есть полость. Для того чтобы обеспечивать подвижность, они состоят из суставных поверхностей, суставной сумки и полости.

Составные части

Суставные поверхности – это те части костей, которые примыкают друг к другу в суставной сумке. Они покрыты хрящом, называемым суставным.

Для того чтобы такое соединение исправно в течение жизни человека могло выполнять свою функцию, в сумке имеется полость, заполненная жидкостью, смазывающей поверхности смыкания. Кроме того, жидкость выполняет амортизационные функции, обеспечивая выносливость суставам, и предоставляет необходимое питание суставному хрящу.

Суставная сумка защищает суставные поверхности от повреждения, для выполнения этой функции она состоит из нескольких слоев: фиброзного и синовиального. Внутренняя синовиальная мембрана обеспечивает богатое кровоснабжение.

Кроме обязательных, в суставе могут присутствовать и дополнительные элементы: хрящи и связки, синовиальные сумки, сесамовидные кости и синовиальные складки.

Классификация суставов по различным параметрам

Суставы могут быть разной формы: шаровидной, эллипсовидной, плоской, седловидной и т. д. В соответствии с ней выделяют и одноименные суставы. Различают классификацию и по проекции движения – одноосные, двухосные и многоосные. К одноосным относят блоковидные и цилиндрические суставы (например, голеностопный, межфаланговый). Двухосные суставы – эллипсоидные или седловидные (лучезапястно-пястный, лучезапястный). К многоосным относят суставы, имеющие шаровидную форму – плечевой, тазобедренный.

По форме сустава можно предположить, в каких направлениях будет осуществляться его движение. Например, шаровидный осуществляет движения в разных направлениях, то есть является трехосным.

По устройству различают простые и сложные суставы. Простые состоят из двух костей, сложные – из трех и более.

Суставы могут выполнять движения следующих видов: сгибание-разгибание, приведение-отведение, вращение (внутрь и наружу, а также круговое).

Полуподвижные соединения костей

Многие не считают эту группу самостоятельной. К полуподвижным соединениям относятся те, что образованы хрящами, то есть, с одной стороны, не являются подвижными, как суставы, однако обладают определенной степенью гибкости.

Тип соединения при помощи хряща рассматривается как один из видов неподвижного соединения – синхондроз, который не является полуподвижным, как думают многие. Между синхондрозами и полуподвижными соединениями есть разница: в последних имеется небольшая полость, за счет чего и обеспечивается подвижность.

Полупрерывные соединения также называют симфизами. При определенных условиях они могут несколько расходиться между собой. Так, лобковый симфиз позволяет в родах обеспечить прохождение плода по родовым путям.

Вместо заключения

Итак, мы познакомились с основными типами соединений человеческих костей, их особенностями и функциями, которые они выполняют.

При рассмотрении такой темы, как типы соединения костей человека, таблица и схема будут лучшими помощниками, так как они дают возможность наглядно увидеть и понять классификацию.

Травмы скелета: виды и характеристика

Сегодня мы расскажем вам о переломах, вывихах, разрывах и ушибах костей скелета человека. Наш скелет состоит более чем из 206 костей, обеспечивая опорную функцию и защищая наши внутренние органы. Кость – это сложное образование, представляющее собой совокупность костной ткани, суставного хряща, костного мозга, нервов и сосудов. Практически полностью кость состоит из белка и коллагена и лишь небольшой процент состава кости занимают углеводы, жиры и неколлагеновые волокна. Прочность кости напрямую зависит от содержания в ней различных минеральных и органических волокон, а, в частности, кальция и фтора.

Травмы скелета – достаточно часто явление современного общества. Увлечения экстремальными видами спорта, высокая популяризация здорового образа жизни, активный отдых, туризм. Все это создает предпосылки для учащения случаев травматизации, и, как следствие, высокого шанса получения травм различной степени тяжести и этиологии. Наиболее серьезная травма – перелом.

Виды травм

Типы переломов кости

Перелом – это вид травмы костей с нарушением их целостности с силой, в несколько раз превышающей прочность костной ткани. В результате переломов могут повреждаться близлежащие ткани, мышцы, сухожилия, сосуды и даже внутренние органы.

Все переломы принято делить на две большие группы:

открытые – с повреждением целостности кожного покрова, наличием открытой раны, наружным кровотечением.

закрытые – когда происходит только нарушение целостности самой кости, без каких – либо внешних повреждений.

Вывих – всегда происходит в подвижных суставах (плечевые, бедренные, локтевые, коленные). При вывихе происходит смещение суставных концов костей относительно друг друга. Это, как правило, непрямая травма, в результате которой объем движений в суставе превышает физиологический. Встречается гораздо реже, чем другие виды травм костей.

Виды вывихов

Ушиб – это повреждение ткани и близлежащих кровеносных сосудов в результате удара или сдавления без нарушения кожного покрова.

Ушиб мягких тканей

Общие причины травм скелета человека

Травматические

Так как тема нашей с вами беседы – это переломы, ушибы, вывихи и растяжения, то из всех существующих причин получения травм, нас будут интересовать только воздействие механических внешних факторов.

Среди них:

• Рывок;
• Падение с высоты;
• Удар;
• Толчок;
• Контузия;
• Сдавление.
• Сжатие.

Наибольшую опасность представляют собой последствия механической травмы, в результате которой может произойти обширная кровопотеря, а также нарушение иннервации органа или ткани. Это ведет к развитию целого ряда общих нарушений в работе организма.

Более подробно про анатомию человека – Строение скелета

Паталогические

Так же причиной получения травмы может стать и воздействие внешних факторов на патологически измененную, в следствие какой – либо болезни, кость.

Чаще всего это происходит при таких заболеваниях, как:

• Остеомиелит;
• Фиброзная дисплазия;
• Остеопетроз;
• Болезнь Педжета.

При этом, даже самые незначительные воздействия на кость могут вызвать серьезные переломы, приводящие, в последствии, к инвалидизации человека, с утратой функций органа. Для того, чтобы нам с вами научиться грамотно оказывать неотложную доврачебную помощь при различных травмах костей скелета, необходимо рассмотреть некоторые травмы отдельно, в частном порядке. Для этого весь скелет человека мы поделим на четыре большие группы и рассмотрим в каждой группе наиболее часто встречающиеся травмы и необходимую доврачебную помощь при каждой из них. Ссылки на каждую статью вы сможете получить здесь..

Напоминаем, мы с вами рассматриваем только те виды травм, которые получены в результате воздействия механических внешних факторов. Таких травм очень много. В наших следующих статьях мы подробно рассмотрим наиболее часто встречающиеся повреждения.

Очень часто люди задают такой вопрос: «Первая помощь при переломе рук», «Доврачебная помощь при переломе ноги». Постановка такого вопроса не совсем корректна. Рука – это верхняя конечность человека, состоящая из следующих элементов: ключица, лопатка, плечо, предплечье (локтевая, лучевая), кисть (запястье, пястье и фаланги пальцев). Поэтому далее мы с вами будем рассматривать руку, как верхнюю конечность и, соответственно, классифицировать травмы опираясь на это понятие. то же самое касается ног, шеи и головы.

Итак более подробно по доврачебной помощи читайте в материалах по каждой теме:

1. Травмы головы. Виды. Доврачебная помощь.

a) Сотрясение головного мозга;

b) Ушиб головного мозга;

c) Перелом основания свода черепа.

2. Травмы шейного отдела позвоночника. Виды. Доврачебная помощь.

a) Повреждение связок и дисков;

b) Хлыстовая травма шеи;

c) Перелом тела позвонка;

d) Ушиб шейного отдела позвоночника.

3. Травмы верхних конечностей. Виды. Доврачебная помощь.

a) Перелом ключицы;

b) Перелом костей предплечья;

c) Вывих локтевого сустава;

d) Перелом костей кисти.

4. Травмы нижних конечностей. Виды. Доврачебная помощь.

a) Перелом шейки бедра;

b) Перелом таза;

c) Вывих голени;

d) Разрыв мениска;

e) Перелом лодыжки;

f) Перелом бедренной кости.

Классификация костей — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Классифицировать кости по форме
• Опишите функцию каждой категории костей

206 костей, составляющих скелет взрослого человека, разделены на пять категорий в зависимости от их формы ((Рисунок)). Их формы и их функции связаны таким образом, что каждая категориальная форма кости выполняет определенную функцию.

Классификация костей

Кости классифицируются по форме.

Длинные кости

Длинная кость — это кость цилиндрической формы, длина которой превышает ширину. Однако имейте в виду, что этот термин описывает форму кости, а не ее размер. Длинные кости находятся в руках (плечевая, локтевая, лучевая) и ногах (бедренная, большеберцовая, малоберцовая), а также в пальцах (пястные кости, фаланги) и пальцах ног (плюсневые кости, фаланги). Длинные кости функционируют как рычаги; они двигаются, когда мышцы сокращаются.

Короткие кости

Короткая кость — это кость кубической формы, приблизительно равная по длине, ширине и толщине. Единственные короткие кости в скелете человека находятся в запястьях запястий и предплюсневых костях лодыжек. Короткие кости обеспечивают стабильность и поддержку, а также обеспечивают некоторое ограниченное движение.

Плоские кости

Термин «плоская кость» в некоторой степени неправильный, потому что, хотя плоская кость обычно тонкая, она также часто изогнута. Примеры включают черепные кости (черепа), лопатки (лопатки), грудину (грудину) и ребра.Плоские кости служат точками крепления мышц и часто защищают внутренние органы.

Кости неправильной формы

Кость неправильной формы — это кость, которая не имеет легко описываемой формы и поэтому не соответствует какой-либо другой классификации. Эти кости, как правило, имеют более сложную форму, например позвонки, которые поддерживают спинной мозг и защищают его от сил сжатия. Многие лицевые кости, особенно те, которые содержат носовые пазухи, классифицируются как кости неправильной формы.

Сесамовидные кости

Сесамовидная кость — это небольшая круглая кость, которая, как следует из названия, имеет форму кунжутного семени.Эти кости образуются в сухожилиях (тканевых оболочках, соединяющих кости с мышцами), где в суставе создается большое давление. Сесамовидные кости защищают сухожилия, помогая им преодолевать сжимающие силы. Сесамовидные кости различаются по количеству и расположению от человека к человеку, но обычно находятся в сухожилиях, связанных со стопами, руками и коленями. Надколенники (единственное число = надколенник) — единственные сесамовидные кости, которые встречаются у всех людей. (Рисунок) рассматривает классификации костей с соответствующими функциями, функциями и примерами.

Классификация костей
Классификация костей	Характеристики	Функция (ы)	Примеры
Длинный	Цилиндровидная форма, длиннее своей ширины	Кредитное плечо	Бедренная кость, большеберцовая кость, малоберцовая кость, плюсневые кости, плечевая кость, локтевая кость, лучевая, пястная, фаланги
Короткий	Кубообразная форма, приблизительно равные по длине, ширине и толщине	Обеспечивает устойчивость, поддержку, при этом допускает некоторое движение	Запястья, плюсны
Плоский	Тонкий и изогнутый	Точки крепления для мышц; протекторы внутренних органов	Грудина, ребра, лопатки, кости черепа
Нерегулярное	Сложная форма	Защитить внутренние органы	Позвонки, лицевые кости
Сесамоид	Маленький и круглый; встроен в связки	Защита арматуры от сжимающих усилий	Надколенник

Обзор главы

Кости можно классифицировать по форме. Длинные кости, такие как бедренная кость, длиннее, чем ширина. Короткие кости, такие как запястья, примерно равны по длине, ширине и толщине. Плоские кости тонкие, но часто изогнутые, например ребра. Неровные кости, такие как кости лица, не имеют характерной формы. Сесамовидные кости, такие как надколенники, маленькие и круглые, расположены в сухожилиях.

Контрольные вопросы

Большинство костей рук и кистей — длинные кости; однако кости запястья относятся к категории ________.

1. плоские кости
2. короткие кости
3. сесамовидные кости
4. кости неправильной формы

Сесамовидные кости обнаружены в ________.

1. стыков
2. мышц
3. связок
4. сухожилий

Кости, окружающие спинной мозг, классифицируются как ________ кости.

1. нестандартные
2. сесамовидный
3. квартира
4. короткий

Какая категория костей является одной из самых многочисленных в скелете?

1. длинная кость
2. сесамовидная кость
3. короткая кость
4. плоская кость

Длинные кости позволяют телу двигаться, действуя как ________.

1. противовес
2. сила сопротивления
3. рычаг
4. точка опоры

Вопросы о критическом мышлении

Каковы структурные и функциональные различия между клювами и плюснами?

Конструктивно предплюсна представляет собой короткую кость, то есть ее длина, ширина и толщина примерно равны, а плюсна — длинная кость, длина которой больше ее ширины. Функционально предплюсна обеспечивает ограниченное движение, а плюсна действует как рычаг.

Каковы структурные и функциональные различия бедренной кости и надколенника?

Структурно бедренная кость представляет собой длинную кость, то есть ее длина больше ширины, а надколенник, сесамовидная кость, маленький и круглый. Функционально бедренная кость действует как рычаг, а надколенник защищает сухожилие надколенника от сжимающих сил.

Глоссарий

плоская кость

кость тонкая и изогнутая; служит точкой крепления мышц и защищает внутренние органы

неправильная кость

кость сложной формы; защищает внутренние органы от сжимающих сил

длинная кость

кость цилиндрической формы, длина которой превышает ширину; действует как рычаг

сесамовидная кость

маленькая круглая кость, встроенная в сухожилие; защищает сухожилие от сжимающих сил

короткая кость

кость кубической формы примерно одинаковой длины, ширины и толщины; обеспечивает ограниченное движение

Классификация и структура костей | Анатомия и физиология

Костная ткань (костная ткань) сильно отличается от других тканей тела.Кость твердая, и многие ее функции зависят от этой характерной твердости. Дальнейшие обсуждения в этой главе покажут, что кость также динамична в том смысле, что ее форма приспосабливается к нагрузкам. В этом разделе сначала исследуется общая анатомия кости, а затем перейдем к ее гистологии.

Полная анатомия кости

Структура длинной кости позволяет лучше всего визуализировать все части кости (рис. 6.7). Длинная кость состоит из двух частей: диафиза и эпифиза .Диафиз — это трубчатый стержень, который проходит между проксимальным и дистальным концом кости. Полость в диафизе называется медуллярной полостью и заполнена желтым костным мозгом. Стенки диафиза состоят из плотной и твердой компактной кости .

Рисунок 6.7. Анатомия длинной кости
Типичная длинная кость показывает общие анатомические характеристики кости.

Более широкий участок на каждом конце кости называется эпифизом (множественное число = эпифиз), он заполнен губчатой ​​костью.Красный костный мозг заполняет пустоты в губчатой ​​кости. Каждый эпифиз встречается с диафизом в метафизе, узкой области, которая содержит эпифизарную пластину (пластина роста), слой гиалинового (прозрачного) хряща в растущей кости. Когда кость перестает расти в раннем взрослом возрасте (примерно 18–21 год), хрящ заменяется костной тканью, и эпифизарная пластинка становится эпифизарной линией.

Костномозговая полость имеет нежную мембранную выстилку, которая называется эндостом (конец- = «внутри»; осте- = «кость»), где происходит рост, восстановление и ремоделирование кости.Наружная поверхность кости покрыта фиброзной мембраной, которая называется надкостницей (пери — = «вокруг» или «окружает»). Надкостница содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды, питающие компактную кость. Сухожилия и связки также прикрепляются к костям в надкостнице. Надкостница покрывает всю внешнюю поверхность, за исключением тех мест, где эпифизы встречаются с другими костями, образуя суставы (рис. 6.8). В этой области эпифизы покрыты суставным хрящом , тонким слоем хряща, который снижает трение и действует как амортизатор.

Рисунок 6.8. Надкостница и эндост
Надкостница образует внешнюю поверхность кости, а эндост выстилает костномозговую полость.

Костные клетки и ткани

Кость содержит относительно небольшое количество клеток, закрепленных в матрице коллагеновых волокон, которые обеспечивают поверхность для прикрепления кристаллов неорганической соли. Эти кристаллы соли образуются, когда фосфат кальция и карбонат кальция объединяются с образованием гидроксиапатита, который включает другие неорганические соли, такие как гидроксид, фторид и сульфат магния, когда он кристаллизуется или кальцифицируется на коллагеновых волокнах. Кристаллы гидроксиапатита придают костям твердость и прочность, а волокна коллагена придают им гибкость, поэтому они не становятся хрупкими.

Хотя костные клетки составляют небольшую часть объема кости, они имеют решающее значение для функционирования костей. В костной ткани обнаружены четыре типа клеток: остеобласты, остеоциты, остеогенные клетки и остеокласты (рис. 6.9).

Рисунок 6.9. Костные клетки
В костной ткани обнаружены клетки четырех типов.Остеогенные клетки недифференцированы и развиваются в остеобласты. Когда остеобласты попадают в кальцифицированный матрикс, их структура и функция изменяются, и они становятся остеоцитами. Остеокласты развиваются из моноцитов и макрофагов и отличаются по внешнему виду от других костных клеток.

Остеобласт — это костная клетка, ответственная за формирование новой кости, которая находится в растущих частях кости, включая надкостницу и эндост.Остеобласты, которые не делятся, не синтезируют и не секретируют коллагеновую матрицу и соли кальция. Когда секретируемый матрикс, окружающий остеобласт, кальцифицируется, остеобласт оказывается в ловушке внутри него; в результате он изменяется по своей структуре и становится остеоцитом , первичной клеткой зрелой кости и наиболее распространенным типом костной клетки. Каждый остеоцит расположен в пространстве, называемом лакуной , , , и окружен костной тканью. Остеоциты поддерживают минеральную концентрацию матрикса за счет секреции ферментов.Как и остеобласты, остеоциты не обладают митотической активностью. Они могут общаться друг с другом и получать питательные вещества через длинные цитоплазматические отростки, которые проходят через canaliculi (единичное число = canaliculus), каналы внутри костного матрикса.

Если остеобласты и остеоциты неспособны к митозу, то как они пополняются, когда умирают старые? Ответ кроется в свойствах третьей категории костных клеток — остеогенной клетки . Эти остеогенные клетки недифференцированы с высокой митотической активностью и являются единственными костными клетками, которые делятся.Незрелые остеогенные клетки находятся в глубоких слоях надкостницы и костного мозга. Они дифференцируются и развиваются в остеобласты.

Динамический характер кости означает, что новая ткань постоянно образуется, а старая, поврежденная или ненужная кость растворяется для восстановления или высвобождения кальция. Клеткой, ответственной за резорбцию или разрушение кости, является остеокласт . Они находятся на поверхности костей, являются многоядерными и происходят из моноцитов и макрофагов, двух типов белых кровяных телец, а не из остеогенных клеток.Остеокласты постоянно разрушают старую кость, в то время как остеобласты постоянно образуют новую кость. Постоянный баланс между остеобластами и остеокластами отвечает за постоянное, но тонкое изменение формы кости. В таблице 6.2 представлены костные клетки, их функции и расположение.

Таблица 6.2.

Костные клетки
Тип ячейки	Функция	Расположение
Остеогенные клетки	Развивается в остеобласты	Глубокие слои надкостницы и костного мозга
Остеобласты	Костеобразование	Растущие части кости, включая надкостницу и эндост
Остеоциты	Поддержание концентрации минералов в матрице	В матрице
Остеокласты	Костная резорбция	Поверхности костей и участки старых, поврежденных или ненужных костей

Компактная губчатая кость

Различия между компактной и губчатой ​​костью лучше всего изучать с помощью их гистологии.Большинство костей содержат плотную и губчатую костную ткань, но их распределение и концентрация зависят от общей функции кости. Компактная кость плотная, поэтому она может выдерживать сжимающие силы, в то время как губчатая (губчатая) кость имеет открытые пространства и поддерживает сдвиги в распределении веса.

Компактная кость

Компактная кость — более плотная и прочная из двух типов костной ткани (рис. 6.10). Его можно найти под надкостницей и в диафизах длинных костей, где он обеспечивает поддержку и защиту.

Рисунок 6.10. Схема компактной кости
(a) На этом разрезе компактной кости показана основная структурная единица — остеон. (b) На этой микрофотографии остеона вы можете ясно видеть концентрические пластинки и центральные каналы. LM × 40. (Микрофотография предоставлена ​​Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)

Микроскопическая структурная единица компактной кости называется остеоном , или гаверсовской системой.Каждый остеон состоит из концентрических колец кальцифицированного матрикса, называемого ламелями (единичное число = ламелла). По центру каждого остеона проходит центральный канал или гаверсовский канал, который содержит кровеносные сосуды, нервы и лимфатические сосуды. Эти сосуды и нервы отходят под прямым углом через перфорирующий канал , также известный как каналы Фолькмана, до надкостницы и эндоста.

Остеоциты расположены внутри пространств, называемых лакунами (единичное число = лакуны), на границах соседних ламелл.Как описано ранее, канальцы соединяются с канальцами других лакун и, в конечном итоге, с центральным каналом. Эта система позволяет транспортировать питательные вещества к остеоцитам и удалять из них отходы.

Губчатая (губчатая) кость

Как и компактная кость, губчатая кость , также известная как губчатая кость, содержит остеоциты, расположенные в лакунах, но они не расположены концентрическими кругами. Вместо этого лакуны и остеоциты находятся в решетчатой ​​сети матричных шипов, называемых трабекулами (единичное число = трабекула) (Рисунок 6.11). Трабекулы могут казаться случайной сетью, но каждая трабекула формируется вдоль линий напряжения, чтобы обеспечить прочность кости. Пространства трабекулярной сети обеспечивают баланс плотной и тяжелой компактной кости, делая кости более легкими, чтобы мышцы могли легче перемещать их. Кроме того, полости в некоторых губчатых костях содержат красный костный мозг, защищенный трабекулами, в которых происходит кроветворение.

Рисунок 6.11. Схема губчатой ​​кости
Губчатая кость состоит из трабекул, содержащих остеоциты.Красный костный мозг заполняет пустоты в некоторых костях.

Интерактивная ссылка

Посмотрите это видео, чтобы увидеть микроскопические особенности кости.

6.2 Классификация костей — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Классифицировать кости по форме
• Опишите функцию каждой категории костей

206 костей, составляющих скелет взрослого человека, разделены на пять категорий в зависимости от их формы (рис. 1).Их формы и их функции связаны таким образом, что каждая категориальная форма кости выполняет определенную функцию.

Рисунок 1. Классификация костей. Кости классифицируются по форме.

A длинная кость — это кость цилиндрической формы, которая длиннее своей ширины. Однако имейте в виду, что этот термин описывает форму кости, а не ее размер. Длинные кости находятся в руках (плечевая, локтевая, лучевая) и ногах (бедренная, большеберцовая, малоберцовая), а также в пальцах (пястные кости, фаланги) и пальцах ног (плюсневые кости, фаланги).Длинные кости функционируют как рычаги; они двигаются, когда мышцы сокращаются.

Короткая кость — это кость кубической формы, приблизительно равная по длине, ширине и толщине. Единственные короткие кости в скелете человека находятся в запястьях запястий и предплюсневых костях лодыжек. Короткие кости обеспечивают стабильность и поддержку, а также обеспечивают некоторое ограниченное движение.

Термин « плоская кость » в некоторой степени неправильный, потому что, хотя плоская кость обычно тонкая, она также часто изогнута.Примеры включают черепные кости (черепа), лопатки (лопатки), грудину (грудину) и ребра. Плоские кости служат точками крепления мышц и часто защищают внутренние органы.

Кость неправильной формы — это кость, которая не имеет легко определяемой формы и, следовательно, не соответствует какой-либо другой классификации. Эти кости, как правило, имеют более сложную форму, например позвонки, которые поддерживают спинной мозг и защищают его от сил сжатия. Многие лицевые кости, особенно те, которые содержат носовые пазухи, классифицируются как кости неправильной формы.

A Сесамовидная кость — это небольшая круглая кость, которая, как следует из названия, имеет форму кунжутного семени. Эти кости образуются в сухожилиях (тканевых оболочках, соединяющих кости с мышцами), где в суставе создается большое давление. Сесамовидные кости защищают сухожилия, помогая им преодолевать сжимающие силы. Сесамовидные кости различаются по количеству и расположению от человека к человеку, но обычно находятся в сухожилиях, связанных со стопами, руками и коленями. Надколенники (единственное число = надколенник) — единственные сесамовидные кости, которые встречаются у всех людей.В таблице 1 рассмотрены классификации костей с соответствующими характеристиками, функциями и примерами.

Классификация костей (таблица 1)
Классификация костей	Характеристики	Функция (ы)	Примеры
Длинный	Цилиндровидная форма, длиннее своей ширины	Кредитное плечо	Бедренная кость, большеберцовая кость, малоберцовая кость, плюсневые кости, плечевая кость, локтевая кость, лучевая, пястная, фаланги
Короткий	Кубообразная форма, приблизительно равные по длине, ширине и толщине	Обеспечивает устойчивость, поддержку, при этом допускает некоторое движение	Запястья, плюсны
Плоский	Тонкий и изогнутый	Точки крепления для мышц; протекторы внутренних органов	Грудина, ребра, лопатки, кости черепа
Нерегулярное	Сложная форма	Защитить внутренние органы	Позвонки, лицевые кости
Сесамоид	Маленький и круглый; встроен в связки	Защита арматуры от сжимающих усилий	Надколенник

Кости можно классифицировать по форме. Длинные кости, такие как бедренная кость, длиннее, чем ширина. Короткие кости, такие как запястья, примерно равны по длине, ширине и толщине. Плоские кости тонкие, но часто изогнутые, например ребра. Неровные кости, такие как кости лица, не имеют характерной формы. Сесамовидные кости, такие как надколенники, маленькие и круглые, расположены в сухожилиях.

Контрольные вопросы

1. Большинство костей рук и кистей — длинные кости; однако кости запястья относятся к категории ________.

1. плоские кости
2. короткие кости
3. сесамовидные кости
4. кости неправильной формы

2. Сесамовидные кости обнаружены в ________.

1. стыков
2. мышц
3. связок
4. сухожилий

3. Кости, окружающие спинной мозг, классифицируются как ________ кости.

1. нестандартные
2. сесамовидный
3. квартира
4. короткий

4. Какая категория костей является одной из самых многочисленных в скелете?

1. длинная кость
2. сесамовидная кость
3. короткая кость
4. плоская кость

5.Длинные кости позволяют телу двигаться, действуя как ________.

1. противовес
2. сила сопротивления
3. рычаг
4. точка опоры

Вопросы о критическом мышлении

1. Каковы структурные и функциональные различия между клювами и плюснами?

Конструктивно предплюсна представляет собой короткую кость, то есть ее длина, ширина и толщина примерно равны, а плюсна — длинная кость, длина которой больше ее ширины.Функционально предплюсна обеспечивает ограниченное движение, а плюсна действует как рычаг.

2. Каковы структурные и функциональные различия бедренной кости и надколенника?

Структурно бедренная кость представляет собой длинную кость, то есть ее длина больше ширины, а надколенник, сесамовидная кость, маленький и круглый. Функционально бедренная кость действует как рычаг, а надколенник защищает сухожилие надколенника от сжимающих сил.

Глоссарий

плоская кость

кость тонкая и изогнутая; служит точкой крепления мышц и защищает внутренние органы

неправильная кость

кость сложной формы; защищает внутренние органы от сжимающих сил

длинная кость

кость цилиндрической формы, длина которой превышает ширину; действует как рычаг

сесамовидная кость

маленькая круглая кость, встроенная в сухожилие; защищает сухожилие от сжимающих сил

короткая кость

кость кубической формы примерно одинаковой длины, ширины и толщины; обеспечивает ограниченное движение

Решения

Ответы на обзорные вопросы

1. Б
2. D
3. А
4. А
5. С

Ответы на вопросы о критическом мышлении

1. Когда вы сидите у костра, ваше обоняние адаптируется к запаху дыма.Только если бы этот запах внезапно и резко усилился, вы могли бы заметить и отреагировать. Напротив, запах даже следа дыма был бы новым и очень необычным в вашем общежитии и воспринимался бы как опасность.
2. Рост может происходить за счет увеличения количества существующих клеток, увеличения размера существующих клеток или увеличения количества неклеточного материала вокруг клеток.

38.1: Типы скелетных систем

Нижняя конечность

Нижняя конечность состоит из бедра, голени и стопы.Кости нижней конечности — бедренная кость (бедренная кость), надколенник (коленная чашечка), большеберцовая и малоберцовая кости (кости голени), предплюсны (кости голеностопного сустава), плюсневые кости и фаланги (кости стопы) (Рис. (\ PageIndex {13} \)). Кости нижних конечностей толще и прочнее, чем кости верхних конечностей, из-за необходимости выдерживать весь вес тела и возникающие в результате силы движения. Помимо эволюционной приспособленности, кости человека будут реагировать на действующие на них силы.

Рисунок \ (\ PageIndex {13} \): Нижняя конечность состоит из бедра (бедра), коленной чашечки (надколенника), голени (голени и малоберцовой кости), лодыжки (предплюсны) и стопы (плюсневые кости и фаланги).

Бедренная кость или бедренная кость — самая длинная, самая тяжелая и крепкая кость в теле. Бедренная кость и таз на проксимальном конце образуют тазобедренный сустав. На дистальном конце бедро, голень и надколенник образуют коленный сустав. Коленная чашечка, или коленная чашечка, представляет собой треугольную кость, расположенную перед коленным суставом. Надколенник врастает в сухожилие разгибателей бедра (четырехглавой мышцы).Улучшает разгибание колена за счет уменьшения трения. Большеберцовая кость или большеберцовая кость — это большая кость ноги, расположенная непосредственно под коленом. Большеберцовая кость сочленяется с бедренной костью на ее проксимальном конце, с малоберцовой костью и костями предплюсны на ее дистальном конце. Это вторая по величине кость в человеческом теле, которая отвечает за передачу веса тела от бедренной кости к стопе. Малоберцовая кость, или кость теленка, проходит параллельно большеберцовой кости и сочленяется с ней. Он не сочленяется с бедренной костью и не выдерживает нагрузки.Малоберцовая кость действует как место прикрепления мышц и образует боковую часть голеностопного сустава.

Тарсалы — это семь костей лодыжки. Голеностопный сустав передает вес тела от большеберцовой и малоберцовой костей стопе. Плюсны — это пять костей стопы. Фаланги — это 14 костей пальцев ног. Каждый палец состоит из трех фаланг, за исключением большого пальца, у которого только две (Рисунок \ (\ PageIndex {14} \)). Вариации существуют и у других видов; например, пястные кости и плюсны лошади ориентированы вертикально и не соприкасаются с субстратом.

Рисунок \ (\ PageIndex {14} \): На этом рисунке показаны кости стопы и лодыжки человека, включая плюсневые кости и фаланги.

Evolution Connection

Эволюция конструкции тела для передвижения по суше

Переход позвоночных на сушу потребовал ряда изменений в конструкции тела, поскольку передвижение по суше представляет ряд проблем для животных, которые приспособлены к перемещению в воде. Плавучесть воды обеспечивает определенную подъемную силу, и обычная форма движения рыб — это боковые колебания всего тела.Это движение вперед и назад толкает тело к воде, создавая движение вперед. У большинства рыб мышцы парных плавников прикрепляются к поясам внутри тела, что позволяет в некоторой степени контролировать передвижение. Когда некоторые рыбы начали перемещаться на сушу, они сохранили свою боковую волнообразную форму передвижения (anguilliform). Однако вместо того, чтобы отталкиваться от воды, их плавники или ласты стали точками контакта с землей, вокруг которых они вращались.

Эффект силы тяжести и отсутствие плавучести на суше означало, что вес тела был подвешен на конечностях, что привело к усилению их укрепления и окостенения.Влияние силы тяжести также потребовало изменений осевого каркаса. Боковые волны позвоночника наземных животных вызывают деформацию скручивания. Более твердый и окостеневший позвоночный столб стал обычным явлением у наземных четвероногих, потому что он снижает напряжение, обеспечивая при этом силу, необходимую для поддержания веса тела. У более поздних четвероногих позвонки стали допускать вертикальное движение, а не боковое сгибание. Еще одним изменением осевого скелета была потеря прямого соединения грудного пояса с головой.Это уменьшило сотрясение головы, вызванное ударами конечностей о землю. Позвонки шеи также эволюционировали, чтобы позволить голове двигаться независимо от тела.

Аппендикулярный скелет наземных животных также отличается от водных животных. Плечи прикрепляются к грудному поясу через мышцы и соединительную ткань, уменьшая таким образом сотрясение черепа. Из-за бокового волнистого позвоночного столба у ранних четвероногих конечности были растопырены в стороны, и движение происходило при выполнении «отжиманий». Позвонки этих животных должны были двигаться из стороны в сторону подобно рыбам и рептилиям. Этот тип движения требует больших мышц для перемещения конечностей к средней линии; это было почти как ходьба во время отжимания, и это неэффективное использование энергии. У более поздних четвероногих конечности помещают под туловище, так что каждый шаг требует меньшего усилия для продвижения вперед. Это привело к уменьшению размера приводящей мышцы и увеличению диапазона движений лопаток. Это также ограничивает движение в основном одной плоскостью, создавая движение вперед, а не движение конечностей вверх или вперед.Бедро и плечевая кость также были повернуты, так что концы конечностей и пальцев были направлены вперед, в направлении движения, а не в стороны. При размещении под телом конечности могут качаться вперед, как маятник, для достижения более эффективного шага при движении по земле.

BME 332: Структура-функция кости


I. Обзор

Мы начинаем наш раздел, посвященный функции структуры ткани, с костной ткани. Это происходит по двум причинам: 1) с механической точки зрения кость исторически является наиболее изученной тканью, и 2) из-за 1) и более простого поведения кости по сравнению с мягкими тканями, о механике кости известно больше в связи с ее структурой. .Кость также является хорошей отправной точкой, поскольку она иллюстрирует принцип иерархической структурной функции, общей для всех биологических тканей. В этом разделе мы проиллюстрируем анатомию и структуру костной ткани как основу для изучения функции структуры ткани и механически опосредованной адаптации ткани. Сначала мы начнем с описания иерархических уровней структуры кости (анатомии), а затем опишем, как эти уровни создаются путем удаления костных клеток и добавления матрицы (физиологии).Затем мы обсуждаем линейные эластические свойства кости и то, как структура кости (особенно губчатая кость) связана с ее механической функцией, как это характеризует ее конститутивные модели.

II. Кортикальная кость в сравнении со структурой губчатой ​​кости

Кость в теле человека и других млекопитающих обычно подразделяется на два типа: 1: кортикальная кость, также известная как компактная кость, и 2) губчатая кость, также известная как губчатая или губчатая кость.Эти два типа классифицируются по пористости и единичной микроструктуре. Кортикальный слой кости намного плотнее с пористостью от 5% до 10%. Кортикальная кость находится в основном в стволе длинных костей и образует внешнюю оболочку вокруг губчатой ​​кости на концах суставов и позвонков. Схема, показывающая кортикальную оболочку вокруг типичного сустава длинной кости, показана ниже:

Основной структурой первого уровня кортикального слоя кости являются остеоны.Трабекулярная кость намного более пористая, ее пористость колеблется от 50% до 90%. Он находится в конце длинных костей (см. Рисунок выше), в позвонках и плоских костях, таких как таз. Его основная структура первого уровня — это трабекулы.

III. Иерархическая структура коркового мозга e

Как и все биологические ткани, кортикальный слой кости имеет иерархическую структуру. Это означает, что кортикальный слой кости содержит множество различных структур, существующих на разных уровнях.Иерархическая организация кортикальной кости определена в таблице ниже:

Структурная организация кортикальной кости

Уровень Диапазон размеров корковой структуры h ____________________________________________________

0 Твердый материал> 3000 мм —

____________________________________________________

1 Вторичные остеоны ^(A) от 100 до 300 мм <0.1
Первичные остеоны ^(B)
Плексиформ (C)
Интерстициальная кость

____________________________________________________

2 ламели ^{(A, B *, C *)} 3-20 мм <0,1
Lacunae ^{(A, B, C, D)}
Цементные линии ^(A)

_____________________________________________________

3 Коллаген-0. От 06 до 0,6 мм <0,1 Минерал
Композит ^{(A, B, C, D)}

^A — обозначает структуры, обнаруженные во вторичной кортикальной кости
^B — обозначает структуры, обнаруженные в первичной пластинчатой ​​кортикальной кости
^C — обозначает структуры, обнаруженные в плексиформной кости
^D — обозначает структуры, обнаруженные в тканой кости
* — указывает, что структуры присутствуют в b и c, но намного меньше, чем в

Таблица 1.Структурная организация кортикальной кости вместе с приблизительными физическими масштабами.
Параметр h — это соотношение между уровнем i и следующим наиболее макроскопическим уровнем i — 1.
Этот параметр используется в анализе RVE.

Есть две причины для нумерации разных уровней микроструктурной организации. Во-первых, он обеспечивает последовательный способ сравнения различных тканей. Во-вторых, он обеспечивает последовательную схему для определения уровней анализа для компьютерного анализа микромеханики тканей.Эта схема нумерации позже будет использоваться для определения уровней анализа для анализа микроструктуры кортикальной кости на основе RVE. 1-й и 2-й уровни организации отражают тот факт, что разные типы кортикальной кости существуют как для разных видов, так и для разных возрастов разных видов. Обратите внимание, что на самом базовом или третьем уровне вся кость, согласно нашему нынешнему пониманию, состоит из композитного материала коллагеновых волокон и минералов типа I. И наоборот, вся костная ткань для целей классического анализа континуума считается твердым материалом с эффективной жесткостью в нулевой структуре.Другими словами, анализ методом конечных элементов на уровне всей кости будет рассматривать всю кортикальную кость как твердый материал.

Различные типы кортикальной кости можно сначала дифференцировать на первом уровне структуры. Однако различные типы структур первого уровня могут по-прежнему содержать общие объекты второго уровня, такие как лакуны и ламели. Затем мы опишем различные типы структуры 1-го уровня на основе текста Мартина и Берра (1989). Как вы увидите, различные структурные организации на этом уровне обычно связаны либо с определенным возрастом, либо с видом, либо с обоими.

III.1 Структура кортикальной кости первого уровня

Как обсуждали Мартин и Берр (1989), существует четыре типа различных организаций на том, что мы описали как структурный уровень 1 ^st . Эти четыре типа структуры называются тканой костью, первичной костью, плексиформной костью и вторичной костью.

Общий вид кортикальной структуры кости, показывающий некоторые структуры 1-го и 2-го уровня, показан ниже:

III.1.1 Плетёно-волокнистая кортикальная кость

Плетеная кортикальная кость лучше определяется на 1-м структурном уровне тем, чего в ней нет, а не тем, что она содержит. Например, тканая кость не содержит остеонов, как первичная и вторичная кость, а также не содержит кирпичной структуры плексиформной кости (рис. 1). Таким образом, тканая кость является наиболее дезорганизованной из костной ткани из-за обстоятельств, в которых она сформирована. Тканая костная ткань — единственный тип костной ткани, которая может быть сформирована de novo, другими словами, она не должна формироваться на существующей костной или хрящевой ткани.Плетеная костная ткань часто встречается в очень молодых растущих скелетах в возрасте до 5 лет. Она обнаруживается в скелете взрослого человека только в случае травм или болезней, чаще всего в местах перелома костей. Тканая кость — это, по сути, SOS-реакция организма на размещение механически жесткой конструкции в нуждающейся области за короткий период времени. Таким образом, тканая кость откладывается очень быстро, что объясняет ее неорганизованную структуру. Обычно он содержит больше остеоцитов (костных клеток), чем другие типы костной ткани.Считается, что тканая кость менее плотная из-за рыхлой и неорганизованной упаковки коллагеновых волокон типа I (Martin and Burr, 1989). Однако она может стать сильно минерализованной, что может сделать ее несколько более хрупкой, чем другая кортикальная костная ткань с другим уровнем организации. Однако очень мало известно о механических свойствах тканой костной ткани. Christel et al. (1981) предположили, что тканая кость менее жесткая, чем другие типы костной ткани, исходя из предположения, что костная мозоль при переломах состоит в основном из тканой кости и намного менее жесткая, чем нормальная костная ткань.Прямых измерений жесткости тканой костной ткани не проводилось.

III.1.2 Плексиформная кортикальная костная ткань

Подобно тканой кости, плексиформная кость образуется быстрее, чем первичная или вторичная пластинчатая костная ткань. Однако, в отличие от тканой кости, плексиформная кость должна обеспечивать повышенную механическую поддержку в течение более длительных периодов времени. Из-за этого плексиформная кость в основном встречается у крупных быстрорастущих животных, таких как коровы или овцы. Плексиформная кость у человека встречается редко.Плексиформная кость получила свое название от сосудистых сплетений, содержащихся в пластинчатой ​​кости, зажатой неламеллярной костью (Martin and Burr, 1989). На приведенном ниже рисунке пластинчатая кость Мартина и Берра показана вверху, а тканая кость — внизу:

Плексообразная кость возникает из минеральных почек, которые растут сначала перпендикулярно, а затем параллельно внешней поверхности кости. Этот образец роста дает кирпичную структуру, характерную для плексиформной кости.Каждый «кирпичик» в плексиформной кости имеет диаметр около 125 микрон (мм) (Martin and Burr, 1989). Плексиформная кость, как первичная и вторичная кость, должна формироваться на существующих поверхностях кости или хряща и не может формироваться de novo, как тканая кость. Из-за своей организации плексиформная кость предлагает гораздо большую площадь поверхности по сравнению с первичной или вторичной костью, на которой может быть сформирована кость. Это увеличивает количество кости, которое может быть сформировано за определенный период времени, и дает возможность более быстро увеличить жесткость и прочность кости за короткий период времени.Хотя плексиформная форма может иметь большую жесткость, чем первичная или вторичная кортикальная кость, ей может не хватать способности задерживать трещины, что сделало бы ее более подходящей для более активных видов, таких как собаки (собаки) и люди.

III.1.3 Первичная остеональная кортикальная костная ткань

Когда костная ткань содержит кровеносные сосуды, окруженные концентрическими кольцами костной ткани, она называется остеональной костью. Структура, включающая центральный кровеносный сосуд и окружающую концентрическую костную ткань, называется остеоном.Что отличает первичный остеональный кортикальный слой от вторичного, так это способ формирования остеона и возникающие в результате различия в структуре уровней 2 ^и . Первичные остеоны, вероятно, образуются в результате минерализации хряща, таким образом, образуются там, где кости не было. Таким образом, они не содержат столько ламелей, сколько вторичные остеоны. Кроме того, сосудистые каналы внутри первичных остеонов имеют тенденцию быть меньше вторичных остеонов. По этой причине Мартин и Берр (1989) предположили, что первичная остеональная кортикальная кость может быть механически прочнее, чем вторичная остеональная кортикальная кость.

III.1.4 Вторичная костная ткань остеональной коры

Вторичные остеоны отличаются от первичных остеонов тем, что вторичные остеоны образуются путем замены существующей кости. Вторичная кость является результатом процесса, известного как ремоделирование. При ремоделировании костные клетки, известные как остеокласты, сначала рассасывают или разъедают часть кости в туннеле, называемом режущим конусом. За остеокластами следуют костные клетки, известные как остеобласты, которые затем формируют кость и заполняют туннель.Остеобласты заполняют туннель в шахматном порядке, образуя ламели, которые существуют на уровне структуры 2 ^и . Остеобласты не полностью заполняют режущий конус, но оставляют центральную часть открытой. Эта центральная часть называется гаверсовым каналом (см. Схему кортикальной кости). Общий диаметр вторичного остеона составляет от 200 до 300 микрон (обозначается как мм; от 0,2 до 0,3 миллиметра). Помимо остеонов, вторичная кортикальная костная ткань также содержит интерстициальную кость, как показано на схеме кортикальной кости.Гистологический вид компактной кости (с http://www.vms.hr/vms/atl/a_hist/ah062.htm) представлен ниже:

Некоторые другие изображения гистологии компактной кости можно посмотреть на http://www.grad.ttuhsc.edu/courses/histo/cartbone/intro.html, например, гистологический срез кортикальной кости, показанный ниже:

, показывающий другое поперечное сечение костной кортикальной кости, и следующий продольный разрез, показанный ниже:

Обратите внимание на гаверсовы каналы (большие темные круги) и кольца из ламелей, которые их окружают и образуют остеон.Маленькие темные круги — это лакунарные пространства внутри кости.

. Гаверсов канал в центре остеона имеет диаметр от 50 до 90 мм. Внутри гаверсова канала находится кровеносный сосуд обычно диаметром 15 мм (Martin and Burr, 1989). Поскольку питательные вещества, которые необходимы для поддержания жизни клеток и тканей, могут диффундировать через минерализованную ткань на ограниченное расстояние, эти кровеносные сосуды необходимы для доставки питательных веществ на разумное расстояние (около 150 мм) от остеоцитов или костных клеток, находящихся внутри костной ткани.Помимо кровеносных сосудов, гаверсовы каналы содержат нервные волокна и другие костные клетки, называемые клетками выстилки кости. Клетки, выстилающие костную ткань, на самом деле являются остеобластами, которые приняли другую форму после периода, в течение которого они сформировали кость.

III.2 Структура кортикальной кости второго уровня

Кортикальная структура кости второго уровня состоит из тех частей, которые составляют остеоны первичной и вторичной кости и «кирпичи» в плексиформной кости. Тканая кость снова отличается тем, что на втором структурном уровне не существует никаких заметных образований. В пределах остеональной (первичной и вторичной) и плексиформной кости четырьмя основными структурными объектами уровня матрикса 2 ^и являются ламеллы, лакуны остеоцитов, канальцы остеоцитов и цементные линии. Пластинки — это полосы или слои кости, как правило, толщиной от 3 до 7 мм. Пластинки расположены концентрически вокруг центрального гаверсова канала в костной ткани. В плексиформной кости пластинки зажаты между слоями неламеллярной кости.Пластинки в костной ткани разделены тонкими межламеллярными слоями, в которых ориентация костного минерала может быть изменена. Ламеллы содержат волокна коллагена I типа и минералы.

Лакуны и канальцы остеоцитов на самом деле представляют собой отверстия в костном матриксе, которые содержат костные клетки, называемые остеоцитами, и их отростки. Остеоциты развиваются из остеобластов, которые в процессе минерализации попадают в костный матрикс. Таким образом, размер лакун остеоцитов соотносится с первоначальным размером остеобласта, из которого образовался остеоцит.Лакуны остеоцитов имеют эллипсоидальную форму. Максимальный диаметр лакун обычно составляет от 10 до 20 мм. В лакунах остеоциты находятся во внеклеточной жидкости. Каналикулы — это небольшие туннели, соединяющие одну лакуну с другой. Канальцевые отростки, начинающиеся в остеоцитах, проходят через канальцы остеоцитов для соединения остеоцитов. Многие люди считают, что эти взаимосвязи обеспечивают путь, по которому остеоциты могут передавать информацию о состояниях деформации и, таким образом, каким-то образом координировать адаптацию кости.Цветное изображение структуры кортикальной кости 2-го уровня показано ниже (это изображение было размещено на веб-сайте http://medocs.ucdavis.edu/CHA/402/studyset/lab5/lab5.htm, который имеет хороший сбор костных и гистология хряща):

С механической точки зрения одним из самых интересных структурных элементов уровня ^nd является цементная линия. Цементные полосы обнаруживаются только во вторичной кости, потому что они являются результатом процесса ремоделирования, при котором сначала остеокласты рассасывают кость, а затем остеобласты образуют кость.Цементная линия возникает в точке, где заканчивается резорбция кости и начинается формирование кости. Цементные полосы имеют толщину от 1 до 5 микрон. Считается, что цементные линии являются структурами с дефицитом коллагена I типа. Помимо этого, широко обсуждалась природа цемента. Schaffler et al. (1987) обнаружили, что цементные линии менее минерализованы, чем окружающая костная ткань. Многие люди предположили, что цементные полосы могут служить для остановки роста трещин в кости, поскольку они очень эластичны и могут поглощать энергию.

III.3 Структура кортикальной кости третьего уровня

Чем ниже мы идем по иерархии кортикальной структуры кости, тем более отрывочна и менее количественная информация. Это связано с тем, что становится все труднее измерить структуру и механику кости на все более малых уровнях. Большая часть информации о механике структуры кортикальной кости третьего уровня основана на некоторых количественных измерениях, смешанных с гораздо большей теорией.

Кортикальную структуру кости третьего уровня можно разделить на два основных типа: пластинчатую и тканую.Каждый тип содержит базовый композит коллагеновое волокно / минерал типа I. Что отличает эти две структуры, так это то, как устроен композит, в первую очередь коллагеновые волокна. В тканой кости волокна коллагена организованы беспорядочно и очень неплотно упакованы. Изображение тканой кости, образующейся при переломе, с веб-сайта http://www.pathguy.com/lectures/bones.htm показано ниже:

Как отмечалось ранее, это результат быстрой укладки кости.Пластинчатая кость, которая находится в плексиформной, первичной и вторичной костной костях, расположена более организованно (как показано на рисунке выше) и очень четко соприкасается с тканой костью выше . . Хотя, вероятно, существует некоторый континуум структуры между тканой и пластинчатой ​​костью, обе костные структуры чаще всего подразделяются на эти две категории. Структура ламеллярной кости до сих пор широко обсуждается, поэтому мы обсудим здесь конкурирующие теории

.

III.3.1 Внутри- и межпластинчатая ориентация коллагена I типа

Одна из первых теорий, получивших признание, будет обозначена здесь как теория параллельной ориентации коллагеновых волокон. Это во многом основано на работах Асчензи и Бонуччи (1970, 1976). Эта теория предполагает, что волокна коллагена внутри одной ламели преимущественно параллельны друг другу и имеют предпочтительную ориентацию внутри ламелей. Ориентация коллагеновых волокон между ламелями может изменяться до 90 ^o в соседних ламелях.На основании этого были определены три типа остеонов, содержащих три различных типа пластинчатых субструктур, как показано в работе Martin et al. 1998 год:

. На рисунке выше a — это тип T, b — тип A, а c — тип L. Остеоны типа L определены, потому что ламели содержат коллагеновые волокна, которые ориентированы перпендикулярно плоскости разреза или параллельно оси остеона. Эти типы остеонов кажутся темными в поляризованном свете. Остеоны типа A содержат чередующиеся ориентации пучков волокон и, таким образом, дают чередующийся светлый и темный рисунок в поляризованном свете.Наконец, остеоны типа Т содержат ламели с пучками волокон, ориентированными параллельно плоскости сечения. Относительно оси остеона эти пучки ориентированы по поперечной спирали или кольцевому кольцу перпендикулярно центру остеона.

Giraud-Guille (1988) представил скрученную и ортогональную фанерную модель ориентации коллагеновых фибрилл внутри кортикальных пластинок кости. Жиро-Гий отметил, что модель из скрученной фанеры, показанная Мартином и др., 1998:

допускает параллельные фибриллы коллагена, которые непрерывно вращаются на постоянный угол от плоскости к плоскости в спиральной структуре. Еще одна схема модели из скрученной фанеры от Martin et al. (1998) показано ниже:

Модель из ортогональной фанеры состоит из коллагеновых фибрилл, которые параллельны в данной плоскости, но, в отличие от скрученных фанерных волокон, не вращаются непрерывно из плоскости в плоскость. Вместо этого фибриллы могут принимать только одно из двух направлений, которые не совпадают по фазе на 90, ^o друг с другом.Жиро-Гий считал, что модель из ортогональной фанеры больше всего напоминает остеоны типа L и типа T из модели Асчензи, в то время как модель из скрученной фанеры, скорее всего, объясняет тип A или чередующиеся остеоны из модели Асценци. Однако вместо трех отдельных структур, создающих три разных поляризованных световых узора, теперь будет только две.

В то время как Ascenzi и его коллеги и Giraud-Guille предложили модели ориентации коллагена, предполагая параллельные волокна, Marotti и Muglia (1988) предположили, что фибриллы коллагена не параллельны друг другу, а вместо этого имеют случайную ориентацию.Чередующиеся темные и светлые узоры, наблюдаемые в поляризованном свете, по мнению Маротти и Маглиа, не были результатом изменения ориентации, а скорее были результатом различной плотности упаковки коллагеновых фибрилл. Они определили плотные и рыхлые ламели (показано у Martin et al., 1998):

. Светлые полосы в микроскопии в поляризованном свете они отнесли к слабоупакованным ламелям, тогда как темные полосы можно отнести к плотно упакованным ламелям.Marotti и Muglia отметили, что модель с плотной и рыхлой пластинкой лучше соответствует тому, как формировалась кость. Они предположили, что изменение ориентации коллагена потребует, чтобы остеобласты каким-то образом вращались, когда они кладут кость. Их модель требовала, чтобы остеобласты образовывали переплетенную сетку коллагеновых волокон, но плотность, с которой остеобласты откладывали бы коллагеновые волокна, изменялась.

III. 4.2 Минеральная упаковка в фибриллах коллагена

Очень тщательный обзор структуры кости (как можно более тщательный) от уровня ангстрема (минеральный кристалл) до микронного уровня (ламели) был недавно представлен Weiner и Traub (1992).В этой работе Винер и Трауб рассмотрели минеральную структуру, минеральный коллагеновый композит и то, как минеральный коллагеновый композит вписывается в ламели. Коллагеновые волокна с типичной длиной 0,015 мм, или 0,000015 мм, и длиной 3 мм, или 0,003 мм, упакованные вместе, образуют фибриллы коллагена. Внутри упаковки коллагеновых волокон есть четкие промежутки, иногда называемые зонами отверстий (рис. 14). Структура этих отверстий в настоящее время является предметом некоторых дискуссий. В одной модели отверстия полностью изолированы друг от друга.В другой модели отверстия являются смежными и образуют канавку толщиной около 0,015 мм и длиной 0,370 мм. Внутри этих отверстий образуются минеральные кристаллы. Минеральные кристаллы в окончательной форме, как полагают, сделаны из минерала карбонат-апатита, называемого даллитом, который первоначально может напоминать кристалл октакальция. Кристалл октакальция естественным образом образует пластинки. Эти минеральные плиты обычно имеют длину и ширину 0,25 на 0,5 мм, а толщину от 0,02 до 0,03 мм. Именно эти пластинки упакованы в фибриллы коллагена I типа.Из-за природы упаковки ориентация фибрилл коллагена будет определять ориентацию кристаллов минерала. Одна такая модель предоставлена ​​Вайнером и Траубом (показана у Martin et al., 1998):

IV. Структура губчатой ​​кости

Трабекулярная кость — это второй тип костной ткани в организме. Он заполняет конец длинных костей, а также составляет большинство тел позвонков.Как и в случае кортикальной кости, мы организуем структуру губчатой ​​кости в соответствии с физическим размером.

Структурная организация губчатой ​​кости

Уровень Диапазон размеров трабекулярной структуры h

____________________________________________________________

0 Твердый материал> 3000 мм —

____________________________________________________________

1 Вторичные трабекулы ^(A) от 75 до 200 мм <0. 1
Первичные трабекулы (B)
Трабекулярные пакеты (D)

____________________________________________________________

2 ламели ( ^{A, B *)} 1-20 мм <0,1
Lacunae ^{(A, B, C *)}
Цементные линии ^(A)
Canaliculi

____________________________________________________________

3 Коллаген-0.От 06 до 0,4 мм <0,1 Минерал
Композит ^{(A, B, C)}

^A — обозначает структуры, обнаруженные во вторичной губчатой ​​кости

^B — обозначает структуры, обнаруженные в первичной губчатой ​​кости

^C — обозначает структуры, обнаруженные в тканой кости

^D — трабекулярные пакеты попадают между уровнями 1 ^st и 2 ^и по шкале

, но мы классифицировали их как сооружения первого уровня.

* — указывает, что структуры присутствуют в b и c, но намного меньше, чем в

Таблица 2. Структурная организация губчатой ​​кости с приблизительными физическими масштабами. Параметр h представляет собой соотношение между уровнем i и следующим наиболее макроскопическим уровнем i — 1. Этот параметр используется в анализе RVE.

Основное различие между строением трабекулярной и кортикальной кости обнаруживается на структурных уровнях 1 ^st и 2 .Следует отметить, что уровень 3 ^rd структуры губчатой ​​кости совпадает (насколько нам известно) со структурой кортикальной кости. Основными различиями в механических свойствах (насколько нам известно) трабекулярной и кортикальной костей являются эффективная жесткость структурного уровня 0 ^th и 1 ^st . Трабекулярная кость более податлива, чем кортикальная кость, и считается, что она распределяет и рассеивает энергию от суставных контактных нагрузок. Трабекулярная кость составляет около 20% от общей массы скелета в организме, в то время как кортикальная кость составляет оставшиеся 80%.Однако губчатая кость имеет гораздо большую площадь поверхности, чем кортикальная кость. Внутри скелета губчатая кость имеет общую площадь поверхности 7,0 x 10 ⁶ мм ² , в то время как кортикальная кость имеет общую площадь поверхности 3,5 x 10 ⁶ мм ² . Ниже приводится сравнение общих характеристик кортикальной кости и губчатой ​​кости, включая объемную долю и площадь поверхности (Jee, 1983):

Структурная особенность Кортикальная кость Трабекулярная кость

Объемная доля 0. ⁶

(мм ² )

Таблица 3. Сравнение некоторых структурных особенностей кортикальной и губчатой ​​кости.

IV.1 Структура губчатой ​​кости первого уровня

Одно из самых больших различий между губчатой ​​и кортикальной костью заметно на уровне структуры 1 ^st . Как видно из первой таблицы, губчатая кость намного более пористая, чем кортикальная кость. Объемная доля губчатой ​​кости может составлять от чуть более 5% до максимум 60%.Объемная доля кости определяется как объем костной ткани (включая внутренние поры, такие как лакуны и канальцы) на общий объем. Объемная доля губчатой ​​кости варьируется между разными костями, с возрастом и между видами. Основным структурным элементом первого уровня губчатой ​​кости является трабекула. Трабекулы чаще всего характеризуются как стержневые или пластинчатые структуры (как видно на этих изображениях с веб-сайта http://www.npaci.edu/envision/v15.3/keaveny.html ).

Ранние конечно-элементные модели трабекулярной структуры на уровне 1 ^st действительно моделировали трабекулы с использованием пластинчатых и балочных конечных элементов. Трабекулы обычно имеют толщину не более 200 мм и длину около 1000 или 1 мм. В отличие от остеонов, основной структурной единицы кортикальной кости, трабекулы в целом не имеют центрального канала с кровеносным сосудом. (Примечание: мы характеризуем базовую структурную единицу или структурную единицу 1-го уровня губчатой ​​кости как трабекулу на основании того факта, что она имеет такие же диапазоны размеров, как и остеон.Jee (1983) обозначает трабекулярный пакет как базовую структурную единицу губчатой ​​кости на основании того факта, что он является основной единицей ремоделирования губчатой ​​кости, так же как остеон является основной единицей ремоделирования кортикальной кости). В редких случаях можно найти необычно толстые трабекулы, содержащие кровеносный сосуд и некоторую остеоноподобную структуру с концентрическими пластинками.

Еще одна структура, обнаруженная внутри трабекулы, — это трабекулярный пакет. Мы решили определить трабекулярный пакет как структуру уровня 1 ^st из-за его размера.Трабекулярный пакет обнаруживается только во вторичной губчатой ​​кости, потому что он является продуктом ремоделирования кости, при котором костные клетки, называемые остеокластами, сначала удаляют кость, а костные клетки, называемые остеобластами, а затем откладывают новую кость, если старая кость была удалена. Ремоделировать трабекулярную кость можно только с внешней поверхности трабекул. Типичный трабекулярный пакет имеет форму полумесяца (Jee, 1983). Типичный трабекулярный пакет имеет толщину около 50 мм и длину около 1 мм. Трабекулярные пакеты содержат ламели и прикреплены к прилегающей кости цементными линиями, подобно остеонам в кортикальной кости.

IV.2 Структура губчатой ​​кости второго уровня

Структура уровня 2 ^и губчатой ​​кости имеет большинство тех же объектов, что и структура уровня 2 ^и кортикальной кости, включая ламеллы, лакуны, канальцы и цементные линии. Как отмечалось ранее, губчатая кость обычно не содержит сосудистых каналов, как кортикальная кость. Что отличает губчатую кость от структуры кортикальной кости, так это расположение и размер этих образований.Например, хотя пластинки внутри трабекулярной костной структуры имеют примерно такую ​​же толщину, что и кортикальная кость (около 3 мм; Kragstrup et al., 1983), расположение пластинок иное. Ламеллы не расположены концентрически в трабекулярной кости, как в кортикальной кости, а скорее расположены продольно вдоль трабекул внутри трабекулярных пакетов (рис. 5). Крапструп и др. отметили, что толщина ламелей у женщин имеет тенденцию к увеличению с возрастом. Cannoli et al. (1982) обнаружили более высокую плотность и большие лакуны в метафизарной и эпифизарной губчатой ​​кости, чем в диафизарной или метафизарной кортикальной кости.Они обнаружили, что лакуны были эллипсоидальными в обеих областях. Площадь поперечного сечения лакун в губчатой ​​кости варьировала от 50,6 до 53,8 мм ² , в то время как площадь поперечного сечения лакун в кортикальной кости колебалась от 35 до 26 мм ² . Таким образом, пластинчатый рисунок, а также размер лакун различаются между трабекулярной и кортикальной костью.

IV.3 Структура губчатой ​​кости третьего уровня

Третий уровень структуры губчатой ​​кости состоит из тех же объектов, что и третий уровень кортикальной структуры кости, а именно из фибриллярно-минерального композита коллагена.Поскольку никаких подробных исследований трабекулярной кости на этом уровне не проводилось, на данный момент предполагается, что структура на этом уровне, то есть организация коллагеновых фибрилл в ламеллах и коллаген-минеральная структура, такая же, как и для кортикальной кости.

В этом разделе мы обсуждаем, как различные аспекты структуры кортикальной и губчатой ​​кости, описанные в предыдущем разделе, влияют на их функцию, представленную механическими свойствами жесткости и прочности. Очень важно отметить, что мы можем определять такие свойства материала, как жесткость и прочность, для каждого уровня конструкции.Например, участок кортикальной кости может иметь модуль упругости, так же как отдельный остеон может иметь модуль упругости. Еще одно важное замечание, которое следует сделать, это то, что свойства материала на более макроскопическом уровне являются функцией как свойств материала, так и пространственного расположения или архитектуры материалов на более микроскопическом уровне. В этом суть функции структуры ткани. Таким образом, жесткость кортикальной кости, то есть жесткость на 0-м уровне, является функцией расположения остеонов (пространственное расположение или архитектура на 1-м уровне), жесткости отдельных остеонов (свойства материала на 1-м уровне), степени минерализации остеоны (пространственное расположение и свойства материалов на 3-м уровне и т. д.Одна из целей биомеханики — определить, как изменения данного структурного уровня, возможно, из-за болезни или сознательного вмешательства с целью изменения структуры кости, влияют на несущую способность кости. Это вписывается в следующий сценарий обратной связи:

Нагрузка на всю кость (определенная, например, с помощью анализа оптимизации, который мы обсуждали ранее) создает напряжение и деформацию на каждом уровне структуры. Уровень напряжения и деформации, создаваемый нагрузкой, является функцией иерархических свойств материала.Последующее напряжение или деформация воспринимается клеткой, чтобы определить, находятся ли они в допустимых пределах, как нижних, так и верхних. В противном случае клетка может воздействовать на матрицу, изменяя структуру кости и тем самым изменяя механические свойства. Это изменяет (при условии, что нагрузка остается прежней) напряжение и деформацию, испытываемые ячейкой. Считается, что клетки, действующие вместе, регулируют структуру кости в ответ на механическое окружение. Это, в свою очередь, определяет жесткость и прочность тканей. Заболевания, которые влияют на способность клеток воспринимать механическое напряжение или изменять костный матрикс, могут приводить к недостаточным механическим свойствам.Далее мы опишем один аспект цикла, а именно, как различные аспекты структуры кости влияют на механические свойства, обычно известные как шипы взаимосвязей между структурными функциями. Мы начинаем с определения напряжений, деформаций и определяющих свойств, рассматриваемых в иерархической перспективе.

V. Иерархическое напряжение, деформация и определяющие свойства

И кортикальная, и губчатая кость имеют иерархическую структуру, как и все биологические ткани.Так же, как это структурные элементы с разной длиной от субмикрона до сантиметра, мы можем определить механическое поведение, включая напряжение, деформацию и свойства материала на каждом уровне структуры. Например, свойства кортикальной кости часто определяют путем механической обработки образца на растяжение из кортикального диафиза. Этот образец может иметь размер 5×5 мм и длину 5 мм. Схема показана ниже:

Напряжение в этом сечении датчика вычисляется просто как сила растяжения от тензодатчика, деленная на площадь поперечного сечения датчика.Деформация измеряется как изменение длины измерительного участка, деленное на исходную длину измерительного участка. Однако калибровочная часть может содержать много остеонов. Очевидно, что экспериментальное напряжение и деформация являются средними по многим остеонам. Это указывает на то, что напряжение, которое мы измеряем в описанной выше схеме тестирования, не может отражать напряжение в отдельном остеоне. Мы можем связать среднее напряжение (структура 0-го уровня в организационной диаграмме кортикальной кости) со стрессом первого уровня на остеональном уровне, используя следующее уравнение:

, где обозначает эффективное напряжение, которое эквивалентно нагрузке на 0-м уровне в нашей организационной диаграмме кортикальной кости, обозначает объем куба кости, который мы тестируем, что эквивалентно объему на первом уровне шкалы, обозначает нагрузку на уровень осеона, который эквивалентен стрессу 1-го уровня в организационной диаграмме кортикальной кости.Мы также можем записать то же соотношение для средней деформации:

, где уровни такие же, как в уравнении среднего напряжения, а е — деформация.

Даже при том, что мы можем записать деформацию и напряжение для данного макроскопического уровня как среднее значение на следующем микроскопическом уровне, мы, как правило, не можем сделать то же самое для определяющих уравнений. Это связано с тем, что на микроскопическом уровне основные свойства в разных фазах материала меняются.Например, в случае кортикальной кости микроструктура содержит свойства жесткости для остеонов и пространства кровеносных сосудов в дополнение к интерстициальной кости. Если мы предположим, что существует n фаз микроструктуры, то когда можно записать определяющее уравнение для эффективного или макроскопического уровня как:

Мы можем переписать приведенные выше уравнения в матричной форме как:

, где M известна как матрица локализации деформации или для краткости локальная матрица.Форма M может варьироваться в зависимости от принятой модели (если мы делаем вычислительные или аналитические модели) или от экспериментальных мер, используемых для количественной оценки структуры. Приведенные выше уравнения представляют то, что мы знаем интуитивно, а именно, что эффективные свойства на макроскопическом уровне зависят от микроскопических свойств [C], пространственного расположения или архитектуры этих микроскопических свойств [M]. Важно отметить, что приведенное выше уравнение определяет взаимосвязь между любым структурным уровнем, определенным в диаграмме организации кортикальной и трабекулярной костей.То есть эффективные свойства остеонов могут быть связаны с распределением лакун, организацией коллагена, степенью минерализации и т. Д.

Для губчатой ​​кости механические свойства на уровне 0, обычно называемые «эффективными» или «континуальными» свойствами губчатой ​​кости, чаще всего определяются экспериментально путем тестирования кубов губчатой ​​кости от 8 мм до 1 см на стороне сжатия. , под загрузочной плитой:

Опять же, как и в случае с кортикальной костью, в этих тестах предполагается, что одна мера среднего напряжения может быть вычислена как сила, деленная на площадь грани куба.Деформация рассчитывается путем деления изменения длины куба на исходную длину куба. Важно отметить, что, вычисляя напряжение таким образом, мы вычисляем среднее или эффективное напряжение. Другими словами, напряжение, которое мы вычисляем, такое же, как если бы мы усредняли напряжение по всем отдельным трабекулам и доступному поровому пространству. Математически это можно записать как:

, где означает эффективный стресс, который эквивалентен стрессу на нулевом уровне в нашей организационной диаграмме трабекулярной кости, обозначает объем тестируемого куба, который эквивалентен объему на первом уровне шкалы, обозначает стресс на уровне трабекул. , что эквивалентно стрессу 1-го уровня в организационной диаграмме губчатой ​​кости.Средняя деформация определяется так же, как:

, где верхние индексы и уровни совпадают с определенными для среднего напряжения. Материальная матрица на эффективном уровне связана со свойствами микроскопического уровня с использованием того же правила для определяющего уравнения, которое мы использовали для кортикальной кости.

III Упругие / прочностные свойства кортикальной кости на 0-м уровне ^{: влияние структуры 1-го уровня}

ure

Значения механической жесткости чаще всего измерялись для вторичной гаверсовской кости человека и коровы (бычьей) кости, а также для плексиформной кости крупного рогатого скота.Жесткость была измерена с использованием как стандартных методов механических испытаний, так и ультразвуковых измерений, при которых измеряется скорость волн, распространяющихся через материал. Эта скорость волны связана с жесткостью и плотностью материала.

Reilly et al. (1974) измерили жесткость вторичной костной кости человека, вторичной гаверсовой кости крупного рогатого скота и первичной кости крупного рогатого скота. Reilly et al. не измеряли константы Гука напрямую, а скорее измеряли модули в нижнем-верхнем направлении (обозначенное 33 направление в законе Гука) и радиальном направлении в поперечном сечении длинной кости.Reilly et al. найдено:

Тип кости Модуль упругости I-S Радиальная прочность IST Прочность радиальная

Hum. Гаверсов 17,9 ГПа 10,1 ГПа 135 МПа 53 МПа

Бычий гаверсский 23,1 ГПа 10,4 ГПа 150 МПа 49 МПа

Крупный рогатый скот 26,5 ГПа 11,0 ГПа 167 МПа 55 МПа

Обратите внимание, что жесткость кости выше в направлении I-S по длине остеона, чем в поперечном направлении по остеонам.Также обратите внимание, что вторичные остеоны (гаверсова кость) с большим количеством ламелей имеют тенденцию уменьшать как жесткость, так и прочность кортикальной кости.

Katz et al. (1984) измерили и сравнили ортотропные упругие постоянные плексиформной кости крупного рогатого скота и вторичной кости человека:

Упругое постоянное значение Plexiform Вторичное значение

C ₁₁₁₁ 22,4 ГПа 21.2 ГПа

C ₂₂₂₂ 25,0 ГПа 21,0 ГПа

C ₃₃₃₃ 35,0 ГПа 29,0 ГПа

C2323 8,2 ГПа 6,3 ГПа

C1313 7,1 ГПа 6,3 ГПа

С ₁₂₁₂ 6.1 ГПа 5,4 ГПа

C ₁₁₂₂ 14,0 ГПа 11,7 ГПа

C ₂₂₃₃ 13,6 ГПа 11,1 ГПа

C ₁₁₃₃ 15,8 ГПа 12,7 ГПа

Обратите внимание, что плексиформная кость с кирпичной структурой имеет ортотропную симметрию, в то время как вторичный гаверсовский канал почти трансверсально изотропен.Представленный тип симметрии материала является результатом различных типов уровневых структур 1 ^st . Остеоны представляют собой трубчатые структуры, которые демонстрируют поперечно-изотропную симметрию, в то время как кирпичные структуры плексиформной кости демонстрируют ортотропную симметрию в зависимости от соотношений сторон кирпича.

Обзор (или репрезентативное среднее) свойств кортикальной кости для человека и крупного рогатого скота (коровы) был представлен Martin et al. (1998):

Имущество Человеческая ценность Бычья ценность
Поперечный модуль упругости 17.4 ГПа 20,4 ГПа
Модуль упругости, длинный 9,6 ГПа 11,7 ГПа
Модуль упругости 3,5 ГПа 4,1 ГПа
Предел прочности при растяжении, длинный 115 МПа 141 МПа
Предел прочности при длительном растяжении 133 МПа 156 МПа
Предел прочности при растяжении Trans 51 МПа 50 МПа
Напряжение сжатия при длительном сжатии 182 МПа 196 МПа
Сопротивление текучести при сжатии Trans 121 МПа 150 МПа
Максимальное напряжение сжатия при длительном сжатии 195 МПа при сжатии 237 МПа
Максимальное напряжение сжатия Trans 133 МПа 178 МПа
Предел прочности при растяжении 2.9 — 3,2% .67 — .72%
Ул. Сжат. Штамм 2,2 — 4,6% 2,5 — 5,2%

Важно отметить, что представляют собой величины текучести и предельного напряжения. Хотя кость не является эластично-пластичным материалом в классическом смысле слова, как металлы, кость поддается. Это означает, что при достаточно высоких нагрузках в кости произойдет необратимая деформация. Предел прочности — это напряжение, при котором кость терпит катастрофическое разрушение.Модуль упругости — это жесткость кости. Мы проиллюстрируем эти концепции на схематической кривой напряжения-деформации ниже:

Пористость

Мы увидели, что на свойства кортикальной кости существенно влияют микроструктурные различия между костной тканью и плексиформной костью. Тем не менее, эти взаимосвязи структуры кости и функции были качественными из-за трудностей с количественной оценкой этих типов микроструктур. Одна микроструктурная переменная, которая оказывает значительное влияние на механические свойства кости, — это пористость.Однако пористость трудно классифицировать, потому что она встречается в нескольких масштабах. В кортикальном слое кости пористость может быть результатом гаверсовых каналов и резорбционных полостей на 1-м уровне (от ~ 100 до 200 микрон) до лакун и канальцев на 2-м уровне (от ~ 5 до 20 микрон). В кортикальном слое кости, хотя измерения пористости принимают во внимание все эти пустоты, считается, что пустоты большего размера, гаверсовы каналы, имеют большое влияние на механические свойства.
И Schaffler, и Burr (1988), и Currey (1988) измерили модуль упругости при растяжении кортикальной кости и сравнили результаты с показателями пористости.Оба обнаружили статистически значимые взаимосвязи и вывели эмпирические зависимости между пористостью p и модулем Юнга E:

.

Обратите внимание, что модуль Юнга выражен в ГПа, а показатель пористости очень большой и нелинейный. Это означает, что в тот момент, когда в кость появляется пористость, происходит значительное снижение жесткости. Влияние предельного напряжения на пористость аналогично. Martin et al. (1998) представляют составной график, показывающий несколько экспериментов, связывающих предельное напряжение с пористостью:

Минерализация

Важным компонентом кости, который отличает ее от мягких тканей, является наличие ГК, подобного керамическому минералу.Предполагается, что минеральный компонент придает кости высокую жесткость по сравнению с мягкими тканями, в то время как коллаген I типа способствует последующему деформированию кости. Currey (1986) обнаружил, что специфическая минерализация и пористость могут объяснить 84% различий в жесткости кортикальной кости. Удельная минерализация определяется как объем минерала на объем костного матрикса без пустот. Шаффлер и Берр (1988) обнаружили, что минерал действительно объясняет некоторые различия в жесткости кортикальной кости, но не в значительной степени из-за того, что между образцами была небольшая изменчивость в специфической минерализации.Они вывели уравнение, связывающее минерал с модулем упругости:

Обратите внимание, что показатель степени минерализации не такой высокий для пористости, что указывает на то, что пористость оказывает большее влияние на жесткость кости, чем минерализация. Это, конечно, верно только в том случае, если изменение минерализации невелико.

VI Влияние структуры 2-го порядка на 1-й порядок

Свойства материала

Имеется очень мало механических данных по механике кортикальной кости 2-го уровня.Ascenzi и его коллеги (см. Martin and Burr, 1998) выполнили наиболее механические испытания отдельных остеонов. Процедура, с помощью которой Ascenzi и его сотрудники тестировали остеоны, проиллюстрирована ниже:

. Результаты тестирования Ascenzi показывают, что вторичная жесткость остеонов меньше, чем у больших образцов кортикальной кости. Это может указывать на то, что некоторые другие структуры кортикальной кости, возможно, интерстициальная кость, вносят больший вклад в общую жесткость кортикальной кости.

Остеон Недвижимость от Ascenzi

Тип остеона Механический тест Модуль упругости (ГПа) Предельное напряжение (МПа)

Продольное сжатие 6,3 110

Поперечное сжатие 9,3 164

Переменное сжатие 7,4 134

Продольное растяжение 11.7 114

Переменное напряжение 5,5 94

Продольный сдвиг 3,3 46

Поперечный сдвиг 4,2 57

Переменный сдвиг 4,1 55

Термины «продольный» и «чередующийся» относятся к тому, как пучки коллагеновых волокон ориентированы относительно плоскости остеонного сечения.Обратите внимание, что пучки коллагеновых волокон, ориентированные в направлении тестирования, создают более высокую нормальную жесткость, в то время как пучки коллагеновых волокон, ориентированные вне плоскости тестирования, создают более низкую нормальную жесткость, но более высокую жесткость при сдвиге. Асчензи также сообщил о влиянии минерализации на свойства этих различных типов остеонов. Эффект показан на диаграмме деформации напряжения ниже:

Еще одним важным аспектом того, как структура уровней 2 ^nd влияет на кортикальную механику кости, является распространение трещин и усталостная долговечность.Поскольку кажется, что и первичная, и плексиформная кость имеют более высокую прочность и жесткость, чем вторичная остеональная кость, возникает вопрос, почему у людей и других активных млекопитающих вторичная кость, а не плексиформная или первичная кость. Хотя может быть много метаболических причин, одна механическая причина связана с инициированием и остановкой трещин. Поскольку люди и другие более мелкие млекопитающие гораздо более активны, чем коровы и овцы, их кости подвергаются многим циклам нагрузки. Это сделает человеческие кости более подверженными усталостному разрушению.Когда-то механическое преимущество вторичной кости состоит в том, что она имеет множество податливых поверхностей раздела, таких как цементные линии. Эти слабые интерфейсы предоставляют много возможностей для остановки трещин, что делает вторичную костную ткань, возможно, более устойчивой к усталости.

VII. Зависимость эффективных свойств трабекулярной кости (0-й уровень) от структуры 1-го уровня: Часть I Количественная оценка структуры трабекулярной кости

Основными особенностями строения трабекулярной кости на 1-м уровне являются высокая пористость и сложная архитектура и ориентация сложной стержневой и пластинчатой ​​структуры трабекул.Таким образом, можно ожидать, что эти особенности наряду с минерализацией являются основными факторами, способствующими эффективной жесткости губчатой ​​кости. Это похоже на факторы, определяющие эффективную жесткость кортикальной кости: остеоны по сравнению с плексиформной структурой, степень пористости и степень минерализации. Однако существенное различие между структурой 1-го уровня кортикальной кости и структурой 1-го уровня губчатой ​​кости заключается в существенном изменении структуры трабекулярной кости 1-го уровня по сравнению со структурой кортикальной кости.В то время как большая часть структуры взрослого человека является остеональной, мы имеем узкий диапазон пористости от 5 до 10%, губчатая кость взрослого человека имеет гораздо больший диапазон пористости (от 10 до 50%) и гораздо более разнообразную архитектуру. Остеоны в целом имеют довольно постоянную ориентацию в кортикальном слое кости, но стержни и пластины в губчатой ​​кости имеют гораздо большее изменение в ориентации. Следовательно, помимо количественной оценки пористости губчатой ​​кости, мы также должны разработать способ количественной оценки ориентации стержней и пластин в губчатой ​​кости.

Мы количественно оцениваем трабекулярную структуру, используя методы стереологии. Эти методы используют точки и линии, проложенные поперек конструкции, и подсчитывают количество точек, попадающих в каждую фазу конструкции, и количество пересечений между структурными границами фаз. Первоначально это было сделано с использованием микроскопа с использованием 2D-срезов, но теперь с 3D-изображениями эти подходы были автоматизированы в компьютерных алгоритмах. Основная идея проведения стереологических измерений губчатой ​​кости (или любой тканевой структуры в этом отношении) показана ниже:

На приведенном выше рисунке трабекулы показаны перекрестной штриховкой, а пустоты или костный мозг показаны белым.Квадратная сетка размещена поперек этого двухмерного сечения кости. Темные круги внутри кости обозначены как Pp. Это одно из измерений трабекулярной архитектуры. Pp — это в основном отношение количества пересечений сеток внутри кости к общему количеству пересечений сетки. Это мера объемной доли кости или, что то же самое, величина, обратная пористости. Второе измерение, Pl, производится путем подсчета количества пересечений между костью и окружающим костным мозгом пространством.Эта мера на самом деле является функцией ориентации, поскольку сетки поворачиваются от 0 до 360 градусов, и на конструкции производятся подсчеты пересечений. Это измерение анизотропии производится с использованием данных вокселей КТ с использованием сферы. Таким образом, мы имеем Pl как функцию ориентации, т. Е. Pl (q). Это измерение дает нам представление о расстояниях между пересечениями костного мозга, таким образом давая нам некоторое представление о ширине трабекул. Из-за этого Pl часто называют средней длиной перехвата .Когда строят график зависимости количества пересечений от тета на полярном графике для губчатой ​​кости, результатом является эллипс. В 3D результат — эллипсоид. Общее уравнение для эллипсоида (без учета членов, отражающих ориентацию эллипсоида):

, где величины Aij являются коэффициентами эллипсоида, а в данном случае xi — это средние меры длины пересечения в базовой системе координат. Харриган и Манн (1984) признали, что приведенное выше уравнение является, по сути, внутренним произведением тензора второго порядка с двумя векторами, и что приведенное выше уравнение можно переписать как:

Поскольку A имеет девять величин в трехмерном пространстве, мы понимаем, что это тензор второго порядка.Фундаментальное свойство тензоров состоит в том, что мы можем вычислять главные направления и характерные значения тензоров. Характеристические значения называются собственными значениями , тогда как характеристические направления для тензора второго порядка являются векторами, называемыми собственными векторами . Коэффициенты A для тензора вычисляются путем статистической подгонки экспериментально измеренных длин пересечения в зависимости от ориентации и уравнения эллипсоида. Результирующие коэффициенты обычно называют тензором анизотропии , поскольку они дают нам представление о структурной симметрии кости.Обратите внимание, что этот тензор НЕ является мерой анизотропии механических свойств кости, хотя, как мы увидим, это связано. Если мы проведем собственный анализ тензора анизотропии, мы найдем как собственные значения, так и собственные векторы. Собственные векторы дают нам основную ориентацию трабекул внутри куба, в то время как собственные значения дают нам относительную среднюю длину костных трабекул в каждом из этих направлений. Если нам дана матрица (тензор 2-го порядка) средних коэффициентов длины пересечения, мы можем использовать MATLAB для вычисления собственных значений и связанных с ними собственных векторов.Пример показан ниже:

Предположим, нам даны следующие коэффициенты тензора анизотропии:

»а = [1. .2 .3; .2 .9 .1; .3 .1 .7]; Это вход MATLAB для тензора

а = 1,0000 0,2000 0,3000
0,2000 0,9000 0,1000
0,3000 0,1000 0,7000

Чтобы найти собственные значения и связанные с ними собственные векторы, мы используем команду MATLAB eig, как:

»[e, v] = eig (a); В этом случае e будет содержать собственные векторы, а v будет содержать собственные значения.

Получаем следующие результаты:

e = 0,3733 -0,5426 0,7525
-0,8748 0,0640 0,4802
0,3087 0,8376 0,4508

v = 0,7794 0 0
0 0,5133 0
0 0 1,3073

Первый столбец e — это собственный вектор, связанный с первым столбцом v и так далее. Это говорит нам о том, что наибольший размер кости составляет 1,3 мм, расположенный вдоль единичного вектора
.75i + .48j + .45k.

Подводя итог, когда мы используем сеточные измерения губчатой ​​кости, мы получаем следующие измерения структуры:

Pp — количество сеток в кости / общее количество сеток => Объемная доля кости

Pl — количество пересечений кости / костного мозга в зависимости от ориентации => соответствие эллипсоиду с последующим собственным анализом дает главное направление кости и количество кости в этом направлении.

VIII. Зависимость эффективных свойств трабекулярной кости (0-й уровень) от структуры 1-го уровня: Часть I Взаимосвязь между измерениями трабекулярной структуры и жесткостью

Была проделана большая работа по измерению механических свойств губчатой ​​кости на уровне 0 ^th , которые являются результатом ее уровневой структуры 1 ^st . Многие исследователи охарактеризовали бы губчатую кость нулевого уровня как ортотропный материал.Многие измерения жесткости губчатой ​​кости на уровне 0 ^– охарактеризовали только осевую жесткость губчатой ​​кости. Это связано с трудностями измерения ортотропных свойств. Жесткость и прочность губчатой ​​кости 0 ^th являются функцией ее уровневой структуры 1 ^st . Поэтому многие исследования связаны с измерениями структуры первого уровня, включая плотность или объемную долю трабекул и ориентацию трабекул на уровне жесткости трабекул.Было обнаружено, что жесткость губчатой ​​кости колеблется от 1 до 1000 МПа. Предел прочности губчатой ​​кости составляет от 0,12 МПа до 310 МПа (Goldstein, 1987). Таким образом, губчатая кость имеет тенденцию демонстрировать гораздо более широкий диапазон жесткости и прочности, чем кортикальная кость, возможно, из-за больших различий как в плотности, так и в организации структуры уровня 1 ^st , присущей губчатой ​​кости. Многие исследователи пытались найти корреляцию между плотностью и жесткостью и плотностью губчатой ​​кости, а также прочностью губчатой ​​кости.В общем, уравнения вида:

, где A и B — константы в обоих случаях, E — модуль Юнга, а nf — объемная доля. Взаимосвязь мощности нашла множество применений в литературе по ячеистой пене. Поскольку структура губчатой ​​кости на уровне 1 ^st во многом напоминает ячеистую пену, считалось, что соотношение сил обеспечит лучшее соответствие. Коэффициент B в соотношении мощности обычно находится в диапазоне от 2 до 3 для губчатой ​​кости.Тем не менее, похоже, что соответствие, обеспечиваемое линейной зависимостью и зависимостью мощности, обеспечивает сопоставимую прогностическую способность для жесткости губчатой ​​кости. Ciarelli et al. (1991) обнаружили, что линейные отношения лучше работают для некоторых костей, в то время как силовые отношения лучше подходят для других регионов. Сравнение жесткости (модуля сжатия) в нижнем-верхнем направлении для разных костей из Ciarelli et al. показано ниже:

Область R ² для линейной модели R ² для модели Power

Проксимальный отдел бедра 0.50 0,55

Дистальный отдел бедра 0,65 0,65

Проксимальный отдел большеберцовой кости 0,41 0,40

Проксимальный отдел плечевой кости 0,65 0,66

Дистальный радиус 0,17 0,13

Как вы, возможно, заметили, во многих случаях плотность сама по себе не дает очень хорошего прогноза жесткости на уровне 0 ^–.Это связано с тем, что скаляр не может использоваться для оценки тензорной величины, такой как жесткость. Это также связано с тем, что жесткость губчатой ​​кости на уровне 0 ^th зависит от других аспектов структуры уровня 1 ^st , как вы могли догадаться по ее анизотропной природе. Таким образом, некоторые исследователи пытались измерить ортотропные константы губчатой ​​кости, в то время как другие использовали другие меры структуры губчатой ​​кости для определения жесткости. Ashman et al. (1989) измерили ортотропный осевой модуль и модуль сдвига проксимальной большеберцовой губчатой ​​кости с помощью ультразвука и обнаружили:

Модуль средней жесткости (МПа)

Осевой, E ₁ 346.8 (218)

Осевой, E ₂ 457,2 (282)

Осевой, E ₃ 1107,1 (634)

Сдвиг, G ₁₂ 98,3 (66,4)

Сдвиг, G ₁₃ 132.6 (78,1)

Сдвиг, G ₂₃ 165,3 (94,4)

, где числа в скобках обозначают стандартное отклонение экспериментальных измерений. В этом случае направление 3 — это направление IS (нижнее-верхнее), направление 1 — это AP (передне-заднее) направление, а направление 2 — это направление ML (медиально-латеральное). Поскольку большеберцовая кость нагружается в основном в направлении IS, вы можете видеть, что жесткость кости адаптирована к преобладающей нагрузке.

Snyder et al. (1989) измерили полные ортотропные эластические константы проксимального отдела бедренной губчатой ​​кости с помощью механических испытаний. Они также измерили структуру 1-го уровня губчатой ​​кости, используя среднюю длину пересечения (MIL). По сути, это говорит о том, насколько кость ориентирована в том или ином направлении. Он измеряется путем наложения тестовых линий на поверхность кости и подсчета количества раз, когда тестовая линия пересекает поверхность кости (рис. 4). Линии поворачиваются на 180 ^o , и количество пересечений подсчитывается с фиксированными угловыми приращениями.Затем эти точки пересечения могут быть подогнаны к форме эллипсоида или, что эквивалентно, тензора второго порядка, который является мерой анизотропии губчатой ​​кости. Снайдер и др. связали как объемную долю кости, так и MIL с ортотропными константами упругости. Они нашли следующие отношения:

S _ii = 1 / E _i = 0,00166 / V _f + 0,00117 / MIL

S _kk = 1 / G _ij = 0,00552 / V _f + 0,0299 / (MIL _i + MIL _j ) +.00615 / (MIL + MIL)

S _ij = n _ij / E _i = -.06 / (MIL _i + MIL _j ) + .0105 / (MIL _i * MIL _j) — .000348 / (MIL + MIL)

, где S _ii — коэффициенты осевой податливости, S _kk — коэффициенты податливости при сдвиге, а S _ij — коэффициенты податливости вне оси, Vf — объемная доля кости, а MIL _i — средняя длина пересечения в антомическом направлении i ^th .Матрица податливости [S] является обратной матрицей жесткости материала [C]. Другими словами: . Результаты подтверждают значительную зависимость уровня жесткости губчатой ​​кости 0 ^th от структуры губчатой ​​кости уровня 1 ^st .

IX Аналитические модели для структурно-функциональных взаимосвязей

В дополнение к статистическим экспериментальным подходам к взаимосвязям функций структуры кости, существуют также аналитические вычислительные модели взаимосвязей функции структуры кости.Двумя простейшими, но наиболее часто используемыми являются модели Войта и Ройсса. Модель Войта предполагает, что деформации во всех областях микроструктуры одинаковы. Это приводит к вычислению эффективной жесткости путем взвешивания объемной доли жесткости каждой фазы. С точки зрения общей взаимосвязи между жесткостью и структурой, локальная матрица — это просто единичная матрица. Если мы выполним интегрирование объема каждой микроструктуры, мы получим усредненную матрицу, которая имеет объемную долю кости по диагонали:

, где величина vf — объемная доля n-й фазы.Это то же самое, что и правило смесей. Если предположить, что напряжения в каждой фазе одинаковы, мы получим модель Рейсса. Эта модель является противоположностью модели Войта в том смысле, что она взвешивает матрицы сложности по объемной доле каждой фазы:

Важно помнить, что податливость S является обратной величиной жесткости C,

Здесь мы отмечаем, что из-за предположений о распределении деформации на микроскопическом уровне вычислительные и аналитические модели обеспечивают ограничения на фактическую жесткость, полученную из конструкции.Фактически, модели Войта и Рейсса дают абсолютные верхние и нижние границы соответственно. Это полезно, потому что модели просты, и мы можем сразу определить диапазон жесткости на основе объемной доли каждой конструкции. Существуют более продвинутые вычислительные и аналитические модели для оценки эффективных свойств на основе структуры, но они выходят за рамки этого класса.

X. Пороупругие конститутивные модели кости:

Наиболее общая линейная анизотропная форма пороупругости была описана Саймоном в 1992 году как:

, где снова свойствами материала являются Cijkl, Mij, Q и kij.В исследовании Kohles and Roberts (2002) была определена эластичность губчатого вещества кости с использованием ультразвуковых звуковых волн и проницаемость с использованием устройства из более ранней работы Kohles et al. (2001):

, который позволил измерить анизотропную проницаемость губчатого вещества кости. Проницаемость измеряли, позволяя воде течь с возвышения через образец губчатой ​​кости в сборный резервуар. Измеряя массовый расход жидкости dm / dt, длину образца L, вязкость воды m, площадь образца A и дельту p градиента давления, проницаемость K может быть рассчитана как:

Константы упругости были измерены по скорости ультразвуковой волны как:

Таким образом, используя этот подход, Колес и Робертс смогли определить некоторые константы для теории линейной пороупругости применительно к губчатому веществу кости, в данном случае для дистального отдела бедренной кости крупного рогатого скота (коровы).Результаты показали, что, как и ожидалось, увеличение модуля упругости коррелировало с уменьшением проницаемости:

С точки зрения взаимосвязи структура-функция, Колес и Робертс построили график зависимости пористости от эластичности:

, который показал слабую отрицательную корреляцию, что указывает на то, что пористость является одним из факторов снижения упругих свойств, но не единственным фактором. Они также обнаружили, что увеличение пористости слабо коррелировало с увеличением проницаемости:

Оба этих результата структурной функции убедительно свидетельствуют о том, что другие аспекты структуры губчатой ​​кости будут более сильно коррелировать как с константами упругости, так и с константами проницаемости из линейной теории пороупругости, возможно, с тензором анизотропии, который ранее использовался для корреляции с константами упругости.

XI. Вязкоупругие модели кости

Кость также характеризуется как вязкоупругий материал. Йо и др. (2004, J. Biomechanics) использовали механический аналог для описания вязкоупругого поведения кортикальной кости крупного рогатого скота (коровы). Для описания релаксации модуля Юнга использовалась следующая функция:

, где E0, A1, b и g — экспериментальные константы, которые необходимо определить, а t1 и t2 — характерные времена релаксации, которые также должны соответствовать данным.В этом случае Iyo et al. разделите реакцию на быстрый процесс релаксации (связанный с A1) и медленный процесс релаксации (связанный с (1-A1)). Йо и др. протестировали образцы кортикальной кости из дистального отдела бедренной кости крупного рогатого скота, как показано в следующей ориентации:

Они определили следующие параметры релаксационной модели для образцов P и N:

Параметр: E0 (ГПа) A1 t1 (сек) t2 (сек)

№ 14.2 .08 49 9300000

П 11,6 0,11 50 6400000

Тест на плотность костной ткани, скрининг на остеопороз и интерпретация Т-показателя

Тест на плотность костной ткани

Тест на плотность костной ткани — единственный тест, который может диагностировать остеопороз до того, как произойдет перелом кости.Этот тест помогает оценить плотность ваших костей и ваш шанс сломать кость. NOF рекомендует провести тест на плотность костной ткани бедра и позвоночника с помощью центрального аппарата DXA для диагностики остеопороза. DXA — это двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия.

Вы можете узнать, есть ли у вас остеопороз или вам следует беспокоиться о своих костях, пройдя тест на плотность костной ткани. Некоторые люди также называют это тестом на измерение костной массы. В этом тесте используется машина для измерения плотности костей. Он оценивает количество костей в бедре, позвоночнике, а иногда и в других костях.Результат вашего теста поможет вашему врачу дать рекомендации, которые помогут вам защитить ваши кости.

Вы женщина или мужчина в постменопаузе 50 лет и старше? Вы недавно сломали кость? Если вы ответили «да» на оба вопроса, вам следует поговорить со своим врачом или другим поставщиком медицинских услуг о прохождении теста на плотность костной ткани, если вы никогда его не проходили.

На что способен тест на плотность костной ткани

Тест на плотность костной ткани показывает, есть ли у вас нормальная плотность костей, низкая плотность костей (остеопения) или остеопороз.Это единственный тест, который может диагностировать остеопороз. Чем ниже плотность вашей кости, тем больше риск сломать кость. Тест на плотность костной ткани может помочь вам и вашему лечащему врачу:

• узнайте, есть ли у вас слабые кости или остеопороз, прежде чем сломать кость
• предсказывает ваш шанс сломать кость в будущем
• посмотрите, улучшается ли у вас плотность костей, ухудшается или остается прежней
• узнать, насколько хорошо работает лекарство от остеопороза
• сообщает, есть ли у вас остеопороз после перелома кости

Кому следует пройти тест на плотность костной ткани?

NOF рекомендует пройти тест на плотность костной ткани, если:

• вы женщина 65 лет и старше
• вы мужчина 70 лет и старше
• вы сломаете кость после 50 лет
• вы женщина менопаузального возраста с факторами риска
• вы женщина в постменопаузе в возрасте до 65 лет с факторами риска
• вы мужчина 50-69 лет с факторами риска

Тест на плотность костной ткани также может потребоваться, если у вас есть одно из следующего:

• рентгеновский снимок позвоночника, показывающий перелом или потерю костной ткани в позвоночнике
• Боль в спине с возможным переломом позвоночника
• потеря высоты на ½ дюйма или более в течение одного года
• общая потеря высоты на 1,5 дюйма от исходной высоты

Типы тестов на плотность костной ткани

DEXA — это неинвазивный тест для измерения плотности костной ткани.

Центральный DXA

NOF рекомендует провести тест на плотность костной ткани бедра и позвоночника с использованием центрального аппарата DXA для диагностики остеопороза. DXA — это двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия. Когда тестирование не может быть выполнено на бедре и позвоночнике, NOF предлагает центральный DXA-тест лучевой кости предплечья. В некоторых случаях тип используемого оборудования для проверки плотности костной ткани зависит от того, что доступно в вашем районе.

Медицинские работники измеряют плотность костей в бедре и позвоночнике по нескольким причинам.Во-первых, у людей с остеопорозом больше шансов сломать эти кости. Во-вторых, переломы бедра и позвоночника могут вызвать более серьезные проблемы, в том числе более длительное время восстановления, более сильную боль и даже инвалидность. Плотность костей бедра и позвоночника также может предсказать вероятность будущих переломов других костей.

При большинстве типов тестов плотности костей человек остается полностью одетым, но вам необходимо убедиться, что никакие пуговицы или молнии не мешают сканировать область. Обычно проверка занимает менее 15 минут.Тесты плотности костной ткани неинвазивны и безболезненны. Это означает, что никакие иглы или инструменты не проходят сквозь кожу или тело. Центральный DXA использует очень мало излучения. Фактически, вы подвергаетесь воздействию радиации в 10–15 раз больше, когда летите туда и обратно между Нью-Йорком и Сан-Франциско.

При повторении теста на плотность костной ткани лучше всего использовать одно и то же оборудование для тестирования и каждый раз проводить тест в одном и том же месте. Это обеспечивает более точное сравнение с результатом вашего последнего теста.Хотя не всегда возможно пройти тест на плотность костной ткани в одном и том же месте, все же важно сравнить ваши текущие оценки плотности костей с вашими предыдущими оценками.

Стандартные рентгеновские лучи не могут использоваться вместо тестов плотности костной ткани. В отличие от тестов на плотность костной ткани, рентгеновские лучи не могут показать остеопороз, пока болезнь не продвинется далеко. Однако рентген можно использовать в дополнение к DXA для обнаружения сломанных костей в позвоночнике или в другом месте.

Отборочные тесты

Также называемые периферическими тестами, скрининговые тесты измеряют плотность костей в нижней части руки, запястья, пальца или пятки.Типы периферийных тестов:

• pDXA (периферическая двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия)
• QUS (количественное УЗИ)
• pQCT (периферическая количественная компьютерная томография)

Скрининговые тесты могут помочь выявить людей, которым с наибольшей вероятностью будет полезен дальнейший анализ плотности костной ткани. Они также полезны, когда центральный DXA недоступен. Эти тесты часто проводятся на ярмарках здоровья и в некоторых медицинских учреждениях. Скрининговые тесты не могут точно диагностировать остеопороз, и их не следует использовать, чтобы увидеть, насколько хорошо работает лекарство от остеопороза.

Если у вас есть тест на плотность периферических костей, вам следует проконсультироваться с вашим лечащим врачом. Обсудите, нужно ли вам дополнительное тестирование, например, центральный DXA-тест бедра и / или позвоночника. Результаты периферического теста нельзя сравнивать с результатами центрального ДРА.

человек большего размера. Большинство центральных аппаратов DXA не могут измерить плотность костей в бедре и позвоночнике у пациентов, которые весят более 300 фунтов. Некоторые новые аппараты могут измерять плотность костей у людей весом до 400 фунтов, но эти аппараты не так широко доступны.Когда невозможно измерить бедро и позвоночник, некоторые медицинские работники рекомендуют центральный DXA-тест лучевой кости предплечья и тест плотности периферической кости пятки или другой кости. Выполнение обоих этих тестов может предоставить более полную информацию.

Где пройти тест на плотность костной ткани

Большинству людей для проведения теста на плотность костной ткани требуется рецепт или направление от врача. Если вы не знаете, где пройти тест на плотность костной ткани, обратитесь к врачу или в свою страховую компанию, чтобы узнать, где можно пройти тест.Кроме того, большинство радиологических отделений больниц, частных радиологических групп и некоторые медицинские практики предлагают тестирование плотности костной ткани.

Когда вы идете на прием, обязательно возьмите с собой рецепт или направление. Центр тестирования отправит вашему врачу результаты теста на плотность костной ткани. Вы можете записаться на прием, чтобы обсудить ваши результаты со своим врачом.

Как часто нужно повторять тест на плотность костной ткани

Люди, принимающие лекарство от остеопороза, должны повторять тест на плотность костной ткани с помощью центральной DXA каждые 1-2 года.После начала приема нового лекарства от остеопороза многие медицинские работники повторяют тест на плотность костной ткани через год.

Понимание результатов теста на плотность костной ткани

Результаты теста на плотность костной ткани сообщаются с использованием Т-баллов. Т-балл показывает, насколько плотность ваших костей выше или ниже плотности костей здорового 30-летнего взрослого человека. Поставщик медицинских услуг смотрит на самый низкий T-балл для диагностики остеопороза.

Что означает ваш Т-показатель. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ):

• T-балл -1.0 или выше — нормальная плотность кости. Примеры: 0,9, 0 и -0,9.
• Т-балл от -1,0 до -2,5 означает, что у вас низкая плотность костей или остеопения. Примерами являются T-баллы -1,1, -1,6 и -2,4.
• Т-балл -2,5 или ниже — диагноз остеопороза. Примерами являются T-баллы -2,6, -3,3 и -3,9.
• Чем ниже Т-балл человека, тем ниже плотность костей. T-оценка -1,0 ниже, чем T-оценка 0,5, а T-оценка -3,5 ниже, чем T-оценка -3,0.

Руководство по пониманию T-score
Категория	Т-баллы
	Диапазон	Примеры
Нормальная плотность кости	-1 и выше	+0.5
		0
		-1,0
Низкая плотность костей (остеопения)	Между -1 и -2,5	-1,1
		-1,5
		-2,4
Остеопороз	-2,5 и ниже	-2,5
		-3,0
		-4,0

Результат теста на плотность костной ткани также включает Z-балл, который сравнивает плотность вашей кости с нормальным значением для человека вашего возраста и размера тела.Среди пожилых людей распространена низкая минеральная плотность костей, поэтому Z-баллы могут вводить в заблуждение.

Большинство экспертов рекомендуют использовать Z-баллы, а не T-баллы для детей, подростков, женщин, у которых все еще есть менструации, и молодых мужчин. NOF не рекомендует рутинное тестирование плотности костной ткани в этих возрастных группах. Z-балл выше -2,0 является нормальным в соответствии с Международным обществом клинической денситометрии (ISCD). Диагноз остеопороза у молодых мужчин, женщин в пременопаузе и детей не должен основываться только на результатах теста плотности костной ткани.

Когда рассматривать лечение

Результаты теста на плотность костной ткани помогут вашему врачу дать рекомендации о том, что вы можете сделать, чтобы снизить вероятность перелома кости. Принимая решение о лечении лекарством от остеопороза, ваш лечащий врач также учтет ваши факторы риска развития остеопороза, вашу вероятность перелома кости в будущем, вашу историю болезни и ваше текущее состояние здоровья.

Ниже приведены рекомендации по лечению женщин и мужчин в постменопаузе в возрасте 50 лет и старше:

• Большинство людей с T-оценкой -1.0 и выше (нормальная плотность костей) не требуют приема лекарства от остеопороза.
• Некоторым людям с T-оценкой от -1,0 до -2,5 (низкая плотность костной ткани или остеопения) следует рассмотреть возможность приема лекарства от остеопороза при наличии определенных факторов риска.
• Всем людям с T-оценкой -2,5 и ниже (остеопороз) следует рассмотреть возможность приема лекарства от остеопороза.

Как насчет низкой плотности костей?

Низкая плотность костной ткани или остеопения не означает, что вы заболеете остеопорозом.Это означает, что у вас больше шансов на развитие остеопороза, если вы потеряете кость в будущем. Хотя мы знали, что людям с остеопорозом следует подумать о лечении, чтобы снизить риск переломов костей, не всегда было ясно, когда лечить людей с низкой плотностью костей.

Онлайн-инструмент оценки риска переломов под названием FRAX® может помочь поставщикам медицинских услуг принять эти решения. FRAX — это инструмент, который рассчитывает абсолютный риск перелома человека или оценку вероятности перелома кости в следующие десять лет.FRAX может помочь выявить людей, у которых больше шансов сломать кость, а также людей, которым может быть полезно принимать лекарства от остеопороза.

Использование мезенхимальных стволовых клеток костного мозга человека

Интерес к ожирению костного мозга (BMA) возрос за последнее десятилетие из-за его связи и потенциальной роли в ряде заболеваний (остеопороз, диабет, анорексия, рак) а также лечение (кортикостероиды, лучевая терапия, химиотерапия, тиазолидиндионы).Однако для развития области исследований BMA желательна стандартизация методов, чтобы повысить сопоставимость результатов исследований и способствовать сотрудничеству. Поэтому на ежегодном собрании BMA в 2017 году Международное общество ожирения костного мозга (BMAS) учредило рабочую группу для оценки методологий исследований BMA. Все члены BMAS могли добровольно участвовать. Члены рабочей группы, которые все являются активными доклиническими или клиническими исследователями БМА, искали в литературе статьи, посвященные БМА, и обсуждали результаты во время личных и телефонных конференций.Согласно единодушному мнению, основанному как на обзоре литературы, так и на мнении экспертов, мы описываем существующие методологии и обсуждаем проблемы и будущие направления для (1) гистоморфометрии адипоцитов костного мозга, (2) визуализации БМА ex vivo, (3) ) визуализация BMA in vivo, (4) выделение клеток, культивирование, дифференциация и модуляция in vitro первичных адипоцитов костного мозга и предшественников стромальных клеток костного мозга, (5) отслеживание клонов и модуляция BMA in vivo и (6) биобанкинг BMA.