Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время функциональная анатомия кости как органа предусматривает проведение детального морфологического анализа ее минерализованных структур, надкостницы,сосудов и костного мозга. Подробное изучение компактного и губчатого вещества и их адаптации при смене условий функционирования кости в различные возрастные периоды проведено в ряде исследований / А.В.Русаков 1959; М.Г.Привес, 1959; Т.П.Виноградова, 1962; Н.К.Пермяков,1962; Д.А.Жданов, 1965; Б.А.Никитюк, 1968; Б.Н.Богонатов, Н.Г.Гончар-Заикина, 1976; к. Boyde, 1972; L. Lanyon, 1987; н. Frost, 1990/. Установлено, что процессы перестройки кости и регуляции минерального гомеостаза в значительной мере реализуются на естественных костных поверхностях, покрытых эндостом. В связи с этим выяснение структурно-функциональной характеристики эндоста является крупной научной проблемой / н. Frost, 1980; Д.. Parfitt, 1984; J. Vaughan, 1984; R. Baron, 1989; X. Li, W. Jee, 1991/.. Имеющиеся в литературе сведения /Н.В.Родионова, 1989; А.Я.Фри-денштейн, 1991; D. Barnes, 1987; S. Miller, W. Jee,1987 / в основном касаются происхождения, морфологии и жизнедеятельности отдельных типов костных клеток, входящих в его состав. В то же время эндост как единый структурно-функциональный комплекс, являющийся компонентом кости, детально рассмотрен не был. Отсутствуют данные о взаимосвязях эндоста с костным мозгом и с подлежащей костью.
Сведения, отражающие пространственную организацию костных клеток в участках формирования и резорбции кости, нуждаются в систематизации и уточнении. В частности, не прослежены особенности структуры' и рельефа поверхности клеток-предшественнинов при их трансформации в остеобласты, а затем в остеоциты. Не определена взаимосвязь штаболической активности клеток с рельефом их поверхности.Подробно
не исследованы строение остеоида, особенности рельефа прилежащей к нему поверхности остеобластов, механизм ориентации коллагеновых волокон в его составе. Не ясно соотношение процессов резорбции кости и движения остеокластов во время их активного функционирования, не известна судьба освобождаемых из кости остеоцитов.
Показано /к. Parfltt, 1984; z. Jaworski, 1987; н. Frost, 1990/, что в постнатальном периоде структура эндоста определяется процессами моделирования и ремоделирования. Взаимосвязь между ними во время роста кости не исследована / к. Blewenar е. а., 1986/. Мало изучены детали межклеточных взаимоотношений в ходе цикла ремоделирования. До настоящего времени подробно не прослежено соотношение возрастной перестройки кости и строения эндоста. При этом не определены изменения структуры костных клеток и их пространственной взаимосвязи. Недостаточно исследованы изменения эндоста в пожилом и старческом возрасте.
Подробно не изучена структурная . организация лакунарно-ка-нальцевой системы кости и не подтверждено наличие микроканальцевой системы, присутствие которой в костной ткаии предполагалось рядом исследователей / G. Vose, 1963; С. Baud, 1968/. Не оценено нарушение пространственной организации трабекул губчатого вещества кости под влиянием измененной механической нагрузки в процессе старени. и при некоторых видах патологии.
В литературе имеются лишь отрывочные сведения, касающиеся изменений эндоста, входящих в его состав костных' клеток, в посмертном периоде /И.Н.Иваненко, 1967; А.Ф.Рубежанский, "1978; Д. Haimes, 1976/ и при фиксации тканей альдегидными растворами / G. Bullock, 1984; с. Fox е.а., 1985/. Между тем такие данные необходимы для проведения морфологического изучения различных видов патологических изменений скелета и определения воздействий антропогенных факторов на структуру кости.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ НИЛ биологических структур.при НПО ВИЛР.
Целью настоящего исследования явилось изучение структуры эн-доста, его клеточных и неклеточных компонентов у человека и экспериментальных животных различного возраста.
Были поставлены следующие задачи:
-
Изучить особенности структуры эндоста при моделировании и ремоделировании кости.
-
Исследовать строение губчатого вещества и эндоста в развивающейся, зрелой и стареющей кости.
-
Изучить пространственную организацию лакунарно-канальцевой системы компактного и губчатого вещества кости, ее взаимосвязь с эн-достом и микроканальцевой системой.
4.,Показать воздействие измененной механической нагрузки на эндост и трабекулярную архитектонику кости на примере гонартроза.
-
Определить влияние аутолитических изменений на структуру эндоста и рельеф поверхности костных клеток.
-
Оценить воздействие различных по составу фиксирующих растворов' на структуру и рельеф поверхности клеток, входящих в эндост.
Научная новизна. Проведенное исследование базируется на комплексном применении современных морфологических методов оценки особенностей структуры эндоста и кости. На основании данных световой, трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии, микрокоррозионной техники, а также криофрактографического и морфометрическо-го анализа дана развернутая морфо-функциональная характеристика эн-' доста и его основных слоев у человека и экспериментальных животных. При, этом впервые:
- показано, что становление кости как органа в процессе роста внлючает в себя комплекс механизмов, 'обеспечивающих поддержание-ее формы (моделирование) одновременно с постоянным приспособлением к реальным-условиям функционирования (ремоделирование);
выявлены особенности структуры различных слоев эндоста в стадиях покоя, активации, резорбции, реверсии,и формирования в процессе ремоделирования кости;
обнаружена возможность резорбции костного матрикса остеокластами во время их перемещения по поверхности кости;
установлена способность остеокластов поглощать остеоциты при помощи отростков гофрированной каймы с последующей деструкцией в фаголизосомах;
показано, что" вариантами конечной трансформации остеобластов являются остеоциты и покрывающие кость клетки. При этом последние следует рассматривать как отдельный фенотип клеток остеобласти-ческой линии;
прослежены изменения рельефа поверхности преостеобластов по мере их дифференцировки в остеобласты и погружения в костный мат-рикс с формированием остеоцитарной лакуны;
охарактеризованы структура, рельеф поверхности и пространственные взаимоотношения клеток эндоста в пожилом и старческом возрасте. Определена роль передней продольной связки позвоночника и эндоста в процессе формирования остеофитов;.
представлены данные об особенностях пространственной организации лакунарно-канальцевой системы компактного и.губчатого вещества кости человека и охарактеризован фронт минерализации в стенках костных лакун и канальцев;
выявлена микроканальцевая система костили, оценена ее возможная функциональная роль;
показаны особенности структуры эндоста и костной архитектоники, возникающие в проксимальном эпифизе большеберцовои кости под действием измененных условий нагружения в ІУ стадии гонартроза;
в условиях эксперимента установлены изменения структуры костных клеток в составе эндоста в процессе их посмертной деструкции;
- в модельных опытах определено влияние различных по составу фиксаторов и режимов фиксации на строение клеток эндоста.
Практическая значимость. Данная работа является фундаментальным научным исследованием, в котором разработаны теоретические положения, лежащие в основе дальнейшего перспективного развития современной функциональной анатомии кости. Диссертация создает методическую основу для многосторонних исследований костных структур. В ней предлагаются новые подходы к определению участия различных типов костных клеток в процессах роста кости и ее функциональной адаптации, в динамике возрастной и патологической перестройки.
Изложенные в работе данные, касающиеся особенностей рельефа эндостальной костной поверхности, структуры эндоста и пространственной организации лакунарно-канальцевой системы, могут быть использованы в преподавании курса нормальной анатомии и при изложении све- . дений в соответствующих разделах курсов гистологии и физиологии кости. Данные о структурно-функциональных состояниях клеток эндоста в различные возрастные периоды в зонах остеогенеэа и резорбции имеют значение для конкретизации понятия нормы в функциональной морфологии костной ткани.
Результаты исследования формы, размеров и количества клеток эндоста важны для радиационно-дозшетрических исследований скелета, что приобретает особое значение в современных условиях.
Полученные в работе данные могут служить основой для теоретического обоснования механизмов репаративного остеогенеза и быть ис-. пользованы при разработке новых методов направленного воздействия на процессы костеобразования и резорбции при лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата. Количественные показатели изменений структуры губчатого вещества костей у лиц пожилого и старческого возраста могут быть применены для теоретических обобщений и практической работы в геронтологической и гериатрической практике,
а также в судебной медицине. Они необходимы при разработке и проведении восстановительных операций на костях.
Апробация работы. По материалам исследования опубликовано 27 работ в центральных журналах: "Архив анатомии, гистологии и эмбриологии", "Бюллетень экспериментальной биологии и медицины", в сборниках трудов, материалов, тезисов и в других изданиях. Основные положения работы представлены в виде докладов на X Всесоюзном съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Винница, 1986), I и П Всероссийских съездах анатомов, гистологов и эмбриологов (Оренбург, 1982, Ленинград, 1988), IX и X болгарских национальных конгрессах по анатомии, гистологии и эмбриологии с международным участием (Плевен 1985, Стара Загора 1989), П съезде анатомов, гистологов, эмбриологов и топографоанатомов УССР (Полтава, 1985), а также на международных, всесоюзных, республиканских тематических конференциях, симпозиумах и школах (Москва, 1983, Иваново, 1984, Рига, 1986, Харьков, 1988, 1989, Киев, 1990, Астрахань, 1991), Московском обществе анатомов, гистологов, эмбриологов (1990), Всесоюзном обществе ревматологов (секция остеоартрологии, Москва 1988).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 293 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы и собственных исследований. Они включают 9 глав: характеристику использованных материала и методов, 7 глав, в которых отражены полученные результаты, и их обсуждение. Далее следуют выводы и указатель литературы из 388 источников (81 отечественный и 307 зару- бежных). Текст иллюстрирован 121 рисунком (схемы, световые и электронные микрофотографии и их монтажи) и 5 таблицами.