Kaulų struktūra ir cheminė sudėtis

Kaulai žmogaus kūne užima griežtai apibrėžtą vietą. Kaip ir bet kuris organas, kaulai yra įvairių tipų audiniai, iš kurių pagrindinę vietą užima kaulinis audinys, kuris yra jungiamojo audinio rūšis.

Kaulas (OS) turi sudėtingą struktūrą ir cheminę sudėtį. Gyvame organizme suaugusio žmogaus kauluose yra iki 50 % vandens, 28,15 % organinių ir 21,85 % neorganinių medžiagų. Neorganines medžiagas sudaro kalcio, fosforo, magnio ir kitų elementų junginiai. Susmulkintą kaulą sudaro 1/3 organinių medžiagų, vadinamų „oseinu“, ir 2/3 neorganinių medžiagų.

Kaulo stiprumą užtikrina neorganinių ir organinių medžiagų fizikocheminis vieningumas bei jo struktūros ypatumai. Organinių medžiagų dominavimas užtikrina didelį kaulo elastingumą ir lankstumą. Padidėjus neorganinių junginių daliai (senatvėje, sergant kai kuriomis ligomis), kaulas tampa trapus ir pažeidžiamas. Neorganinių medžiagų santykis kaulų sudėtyje skirtingiems žmonėms skiriasi. Net ir tam pačiam žmogui jis kinta visą gyvenimą, priklauso nuo mitybos ypatybių, profesinės veiklos, paveldimumo, aplinkos sąlygų ir kt.

Dauguma suaugusiųjų kaulų sudaryti iš plokštelinio kaulinio audinio. Jis sudaro kompaktišką ir kempinę medžiagą, kurios pasiskirstymas priklauso nuo funkcinių apkrovų kaului.

Kompaktiška kaulo medžiaga (substantia compacta) sudaro vamzdinių kaulų diafizes, išorėje plonos plokštelės pavidalu dengia jų epifizes, taip pat iš kempinės medžiagos sudarytus kempinės ir plokščius kaulus. Kompaktišką kaulo medžiagą prasiskverbia ploni kanalai, kuriais praeina kraujagyslės ir nervinės skaidulos. Kai kurie kanalai yra išsidėstę daugiausia lygiagrečiai kaulo paviršiui (centriniai, arba Haverso, kanalai), kiti atsiveria kaulo paviršiuje kaip maistinių medžiagų angos (foramina nutricia), per kurias arterijos ir nervai prasiskverbia į kaulo storį, o išeina venos.

Centrinių (Haverso) kanalų (canales centrales) sieneles sudaro 4–15 µm storio koncentrinės plokštės, tarsi įstatytos viena į kitą. Aplink vieną kanalą yra nuo 4 iki 20 tokių kaulinių plokštelių. Centrinis kanalas kartu su jį supančiomis plokštėmis vadinamas osteonu (Haverso sistema). Osteonas yra kaulinės kompaktiškos medžiagos struktūrinis ir funkcinis vienetas. Tarpai tarp osteonų užpildyti įsiterpusiomis plokštėmis. Išorinį kompaktiškos medžiagos sluoksnį sudaro išorinės aplinkinės plokštės, kurios yra antkaulio kaulą formuojančios funkcijos produktas. Vidinį sluoksnį, ribojantį kaulų čiulpų ertmę, atstoja vidinės aplinkinės plokštės, susidariusios iš endosteumo osteogeninių ląstelių.

Kaulinė kempinė (trabekulinė) medžiaga (substantia spongiosa) primena kempinę, sudarytą iš kaulinių plokštelių (sijų) su ląstelėmis tarp jų. Kaulinių sijų vietą ir dydį lemia kaulams tenkančios įtampos ir suspaudimo apkrovos. Linijos, atitinkančios kaulinių sijų orientaciją, vadinamos suspaudimo ir įtempimo kreivėmis. Kaulinių sijų išdėstymas kampu viena kitos atžvilgiu padeda tolygiai perduoti slėgį (raumenų trauką) kaului. Tokia konstrukcija suteikia kaului tvirtumo, sunaudojant mažiausiai kaulinės medžiagos.

Visas kaulas, išskyrus jo sąnarinius paviršius, yra padengtas jungiamojo audinio membrana – antkauliu. Antkaulis yra tvirtai suaugęs su kaulu dėl jungiamojo audinio perveriamųjų (Šarpejaus) skaidulų, kurios giliai įsiskverbia į kaulą. Antkaulis turi du sluoksnius. Išorinį skaidulinį sluoksnį sudaro kolageno skaidulos, suteikiančios antkauliui ypatingą stiprumą. Per jį praeina kraujagyslės ir nervai. Vidinis sluoksnis yra augimo, kambialinis sluoksnis. Jis yra tiesiai greta išorinio kaulo paviršiaus, jame yra osteogeninių ląstelių, dėl kurių kaulas storėja ir regeneruojasi po traumos. Taigi, antkaulis atlieka ne tik apsaugines ir trofines, bet ir kaulą formuojančias funkcijas.

Iš vidaus, iš kaulų čiulpų ertmių pusės, kaulas yra padengtas endosteumu. Endosteumas (endostas) plonos plokštelės pavidalu glaudžiai priglunda prie vidinio kaulo paviršiaus ir atlieka osteogeninę funkciją.

Kaulams būdingas didelis plastiškumas. Jie lengvai atsistato treniruočių, fizinio aktyvumo įtakoje, o tai pasireiškia osteonų skaičiaus padidėjimu arba sumažėjimu, kompaktiškų ir kempinių medžiagų kaulinių plokštelių storio pokyčiais. Optimaliam kaulų vystymuisi pageidautinas vidutinis reguliarus fizinis aktyvumas. Sėslus gyvenimo būdas, mažas krūvis prisideda prie kaulų silpnėjimo ir retėjimo. Kaulai įgauna stambialąstelinę struktūrą ir net iš dalies ištirpsta (kaulų rezorbcija, osteoporozė). Profesija taip pat turi įtakos kaulų struktūros ypatumams. Be aplinkos veiksnių, svarbų vaidmenį atlieka ir paveldimi bei seksualiniai veiksniai.

Kaulinio audinio plastiškumas, jo aktyvus restruktūrizavimas atsiranda dėl naujų kaulų ląstelių, tarpląstelinės medžiagos susidarymo esamo kaulinio audinio irimo (rezorbcijos) fone. Rezorbciją užtikrina osteoklastų aktyvumas. Vietoj sunaikinto kaulo susidaro nauji kaulų pluoštai, nauji osteonai.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]