Опорно-двигательный аппарат обеспечивает двигательную, опорную и защитную функции в человеческом теле, а также участвует в метаболизме кальция и фосфата. Основные компоненты опорно-двигательного аппарата изображены на рис. 1.

а) Кости. В соответствии с особенностями эмбрионального развития костной ткани выделяют два основных типа костей. Плоские кости, например кости черепа, развиваются путем эндесмального остеогенеза (или эндесмального окостенения), при котором эмбриональные фибробласты дифференцируются непосредственно в кость из мезенхимальной закладки во время раннего периода внутриутробного развития.

Длинные кости, такие как бедренная и лучевая, развиваются из так называемых хрящевых зачатков путем эндохондрального остеогенеза (или эндохондрального окостенения). В ходе развития сосудистая ткань, содержащая мезенхимальные клетки-предшественники остеогенеза, проникает в хрящ, который постепенно замещается костью из точек окостенения, расположенных в среднем и концевых сегментах кости.

На каждом концевом сегменте длинных костей сохраняется тонкий фрагмент хрящевой ткани, называемый зоной роста, или эпифизом; происходящая здесь пролиферация хондроцитов ответственна за рост скелета в детстве и подростковом возрасте. В конце полового созревания повышенный уровень половых гормонов останавливает деление клеток в зоне роста. Фрагмент хряща впоследствии исчезает, замещаясь костной тканью, и продольный рост кости прекращается.

В скелете человека различают два типа костной ткани (рис. 1). Кортикальная кость (или компактная костная ткань) построена из гаверсовых каналов, состоящих из концентрических пластинок костной ткани; пластинки окружают центральный канал, в котором проходят кровеносные сосуды.

Кортикальная кость плотная, ограничивает внутреннее пространство длинных костей, она значительно плотнее, тяжелее и прочнее губчатого вещества кости. Губчатая, или трабекулярная, кость заполняет внутреннюю часть кости и представлена решетчатой системой взаимосвязанных трабекул, которые окружают полости, содержащие костный мозг. Выделяют следующие основные типы клеток костной ткани.

• Остеокласты — многоядерные клетки гемопоэтического происхождения, ответственные за резорбцию костной ткани.

• Остеобласты — мононуклеарные клетки, происходящие из стромальных клеток костного мозга, ответственных за формирование костной ткани.

• Остеоциты — клетки, которые дифференцируются из остеобластов в процессе развития костной ткани и встроены в костный матрикс. Остеоциты ответственны за реакцию костной ткани на механические нагрузки, а также контролируют активность остеокластов и остеобластов.

• Стромальные клетки костного мозга — клетки, которые продуцируют лиганд рецептора-активатора ядерного фактора κ-В (RANKL) и макрофагальный колониестимулирующий фактор, стимулирующие образование остеокластов, цитокинов и кроветворение.

• Клетки, выстилающие кость (эндост) — уплощенные клетки, выстилающие поверхность кости, которые дифференцируются из остеобластов при завершении формирования костной ткани.

1. Костный матрикс и минеральные вещества. Наиболее важный белок костной ткани — коллаген I типа, который состоит из двух-пептидных цепей и одной α₂-цепи, переплетающихся с образованием тройной спирали.

До секреции в межклеточное пространство коллаген I типа подвергается протеолитическому расщеплению, высвобождая фрагменты пропептида, которые используются в качестве биохимических маркеров процессов развития костной ткани. Впоследствии формируются пиридиновые связи между фибриллами коллагена, что увеличивает прочность костной ткани. При разрушении кости остеокластами эти пептидные фрагменты высвобождаются в кровоток, что позволяет использовать их в качестве биохимических маркеров резорбции кости.

В норме коллаген костного матрикса откладывается равномерно, однако при ускоренном метаболизме костной ткани, например при болезни Педжета или при тяжелом гиперпаратиреозе, коллаген откладывается хаотично, образуя рентгенологическую картину «мраморной» кости, неустойчивой к механическим воздействиям. Костный матрикс также содержит факторы роста, структурные белки и протеогликаны, которые, как полагают, участвуют в регуляции активности костных клеток, а также в их фиксации к костному матриксу. Одними из основных компонентов костной ткани являются минералы, состоящие из кристаллов кальция и фосфата, депонированных между коллагеновыми фибриллами в форме гидроксиапатита [Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂].

Минерализация необходима для обеспечения прочности кости, но чрезмерная минерализация приводит к тому, что кость становится хрупкой. В клинической практике повышенная минерализация может наблюдаться при некоторых типах несовершенного остеогенеза и в ответ на длительную терапию бисфосфонатом.

2. Ремоделирование костной ткани. Ремоделирование костной ткани требуется для обновления и восстановления скелета на протяжении всей жизни. Это циклический процесс, который состоит из четырех фаз: покоя, резорбции, активации и формирования, которые продемонстрированы на рис. 2. Ремоделирование начинается с миграции клеток-предшественников остеокластов из периферической крови в область перестройки костной ткани вследствие высвобождения хемотаксических факторов из участков микроповреждений.

Остеокласты резорбируют кость и примерно через 10 дней подвергаются запрограммированной гибели клеток (апоптозу), что предвещает начало фазы восстановления, когда клетки-предшественники остеобластов мигрируют в область резорбции костной ткани. Клетки-предшественники остеобластов дифференцируются в зрелые остеобласты и образуют новую кость во время фазы формирования. Первоначально матрица не минерализована (остеоид), но в конечном итоге обызвествляется с образованием зрелой кости. Некоторые остеобласты оказываются в костном матриксе и дифференцируются в осте-оциты, которые играют ключевую регулирующую роль в координации формирования и резорбции костной ткани, тогда как другие дифференцируются в клетки, выстилающие кость.

Клеточные и молекулярные медиаторы ремоделирования костной ткани более подробно продемонстрированы на рис. 3. Клетки-предшественники остеокластов происходят из гемопоэтических стволовых клеток и дифференцируются в зрелые остеокласты в ответ на действие макрофагального колониестимулирующего фактора, продуцируемого стромальными клетками костного мозга, и RANKL, продуцируемого как остеоцитами, так и стромальными клетками костного мозга. RANKL связывается и активирует рецептор RANKL (рецептор-активатор фактора транскрипции κ-В) на клетках-предшественниках остеокластов, способствуя дифференцировке остеокластов и резорбции костной ткани.

Этот эффект блокирует остеопротегерин, который является рецептором-ловушкой для RANKL, подавляющим образование остеокластов. После формирования зрелые остеокласты прикрепляются к поверхности кости с помощью зоны уплотнения и выделяют соляную кислоту и протеолитические ферменты, включая катепсин К, в пространство, которое известно как лакуна Хаушипа. Кислота растворяет минерал, а катепсин К разрушает коллаген. Остеоциты также продуцируют склеростин (SOST), который является мощным ингибитором образования кости.

В условиях механической нагрузки выделение склеростина остеоцитами подавляется, что позволяет формироваться костной ткани в условиях стимуляции членами семейства сигнальных белков Wnt. Молекулы Wnt стимулируют формирование костной ткани, активируя представителей семейства белков, связанных с рецепторами липопротеинов (LRP), наиболее важными из которых являются LRP4, LRP5 и LRP6. Склеростин противодействует эффектам представителей семейства Wnt, блокируя их взаимодействие с представителями семейства LRP. Наконец, остеоциты играют критическую роль в обмене фосфата, продуцируя гормональный фактор роста фибробластов 23 (ФРФ23), который регулирует реабсорбцию фосфата в почечных канальцах. Основные регуляторы процесса ремоделирования костей приведены в табл. 1.

Минерализация костной ткани во многом зависит от фермента щелочной фосфатазы (ЩФ), которую вырабатывают остеобласты. ЩФ разрушает пирофосфат, ингибитор минерализации. Ремоделирование костной ткани регулируется преимущественно локально, но может зависеть от циркулирующих в крови гормонов или механической нагрузки, которые, в свою очередь, могут как активировать, так и подавлять процессы ремоделирования (табл. 1).

б) Суставы. Выделяют три основных типа соединения костей: фиброзные, фиброзно-хрящевые и синовиальные (табл. 2).

1. Фиброзные и фиброзно-хрящевые суставы. В суставах с физиологически минимальной подвижностью кости соединены друг с другом перемычкой из фиброзной или фиброзно-хрящевой ткани.

Межпозвонковый диск представляет собой особый тип фиброзно-хрящевого сустава, в котором в центре фиброзно-хрящевого соединения располагается аморфное образование, называемое студенистым ядром. Оно обладает высокой способностью связывать воду и служит амортизатором при нагрузках.

2. Синовиальные суставы. Это сложные структуры, содержащие несколько типов клеток. Синовиальные суставы, известные как суставы с высокой степенью подвижности сочленяющихся костей, представляют собой непрерывные соединения, в которых осуществляются свободные движения (рис. 4).

- Суставной хрящ. Это аваскулярная ткань, покрывающая суставную поверхность костей в синовиальных суставах и состоящая из сети коллагеновых фибрилл II типа, которые, соединяясь с молекулами протеогликана, формируют гелеобразный матрикс. Клетки хряща (хондроциты) отвечают за синтез и обмен ткани хряща.

Наиболее значимым протеогликаном является специфический ядерный белок аггрекан, к которому присоединены несколько боковых цепей гликозаминогликана (рис. 5). Гликозаминогликаны представляют собой полисахариды, состоящие из повторяющихся дисахаридных длинноцепочечных звеньев, включающих моносахарид и остатки сульфатированных аминосахаров. Наиболее распространенными гликозаминогликанами в составе аггрекана являются хондроитинсульфат и кератан-сульфат. Гиалуроновая кислота (гиалуронан) является еще одним ключевым гликозаминогликаном, который связывается с молекулами аггрекана с образованием очень крупных комплексов с общей молекулярной массой более 100 млн.

Молекула аггрекана имеет на своей поверхности отрицательный заряд и обладает высокой способностью связывать молекулы воды, что необходимо для нормального функционирования хрящевой ткани. Центробежная сила гидратированного аггрекана в сочетании с устойчивостью к растяжению коллагеновой сети придает суставному хрящу превосходные амортизирующие свойства.

С возрастом концентрация хондроитинсульфата уменьшается, а концентрация кератансульфата увеличивается, что приводит к снижению содержания воды и ухудшению амортизирующих свойств. Возрастные изменения в хряще отличаются от изменений при остеоартрите, для которого характерны аномальная пролиферативная активность хондроцитов, разрушение протеогликанов и увеличение содержания в хрящевой ткани воды. При остеоартрите (или остеоартрозе — в русскоязычной литературе, ОА) наблюдаются аномальное деление хондроцитов, потеря протеогликана из матрикса и снижение содержания воды.

Хрящевой матрикс постоянно обновляется, и у здорового человека процессы синтеза и разрушения хряща уравновешены. Разрушение хрящевого матрикса осуществляется аггреканазами и матриксными металлопротеиназами, ответственными за расщепление белков и протеогликанов, а также гликозидазами, ответственными за расщепление гликозаминогликанов. Провоспалительные цитокины, такие как ИЛ-1 и ФНО, активируясь при воспалении, стимулируют выработку аггреканазы и металлопротеиназ, а также способствуют разрушению хряща.

- Синовиальная жидкость. Поверхности суставного хряща разделены пространством, заполненным синовиальной жидкостью, которая, обладая высокой вязкостью, выполняет функцию смазки. Это ультрафильтрат плазмы, в который синовиальные клетки секретируют гиалуроновую кислоту и протеогликаны.

- Внутрисуставные диски. Некоторые суставы содержат фиброзно-хрящевые диски, которые выполняют амортизирующую функцию. Наиболее клинически значимыми являются мениски коленного сустава. Эти структуры не имеют сосудов и сохраняют жизнеспособность благодаря диффузии кислорода и питательных веществ из синовиальной жидкости.

- Синовиальная оболочка, суставная капсула и сумка. В синовиальных суставах кости соединяются между собой с помощью суставной капсулы, окружающей сустав — фиброзной структуры, содержащей большое количество кровеносных, лимфатических сосудов и нервных окончаний. Связки — четко отграниченные локальные утолщения капсулы, которые служат для стабилизации суставов (см. рис. 4). Внутренняя поверхность суставной капсулы выстлана синовиальной оболочкой, состоящей из двух слоев — наружного слоя рыхлой соединительной ткани, богатого коллагеновыми волокнами I типа и кровеносными сосудами, и внутреннего слоя, состоящего из двух основных типов клеток.

Синовиоциты типа А представляют собой фагоциты, происходящие из моноцитов/макрофагов, и отвечают за удаление микрочастиц из полости сустава; синовиоциты типа В — фибробластоподобные клетки, которые секретируют синовиальную жидкость. Большинство воспалительных и дегенеративных заболеваний суставов связаны с утолщением синовиальной оболочки и ее инфильтрацией лимфоцитами, полиморфноядерными лейкоцитами и макрофагами.

Суставная сумка представляет собой полый мешочек, выстланный синовиальной оболочкой и содержащий небольшое количество синовиальной жидкости. Она облегчает скольжение сухожилий и мышц относительно костей и других суставных структур при движениях в суставе.

в) Скелетные мышцы. Скелетные мышцы отвечают за движения, перемещение тела в пространстве и подвижность диафрагмы. Они состоят из мышечных волокон, которые объединяются в мышечные пучки (миоциты), окруженные тонкими прослойками соединительной ткани, содержащей нервы и кровеносные сосуды. Миоциты — это крупные, удлиненные многоядерные клетки, образованные вследствие слияния мононуклеарных клеток-предшественников (миобластов) на раннем этапе эмбрионального развития. Ядра лежат на периферии, а центр клетки содержит молекулы актина и миозина, которые, соединяясь друг с другом внахлест, образуют миофибриллы, отвечающие за мышечное сокращение.

Молекулярные механизмы сокращения скелетных мышц такие же, как и у сердечной мышцы. Миоциты содержат множество митохондрий, которые синтезируют большое количество аденозинтрифосфата, необходимого для сокращения мышц, и богаты белком миоглобином, который обеспечивает запасы кислорода, необходимого во время самого сокращения.

Отдельные миофибриллы организованы в пучки (фасцикулы), которые окружены тонким слоем соединительной ткани (перимизием). Поверхность мышцы окружена более толстым слоем соединительной ткани, эпимизием, который, сливаясь с перимизием, образует сухожилие мышц. Сухожилия — жесткие, волокнистые структуры; место соединения сухожилия и кости называют энтезом.

- Также рекомендуем "Методы обследования при ревматологических заболеваниях с точки зрения внутренних болезней"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 13.8.2023