Kost je specializovaný typ pojivové tkáně. Má jedinečný histologický vzhled, který jí umožňuje plnit četné funkce:
- Krvetvorba – tvorba krevních buněk z hematopoetických kmenových buněk nacházejících se v kostní dřeni.
- Skladování lipidů a minerálů – kost je zásobárnou uchovávající tukovou tkáň v kostní dřeni a vápník v krystalech hydroxyapatitu.
- Opora – kosti tvoří kostru a tvar těla.
- Ochrana – zejména osový skelet, který obklopuje hlavní orgány těla.
V tomto článku se budeme zabývat ultrastrukturou kosti – jejími složkami, stavbou a vývojem. Budeme se také zabývat tím, jak mohou nemoci ovlivnit její strukturu.
Složky kosti
Kost je specializovaná forma pojivové tkáně. Jako každou pojivovou tkáň lze její složky rozdělit na buněčné složky a extracelulární matrix.
Buněčné složky
Obr. 1.0 – Buněčné složky kosti a jejich funkce.V kosti existují tři typy buněk:
- Osteoblasty – Syntetizují nevápenatou/nemineralizovanou extracelulární matrix zvanou osteoid. Ten se později kalcifikuje/mineralizuje a vytvoří kost.
- Osteocyty – Při mineralizaci osteoidu se osteoblasty ukládají mezi lamely v lakunách, kde dozrávají v osteocyty. Ty pak monitorují minerály a proteiny a regulují tak kostní hmotu.
- Osteoklasty – Pocházejí z monocytů a resorbují kost uvolňováním H+ iontů a lysozomálních enzymů. Jsou to velké a vícejaderné buňky.
Rovnováha aktivity osteoblastů a osteoklastů je rozhodující pro udržení strukturální integrity tkáně. Hraje také roli při stavech, jako je osteoporóza.
Extracelulární matrix
Extracelulární matrix (ECM) označuje molekuly, které poskytují biochemickou a strukturální podporu buňkám.
Extracelulární matrix kosti je vysoce specializovaná. Kromě kolagenu a přidružených bílkovin, které se obvykle vyskytují v pojivové tkáni, je kost impregnována minerálními solemi, zejména krystaly hydroxyapatitu vápníku. Tyto krystaly se spojují s kolagenovými vlákny a činí kost tvrdou a pevnou. Tato matrix je uspořádána do četných tenkých vrstev, tzv. lamel.
Struktura kosti
Pod mikroskopem lze kost rozdělit na dva typy:
- Tkaná kost (primární kost) – Objevuje se v embryonálním vývoji a při opravě zlomenin, protože může být rychle uložena. Skládá se z osteoidu (nemineralizované ECM), přičemž kolagenová vlákna jsou uspořádána náhodně. Je to dočasná struktura, kterou brzy nahradí zralá lamelární kost.
- Lamelární kost (sekundární kost) – Kost dospělého skeletu. Skládá se z vysoce organizovaných plátů mineralizovaného osteoidu. Díky této organizované struktuře je mnohem pevnější než kost tkaná. Samotnou lamelární kost lze rozdělit na dva typy – kompaktní a houbovitou.
U obou typů kostí je vnější povrch pokryt vrstvou pojivové tkáně, známou jako periost. Podobná vrstva, endost, vystýlá dutiny uvnitř kosti (například dřeňový kanál, Volkmannův kanál a houbovité prostory kosti).
Lamelární kost lze rozdělit na dva typy. Vnější je známý jako kompaktní kost – ta je hustá a tuhá. Vnitřní vrstvy kosti se vyznačují mnoha vzájemně propojenými dutinami a nazývají se houbovitá kost.
Obr. 1.1 – Mikrofotografie kompaktní kosti. Všimněte si uspořádání kolem jediného Haversova kanálu.Kompaktní kost
Kompaktní kost tvoří vnější „obal“ kosti. V tomto typu kosti jsou lamely uspořádány do soustředných kruhů, které obklopují vertikální Haversův kanál (jímž procházejí drobné neurovaskulární a lymfatické cévy). Celá tato struktura se nazývá osteon a je funkční jednotkou kosti.
Haversovy kanálky jsou spojeny horizontálními Volkmannovými kanálky – ty obsahují malé cévy, které anastomozují (spojují se) s tepnami Haversových kanálků. Volkmannovy kanálky také přenášejí krevní cévy z periostu.
Osteocyty se nacházejí mezi lamelami, v malých dutinách (tzv. lakunách). Lakuny jsou propojeny řadou vzájemně se propojujících chodbiček, tzv. kanálků.
Houbovitá kost
Houbovitá kost tvoří vnitřek většiny kostí a nachází se hluboko u kompaktní kosti. Obsahuje mnoho velkých prostor – to jí dává vzhled včelí plástve.
Kostní matrix se skládá z 3D sítě jemných sloupců, které se vzájemně propojují a vytvářejí nepravidelné trabekuly. Vzniká tak lehká, porézní kost, která je pevná proti vícesměrným siločarám. Lehkost, kterou houbovitá kost poskytuje, má zásadní význam pro umožnění pohybu těla. Kdyby byla jediným typem kosti kompaktní, byla by příliš těžká na to, aby se mohla pohybovat.
Prostory mezi trabekulami jsou často vyplněny kostní dření. Žlutá kostní dřeň obsahuje adipocyty a červená kostní dřeň se skládá z krvetvorných kmenových buněk.
Tento typ kosti neobsahuje žádné Volkmannovy ani Haversovy kanálky.
Obr. 1.2 – Struktura zralé kosti. Všimněte si rozdílné struktury kompaktního a houbovitého typu kosti.Osifikace a remodelace
Osifikace je proces tvorby nové kosti. Probíhá jedním ze dvou mechanismů:
- Endochondrální osifikace – kdy je hyalinní chrupavka nahrazena osteoblasty vylučujícími osteoid. Příkladem kosti, u níž dochází k endochondrální osifikaci, je stehenní kost.
- Intramembranózní osifikace – Při níž dochází ke kondenzaci mezenchymální (embryonální) tkáně do kosti. Tento typ osifikace vytváří ploché kosti, jako je spánková kost a lopatka.
Při obou mechanismech se zpočátku vytváří primární kost. Ta je později nahrazena zralou sekundární kostí.
Remodelace
Kost je živá tkáň a jako taková neustále prochází remodelací. Jedná se o proces, při kterém se zralá kostní tkáň znovu vstřebává a vytváří se nová kostní tkáň. Provádí ji buněčná složka kosti.
Osteoklasty odbourávají kost prostřednictvím řezného kužele. Živiny se znovu vstřebávají a osteoblasty ukládají nový osteoid. K remodelaci dochází především v místech zátěže a poškození, čímž se postižená místa zpevňují.
Klinický význam – poruchy kosti
Kost má jedinečnou histologickou strukturu, která je nezbytná k tomu, aby mohla plnit své funkce. Změny této struktury mohou sekundárně v důsledku onemocnění vést k několika klinickým stavům.
Osteogenesis imperfecta je stav, při kterém dochází k abnormální syntéze kolagenu z osteoblastů. Klinické příznaky zahrnují křehké kosti, deformace kostí a modré skléry. Jedná se o vzácné onemocnění, jehož etiologie je genetická a dědičnost autozomálně dominantní. Křehkost kostí je predisponuje ke zlomeninám – to má medicínsko-právní význam, protože u dětí může být zaměněno za úmyslné poranění.
Osteoporóza znamená snížení hustoty kostí, což snižuje jejich strukturální integritu. Vzniká tím, že aktivita osteoklastů (zpětné vstřebávání kosti) převažuje nad aktivitou osteoblastů (tvorba kosti). Kosti jsou křehké a hrozí u nich zvýšené riziko zlomenin. Existují tři typy:
- Typ 1: Postmenopauzální osteoporóza – Vzniká u žen po menopauze v důsledku snížené produkce estrogenů. Estrogen chrání před osteoporózou tím, že zvyšuje aktivitu osteoblastů a snižuje aktivitu osteoklastů.
- Typ 2: Senilní osteoporóza – Obvykle se vyskytuje po 70. roce věku.
- Typ 3: Sekundární osteoporóza – Pokud osteoporóza vzniká v důsledku souběžného onemocnění (např. chronické selhání ledvin).
Rizikové faktory zahrnují věk, pohlaví, stravu (vitamin D a vápník), etnický původ, kouření a imobilitu. Obvykle se léčí bisfosfonáty, které jsou vychytávány osteoklasty a způsobují jejich nečinnost a apoptózu. Tím se omezí další odbourávání kostí.
Obr. 1.3 – Rentgenový snímek dítěte postiženého křivicí.Křivice je nedostatek vitaminu D nebo vápníku u dětí s rostoucími kostmi. To znamená, že osteoid špatně mineralizuje a zůstává poddajný. Epifyzární růstové ploténky se pak mohou pod tíhou těla deformovat, což může vést k deformitám skeletu.
Osteomalacie je nedostatek vitaminu D nebo vápníku u dospělých s remodelací kostí. Zde je osteoid ukládaný osteoblasty špatně mineralizovaný, což vede ke stále slabším kostem a zvyšuje jejich náchylnost ke zlomeninám.
Poznámka: Nedostatek vitaminu D může být způsoben špatnou stravou, nedostatkem slunečního záření nebo metabolickou poruchou. Například selhání ledvin může narušit druhou hydroxylaci vitaminu D nebo střevní porucha může zabránit dostatečnému vstřebávání. Nedostatek vápníku může být způsoben stravou nebo nízkým obsahem vit. D.