Розвиток кісткової тканини в онтогенезі безхвостих земноводних

План

Вступ 2
Розділ 1. Загальна характеристика кісткової тканини 4
Розділ 2. Особливості будови окістя в безхвостих амфібій 10
Розділ 3. Проліферативні властивості клітин окістя в амфібій 17
Висновок 24
Література 25

Вступ
За будовою та функціональним значенням кісткова тканина є унікальним різновидом сполучної тканини. Вона містить велику кількість мінеральних солей, серед яких найбільше сполук кальцію у вигляді гідроксиапатитів (Са10(РО4)6)(ОН)2 та фосфатів (Са3(РО4)2), що становить 50--70% сухої маси кістки.

Особливості хімічного складу, орієнтація колагенових волокон вздовж довгої осі кістки забезпечує її величезну механічну міцність та фізіологічну активність. Висока чутливість кісткової тканини до дії факторів зовнішнього середовища зумовлена інтенсивно перебігаючими в ній обмінними процесами. Кісткова тканина постійно знаходиться у стані оновлення і ремоделювання. Кістки скелета, черепа, грудної клітки забезпечують механічний захист органів центральної нервової системи, грудної та тазової порожнин. У губчастій речовині кісток скелету знаходиться червоний кістковий мозок, у якому відбуваються процеси кровотворення та диференціювання клітин імунного захисту організму. Частина мінеральних солей, що звільняються при перебудові скелету, надходить в кров, їх мобілізація інтенсивна в період вагітності та лактації, коли кальцій необхідний для розвитку зародка або новонародженого.

Земноводні тварини ведуть як водний так і наземний спосіб життя. Для їх організму властиве в зимовий період замерзання тіла, а навесні вони відновлюють всі наявні для них функції життєдіяльності. Ці тварини відносяться до холоднокровних, вони мають маленькі розміри порівняно з більшістю інших хребетних тварин. На безхвостих земноводних досить часто проводяться лабораторні досліди. Для кісткової тканини даних тварин характерна більш крихка структура, ніж у птахів та ссавців.

Метою нашої роботи є з`ясування особливостей процесу розвитку кісткової тканини у безхвостих земноводних.

Об`єктом дослідження є: безхвості земноводні.

Предмет дослідження - особливості будови окістя у безхвостих земноводних

Завдання роботи:

1 - сформувати загальні уявлення про кісткову тканину

2 - охарактеризувати особливості будови окістя у амфібій

3 - розглянути проліферативні властивості клітин окістя у амфібій.

В процесі вивчення та аналізу даної теми ми використовували наступні методи наукового дослідження: аналіз літературних даних, порівняння, узагальнення.

Розділ 1. Загальна характеристика кісткової тканини
Будова кісткової тканини. До складу кісткової тканини входять клітини та матрикс (міжклітинна речовина). Серед клітин значне місце належить остеобластам, їх основною функцією є синтез та секреція органічної частини матриксу кістки навколо своїх відростків, що сприяє утворенню канальців. Відростки остеобластів анастомозують між собою. Розмір остеобластів 12--20 мкм, за формою вони кубічні, призматичні, полігональні з базофільною цитоплазмою. Мають добре розвинену гранулярну ендоплазматичну сітку, вільні рибосоми, комплекс Гольджі, мітохондрії. Розміщуються рядами на поверхні новоутворюваної тканини, їх цитоплазма характеризується позитивною реакцією на лужну фосфатозу, ядро розміщується якнайдальше від кісткової речовини.

Остеоцити знаходяться у своєрідних порожнинах міжклітинної речовини -- лакунах, з'єднаних між собою численними кістковими канальцями. Остеоцит являє собою більш диференційовану стадію розвитку остеобласта. За формою це переважно овальні клітини, розміром 18--40 мкм, містять добре помітне ядро та слабо базофільну цитоплазму, бідну на органели. Велика кількість відростків остеоцитів знаходиться у кісткових канальцях та порожнинах, де циркулює тканинна рідина, яка бере участь у метаболізмі кісткової тканини.

Остеокласти. На поверхні кісткової тканини в місцях знаходження остеобластів відбувається активна резорбція, яка є невід'ємним процесом її перебудови. Остеокласти -- великі багатоядерні клітини (до 100 і більше), їх розмір 20-- 100 мкм, цитоплазма оксифільна або базофільна, містить багато лізосом, мітохондрії, кілька структур комплексу Гольджі. Поверхня остеокластів, що межує з поверхнею кістки в місцях її резорбції, має гофровану облямівку, що розгалужується. Тут утворюються і нагромаджуються гідролітичні ферменти, які беруть участь у процесах резорбції кістки. Дія остеокластів гальмується під впливом гормона тіреокальцитоніну та посилюється дією паратгормона.

Матрикс кісткової тканини складається з осеїнових (колагенових) волокон та аморфної речовини -- осеомукоїду. До її складу входять глікопротеїаи, сульфатовані глікозаміноглікани, білки, неорганічні сполуки -- фосфат кальцію, гідроксиапатіт, різні мікроелементи (магній, мідь, цинк, барій та інш.) (рис. 1).

Залежно від структурної організації міжклітинної речовини, головним чи-ном осеїнових волокон, серед кісткової тканини розрізняють грубоволокнисту та пластинчасту.

Грубоволокниста кісткова тканина типова для кісток зародка, а у дорослих тварин вона є у ділянці швів черепа, місцях прикріплення сухожиль до кісток, зубних альвеол, кісткового лабіринту внутрішнього вуха. Вона характеризується значною товщиною пучків осеїнових волокон, різноманітністю їх орієнтації, оточена звапнованим осеомукоїдом; у лунках осеомукоїду знаходяться остеоцити. Пластинчаста кісткова тканина характеризується утворенням кісткових пластинок товщиною 4--16 мкм, у них осеїнові волокна розміщені паралельно. Суміжні пластинки завжди мають іншу орієнтацію осеїнових волокон. Кісткові пластинки утворюють цілі системи, які тісно пов'язані з кровоносними судинами та нервами. Залежно від розміщення кісткових пластинок розрізняють губчасту та компактну речовини. В губчастій речовині, особливо в епіфізах трубчастих кісток кісткові пластинки знаходяться під різними кутами відповідно напрямку дії механічного навантаження даної кістки. Завдяки цьому у трубчастій речовині утворюються комірки, в яких міститься кістковий мозок (рис. 2, 3).

Губчаста речовина інтенсивно забезпечується кров'ю. Вона характеризується активним мінеральним обміном. Компактна кісткова речовина складається з пластинок, що утворюють діафізи трубчастих кісток. Зовні діафіз оточений окістям (періостом), воно забезпечує ріст, живлення, регенерацію. Окістя складається з зовнішнього та внутрішнього шарів. Зовнішній шар утворюється щільною колагеновою сполучною тканиною, тісно пов'язаною з сухожиллям м'язів та колагеновими волокнами зв'язок. Від окістя у кістку проходять проривні (шарпеєві) пучки колагенових волокон, що забезпечують міцність зв'язку окістя з кісткою. Внутрішній шар окістя містить колагенові та еластичні волокна, остеоцити та остеобласти. В окісті знаходяться нерви та кровоносні судини.

Рис. 1. Схема будови трубчастої кістки:

1 -- окістя; 2 -- кровоносні судини; 3 -- зовнішня загальна система кісткових пластинок; 4 -- остеон; 5 -- вставна система; 6 -- канал остеона; 7 -- фолькманівський канал; 8 -- компактна кістка; 9 -- губчаста кістка; 10 -- внутрішня загальна система кісткових пластинок

Рис. 2. Поперечний розріз трубчастої кістки:

1 -- канал остеона; 2 -- остеоцити

Останні через відповідні канали проникають у кісткову тканину та кістковий мозок. Кісткові пластинки компактної речовини діафізів трубчастих кісток утворюють зовнішню загальну систему пластинок, остеонний шар, вставні системи і внутрішню загальну систему кісткових пластинок. Кісткові пластинки зовнішньої загальної системи розміщені паралельно до поверхні кістки і тісно зв'язані з окістям. Остеонний шар займає більшу площу кістки.

Остеон -- сукупність 4-- 20 трубчастих пластинок, вставлених одна в другу; за своєю формою вони мають вигляд спиляного дерева. У копитних тварин остеони побудовані з пластинок з майже горизонтальним або вертикальним спрямуванням колагенових волокон, що забезпечує міцність та пружність. їх центральні канали містять судини, остеобласти та остеокласти. Між остеонами знаходяться вставні пластинки, що являють собою залишки остеонів у стані моделювання.

Внутрішні загальні пластинки межують з ендоостом, останній відмежовує кістковомозкову порожнину і складається з тонковолокнистої сполучної тканини і містить остеобласти та остеокласти. В пластинках зовнішньої загальної системи проходять проривні пучки і канали з кровоносними судинами та нервами, розгалужуються, з'єднуються з центральними каналами остеонів і анастомозують між собою. Остеоцити лежать між кістковими пластинками, а кісткові канальці пронизують системи пластинок.

Розвиток кісткової тканини -- остеогенез. Існує два різновиди остеогенезу -- безпосередньо із мезенхіми та заміни кісткою гіалінового хряща. Ділянки мезенхіми, в яких почався остеогенез за зовнішнім виглядом являють собою мембрани, осифікація у них називається інтрамембранною. Цей остеогенез характерний для розвитку кісток черепа та нижньої щелепи, на місці, де утворюється кістка, спочатку знаходиться шар рихлої мезенхіми, вона має вигляд зірчастих клітин з відростками, які вступають в контакт з відростками сусідніх клітин мезенхіми, утворюючи сітку, остання занурена в аморфну міжклітинну речовину, що містить окремі пучки колагенових волокон і кровоносні судини. Окремі мезенхімні клітини відмежовані міжклітинною речовиною. На поверхні таких остеогенних острівців, швидко і непомітно переходять через стадію остеогенних клітин, диференціюються в остеобласти, що беруть участь в остеогенезі. Окремі остеобласти втрачають здатність синтезувати міжклітинну речовину, замуровуються в неї і перетворюються в остеоцити, міжклітинна речовина насичується фосфатом кальцію, який нагромаджується в кістковій тканині у результаті розпаду гліцерофосфату крові під впливом лужної фосфатази. Фосфат кальцію та вуглекислий кальцій, що при цьому утворюються, насичують основну речовину кісткової тканини. В зоні мінералізації остеобластами інтенсивно секретуються глікозаміноглікани, які потім розщеплюються лізосомними ферментами, утворюючи при цьому високоактивні аніони. В цьому процесі значне місце належить АТФ, яка може бути одночасно і джерелом фосфору, необхідного для кальцифікації й джерелом енергії. Цей тип остеогенезу характерний для розвитку первинної грубоволокнистої кісткової тканини. В подальшому первинна грубоволокниста тканина заміщується пластинчастою кістковою тканиною.

Рис. 3. Схема будови остеокласта:

1 -- ядро; 2 -- гофрований край остеокласта; 3 -- світла зона; А -- лізосоми; 5 -- зона резорбції міжклітинної речовини; 6 -- мінералізована міжклітинна речовина

Остеогенез на місці хряща. Інший різновид остеогенезу характерний для кісток тулуба, кінцівок, основи черепа. Він також відбувається в мезенхімі, однак йому передує формування моделі з гіалінового хряща, який руйнується і замінюється кістковою тканиною. При цьому в ділянці навколо хряща виникає волокниста кісткова манжетка, що сприяє появі перихондрального окостеніння. Воно відбувається за рахунок міграції із судин охрястя остеогенних клітин, які продукують осеїнові волокна й хондромукоїд, відбувається їх звапнування. Поступово манжетка потовщується і росте в напрямку епіфізів. Вона відмежовує ріст хряща в товщину і зумовлює формування у ньому клітинних колонок. Клітини хряща збільшуються в розмірі, набувають пузирчастого вигляду, їх ядра зморщуються, розпадаються. Міжклітинна речовина хряща між колонками клітин ущільнюється, заповнюється, утворює хрящові балки. Настає енхондральне окостеніння, яке супроводжується утворенням діафізарного центру окостеніння, що починається з проростання кровоносних судин кісткової манжетки всередину діафізу хрящової моделі; з судинами мігрують різнодиференційовані мехенхімні клітини гемопоетичного ряду й остеогенні. За рахунок остеокластів у хрящі виникають порожнини резорбції. Останні з'єднуються і утворюють кістково-мозкову порожнину. Малодиференційована сполучна тканина утворює первинний кіст-ковий мозок, збагачений остеобластами та малодиференційованими елементами, які в подальшому перетворюються у елементи дефінітивного кісткового мозку.

Навколо кровоносних судин утворюються кісткові пластинки, формуються остеони. В подальшому енхондральна кісткова тканина повністю розсмоктується і на її місці утворюється кістково-мозковий канал, зникає примітивна грубоволокниста кісткова тканина. Одночасно з енхондральним остеогенезом з боку окістя відбувається активний перихондральний остеогенез. Періостальна кісткова тканина являє собою компактну речовину кісток скелету, її будова типова пластинчастій з характерними системами кісткових пластинок. В епіфізах кісток центри окостеніння виникають пізніше. Окостеніння, яке виникає у діафізі, поширюється в напрямку епіфізів. У них з'являються місця окостеніння, за винятком хряща, що покриває суглобову поверхню та хрящову пластинку росту (епіфізарну лінію), яка відмежовує епіфіз від діафізу. Хрящ суглобової поверхні зберігається протягом усього життя тварини; у дорослих тварин хрящ епіфізарної лінії костеніє. За рахунок хряща епіфізарної лінії кістка росте в довжину.

Регенерує кісткова тканина за рахунок камбіальних елементів окістя. Перебудова кісток відбувається протягом усього життя тварини.

Розділ 2. Особливості будови окістя в безхвостих амфібій
На стегнових кістах амфібій (личинки Rana temporarіa, Pelobates fuskus, Hyla arborea на стадії 46, 47, 49 по Терентьєву, 1950; на стадії метаморфоза личинки, сеголіток і статевозрілих амфібій) у різні періоди онтогенезу вивчалися початкові стадії появи періосту і його наступний розвиток у процесі заміщення хрящової закладки кістою зі звертанням особливої уваги на клітинний склад і загальну архітектоніку за морфологічними і гістохімічними ознаками.

Шматочки стегнової кісти разом з періостом або тільки відщиплений періост вирізували із середньої частини діафізу, зони проксимального і дистального метафізів.

Відібраний матеріал фіксували в рідині Карнуа, 10 %-м нейтральному формаліні, 6 %-м формаліні, на насиченому розчині бензойної кислоти, у 80° і 96°-м етанолі при кімнатній температурі і при +4°С. У тих випадках, коли періост вирізували з підлягаючою кістою, відібрані шматочки поміщали в 10 %-й розчин динатриєвої солі етилендіаментетрауксусной кислоти при 18 °С (рН 7,4). Підготовлені зразки заливали в парафін. Гістологічні зрізи (5-6 мкм) офарблювали гематоксилин-еозином по Майеру і по Делафильду, а також селективними методами для виявлення визначених структур; у клітках визначали мітотичний індекс площі кліток, їхній ядерно-плазменне відношення. Числові показники оброблені методами варіаційної статистики.

У личинок на стадії 46 періост починає диференціюватися в діафізарній зоні майбутньої кісти. Перші ознаки периостальних структур з'являються на основі перихондра ще до виникнення тут кісткової пластинки. У цей час у найглибшому шарі перихондра клітини набувають характерного вигляду остеобластів і починають продукувати фермент лужну фосфатазу. Ці ознаки свідчать про початок розгортання периостального остеопластичного процесу. Очевидно, поява перших остеобластів зв'язано з проникненням кровоносних судин у перихондр і остеогенного диференціювання клітин перихондра в локусах, підготовлених до периостальному остеогенезі. Діяльністю цих клітин по окружності діафізарної хрящової закладки у вигляді такого пояса починає формуватися периостальна кісткова манжетка.

Клітини, що мають властивості остеобластів, морфологічно виділяються в новому періості більш великими розмірами, округлим ядром із сітчастою структурою і масивною цитоплазмою зі слабкими оксифільними властивостями. Для них характерна також визначена топографія: вони розташовуються безпосередньо в поверхні закладки і повернені до неї цитоплазматичной масою, тоді як ядро в кожній клітині знаходиться на протилежному кінці. Такий полярний розподіл ядра і цитоплазми додає зрілому функціонуючому остеобластові своєрідний вид комети, поверненої "хвостом" до споруджуваної кісти (мал. 4). Остеобласти, що дозрівають, (преостеобласти) мають більш симетричні контури з центральною локалізацією ядра. Маси цитоплазми в них не перевищує 1/3 її обсягу в зрілих формах. По фронті остеогенеза остеобласти в періості розташовуються в один ряд. Тут майже немає волокнистих структур, фіброзний каркас розташовується трохи вище і зв'язаний безпосередньо з преостеобластичним диференціюванням. Загальна товщина періосту в діафізарній зоні не перевищує 52 мкм.

У метафізарній зоні трубчастої кісти вже на 46-й стадії остеогенезу жаби мається типове для земноводних грибоподібне розростання епіфізарного хряща (мал. 5). У круговій щілині між диафизарной областю кісти, що розвивається, і хрящовим дивертикулом її епіфіза з моменту появи діафізарної кісткової манжетки сусідять на невеликій відстані кіста і хрящ. У цій області зберігається також своєрідна структура, що свідчить не тільки про можливу функціональну сумісність перихондра і періосту, але і про їхню єдність по генезу.

Рис. 4. Перихондр закладки стегнової кістки Rana temporarіa (в області диафиза). Видні остеобласти, що диференціюються, у внутрішньому шарі перихондра (гематоксилін Делафильда - эозин; про. 40, ок. 7).

Рис. 5. Періост області завороту хрящового епіфіза і метафиза стегнової кістки жаби. Між хрящовим епіфізом і кісткою розташовуються скелетогенные клітини (гематоксилін Делафильда - еозин; про. 60; ок. 7).

Перихондрально-періостальна ділянка включає всього 2-3 ряду клітин, з яких внутрішній шар складається з остеобластів, а зовнішній - з хондробластів (мал. 5). У кінцевому верхівковому відділі щілини, куди край кісткової трубки не досягає, утримуються тільки хондробласти.

У личинок 47-й стадії розвитку в трубчастих кістах кінцівок зберігається та ж ситуація, що описана для стадії 46 з тією лише різницею, що перихондральна кісткова трубка в області діафізу має трохи більші розміри по довжині і масі. Якщо на попередній стадії зачаток кісткового діафізу мав вигляд на гістологічному зрізі як тонка (10-12 мкм) пластинка, то на стадії 47 вона досягає в товщину 24 мкм і вже містить у своєму складі одиничні остеоцити (включені в кісту остеобласти) (мал. 6). У центральній частині діафізу остеобласти періосту здобувають подовжену форму і подовжнє розташування без вираженого полярного орієнтування до фронту остеогенеза (мал. 6). Зміна форми в остеобластах, як правило, сполучено з їхньою функціональною активністю (Мажуга, 1978; Вечерська, 1984).

Можна думати тому, що в серединній зоні діафіза кістки, що розвивається, остеопластичний процес здобуває поступово меншу інтенсивність, чим у метафізах.

Рис. 6. Періост центра диафиза стегнової кісти R. temporarіa на 47-й стадії розвитку. Відзначаються одиничні остеоцити в периостальній кістці (гематоксилін Майера - еозин; про. 40, ок. 7).

Рис. 7. Періост зони діафіза кісти жаби на 49-й стадії розвитку. Відзначається вогнище енхондральної резорбції, у якому вже помітні зачатки миєлогенного ретикулума (гематоксилін - еозин; про. 40, ок. 7).

Клітини другого (зовнішнього) ряду морфологічно більш різнорідні. Серед них зустрічаються преостеобластические стадії з порівняно великим ядром. І ті й інші зв'язані з коллагеновым каркасом, утвореним, очевидно, їхньою участю.

Кількісний розподіл кліток у різних зонах періосту характеризується наступними показниками: у діафізарної області протягом 340 мкм утримується 11 остеобластів і 10 фібробластоподібних кліток.

У личинок трав'яної жаби 49-й стадії розвитку в стегновій кісті помітне насамперед збільшення в її розмірах по довжині й у поперечнику. Перихондральна кісткова трубка добре сформована. У центрі діафіза в хрящовому стрижні до цього часу з'явилося вогнище енхондральної резорбції, у якому вже помітні зачатки мієлогенного ретикулума (мал. 7). У проксимальному і дистальному відділах хрящового стрижня чітко виступає зональна диференціювання хондроцитів, у зв'язку з чим по довжині хрящового стрижня виділяються території: епіфізів, пролиферируючих хондроцитів, гіпертрофованих хондроцитів, що відрізняються своєї цитоархітектонікой.

Страницы: 1, 2

В соцсетях