Klinická kineziologie a patokineziologie (Ukázka, strana 99)

98 Klinická kineziologie a patokineziologie

5.3.1 Růst, modelace a remodelace kostí Osifikace Kosti vznikají z vazivového nebo chrupavčitého kostního modelu (blastému) procesem osifikace. Z obecně biologického hlediska je osifikace procesem syntézy specifických kolagenů, proteoglykanů a procesem de­ pozice hydroxyapatitu.

Nejprve se tvoří kost primární, která je nahrazována kostí sekundární. Vždy tedy nejprve vzniká nezralá kost, která je odbourávána a nahrazována kostí zralou.

Intermembranózní (desmogenní) osifikace Intermembranózní (desmogenní) osifikace začíná z kondenzátu mezenchymových buněk, které se na počátku osifikačního procesu diferencují na buňky schopné produkovat kostní hmotu, tj. na osteoblasty. Mezenchymový kondenzát má již přibližný tvar budoucí kosti (obr. 5.4).

Mezibuněčná hmota vyprodukovaná osteoblasty postupně kalcifikuje a osteoblasty obklopuje a izoluje.

Osteoblasty se pak následně mění na metabolicky méně aktivní osteocyty. Tímto procesem vznikající ostrůvky kostní tkáně, které se stále zvětšují (mezenchymové buňky na okrajích ostrůvků se rychle dělí), splývají ve větší celky a vytvářejí základy (blastémy) desmogenně osifikujících kostí.

Procesem desmogenní osifikace vznikají především ploché lebeční kosti a řada krátkých kostí. Desmogenní osifikací rostou do šířky i diafýzy dlouhých kostí.

Enchondrální (chondrogenní) osifikace Enchondrální (chondrogenní) osifikací vznikající kost je nejprve vytvořena v chrupavčitém modelu (chondrogenní blastém), který tvarem zhruba odpovídá budoucí definitivní kosti. Histologicky jde o hyalinní chrupav­ ku. Stupeň tvarové shody chrupavčitého modelu s definitivní kostí je pochopitelně závislý na věku plodu (obr. 5.5).

Při enchondrální osifikaci krátkých kostí vzniká osifikační jádro v centru chrupavčitého modelu a z centra pokračuje osifikace na periferii. Vlastní kostní tkáň vzniká vždy diferenciací buněk migrujících z budoucího periostu, resp. perichondria chrupavčitého modelu. Ne tedy přímou přeměnou (transformací) buněk hyalinní chrupavky.

Z chrupavčitého modelu nakonec vzniká ­fibrilární kost pokrytá slabou vrstvou chrupavčitých buněk.

Z okolního vaziva se tvoří okostice a teprve po jejím vzniku zmizí i poslední chrupavčitý lem na povrchu kosti. Kompakta krátkých kostí se tvoří až později – z hlubokých vrstev okostice. Již při primární osifikaci proto vzniká pevný, opěrné funkce schopný orgán – krátká kost.

Při enchondrální osifikaci dlouhých kostí jde v principu o sled změn na povrchu a v centru chrupavky, kterými vznikají nejprve ložiska a postupně i rozsáhlé okrsky kostní tkáně a celé úseky kosti. Celý osifikač­ ní proces nastartuje klíčový kostní morfogenetický protein BMP4.

1 1

2

2

3

3

4

Obr. 5.4 Desmogenní osifikace trámce temenní kosti plodu (plod v 9. týdnu vývoje): 1 – osteoblast na povrchu kostního trámce, 2 – kostní hmota trámce, 3 – prospektivní osteo­cyt, 4 – mezenchym

Obr. 5.5 Chondrogenní osifikace holenní kosti ­plodu (plod v 10. týdnu vývoje): 1 – hyalinní chrupavka, 2 – peri­chondrium, 3 – osifikovaný úsek kosti

Ukázka elektronické knihy, UID: KOS501975

Osteokinematika 99

Na povrchu chrupavky se v perichondriu aktivují vazivové buňky, ze kterých se diferencují osteoblasty produkující základní mezibuněčnou hmotu. První kostní tkáň je tedy i u dlouhé kosti výsledkem intramembra­ nózní osifikace vycházející z perichondria. Mineralizací této základní hmoty postupně vzniká, zprvu ještě fibrilární plášťová vrstva kosti – budoucí kostní kompakta (tzv. kostní prstenec).

Perichondrium Perichondrium je ve svém vývoji multipotentní pole, jehož buňky mj. produkují adhezivní molekuly leukocytů, které v koprodukci s perichondrálními buňkami aktivují osteoklasty. Osteoklasty pak následně zahajují tvorbu kanálů pro invazi cév do chrupavčitého základu budoucí kosti. Uprostřed chrupavky tedy dochází k rozpadu chondroblastů a k vrůstání krevních kapilár z povrchu chrupavčitého základu kosti. Buňky tvořící stěnu vrůstajících kapilár jsou zdrojem osteoprogenitorových buněk, jejichž transformací vznikají v centru chrupavky osteoblasty. Vznikající osteoblasty jsou producenty endo­telového růstového faktoru (resp. jeho prekurzoru), který dále stimuluje proliferaci kapilár, a stále přibývající osteoblasty se přikládají na povrch zbytků chrupavky a syntetizují ještě nezpevněnou mezibuněčnou hmotu – osteoid.

Základní složkou vlastního osifikačního procesu je prostorová orientace osteoblastů, tzn. vznik orientovaného vztahu mezi endoteliemi kapilár a osteoblasty (obr. 5.6). Osteoblasty jsou totiž sekrečně aktivní buňky (produkují kostní matrix), tj. musí se polarizovat.

Generace vznikajících osteoblastů se orientují tak, že svojí bází jsou v kontaktu s endoteliemi (resp. jejich bazálními membránami) a protilehlý pól buňky (apex) se stává jejich sekrečním koncem. Tímto polarizačním procesem se vytvářejí morfologické předpoklady vzniku metabolického gradientu, který je pro sekrečně vysoce exponované osteoblasty, rozhodující.

Primární a sekundární osifikace Primární a sekundární osifikace vznikají ve středních partiích diafýzy jako primární osifikační centra (jádra).

Expanzivní longitudinální růst primárních center je provázen i růstem kostěného periostálního prstence. Zároveň s tímto procesem se aktivují osteoklasty, resorbující primární kostní tkáň směrem od centra k epifýzám. Tímto procesem vzniká elongovaná dřeňová dutina. Kmenové buňky kostní dřeně vznikají z mezenchymu in situ.

Cirkulující krví jsou pak zanášeny krevními kapilárami do vznikající kosti.

Osteoblasty v centrální části chrupavčitého modelu – v místě budoucího vnitřního povrchu dřeňové dutiny, dávají vzniknout kostním trámcům, které vytvářejí i houbovitou strukturu budoucích kloubních konců kosti. Vznikající plášťová a spongiózní část kosti není ještě definitivní – jde teprve o fibrilární, vláknitou kost.

Vznik fibrilární kosti je výsledkem procesu tzv. pri­ mární osifikace. Primární osifikace končí vznikem primární kosti.

Proč vznikají primární osifikační centra vždy na přibližně stejných místech chrupavčitých modelů kostí, není jasné. Zdá se, že má určité opodstatnění hydrosta­ tická teorie (teorie pružného napětí), která předpokládá

1

5

2

3

Obr. 5.6 Osteoprogenitorová buňka (ELM): 1 – oste­o­ blast, 2 – kostní kanálek, 3 – prostor lakuny vznik maximálního hydrostatického zatížení v určitých místech chrupavčitých modelů kostí (vznik tzv. hydrostatických bodů), vyvolávající lokální změnu látkové výměny chrupavky. Kritické snížení látkové výměny a hypoxie (například komprese cév) vede k rozpadu chondroblastů (-cytů) a k uvolnění prostoru pro vrůstání kapilár. Zároveň klesá tvorba fibronektinu a snižuje se i denzita tkání. Lokalizace hydrostatických bodů se významně shoduje se zatížením kompaktní kosti tahem okostice, svalových úponů a vlivem spontánních pohybů plodu. Teorie pružného napětí je ve shodě s chováním různě aktivních fýz dlouhých kostí. Například distální fýza femuru se po narození stává dominantní růstovou strukturou stehenní kosti. Napětí, které vzniká v okolním perichondriu, vyvolává „stěhování“ hydrostatických bodů a následnou urychlenou remodelaci celé distální epifýzy femuru.

V dalším období vývoje plodu se v epifýzách vytvářejí sekundární osifikační centra. Sekundární centra mají sférický tvar s mírným oploštěním proti diafýze.

Svým objemem zabírají většinu diafýzy. Rostou radiálně (obr. 5.7).

Proces vzniku sekundárních center je podobný procesu vzniku center primárních. Rozdíl obou pochodů je v tom, že po vzniku kostní tkáně v sekundárních centrech není zbytková chrupavka epifýz likvidována a zůstává zachována jako kloubní a růstová chrupav­ ka. Odbourávání a opětná výstavba kosti se několikrát opakují, až vznikne tvarově a strukturálně definitivní lamelární kost. Celý proces považujeme za sekun­ dární osifikaci.

Ukázka elektronické knihy, UID: KOS501975

100 Klinická kineziologie a patokineziologie

Obr. 5.7 Sekundární osifikační centrum v capitulum humeri

a ulny. Ke zhodnocení RTG (sono) snímků je využívána i počítačová animace a prostorové hodnocení obrazu (obr. 5.8).

V textu používáme údaje o časové posloupnosti v diferenciaci primárních a sekundárních osifikačních center, resp. o splývání jednotlivých partií osifikovaných kostí.

Jde o značně variabilní proces, jehož dynamika není dána pouze vlastní biologickou podstatou osifikačního procesu a faktorů, které jej moderují, ale i metodologií, kterou k zachycení osifikačních jader in vivo po­ užijeme (například sono ↔ RTG). Velké časové rozdíly mající svůj odraz i v odborné literatuře jsou důsledkem meziregio­nální populační variability v časovém postupu osifikace (asijská ↔ evropská populace) a jsou důsledkem i mezi­generační variability. Mezigenerační rozdíly v časovém profilu osifikace jsou značné a prakticky limitují klinické využití historické literatury. Za této situace bylo nutné definovat, které údaje přijímat jako relevantní. Vzhledem k požadavku na klinické využití těchto údajů vycházíme výhradně z RTG a sonografických údajů posledních de­seti let, získaných u evropské a severoamerické populace. V řadě konkrétních situací je velmi obtížné charakterizovat časový rozdíl v průběhu osifikačního procesu u mužů a u žen (obr. 5.9). Pokud jsou pro pohlavní dimorfismus osifikace relevantní údaje, jsou tyto rozdíly respektovány. Ve většině situací se předpokládá, že závislost osifikace na pohlaví je zanedbatelná nebo nebyla novějšími metodami, například volumetrií osifikačních jader, studována.

Kostní věk Tvorba primárních a sekundárních osifikačních center je časově sice poměrně variabilní pochod, ale procesuálně jde o sled biologických změn, které jsou vzácně stálé (podobné). Posouzení kostní zralosti postkraniál­ ního skeletu, tj. určení kostního věku, je proto vše­ obecně považováno za nejpřesnější metodu stanovení biologického věku dítěte. Ke stanovení kostního věku jsou běžně používány metody TW2, TW3 a GP (TW2, TW3 – M. Tanner a P. Whitehous; GP – W.W. Greulich a S. I. Pyle). Metody určení kostního věku (skeletální maturace) jsou založeny na vyšetření velikosti a tvaru osifikačních center 20 kostí ruky a distální epifýzy radia

Růst dlouhých kostí, fýzy Kost roste do délky z růstových chrupavek, fýz (physis), a do šířky z hluboké vrstvy periostu (perichondria).

Tloušťka stěny diafýzy je budována i z endostu. Epifýzy dlouhých kostí rostou radiálním růstem jejich chrupavčitého základu, který postupně osifikuje.

Kostní fýzy jsou komplexní systémy, složené z řady struktur zabezpečujících dvojí roli růstových zón: růsto­ vou a modelační. Jsou prostorově polarizované, tj. proli­ ferují a diferencují se pouze směrem ke kostní diafýze.

Je-li fýza experimentálně otočena, nediferencuje se.

Polarizace je zřejmě generována z perichondria fýzy.

Mezi vážné kandidáty na látky indukující polarizační proces patří především PTH proteiny. Jde o molekuly

Stavba fýzy Kostní fýzy jsou tvořeny: 1. Zónou rezervní klidové chrupavky, kterou charakterizují kulaté chondroblasty, nízká tenze kyslíku v matrix a anaerobní typ buněčné respirace. Jde o avaskulární vrstvu, ve které je vápník uložen intracelulárně.

Probíhá zde syntéza glykogenu a dochází k separaci kostní tkáně od sekundárních osifikačních center.

2. Zónou proliferace – vrstvou typickou rychle se dělícími oploštěnými klony chondroblastů formujících buněč­ né sloupce – kolumny, typické aerobním typem metabolismu. Tvoří se zde vaskulární vrstva fýzy. Vápník je uložen intracelulárně a intracelulárně jsou produkovány a agregovány také proteoglykany blokující nadměrnou kalcifikaci. Zóna představuje asi 50 % objemu růstové chrupavky.

3. Zónou hypertrofie, která je nápadná elongovanými chondroblasty, tvořícími buněčné sloupce, anaerobní glykolýzou, dalším rozvojem vaskulární vrstvy, degradací proteoglykanů a produkcí kola­genu chondroblasty.

4. Zónou osifikace a kalcifikace považovanou za zónu buněčné smrti a osteoklastické přestavby matrix. Jde o vrstvu vaskulární invaze a tvorby kosti, která ihned mineralizuje (obr. 5.10).

Ukázka elektronické knihy