Kaula apkakle: kā veidojas jauns kauls

Skrimšļaino sagatavi apņem plāns saistaudu apvalks, ko sauc par perihondriju. Kad sagataves vidusdaļā skrimšļa šūnas sāk uzbriest, tās izdala signālvielas, kas maina apkārtējo audu likteni. Perihondrija iekšējā slāņa šūnas pārstāj veidot skrimsli un pārvēršas par osteoblastiem, tas ir, kaulu veidojošām šūnām. No šī brīža apvalku pareizi saukt jau par kaulplēvi.

Osteoblasti sāk izdalīt kaula pamatvielu tieši uz skrimšļa virsmas. Sākotnēji tā ir nesakārtota, tā sauktā pinuma tipa kauls, kas ir ātri veidojams, bet ne pārāk izturīgs. Vēlāk tas tiek pārbūvēts par sakārtotu slāņainu kaulu.

Pati apkakle sākumā ir šaurs gredzens ap sagataves vidu, bet tā pakāpeniski izplešas uz abām pusēm, sekojot līdzi tam, kā skrimslis iekšpusē sabrūk. Tādējādi kaula caurulīte vienmēr ir nedaudz garāka par sabrukušo zonu.

Tā kā apkakle ir necaurlaidīgāka nekā skrimslis, tā arī pasliktina barības vielu nokļūšanu iekšējā skrimslī. Tas paātrina skrimšļa šūnu bojāeju vidusdaļā un tādējādi netieši veicina pašu pārkaulošanos.

1. Mezenhimālās šūnas sablīvējas un izveido skrimšļa sagatavi topošajam kaulam.
2. Sagataves vidusdaļā skrimšļa šūnas uzbriest un maina izdalīto vielu sastāvu.
3. Perihondrija iekšējā slāņa šūnas pārveidojas par osteoblastiem.
4. Osteoblasti izveido plānu kaula gredzenu ap sagataves vidusdaļu: kaula apkakli.
5. Skrimslis apkakles iekšpusē piesātinās ar kalciju, un tā šūnas iet bojā, atstājot dobumus.
6. Caur apkakli ieaug asinsvadu pumpurs ar kaula šūnu priekštecēm.
7. Izveidojas primārais pārkaulošanās centrs, no kura kauls izplatās uz abiem galiem.

Inženierijā ir labi zināms, ka caurule ir daudz izturīgāka pret liekšanu nekā tāda paša svara stienis. Materiāls, kas atrodas tālāk no ass, dod nesamērīgi lielāku ieguldījumu izturībā. Kaula apkakle ir tieši tāda caurule, un tā rodas ap sagataves vidusdaļu, kas ir vieta, kur liekšanas slodze ir vislielākā.

Tas izskaidro attīstības secību: apkakle izveidojas pirms tam, kad iekšpusē sākas sabrukums. Ja secība būtu pretēja, kaula sagatave vidū kļūtu mīksta un saliektos.

Tas pats princips darbojas arī vēlāk. Garais kauls aug garumā no augšanas plātnītēm, bet biezumā tas aug tieši no kaulplēves, kas pievieno jaunus slāņus no ārpuses, kamēr iekšpusē osteoklasti paplašina smadzeņu dobumu. Rezultātā kauls kļūst resnāks, bet ne daudz smagāks.

Tieši tāpēc slodze, ko kauls saņem bērnībā un pusaudža vecumā, tik ļoti ietekmē pieaugušā kaula izturību: tā ietekmē nevis kaula garumu, bet cauruļveida sienas biezumu un diametru.

Skeletā abi veidošanās veidi pastāv vienlaikus, un to atšķiršana palīdz saprast, kāpēc dažādas kaulu slimības skar dažādas skeleta daļas.

Galvaskausa velves kauli un sejas kauli veidojas tieši saistaudos, bez skrimšļa starpposma. Garie kauli, skriemeļi, iegurņa kauli un galvaskausa pamatne veidojas caur skrimšļa sagatavi. Atslēgas kauls ir īpatnējs, jo tajā notiek abi veidi.

Pēc primārā pārkaulošanās centra izveides kauls aug uz abiem galiem. Pēc piedzimšanas kaula galos izveidojas sekundārie pārkaulošanās centri, un starp tiem un kaula ķermeni paliek skrimšļa josla, ko sauc par augšanas plātnīti.

Augšanas plātnītē skrimšļa šūnas ir sakārtotas kārtās, kas nepārtraukti atkārto to pašu procesu, kas reiz notika sagataves vidusdaļā: šūnas vairojas, uzbriest, pamatviela piesātinās ar kalciju, šūnas iet bojā un to vietā veidojas kauls. Tādējādi kauls kļūst garāks, bet plātnīte paliek vienā biezumā.

Augšanas plātnītes ātrumu regulē hormonu un vietējo signālvielu kopums. Nozīmīga ir augšanas hormona un ar to saistītā augšanas faktora ietekme, vairogdziedzera hormoni, dzimumhormoni un vietējais atgriezeniskās saites loks starp divām signālvielām, kas nosaka, cik ātri šūnas pāriet no vairošanās uz uzbriešanu.

Pubertātes laikā dzimumhormoni vispirms paātrina augšanu un pēc tam izraisa plātnītes aizvēršanos. Kad plātnīte ir pilnībā aizstāta ar kaulu, garumā augšana beidzas neatgriezeniski; biezumā kauls var pārbūvēties visu mūžu.

• Atpūtas kārta: neaktīvas skrimšļa šūnas, kas kalpo par krājumu.
• Vairošanās kārta: šūnas dalās un sakārtojas kolonnās.
• Uzbriešanas kārta: šūnas kļūst lielas un maina izdalīto vielu sastāvu.
• Pārkaļķošanās kārta: pamatviela piesātinās ar kalcija sāļiem, šūnas iet bojā.
• Pārkaulošanās kārta: ieaug asinsvadi, un uz skrimšļa paliekām veidojas jauns kauls.

Traucējumi šajā ķēdē rada plašu iedzimtu skeleta slimību grupu. Ja signālu sistēma, kas bremzē skrimšļa šūnu vairošanos, ir pārāk aktīva, garie kauli aug par īsu, bet galvaskausa velve, kas veidojas citā veidā, aug normāli; no tā izriet raksturīgās ķermeņa proporcijas. Ja bojāta kaula pamatvielas galvenā olbaltumviela, kauli kļūst trausli un viegli lūst.

Uztura un vielmaiņas traucējumi visvairāk skar pārkaļķošanās soli. Bērnam ar D vitamīna trūkumu augšanas plātnītē nenotiek normāla kalcija nogulsnēšanās, plātnīte paplašinās un kļūst mīksta, kāju kauli saliecas un locītavu gali izplešas; šo stāvokli sauc par rahītu.

Augšanas plātnītes traumas bērnībā ir atsevišķa un svarīga problēma. Tā kā plātnīte ir vājākā vieta bērna kaulā, lūzuma līnija bieži iet tieši caur to. Ja daļa plātnītes pēc tam aizaug ar kaulu, kauls turpmāk aug nevienmērīgi un rodas leņķa deformācija. Tieši tāpēc bērnam pēc traumas ar sāpēm pie locītavas vienmēr nepieciešams ārsta vērtējums, pat ja rentgenā sākotnēji izmaiņas nav redzamas.

Pieaugušajiem kaulplēves aktivizēšanās nav normas variants. Ja rentgenā ap kaulu parādās jauna kaula slānis, tas liecina par lūzumu, infekciju vai audzēju, un ir iemesls nopietnai izmeklēšanai. Ar šīm problēmām nodarbojas ortopēds un traumatologs, bērniem bērnu ortopēds, vielmaiņas cēloņu gadījumā endokrinologs, bet iedzimtu skeleta slimību gadījumā medicīnas ģenētiķis.

Pamatmetode joprojām ir rentgenuzņēmums. Tajā redzams, cik plats ir augšanas plātnītes izgaismojums, vai kaula apvalks ir vienmērīgs un vai nav jauna kaula slāņa ap kaulu. Bērniem plaukstas un plaukstas locītavas rentgenuzņēmumu izmanto kaula vecuma noteikšanai, salīdzinot pārkaulošanās centru parādīšanos ar vecuma standartiem.

Zīdaiņiem daudzas skeleta daļas vēl ir skrimšļainas un rentgenā nav redzamas, tāpēc gūžas locītavas izmeklēšanai lieto ultrasonogrāfiju. Magnētiskā rezonanse labi parāda skrimsli, augšanas plātnīti un kaulu smadzeņu tūsku, tāpēc to lieto agrīnas infekcijas, audzēja un plātnītes bojājuma novērtēšanai.

Datortomogrāfija dod vislabāko kaula ģeometrijas attēlu un noder sarežģītu lūzumu un pēctraumas deformāciju plānošanā. Kaula blīvuma mērījumu izmanto galvenokārt pieaugušajiem osteoporozes vērtēšanai, bet bērniem to interpretē pēc īpašiem, vecumam pielāgotiem principiem.

Laboratorijā vērtē kalciju, fosforu, sārmaino fosfatāzi, D vitamīna rādītāju un parathormonu; šie rādītāji palīdz atšķirt vielmaiņas cēloņus no ģenētiskiem.

Pirmā sajaukšana ir starp kaula apkakli un lūzuma dzīšanas laikā veidojušos dzijas jeb kalusu. Lūzuma dzīšanā tiešām atkārtojas tie paši soļi: vispirms veidojas skrimšļains veidojums, kas pēc tam tiek nomainīts pret kaulu. Atšķirība ir tā, ka apkakle ir attīstības parādība auglim, bet kaluss ir dzīšanas reakcija jebkurā vecumā.

Otrā sajaukšana ir starp augšanas plātnīti un lūzuma līniju rentgenuzņēmumā. Bērna kaulā plātnīte izskatās kā regulāra, gluda, šķērsa josla ar skaidrām malām; lūzuma līnija ir nelīdzena un bieži neatbilst tipiskai plātnītes vietai. Ja rodas šaubas, salīdzina ar otras puses uzņēmumu.

Trešā sajaukšana ir starp normālu kaula pārbūvi un kaulplēves reakciju slimības gadījumā. Normāla kaula virsma ir gluda; slimības gadījumā jaunais kaula slānis var būt sīpola mizai līdzīgs vai adatveida, un tas prasa steidzamu tālāku izmeklēšanu.

Kaula apkakle labi parāda, ka kaula veidošanās nav tikai ķīmija, bet arī mehānika. Apkakle rodas tieši tur un tieši tad, kad topošajam kaulam visvairāk draud saliekšanās, un tās forma atbilst inženierijas principiem, kas tika aprakstīti daudzus gadsimtus vēlāk. Kaula šūnas visu mūžu turpina reaģēt uz mehānisko slodzi, pievienojot materiālu tur, kur spriegums ir lielāks.

No tā izriet praktisks secinājums bērnu un pusaudžu veselībai. Kustību veidi, kas rada triecienus un pretestību, piemēram, skriešana, lēkšana, bumbas spēles un vingrošana, ietekmē kaula caurules sienas biezumu tieši augšanas periodā. Pieaugušā vecumā šo logu vairs nevar atgriezt, jo pārbūve turpinās, bet daudz lēnāk.

Otrs mazāk zināms punkts ir tas, ka tā pati kaulplēve, kas auglim izveido apkakli, pieaugušajam paliek klusa, bet nezaudē spēju. Kad kauls lūst, tieši kaulplēves iekšējā slāņa šūnas atkal pārveidojas par kaulu veidojošām un sāk jaunu kaula veidošanos. Tāpēc operāciju laikā kaulplēves saudzēšana ir viens no faktoriem, kas ietekmē lūzuma dzīšanas ātrumu.