Как совместить упругость и твердость - СКЕЛЕТ: БЫЛИ БЫ КОСТИ, А МЯСО НАРАСТЕТ

Кости живого человек содержат около 50% воды, 28% - органических веществ и 22% - неорганических. Костная ткань относится к соединительным тканям. Она состоит из клеток и плотного межклеточного вещества. В костной ткани находится два вида клеток - остеобласты и остеокласты. Остеобласты - это молодые костные клетки, многогранной формы. Они постепенно превращаются в остеоциты - зрелые клетки, составляющие основное вещество кости, которые вырабатывают межклеточное вещество. Чем острее необходимость в ускоренном росте костей или зарастании перелома, тем быстрее активизируются остеобласты, превращаясь в зрелые остеоциты.

Другой, принципиально иной вид клеток костной ткани - остеокласты. Эти клетки содержат многочисленные вакуоли со специальными ферментами, способными разрушать окружающие клетки. Остеокласты необходимы для разрушения мелких осколков костей в месте переломов; кроме того, они вместе с остеобластами участвуют в построении костной ткани на месте хрящей и росте костей.

За последние 200-300 лет человек становился все выше и выше. В Европе мужчины выросли за 200 лет на 12 см, а женщины - чуть-чуть поменьше. А ведь наш рост зависит от роста костей скелета. Этот факт можно объяснить разными причинами. Во-первых, люди стали употреблять в пищу больше животных белков, что позволяет расти быстрее и дольше. Во-вторых, возросло потребление глюкозы, дающей энергию, в частности, и для процессов роста. В-третьих, успехи здравоохранения позволяют избавить детей от целого ряда болезней, препятствующих росту (например, от рахита). Скорее всего, все эти факторы позволяют нам быть “в среднем” выше наших дедушек и бабушек.

Форма наших костей никогда не бывает такой, как на пиратских флагах, т. е. с утолщениями на обоих концах. Форма костей определяется, прежде всего, теми функциями, которые они выполняют в организме, а также зависит от способа прикрепления к ним поперечнополосатых мышц. В местах прикрепления сухожилий мышц на костях образуются гребни, бугорки, шероховатости.

В состав костной ткани входят органические вещества, придающие им упругость (коллаген), и неорганические вещества, главным образом минеральные соли фосфора, кальция, магния. Минеральные соли придают костям твердость. Если путем выжигания удалить из кости органические вещества, то кость будет по-прежнему твердой, но очень хрупкой, бьющейся как стекло. Если же при помощи соляной кислоты растворить минеральные соли, то кость станет мягкой и упругой, так что ее можно будет завязывать узлом. В костях детей больше органических веществ, и они более упруги, чем кости взрослого человека. Наиболее прочны кости у людей в возрасте 20-40 лет. У пожилых людей из-за нарушений минерального обмена кости становятся хрупкими.

В микроскоп видно, что кость состоит из огромного числа трубочек, называемых остеонами. Остеон представляет собой несколько слоев тончайших костных пластинок, расположенных концентрически вокруг канала, по которому проходят кровеносные сосуды, питающие остеон, и нервные волокна. Между костными пластинками расположены костные клетки. Если костные трубочки уложены в кости плотно, то образуется так называемое компактное вещество кости, а если рыхло, то губчатое вещество кости (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Схема строения кости: 1 - надкостница (соединительнотканная наружная оболочка); 2 - губчатое вещество; 3 - каналы Фолькмана (пространства, по которым проходят сосуды и нервы); 4 - костномозговая полость, заполненная костным мозгом; 5 - компактное вещество

Рассмотрим в качестве примера строение бедренной кости (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Строение бедренной кости: 1 - эпифиз; 2 - гиалиновый хрящ; 3 - надкостница; 4 - костный мозг; 5 - диафиз

Средняя часть кости называется диафизом, а концевые суставные головки - эпифизами. Внутри диафиза находится канал, наполненный желтым костным мозгом. Поэтому такие кости, как бедренная, называются трубчатыми. Диафиз образован компактным веществом и покрыт снаружи особой оболочкой, состоящей из соединительной ткани - надкостницей. В ней проходит большое число кровеносных сосудов и расположено множество болевых рецепторов. Внутренний слой надкостницы состоит из остеобластов. Делясь, остеобласты образуют костное вещество, за счет чего кость растет в толщину. Эпифизы бедренной кости образованы губчатым веществом, промежутки между которым заполнены красным костным мозгом. Снаружи эпифизы покрыты очень прочным и гладким гиалиновым хрящом толщиной около 0,5 мм. Этот хрящ сводит к минимуму трение между костями в суставах.

Микроскопическое строение костного вещества было исследовано профессором анатомии Георгом-Германом фон Мейером еще в середине XIX в. Считается, что строитель замечательной парижской башни Густав Эйфель видел рисунки фон Мейера и они навели его на мысль, как сделать башню одновременно легкой и прочной. Позднее русский инженер Шухов также воспользовался “идеей природы”, сконструировав круглую в сечении башню из абсолютно прямых трубчатых элементов. Эта “костеобразная” башня, построенная на Шаболовке в начале 1920-х гг. для трансляции радиопередач, в наше время обеспечивает вещание нескольких каналов телевидения.

Наши кости способны выдерживать огромные напряжения. Например, бедренная кость прыгуна в длину в момент приземления испытывает нагрузку в 9 т! Но сломать можно все, в том числе и абсолютно здоровые кости. Эксперименты показали, что кости разрываются при растяжении до 3600 кг/см² и ломаются при сжатии в 5400 кг/см². При срастании переломов ведущую роль выполняют остеобласты (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Этапы регенерации костной ткани после перелома: а - стадия гематомы; б - стадия фиброзно-хрящевой костной мозоли; в - стадия ремоделирования

На костях мозговой части черепа надкостница развита слабо, поэтому травмы черепа плохо затягиваются костной тканью. Да и для правильного срастания других костей нужно довольно много времени. Например, плечевую кость при переломе фиксируют гипсовой повязкой самое малое на 15 дней, а то и больше.

Кроме длинных трубчатых костей, к которым, не считая бедренных костей, относятся кости голени, плеча и предплечья, различают короткие трубчатые кости (например, кости пальцев), губчатые кости (ребра, грудина, запястье), плоские кости (лопатки, тазовые кости, кости мозговой части черепа).

У новорожденного ребенка скелет состоит из 350 костей, что гораздо больше, чем у взрослого человека. Кроме того, в скелете младенца очень много хрящевой ткани. С возрастом она постепенно окостеневает. В последнюю очередь происходит замена хряща на кость в области шеек длинных костей, т. е. между диафизом и эпифизами. В этих областях клетки делятся, за счет чего кости растут в длину. Окончательное окостенение шеек длинных костей происходит у женщин к 16-18 годам, а у мужчин немного позднее - к 20-22 годам. После этого рост прекращается.

По мере развития скелета его пропорции сильно меняются. Голова у шестинедельного эмбриона по длине равна туловищу. У новорожденного младенца голова относительно еще очень крупная и середина длины тела приходится на пупок. А вот у взрослого человека срединная линия тела проходит через лонное сочленение, т. е. сразу над половыми органами.