Кости на самом деле не белые: 15 удивительных фактов о скелете человека

«В скелете сосредоточено 90% минеральной массы организма: кальция – 99%, фосфора – 87%, магния – 58% и еще около 30 микроэлементов (медь, цинк, кремний)», – рассказывает Александр Сотин, кандидат технических наук, доцент, заведующий учебной лабораторией «Функциональной диагностики и прототипирования» кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ.

Действительно, из-за наличия в костях солей кальция, они имеют белый оттенок. Однако в кабинете биологии или в анатомических музеях кости могут дополнительно отбеливать (для дезинфекции и эстетичности) перекисью водорода или хлорсодержащими жидкостями. У живого же организма кости имеют слегка желтоватый цвет из-за соединительнотканной надкостницы и жировых клеток.

Наиболее активно кости скелета растут у детей до 7 лет, а также у подростков, то есть с 12 до 17 лет. К 25–30 годам, как правило, скелет формируется полностью. Трубчатые кости растут в длину у детей и подростков за счет хрящевых прослоек (зон роста) между эпифизами и диафизом. Когда эти хрящи замещаются костной тканью, то рост костей в длину прекращается.

«Определить, продолжается ли рост кости, можно по рентгеновскому снимку: если на нем видна зона роста, это означает, что кость еще не сформировалась. Но и в более старшем возрасте, в зависимости от действующей нагрузки, кости могут увеличиваться в толщине за счет надкостницы (периостальный тип роста кости). Перестраивается и внутренняя архитектоника кости. Однако у пожилых людей костная ткань регрессирует», – объясняет Александр Сотин.

Слово «скелет» происходит от латинского «skeleton» или «skeletos» - «высушенный». Так же и старославянское слово «кощь» или «кошть» означает «сухой», «тощий». Отсюда в русских сказках и появился похожий на скелет «Кощей бессмертный». Этимология этого органа вполне обоснованна, ведь от массы тела человека скелет составляет лишь 1/5–1/7 часть, обезжиренный и высушенный он в 2–3 раза легче и весит всего 5–6 кг.

К самым интересным названиям костей можно отнести копчик: слово происходит от древнегреческого «kokkyx» — «кукушка». Известно, что о части тела, составляющую конец позвоночного столба, писал в своих трудах греческий врач Герофил, а еще позднее, в XVI веке, происхождение названия объяснял анатом Андреас Везалий. Копчик ученые ассоциировали с кукушкой за счет схожести кости с клювом этой птицы.

У взрослого человека «по стандарту», указанному в учебниках анатомии, 206-208 костей:

«В некоторых случаях можно встретить и до 220–300 костей. Например, в черепе чешуя затылочной, лобной, височной и теменная костей в 1-2% случаев может состоять из двух-трех отдельных фрагментов. В теменной кости их называют "кости инков". Иногда встречается рудиментарная межчелюстная косточка Гете (как у кошек, собак, баранов). У большинства людей в швы мозгового черепа встроены мелкие вормиевы косточки. При тяжелой врожденной гидроцефалии кости черепа могут состоять из десятков фрагментов», – рассказывает Павел Гаряев, кандидат медицинских наук, доцент кафедры нормальной, топографической и клинической анатомии, оперативной хирургии ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера.

Наряду с постоянными сесамовидными костями (надколенником, гороховидной) встречаются и мелкие непостоянные, заключенные в толще сухожилий — чаще в кистях и стопах. Есть люди с 13 парами ребер, как у собак и кошек, добавочным шейным ребром и копчиковым позвонком. Редкое, но возможное явление — полидактилия, когда у человека по шесть пальцев на стопах или кистях.

Существует такое понятие — «костный возраст». Это возраст костей, который далеко не всегда соответствует паспортному: он может опережать средний норматив или, наоборот, отставать от него.

Например, по рентгеновским снимкам запястья можно определить, соответствует ли скорость окостенения паспортному возрасту. К моменту рождения обычно в рентген-лучах видна только головчатая кость запястья, а гороховидная только к семи годам. Но при рахите сроки окостенения хрящей запястья задерживаются – условно можно сказать, что тогда скелет ребенка как бы моложе, чем должен быть в данном возрасте.

Остеопороз — заболевание, характеризующееся снижением плотности костей из-за уменьшения количества костного вещества или недостаточности кальция. В кости появляются «дыры», из-за чего она становится хрупкой и склонной к повреждению даже при незначительном механическом воздействии.

В России остеопорозом страдают около 14 млн человек. Особенно часто болезнь встречается у женщин в период климакса - почти у каждой третьей. Из-за изменения гормонального фона и дефицита эстрогенов кальций вымывается из костей, в результате они становятся очень хрупкими. В этом случае даже несильное падение может привести к перелому шейки бедра. Профилактика остеопороза — здоровый образ жизни, сбалансированное питание и умеренные физические нагрузки.

Основная причина уменьшения роста на 2-5 см к пожилому возрасту – это сплющивание межпозвоночных хрящевых дисков под действием веса тела. Кроме того, возрастные изменения костей человека связаны с патологическими разрастаниями костной ткани в форме всевозможных наростов и шипов (остеофитов). Именно эти образования вызывают боль в суставах и приводят к ограничению их подвижности, особенно позвоночника.

«Не я толстый – это кость широкая», – утверждают обладатели избыточного веса. Однако понятия «широкой кости» не существует ни в медицинских энциклопедиях, ни в справочниках.

Костная система устроена так, что при наименьшем весе она имеет наибольшую прочность и лучше всего адаптирована к функциональным нагрузкам.

Заведующий учебной лабораторией «Функциональной диагностики и прототипирования» ПНИПУ рассказывает, что костная ткань – это довольно прочный материал — крепче стали, но при этом весит намного меньше. Костная ткань адаптирует свою структуру и механические свойства под внешние нагрузки.

Самой крупной в нашем теле является бедренная кость, и она может выдержать нагрузку вдоль своей оси до 1500 кг, но при этом может сломаться при поперечной нагрузке всего в 100-200 кг.

На протяжении всей жизни наши кости непрерывно перестраиваются. Рассасывание костной ткани происходит при участии гигантских многоядерных клеток — остеокластов. Они разрушают старую или бесполезную, ненагруженную костную ткань, а клетки остеобласты строят новую. В среднем, полное физиологическое обновление скелета проходит один раз за 10 лет. Перестройка костей не только обеспечивает сохранность и обновление всего скелета, но и играет важную роль в минеральном обмене, так как кости – естественный резервуар микроэлементов. В период резорбции полезные вещества постепенно высвобождаются и поступают в кровоток.

Точнее отломленная коронка зуба никогда не приживется обратно к корню, равно как и не вырастет новая как хвост у ящерицы. Зубы и кости очень похожи, имеют почти идентичный состав: костная ткань минерализована на 70%, как и основной материал зуба – дентин, а эмаль состоит из гидроксиапатита на 90%.

В отличие от костей скелета, зубы при разрушении, сколе или переломе корня не срастаются. Эмаль коронки зуба не содержит камбиальных (стволовых) клеток и питающих кровеносных микрососудов, поэтому не способна к регенерации. Кроме того, для успешного образования костной мозоли в области перелома нужно надежно зафиксировать отломки. То есть, если бы перелом зуба и мог срастаться, то пришлось бы накладывать шины, чтобы ограничить подвижность отломков.

При переломе кости врачи предпринимают определенные действия, направленные на достижение правильного и быстрого восстановления поврежденных тканей. Место срастания необходимо обездвижить и установить в правильном положении. В некоторых случаях пациентам необходима операция, чтобы установить на место отломки кости и стабилизировать перелом. В таком случае могут быть использованы металлические пластины и шурупы.

Ускорить сращение кости так же можно с помощью специального аппарата, который использует ультразвуковые волны для стимуляции естественных процессов восстановления организма и активирует рост костной ткани.

«В 1990-х годах я принимал участие в диссертационном исследовании по ускорению заживления неполного перелома нижней челюсти у собак. Результаты опытов показали, что ежедневное помещение животного в клетку из металлической сетки в магнитном поле привело к тому, что образование костной мозоли ускорялось на 15%», — рассказывает доцент ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера Павел Гаряев.

По прочности сросшаяся кость не уступает обычной, а зачастую становится еще прочнее. И если при лечении перелома человек сбалансированно питался, то механические свойства кости будут в норме.

Лечение перелома предполагает длительную фиксацию конечности, чтобы дать возможность тканям правильно срастись. Отрицательным эффектом может быть потеря подвижности в суставе. Если он находился в неподвижном положении более 1-2 месяцев, протокол лечения дополняют мануальной или аппаратной техникой, которые направлены на усиленное сгибание сустава. В дальнейшем важно, чтобы восстановление происходило в движении, поэтому врачи рекомендуют активно разрабатывать сустав после снятия гипса или фиксирующего ортеза с помощью специальных упражнений или аппаратов механотерапии, которые самостоятельно сгибают сустав и постепенно растягивают мягкие ткани.

Искусственная кость – созданный в лаборатории костеподобный материал используемый в трансплантатах для восстановления костных дефектов возникших при тяжелых переломах и болезнях.

При разработке имплантируемых биоматериалов ключевыми критериями становятся биоинертность, высокая прочность и биомеханическая совместимость. Имплантаты изначально изготавливались из таких материалов, как металлы и твердая керамика — они достаточно прочны, чтобы выдерживать внешние нагрузки. Однако их жесткость не соответствует критериям биомеханической совместимости, поэтому сегодня инженеры разрабатывают новые методы производства и проектирования более совершенных искусственных материалов, например, углерод-углеродные композиционные материалы или неорганические материалы на основе фосфатов кальция.

Двумя основными компонентами кости являются коллагеновые волокна и гидроксиапатит – одна из наиболее стабильных форм фосфата кальция. Расширение исследований и знаний об организации, структуре костной ткани привело к разработкам материалов на основе коллагена и гидроксиапатита, а технологии 3D-печати позволили изготавливать имплантаты с заданной микроструктурой и фазовым составом.