Неорганические вещества в составе костей придают им. Общее учение о костях. Древность костной системы

КОСТЬ, плотная соединительная ткань, свойственная только позвоночным. Кость обеспечивает структурную опору организма, благодаря ей тело сохраняет свою общую форму и размеры. Местоположение некоторых костей таково, что они служат защитой для мягких тканей и органов, например мозга, и противостоят нападению хищников, неспособных разбить твердую оболочку добычи. Кости придают прочность и жесткость конечностям, а также служат местом прикрепления мышц, позволяя конечностям выполнять роль рычагов в их важной функции передвижения и поиска пищи. Наконец, благодаря высокому содержанию минеральных отложений кости оказываются резервом неорганических веществ, которые они запасают и по мере надобности расходуют; эта функция крайне важна для поддержания баланса кальция в крови и других тканях. При внезапном увеличении потребности в кальции в каких-либо органах и тканях кости могут стать источником его пополнения; так, у некоторых птиц необходимый для формирования скорлупы яиц кальций поступает из скелета.

Древность костной системы.

Кости присутствуют в скелете самых ранних из известных ископаемых позвоночных - панцирных бесчелюстных ордовикского периода (ок. 500 млн. лет назад). У этих рыбообразных существ кости служили для формирования рядов наружных пластин, защищавших тело; некоторые из них обладали, кроме того, внутренним костным скелетом головы, но иных элементов внутреннего костного скелета не имелось. Среди современных позвоночных есть группы, характеризующиеся полным или почти полным отсутствием костей. Однако для большинства из них известно наличие костного скелета в прошлом, и отсутствие костей у современных форм - следствие их редукции (утраты) в ходе эволюции. Например, у всех видов современных акул кости отсутствуют и заменены хрящом (очень небольшое количество костной ткани может быть в основании чешуй и в позвоночнике, состоящем преимущественно из хряща), но многие их предки, ныне вымершие, имели развитый костный скелет.

Первоначальная функция костей до сих пор точно не установлена. Судя по тому, что бóльшая их часть у древних позвоночных располагалась на или вблизи поверхности тела, маловероятно, что эта функция была опорной. Некоторые исследователи полагают, что изначальная функция кости заключалась в защите древнейших панцирных бесчелюстных от крупных беспозвоночных хищников, например ракоскорпионов (эвриптеридов); иными словами, наружный скелет играл роль буквально брони. Не все исследователи разделяют подобную точку зрения. Другой функцией кости у древнейших позвоночных могло быть поддержание кальциевого баланса в организме, как это наблюдается и у многих современных позвоночных.

Межклеточное костное вещество.

Большинство костей состоит из костных клеток (остеоцитов), рассеянных в плотном межклеточном костном веществе, вырабатываемым клетками. Клетки занимают лишь незначительную часть общего объема кости, а у некоторых взрослых позвоночных, особенно у рыб, они отмирают после того, как сделают свой вклад в создание межклеточного вещества, и потому отсутствуют в зрелой кости.

Межклеточное пространство кости заполнено веществом двух основных типов - органическим и минеральным. Органическая масса - результат деятельности клеток - состоит в основном из белков (включая коллагеновые волокна, образующие пучки), углеводов и липидов (жиров). В норме бóльшая часть органической составляющей костного вещества представлена коллагеном; у некоторых животных он занимает более 90% объема костного вещества. Неорганическая составляющая представлена в первую очередь фосфатом кальция. В ходе нормального костеобразования кальций и фосфаты поступают в развивающуюся костную ткань из крови и отлагаются на поверхности и в толще кости вместе с органическими компонентами, вырабатываемыми костными клетками.

Бóльшая часть наших сведений об изменениях состава кости в процессе роста и старения получена при изучении млекопитающих. У этих позвоночных абсолютное количество органической составляющей более или менее постоянно на протяжении всей жизни, тогда как минеральная (неорганическая) составляющая постепенно увеличивается с возрастом, и у взрослого организма на ее долю приходится почти 65% сухого веса всего скелета.

Физические свойства

костей хорошо соответствуют функции защиты и опоры организма. Кость должна быть прочной и жесткой и в то же время достаточно эластичной, чтобы не ломаться в обычных условиях жизнедеятельности. Эти свойства обеспечиваются межклеточным костным веществом; вклад самих костных клеток незначителен. Жесткость, т.е. способность сопротивляться сгибанию, растяжению или сжатию, обеспечивается органической составляющей, в первую очередь коллагеном; последний придает кости и эластичность - свойство, позволяющее восстановить исходную форму и длину в случае небольшой деформации (сгибания или скручивания). Неорганическая составляющая межклеточного вещества, фосфат кальция, тоже способствует жесткости кости, но главным образом придает ей твердость; если путем специальной обработки удалить из кости фосфат кальция, она сохранит свою форму, но потеряет значительную долю твердости. Твердость - важное качество кости, но, к сожалению, именно она делает кость подверженной переломам при избыточной нагрузке.

Классификация костей.

Строение костей существенно различается как у разных организмов, так и в разных частях тела одного организма. Кости можно классифицировать по их плотности. Во многих частях скелета (в частности, в эпифизах длинных костей), и особенно в скелете эмбриона, костная ткань имеет много пустот и каналов, заполненных рыхлой соединительной тканью или кровеносными сосудами, и выглядит как сеть перекладин и распорок, напоминающих конструкцию металлического моста. Кость, образованную такой костной тканью, называют губчатой. По мере роста организма значительная часть пространства, занятого рыхлой соединительной тканью и кровеносными сосудами, заполняется дополнительным костным веществом, что приводит к увеличению плотности кости. Такого рода кость с относительно редкими узкими каналами называют компактной или плотной.

Кости взрослого организма состоят из плотного, компактного вещества, расположенного по периферии, и губчатого, находящегося в центре. Соотношение этих слоев в костях разных типов различно. Так, в губчатых костях толщина компактного слоя очень невелика, и основную массу занимает губчатое вещество.

Кости можно классифицировать также по относительному количеству и расположению костных клеток в межклеточном веществе и ориентации коллагеновых пучков, которые составляют значительную часть этого вещества. В трубчатых костях пучки коллагеновых волокон пересекаются в самых разных направлениях, а костные клетки распределены по межклеточному веществу более или менее случайно. Плоские кости имеют более упорядоченную пространственную организацию: они состоят из последовательных слоев (пластинок). В различных частях отдельно взятого слоя коллагеновые волокна, как правило, ориентированы в одном направлении, но в соседних слоях оно может быть разным. В плоских костях меньше костных клеток, чем в трубчатых, и они могут находиться как внутри слоев, так и между ними. Остеоновые кости, как и плоские, имеют слоистую структуру, но их слои представляют собой концентрические кольца вокруг узких, т.н. гаверсовых каналов, по которым проходят кровеносные сосуды. Слои формируются, начиная с наружного, и их кольца, сужаясь постепенно, уменьшают диаметр канала. Гаверсов канал и окружающие его слои называются гаверсовой системой или остеоном. Остеоновые кости обычно формируются в процессе перехода губчатого вещества кости в компактное.

Поверхностные мембраны и костный мозг.

Исключая те случаи, когда близко расположенные кости соприкасаются в суставе и покрыты хрящом, наружная и внутренняя поверхности костей выстланы плотной мембраной, которая жизненно важна для функционирования и сохранности кости. Наружную мембрану называют надкостницей или периостом (от греч. peri - вокруг, osteon - кость), а внутреннюю, обращенную в костную полость, - внутренней надкостницей, или эндостом (от греч. eondon - внутри). Надкостница состоит из двух слоев: наружного волокнистого (соединительнотканного) слоя, представляющего собой не только упругую защитную оболочку, но и место прикрепления связок и сухожилий; и внутреннего слоя, обеспечивающего рост кости в толщину. Эндост имеет важное значение для восстановления кости и в известной степени сходен с внутренним слоем надкостницы; он содержит клетки, обеспечивающие как рост, так и рассасывание кости.

Опорно-двигательная система является основой организма. Скелет защищает отдельные органы от механических повреждений, поэтому от его состояния зависит жизнеспособность человека в целом. В нашей статье мы рассмотрим состав костей, особенности их строения и вещества, которые необходимы для их роста и развития.

Особенности строения костной ткани

Костная является разновидностью соединительной ткани. Она состоит из специализированных клеток и большого количества межклеточного вещества. В совокупности данная структура является одновременно прочной и эластичной. Твердость придают костям, прежде всего, специализированные клетки - остеоциты. Они имеют множество выростов, с помощью которых и соединяются между собой.

Визуально остеоциты напоминают сеть. является эластичной основой костной ткани. Оно состоит из волокон белка коллагена, минеральной основы.

Состав костей

Четвертую часть от всего составляет вода. Она является основой для протекания всех обменных процессов. Твердость придают костям неорганические вещества. Это соли кальция, натрия, калия и магния, а также соединения фосфора. Их процентное содержание составляет 50 %.

Чтобы доказать их значение для данного вида ткани, можно провести простой опыт. Для этого кость необходимо поместить в раствор соляной кислоты. В результате минеральные вещества растворятся. Кость при этом станет настолько упругой, что ее можно будет завязать в узел.

25% от химического состава составляют органические вещества. Они представлены эластичным белком коллагеном. Он придает данной ткани упругость. Если прокалить кость на медленном огне, вода испарится, а органические вещества сгорят. В этом случае кость приобретет хрупкость и может рассыпаться.

Какие вещества придают костям твердость

Химический состав костной ткани изменяется на протяжении жизни человека. В молодом возрасте в ней преобладают органические вещества. В этот период кости отличаются гибкостью и мягкостью. Поэтому при неправильном положении тела и чрезмерных нагрузках скелет может искривляться, вызывая нарушение осанки. Предупредить это могут систематические занятия спортом и двигательная активность.

С течением времени в костях увеличивается количество минеральных солей. При этом они утрачивают свою эластичность. Твердость придают костям минеральные соли, в состав которых входят кальций, магний, фосфор, фтор. Но при чрезмерных нагрузках они могут привести к нарушению целостности и переломам.

Особенно важен кальций для костей. Его масса в организме человека составляет 1 кг у женщин и 1,5 кг у мужчин.

Роль кальция в организме

99% общего количества кальция находится в костях, формируя прочный каркас скелета. Оставшийся процент приходится на кровь. Этот макроэлемент является строительным материалом зубов и костей, необходимым условием для их роста и развития.

В организме человека кальций также регулирует работу мышечных тканей, в том числе и сердечной. В совокупности с магнием и натрием он влият на уровень давления крови, а с протромбином - на ее свертываемость.

От уровня кальция также зависит активизация ферментов, запускающая механизм синтеза нейромедиаторов. Это биологически активные вещества, через которые происходит передача импульса от клетки нервной ткани к мышцам. Данный макроэлемент также влияет на активизацию целого ряда ферментов, выполняющих различные функции: расщепление биополимеров, жировой обмен, синтез амилазы и мальтазы.

Кальций усиливает проницаемость в частности их мембран. Это очень важно для транспорта различных веществ и поддержания гомеостаза - постоянства внутренней среды организма.

Полезные продукты

Как видите, недостаток кальция в организме может привести к серьезным нарушения его функционирования. Ежедневно ребенок должен употреблять около 600 мг этого вещества, взрослый человек - 1000 мг. А для беременных и кормящих грудью этот показатель необходимо увеличить в полтора-два раза.

Какие продукты богаты кальцием? Прежде всего это разнообразные молочные продукты: кефир, ряженка, сметана, творог... А лидером среди них являются твердые виды сыров. И дело даже не в количестве кальция, а в его форме. В этих продуктах находится молочный сахар - лактоза, который способствует лучшему усвоению этого химического элемента. Количество кальция зависит и от жирности. Чем меньше этот показатель, тем больше его в молочном продукте.

Богаты кальцием и овощи. Это шпинат, брокколи, белокочанная и цветная капуста. Из орехов наиболее ценными являются миндаль и бразильский. Настоящий кладезь кальция - семя мака и кунжута. Их полезно употреблять как необработанными, так и в виде молока.

Повышению уровня кальция также способствует употребление в пищу пшеничных отрубей и выпечки из цельнозерновой муки, соевого сыра и молока, листьев петрушки, укропа, базилика и горчицы.

Опасные симптомы

Как понять, что кальция в организме недостаточно для его нормального развития? Внешними проявлениями этого являются слабость, раздражительность, быстрая утомляемость, сухость кожных покровов, ломкость ногтевой пластинки. При серьезном недостатке кальция наблюдается разрушение зубов, судороги, боли и онеменение конечностей, нарушение процесса свертываемости крови, снижение иммунитета, тахикардия, развитие катаракты, склонность к частым переломам костей. В таких случаях необходимо сдать кровь и при необходимости приступить к терапии.

Итак, твердость придают костям их минеральные компоненты. Прежде всего это соли, в состав которых входят кальций, магний и фосфор.