Из чего образуются кости. Кость человека

Кости человека начинают формироваться ещё в утробе матери, но сначала они очень мягкие. Это объясняется тем, что основную их массу составляет соединительная ткань. Прекращается рост костей и происходит полное формирование скелета - приблизительно в возрасте 22-х лет.

Всего в скелете взрослого человека насчитывается более двухсот костей (удивительно, но скелет новорожденного состоит более, чем из двухсот семидесяти!), которые отличаются между собой не только формой, но и содержанием. Кроме того, каждая из них выполняет свою, строго определённую функцию.

Итак, кости разделяют на три группы: короткие, широкие или плоские, длинные, которые также называют трубчатыми. Поговорим отдельно о каждой группе.

Широкие кости не имеют внутри полостей. Они являются самым крепкими. Такие кости в некоторых случаях создают защиту для внутренних органов и имеют изогнутую форму, например - череп.

Кости, которые в разрезе напоминают трубу, так и называются – трубчатые, длинные. В их внутренней полости располагается костный мозг. За счёт того, что кость внутри – пустая, она является достаточно лёгкой, но на прочности это не сказывается отрицательно. Трубчатые или длинные кости по основной длине имеют цилиндрическую форму, ближе к концам – несколько расширяются, а на самих концах и вовсе являются шарообразными. Для примера: трубчатые кости, это кости верхних и нижних конечностей.

Короткие кости, напротив, не имеют внутренних полостей, однако несмотря на это – менее прочные, чем трубчатые. Эти кости в человеческом скелете представлены, например, позвонками. Некоторые кости запястья, а также пятка ноги – тоже относятся к группе коротких.

Несмотря на разные функции или формы, наличие полостей или их отсутствие, кости имеют одинаковое строение. Все кости состоят из трёх слоёв, которые напоминают годовые кольца стволов деревьев. Верхний слой – плотная костная ткань (надкостница, внутри которой – нервы и кровеносные сосуды). Следующий слой – плотное вещество. Оно обеспечивает костям прочность. Третий слой кости состоит из губчатого костного вещества. Внешне оно, действительно, очень похоже на обычную поролоновую губку (тонкие каналы пронизывают всю его плоскость).

У трубчатых костей слой плотного костного вещества толще, чем у коротких и широких, которые в основной своей массе имеют губчатую ткань.

Скелет несёт на себе основную массу тела человека, поэтому не лишне будет напомнить, что кальций и фосфор укрепляют кости, а их недостаток в организме неизбежно ведёт к их хрупкости и ломкости. Грамотное питание, употребление продуктов с достаточным содержанием кальция и фосфора, помогут избежать этих проблем. Не стоит забывать, что не самым благоприятным образом на состояние костей могут повлиять и чрезмерные физические нагрузки. Имейте в виду, что пренебрежительное отношение к своему здоровью в молодости, может стать причиной серьёзных заболеваний опорно-двигательной системы в зрелом возрасте. К тому же, с годами, кости и так становятся более слабыми.

Каждая кость человека представляет собой сложный орган: она занимает определенное положение в теле, имеет свою форму и строение, выполняет свойственную ей функцию. В образовании кости принимают участие все виды тканей, но преобладает костная ткань.

Общая характеристика костей человека

Хрящ покрывает только суставные поверхности кости, снаружи кость покрыта надкостницей, внутри расположен костный мозг. Кость содержит жировую ткань, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы.

Костная ткань обладает высокими механическими качествами, ее прочность можно сравнить с прочностью металла. Химический состав живой кости человека содержит: 50% воды, 12,5% органических веществ белковой природы (оссеин), 21,8% неорганических веществ (главным образом фосфат кальция) и 15,7% жира.

Виды костей по форме разделяют на:

• Трубчатые (длинные - плечевая, бедренная и др.; короткие - фаланги пальцев);
• плоские (лобная, теменная, лопатка и др.);
• губчатые (ребра, позвонки);
• смешанные (клиновидная, скуловая, нижняя челюсть).

Строение костей человека

Основной структурой единицей костной ткани является остеон, который виден в микроскоп при малом увеличении. Каждый остеон включает от 5 до 20 концентрически расположенных костных пластинок. Они напоминают собой вставленные друг в друга цилиндры. Каждая пластинка состоит из межклеточного вещества и клеток (остеобластов, остеоцитов, остеокластов). В центре остеона имеется канал - канал остеона; в нем проходят сосуды. Между соседними остеонами расположены вставочные костные пластинки.

Костную ткань образуют остеобласты , выделяя межклеточное вещество и замуровываясь в нем, они превращаются в остеоциты - клетки отростчатой формы, неспособные к митозу, со слабо выраженными органеллами. Соответственно в сформировавшейся кости содержатся в основном остеоциты, а остеобласты встречаются только в участках роста и регенерации костной ткани.

Наибольшее количество остеобластов находится в надкостнице - тонкой, но плотной соединительно-тканной пластинке, содержащей много кровеносных сосудов, нервных и лимфатических окончаний. Надкостница обеспечивает рост кости в толщину и питание кости.

Остеокласты содержат большое количество лизосом и способны выделять ферменты, чем можно объяснить растворение ими костного вещества. Эти клетки принимают участие в разрушении кости. При патологических состояниях в костной ткани количество их резко увеличивается.

Остеокласты имеют значение и в процессе развития кости: в процессе построения окончательной формы кости они разрушают обызвествленный хрящ и даже новообразованную кость, «подправляя» ее первичную форму.

Структура кости: компактное и губчатое вещество

На распиле, шлифах кости различают две ее структуры - компактное вещество (костные пластинки расположены плотно и упорядоченно), расположенное поверхностно, и губчатое вещество (костные элементы расположены рыхло), лежащее внутри кости.

Такое строение костей в полной мере соответствует основному принципу строительной механики - при наименьшей затрате материала и большой легкости обеспечить максимальную прочность сооружения. Это подтверждается и тем, что расположение трубчатых систем и основных костных балок соответствует направлению действия силы сжатия, растяжения и скручивания.

Структура костей представляет собой динамическую реактивную систему, изменяющуюся в течение всей жизни человека. Известно, что у людей, занимающихся тяжелым физическим трудом, компактный слой кости достигает относительно большого развития. В зависимости от изменения нагрузки на отдельные части тела могут изменяться расположение костных балок и структура кости в целом.

Соединение костей человека

Все соединения костей можно разделить на две группы:

• Непрерывные соединения , более ранние по развитию в филогенезе, неподвижные или малоподвижные по функции;
• прерывные соединения , более поздние по развитию и более подвижные по функции.

Между этими формами существует переходная - от непрерывных к прерывным или наоборот - полусустав .

Непрерывное соединение костей осуществляется посредством соединительной ткани, хрящей и костной ткани (кости собственно черепа). Прерывное соединение костей, или сустав, является более молодым образованием соединения костей. Все суставы имеют общий план строения, включающий суставную полость, суставную сумку и суставные поверхности.

Суставная полость выделяется условно, так как в норме между суставной сумкой и суставными концами костей пустоты не существует, а находится жидкость.

Суставная сумка охватывает суставные поверхности костей, образуя герметическую капсулу. Суставная сумка состоит из двух слоев, наружный слой которой переходит в надкостницу. Внутренний слой выделяет в полость сустава жидкость, играющую роль смазки, обеспечивая свободное скольжение суставных поверхностей.

Виды суставов

Суставные поверхности сочленяющихся костей покрыты суставным хрящом. Гладкая поверхность суставных хрящей способствует движению в суставах. Суставные поверхности по форме и величине очень разнообразны, их принято сравнивать с геометрическими фигурами. Отсюда и название суставов по форме : шаровидные (плечевой), эллипсовидные (луче-запястный), цилиндрические (луче-локтевой) и др.

Так как движения сочленяющихся звеньев совершаются вокруг одной, двух или многих осей, суставы принято также делить по количеству осей вращения на многоосные (шаровидный), двуосные (эллипсовидный, седловидный) и одноосные (цилиндрический, блоковидный).

В зависимости от количества сочленяющихся костей суставы делятся на простые, в которых соединяется две кости, и сложные, в которых сочленяется больше двух костей.

О своем организме человек знает много, например, где расположены органы, какую функцию они выполняют. Почему бы не проникнуть вглубь кости и не узнать ее строение и состав? Это очень занимательно, ведь химический состав костей весьма разнообразен. Он помогает понять, почему каждый костный элемент очень важен и какую функцию он несет.

Основная информация

Живая кость у взрослых людей имеет:

• 50% - вода;
• 21, 85% - вещества неорганического типа;
• 15, 75% - жир;
• 12,4% - коллагеновые волокна.

Вещества неорганического типа – это разные соли. Большая их часть представлена известковым фосфатом (шестьдесят процентов). В не таком большом количестве присутствует известковый карбонат и магниевый сульфат (5,9 и 1,4% соответственно). Интересно, что в костях представлены все земные элементы. Минеральные соли поддаются растворению. Для этого нужен некрепкий раствор азотной или соляной кислоты. Процесс растворения в этих веществах имеет свое название – декальцинация. После нее остается лишь органической вещество, которое сохраняет костную форму.

Органическое вещество отличается пористостью и эластичностью. Его можно сравнить с губкой. Что происходит, когда удаляется это вещество через сжигание? Кость по форме остается прежней, но теперь она становится хрупкой.

Понятно, что только взаимосвязь неорганических и органических веществ делает костный элемент прочным, упругим. Еще более прочной кость становится благодаря составу губчатого и компактного вещества.

Неорганический состав

Примерно век назад было высказано мнение, что костная ткань человека, точнее, ее кристаллы, по структуре похожи на апатиты. Со временем это было доказано. Костные кристаллы – гидроксилапатиты, а по форме похожи на палочки и пластины. Но кристаллы – это лишь доля минеральной фазы ткани, другая доля – это аморфный фосфат кальция. Его содержание зависит от возраста человека. У молодых людей, подростков и детей его много, больше, чем кристаллов. Впоследствии соотношение меняется, поэтому в более старшем возрасте больше уже кристаллов.

Каждый день кости человеческого скелета теряют и опять приобретают около восьмисот миллиграмм кальция

Организм взрослого человека имеет более одного килограмма кальция. Он содержится в основном в зубных и костных элементах. В сочетании с фосфатом образуется гидроксилапатит, который не растворяется. Особенность в том, что в костях основная часть кальция регулярно обновляется. Каждый день кости человеческого скелета теряют и опять приобретают около восьмисот миллиграмм кальция.

Минеральная доля имеет много ионов, но чистый гидроксилапатит их не содержит. Есть ионы хлора, магния и других элементов.

Органический состав

95% матрикса органического типа – это коллаген. Если говорить о его значимости, то вместе с минеральными элементами он является основным фактором, от которого зависят механические костные свойства. Коллаген ткани кости имеет особенности:

• в нем больше оксипролина по сравнению с кожным коллагеном;
• в нем много свободных ε-амино групп оксилизиновых и лизиновых остатков;
• в нем больше фосфата, основная часть которого связана с сериновыми остатками.

Сухой деминерализованный костный матрикс содержит почти двадцать процентов белков неколлагеновых. Среди них есть части протеогликанов, но их немного. Органический матрикс содержит глюкозаминогликаны. Считается, что они напрямую связаны с оссификацией. Кроме того, если они изменяются, происходит окостенение. В костном матриксе есть липиды – прямой компонент ткани кости. Они участвуют в минерализации. Костный матрикс имеет еще одну особенность – в нем очень много цитрата. Почти девяносто его процентов – доля костной ткани. Считается, что цитрат важен для процесса минерализации.

Вещества кости

Большая часть костей взрослого человека имеет в составе пластинчатую костную ткань, из которой образуется два вида вещества: губчатой и компактное. Их распределение зависит от функциональных нагрузок, осуществляемых на кость.

Если рассматривать строение костей, то в образовании диафизов трубчатых костных элементов играет важную роль компактное вещество. Оно как тонкая пластина покрывает снаружи их эпифизы, плоские, губчатые кости, которые построены из губчатого вещества. В компактном веществе очень много тоненьких канальцев, которые состоят из кровеносных сосудов и волокон нервов. Некоторые каналы находятся в основном параллельно костной поверхности.

Стенки каналов, расположенных в центре, сформированы пластинками, толщина которых от четырех до пятнадцати мкм. Они как будто вставлены друг в друга. Один канал возле себя может иметь двадцать подобных пластинок. Состав кости включает в себя остеон, то есть объединение канала, расположенного в центре, с пластинками возле него. Между остеонами есть пространства, которые наполнены вставочными пластинками.

В строении кости не менее важное значение имеет губчатое вещество. Его название дает основание предположить, что оно похоже на губку. Так оно и есть. Она выстроена с балок, между которыми присутствуют ячейки. Кость человека постоянно испытывает нагрузки в виде сжатия и растяжения. Именно они определяют размеры балок, их расположение.

Костное строение включает надкостницу, то есть соединительнотканную оболочку. Она прочно соединена с костным элементом с помощью волокон, которые проходят в его глубину. Накостница имеет два слоя:

1. Наружный, фиброзный. Он формируется волокнами коллагена, благодаря которым оболочка отличается прочностью. Этот слой имеет в строении нервы и сосуды.
2. Внутренний, ростковый. В его строении есть остеогенные клетки, благодаря которым кость расширяется и восстанавливается после травм.

Получается, что надкостница выполняет три основные функции: трофическую, защитную, костеобразующую. Говоря о строении кости также следует упомянуть об эндосте. Им кость покрыта изнутри. Он похож на тонкую пластинку и несет в себе остеогенную функцию.

Еще немного о костях

Благодаря удивительному строению и составу кости обладают уникальными характеристиками. Они очень пластичны. Когда человек выполняет физические нагрузки, тренируется, кости проявляют гибкость и подстраиваются под изменяющиеся обстоятельства. То есть в зависимости от нагрузок увеличивается или уменьшается количество остеонов, меняется толщина пластинок веществ.

Каждый человек может посодействовать оптимальному костному развитию. Для этого необходимо регулярно и умеренно заниматься физическими упражнениями. Если в жизни преобладает сидячий образ действий, кости начнут ослабляться и станут более тонкими. Есть заболевания костей, которые ослабляют их, например, остеопороз, остеомиелит. На строение кости может оказать влияние профессия. Конечно, не последнюю роль играет наследственность.

Итак, на некоторые особенности костного строения человек не способен повлиять. Все же некоторые факторы зависят от него. Если с детства родители будут следить за тем, чтобы ребенок правильно питался и занимался умеренной физической нагрузкой, его кости будут в прекрасном состоянии. Это значительно повлияет на его будущее, ведь ребенок вырастет крепким, здоровым, то есть успешным человеком.

В состав скелета любого взрослого человека входит 206 различных костей, все они различны по строению и роли. На первый взгляд они кажутся твердыми, негибкими и безжизненными. Но это ошибочное впечатление, в них непрерывно происходят различные обменные процессы, разрушение и регенерация. Они, в совокупности с мышцами и связками, образуют особую систему, что носит название "костно-мышечная ткань", основная функция которой - опорно-двигательная. Она образована из нескольких видов особых клеток, которые различаются по структуре, функциональным особенностям и значению. О костных клетках, их строение и функциях далее и пойдет речь.

Строение костной ткани

Особенности пластинчатой костной ткани

Она образована костными пластинками, имеющими толщину 4-15 мкм. Они, в свою очередь, состоят их трех компонентов: остеоцитов, основного вещества и коллагеновых тонких волокон. Из этой ткани образованы все кости взрослого человека. Волокна коллагена первого типа лежат параллельно относительно друг друга и ориентированы в определенном направлении, у соседних же костных пластинок они направлены в противоположную сторону и перекрещиваются практически под прямым углом. Между ними находятся тела остеоцитов в лакунах. Такое строение костной ткани обеспечивает ей наибольшую прочность.

Губчатое вещество кости

Встречается также название "трабекулярное вещество". Если проводить аналогию, то структура сравнима с обычной губкой, построенной из костных пластинок с ячейками между ними. Расположены они упорядоченно, в соответствии с распределенной функциональной нагрузкой. Из губчатого вещества в основном построены эпифизы длинных костей, часть смешанных и плоских и все короткие. Видно, что в основном это легкие и в то же время прочные части скелета человека, которые испытывают нагрузку в различных направлениях. Функции костной ткани находятся в прямой взаимосвязи с ее строением, которое в данном случае обеспечивает большую площадь для метаболических процессов, осуществляемых на ней, придает высокую прочность в совокупности с небольшой массой.

Плотное (компактное) вещество кости: что это?

Из компактного вещества состоят диафизы трубчатых костей, кроме того, оно тонкой пластинкой покрывает их эпифизы снаружи. Его пронизывают узкие каналы, через них проходят нервные волокна и кровеносные сосуды. Некоторые из них располагаются параллельно костной поверхности (центральные или гаверсовы). Другие выходят на поверхность кости (питательные отверстия), через них внутрь проникают артерии и нервы, а наружу - вены. Центральный канал, в совокупности с окружающими его костными пластинками, образует так называемую гаверсову систему (остеон). Это основное содержимое компактного вещества и их рассматривают как его морфофункциональную единицу.

Остеон - структурная единица костной ткани

Второе его название - гаверсова система. Это совокупность костных пластинок, имеющих вид цилиндров вставленных друг в друга, пространство между ними заполняют остеоциты. В центре располагается гаверсов канал, через него проходят обеспечивающие обмен веществ в костных клетках кровеносные сосуды. Между соседними структурными единицами есть вставочные (интерстициальные) пластинки. По сути, они являются остатками остеонов, существовавших ранее и разрушившихся в тот момент, когда костная ткань претерпевала перестройку. Также существуют еще генеральные и окружающие пластинки, они образуют самый внутренний и наружный слой компактного вещества кости соответственно.

Надкостница: строение и значение

Исходя из названия, можно определить, что она покрывает кости снаружи. Прикрепляется она к ним с помощью коллагеновых волокон, собранных в толстые пучки, которые проникают и сплетаются с наружным слоем костных пластинок. Имеет два выраженных слоя:

• наружный (его образует плотная волокнистая, неоформленная соединительная ткань, в ней преобладают волокна, располагающиеся параллельно к поверхности кости);
• внутренний слой хорошо выражен у детей и менее заметен у взрослых (образован рыхлой волокнистой соединительной тканью, в которой есть веретенообразные плоские клетки - неактивные остеобласты и их предшественники).

Надкостница выполняет несколько важных функций. Во-первых, трофическую, то есть обеспечивает кость питанием, поскольку на поверхности содержит сосуды, которые проникают внутрь вместе с нервами через специальные питательные отверстия. Эти каналы питают костный мозг. Во-вторых, регенераторную. Она объясняется наличием остеогенных клеток, которые при стимуляции трансформируются в активные остеобласты, вырабатывающие матрикс и вызывающие наращивание костной ткани, обеспечивающие ее регенерацию. В-третьих, механическую или опорную функцию. То есть обеспечение механической связи кости с другими прикрепляющимися к ней структурами (сухожилиями, мышцами и связками).

Функции костной ткани

Среди основных функций можно перечислить следующие:

1. Двигательная, опорная (биомеханическая).
2. Защитная. Кости оберегают от повреждений головной мозг, сосуды и нервы, внутренние органы и т. д.
3. Кроветворная: в костном мозге происходит гемо - и лимфопоэз.
4. Метаболическая функция (участие в обмене веществ).
5. Репараторная и регенераторная, заключающиеся в восстановлении и регенерации костной ткани.
6. Морфобразующая роль.
7. Костная ткань - это своеобразное депо минеральных веществ и ростовых факторов.

Продолжая серию статей об анатомии, поговорим о том, что такое кость. В этой статье вы узнаете о том, что представляют собой человеческие (и не только) кости в плане строения, а также и о том, из чего сделаны кости, то есть об их химическом составе. Довольно подробно мы расскажем вам и о видах костей, представленных в организме человека.

Из чего состоят кости

Кости являются важным органом практически любого живого организма, они состоят из нескольких типов тканей, главной из которых является костная ткань. Что касается функций, которые кости выполняют в организме, то основными из них являются опорная и механическая. Благодаря костям человек и другие млекопитающие могут стоять и передвигаться. Говоря о химическом составе костей, отметим, что в состав любой кости входят и органические, и неорганические вещества, причем количество органических веществ в костях зависит от возраста животного или человека – чем моложе организм, тем их больше. Именно поэтому кости молодых людей и животных отличаются мягкостью и гибкостью, а кости взрослых, наоборот, твердостью. Количество минеральных соединений в костях взрослого человека составляет 60, а в некоторых случаях и все 70% от общего веса кости, органические же вещества составляют не более 30-40%. Кости отличаются большой прочностью и огромным сопротивлением сжатию, также они очень долго могут противостоять разрушению, поэтому не случайно в останках ископаемых животных находят, в основном, лишь кости. Кость теряет органическое вещество при прокаливании или при воздействии кислоты, однако сохраняет свое строение и форму. Также отметим, что в костях пожилых людей уменьшается доля минеральных веществ, и поэтому их кости становятся гораздо более хрупкими, что может привести даже к развитию такого заболевания, как остеопороз (излишняя хрупкость и ломкость костей).

Клеточное строение кости

Костное вещество по своему микроскопическому строению представляет собой особый тип соединительной ткани, то есть костную ткань. Это твердое межклеточное волокнистое вещество, пропитанное минеральными солями и звездчатые клетки, снабженные многочисленными отростками. В своей основе кость представляет собой особые коллагеновые органические волокна, которые окружены кристаллами минерального вещества - гидроксиапатита, вместе они слагаются в пластинки, которые частично располагаются вокруг разветвляющихся длинных каналов (так называемые Гаверсовы каналы), а частично лежат между ними, либо обхватывают целые группы каналов или даже тянутся вдоль поверхности кости. В сочетании с окружающими костными концентрическими пластинками Гаверсовы каналы считаются структурной единицей остеоном - именно так называется компактное вещества кости. Параллельно поверхности костных пластинок располагаются слои звездообразных пустот небольшого размера, которые продолжаются затем в многочисленные тонкие канальцы. Эти пустоты называют костными тельцами, в них находятся костные клетки, которые и дают отростки в канальцы. Последние соединяются между собой, а также с полостью Гаверсовых каналов с помощью внутренних полостей и надкостницы. Таким образом, костная ткань оказывается целиком пронизанной системой канальцев и полостей, по которым необходимые для кости питательные вещества проникают внутрь. По Гаверсовым каналам идут тонкие кровеносные сосуды (артерии и вены), а промежутки между каналами служат для лимфатических путей кости. Что интересно, в костной ткани рыб нет Гаверсовых каналов, зато сильно развиты канальцы костных телец.

Виды и строение костей человека

По своей форме кости человека и других млекопитающих делятся на длинные, короткие, плоские и смешанные. Теперь о каждом виде костей несколько подробнее.

• Длинные кости, по латыни – ossa longa, отличаются вытянутой, трубчатой средней частью, которая называется диафиз. Она практически полностью состоит из компактного вещества. Внутри диафиза находится костно-мозговая полость с костным мозгом желтого цвета. На концах длинной кости находится так называемый эпифиз, который заполнен губчатым веществом с костным мозгом красного цвета. Между эпифизом и диафизом располагается метафиз - отдел кости, который прилегает к пластинке. В период роста кости в метафизе здесь находится хрящ, замещающийся позже самой костью. Трубчатые длинные кости составляют скелет конечностей, а костные выступы на эпифизах являются местом прикрепления связок и мышц - они называются апофизами.
• Плоские кости, по латыни – ossa plana, состоят из губчатого вещества, тонкий слой которого покрывается снаружи компактным. Плоские кости различны по своему происхождению: так, тазовая кость и лопатка развиваются из хряща, а, например, плоские кости крыши черепа развиваются из соединительной ткани.
• Короткие кости, по латыни - ossa brevia - это губчатое вещество, снаружи покрытое тонким слоем вещества компактного. Единой костно-мозговой полости короткие кости не имеют, а красный костный мозг в них располагается в губчатых мелких ячейках, которые разделяются костными балками. Также отметим, что короткие кости предплюсны и запястья способствуют подвижности наших стоп и кистей.
• Наконец, смешанные кости, по латыни - ossa irregularia, располагаются в самых различных отделах скелета (например, череп или позвоночник). В этих костях сочетаются элементы плоских и коротких костей, за что смешанные кости и получили свое название. Смешанные кости представлены в основной части и чешуе затылочной кости, теле позвонка и его отростках, каменистой части и чешуе височной кости. Особенности строения смешанных костей обусловливаются различием в происхождении и функциях различных частей этих костей. Ну что же - думаю, теперь вам понятно, что такое кость, из чего она состоит, и какие разновидности костей бывают.