15. Химический состав, строение и рост костей

Определения и обозначения

Костная ткань — разновидность соединительной ткани, из клеток и межклеточного вещества которой построены кости. Клетки участвуют в образовании, обновлении и восстановлении ткани. Поэтому кость не является неживой опорой: в ней идут обменные процессы.

Органические вещества костей — главным образом оссеин, придающий костям упругость и гибкость. Эти вещества позволяют кости немного изгибаться под нагрузкой и противостоять ударам. Без них кость становится хрупкой, даже если в ней сохраняются минеральные соли.

Неорганические вещества костей — минеральные соли, преимущественно соединения кальция и фосфора, придающие костям твёрдость. Они помогают кости удерживать форму и выдерживать давление. Их роль можно заметить, если удалить соли: кость размягчится, хотя органическая основа останется.

Надкостница — наружная соединительнотканная оболочка кости, участвующая в её питании, росте в толщину и восстановлении. В ней проходят кровеносные сосуды и находятся клетки, способные образовывать костную ткань. Эта оболочка особенно важна там, где кость растёт или заживает после повреждения.

Как это устроено

Сочетание органических и неорганических веществ даёт кости разные свойства одновременно. Оссеин делает её упругой, а минеральные соли — твёрдой, поэтому кость не только сохраняет форму, но и сопротивляется сгибанию и давлению. Если удалить органическую часть, остаётся твёрдая, но хрупкая основа; если убрать соли, кость теряет твёрдость и становится гибкой.

У длинной трубчатой кости снаружи расположена надкостница, под ней — компактное вещество, а ближе к концам и внутри — губчатое. В средней части находится костномозговая полость с костным мозгом; концы кости покрыты суставными поверхностями, которые соприкасаются с соседними костями в суставе. Такое устройство объединяет защиту, прочность, небольшую массу и возможность движения.

Компактное вещество находится преимущественно снаружи, потому что плотный слой лучше сопротивляется изгибу и внешним ударам. Губчатое вещество расположено внутри и на концах: его перекладины распределяют нагрузку, а промежутки между ними уменьшают массу кости. Поэтому кость остаётся прочной, но не становится чрезмерно тяжёлой для движения.

Кость растёт в длину благодаря хрящевым прослойкам в области её концов. Клетки хряща делятся, а образовавшаяся ткань постепенно замещается костной, из-за чего расстояние между концами увеличивается. Когда зоны роста перестают активно работать, удлинение кости прекращается.

В толщину кость растёт за счёт клеток надкостницы, которые образуют новые слои костной ткани на её поверхности. При переломе живые клетки и сосуды помогают сформировать ткань, соединяющую повреждённые участки, после чего она постепенно укрепляется. Для нормального роста и прочности нужны полноценное питание, движение, кальций, фосфор и витамин D: они поддерживают образование и минерализацию костной ткани.

Состав, строение и рост костей

Сопоставляйте в таблице особенности каждой части с её ролью: так легче связать строение кости с её прочностью и ростом. Строки о росте показывают, какие структуры обеспечивают удлинение и увеличение толщины. Последняя строка напоминает, почему кость способна заживать после перелома.

Разбор задач

Почему кости по-разному ведут себя в опытах?

Условие: обезжиренная и прокалённая кость легко ломается, а кость, выдержанная в кислоте, становится мягкой и гибкой. Нужно объяснить наблюдения, не смешивая функции разных составляющих кости. Подсказка — мысленно определить, какое вещество удаляет каждый способ обработки.

1. При прокаливании разрушается органическая часть кости, в том числе оссеин.
2. Минеральные соли остаются, но без упругой основы кость становится хрупкой и легко ломается.
3. Кислота растворяет минеральные соли, поэтому сохраняющаяся органическая основа становится мягкой и гибкой.

Ответ: органические вещества обеспечивают упругость, а минеральные соли — твёрдость. Обезжиренная и прокалённая кость хрупкая из-за утраты органической основы. После удаления солей кость теряет твёрдость, поэтому её можно сгибать.

Как устроена длинная трубчатая кость?

Условие: по схеме нужно найти надкостницу, компактное и губчатое вещество, костномозговую полость и суставные поверхности, а затем объяснить их назначение. Сначала определите, где у кости наружная оболочка и плотный слой. Затем сопоставьте внутренние участки с их расположением и функциями.

1. Надкостницу ищите снаружи кости; она участвует в питании, росте в толщину и восстановлении.
2. Под ней находится компактное вещество, а губчатое — внутри и на концах; вместе они обеспечивают прочность без лишней массы.
3. Костномозговая полость — отдельное пространство в средней части с костным мозгом, а суставные поверхности расположены на концах и соприкасаются с соседними костями.

Ответ: части различаются не только расположением, но и ролью. Плотная наружная ткань помогает выдерживать нагрузку, а губчатая структура снижает массу и распределяет её. Полость содержит костный мозг, а суставные поверхности обеспечивают контакт костей в суставе.

Что нарушается при повреждении зон роста или надкостницы?

Условие: после повреждения хрящевой зоны кость может перестать удлиняться, а повреждение надкостницы мешает росту в толщину и восстановлению. Нужно понять, почему последствия различаются. Для этого свяжите каждую функцию с тканью, которая её обеспечивает.

1. Удлинение происходит в хрящевых зонах возле концов кости, где делятся клетки хряща.
2. Если такая зона повреждена, нормальное увеличение длины может нарушиться, поскольку источник удлинения больше не работает как прежде.
3. Надкостница содержит клетки, образующие новые слои кости, и участвует в заживлении; её повреждение мешает этим процессам.

Ответ: продольный рост зависит от хрящевых зон, а поперечный — от надкостницы. Поэтому повреждение зоны роста может нарушить удлинение кости. Повреждение надкостницы затрудняет увеличение толщины и восстановление после перелома.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что твёрдость кости обеспечивают органические вещества. Так думают, потому что оссеин тоже входит в состав прочной кости, однако он отвечает прежде всего за упругость и гибкость. Проверка: вспомните, что происходит с костью после удаления минеральных солей, — она становится мягкой.

Ошибка: путать рост в длину с ростом в толщину. Оба процесса увеличивают размеры кости, поэтому их легко смешать, но происходят они в разных местах и благодаря разным структурам. Проверка: длина связана с хрящевыми зонами возле концов, а толщина — с надкостницей.

Ошибка: называть костномозговую полость частью губчатого вещества. Путаница возникает из-за того, что обе структуры находятся внутри кости, но полость — отдельное пространство, а губчатое вещество состоит из костных перекладин. Проверка: представьте полость как место, где расположен костный мозг, а губчатую ткань — как окружающую её структуру.

Ошибка: считать кость мёртвым образованием. Её твёрдость может создавать такое впечатление, но в костной ткани есть живые клетки, сосуды и обмен веществ. Проверка: способность кости расти и срастаться после перелома возможна благодаря живым клеткам и кровоснабжению.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания о соединительной ткани, строении клетки и роли минеральных веществ. Они помогают объяснить, почему кость имеет и клетки, и межклеточное вещество, а её свойства зависят от состава. Также полезно представлять, как устроена опорно-двигательная система.

Дальше эти знания помогут разбираться в строении скелета, работе суставов и мышц, переломах и профилактике нарушений осанки. Связь с питанием и обменом веществ показывает, откуда организм получает вещества для костей. Кальций, фосфор и витамин D необходимы для нормального формирования и прочности костной ткани.

Что запомнить

• Кость состоит из живых клеток и межклеточного вещества.
• Органические вещества придают кости упругость, а минеральные соли — твёрдость.
• Надкостница питает кость, обеспечивает её рост в толщину и участвует в восстановлении.
• Компактное вещество делает кость прочной, а губчатое уменьшает её массу и распределяет нагрузку.
• Длинные кости растут в длину в области хрящевых зон.
• Рост кости в толщину происходит за счёт надкостницы.
• Прочность и нормальный рост костей зависят от питания, движения и достатка кальция, фосфора и витамина D.