Добро пожаловать в кости: 13 удивительных фактов о человеческом скелете, которые наверняка вас впечатлят

Правда ли, что человеческие кости прочнее стали? Почему у некоторых костей больше, чем написано в учебниках? Какого цвета кости на самом деле? Какой болезнью страдают 14 млн человек в России и как ее предотвратить? Что поможет ускорить срастание кости? На эти и другие вопросы о костях отвечают ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Пермского государственного медицинского университета (ПГМУ) им. академика Е. А. Вагнера.

Из чего состоят кости скелета и как они растут

Факт 1. Наши кости на две трети состоят из минералов

У взрослого человека 60–70% веса кости приходится на соли кальция (гидроксиапатит), а оставшуюся часть массы составляет органическое вещество, главным образом коллаген. У детей кости отличаются гибкостью и мягкостью из-за большего содержания органики, но с возрастом доля минеральных веществ в костях растет, поэтому у взрослых скелет тверже.

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

Светлый оттенок костям придают соли кальция, но из-за соединительнотканной надкостницы и жировых клеток кости живого организма имеют слегка желтоватый цвет, а кости и скелеты, представленные в анатомических музеях обычно дополнительно отбеливают перекисью водорода или хлорсодержащими жидкостями для дезинфекции и эстетичности.

Факт 2. Скелет человека полностью формируется к 30 годам или чуть раньше

Факт 3. Из-за болезней кости бывают «моложе» или «старше» нас

Существует понятие «костный возраст», который может соответствовать паспортному возрасту, а также отставать или опережать его.

— 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, — поясняет кандидат медицинских наук, доцент кафедры нормальной, топографической и клинической анатомии, оперативной хирургии ПГМУ им. академика Е. А. Вагнера Павел Гаряев.

Факт 4. У человека может быть больше костей, чем написано в учебниках анатомии

У взрослого человека «по стандарту», указанному в учебниках анатомии, 206–208 костей: 29 образуют череп, 26 — позвоночный столб, 64 — скелет верхних конечностей, 62 — скелет нижних конечностей, также скелет включает 12 пар ребер и грудину. Больше всего костей насчитывается в кистях, что позволяет человеку играть на пианино и выполнять другие точные действия.

— В некоторых случаях у человека может быть до 220–300 костей. Например, в черепе чешуя затылочной, лобной, височной и теменной костей в 1–2% случаев может состоять из двух-трех отдельных фрагментов. В теменной кости их называют «кости инков». Иногда встречается рудиментарная межчелюстная косточка Гёте (как у кошек, собак, баранов). У большинства людей в швы черепа встроены мелкие вормиевы косточки. При тяжелой врожденной гидроцефалии кости черепа могут состоять из десятков фрагментов, так как точки окостенения в перепончатой (соединительнотканной) модели черепа младенца под распирающим действием огромного внутричерепного давления ликвора не могут соединиться друг с другом в единый массив, — рассказывает Павел Гаряев.

Наряду с постоянными сесамовидными костями (надколенником, гороховидной) у человека 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.

Факт 5. «Широкой кости» не бывает

На скелет приходится около 15-20% процентов массы тела человека. А вот обезжиренный и высушенный скелет весит в 2–3 раза меньше — примерно 5–6  килограммов.

— «Не я толстый — это кость широкая», — утверждают обладатели избыточного веса. Однако понятия «широкой кости» не существует ни в медицинских энциклопедиях, ни в справочниках. Это народное изобретение. В среднем скелет одного человека отличается от скелета другого не более чем на 2­–3 килограмма, — отмечает Павел Гаряев.

Почему кости такие прочные, как они обновляются и какой недуг скелета самый распространенный

Факт 6. Кость прочнее стали

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

По словам Александра Сотина, костная ткань крепче стали, но при этом весит намного меньше. Дело в том, что костная ткань адаптирует свою структуру и механические свойства под внешние нагрузки. Так, самая крупная в нашем теле бедренная кость может выдержать нагрузку вдоль своей оси до 1500 килограммов, но при этом может сломаться при поперечной нагрузке всего в 100–200 килограммов.

Факт 7. Костная ткань полностью обновляется раз в 10 лет

На протяжении всей жизни наши кости непрерывно перестраиваются. Рассасывание (резорбция) костной ткани происходит при участии гигантских многоядерных клеток — остеокластов. Они разрушают старую или бесполезную костную ткань, а клетки остеобласты строят новую.

— В среднем, полное физиологическое обновление скелета проходит один раз за 10 лет. Ремоделирование (перестройка) кости не только обеспечивает сохранность и обновление скелета, но и играет важную роль в минеральном обмене, так как кость — естественный резервуар микроэлементов (кальция, магния и фосфатов), которые в период резорбции постепенно высвобождаются и поступают в кровоток, — объясняет Александр Сотин.

Факт 8. В России остеопорозом страдает 14 млн человек

Остеопороз (в переводе с греческого «хрупкая кость») — 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.

Профилактика остеопороза — здоровый образ жизни, сбалансированное питание и умеренные физические нагрузки.

Переломы и их восстановление

Факт 9. Зубы не срастаются из-за отсутствия стволовых клеток

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%. И все же отломленная коронка зуба никогда не приживется обратно к корню, а на ее месте не вырастет новая.

— 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, — поясняет Павел Гаряев.

Факт 10. Срастание перелома можно ускорить

При переломе кости врачи предпринимают 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 ультразвуковых волн, которые стимулируют естественные процессы восстановления костной ткани.

Факт 11. При правильном восстановлении сросшаяся кость может оказаться прочнее обычной

По прочности сросшаяся кость не уступает обычной, а зачастую бывает даже прочнее. Однако многое зависит от того, как питается и какие препараты принимает пациент с переломом.

Факт 12. Из-за длительного ношения гипса страдает подвижность суставов

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.

Факт 13. Если родную кость восстановить не удалось, можно использовать искусственную

Искусственная кость — созданный в лаборатории костеподобный материал используемый в трансплантации для восстановления костных дефектов возникших при тяжелых переломах, болезнях и т. п.

При разработке имплантируемых биоматериалов ключевыми критериями становятся биоинертность, высокая прочность и биомеханическая совместимость. Имплантаты изначально изготавливались из металлов и твердой керамики, которые достаточно прочны, чтобы выдерживать внешние нагрузки.

Однако жесткость этих материалов не соответствует критериям биомеханической совместимости, поэтому инженеры разрабатывают им на смену более совершенные искусственные материалы, 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 — рассказывает Павел Гаряев.