В разных костях содержится разное количество костной ткани. Несмотря на то что губчатые и трубчатые кости состоят из одинаковых материалов, их внутреннее строение различается.
Трубчатая (компактная) кость
Трубчатая кость формирует внешнюю стенку костей. Это второй по твердости материал в нашем организме (после зубной эмали); на его долю приходится 80 % веса костей. Трубчатая кость в разы плотнее губчатой, поэтому такая кость выглядит белой и гладкой.
Трубчатая кость формирует твердую и прочную защитную оболочку вокруг губчатой кости. В ней содержится плотно упакованный костный материал.
Трубчатую кость формируют микроскопические столбики (остеоны), которые состоят из концентрических колец остеоцитов. Такое кольцо называют ламеллой (костной пластинкой). В центре каждого остеона располагается Гаверсов канал, выстланный эндостом. В эндосте содержатся нервы, кровь и лимфатические сосуды, которые разветвляются во внешний и внутренний слои кости. Трубчатая кость покрыта надкостницей.
В здоровом состоянии наши кости не ломаются при беге или прыжках, потому что трабекулы губчатой кости смягчают механическую нагрузку.
Губчатая (спонгиозная) кость
Губчатая кость — это внутренняя костная ткань. Она присутствует на концах длинных костей, костей таза, ребер, позвонков и черепа. Благодаря своей пористой структуре губчатая кость подвижнее и слабее трубчатой кости. Общая поверхность губчатых костей примерно в десять раз больше, чем трубчатых.
Губчатая кость состоит из костных балок, или перекладин (трабекул), которые формируют пористую основу. Поверхность трабекулы выстлана эндостом. Характер роста трабекул обусловливается нагрузкой на кость. Пространство внутри трабекул заполнено красным костным мозгом. Остеонов нет, но лакуны заняты остеоцитами (как и в компактной кости).
Позвоночные
Отличительной особенностью всех позвоночных, будь то ныне живущие или уже вымершие, является наличие внутреннего скелета, или эндоскелета. К позвоночным относятся люди и другие млекопитающие, земноводные, рептилии, птицы и рыбы. Млекопитающие состоят из сотен костей. Например, у синего кита их около 350, а нижний предел у взрослого человека начинается от 206 костей. Считается, что в теле гигантских змей можно насчитать 500 позвонков, и каждый из них прикрепляется к своей паре ребер. Однако у подавляющего большинства змей 120–240 позвонков.
Форма костей
Как вы уже поняли, кости различаются по местоположению и выполняемым функциям. Внешний вид кости крайне важен, поскольку он определяет выполняемую функцию. Существует пять типов костей.
Мужской и женский скелет
Женский скелет миниатюрнее мужского. Но определять пол костного материала на основании морфологических отличий не всегда правильно — из-за естественного разнообразия людей в популяции. Вот несколько интересных гендерных различий.
Мужские и женские скелеты отличаются по размеру и форме.
Хрящ
Если кости нужна гибкость, то она идет за помощью к хрящу. Эта гладкая, прочная и подвижная соединительная ткань присутствует во всех суставах у взрослых. Она покрывает концы костей, заменяя надкостницу.
На этом микроснимке изображена структура наружного уха с эластичным хрящом, который расположен между перихондрием.
Хрящ, как и кость, образуют клетки, создающие матрикс из хондробластов. Этот матрикс поддерживают более зрелые клетки — хондроциты, обитающие в лакунах матрикса. Под микроскопом хондроциты похожи на игрушечные глазки, которые лежат на ложе из белково-углеводной гиалоплазмы с коллагеном и/или эластином. Будучи аваскулярными, или бессосудистыми, хрящи получают питательные вещества диффузно, через плотную соединительную ткань (перихондрий). Эта мембрана покрывает хрящ, и из-за нее он медленнее заживает после повреждения.
Существует три типа хрящей.
Гиалиновый хрящ.
Формирует незрелый скелет и сохраняется в виде специальной пластины роста, расположенной в эпифизе длинных костей. Гиалиновый хрящ создает тонкую прослойку на суставных поверхностях костей. Помимо этого, его можно найти в кончике носа и в некоторых участках дыхательных путей: гортани, трахее и кольцах бронхов (см. параграф «Бронхи и бронхиолы» на стр. 171). Гиалиновый хрящ богат разрозненными коллагеновыми волокнами, что делает его гладким и скользким.
Соединительнотканный хрящ.
Этот тип амортизирует кости позвоночника и встречается в коленном суставе. Соединительнотканный хрящ содержит много пучков коллагена, что делает его особенно прочным и сильным.
Эластичный хрящ.
Образует наружное ухо и надгортанник, который закрывает гортань при глотании. В эластичном хряще преобладает другой белок — эластин. Этот белок придает хрящу гибкость и объясняет, почему наши уши сначала согнутся, а только затем сломаются.
Развитие костей
Кости плода начинают развиваться в форме твердого хряща. Затем, в процессе роста организма, они сливаются и затвердевают. Этот процесс подчиняется основному закону структурной инженерии: исчезновение трубчатой структуры приводит к небольшому снижению прочности, но зато сопутствующее этому снижение веса становится крайне удобным для остальной части опорно-двигательной системы. Процесс замены хряща на кость (окостенение) начинается с тела кости и идет к ее концам, формируя там губчатую кость.
Эпифизарный хрящ
В детском возрасте мягкие диски гиалинового хряща, присутствующие в местах соединения эпифиза с диафизом (так называемый метафиз), проходят через стадию быстрого деления клеток. Хрящевая пластинка роста, или эпифизарная пластинка, — это участок, с которого кости начинают удлиняться. Новые клетки выталкивают старые к центру, из-за чего последние сплющиваются и затвердевают. По мере этого процесса кость постепенно удлиняется, а мы становимся выше.
Паузы и старты
К четырем годам наш мозг получает колоссальные объемы информации, для чего требуется огромное количество энергии. Однажды наступает момент, когда тело больше не может поддерживать одновременно рост и мозга, и самого организма. Поэтому принимает решение о временном замедлении роста костей, чтобы мозг мог потреблять всю необходимую энергию.
На рентгеновском снимке эпифизарная пластинка выглядит как невидимая линия между двумя костями. У взрослых эпифизарная пластина затвердевает и отображается как белая линия. Во взрослом организме кости продолжают расти, но только в диаметре.
В период полового созревания приоритеты меняются. К этому времени наш мозг уже дорос до того уровня, когда ему требуется меньше ресурсов. В качестве благодарности за это мозг высвобождает из гипофиза и гипоталамуса ряд половых гормонов, которые стимулируют последний скачок в развитии. Тогда эпифизарные пластинки начинают вновь создавать новые клетки с молниеносной скоростью. Это продолжается до тех пор, пока нам не исполнится двадцать лет. Затем пластинка роста перестает делиться, затвердевает и окостеневает.
Мозговой отдел черепа действительно уникален, ведь его образуют сразу восемь костей, или пластин. Изначально эти кости представляли собой отдельные структуры, которые после рождения стали срастаться. Наложение или смещение пластин выполняет сразу две функции: помогает головке малыша вытягиваться при прохождении через родовые пути и позволяет подстроиться под высокую скорость роста мозга.
Роднички — это мягкие пространства между костями черепа новорожденных и младенцев. Со временем они полностью срастутся
Она срастается с соседними костными клетками и образует эпифизарную линию. На рентгеновских снимках эпифизарная линия заметна в месте соединения диафиза и эпифиза.
В период полового созревания мозг запускает последний скачок в развитии.
Суставы и связки
Суставы — это места соединения костей друг с другом. Связки — это эластичные пучки волокон соединительной ткани. Они выполняют поддерживающую функцию в суставах, брюшной полости и в тканях молочной железы.
Типы суставов
Суставы — это своего рода «место встречи», в котором кости могут состыковаться в комфортной среде и с минимальными трудностями. Все происходящее здесь зависит от типа сустава.
Из всех шести синовиальных суставов наибольшую амплитуду движений обеспечивает шаровидный сустав (есть в плече и бедре).
Синовиальные суставы. Это самые подвижные суставы. Они располагаются в костях коленей, локтей и кистей рук. Суставы выстланы гладким слоем соединительной ткани — синовиальной оболочкой, которая обеспечивает им большую амплитуду движений. Эта мембрана в одну клетку толщиной выделяет синовиальную жидкость, которая хорошо смазывает сустав и препятствует его высыханию. Синовиальные суставы заключены в прочную капсулу — суставную сумку, которая помогает суставу сохранять целостность и предотвращает нестандартные движения. По типу движения синовиальные суставы делятся на следующие группы: блоковидный, плоский, цилиндрический, шаровидный, седловидный и мыщелковый.
Фиброзные суставы. В основном эти суставы зафиксированы и не двигаются. К этому типу относятся суставы черепа плода, более известные как швы черепа. Фиброзная ткань внутри суставов соединяет кости черепа друг с другом (см. «Мозговой отдел черепа» на стр. 91). В период активного мозгового роста суставы остаются гибкими. А затем, когда темп роста замедляется, швы начинают срастаться, становясь неподвижными.
Хрящевые суставы. Хрящевая ткань соединяет две кости, придавая им частичную подвижность на малых расстояниях. Хрящевые суставы соединяют ребра с грудиной; именно поэтому грудная клетка способна расширяться. Но, как всегда, здесь не обошлось без исключений. К таким исключениям относятся межпозвоночные диски, которые, будучи фиброзными суставами, содержат хрящевую ткань (это фиброзно-хрящевые суставы, см. «Типы хрящей» на стр. 89), придающую им небольшую мобильность.
Связки — это пучки коллагеновых и эластиновых белковых волокон, их создают фибробласты. Сами фибробласты располагаются между волокнами и питаются губчатой тканью, которая переносится по кровеносным сосудам и нервам. Скелетно-мышечные связки проходят через надкостницу и соединяют две кости, образуя сустав. Кроме того, связки препятствуют вывихам костей, ограничивая их движение.
Внутренние органы не плавают в животе; их удерживают на месте различные структуры, в том числе и брюшные связки. Также связки поддерживают форму и тонус женской груди.
Связки соединяют два участка кости.
Скелетные мышцы
Можно было бы перебрать вам косточки, но, к счастью, они защищены мышцами. Без мышц мы бы не смогли двигаться. Эти мягкие ткани крепятся к скелету плотными соединительно-тканными сухожилиями и создают движение за счет своего сокращения и расслабления. В нашем теле насчитывается около 600 мышц — разных по размерам, формам и функциям.
На первый взгляд, названия, используемые для описания мышц, не всегда логичны. Поэтому не лишним будет узнать, что мышцы получают свое название в зависимости от ряда характеристик.
Скелетные мышцы различаются по размеру. Самая крупная — это ягодичная мышца (формирующая ягодицы), а самая мелкая — стременная мышца в ухе, длина которой не превышает 1 мм. Различия в размерах обусловлены количеством мышечных волокон, их диаметром, длине брюшка (центральной части) мышцы или объемом выполняемой работы. Поэтому названия некоторых групп мышц начинаются со слов большаяили малая. Например, большая грудная мышца является самой крупной из двух грудных.
Для названия мышц по топографическому расположению используют обозначения анатомических плоскостей. Например, передняя большеберцовая мышца обозначает более крупную берцовую мышцу, расположенную перед другой. Называть мышцы можно и по их форме. Так, дельтовидная мышца — дельтовидная, или треугольная. Кроме того, мышцы могут называться по выполняемому ими движению. Например, длинная приводящая мышца приводит или отводит бедро от срединной линии. И наконец, для обозначения мышц также используется количество головок (точек прикрепления мышц). Бицепсы и трицепсы получили свое название по количеству головок: две или три соответственно.
Большая часть скелетной мускулатуры парная и дублируется в левой или правой стороне тела. Мышцы располагаются под кожей и прикрепляются к гиподерме полоской или прослойкой соединительной ткани (фасцией). Для скелетных мышц характерны произвольные движения, но они участвуют и в некоторых непроизвольных (например, рефлексах) (см. «Рефлексы» на стр. 98–99).