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

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

«Возрастные изменения костей человека связаны с патологическими разрастаниями костной ткани в форме всевозможных наростов и шипов (остеофитов). Именно эти образования вызывают боль в суставах и приводят к ограничению их подвижности, особенно позвоночника»

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, — рассказываетПавел 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.

«В России остеопорозом страдают около 14 млн человек. Особенно часто болезнь встречается у женщин в период климакса, почти у каждой третьей. Из-за изменения гормонального фона и дефицита эстрогенов кальций вымывается из костей, они становятся очень хрупкими, даже несильное падение может привести к перелому шейки бедра»

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.

«Избегайте курения — это замедляет процесс регенерации кости. Диета должна быть сбалансированной и содержать необходимые питательные элементы, такие, как белок, витамины и микроэлементы, особенно кальций. Это даст организму энергию и строительный материал для восстановления поврежденной ткани. Прием болеутоляющих — только по назначению врача, поскольку некоторые препараты могут подавлять процесс срастания кости»

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.

«В дальнейшем важно, чтобы восстановление происходило в движении, поэтому врачи рекомендуют активно разрабатывать сустав после снятия гипса или фиксирующего ортеза с помощью специальных упражнений или аппаратов механотерапии, которые самостоятельно сгибают сустав и постепенно растягивают мягкие ткани»

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.