Популярная анатомия. Строение и функции человеческого тела

Самый часто встречающийся тип хрящей – это гиалиновый (по-гречески «стеклянный») хрящ, потому что на вид он чистый и полупрозрачный. (Наличие гиалуроновой кислоты в таком хряще и дало название этому мукополисахариду.) Именно из гиалинового хряща вначале и образуется скелет, а некоторая его часть остается до старости, например реберные хрящи, соединяющие ребра и грудину.

Существуют также эластичные хрящи, цвет которых желтый (как эластичность, так и желтизна обязаны своим существованием наличию эластина). Такие хрящи встречаются, к примеру, в ухе.

Наконец, есть еще волокнистая хрящевая ткань, или волокнистый хрящ, в котором молекулы связываются вместе, образуя скорее плотную волокнистую субстанцию, чем мягкую эластичную. Именно из волокнистого хряща состоят межпозвоночные диски, и именно он соединяет две тазовые кости в месте лонного сочленения.

Структура костей

Несмотря на то что кости скелета выглядят твердыми и сухими, важно помнить, что при жизни около 25 процентов массы кости составляет вода, а еще 30 процентов – органический материал. Органическое вещество – это почти полностью коллаген, хотя немного мукополисахаридов тоже имеется в наличии.

Подобно хрящам, кости содержат живые клетки, функция которых состоит в выработке соединительного материала. Разница в том, что остеоциты (от греческого «костные клетки») также образуют минеральные вещества, которые затем откладываются в органической структуре, укрепляя ее, придавая ей прочность.

Минеральной составляющей, главным образом, является фосфат кальция, в котором ионы кальция окружены фосфатными и гидроксильными ионами[7]. Это структура никоим образом не уникальна для живых организмов. Существуют обычные неорганические вещества, которые демонстрируют точно такое же строение. Самый близкий пример – это фтороапатит, который отличается только тем, что содержит ион фторида на месте гидроксилыного иона. По этой причине, когда говорят о минеральном составе костей, его иногда называют гидроксиапатитом. Когда кость долго находится в земле, наблюдается медленная тенденция к замене гидроксилыного иона на ион фторида, поэтому по содержанию ионов фторида можно иногда судить о возрасте ископаемых костей.

Кости также содержат изрядное количество карбоната кальция, вместе с небольшими количествами соединений магния, натрия и калия. И вдобавок к тому, что являются жестким остовом тела, кости представляют собой хранилище сложного минерала, компоненты которого постоянно доступны организму.

В костях находятся узкие гаверсовы каналы (трубчатые полости, названные в честь английского врача Клоптона Гаверса, который впервые описал их в 1691 году). Именно по этим каналам проходят кровеносные сосуды и нервы. Остеоциты, яйцевидные клетки с множеством неровных отростков, располагаются вокруг канала концентрическими слоями. Гаверсов канал и окружающие его концентрические слои клеток и минеральных веществ называются остеон, а множество остсонов, слившихся вместе, под микроскопом выглядят словно прилегающие стволы деревьев, которые и образуют костное вещество.

Слои минерального вещества могут быть уложены довольно плотно, тогда они образуют компактное вещество кости, но минеральное вещество может быть уложено и в виде множества отдельных перекладин костного вещества, образуя пористую решетку, называемую губчатым веществом кости. Длинные кости конечностей имеют обе формы костного вещества. Поверхность, расположенная дальше от центра, – это компактный слой кости; внутри находится губчатое вещество. Такие кости легче, чем если бы они состояли исключительно из компактного слоя, хотя их прочность не меньше.

Полый цилиндр на удивление прочен. Лист обычной писчей бумаги, свободно свернутый и скрепленный надетой на него круглой резинкой, может удержать тяжелый учебник. Помимо того, костные перекладины и пластинки внутри губчатого вещества выполняют функцию силовых опор, расположенных вдоль линий сжатия и натяжения, вызываемых движениями тела.

Пустота человеческих костей не безоговорочна. Они заполнены мягким жировым веществом, называемым костным мозгом. Костный мозг легче самой кости, а заполненная костным мозгом полая кость легче, чем сплошная, и для нее требуется меньше неорганического материала. Однако в том случае, когда особо необходима легкость, в костях можно действительно обнаружить полости. Слону, к примеру, нужен громадный череп, на котором должны находиться мышцы, необходимые для управления массивным хоботом и поддержания головы, отягощенной как хоботом, так и величественными бивнями. С целью обеспечить поверхность кости, достаточную для расположения мышц, без того, чтобы свести на нет все усилия непомерно большой ее массой, в костях черепа слона предусмотрены пустоты.

Точно так же должны экономить на весе летающие птицы, поэтому их кости полые и хрупкие до такой степени, что выполняют функции поддерживающего остова, очень компактного, не имеющего лишнего пространства. У многих птиц оперение весит больше, чем кости.