Скелет выполняет важнейшие функции. Он служит опорой тела, к нему прикрепляется большинство органов. Он осуществляет их механическую защиту— для мозга, сердца, легких и пр. он образует прочные костные полости. Кости выполняют роль рычагов в аппарате движения. Большое значение имеет их участие в минеральном обмене. Кости человека и животных очень похожи. Все знают, как они выглядят.
Рис. 21. Костные клетки (1) и костная ткань (2).
Каждая кость представляет собой сложный орган. Основу ее составляет костная ткань. Если рассмотреть ее под микроскопом (рис. 21), легко обнаружить клетки своеобразной формы, соединенные между собой многочисленными отростками. Клетки вырабатывают белок межклеточного вещества оссеин.
Именно межклеточное вещество, составляющее по объему большую часть костной ткани, обеспечивает ее механические свойства. Кость неоднородна по строению. Наружный слой ее плотный, а внутренний имеет ячеистую, губчатую структуру. Снаружи она покрыта мягкой пленкой — надкостницей (периостом). Через нее в кость проникают кровеносные сосуды и нервы. Во внутреннем ее слое, прилежащем к плотному веществу, размножаются и растут клетки, за счет которых происходит рост кости. При переломах они образуют спайку — костную мозоль, благодаря которой происходит сращение отломков. Таким образом, за счет надкостницы осуществляется питание; рост и восстановление костей при переломах. Форма костей (как, впрочем, и других органов) определяется их ролью, их функцией (рис. 22). По форме кости, очень различны, однако по принципу их строения можно выделить две группы: плоские и трубчатые кости. Первые служат для защиты и прикрепления органов. Например, кости черепа защищают мозг кости таза — внутренние органы; трубчатые кости образуют скелет конечностей (рук и ног). Они представляют рычаги движения и поэтому вытянуты в длину и служат одновременно для прикрепления органов (например, мышц). Концы их утолщены и состоят сплошь из губчатого вещества (лишь снаружи они покрыты тонким слоем вещества плотного), и их суставные поверхности всегда покрыты хрящом, участвующим в образовании сустава. Средняя часть кости, называемая телом, представляет трубку цилиндрической формы и состоит только из плотного вещества. В полости ее у взрослых содержится желтый костный мозг, который образован жировой тканью, а в ячейках губчатого вещества во всех костях (и в трубчатых, и в плоских) находится красный костный мозг, являющийся важным органом, он выполняет кроветворную функцию. Здесь развиваются и созревают клетки крови. Общее количество красного костного мозга составляет 1,3—1,5 кг (!), т. е. по объему и весу он лишь немного меньше печени. Многие заболевания крови возникают в результате нарушения его нормальной деятельности. Кровопотери активизируют функции костного мозга.
Рис. 22. Форма костей: 1 — длинная трубчатая кость; 2 — плоская кость; 3 — короткая губчатая кость.
Кость как орган, несущий часто весьма значительную механическую нагрузку, обладает очень высокой прочностью. Ее твердость удивительно велика — она в 30 раз тверже кирпича и в 2,5 раза тверже гранита (!). По прочности и упругости она соответствует железобетону! Эти ее свойства обеспечиваются как химическим составом, так и особенностями внутренней структуры. У взрослого человека (в молодом и зрелом возрасте) кости содержат 30% органических и 70% неорганических веществ (фосфорнокислого и углекислого кальция). От этих соотношений зависит ее твердость и гибкость, что легко продемонстрировать следующими классическими опытами. Если растворить соли кальция, положив кость в соляную кислоту, она становится такой мягкой, что ее можно завязать узлом. Если же удалить из нее органические вещества (например, путем прокаливания), то она становится твердой и очень хрупкой. Кроме того, прочность кости обеспечивается ее внутренней структурой, а именно строением и расположением костных перекладин губчатого вещества в соответствии с направлением сил давления и растяжения. Чем больше нагрузка — тем прочнее кости. Например, в теле человека в связи с его вертикальным положением наибольшая нагрузка падает на большую берцовую кость голени и она способна выдержать вес в 1560 кг (!), т. е. эта кость имеет запас прочности, приблизительно в 23 раза (!) превышающий обычную нагрузку (при весе тела 70 кг).