Надежный каркас: что нужно знать о костной системе человека

Анализируем вместе с экспертом, как развиваются наши кости на протяжении жизни и что нужно учесть, чтобы они оставались прочными в течение долгих лет

Кости — основной элемент скелета позвоночных, включая и человека. Они образуют основу опорно-двигательного аппарата, защищают ключевые органы, служат хранилищем минералов, заключают в себе костный мозг.

Мы постарались разобраться в устройстве костной системы вместе с Эмилем Шукюр-Заде, травматологом, ортопедом Центра молекулярной диагностики CMD Говорово ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора, рассказавшем также о том, как поддерживать ее здоровье.

Как растут и развиваются кости

Остеобласты, формирующие кость

Кости представляют собой твердую соединительную ткань, где клетки (остеобласты) погружены в твердое основное вещество (внеклеточный матрикс). Приблизительно треть основного вещества состоит из органических соединений — оссеина, который в свою очередь состоит из коллагеновых волокон, в то время как оставшиеся 70% состоят из неорганических элементов, главным из которых является минеральный компонент костной ткани гидроксиапатит Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₆.

Благодаря процессам резорбции и реконструкции, каждая кость изменяет свою структуру, адаптируясь к механическим воздействиям, которым подвергается организм в процессе своего развития.

Кости развиваются из менее специализированной соединительной ткани, которая зарождается в эмбрионе. Это обуславливается активностью остеобластов, которые создают белковое вещество оссеин и минеральные соли, а также являются главным компонентом, образующим костную ткань. Костная ткань начинает формироваться на 7-8 неделе внутриутробного развития, когда уже сформированы остальные ткани.

Кости могут изменяться в течение жизни человека благодаря процессам роста и ремоделирования и восстановления. Рост костей происходит благодаря делению и дифференцировке клеток в средних зародышевых листках (мезодермы) и соединительной ткани (мезенхима). Ремоделирование костей — это процесс обновления костной ткани, который позволяет адаптировать скелет к физической активности и другим изменениям в организме. Восстановление костей происходит после переломов или других повреждений, когда кости регенерируют и восстанавливают свою структуру.

Сколько всего костей у человека

Количество костей в организме человека может варьировать в зависимости как от возраста, так и от индивидуальных особенностей организма.

Развитие костей у ребенка

У младенцев при рождении 270 костей, что примерно на семь десятков больше, чем у взрослых. Большее количество костей у детей объясняется тем, что у них есть дополнительные кости, состоящие из хрящевой ткани, которые постепенно превращаются в более крупные и крепкие кости в процессе роста и развития.

На самом деле, у младенцев происходит процесс замещения костей. По мере роста ребенка хрящ постепенно превращается в кость. Крошечные сосуды по всему телу переносят кровь к остеобластам, клеткам, производящим кость, которая впоследствии замещает хрящ. Самый интенсивный рост наблюдается на первом году жизни, когда длина тела ребенка увеличивается примерно на 25 см. А впоследствии прибавляется от 5 до 10 см. Отсюда можно сделать вывод, что длина тела удваивается к 5 годам, утраивается к 14 — 15 годам, увеличивается в 3,5 раза к концу периода роста (у женщин это 20-21 год, а мужчины растут до 24-25 лет).

Полное формирование скелета (происходит, когда разделенные кости полностью сливаются в одну), обычно завершается к концу переходного периода. Это процесс, в ходе которого эпифизы (концы костей) склеиваются с диафизами (тела костей) и прекращается рост кости в длину. К этому времени дети становятся взрослыми, и количество костей и их структура становятся сходными с теми, что у взрослых людей.

Развитие костей у взрослого человека

У взрослого человека число костей варьирует примерно от 205 до 208. Количество костей разнится у разных людей из-за возможного наличия дополнительных мелких костей или вариаций в структуре скелета. Некоторые люди могут иметь дополнительные ребра или другие аномалии в скелете, что может повлиять на общее количество костей.

Например, добавочная ладьевидная кость встречается у 1 из 10 здоровых людей. Это наиболее распространенная дополнительная кость в стопе. Она находится в плотной области сухожилия задней большеберцовой мышцы, которое в свою очередь связано с выступом ладьевидной кости. Также 20 % людей имеют различия по количеству позвонков, а каждый двадцатый имеет лишнее ребро.

«На протяжении всей жизни наши кости постоянно изменяются. Организм естественным образом избавляется от „постаревшей“ костной ткани и замещает ее новой. Пока мы молоды, костная ткань замещается намного быстрей, чем теряется. Поэтому кости в молодом возрасте значительно более плотные и прочные. Пик костной массы у большинства людей приходится на возраст около 30 лет», — объясняет Эмиль Шукюр-Заде.

Как рассказывает травматолог, по достижении пикового значения костной массы в течение некоторого времени в организме образуется примерно столько же новой костной ткани, сколько теряется, однако примерно после 40 лет процессы новообразования костной ткани начинают отставать. Кости в результате этого становятся тоньше и слабее, постепенно увеличивая риск развития остеопороза.

Из каких частей состоит скелет человека

Кости образуют скелет человека. Скелет человека состоит из двух основных частей: осевой и добавочный скелет.

Осевой скелет (основной скелет):

• Череп: состоит из костей лица и черепа. В череп входят 22 кости, включая кости черепа и лицевые кости.

• Позвоночник или позвоночный столб: состоит из 33–34 позвонков, включая шейные, грудные, поясничные, крестцовые и копчиковые позвонки.

• Грудная клетка: включает ребра (12 пар) и грудину (стернум — выпадающая косточка на солнечном сплетении), образующие защитную оболочку для внутренних органов.

Добавочный скелет (конечности):

• Плечевой пояс: включает ключицы (2) и лопатки (2), соединяющие конечности верхней части тела с туловищем.

• Верхние конечности: состоят из плечевых костей (2), лучевой кости и локтевой кости в предплечье, а также костей кисти и пястной кости.

• Тазовый пояс: состоит из костей таза (2), соединяющих верхние части ног с туловищем.

•  Нижние конечности: включают бедренные кости (2), голени с берцами (тазобедренный сустав), костей стопы и пястной кости.

Сколько весят кости человека

Человеческий скелет представляетсобой уникальный каркас, не имеющий аналогов в мире природы. По прочности он превосходит сталь, а по весу в три раза легче. Интересный факт: если бы скелет был, например, из стали, его вес составил бы 180-240 кг.

Кости человека составляют по самым общим оценкам примерно 15% от общего веса тела. Но нужно понимать, что у женщин кости легче и тоньше. Cогласно учебникам анатомии, у мужчин на долю костей приходится 18%, а у женщин — 16% относительно общей массы тела. У детей процент веса костей может быть более высоким из-за более активного роста и развития скелета. Общий вес скелета ребенка зависит от возраста, пола и конкретных физиологических характеристик.

В среднем, скелет детей весит значительно меньше, чем у взрослых, и может быть около 15-20% от общего веса тела. А у пожилых людей процент может быть немного снижен из-за естественного процесса уменьшения плотности костей и их дегенерации. Точный вес костей сказать невозможно, так как он зависит от разных факторов.

Не учитывая жировое и жидкостное наполнение, в среднем, общая масса костей у взрослых мужчин составляет около 4-5 кг, а у взрослых женщин — около 2-3 кг. Различия в росте и комплекции могут оказывать влияние на показатели костной массы у разных людей, однако обычно эти различия не превышают 2-3 кг.

11 интересных фактов о костях человека

1. Кости человека самые длинные у позвоночных. Человеческие кости, такие как бедренная кость, радиус (лучевая кость — парная кость в предплечье) и плечевая кость, являются самыми длинными у всех позвоночных.

2. Самая короткая кость в человеке — стремянная кость (одна из слуховых косточек среднего уха).

3. Кости содержат красный костный мозг. Красный костный мозг, находящийся внутри костей, играет ключевую роль в производстве эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов (кроветворных клеток).

4. Более половины всех костей в организме находятся в руках и ногах.

5. Слуховые косточки, формирующие структуру слухового аппарата, — это наимельчайшие кости в организме.

6. Кости значительно прочнее бетона — их прочность превышает даже многие виды стали.

7. Каждые 7-10 лет человеческий скелет полностью обновляется. Этот процесс называется ремоделирование костей и позволяет поддерживать их прочность и здоровье.

8. Ребра — единственные кости в теле, которые не соединяются напрямую друг с другом.

9. Щитовидная железа располагается изнутри кости подбородка.

10. Цвет костей имеет коричневатый оттенок. Белый цвет приобретают кости, представленные в качестве экспонатов после специальной обработки.

11. Кости дают науке ценную информацию для изучения наших далеких предков.

«Костная система, являясь взаимосвязанной с деятельностью всего организма, достаточно четко отражающая его половую и возрастную дифференцировку, рост, а также патологические состояния различной этиологии, несет в себе очень ценную информацию обо всех сторонах жизнедеятельности, условиях жизни индивидуума и позволяет наиболее достоверно представить его физический облик. Именно это свойство костей запечатлевать в себе все изменения, происходящие в организме, и сохранять их на многие годы, лежит в основе методов исследования в палеоантропологии», — объясняет Эмиль Шукюр-Заде.

Химический состав костей

Кости в организме человека обладают сложным химическим составом. В них выделяют два компонента: неорганический и органический. Неорганическое вещество составляет около 65-70% сухой массы костей, в то время как органический компонент, известный как оссеин, составляет примерно 30-35%. Вот основные компоненты, из которых состоят человеческие кости, и их приблизительное соотношение:

Органические компоненты (около 35%):

• Коллаген — это белок, который обеспечивает гибкость и упругость кости.

• Протеогликаны помогают удерживать кальций и другие минералы в структуре кости.

• Остеоциты — это клетки, отвечающие за обмен веществ в костной ткани.

• Остеобласты и остеокласты — это клетки, отвечающие за образование и разрушение костной ткани.

Неорганические компоненты (около 65%):

• Кальций — это основной минерал, который придает жесткость и прочность костям.

• Фосфаты помогают укреплять кости и участвуют в образовании костной ткани.

• Магний, натрий, калий и другие минералы, необходимые для здоровья костей.

В скелете взрослого человека содержится около 1200 г Са (кальций), 530 г Р (фосфор), 11 г Mg (магний).

«Следует отметить, что именно кальций играет основную роль в повышении прочности скелета и кости путем ее формирования и замедления потери костной массы, развития остеопороза, — указывает Эмиль Шукюр-Заде. — Однако также следует потреблять и достаточное количество витамина D, который участвует в транспортировке кальция. Рекомендуемая ежедневная норма кальция здорового взрослого человека составляет 1000 мг, а в возрасте старше 50 лет этот показатель составляет уже 1200 мг».

Таким образом, хотя кости представляют собой твердую и прочную ткань, их структура сбалансирована за счет сочетания органических и неорганических компонентов, обеспечивающих костям оптимальную прочность и гибкость.

 Здоровье костной системы и питание

«Здоровье костей может страдать как при недостаточной, так и при избыточной массе тела».

ЭМИЛЬ ШУКЮР-ЗАДЕ

Травматолог, ортопед Центра молекулярной диагностики CMD Говорово ФБУН ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора

Как объясняет врач, считается, что люди с дефицитом массы тела, особенно женщины, в высшей степени склонны к недостаточности минерализации костной тканию. Даже похудение в среднем возрасте связано с сильным воздействием на плотность кости. Избыток жира, согласно результатам исследований, вызывает воспаление, которое обеспечивает ослабление костей и суставов. Также в рамках экспериментов ученые измеряли уровни гормона роста, который играет очень важную роль в здоровье костей — было определено, что он ниже у людей с ожирением.

Также Эмиль Шукюр-Заде указывает на то, что рацион нужно тщательно планировать, чтобы поддержать здоровье костей. Ведь эффект от полезных продуктов — таких как орехи, семечки, масла, жирная рыба, молочные продукты, капуста, твердые сыры, зелень, — может быть нивелирован действием вредных, и тогда придать прочность костям не получится. Во избежание этого врач советует минимизировать употребление:
•    сахара. Большое его количество негативно влияет на микрофлору кишечника, что препятствует всасыванию минералов;
•    кофеина. Он ускоряет выведение с мочой минералов из организма; 
•    алкоголя. С одной стороны, он вызывает потерю жидкости, солей, с другой — оказывает токсическое воздействие на костную ткань.

Препятствует усвоению минералов и фитиновая кислота, добавляет травматолог. Это вещество, содержащееся в злаках, блокирует пищеварительные ферменты. Однако это не значит, что овсянка, гречка или кукуруза попадают под запрет. Перед употреблением зерна ферментируют или обжаривают для нейтрализации фитиновой кислоты.

По мнению Эмиля Шукюр-Заде, для поддержания здоровья костной системы также нужно непременно заниматься спортом. «Спорт — опора человеческого скелета и поддержка здоровья в целом», — указывает эксперт, подчеркивая, как важно уделять внимание своему физическому развитию. По его словам, занятия спортом нелегки, но «человека всегда влекли трудности и именно благодаря своему упорству мы идем дальше».