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.
Однако и у млекопитающих, и у человека совсем немного пустот в костях. Это тоже имеет свои преимущества, потому что их заполняет костный мозг. Кости периодически перестраиваются вследствие активности остеоцитов двух видов с противоположными функциями: остеобластов ростовых клеток в зонах костеобразования и остеокластов, обеспечивающих их рассасывание. Остеобласт строит кость (другими словами, закладывает ее основу), накладывая слои гидроксиапатита. Остеокласт — это клетка, которая, постепенно растворяя гидроксиапатит, отправляет его в кровоток.
Таким образом, кость растет в диаметре вследствие активности остеокластов, которые растворяют стенки изнутри и расширяют внутреннее отверстие кости, оставляя усиливающие опоры вдоль линий сжатия и натяжения. Тем временем остеобласты добавляют слои гидроксиапатита к внешней поверхности кости. При зарастании перелома кости остеобласты откладывают минеральные вещества, а остеокласты отполировывают грубые края, так сказать, убирают лишнее.
Длинная кость состоит из костной трубки — диафиза — и шишковидных концов — эпифизов. Шишковидный эпифиз подходит к соответствующему месту в прилегающих костях и покрыт хрящом. У детей эпифиз отделяется от костной части диафиза более толстой полоской хряща. Остеобласты в костной части диафиза постоянно вытесняют хрящ в направлении эпифиза, как обычно откладывая гидроксиапатит, и хрящ, постоянно вырастая из самой костной трубки, проталкивает эпифиз вперед. В результате кость удлиняется все больше и больше. Примерно в середине подросткового возраста неотступное наслаивание костной ткани догоняет эпифиз и уничтожает хрящ между слоями. Кости больше не удлиняются, и молодой человек достигает своего взрослого роста. Одна из причин более низкого роста у женщин по сравнению с мужчинами заключается в завершении этого процесса у женщин в более юном возрасте.
Сложное наслоение и перенаслоение минеральных веществ и такое упорное соревнование между костью и хрящом не может быть предоставлено самим костям. Должна быть какая-то центральная сила, управляющая всеми костями таким образом, чтобы рост каждой кости происходил в надлежащей пропорции к остальным, а также к мягким тканям тела. Такой центральный контроль осуществляется частично действием ростового гормона, высвобождающегося в крошечных количествах в кровоток небольшим органом, расположенным сразу под головным мозгом и называемым гипофиз. Ростовой гормон и обеспечивает победу хряща в этой гонке.