Плотный слой кости имеет пластинчатое строение и похож на систему вставленных друг в друга цилиндров, что также придает кости крепость и легкость. Между пластинками костного вещества лежат клетки костной ткани. Костные пластинки составляют межклеточное вещество костной ткани.
Трубчатая кость состоит из тела (диафиза) и двух концов (эпифизов). На эпифизах располагаются суставные поверхности, которые покрыты хрящом, участвующим в образовании сустава. На поверхности костей размещаются бугры, бугорки, борозды, гребни, вырезки, к которым прикрепляются сухожилия мышц, а также отверстия, через которые проходят сосуды и нервы.
Химический состав кости. Высушенная и обезжиренная кость имеет следующий состав: органические вещества – 30 %; минеральные вещества – 60 %; вода – 10 %.
К органическим веществам кости относят волокнистый белок (коллаген), углеводы и многие ферменты.
Минеральные вещества кости представлены солями кальция, фосфора, магния и многими микроэлементами (такими как алюминий, фтор, марганец, свинец, стронций, уран, кобальт, железо, молибден и др.). Скелет взрослого человека содержит около 1200 г кальция, 530 г фосфора, 11 г магния, т. е. 99 % всего кальция, имеющегося в теле человека, содержится в костях.
У детей в костной ткани преобладают органические вещества, поэтому их скелет более гибкий, эластичный, легко деформируется при длительной и тяжелой нагрузке или неправильных положениях тела. Количество минеральных веществ в костях с возрастом увеличивается, в связи с чем кости становятся более хрупкими и чаще ломаются.
Органические и минеральные вещества делают кость прочной, твердой и упругой. Прочность кости обеспечивается также ее структурой, расположением костных перекладин губчатого вещества соответственно направлению сил давления и растяжения.
Кость тверже кирпича в 30 раз, гранита – в 2,5 раза. Кость прочнее дуба. По прочности она в девять раз превосходит свинец и почти так же прочна, как чугун. В вертикальном положении бедренная кость человека выдерживает давление груза до 1500 кг, а большеберцовая кость – до 1800 кг.
Развитие костной системы в детстве и юности. В период внутриутробного развития у детей скелет состоит из хрящевой ткани. Точки окостенения появляются через 7–8 недель. Новорожденный имеет окостеневшие диафизы трубчатых костей. После рождения процесс окостенения продолжается. Сроки появления точек окостенения и окончания окостенения различны для разных костей. При этом для каждой кости они относительно постоянны, по ним можно судить о нормальном развитии скелета у детей и об их возрасте.
Скелет ребенка отличается от скелета взрослого человека своими размерами, пропорциями, строением и химическим составом. Развитие скелета у детей определяет развитие тела (например, мускулатура развивается медленнее, чем растет скелет).
Существует два пути развития кости.
1. Первичное окостенение, когда кости развиваются непосредственно из зародышевой соединительной ткани – мезенхимы (кости свода черепа, лицевой части, отчасти ключица и др.). Сначала образуется скелетогенный мезенхимный синцитий. В нем закладываются клетки – остеобласты, которые превращаются в костные клетки – остеоциты, и фибриллы, пропитанные солями кальция и превращающиеся в костные пластинки. Таким образом, кость развивается из соединительной ткани.
2. Вторичное окостенение, когда кости первоначально закладываются в виде плотных мезенхимных образований, имеющих примерные очертания будущих костей, затем превращаются в хрящевые ткани и замещаются костными тканями (кости основания черепа, туловища и конечностей).
При вторичном окостенении развитие костной ткани происходит замещением и снаружи, и внутри. Снаружи образование костного вещества происходит остеобластами надкостницы. Внутри окостенение начинается с образования ядер окостенения, постепенно хрящ рассасывается и замещается костью. По мере роста кость рассасывается изнутри специальными клетками – остеокластами. Нарастание костного вещества идет снаружи. Рост кости в длину происходит за счет образования костного вещества в хрящах, расположенных между эпифизом и диафизом. Эти хрящи постепенно сдвигаются в сторону эпифиза.
Многие кости в человеческом организме закладываются не целиком, а отдельными частями, которые потом сливаются в единую кость. Например, тазовая кость сначала состоит из трех частей, сливающихся вместе к 14–16 годам. Также закладываются тремя основными частями и трубчатые кости (ядра окостенения в местах образования костных выступов не учитываются). Например, большеберцовая кость у зародыша первоначально состоит из сплошного гиалинового хряща. Окостенение начинается в средней части приблизительно на восьмой неделе внутриутробной жизни. Замещение на кость диафиза происходит постепенно и идет сначала снаружи, а затем изнутри. При этом эпифизы остаются хрящевыми. Ядро окостенения в верхнем эпифизе появляется после рождения, а в нижнем – на втором году жизни. В средней части эпифизов кость сначала растет изнутри, потом снаружи, в результате чего остаются отделяющие диафиз от эпифизов две прослойки эпифизарного хряща.
В верхнем эпифизе бедренной кости образование костных балочек происходит в возрасте 4–5 лет. После 7–8 лет они удлиняются и становятся однородными и компактными. Толщина эпифизарного хряща к 17–18 годам достигает 2–2,5 мм. К 24 годам рост верхнего конца кости заканчивается и верхний эпифиз срастается с диафизом. Нижний эпифиз прирастает к диа-физу еще раньше – к 22 годам. С окончанием окостенения трубчатых костей прекращается их рост в длину.
Процесс окостенения. Общее окостенение трубчатых костей завершается к концу полового созревания: у женщин – к 17–21, у мужчин – к 19–24 годам. Из-за того, что у мужчин половое созревание заканчивается позднее, чем у женщин, они имеют в среднем более высокий рост.
С пяти месяцев до полутора лет, т. е. когда ребенок становится на ноги, происходит основное развитие пластинчатой кости. К 2,5–3 годам остатки грубоволокнистой ткани уже отсутствуют, хотя в течение второго года жизни большая часть костной ткани имеет пластинчатое строение.
Пониженная функция желез внутренней секреции (передней части аденогипофиза, щитовидной, околощитовидных, вилочковой, половых) и недостаток витаминов (особенно витамина D) могут вызвать задержку окостенения. Ускорение окостенения происходит при преждевременном половом созревании, повышенной функции передней части аденогипофиза, щитовидной железы и коры надпочечников. Задержка и ускорение окостенения чаще всего проявляются до 17–18 лет, и разница между «костным» и паспортным возрастами может достичь 5-10 лет. Иногда на одной стороне тела окостенение происходит быстрее или медленнее, чем на другой.
С возрастом химический состав костей изменяется. Кости детей содержат больше органических веществ и меньше неорганических. По мере роста значительно увеличивается количество солей кальция, фосфора, магния и других элементов, меняется соотношение между ними. Так, у маленьких детей в костях больше всего задерживается кальция, однако по мере взросления происходит смещение в сторону большей задержки фосфора. Неорганические вещества в составе костей новорожденного составляют одну вторую веса кости, у взрослого – четыре пятых.
Изменение строения и химического состава костей влечет и изменение их физических свойств. У детей кости более эластичны и менее ломки, чем у взрослых. Хрящи у детей также более пластичны.