Строение скелета


ХРЯЩЕВЫЕ РЕССОРЫ

Много лет тому назад в одном французском приморском городе на подмостках балагана показывал свое искусство иностранец, рост которого нельзя было измерить. Рядом с ним стоял человек, державший в руке шест для измерения роста. Он предложил кому-нибудь из зрителей определить рост иностранца. А когда это было сделано, началось нечто совершенно невероятное. Иностранец оказался чудо-человеком. На глазах у зрителей он начал расти и в течение одной минуты вырос почти на 10 см, а затем снова стал короче.

Человек с шестом тотчас же предложил сомневающимся убедиться, что это не фокус, что здесь нет никакого обмана. И люди взбирались на подмостки, ощупывали чудо-человека, убеждались в том, что никаких ходулей нет, что его тело действительно способно растягиваться.

А между тем то, что показывалось в балагане, вовсе не было чудом. Как это ни странно, но человек не имеет постоянного роста. Утром, только что встав с постели, человек всегда выше, чем вечером. Разница в росте может достигать 2—3, а иногда и более сантиметров. Особенно сильно укорачивается человек после утомительного перехода с тяжелым грузом на плечах.

Это странное явление объясняется очень просто. Между отдельными позвонками находятся сросшиеся с ними толстые хрящевые прокладки. Все вместе они составляют примерно одну четверть длины всего позвоночника. Хрящевые прокладки, как упругие подушки, могут сдавливаться и расширяться. Когда человек лежит, эти подушки не испытывают давления и расправляются. Если же человек стоит, они сдавливаются под тяжестью тела. Испытывая давление в течение всего дня, они к вечеру становятся более плоскими, и в результате весь позвоночник укорачивается. Вот почему утром человек выше ростом, чем вечером.

Тонкие хрящевые подушки имеются во всех суставах, они покрывают соприкасающиеся поверхности костей. Человек может ходить, бегать, кувыркаться. Вот он вприпрыжку бежит с лестницы, падает, опрокидывается, снова поднимается. Без хрящевых подушек делать это человек не мог бы. Они смягчают удары, действуя подобно рессорам или буферам.

Железнодорожные вагоны, лишенные буферов, то и дело ударялись бы друг о друга с большой силой. Езда в таких вагонах была бы совершенно невозможна, да и сами вагоны от постоянных толчков очень быстро бы разбивались.

Человек тоже без своих многочисленных хрящевых рессор оказался бы в чрезвычайно тяжелом положении. Каждый шаг вызывал бы сильное сотрясение всего тела. А спокойная ходьба была бы еще более мучительной, чем быстрая езда на телеге по плохо вымощенной дороге. При первом же падении или прыжке человек без хрящевых рессор сломал бы себе шею. От постоянных резких сотрясений пострадал бы его мозг.

Не у всех людей хрящевые прокладки между позвонками растягиваются и сдавливаются с одинаковой силой. Встречаются люди с чрезвычайно податливыми хрящами. Путем длительных упражнений они могут научиться по своему желанию так напрягать и расслаблять различные мышцы своего туловища, что толщина хрящевых прокладок резко меняется. К числу таких людей принадлежал и чудо-человек, который, ловко управляя хрящевыми рессорами, заметно изменял свой рост.

 

ПРОЧНЫ ЛИ НАШИ КОСТИ?

В начале XX в. на одной уральской каменоломне произошел несчастный случай: гранитная глыба весом около полутонны придавила рабочему ногу. Врач, которому сообщили о происшествии, был уверен, что кости раздроблены на мелкие части, и заранее приказал приготовить все необходимое, чтобы отнять ногу. Однако, к своему удивлению, он обнаружил, что у пострадавшего все кости целы, хотя глыба всей своей тяжестью надавила на большую берцовую кость — одну из двух костей голени.

Столь благополучный исход этого несчастного случая объясняется необычайной прочностью костей. Бедренная кость, поставленная вертикально, может выдержать давление груза в полторы тонны; большая берцовая кость выдерживает еще большее давление — до 1600—1800 кГ, т. е., по крайней мере, в двадцать раз больше веса человеческого тела.

Прочность костей объясняется особенностями их строения.

Как известно, в строительном деле для больших сооружений, требующих особой прочности, применяют комбинацию железа и бетона. Железные прутья можно согнуть, но сломать их очень трудно. Бетон, наоборот, не гнется, но сравнительно легко ломается. Железо и бетон, столь различные по своим свойствам, в совокупности обеспечивают большую прочность: железные прутья предохраняют бетон от ломкости, а бетон предохраняет железные прутья от сгибания.

Кость также представляет собой как бы комбинацию двух веществ, обладающих разными свойствами. Одно из этих веществ — известь — можно удалить, погрузив кость в раствор соляной кислоты. От этого кость становится мягкой. Длинную кость, обработанную кислотой, можно даже завязать узлом. Другое основное вещество кости — клетки и окружающее их межклеточное органическое вещество — оссеин, обладающий большой упругостью. Если кость прокаливать на огне, ее органическое вещество сгорает, а известь остается. Прокаленная кость твердая, не гнется, но она настолько хрупка, что может рассыпаться при одном прикосновении к ней. Только та кость будет одновременно и неломкой и негнущейся, которая в надлежащей пропорции содержит как известь, придающую ей твердость, так и органические вещества, делающие ее упругой. Способность организма накоплять известь и удерживать ее в костях не всегда одинакова. Она зависит от условий питания и некоторых других причин.

Представьте себе человека, у которого исчезла известь из костей грудной клетки: грудная кость и ребра, лишенные извести, стали мягкими. Такой человек не мог бы ни прижаться грудью к столу, ни лечь на бок или на живот, чтобы не повредить столь важных органов, как легкие, сердце, печень, для которых нормальная грудная клетка служит надежной защитой. Вот он попал в толпу людей, его податливая грудная клетка сжата. Еще мгновение — и человек погибнет, так как он не сможет дышать, работа его сердца окажется резко нарушенной, нежная ткань печени даст глубокие трещины, из которых в брюшную полость струей польется кровь.

Нечто подобное бывает и в действительности. Давно известна тяжелая, но, к счастью, редкая болезнь, которая называется остеомаляцией или размягчением костей. При этом заболевании в скелете уменьшается количество извести. Кости становятся мягкими, легко сгибаются, принимая самую причудливую форму.

В одной старинной французской книге рассказывается о том, как самые знаменитые врачи того времени оказались беспомощными перед тяжелой и страшной болезнью, от которой погибала жена одного маркиза. Это первый описанный в литературе случай остеомаляции. Постоянные невыносимые боли во всем теле совершенно измучили женщину. Молодая, красивая, жизнерадостная, она за полгода превратилась в настоящего урода. Малейшее движение стоило ей больших усилий; даже говорила она с трудом. Позвоночник, кости рук и ног и другие части скелета стали мягкими и податливыми. Череп при давлении изменял свою форму. Врачи не могли спасти женщину от этой долгой и мучительной болезни, которая в те времена считалась неизлечимой.

Для сохранения нормального состава костей необходимо правильное питание. В частности, большое значение имеют витамины.

Для поддержания нормального обмена веществ в костях, а тем самым для обеспечения надлежащего содержания извести в них прежде всего необходимо вводить в организм достаточное количество веществ, богатых кальцием и фосфором, так как в костях известковые соли откладываются главным образом в виде фосфорнокислого кальция. Чтобы поступившие в организм кальций и фосфор могли отложиться в костях, пища должна содержать витамин D. Потребность организма в этом витамине особенно велика в раннем детском возрасте, когда происходит усиленный рост костей. В грудном возрасте недостаток в витамине ведет к тяжелому заболеванию — рахиту.

 

ЛЕГКАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Вообразите человека, который живет в очень маленьком, тесном глиняном домике. Вместо того чтобы сделать пристройку, этот человек придумал весьма странный способ расширения своего жилища. Он пригласил двух рабочих, один из них все время соскабливал глину с внутренней стороны стен, а другой обмазывал их глиной снаружи. Изо дня в день продолжалась эта кропотливая работа. В результате стены дома постепенно раздвигались и внутри становилось все просторнее.

Именно так растут наши кости. Они непрерывно разрушаются изнутри, и столь же непрерывно на их наружной поверхности образуется новый слой костного вещества. Если перепилить ребро, то сразу бросится в глаза, что целиком из костного вещества состоит только поверхностный слой. Во внутренней части ребра костное вещество почти полностью разрушено. Сохранились лишь тонкие перекладины, между которыми видны большие щели. Внутри наиболее толстых костей, например бедренной кости и других длинных костей ног и рук, костное вещество полностью исчезает. Такие кости в средней части имеют вид полых трубок и тем не менее оказываются весьма прочными.

Строителям это должно быть понятно, так как они хорошо знают, что сплошной стержень не прочнее полой трубки того же диаметра, если, конечно, ее стенки не слишком тонки. И во всех случаях, когда изготовляемой конструкции надо придать не только прочность, но и легкость, вместо сплошных стержней применяют полые трубки. Из них состоят и металлические части самолета, и велосипедные рамы.

Пустые или почти пустые внутри кости сохраняют свою прочность и вместе с тем обладают очень малым весом. Весь скелет взрослого человека весит всего лишь 8 кГ. Вес мышц, приводящих в движение отдельные кости скелета, примерно в три раза больше. Если бы кости во всю свою толщину состояли из плотного костного вещества, они были бы гораздо тяжелее. Чтобы приводить в движение такие тяжелые кости, нужны были бы в несколько раз более толстые и сильные мышцы.

 

ПО ЗАКОНАМ МЕХАНИКИ

Верхняя головка бедренной кости, входя в углубление таза, выдерживает давление всей тяжести туловища. Значит, она вместе с прилегающей к ней наиболее тонкой частью бедренной кости (шейкой) имеет особую прочность. Чем же объясняется такое прочное строение кости?

Около ста лет назад один механик-строитель увидел распиленную вдоль бедренную кость. Внимательно осмотрев многочисленные костные перекладины в ее верхней части, механик обнаружил замечательную вещь. Оказалось, расположение этих перекладин хорошо соответствует тому расположению перекрытий, перекладин и балок, которое применяется при строительстве мостов, подъемных кранов, внутренних колонн и сводов.

— Лучшего расположения перекладин, — воскликнул механик, — не придумал бы ни один строитель. Каждая костная перекладина имеет форму, толщину и положение, обеспечивающие наибольшую крепость. Вместе с тем они дают наибольшую экономию материала.

Чтобы окончательно убедиться в правильности своего вывода, механик нарисовал подъемный кран, имеющий форму верхней половины бедренной кости, и дал своим ученикам задачу: начертить наиболее экономное расположение перекладин, но так, чтобы они наилучшим образом противодействовали давлению и растяжению во всех точках этого «подъемного крана». Ученики, никогда не видевшие расположения костных перекладин бедренной кости, дали в своих чертежах совершенно точное их изображение.

В дальнейшем было установлено, что и в других костях скелета человека расположение перекладин соответствует законам механики: оно зависит от направления сил давления и растяжения. В костях стопы перекладины, изгибаясь, образуют выпуклые своды и напоминают сводчатое строение больших мостов. В позвонках они расположены в виде сетки из горизонтальных и вертикальных рядов.

Расположение перекладин по законам механики объясняется тем, что костное вещество легче всего разрушается в тех участках, которые не испытывают сжатия или растяжения. Там же, где сила сжатия или растяжения велика, костное вещество не разрушается. Оно сохраняется в виде перекладин, которые и противодействуют силам давления и растяжения.

Рост костей почти прекращается к 18—20 годам. Но образование нового костного вещества и его разрушение продолжаются в течение всей жизни. В частности, это относится к перекладинам. Их расположение меняется, если на длительное время создаются условия, изменяющие направление сил сжатия и растяжения. Ученые неоднократно наблюдали подобную перестройку костей. Она происходит, если постоянно ходить на костылях или длительное время сохранять лежачее положение, например, во время продолжительной болезни.

 

ИЗМЕНЕНИЯ СКЕЛЕТА С ВОЗРАСТОМ

Тело грудного ребенка очень гибко и податливо, так как его скелет содержит много хряща, который лишь постепенно заменяется костным веществом. Полное окостенение скелета заканчивается примерно к 25 годам. В некоторых частях скелета костные участки, или островки окостенения, появляются на пятом году жизни и даже значительно позднее. У детей младшего школьного возраста во многих костях еще сохраняются хрящевые участки, они перемежаются с костными, поэтому у них кости менее ломки и более упруги, чем у взрослых. Но такие кости относительно легко могут искривляться, особенно у тех, кто часто принимает неправильное положение тела. Ломкость костей у пожилых людей объясняется тем, что в результате более сильного разрушения костного вещества его плотный поверхностный слой, становится тоньше, а перекладины внутри кости делаются более редкими и тонкими. В старческом возрасте особенно легко возникают переломы. Иной раз старый человек, идя по дороге, поскользнется, упадет и сломает себе руку, ногу или ребро. Известен случай, когда одна очень пожилая женщина сломала руку, приподняв кастрюлю с водой.

Если школьник часто и подолгу сидит за партой сгорбившись или склонившись в одну сторону, то его позвонки и хрящевые прокладки между ними испытывают в разных участках неодинаковое давление. В результате происходит неправильное развитие позвоночника: резко усиливается его грудной изгиб и появляется сутулость или происходит боковое искривление. С годами эти искривления и ненормальные изгибы постепенно становятся все более устойчивыми, а после 12 лет в связи с далеко зашедшим окостенением часто оказываются непоправимыми.

Искривление позвоночника затрудняет работу органов дыхания, снижает работоспособность и общее физическое развитие.

Каждый человек с детства должен следить за правильной осанкой, иными словами, за правильным положением тела при стоянии, ходьбе и сидении. Правильная осанка делает фигуру человека стройной и красивой, а главное, способствует нормальному развитию скелета и предохраняет от искривлений позвоночника.

Чтобы осанка была правильной, необходимо каждый день делать утреннюю зарядку, заниматься физкультурой и спортом.