✅Механічні властивості кістки
Кістка є твердим тілом, для якого основними властивостями є міцність і пружність.
Міцність – це здатність протистояти зовнішній руйнуючій силі. Кількісно міцність визначається межею міцності і залежить від макро- і мікроскопічною конструкції і складу кісткової тканини. Що стосується макроскопічної конструкції, то кожна кістка має специфічну форму, що дозволяє витримувати найбільше навантаження в певній частині скелета.
Внутрішня конструкція кістки, як уже було сказано раніше, також складна. Остеон (або гаверсова система) – це порожниста циліндрична трубка, стінки якої побудовані з безлічі пластин. Відомо, що в архітектурних спорудах порожнисті колони (трубчасті) мають більшу міцність на одиницю маси, ніж цільні. Отже, вже тільки остеон конструкція кістки передбачає високий ступінь міцності кістки.
Групи остеонів, розташовуючись по лініях найбільших навантажень, формують кісткові перекладини губчастої речовини і кісткові пластинки компактної речовини. Необхідно враховувати, що в місцях найбільших навантажень кісткові перекладини розташовуються дугоподібно (арочно).
Арочні системи разом з трубчастими належать до числа найбільш міцних. Арочний принцип будови перекладин губчастої речовини характерний для проксимального епіфіза стегнової кістки, для губчастої речовини п’яткової кістки.
На міцність суттєво впливає і склад кістки. При декальцінації істотно знижується межа міцності на стиск, розтяг і скручування, в результаті чого кістка легко згинається, стискається і скручується. При підвищенні вмісту кальцію кістка стає крихкою.
Міцність кістки у здорової дорослої людини більше, ніж міцність деяких будівельних матеріалів, вона така ж, як у чавуну. Дослідження з вивчення міцності проводилися ще в минулому столітті.
За даними П. Ф. Лесгафта, стегнова кістка людини при розтягуванні витримувала навантаження 5500 Н/см 2 , при стисненні – 7787 Н/см 2 . Великогомілкова кістка витримувала навантаження при стисненні 1650 Н/см 2 , що може зрівнятися з вантажем, що дорівнює масі тіл більш ніж 20 осіб. Зазначені цифри свідчать про високий ступінь резервних можливостей кісток щодо різних навантажень.
Зміна трубчастої структури кістки (як макро-, так і мікроскопічною) знижує її механічну міцність. Наприклад, після зрощення переломів трубчасту будову порушується, міцність кісток істотно зменшується.
Пружність – це властивість повертати вихідну форму після припинення дії зовнішнього середовища. Пружність кістки дорівнює пружності твердих порід дерева. Вона так само, як і міцність, залежить від макро-мікроскопічної конструкції та хімічного складу кістки.
Таким чином, механічні властивості кістки – міцність і пружність – обумовлені оптимальною комбінацією містяться в ній органічних і неорганічних речовин.
Що ми дізналися
Кісткова тканина має унікальні механічні властивості, які забезпечують їй міцність, гнучкість та здатність витримувати різноманітні навантаження. Ось основні механічні характеристики кістки:
- Міцність
- Кістки високо міцні, що дозволяє їм витримувати значні навантаження.
- Міцність досягається завдяки їхній складній структурі, включаючи колаген (який надає гнучкість) та мінеральні компоненти (які забезпечують твердість).
- Жорсткість та Еластичність
- Кістки жорсткі, але водночас володіють певною еластичністю, що дозволяє їм амортизувати удари та уникати ламкості.
- Еластичність кісток знижує ризик переломів при падінні чи ударах.
- Стомлюваність
- Під впливом постійних навантажень, кістки можуть втрачати свою міцність, що призводить до стомлюваності матеріалу та ризику перелому.
- Відновлюваність
- Кістки мають унікальну здатність до самовідновлення та регенерації, особливо після переломів.
- Цей процес включає ремоделювання та заміну старих кісткових клітин новими.
- Адаптивність
- Кістки можуть адаптуватися до змін у навантаженні або зовнішніх умовах, змінюючи свою структуру та щільність.
- Вікові Зміни
- З віком кісткова тканина стає менш гнучкою та більш схильною до ламкості, що збільшує ризик переломів.
Висновок
Механічні властивості кістки забезпечують міцність, гнучкість та адаптивність, необхідні для підтримки тіла та захисту внутрішніх органів. Завдяки складній структурі та здатності до самовідновлення, кістки відіграють критичну роль в загальній функціональності організму. Однак, вони також піддаються змінам і вимагають відповідного догляду, особливо з віком, для збереження своєї міцності та здоров’я.
1. Будова і склад кісток
В утворенні кісток основна роль належить сполучній кістковій тканині.
Міжклітинна речовина є дуже щільною, що надає кістковій тканині механічну міцність.
Остеоцити оточені найдрібнішими «канальцами» з міжклітинної рідиною, через яку відбувається живлення і дихання кісткових клітин. У кісткових каналах проходять нерви і кровоносні судини.
Твердість кісткам надає наявність у їх складі неорганічних речовин: мінеральних солей Фосфору, Кальцію, Магнію.
Гнучкість і пружність кісткам надають органічні речовини.
Міцність кістки забезпечується поєднанням твердості і пружності.
Більшою гнучкістю володіють кістки організму, що росте; більшою міцністю — кістки дорослої (але не старої) людини.
Склад кістки і властивості речовин, що входять до її складу, можна експериментально довести.
Спалюванням: при тривалому прожарюванні кістки органічні сполуки згоряють. Кістка стає крихкою, розсипається при дотику на безліч дрібних частинок. Залишки складаються з неорганічних сполук. Отже, при відсутності органічних речовин кістка втрачає гнучкість і пружність.
Зануренням у розчин хлоридної кислоти на декілька днів: неорганічні солі розчиняються у хлоридній кислоті і вимиваються з кістки. Кістка стає гнучкою, її можна зав’язати в вузол. Отже, при відсутності неорганічних солей кістка втрачає твердість.
Кожна кістка — складний орган.
Розглянемо будову трубчастих кісток на прикладі стегнової кістки.
У зовнішній будові довгої трубчастої кістки можна виділити тіло кістки (діафіз) та дві кінцеві суглобові головки (епіфізи).
Між тілом і головками міститься епіфізарний хрящ , що забезпечує ріст кістки у довжину.
Усередині кістки міститься порожнина (канал) з жовтим кістковим мозком (жировою тканиною), що і дало назву таким кістках — трубчасті.
Тіло кістки (діафіз) усередині утворено губчастою речовиною, зовні — товстим шаром компактної речовини і покрито оболонкою — окістям.
В окісті розташовані кровоносні судини і нервові закінчення, завдяки чому забезпечується ріст кістки у товщину, живлення, зростання кісток після переломів.