Интересные факты о скелете человека: почему у младенца костей больше, а вечером мы ниже ростом

Скелет кажется самой неизменной частью тела: в музее он стоит годами, а в земле сохраняется тысячелетиями. Но в живом человеке кости совсем другие. В них есть сосуды и нервы, они растут, срастаются после переломов и постоянно перестраиваются, заменяя старую ткань новой. Кроме того, в костном мозге образуются клетки крови, а в самих костях хранится почти весь кальций организма.

Здесь собраны интересные факты о скелете человека: почему у новорождённого костей больше, чем у взрослого, какая кость самая длинная и какая самая маленькая, что значит «кость прочнее бетона» и где в этом сравнении подвох, зачем костям витамин D и почему к вечеру рост становится чуть меньше. Числа сверены с данными медицинских организаций и научных публикаций; статья не заменяет консультацию врача.

Коротко. У новорождённого, по разным подсчётам, около 270–300 отдельных костей и хрящевых закладок, а у взрослого обычно 206: многие части со временем срастаются. Самая длинная кость — бедренная, самая маленькая — стремечко в среднем ухе длиной около 3 мм. Подъязычная кость не соединена суставом ни с одной другой костью. Кость — живая ткань: по оценкам, у взрослого за год перестраивается порядка 5–10% скелета. К вечеру человек обычно становится ниже на несколько миллиметров или пару сантиметров, потому что межпозвоночные диски проседают под нагрузкой.

Почему у младенца костей больше, чем у взрослого

Взрослому человеку в учебниках анатомии приписывают 206 костей. У новорождённого, по разным подсчётам, около 270–300 отдельных элементов скелета. Точнее назвать число трудно: многие из них ещё наполовину хрящевые, а считать ли отдельной костью центр окостенения, который потом сольётся с соседним, зависит от договорённости.

Дело в том, что большинство костей закладывается у зародыша в виде хрящевой модели. Потом в ней появляются центры окостенения: сначала в теле кости, позже в её концах. Пока ребёнок растёт, эти части разделены хрящом и лишь постепенно срастаются. Так, каждая тазовая кость у ребёнка состоит из трёх: подвздошной, седалищной и лобковой. Пять крестцовых позвонков сливаются в одну кость, крестец, а несколько маленьких позвонков в нижней части позвоночника превращаются в копчик.

Череп новорождённого тоже собран из отдельных пластинок, между которыми остаются мягкие участки, роднички. Это помогает при родах и даёт место для роста мозга. По данным исследования 2014 года, проведённого по компьютерным томограммам, большой родничок у большинства детей закрывается в промежутке между годом и двумя годами, а у части малышей раньше.

Как кости растут в длину

Длинные кости, например бедренная или кости предплечья, растут не по всей длине, а в особых зонах возле концов. Это ростковые (эпифизарные) пластинки, слои хряща. Хрящевые клетки в них делятся, а со стороны тела кости хрящ постепенно заменяется костью. Пока пластинка работает, кость удлиняется.

На рентгеновском снимке ребёнка ростковые пластинки выглядят как тёмные промежутки между телом кости и её концом: хрящ задерживает рентгеновские лучи гораздо слабее кости. У маленьких детей на снимке кисти видно и то, что многие кости запястья ещё не окостенели. По снимку кисти врачи оценивают «костный возраст».

В основном ростковые пластинки закрываются к концу подросткового возраста, и рост в длину прекращается. На их месте остаётся тонкая эпифизарная линия. Одной из последних закрывается пластинка у грудинного конца ключицы: по рентгенологическим и анатомическим исследованиям, окончательно она срастается обычно к 25–28 годам.

206 костей: как они распределены

Учебный подсчёт выглядит так: 22 кости черепа, 6 слуховых косточек, подъязычная кость, 26 костей позвоночника, 25 костей грудной клетки (12 пар рёбер и грудина), по 30 костей в каждой верхней конечности и по 30 в каждой нижней. Отдельно учитывают четыре кости плечевого пояса (две ключицы и две лопатки) и две тазовые кости. Больше всего костей в кистях и стопах: в каждой кисти 27, в каждой стопе 26, вместе 106. Это больше половины всего скелета.

При этом 206 — не закон природы, а типичное число. Сесамовидные косточки, мелкие кости в сухожилиях, есть у всех в разном количестве. Самая крупная из них, надколенник, входит в стандартный счёт, а многие мелкие нет. У некоторых людей встречаются дополнительные мелкие кости в швах черепа, а изредка лишнее ребро в шейном отделе. Поэтому у конкретного человека костей может быть немного больше или меньше 206.

Самая длинная и самая маленькая кость

Самая длинная кость человека — бедренная. У взрослого она в среднем около 45–50 см, и её длина тесно связана с ростом: антропологи используют для оценки роста по одной бедренной кости соотношение, по которому она составляет около 27% длины тела. Она же одна из самых прочных костей скелета.

Самая маленькая кость — стремечко, одна из трёх слуховых косточек среднего уха. Её длина около 3 мм, а масса всего несколько миллиграммов. По форме она действительно похожа на стремя. Вместе с молоточком и наковальней стремечко передаёт колебания барабанной перепонки во внутреннее ухо и при этом усиливает давление звуковой волны. К рождению слуховые косточки уже почти взрослого размера.

Кость, которая ни с чем не соединена

Подъязычная кость — небольшая подковообразная кость на передней стороне шеи, над гортанью. В отличие от остальных костей, она не образует сустава ни с одной соседней костью: её удерживают мышцы, связки и хрящи. Кливлендская клиника называет её единственной «плавающей» костью тела.

От этой кости зависят глотание и речь: к ней крепятся мышцы языка и дна рта, она поднимает гортань при глотании. Поэтому подъязычная кость интересна и антропологам. Когда в 1980-х годах в израильской пещере Кебара нашли подъязычную кость неандертальца, оказалось, что она очень похожа на нашу. Это один из доводов в споре о речи неандертальцев, хотя одна кость этот спор не решает.

Кость — живая ткань

Кость не похожа на камень ни по составу, ни по устройству. По массе компактная кость примерно на две трети состоит из минерала (гидроксиапатита, соединения кальция и фосфата), примерно на пятую часть из органического вещества, в основном белка коллагена, а остальное приходится на воду. Минерал даёт твёрдость, а коллаген гибкость. Если подержать куриную косточку несколько дней в уксусе, минерал растворится, и кость станет гнущейся, как резина.

Снаружи кость покрыта надкостницей, плёнкой с сосудами и нервами. Под ней лежит плотное компактное вещество, а в концах длинных костей находится губчатое вещество, решётка из тонких костных балок. Ячейки губчатого вещества заполнены красным костным мозгом, где образуются эритроциты, лейкоциты и тромбоциты (подробнее о них в статье «Интересные факты про кровь»). У новорождённого красный мозг есть почти во всех костях, а у взрослого он сохраняется в основном в плоских костях, позвонках, тазе и концах длинных костей, в остальных местах его заменяет жёлтый, жировой.

Скелет обновляется всю жизнь

В кости постоянно работают три типа клеток. Остеокласты рассасывают старую или повреждённую ткань, остеобласты строят на её месте новую, а остеоциты, замурованные в кости бывшие остеобласты, улавливают нагрузку и управляют этим процессом. Такой цикл называют ремоделированием, и он идёт в тысячах мест скелета одновременно.

Насколько быстро обновляется скелет? В обзорах по биологии кости скорость ремоделирования у взрослого оценивают примерно в 5–10% костной ткани в год. В докладе Главного хирурга США о здоровье костей (2004) это сформулировано так: благодаря перестройке большая часть скелета взрослого заменяется примерно за 10 лет. Губчатое вещество обновляется быстрее компактного, а у детей перестройка идёт намного интенсивнее.

Ремоделирование подстраивает кость под нагрузку. Где нагрузка больше, кость со временем становится плотнее, где её мало, теряет массу. Ярче всего это видно в космосе. По оценкам, которые приводит NASA, в невесомости космонавты теряют в среднем около 1–2% костной массы в месяц, прежде всего в костях, которые на Земле несут вес тела: тазе, бёдрах, голенях. Поэтому на станции экипаж ежедневно занимается на тренажёрах (о жизни на орбите читайте в статье «Интересные факты о МКС»).

Прочнее бетона? Да, но с оговорками

Часто пишут, что кость «прочнее бетона» или «почти как сталь». В таком виде это упрощение. У материалов несколько видов прочности: на сжатие, растяжение, изгиб, удар, и кость в разных направлениях ведёт себя по-разному. Корректнее сравнивать конкретный показатель, например прочность на сжатие.

Если сжимать компактную кость вдоль её длины, она выдерживает в несколько раз большее давление, чем обычный бетон, и сопоставимое с пределом текучести нержавеющей стали, хотя по массе она примерно вчетверо легче. Но сравнение работает только для этого вида нагрузки. Поперёк волокон, на растяжение и особенно на скручивание и удар кость заметно слабее, а высокопрочные стали превосходят её во много раз. Губчатое вещество намного менее прочно, чем компактное, и прочность кости меняется с возрастом и состоянием здоровья. Секрет кости не в рекордной прочности, а в сочетании лёгкости, прочности и способности чинить себя.

Кальций и витамин D

По данным Управления пищевых добавок Национальных институтов здоровья США (NIH), более 99% кальция в организме находится в костях и зубах в составе гидроксиапатита. Скелет служит и опорой, и кладовой: когда кальция в крови становится мало, организм забирает его из костей, ведь от уровня кальция в крови зависят работа нервов, мышц и сердца.

Витамин D нужен, чтобы кальций всасывался в кишечнике: без него из пищи усваивается лишь небольшая часть кальция. Этот витамин образуется в коже под действием ультрафиолета солнечных лучей и поступает с пищей, например с жирной рыбой и яйцами. При его выраженном недостатке у детей развивается рахит, а у взрослых размягчение костей, остеомаляция.

Суточные нормы в России установлены методическими рекомендациями Роспотребнадзора МР 2.3.1.0253-21. Для взрослых в них указано 1000 мг кальция и 15 мкг витамина D в сутки, для людей старше 65 лет 1200 мг и 20 мкг. Это ориентиры для здоровых людей, а не рецепт. Нужны ли конкретному человеку добавки и в какой дозе, решает врач: избыток витамина D и кальция тоже вреден.

Почему вечером мы ниже ростом

Между позвонками лежат межпозвоночные диски, упругие хрящевые прокладки с богатым водой ядром. Днём, когда человек стоит, сидит и ходит, диски под весом тела понемногу отдают жидкость и становятся тоньше. Ночью в лежачем положении нагрузка исчезает, диски снова набирают воду, и утром рост восстанавливается.

Разница невелика, и у разных людей она разная. По данным исследований с ростомером и МРТ, утренний и вечерний рост различаются примерно от 7 мм до 2 см, причём больше всего «проседают» поясничные диски. Отдых за ночь важен и для позвоночника, а о том, что ещё происходит во сне, можно прочитать в статье «Интересные факты о сне человека».

В невесомости этот эффект становится сильнее: позвоночник не сжимается под весом тела, и, как сообщают специалисты NASA, космонавты на орбите временно вырастают до 3%. После возвращения на Землю рост постепенно становится прежним.

Как срастается перелом

Кость умеет восстанавливаться так, что на месте перелома снова образуется кость, а не рубец, как на коже. Заживление идёт в несколько стадий. Сначала на месте перелома образуется сгусток крови и начинается воспаление. Затем появляется мягкая мозоль из хряща и соединительной ткани, которая соединяет отломки. Потом она заменяется грубой костной тканью, твёрдой мозолью. Последняя стадия, перестройка, может длиться месяцы и даже годы: мозоль постепенно рассасывается, и кость приобретает прежнюю форму.

Сроки сильно зависят от того, какая кость сломана, какой это перелом, от возраста и здоровья человека. Например, Национальная служба здравоохранения Великобритании (NHS) пишет, что восстановление после перелома руки или запястья обычно занимает 6–12 недель, а при тяжёлых повреждениях дольше. У детей кости, как правило, срастаются быстрее, а у них же часто бывают переломы по типу «зелёной ветки», когда гибкая детская кость надламывается, но не ломается полностью.

Чтобы кость срослась правильно, отломки должны быть сопоставлены и обездвижены. Поэтому при травме с сильной болью, отёком, деформацией или невозможностью опереться на конечность нужно обращаться к врачу, а не ждать, что «само пройдёт»: только по рентгену можно понять, есть ли перелом и как его лечить.

Вопросы и ответы

Сколько костей у новорождённого?

По разным подсчётам, около 270–300 отдельных костей и хрящевых закладок. Точное число назвать трудно, потому что многие элементы ещё частично хрящевые и со временем срастаются. У взрослого обычно 206 костей.

Какая кость в теле самая маленькая?

Стремечко в среднем ухе. Его длина около 3 мм, а масса несколько миллиграммов. Вместе с молоточком и наковальней оно передаёт звуковые колебания во внутреннее ухо.

Сколько срастается сломанная кость?

По-разному: многое зависит от кости, характера перелома и возраста. Например, по данным NHS, восстановление после перелома руки или запястья обычно занимает 6–12 недель. При травме нужно обратиться к врачу: сроки и лечение определяет он.

Фото на обложке: John Cummings, Музей естественной истории в Лондоне, лицензия CC BY-SA 3.0.