Какое свойство придают костям входящие в них органические вещества

Строение кости

Кость
— составная часть скелета, опора организма, его твердый орган. Она имеет довольно сложное строение с преобладанием костной ткани. Верхний слой кости составляет так называемое компактное вещество
(или же компактная костная ткань), ниже лежит губчатое вещество (или же губчатая костная ткань). В разных типах костей степень развития этих двух веществ отличается. Снаружи кость обволакивается тонкой прочной пленкой надкостницей. Она пронизана нервными окончаниями и сосудами. Именно благодаря ей идет кровоснабжение компактного вещества, а детские кости растут вширь. Лишены надкостницы только суставные поверхности костных концевых утолщений.

Компактное вещество

Крепкое, плотное и надежное, его основная задача — обеспечить прочность кости, препятствовать ее деформации. В общей массе скелета этот подвид ткани занимает до 80 процентов. Состоит компактное вещество из множества цилиндров, называемых остеонами, сложенных из костных пластинок, которых бывает от 5 до 20. В состав пластинок входит белок коллаген, гарантирующий плотность и эластичность кости. Диаметр каждого цилиндра-остеона очень мал, не больше 0,4 миллиметра, внутри него идет Гаверсов канал с кровеносными сосудами. По всему костному веществу разбросаны костные клетки, выделяющие костный материал пластинок (межклеточное вещество). Тела костных клеток, имеющие многочисленные отростки, находятся между соседними костными пластинками.

Губчатое вещество

Наполняющая внутреннее пространство кости губчатая ткань намного более рыхлая и легкая, чем наружная компактная ткань. Благодаря этому масса кости уменьшается. Особенно развито губчатое вещество в эпифизах — на концах трубчатых костей. Строение его имеет решетчатый, ячеистый вид. В промежутках между перегородками-трабекулами находится красный костный мозг.

Каковы особенности костной ткани?

Костная ткань — один из типов соединительной. Две трети ее составляет межклеточное вещество, в котором хранится почти весь запас кальция, фосфора, половина запаса магния и натрия! Костная ткань не жадничает, она отдает эти вещества в кровь, поддерживая гомеостаз. Новая ткань образуется у человека всю жизнь, примерно за три десятка лет она полностью обновляется. Наиболее бурный рост костной ткани идет в молодом возрасте, а с течением лет темп снижается, костная ткань обедняется, теряет запас полезных веществ и массу. Хорошее развитие скелетных мышц усиливает прочность костей.          

Как идет рост костей?

Изначально закладываются хрящи, которые в процессе развития организма замещаются костной тканью. В ширину кости, как уже сказано выше, растут благодаря надкостнице (а именно ее внутреннему остеогенному слою), а в длину — благодаря хрящевым прослойкам около головок (эпифизов) длинных костей — пластинкам роста.

Вещества кости

Органические вещества
(главное место здесь занимает белок коллаген) придают кости эластичность и упругость. Неорганические (фосфаты кальция — гидроксилапатиты, магния, и др.) делают ее твердой, но зато хрупкой и ломкой.

Проводя опыты, выдерживая кость в 10-процентном растворе соляной кислоты, мы выводим из нее неорганические вещества, — в результате кость становится мягкой и гибкой. Сжигая кость, мы уничтожает органику, остаются лишь неорганические вещества — в результате кость легко ломается.

У ребенка и молодого человека в костях высокое содержание органических веществ, с возрастом оно уменьшается — именно поэтому пожилые люди так легко ломают кости и так тяжело восстанавливаются. Кости детей эластичны, при их некритических искривлениях ситуацию еще можно исправить: например, выпрямить сколиозный позвоночник. В ЕГЭ по биологии могут быть вопросы о том, почему в детском возрасте легче вылечить сколиоз.

Типы костей

1.      Трубчатые. Очень прочны, являются надежной основой скелета конечностей. Длинные трубчатые кости: бедренная, берцовые, плечевая, локтевая с лучевой. Короткие: кости плюсны, пясти, фаланг пальцев и др. Средняя часть кости этого типа — диафиз — построена из компактного вещества и выглядит как трубка с костно-мозговой полостью, заполненной желтым костным мозгом (хранящим запас жиров). Эпифизы (головки) — концевые части трубчатых костей, в них преобладает губчатое вещество с красным костным мозгом.

2.      Плоские. Представляют собой две параллельные пластинки компактного вещества, между которыми спрятано губчатое вещество. Кости этого типа — лопатка, грудина, ключица, ребра, тазовая кость, кости крыши черепа — служат для формирования стенок полостей, которые окружают различные органы, и поясов конечностей.

3.      Губчатые. Имеют лишь тонкий слой наружного плотного компактного вещества, внутри же — основное губчатое вещество. Кости этого типа находятся там, где большая нагрузка сочетается с высокой подвижностью: кости запястья, мелкие кости стопы, коленная чашечка (надколенник), пяточная кость.

4.      Кроме того, выделяют смешанные кости — они состоят из частей, имеющих различия в происхождении и строении. К таким костям относятся, например, позвонки, кости основания черепа.

Типы соединения костей

1.      Непрерывные соединения
обеспечены соединительной тканью (хрящевой, фиброзной, костной), которая, словно мостик, связывает два костных окончания. Они бывают, в свою очередь, совершенно неподвижными и полуподвижными.

1)      Неподвижные
— это, например, кости черепа с костными швами, или сросшиеся позвонки копчика.

2)      Полуподвижные
— имеющие хрящевые прокладки как, например, между позвонками. Такое соединение еще называют симфиз (полусустав): например, лобковый симфиз.

2.      Прерывные соединения всегда только подвижные. Вот суставы — это подвижные сочленения: в суставную впадину
входит суставная головка. Соединяемые поверхности покрыты суставным хрящом, между костями — внутрисуставные связки. К тому же поверхности костей окружены суставной сумкой (капсулой), в ней находится суставная жидкость, выполняющая роль смазки.

Первая помощь при травмах связок, костей и суставов

Растяжение связок. Место повреждения нужно охладить, приложив к нему медицинский гель, любой замороженный предмет, или погрузив в холодную воду. После этого необходимо туго перебинтовать сустав и не нагружать его.

Переломы костей. При открытом переломе край раны обработать антисептиком и наложить стерильную повязку. Для обездвиживание применяется шина, которая должна заходить за суставы выше и ниже участка кости. При повреждении ключицы нужно подвесить руку на косынку, положив валик в подмышечную впадину. При повреждении ребер — после выдоха туго забинтовать грудную клетку.

Вывихи суставов. При вывихе идет смещение концов костей. Нельзя их вправлять самостоятельно. Необходимо охладить сустав, обеспечить человеку полный покой и доставить его в медучреждение.

Заболевания опорно-двигательного аппарата

1.      Рахит
— возникает при недостатке витамина «Д» и недостаточном питании, лишенном витаминов, у детей первых лет жизни, может привести к деформации костей.

2.      Искривление позвоночника
возникает по причине различных заболеваний (рахит, полиомиелит, туберкулез), травм, нарушения осанки при пребывании в одной позе. При искривлении нарушается равномерное натяжение мышц, что еще более усугубляет проблему.

3.      Плоскостопие
— уплощение свода стопы. Причины его: слабые связки стопы, ожирение, ношение тесной и узкой обуви на каблуке, длительные нагрузки, травмы, следствие рахита. Лечение заключается в упражнениях, массаже, ношении качественной ортопедической обуви и стелек.

Хочешь сдать экзамен на отлично? Жми сюда – курсы ЕГЭ в Москве по биологии

Цели урока:

1. Продолжить формирование знаний учащихся об
   основных функциях и особенностях
   опорно–двигательного аппарата.
2. Изучить строение и химический состав костей.
3. Продолжить формирование умений учащихся
   анализировать факты, находить
   причинно–следственные связи, делать выводы.
4. Показать зависимость развития и
   функционирования систем органов от образа жизни
   человека.

ОБОРУДОВАНИЕ: Плакаты “Скелет человека”,
“Строение кости”, “Строение куриного яйца”;
лабораторное оборудование.

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ.

Учитель: Прежде, чем приступить к изучению
нового учебного материала, давайте вспомним то, о
чем мы говорили на предыдущих уроках.

Какую систему органов мы изучаем?

Предполагаемый ответ:
Опорно–двигательную.

Учитель: На прошлом уроке мы говорили об
опорной части этой системы, т.е. о скелете.
Вспомните, какие функции выполняет скелет.

П.О. На кости скелета опираются мышцы, кости
защищают внутренние органы от внешних
механических воздействий.

Учитель: Что же позволяет скелету выполнять
опорную и защитную функции?

Ответу на этот вопрос мы и посвятим сегодняшний
урок.

Как вы думаете, какое свойство позволяет кости
быть опорой и защитой?

П.О. Ее прочность.

Слово записывается на доске.

Учитель: Как вы понимаете значение
прилагательного “прочный”?

П.О. Твердый, упругий, эластичный.

Учитель: Итак, для того, чтобы выполнять
опорную и защитную функции, костная ткань должна
быть твердой и эластичной (т.е. прочной). А от чего,
по вашему мнению, зависит прочность костной
ткани?

П.О. От ее состава.

Учитель: Верно. Сегодня на уроке мы
поговорим о химическом составе кости и ее
строении. Т.е. именно о тех факторах, которые и
делают кость прочной.

Запись темы урока на доске.

Учитель: Вещества, входящие в состав кости
можно разделить на две группы: органические и
неорганические.

По ходу рассказа составляется схема
“Химический состав костей”. Учащиеся работают в
тетради.

Учитель: Какие неорганические вещества
могут входить в состав кости?

П.О. Соли кальция, фосфора.

Учитель: Верно. Причем соли эти должны быть
нерастворимы. Почему?

П.О. Только в случае нерастворимости солей,
входящих в ее состав, кость будет прочной.

Учитель: Какие же именно свойства должны
сообщать костной ткани неорганические вещества
– твердость или эластичность?

П.О. Твердость.

Учитель: Какие органические вещества могут
входить в состав костной ткани?

П.О. Белки, жиры, углеводы.

Учитель: Какие же свойства должны сообщать
костной ткани органические соединения?

П.О. Эластичность, упругость.

Учитель: Какие именно органические
соединения – белки, жиры или углеводы придадут
костной ткани эти качества?

П.О. Белки.

Итак, мы выдвинули гипотезу: Кость состоит из
неорганических и органических соединений.
Неорганические соединения придают кости
твердость, а органические – упругость и
эластичность.

Для экономии времени имеет смысл
записать на доске гипотезу заранее.

Учитель: Подумайте, как экспериментально
можно проверить ваши предположения.

П.О. Нужно попытаться удалить из кости
неорганические соединения и пронаблюдать
свойства кости. Затем из другой кости нужно
удалить органические вещества и тoже обратить
внимание на свойства кости, лишенной
органических веществ.

Учитель: Каким же образом удалить из кости
неорганические вещества? Ведь мы отметили, что
эти вещества должны быть нерастворимыми в воде?

П.О. Но они могут быть растворимыми в
кислоте.

Учитель: Верно. Группа моих помощников два
дня назад заложила опыт. Его суть, а также
результаты они вам сейчас представят.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ УРОКА.

Ученик: Два дня назад мы поместили куриную
кость в 10% раствор соляной кислоты. Именно
куриную кость, т.к. она мельче, чем, например,
коровья и на растворение солей, входящих в ее
состав, потребуется меньше и кислоты и времени.

Кислоты влияют не только на неорганические, но
и на органические соединения, поэтому мы выбрали
соляную кислоту, как кислоту более мягкого
действия. Чтобы ее воздействие на органические
вещества костной ткани было минимальным.

Итак, мы извлекаем кость из стакана с 10%
раствором соляной кислоты, удаляем остатки
кислоты фильтровальной бумагой, и проверяем
свойства кости. Она способна гнуться во все
стороны.

К какому же выводу подводят нас результаты
эксперимента?

П.О. Органические вещества сообщают кости
упругость и эластичность.

Учитель: Теперь давайте решим проблему, как
удалить из кости органические вещества.

П.О. Их можно сжечь.

Учитель: Верно, органика прекрасно горит.
Когда мы изучали химический состав
растительного организма, то говорили, что
остатки растений (опавшие листья, сухие ветки,
стебли и пр.) отлично горят. На месте костра
всегда остается зола – это минеральные соли (т.е.
неорганические вещества), а все органические
вещества сгорают. Сейчас мои помощники
хорошенько прокалят куриную кость на огне, до
такой степени, чтобы все органические вещества
сгорели.

Ученик: Мы закрепляем кость в зажиме,
зажигаем спиртовку и держим кость в самом
горячем участке пламени. О том, что горение
происходит можно судить по сильному резкому
запаху. Обычно, почувствовав такой запах, мы
говорим: “Паленым пахнет”.

Наконец, кость обуглилась. Обугливание –
верный признак того, что органические вещества
сгорели.

Учитель: Исследуйте свойства прокаленной
кости.

Ученик: Она твердая, но хрупкая. Крошится в
руках.

Таким образом, мы подтвердили свое
предположение о том, что органические вещества
(белки) придают кости упругость, а неорганические
(нерастворимые соли кальция и магния) придают
кости твердость. Сочетание же твердости и
эластичности сообщает кости прочность. Кости
выдерживают растяжение почти так же как чугун, а
по сопротивлению на сжатие они вдвое превосходят
гранит.

Учитель: Мы с вами очень часто говорим о том,
что человек, постигая законы и принципы природы,
берет их себе на вооружение, использует в
технике, медицине и других отраслях хозяйства.
Попробуйте привести примеры использования
человеком сочетания твердости и эластичности
для достижения прочности.

П.О. Железобетон – твердость щебня и
арматуры, эластичность цемента.

Автомобильные покрышки – твердость арматуры и
эластичность резины.

Учитель: Теперь мы знаем, что сочетание
твердости и упругости сообщает какому–либо
объекту прочность. Можем ли мы с вами, обладая
только этим знанием, изготовить качественный
железобетон?

П.О. Нет. Необходимо еще знать пропорции
органических и неорганических веществ. Потому
что, если в костях будет больше неорганических
веществ, то они будут твердыми, но хрупкими. А
если будет избыток органических веществ, то
гости будут слишком гибкими.

Учитель: Верно. Природа, создавая костный
скелет, нашла золотую середину (3:1). Поэтому кости
человека и его родственников достаточно прочны,
чтобы выполнять возложенные на них функции.

А теперь, используя знания, полученные на
уроках биологии, свой жизненный опыт, попробуйте
ответить на следующий вопрос: состав костной
ткани человека постоянный в течение всей его
жизни, или он изменяется? И если изменяется, то
каким образом?

П.О. У детей в костях содержится больше
органических веществ. Их кости более упругие и
эластичные. С возрастом в костях увеличивается
содержание солей. В старости кости становятся
хрупкими, из–за того, что в них содержание
неорганических солей значительно превышает
содержание эластичного компонента.

Учитель: Правильно. Самыми эластичными
косточками обладают грудные дети. Зачем? Зачем
природа сделала так, что новорожденные дети, при
всей своей беззащитности, еще и косточки имеют
самые гибкие, нетвердые?

П.О. Органы, которые находятся под защитой
скелета, растут иногда значительно быстрее, чем
сам скелет. Например, головной мозг. Если бы кости
черепа не были эластичными, то у головного мозга
не было бы возможности расти.

Учитель: Как вы думаете, почему врачи не
рекомендуют мамам слишком рано ставить на ноги
грудных детей?

П.О. Косточки у них слишком гибкие и под
тяжестью тела они могут деформироваться.

Учитель: А почему, скажем в три месяца,
ребенка на ножки ставить нельзя, в шесть – уже
можно? Что может измениться за три месяца?

П.О. В костях ребенка увеличится содержание
неорганических веществ, и они станут более
твердыми.

Учитель: А откуда возьмутся эти соли?

П.О. Они поступят в организм с пищей.

Учитель: Верно. Не случайно, мамам, кормящим
своих детей грудным молоком, врачи советуют
употреблять в пищу продукты богатые кальцием,
например, творог. И детям с 4–х месяцев в рацион
добавляют творог, молочно – кислые продукты.
Вывод о том, что состав костей находится в тесной
зависимости от состава пищи, сделал еще великий
русский анатом Лесгафт. В материнском молоке
сбалансировано содержание белков и минеральных
солей, витаминов. Если этот баланс нарушен, то
кости детей становятся мягкими, деформируются,
ломаются. Все эти признаки отмечаются при
заболевании, которое называется рахит. В их
основе лежит недостаток минеральных солей в
костях. Соли не усваиваются из–за недостатка
витамина D и солнечного света.

Исходя из услышанного сообщения, какие бы вы
дали рекомендации относительно диеты в разные
периоды жизни ребенка?

П.О. Грудных детей лучше всего кормить
натуральным материнским молоком, в котором
содержание минеральных солей и белков
сбалансировано. В рацион растущего организма
обязательно должна входить белковая пища –
молоко, мясо, а так же пища богатая минеральными
солями (растительная, морепродукты) и витамин D.

Учитель: Итак, для прочности скелета большое
значение имеет соотношение органических и
неорганических веществ, образующих костную
ткань. Но, подумайте, можно ли утверждать, что
прочность кости зависит только от ее
химического состава? Или необходимо учитывать
еще какие–то факторы?

П.О. Не меньшее значение для обеспечения
прочности костей имеет строение костной ткани.

Учитель: Как и всякая другая, костная ткань
состоит из клеток и межклеточного вещества.
Клетки, образующие костную ткань, имеют отростки,
с помощью которых они крепко–накрепко
соединяются друг с другом. Межклеточное вещество
образовано органическими и неорганическими
соединениями, о которых мы уже говорили.

У каждой кости выделяют плотное и губчатое
вещество. Их количественное соотношение и
распределение зависит от места кости в скелете и
от ее функции.

Плотное (компактное) вещество особенно хорошо
развито в тех костях и их частях, которые
выполняют функции опоры и движения. Например, из
компактного вещества построено тело длинных
трубчатых костей. Костные пластинки имеют
цилиндрическую форму и как бы вставлены одна в
другую. Такое трубчатое строение компактного
вещества придает костям большую прочность и
легкость.

Губчатое вещество образовано множеством
костных пластинок, которые располагаются по
направлениям максимальной нагрузки. Им
образованы эпифизные утолщения длинных
трубчатых костей, а также короткие плоские кости.
Между пластинками располагается красный костный
мозг, являющийся органом кроветворения – в нем
образуются клетки крови. Полости длинных
трубчатых костей взрослых людей заполнены
желтым костным мозгом, в котором содержатся
жировые клетки. В течение жизни человека
соотношение плотного и губчатого вещества кости
меняется. Эти изменения зависят от образа жизни,
который ведет человек, от его питания, состояния
здоровья. Лесгафт и его ученики собрали огромное
количество фактов, подтверждающих это
утверждение. Исследуя, например, труп человека с
последствиями паралича, перенесенного в детстве,
Лесгафт обнаружил, что толщина слоя плотного
вещества бедренной кости парализованной ноги
составляла 4 мм, а здоровой – 7,5 мм. Количество
плотного вещества у спортсменов значительно
выше, чем у людей, ведущих сидячий образ жизни.

Как вы думаете, костная ткань – живая или нет?

П.О. Живая, потому что кость растет.

Учитель: Кости могут расти в длину и толщину.
В длину они растут за счет деления клеток хряща,
расположенных на ее концах. Рост костей в толщину
обеспечивает надкостница – тонкий слой плотной
соединительной ткани, сросшийся с костью. В
надкостнице проходят сосуды и нервы. Они
принимает участие в питании кости и образовании
новой костной ткани.

Все, что я только что рассказала, касается
молодых людей, у которых еще происходит рост
организма. А у взрослых людей? Они–то ведь уже не
растут. Значит их костная ткань уже мертвая?

П.О. Но переломы у них зарастают.

Учитель: Верно. Зарастание переломов также
осуществляет надкостница. Кроме того, костная
ткань постоянно разрушается специальными
клетками и образуется вновь. Это процесс
происходит в течение всей жизни человека. С
помощью меченых атомов ученые установили, что в
течение года у человека дважды происходит замена
вещества кости.

Итак, кость – сложный живой орган, и для его
жизни необходимы определенные условия питания,
движения. Если эти условия соблюдать, то наши
кости будут достаточно твердыми, упругими и
эластичными, т.е. достаточно прочными и смогут
выполнять возложенные на них функции – опорную и
защитную.

Учитель: Согласны с таким выводом урока?

Тогда еще один вопрос. Большая берцовая кость в
вертикальном положении может выдержать груз
массой 1500 кг. Такова масса малолитражного
автомобиля. Почему же тогда, если человек
попадает в автомобильную катастрофу, такая
прочная кость все же ломается?

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА.