Кости: внутри и снаружи

В атласе «Остеография», который вышел в 1733 году, Уильям Чизлден так описал этот рисунок, изображающий ключицу (a), плечевую кость (b) и тазовую кость (c): «Несколько костей распилены, чтобы показать их губчатую внутреннюю структуру. В их полостях сохранились остатки засохшего костного мозга». Пористая структура значительно уменьшает массу кости и повышает ее прочность, особенно ближе к концам кости

William Cheselden, Osteographia, or the Anatomy of the Bones (London: W. Bowyer, 1733)

У новорожденных все костномозговые полости заполнены красным костным мозгом, у взрослых людей красный костный мозг находится в основном в плоских костях, позвонках и утолщениях трубчатых костей. Он хорошо снабжается кровью и отвечает за выработку клеток крови, создавая их примерно по пятьсот миллиардов в день. В желтом костном мозге преобладает жировая ткань, и по мере взросления организма он занимает все больше места внутри кости. Некоторые гурманы считают его настоящим лакомством. Чтобы добраться до этой вкуснятины, они выскребают, грызут, раскалывают и даже обсасывают говяжьи кости. Именно это имел в виду Генри Торо[2 - Генри Дэвид Торо (1817–1862) – американский писатель, философ и общественный деятель. Более двух лет прожил в полном одиночестве на берегу Уолденского озера в построенной собственными руками хижине. Результатом этого эксперимента стала книга «Уолден, или Жизнь в лесу» (1854) – романтическая робинзонада о жизни человека в мире природы как о возможности спасения личности от современной цивилизации.], когда писал: «…укрылся я в лесах, чтоб жизнь прожить не зря, чтоб высосать из жизни костный мозг». Я точно так же поступаю с леденцами Tootsie Pops.

У некоторых птиц бедренные и плечевые кости полностью лишены костного мозга и являются важными элементами дыхательной системы: в их полости поступает воздух, который затем проходит через легкие и выдыхается. Аналогичные полые кости были и у некоторых динозавров – вероятно, тоже для содействия дыханию. Такое сходство в строении скелета доказывает, что современные птицы произошли от этих доисторических рептилий.

Дотошные читатели могут поинтересоваться: «Раз вокруг губчатой костной ткани такой плотный цилиндр, как же в нее поступает кровь?» Если бы прямо через кость проходило отверстие для полноценных кровеносных сосудов, возникли бы проблемы: отверстие имело бы такие размеры, что нарушилась бы прочность конструкции и значительно снизилась бы ее способность сопротивляться сгибающим и скручивающим силам. В этом случае кости стали бы легко ломаться. Чтобы избежать этого, природа придумала хитрость: твердую оболочку кости пронизывает множество длинных, тонких, как иголочка, диагональных ходов. В каждом из них есть крохотная артерия и вена. В одних костях таких каналов для питательных веществ больше, в других – меньше. Тазовая кость и по одной кости запястья и лодыжки отличаются тем, что на крупных участках этих костей вообще нет таких отверстий. Из-за нехватки линий снабжения стройматериалами переломы там заживают плохо.

В костях передней конечности белого носорога мы видим множество маленьких отверстий, через которые кровеносные сосуды подходят к внутренней губчатой костной ткани и питают ее

Оклахомский городской музей остеологии, Оклахома, США

Особо любопытные субъекты могут задуматься и о том, зачем нам в принципе нужны кости. Вспомним девиз департамента полиции Лос-Анджелеса: «Защищать и служить». Мы, хирурги-ортопеды, считаем, что эти ребята немного напутали – для нас служба идет перед защитой, – но нейрохирурги и кардиологи с нами не согласятся. Действительно, череп защищает мозг, а ребра и грудина оберегают различные внутренние органы, однако обслуживанием организма занимаются именно те крупные кости, за благополучие которых отвечают ортопеды: позвоночник, таз, конечности. Каждая кость имеет уникальную форму – такая особенность обеспечивает выполнение конкретных функций, одной из которых является защита нашего организма.

Изменение скелета передних конечностей позволило разным животным приспособиться к выполнению определенных действий: выдерживать вес собственного тела, рыть, бегать, плавать, летать. Человеческая рука не идеальна для вышеперечисленных манипуляций, зато обладает большим преимуществом – способностью брать и удерживать инструменты

Аналогичные кости у большинства млекопитающих, птиц и даже динозавров удивительно похожи по форме, хотя по размерам они очень сильно различаются между собой. Сравните, например, большеберцовую кость слона и куриную голень: обе кости узкие посередине и расширяются у коленного и голеностопного суставов. Широкие концы нужны для равномерного распределения нагрузки, а также для обеспечения достаточной площади крепления связок, которые не дают суставам болтаться.

Если вас спросят, сколько в человеческом организме костей, пожалуйста, не называйте заученное число «двести шесть». Это самый популярный ответ – на самом деле все гораздо сложнее. Задумайтесь: люди отличаются друг от друга чертами лица, цветом волос, ростом, размером обуви. Под кожей мы такие же разные. Все имеет свои особенности: нервы, сухожилия, артерии, кости – их точное расположение и размер в моем организме мало что говорят о вашем организме. Чтобы решить головоломку с подсчетом костей, придется ответить на пять ключевых вопросов: «Кто?», «Что?», «Когда?», «Где?», «Зачем?».

Во-первых, кто считает? Палеонтолог, смахивающий кисточкой песок с древнего скелета, может пропустить некоторые крохотные косточки. К ним относятся маленькие, погруженные в сухожилия сесамовидные кости[3 - Сесамовидные кости (греч. sesamon – «кунжут») – мелкие косточки, расположенные в области суставов кисти и стопы у животных и человека. Появляются в местах потенциального трения сухожилий. Наиболее крупные сесамовидные кости – надколенник, подколенник и гороховидная кость.], расположенные рядом с суставами по всему телу. Они названы так потому, что напоминают кунжутные зернышки. У человека эти кости крупнее (размером, скорее, с каперсы) и помогают равномерно распределить давление, когда мы берем что-нибудь руками или несем свой вес на ногах. У некоторых людей вообще нет сесамовидных костей в руках и ногах, а у кого-то их двадцать штук, однако эта особенность ни на что не влияет. Без сесамовидных костей можно обойтись (их даже называют добавочными), но почему бы не внести их в перечень костей в организме?

Во-вторых, что считать костью? Коленная чашечка – это тоже гигантская сесамовидная кость, хотя ее всегда включают в любимое число «двести шесть». Как и запястную кость величиной с горошину. У большинства людей двадцать четыре ребра – по двенадцать с каждой стороны груди, но встречаются и такие индивидуумы, у которых двадцать шесть ребер, и медаль им за это не положена. Три крохотные косточки в каждом ухе учитываются, а вот сесамовидные кости стопы – нет, равно как и добавочные кости величиной с фасолину, располагающиеся вокруг бедра, колена и лодыжки.

Когда мы считаем? У новорожденного ребенка около двухсот семидесяти костей, но со временем некоторые из них срастаются. Плоские кости черепа младенцев подвижны по отношению друг к другу – благодаря этому форма головы может меняться, что облегчает процесс родов, – но затем кости черепа соединяются, чтобы защитить мозг. В младенчестве кости запястья и лодыжек содержат мало кальция, поэтому пропускают рентгеновские лучи и не видны на снимках. Иногда кости запястья и лодыжек без особых причин объединяются с соседними костями, и это еще больше осложняет подсчет.

Сесамовидные кости у основания ладони (a) и в передней части колена (b) включают в число «классических» двухсот шести костей организма человека, а сесамовидные кости задней части колена, большого пальца (c) и свода стопы (d) не учитывают

Где мы ищем ответ? Разные книги дадут разные ответы на вопрос о количестве костей в организме человека. Все зависит от предполагаемой аудитории: в одних изданиях сесамовидные кости вообще не учитываются, а в других перечисляются все когда-либо описанные, до единой косточки.

Число костей запястья не меняется в течение жизни, однако в младенчестве лишь две из них содержат достаточно кальция, чтобы проявиться на рентгеновском снимке (a). Через шесть лет в идентичной проекции видны уже семь из восьми костей (b). И наоборот, число костей черепа уменьшается: у младенца (c) их больше, чем у взрослого (d), так как они частично срастаются по мере взросления

© Bone Clones, www.boneclones.com (http://www.boneclones.com/)(c, d)

Наконец, зачем вообще считать кости? Их общее число может пригодиться студентам-медикам, хирургам и палеонтологам. Следовательно, лучший ответ на этот вопрос – «никто толком не знает», так что не советую вам лишний раз облучать себя радиацией, чтобы докопаться до истины.

Каждая косточка нашего организма имеет свое название. Это помогает нам описывать кости, когда нельзя взять их в руки и показать. Языком западной науки первоначально была латынь, поэтому большинство костей получило латинские имена, хотя некоторые названия происходят от греческих слов. Для человека, знающего латынь, они чисто описательные и говорят сами за себя. Например, лопатка – scapula – в целом представляет собой плоский треугольник. Какой-то анатом много лет назад взял ее в руки, подумал, сделал вывод, что она напоминает штык лопаты, и подарил ей имя. Еще один хороший пример этой системы присвоения имен костям – названия восьми костей запястья. Сначала их просто нумеровали, но потом присмотрелись и дали описательные названия по их форме: ладьевидная, полулунная, трехгранная и гороховидная. По-латыни, соответственно, scaphoideum, lunatum, triquetrum и pisiforme.

Имена-намеки придуманы не только для костей: то же самое со всеми бугорками, гранями и впадинками на их поверхности. Верхушка человеческой лопатки – это акромион. Латинское acromion образовано от греческих слов «акрос», то есть «верхний» (как в слове «акрополь» – «верхний город»), и «омос» – «плечо». Локтевой отросток по-латыни – olecranon, тоже из греческого, от слов «локоть» и «голова». Вертлужная впадина (глубокая выемка в тазовой кости в месте тазобедренного сустава) получила латинское название acetabulum за сходство с чашей для уксуса: acetum – это «уксус», abulum – «сосуд». Лодыжки – выступы по бокам ноги, соединяющие кости голени с костями стопы, – по-латыни называются malleoli, от слова malleolus, что значит «молоточек». (Интересно, о чем думал человек, которому пришло в голову это название?)

Сегодня врачи придерживаются этой греко-латинской традиции и по необходимости, и добровольно. Благодаря единой терминологии специалистам проще понять лекции и научные статьи своих коллег со всего мира. Наверное, кому-то из докторов кажется, что умением ввернуть старинное словцо они выделяются на фоне необразованных масс. Знание становится привилегией, обретает особую ценность. Когда мы, волшебники и знатоки костей, встречаемся друг с другом, приятно послушать рассказы про какой-нибудь calcaneus (пяточную кость), condyli (мыщелки[4 - Мыщелки – округлые выступы или утолщения на костях скелета, служат для прикрепления мышц или входят в состав сочленения костей.]) или coracoideus (клювовидный отросток[5 - Клювовидный отросток – отросток верхнего края лопатки вблизи суставной впадины, место прикрепления малой грудной, начала клювовидно-плечевой мышцы и короткой головки двуглавой мышцы.]). Впрочем, прочтя эту книгу, вы уже не купитесь на этот трюк. Конечно, foramen magnum – отверстие диаметром в несколько сантиметров у основания черепа, из которого выходит спинной мозг, – звучит солидно и даже напоминает магическое заклинание, но переводится этот термин просто как «большое отверстие».

Однажды композитор Джеймс Уэлдон Джонсон[6 - Джеймс Уэлдон Джонсон (1871-1938) – американский писатель и общественный деятель, автор песен и оперетт, историк культуры, составитель антологий негритянской поэзии и фольклора.] вдохновился Книгой пророка Иезекииля и написал простую религиозную песню про кости – Dem Bones. Если бы он был специалистом по анатомии, мы, наверное, пели бы что-то невнятное и мудреное вроде «tibia соединена с patella, patella соединена с femur»[7 - На самом деле в песне следующие слова: «кость пальца ноги соединена с костью стопы, кость стопы соединена с пяточной костью» и т. д.] и т. п.

Описанное Джонсоном расположение костей характерно не только для человека. Когда я бываю в зоологическом музее, меня поражает сходство между совершенно разными видами животных, которое совсем не замечаешь в зоопарке. Сравните скелет слона и летучей мыши: стопа слона выдерживает колоссальный вес, а скелет крыла летучей мыши позволяет ей передвигаться по воздуху. Обнаженные кости демонстрируют общие принципы строения скелетов и подтверждают происхождение видов от одного предка.

Некоторые животные имеют уникальные, интересные кости, которых нет у нас с вами. Я упомяну всего пять из них. Среди пресловутых двухсот шести человеческих костей вы не найдете ни одного из этих необычных элементов скелета. Каждая из этих костей дает определенные преимущества тому виду, которому принадлежит. Будем двигаться от привычного к необычному.

Однажды после ужина на День благодарения какой-то биолог, видимо, задался вопросом: «Понятно, зачем вилочка индейки нужна людям – чтобы гадать. Но зачем она нужна самой индейке?» Даже если вы эксперт по разделке этого праздничного блюда, вряд ли вы замечали, что анатомически вилочка представляет собой слившиеся ключицы. Однако это не объясняет ее функции. Чтобы найти ответ и посмотреть на вилочку в работе, неутомимые ученые соорудили целую систему из аэродинамической трубы и рентгеновского аппарата и запустили туда скворцов.

На скелете голубя видны кости, которых нет у людей: вилочка (обведена) и плоское кольцо в каждой глазнице

Музей остеологии

Вилочки индеек и кур немного пружинят. То же самое у скворцов: когда птичье крыло при взмахе идет вниз, концы вилочки расходятся и смягчают толчок. При движении крыла вверх птица тратит меньше сил, поскольку кость возвращается в исходное положение и эффективность полета возрастает. Однако так происходит не у всех птиц. Некоторые туканы и совы не имеют вилочек и прекрасно летают, а у журавлей и соколов вилочки жесткие и не влияют на полет, но, возможно, участвуют в дыхании. Наверное, поэтому традиционным блюдом на День благодарения стала именно индейка – поджаренный тукан или журавль не дали бы нам такой радости после ужина. Вилочки были и у динозавров, в том числе у тираннозавра рекса. К сожалению, людей в то время поблизости не было, и никому не пришло в голову зажарить тираннозавра и уж тем более загадать желание на вилочке, которая от него осталась.

Длинный костный гребень паразауролофа соединялся с ноздрями и горлом и, возможно, служил резонаторной камерой для усиления издаваемых звуков

Michael Jablon, MD

Птиц роднит с древними рептилиями еще одна особенность строения их скелета – полые кости, задействованные при дыхании. Некоторые динозавры даже начали использовать кости, чтобы издавать звуки. В верхней части черепа динозавра располагался отходящий назад костный гребень. Полость в гребне соединялась с ноздрями и горлом, и воздух проходил целых три метра туда и обратно. Специалисты предположили, что это была резонаторная камера, которая позволяла животному издавать низкий, мощный рев.

Третья особая кость – плоское кольцо в глазах некоторых птиц и пресмыкающихся, в том числе динозавров. Она окружает глазное яблоко и обычно придает скелету «умный вид». Вероятно, эта конструкция помогает поддерживать форму глаза, но точно ее функцию никто не знает.

У некоторых древних птиц и пресмыкающихся, включая эту вымершую морскую рептилию (на рисунке показана нижняя часть ее скелета), были брюшные ребра. Они располагались между грудиной и тазом и были соединены друг с другом, но не с остальной частью скелета

D. W. Niven

Четвертое место нашего списка занимает группа костей в районе живота у различных доисторических птиц и пресмыкающихся, включая упомянутого тираннозавра.

В настоящее время единственными обладателями этого наследия динозавров считаются крокодилы и одно похожее на ящерицу новозеландское существо. Такая «брюшная клетка» напоминает решетку для духовки и состоит из дополнительных ребер, которые, однако, не прикреплены к остальному скелету. Она прикрывала мягкое подбрюшье животного и, вероятно, помогала ему дышать, летать или делать и то и другое.

У полевок, хлопковых крыс и ондатр (a) длина кости полового члена – около шести миллиметров. У бурундуков (b) эта кость чуть длиннее, у медведей и морских львов (c) ее размер достигает пятнадцати сантиметров, а иногда намного больше

William Henry Burt, “Bacula of North American Mammals”. Miscellaneous Publications, no. 113, May 25, 1960. Иллюстрации Уильяма Брудона. Copyright © 1960 by Regents of the University of Michigan. Перепечатано с разрешения

Никаких сомнений не возникает в отношении функции пятой особой кости: она поддерживает эрегированный половой член. Такая кость – бакулюм – имеется у различных млекопитающих: собак, кошек, енотов, моржей, морских львов, горилл и шимпанзе, – а у человека ее нет. Она позволяет увеличить продолжительность полового акта – это гарантирует воспроизводство вида в условиях, когда подходящие женские особи встречаются нечасто. Эти кости различаются и по форме (от прямой до весьма причудливой), и по размерам. Бакулюм маленьких обезьян – крохотная косточка, а у моржей и морских львов его длина достигает шестидесяти и более сантиметров. Я видел такую кость с переломом, зажившим посередине. Этому бедняге не позавидуешь! У самок этих видов животных обычно имеются кости клитора, хотя размер их намного скромнее.

* * *

В этой главе мы рассмотрели строение молекулы пролина и атомов кальция, затронув многие аспекты химии, механики и анатомии. Кости оказывают уникальные и разнообразные услуги своим владельцам. Для этого они непрерывно реагируют на химические и механические воздействия и веками соревнуются с другими скелетными поддерживающими системами. Давайте посмотрим, как кость справляется с этими задачами.

Глава 2. Жизнь кости и ее родственники

Длина большеберцовой кости младенца – около восьми сантиметров. У взрослых эта кость примерно в шесть раз больше – в зависимости от роста. В течение жизни все кости сохраняют свою уникальную форму, однако от зарождения плода в утробе матери и до завершения подросткового периода они увеличиваются по всем параметрам. Как это происходит? Растущая ветка дерева удлиняется за счет того, что на ее конце непрерывно добавляются новые клетки. Если бы большеберцовая кость росла таким же образом, она просто наращивала бы толстый хрящевой колпак и к подростковому возрасту состояла бы преимущественно из хрящевой ткани. Такая структура оказалась бы недостаточно прочной и жесткой, чтобы выдержать массу тела в вертикальном положении, не говоря уже о нагрузках при катании на скейтборде.

Мы можем только восхищаться тем, как кость растет на самом деле. Представьте, что вы надели на кончик растущей ветки маленький квадратик банановой кожуры – пусть он играет роль свободно скользящего хряща. Ветка растет, и кусочек банановой кожуры смещается вперед. То же самое происходит с костью. Хрящевой слой остается сравнительно тонким, но растущая кость, прилегающая к нему, постоянно сдвигает его вперед. Размеры костей зависят от генетики: например, высокие дети обычно рождаются у высоких родителей. Если в генах что-то идет не так, кость может получиться очень короткой или чрезмерно длинной, и тогда потребуется вмешательство ортопеда. На размеры костей влияет и питание: благодаря обилию пищи современные американцы выше, чем их сверстники двести лет назад. Наконец, за скорость развития костей отвечают гормоны. Именно они вызывают резкий скачок роста в период полового созревания.

Область под хрящом на конце трубчатой кости называют эпифизарной пластинкой, или пластинкой роста. Под действием гормонов она очень быстро образует новые костные клетки и толкает хрящ вперед, но в конце концов прекращает свою деятельность и исчезает в позднем подростковом возрасте – у девочек обычно раньше, чем у мальчиков.

На разных костях это происходит в разное время, однако последовательность всегда предсказуема, так что ортопеды и рентгенологи, взглянув на рентгеновский снимок кисти руки, могут определить возраст и степень зрелости скелета по активности эпифизарных пластинок. Для антропологов наличие или отсутствие ростовых пластинок на определенных костях считается признаком возраста человека на момент его смерти.

Эпифизарные пластинки (показаны стрелками) имеются на концах всех трубчатых костей руки этого семилетнего ребенка и обеспечивают их рост. Когда в подростковом возрасте рост костей в длину завершается, эпифизарные пластинки сливаются с телом кости

Benjamin Plotkin, MD

В периоды быстрого роста эпифизарные пластинки трудятся с головокружительной скоростью, новая кость особенно слаба и подвержена переломам. Травмы почти всегда заживают, однако в некоторых случаях необратимо повреждается сама пластинка. Последствия бывают разные и зависят от возраста человека и локализации повреждения. Если шестнадцатилетний мастер боевых искусств сломает палец кисти руки, повредив эпифизарную пластинку, кость будет всего на полтора миллиметра короче нормальной – функциональности и внешнему виду руки это ничуть не повредит. Совсем другое дело, если восьмилетний ребенок, катаясь на скейтборде, сломает бедренную кость над коленом, и ростовая пластинка прикажет долго жить. К концу подросткового периода эта нога может оказаться на целых десять сантиметров короче своей напарницы. Такой поворот событий приведет к большим физическим и психологическим проблемам.