Проектирование новых имплантатов: крепче ли кость стали?
Можно с уверенностью утверждать, что природа старейший и лучший в мире инженер. На протяжении тысячелетий она совершенствовала и оптимизировала структуру костей так, чтобы они становились легче и крепче. В результате люди стали учиться на примерах природы, и это направление даже получило название — биомимикрия.
Однако, некоторым может показаться неубедительным утверждение, что человеческие кости во многом превосходят материалы, которые используются для создания различных изделий.
Вы можете спросить, сильнее ли кость стали? Крепче ли кость бетона? В зависимости от того, о чем конкретно идет речь.
Например, эффективный модуль упругости кортикальной кости варьируется в диапазоне от 14 до 28 ГПа, что примерно соответствует модулю упругости бетона 8 – 36 ГПа, но прочность кости варьируется в диапазоне 100 – 200 МПа, что в разы превышает прочность на сжатие бетона 5 – 40 МПа.
Если рассмотреть нержавеющую сталь, то ее прочность на сжатие аналогична эффективному пределу прочности на сжатие кости, но при этом за счёт своей пористой структуры кость в три раза легче.
Основной особенностью кости является то, что её структура непостоянна, потому что она является частью живого организма. Кости адаптируются к образу жизни человека, становясь прочнее или ослабевая в зависимости от окружающей среды, возраста и здоровья. В НАСА установили, что кости астронавтов ослабевали в результате длительного пребывания астронавтов в условиях микрогравитации.
Так что же происходит, когда человеку приходится вмешаться в работу кости? Когда мы пытаемся заменить её работу, гений природы становится еще более очевидным.
Почему костный материал такой крепкий?
Несмотря на то, что импланты необходимы многим людям, их эффективность на большом промежутке времени не сопоставима со средней долговечностью кости. Например, срок службы коленного сустава может составлять от 60 до 80 лет. А вот имплантат коленного сустава в лучшем случае прослужит четверть от этого времени, поскольку имплантат, в отличие от кости, не обладает способностью к регенерации.
Инженеры должны проектировать имплантаты таким образом, чтобы они выдерживали большие нагрузки. В процессе ежедневной активности, например ходьбы или прыжков, скелет человека подвергается нагрузкам, превышающим вес тела в 4 – 20 раз. Это могут быть сжимающие, растягивающие, изгибные или крутящие нагрузки.
Как кость выдерживает эти нагрузки? За счет своей композитной микроструктуры. Кость состоит из коллагеновых волокон, жестко закрепленных плотным наполнителем и окружающими минералами. Также в костях присутствуют кровеносные сосуды, живые клетки, белки и вода.
Аналогичным образом искусственно созданные композиты приобрели свою значимость в проектировании и изготовлении конструкций. Однако, инженерам очень сложно повторить способность кости адаптироваться и менять свою структуру в зависимости от разных условий. Они используют и подбор материала из существующих, и разработку новых, совершенствуя имплантат до тех пор, пока он не будет соответствовать ожиданиям и требованиям.
Инженеры продолжают поиск заменителя костной ткани
Поскольку инженеры не в состоянии воспроизвести весь функционал кости, каждое медицинское изделие проектируется под конкретный случай использования.
Например, если пациент нуждается в трансплантации костной ткани, то инженеры сосредотачиваются на соответствии химии и микроструктуре исходной костной ткани пациента.
В данном случае хорошим вариантом будет использование фосфата кальция, так как он стимулирует рост костей, способствует заживлению и приживаемости привитого материала.
Имплантация суставов имеет свои сложности. Перед инженерами стоит задача найти такой материал, свойства которого будут соответствовать свойствам окружающей кости. Эти свойства материала будут варьироваться в зависимости от возраста, пола, веса, образа жизни пациента и других факторов. Инженерам также необходимо будет обеспечить, чтобы материал обладал необходимыми антикоррозионными и биосовместимыми свойствами.
В настоящее время большую популярность в процессе поиска и создания оптимальных материалов для изготовления имплантатов набирают аддитивные технологии, которые позволяют создавать материалы с градиентной плотностью. Подобные материалы представляют собой множество ячеистых структур, имеющих различные параметры и топологию, используя которые можно создавать конструкции с заданными механическими характеристиками. Периодическая структура таких материалов подходит для изготовления эндопротезов, а пористая структура, в свою очередь, обеспечивает врастание костной ткани в эндопротез. Примером применения аддитивных технологий в проектировании эндопротеза является работа инженеров АО «ЦИФРА» в составе научной группы специалистов ИММиТ СПБПУ.
Также подобрать материал, подходящий пациенту и его состоянию здоровья позволяет использование специального инструмента для выбора материала. Используя специальное ПО, инженеры могут помочь в разработке новых материалов, характеристики которых будут превосходить характеристики тех материалов, которые представлены на рынке в настоящее время. Узнать об этом подробнее можно на сайте разработчика специализированного ПО ANSYS Granta: Material Intelligence with Ansys Granta.
Данная статья является авторским переводом статьи из блога Ansys: https://www.ansys.com/blog/is-bone-material-stronger-than-steel.
Как укрепить кости и суставы ребенку и взрослому
18 декабря 2019
Костно-мышечная система человеческого организма – это кости, мышцы, суставы, связки, сухожилия и хрящи. Крепкие кости и подвижные суставы позволяют хорошо себя чувствовать и вести активный образ жизни. Значит, важно поддерживать их состояние в абсолютной норме, любое нарушение которой чревато проблемами со здоровьем.
Формирование и состояние костной системы контролируется различными процессами, протекающими внутри организма, однако влияют и внешние факторы, такие как питание и физические нагрузки. Вопрос укрепления костей имеет первостепенную важность, поэтому каждому человеку стоит располагать информацией о количестве кальция и витамина D в своем организме, так как кости и суставы нуждаются в этих элементах.
Кальций – прочность суставов и костей
Кальций – один из пяти самых необходимых человеку минералов. Он участвует во многих важных и сложных процессах работы организма, в частности, является строительным материалом костей, отвечает за их прочность и обновление. Если его запасы истощаются, то начинает расходоваться кальций, содержащийся в костях. Причинами этого может быть несбалансированная диета, голодание, недостаточное употребление богатых кальцием продуктов, недостаток витамина D, различные заболевания (в том числе эндокринной и пищеварительной системы), беременность, стрессы, пожилой или детский возраст и др. Дефицит кальция опасен, так как приводит к ряду серьезных последствий. Поэтому контроль кальция входит в диагностику многих заболеваний и помогает оценить состояние здоровья в целом.
Однако стоит сделать небольшую оговорку: для крепких костей организму нужен не только кальций, но и вещества, помогающие усилить его выработку, усвояемость и полезные свойства. Это витамин D, калий, железо, фосфор, магний.
Витамин D
Витамин D – еще один важный элемент для здоровья костей, так как способствует усвоению кальция и фосфора, влияя на их уровень в организме. Он синтезируется при солнечном свете, поэтому для производства этого витамина человеку необходимо как минимум три раза в неделю по 10-15 минут в день бывать на солнце. «Солнечный» витамин нужен всем людям. Из-за его недостатка у детей может развиться рахит, ведь он необходим для формирования скелета, а у взрослых – кости становятся более слабыми, беспокоят боли, возникают риски переломов. Так что всегда стоит помнить, какой витамин укрепляет кости.
Суточная норма потребления кальция
| Группа (пол, возраст) | Норма в день, мг |
| Дети от 1 года до 13 лет | 700–1300 |
| Взрослые от 19 до 50 лет | 1000 |
| Женщины от 50 до 70 лет и старше | 1200 |
| Беременные и кормящие женщины | 1000 |
| Мужчины от 50 до 70 лет | 1000 |
| Мужчины старше 70 | 1200 |
Как улучшить здоровье костей взрослых
Проблемы здоровья костей затрагивают абсолютно всех. Так в определенном возрасте костные ткани начинают терять кальций. Женщины сталкиваются с этим после наступления менопаузы, что может приводить к развитию заболеваний опорно-двигательного аппарата, остеопорозу и переломам. После 50 лет не защищены от такой проблемы и мужчины, хотя у них процесс протекает не так выраженно, как у женщин. После 70 лет утрата костной массы затрагивает представителей обоих полов.
Повысить прочность костей и улучшить самочувствие в любом возрасте взрослому человеку помогают различные препараты. Это может быть комплекс NUTRILITE «Кальций, магний, витамин D» от Амвэй. Его рекомендуют как пожилым людям, так и тем, кто занимается спортом. Благодаря суточной норме витамина D употребление этого БАДа снижает риск переломов и других повреждений костей.
Подробнее о витаминном комплексе для активной жизни от Nutrilite
Многих людей беспокоит состояние суставов. В этом проявляется как обычная забота о том, чтобы кости и суставы были в порядке, так и необходимость, обусловленная различными факторами. Например, у людей, чья работа связана с большими физическими нагрузками на опорно-двигательный аппарат: это рабочие, спортсмены, артисты балета и т. д. Другие имеют большую массу тела. Третьи – перенесли травмы или операции, имеют связанные с суставами проблемы или заболевания. Четвертые – достигли сорока лет. Всем им подойдет препарат NUTRILITE™ Глюкозамин, в формулу которого входит необходимый для синтеза соединительной ткани глюкозамин. Поступление в организм этого натурального компонента, полученного из оболочек арктических креветок, замедляет разрушение суставов, способствует восстановлению хрящевой ткани, уменьшает суставную боль, улучшает подвижность, например, колена. В состав препарата включены концентрат вишни ацеролы и цитрусовые биофлавоноиды. В нем нет ГМО, красителей, ароматизаторов, консервантов, а также лактозы, глютена и подсластителей.
Узнайте подробнее о БАД-ах для защиты костей и суставов от Nutrilite тут.
Как укрепить кости ребенку
Ребенок должен расти здоровым. Во многом этому способствует кальций. Однако дети также оказываются в группе риска, что связано с недостаточным количеством кальция или его потерей. У ребенка потребность в этом минерале возникает еще до его рождения, то есть в процессе формирования в материнской утробе. Затем кальций становится жизненно необходим для нормального роста и полноценного развития. Его нехватка сказывается на здоровье, проявляется в физическом и умственном развитии: может снизиться иммунитет, испортиться осанка, появиться утомляемость, судороги, беспокоить состояние зубов и склонность к переломам костей. Поэтому о детских косточках нужно постоянно заботиться. Чтобы они стали крепче, детям следует давать, например, жевательные пастилки NUTRILITE с кальцием, магнием и витамином D от Амвэй. Это очень полезно в период, когда дети активно растут. Ведь одна пастилка со вкусом шоколада содержит столько же кальция, сколько привычный стакан молока. В ней столько же магния, сколько в порции овсянки, а витамина D – как в вареном яйце. Есть также полезные жевательные таблетки с кальцием и магнием для детей со вкусом тропических фруктов. Они не содержат ГМО, клейковины и лактозы, поэтому подходят диабетикам и вегетарианцам. Кстати, кальций получен из устричных раковин. Кроме того, жевательная форма понравится тем, кому трудно глотать таблетки.
Подробнее о жевательных пластинках для детей от Nutrilite
Как укрепить кости после переломов
Переломы костей происходят по разным причинам, в том числе из-за их ослабления. После травм потребность организма в кальции возрастает, но не всегда ее можно удовлетворить только благодаря правильному рациону, в который входят богатые кальцием продукты. Поэтому количество этого минерала повышают другими методами. Так, врачом могут назначаться лекарственные препараты и БАДы.
Следует обратить внимание и на народные средства, такие как, например, порошок из яичной скорлупы, мумие, пихтовое масло, ламинария, настой из трав и шиповника, натуральный березовый сок. Известно, что многие травы содержат кальций. Это крапива двудомная, цветы и листья красного клевера, хвощ полевой, мать-и-мачеха, корень лопуха и др.
Полезные советы для поддержания здоровья костей
- Поддерживайте нормальный вес, ведь каждые лишние 400 г в 4 раза больше нагружают колени.
- Включайте в свой образ жизни физические нагрузки, так как сидячий образ жизни плохо влияет на кости и суставы. Это может быть фитнес, спорт, бег, плавание, езда на велосипеде. Или йога, танцы, ходьба. Должным образом организуйте свою жизнь, чтобы на занятия физическими упражнениями всегда оставалось 30 минут в день (или 3 раза по 10 минут).
- Защищайте кости и суставы.
- Позволяйте себе полноценный отдых хотя бы 1 раз в неделю.
- Ешьте продукты, которые содержат много полезных для костей веществ.
- Задумайтесь над тем, как уменьшить потребление соли – источника натрия, который способствует снижению плотности костей.
- Употребляйте меньше кофеина, который содержится в кофе. Найдите более полезные заменители этого напитка.
- Откажитесь от алкоголя, который мешает организму усваивать витамины и минералы.
- Откажитесь от курения.
Какие продукты укрепляют кости?
Питание играет важную роль в жизни человека и должно быть правильным. Диета, в которую включены богатые кальцием продукты, может быть очень разнообразной и вкусной. Но самое главное, что еда тоже помогает укреплять кости и суставы, ведь большое количество продуктов содержит кальций и дружественные ему вещества. Поэтому важно знать, сколько кальция поступает в организм ежедневно вместе с продуктами питания.
1. Молоко
Молоко 1-2% жирности. Если у организма есть такая проблема, как непереносимость лактозы, то можно выбирать соевое или миндальное молоко, обогащенное кальцием.
2. Молочные продукты
Натуральный йогурт с низким содержанием жира, творог, кефир, ацидофилин, молочная сыворотка, сметана (10%), а также сыр твердых сортов, брынза.
3. Темная листовая зелень и капуста
Шпинат, кресс-салат, капуста кале, капуста пекинская, капуста белокочанная (в том числе и квашеная), краснокочанная, брокколи, брюссельская капуста, руккола, зелень свеклы.
4. Рыба: сардины, горбуша, шпроты, тунец (консервы), вобла вяленая, ставрида, анчоус, судак, речной окунь, корюшка, минтай, сельдь, щука, тунец.
5. Морепродукты: креветки, крабы, устрицы.
6. Орехи: миндаль, фисташки, фундук, грецкий, бразильский.
7. Семена: подсолнечника, тыквы, кунжут, мак, лён.
8. Бобовые: фасоль, горох, соевые бобы.
9. Крупы: овсяная, ячневая, рисовая, гречневая, отруби пшеничные.
10. Яйца: желток.
11. Сухофрукты: курага, инжир, изюм, финики.
12. Фрукты и ягоды: хурма, апельсины, лимоны, киви, малина, смородина.
13. Овощи: редис, морковь, огурец, помидор, оливки (консервированные).
14. Пряности и травы: базилик, кинза, чеснок, зеленый лук, укроп, петрушка, тимьян, сельдерей, мята, розмарин, майоран, крапива, листья одуванчика, зелень цикория.
15. Водоросли: морская капуста.
16. Хлеб: зерновой.
17. Мясо и птица: мясо цыпленка, телятина.
18. Масла: кунжутное.
Узнайте также:
Остеопороз в стоматологии — причины, симптомы, диагностика
Остеопороз – обменное заболевание костной ткани, которое характеризуется уменьшением ее плотности, из-за чего развивается хрупкость костей и склонность к переломам даже при незначительном ушибе.
Чаще всего развитие болезни связано с угнетением половой функции и старением организма, поэтому большинство пациентов – женщины 50+ и мужчины 70+. Однако остеопороз может быть вызван другими факторами, поэтому встречается у молодых людей и даже детей.
Общее состояние костной ткани неразрывно связано с состоянием зубов, челюсти и пародонта – истощается минеральный состав эмали, начинает развиваться кариес, десневая ткань становится рыхлой.
Как остеопороз влияет на зубы и ткани пародонта
В процессах синтеза костной ткани первостепенную роль играет кальций (Са). Из общего количества кальция, содержащегося в организме, 98,9% приходится на кости и зубы. При развитии остеопороза падает костная масса и количество кальция в организме. Кости становятся хрупкими, зубная эмаль истончается, а значит снижается ее защитная функция.
В стоматологической практике болезнь проявляется такими симптомами:
- Повышается чувствительность зубов – они болезненно реагируют на горячее, холодное, кислое.
- Возникает предрасположенность к кариесу – зубы начинают быстро разрушаться.
- Разрежение костной ткани приводит к тому, чтоб зубы начинают шататься, а протезирование при помощи мостовидных конструкций и имплантатов становится затруднительным.
- Остеопороз оказывает негативное влияние на ткани пародонта – он становится более рыхлым.
Согласно клиническим исследованиям остеопороз усугубляет течение пародонтоза. Наблюдения проводились среди женщин среднего и пожилого возраста больных пародонтозом. Одна группа исследуемых имела диагностированный остеопороз, другая нет. У пациенток с недостаточностью костной ткани пародонтоз протекал значительно тяжелее, а именно наблюдалась большая степень атрофии пародонта, которая приводила к обнажению корня зуба. У женщин с нормальной плотностью кости пародонтоз имел более легкую форму. Исследование показало, что лечение остеопороза может оказать положительное влияние не только на состояние зубов, но и десен. А также, что измерение плотности костной ткани может дать прогноз по динамике протекания пародонтоза и предсказать его возможное появление.
Кроме зубов и десен, остеопороз оказывает влияние на состояние волос и ногтей. Ногти становятся ломкими, волосы тусклыми, истонченными и склонными к выпадению.
Можно сказать, что ранним признаком нехватки кальция в организме и развивающегося остеопороза является ухудшение здоровья зубов, ногтей и волос.
Диагностика остеопороза
Для измерения плотности кости применяют метод денситометрии, которая проводится такими методами:
- Рентгеновский снимок. Позволяет диагностировать остеопороз, когда до 30% ткани уже потеряно. Хотя его тоже применяют, но больше для диагностики патологических переломов.
- Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия DXA. Позволяет выявить разрежение кости на стадии остеопении, когда костная масса уменьшилась, но остеопороза еще нет. Наиболее применимый метод.
- Ультразвуковая диагностика. УЗ-волны по-разному проходят через среды разной плотности, что позволяет диагностировать плотность кости. Чувствительность современных УЗИ-аппаратов дает возможность выявить потерю от 2–5% костной массы.
- Количественная КТ или МРТ.
Кому нужно пройти обследование
Однозначным показанием для проведения обследования являются патологические переломы, которые возникают, если человек слегка ушибся или упал с небольшой высоты.
Также контролю подлежат люди из групп риска:
- Женщины в период менопаузы.
- Люди 70+ обоих полов.
- Женщины кормящие грудью.
- Люди с анорексией – сочетание недостатка питания и малого веса ведет к повышенному риску заболевания.
- Пациенты, постоянно принимающие кортикостероиды.
- Люди с болезнями печени, почек, крови, системными заболеваниями.
- Лица, которые были вынуждены долго пребывать в состоянии иммобилизации (неподвижности).
Также к остеопорозу ведет употребление кофе в больших количествах, курение и алкоголизм.
Лечение и профилактика остеопороза в стоматологии
Остеопороз – болезнь системная, а значит его лечение и профилактика должны быть тоже системными. Стоматологическое лечение носит вспомогательный, местный характер, но тоже играет важную роль в сохранении зубов.
Системная терапия
Лечение остеопороза:
- Физическая активность. Для роста костной ткани крайне важна дозированная нагрузка. В целях профилактики нужно больше ходить и заниматься обычными физическими упражнениями. Для лечения – необходим специально разработанный комплекс ЛФК.
- Насыщение организма витамином D и кальцием. В целях профилактики достаточно придерживаться правильного питания, уптребляя около 800–1000 мг кальция в сутки и 800 МЕ витамина D. Для комплексного лечения обязательно добавление препаратов. Лечебная доза витамина D составляет от 1000–2000 МЕ, а максимально допустимая суточная доза – 4000 МЕ. Кальция необходимо 1200–1500 мг/сут. Препараты кальция нужно принимать на протяжение всего курса лечения.
- Лекарственная терапия. Без нее невозможно обойтись при лечении остеопороза. Обычно применяют вещества, предотвращающие разрушение костной ткани – бисфосфонаты, но возможно использование и других препаратов.
Стоматологическое лечение
Специализированной программы лечения остеопороза в стоматологии нет. Целью терапии является замедление процесса деминерализации зубов и обеспечение их сохранности. Для этого используется реминерализация и фторирование.
Реминерализация
Стоматологическая реминерализация зубов – процедура насыщения эмали минеральными элементами. Обычно это кальций и фтор. Возможна моно-процедура, когда используется один кальций, но вместе со фтором эффект терапии выше.
Реминерализация может быть выполнена мануальным способом, когда врач последовательно наносит на поверхность зубов растворы кальция и фтора, а также физиотерапевтическим – в этом случае эмаль насыщается ионами кальция и фтора при помощи электрофореза или фонофореза.
Фторирование – схожая процедура, но в качестве реминерализирующего вещества выступает фтор. Хоть процентный состав фтора в человеческой эмали по сравнению с кальцием невелик, он играет важную роль в обменных процессах и формировании ее структуры, а также усваивании других элементов, в том числе кальция.
Фторирование бывает простым и глубоким, оба выполняются мануальным методом.
Простое фторирование заключается в нанесении на поверхность зубов при помощи кисточки или индивидуально выполненной каппы фторсодержащего состава. Это недорогие и простые процедуры, однако они действуют лишь на поверхности эмали.
Глубокое фторирование более сложная и дорогая методика, но она дает лучший эффект, так как фтор проникает в глубокие слои эмали.
Гигиенические процедуры
Для сохранности эмали очень важна гигиена ротовой полости, а при остеопорозе она приобретает особенное значение. Эмаль становится тоньше, а значит она скорее разрушается под действием кислот, которые вырабатывают бактерии.
Поэтому нужно не только тщательно чистить зубы щеткой и зубной нитью, но и выполнять профессиональную чистку зубной поверхности от твердого налета – зубного камня, так как под ним эмаль размягчается гораздо быстрее.
Грамотно подобранный комплекс системного и местного лечения позволит остановить развитие остеопороза и сохранить здоровье зубов.
У гималайского Озера Скелетов нашли европейские кости. Как европейцы там оказались и от чего погибли, до сих пор неизвестно — Наука
До Озера Скелетов непросто добраться — этот небольшой, около 40 метров в диаметре, водоем находится на пятикилометровой высоте и со всех сторон окружен горами. Возможно, именно поэтому археологи никогда всерьез не занимались проблемой сотен скелетов, которые лежат по его берегам. К тому же через Роопкунд проходят туристические и паломнические тропы, поэтому восстановить исходное расположение костей уже невозможно.
Роопкунд, или Озеро Скелетов. Люди на противоположном от фотографа берегу дают понять, каковы размеры озера. Pramod Joglekar
О том, откуда взялись эти сотни жертв, тоже мало что известно. В местном фольклоре сохранилась легенда о паломничестве к гробнице богини гор Нанда-Дэви, участники которого навлекли на себя гнев божества и погибли на месте. В числе научных версий произошедшего иногда называют шторм с градом или эпидемию.
Группа исследователей из США, Великобритании, Германии и Индии изучила 38 скелетов, найденных на озере. Среди них встречались как мужские, так и женские останки, что позволяет сразу отмести версию о том, что это были участники военного похода. Часть скелетов принадлежала высоким и крепким людям, другая — низкорослым и щуплым. Большинство из них были здоровы, хотя на некоторых ученые нашли следы несросшихся переломов — свидетельство в пользу версии с градом. Никаких следов воспаления, бактерий или других патогенных организмов исследователи не обнаружили, поэтому версия эпидемии тоже не подтвердилась.
Вот так кости лежат вокруг озера Роопкунд. Himadri Sinha Roy
Чтобы определить происхождение владельцев костей, ученые проанализировали их ДНК. Оказалось, что все 38 образцов можно четко разделить на три части: группа А была родом из Южной Азии, группа В — из Средиземноморья (по крайней мере, их генетические родственники сейчас живут на Крите), а единственный представитель группы С — из Восточной Азии.
Кроме того, радиоуглеродный анализ показал, что не все они пришли на Озеро Скелетов одновременно. Группа А появилась там приблизительно в VII—X веках. Однако и для некоторых ее представителей датировка сильно различается — например, время смерти одного скелета ученые определили как 675—769 годы, а другого — 894—985. Это может означать, что единой группы А не существовало и люди попадали на Роопкунд в несколько заходов. Группа В (и примкнувший к ней единственный член группы С) появилась у озера сильно позже, в XVII—XX веках.
Затем исследователи подсчитали количество изотопов и в коллагене — главном белке костей. В белках сохраняются изотопы углерода, которые человек употреблял в пищу в последние 10—20 лет жизни, а их концентрация различается в растительной и животной еде, а также у разных злаков. Поэтому ученые смогли приблизительно восстановить, чем питались люди с Озера Скелетов. Группы В и С ели в основном пшеницу, ячмень и рис, а также, возможно, мясо животных, которых кормили этими злаками. Представители группы А ели еще и просо (или животных, вскормленных просом), что характерно для древних жителей Южной Азии.
Таким образом, речь идет не об одной катастрофе на Озере Скелетов, а о нескольких событиях массовой гибели людей. И если для группы А мифологическая версия с неудачным паломничеством еще возможна, то история группы В остается загадкой. Судя по изотопному анализу коллагена, они не питались морепродуктами, то есть не жили постоянно на Крите, как их современные родственники. Тем не менее все они родом из Средиземноморья, где не были распространены индуистские практики, поэтому едва ли они могли преследовать ритуальные цели, отправляясь на Роопкунд.
Полина Лосева
Тульские ученые разработали метод выпуска сплава для имплантов, имитирующих кости человека — Новости Тулы и области
Тульские ученые разработали метод выпуска сплава для имплантов, имитирующего кости человека.
Разработка сотрудников ТулГУ ориентирована на промышленный выпуск таких сплавов. При этом на предприятиях региона есть необходимое оборудование для выпуска имплантов.
В основу изобретения легла порошковая технология производства сплава для имплантов, который по своим техническим характеристикам схож с человеческой костью (по плотности, упругости и т.д.). Входящие в его состав металлы не окисляются и не токсичны. Об этом рассказал журналистам ТАСС профессор кафедры «Физика металлов и материаловедение» Анатолий Касимцев.
Суть в том, что человеческая кость имеет определенную плотность, у имплантов из металлов, которые сейчас используются, плотность гораздо выше, из-за чего они плохо вживляются и могут повреждать кость и разрушаться сами при большой нагрузке. Порошковая технология производства сплава позволяет импланту оставаться пористым по структуре и при этом пластичным, не вызывать отторжение, не окисляться и он не токсичен для человека.
По словам авторов разработки, в сплаве используются титан, ниобий, цирконий, которые значительно отличаются по своим физическим свойствам. Эти металлы тугоплавкие и разные по плотности, при кристаллизации после выплавки возникает их разделение — тяжелые опускаются вниз, а более легкие оказываются наверху.
В региональном Министерстве науки и промышленности сообщили, что ученые ТулГУ ведут работу над проектом при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и новую технологию можно будет применять не только в медицине, но и в авиастроении. «Сплавы из титана, никеля и гафния обладают эффектом памяти формы в области температур 200-300 градусов, благодаря чему их можно применять в авиакосмической отрасли. Научное открытие специалистов ТулГУ носит фундаментальный характер, на основе чего может быть разработана технология промышленного производства», — цитирует издание комментарий специалистов к открытию тульских ученых.
Новости / Служба новостей ТПУ
Ученые Томского политехнического университета и их зарубежные коллеги синтезируют на поверхности титановых имплантатов нанотрубки из диоксида титана, на которые наносят кальций-фосфатные покрытия, идентичные по своему составу человеческой кости. Благодаря таким покрытиям, во-первых, можно будет улучшить приживаемость костных имплантатов — нанотрубки за счет высоких значений удельной площади поверхности снизят нагрузку на имплантат, возникающую, когда человек двигается. А, во-вторых, в них можно будет загружать еще и различные лекарственные вещества, которые будут поступать в организм пациента, помогая ему бороться с теми или иными заболеваниями.
На фото: Екатерина Чудинова, аспирант Романа Сурменева
Исследование проводят ученые Инженерной школы ядерных технологий и Инженерной школы новых производственных технологий Томского политеха совместно с ведущими экспертами в области медицинского материаловедения из Университета Дуйсбург (Германия), Технологического института Карлсруэ (КИТ, Германия), Калифорнийского университета Риверсайда (США).
Как отмечают авторы разработки, титан сегодня широко используется для изготовления имплантатов, но он значительно тверже костной ткани из-за разных значений упругости. При движении пациента титан забирает на себя больше механической нагрузки, чем кости, что может привести к разрушению костной ткани.
«Нанотрубки позволяют решить эту проблему. Они как будто растут на поверхности имплантата ровным слоем, это своеобразная граница между костью и титаном. Нанотрубки просто не позволяют титану взять на себя больше механической нагрузки, чем костная ткань. Кроме того, титан биоинертен, он слабо взаимодействует с биологическими структурами и жидкостями. Чтобы он лучше приживался, его поверхность нужно изменять. Для этого мы покрываем нанотрубки различными покрытиями, которые “маскируют” имплантат под костную ткань, и он приживается быстрее», — рассказывает аспирант Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Роман Чернозем.
Нанотрубки представляют собой полые цилиндры из диоксида титана длиной от нескольких десятков нанометров до 8-10 микрометров. Они равномерным слоем покрывают поверхность титанового имплантата. Также их можно синтезировать и на поверхностях других сплавов.
Чтобы организм пациента не отторгал модифицированные имплантаты, нанотрубки делают идентичными по своему составу человеческой кости, нанося на них покрытия из кальций-фосфата или гидроксиапатита. Кальций и фосфор, входящие в состав кальций-фосфата, — основа неорганической фазы костной ткани. Гидроксиапатит, тоже относящийся к классу кальций-фосфатов, является основной минеральной составляющей костей и зубов.
Покрытия наносятся на нанотрубки методом высокочастотного магнетронного распыления. «Мишень», материал-основу для роста покрытия, бомбардируют ионы инертного газа и буквально выбивают из нее необходимые ионы, атомы и так далее, которые осаждаются тонким слоем на поверхности нанотрубок. Благодаря этому, покрытия обладают высокой адгезионной прочностью, то есть прочнее присоединяются к титану.
Фото: SEM-изображения нанотрубок из диоксида титана, покрытых кальций-фосфатом
Добавим, аспиранту ТПУ Роману Чернозему первым в России удалось повторить эксперимент британских коллег и нанести на нанотрубки методом высокочастотного магнетронного распыления покрытие из гидроксиапатита. Кроме этого, проведя исследование, ученые ТПУ и их коллеги впервые установили, что на нанотрубках с меньшим диаметром (менее 100 нанометров) формируются покрытия на основе гидроксиапатита, а если их диаметр при тех же условиях увеличить — образуется уже кальций-фосфатное покрытие.
Это открытие позволит в будущем применять нанотрубки в различных медицинских целях. Например, для доставки лекарств в организм пациента — нанотрубки полые внутри и идеально подходят для того, чтобы загружать в них лекарственные вещества, доставляя их в нужный участок организма вместе с имплантатом.
«Нанотрубки позволяют контролировать скорость доставки лекарственных средств в организм пациента. Если они покрыты аморфным кальций-фосфатом, такое покрытие растворяется и выпускает лекарство в организм быстрее — от недели до месяца. Но есть случаи, когда нужен пролонгированный эффект — например, чтобы лекарство постепенно поступало в организм в течение года. Тогда на нанотрубки диоксида титана можно наносить покрытия из гидроксиапатита, состав которого представляет собой структурно упорядоченные элементы. В таком случае скорость растворения покрытия станет ниже. В перспективе эта технология позволит подходить к лечению и реабилитации каждого пациента более персонифицировано, подбирая именно тот тип нанотрубок для имплантатов, который нужен в каждом конкретном случае», — объясняет научный руководитель проекта, начальник Центра технологий ТПУ Роман Сурменев.
Подробнее об исследовании можно прочитать в научной статье, опубликованной в журнале Applied Surface Science (IF 3, 387; Q1).
Справка:
ТПУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.
Симптомы и диагностика остеопороза
Остеопороз — заболевание, поражающее костную ткань человека. В прогрессирующей форме снижается плотность костей и, соответственно, увеличивается их хрупкость.
У здорового человека существует естественный баланс между формированием и деградацией костной ткани. Иными словами, до 20 лет постоянно происходит процесс образования и роста костных тканей. А уже по достижению этого возраста процесс формирования замедляется, и постепенно начинает преобладать процесс разрушения костной ткани. Изменяется химический состав костной ткани и уменьшается ее плотность. В пожилом возрасте кости становятся менее прочными и могут ломаться при незначительных травмах.
Причины
Однако существуют причины, которые способствуют разрушительным процессам и ускоряют их. Это могут быть различные хронические и эндокринные заболевания, употребление пищи с низким содержанием питательных веществ (магния, кальция и витамина D). У женщин разрушение кости стремительно усиливается в период менопаузы. Риск развития остеопороза возрастает при низкой массе тела и хрупком телосложении, злоупотреблении алкоголем и курении, а также при малоподвижном образе жизни. Некоторые лекарственные препараты (кортикостероиды, антидепрессанты, противосудорожные, гормональные, химиотерапевтические препараты) способствуют разрушению костей. Риск переломов повышен, если у ближайших родственников до 50 лет диагностировали остеопороз. Костная ткань истончается и разрушается в результате перенесенных травм и больших нагрузок, что характерно для спортсменов, строителей и других, кто занят тяжелым физическим трудом.
Симптомы
Остеопороз — скрытая угроза для человека, ведь длительное время болезнь никак не проявляется. Сигналом тревоги могут быть ночные судороги, мышечные спазмы и внезапные боли при движении, ноющая боль в костях и в пояснице, внезапные острые боли в спине при длительном стоянии, деформация костей, уменьшение роста человека. При остеопорозе медленно срастаются переломы, травмы появляются после незначительной нагрузки. Впоследствии, при отсутствии лечения, остеопороз может привести человека к инвалидности или к смерти. Самостоятельно распознать остеопороз сложно, выявить болезнь поможет лишь обследование.
Анализы
В медицинской лаборатории «Синэво» для диагностики остеопороза проводится развернутый анализ — пакет № 9.1 «Обследование костной ткани» (1228). Своевременное обследование позволяет диагностировать болезнь на ранней стадии, сократить количество переломов и предотвратить серьезные последствия.
Хотя этому заболеванию подвержены очень многие, оно успешно поддается профилактике. Чтобы кости ваши были крепкими необходимо отказаться от курения, чрезмерного потребления алкоголя, кофе и газированных напитков. Замедляют разрушение костной ткани сбалансированное питание и регулярный прием кальция и магния, витамина D и K, витаминов группы B. Вы не сохраните крепкие кости, если регулярно не выполняете физические упражнения и мало двигаетесь.
Изменение костной ткани — это естественный процесс жизненного цикла человеческого организма. И при осторожном отношении к себе, при ведении здорового образа жизни и постоянном контроле можно предотвратить серьезные последствия.
Костный минерал: новый взгляд на его химический состав
Резников, Н., Билтон, М., Лари, Л., Стивенс, М., и Крегер, Р. Фрактальная иерархическая организация кости начинается на наномасштабе. Наука 360 , eaao2189 (2018).
Артикул Google ученый
Грандфилд, К., Вуонг, В. и Шварц, Х. П. Ультраструктура кости: иерархические особенности от нанометров до микрометров, выявленные в сечениях сфокусированного ионного пучка в ПЭМ. Calcif. Tissue Int. 103 , 606–616 (2018).
CAS Статья Google ученый
Глимчер М. Дж. Боун: Природа кристаллов фосфата кальция и клеточные, структурные и физико-химические механизмы их образования. Ред. Минеральное. Геохим. 64 , 223–282 (2006).
CAS Статья Google ученый
Дельмас, П. Д., Трейси, Р. П., Риггс, Б. Л. и Манн, К. Г. Идентификация неколлагеновых белков бычьей кости с помощью двумерного гель-электрофореза. Calcif. Tissue Int. 36 , 308–316 (1984).
CAS Статья Google ученый
Боски, А. Л. Неколлагеновые матричные белки и их роль в минерализации. Костяной шахтер. 6 , 111–123 (1989).
ADS CAS Статья Google ученый
Боски А.Л. и Роби П.Г. Состав костей. In Primer on the Metabolic Bone Diseases and Disorders of Mineral Metabolism (ed. Rosen, C.J.) 49–58 (John Wiley & Sons, Inc., 2013).
Вопенка Б. и Пастерис Дж. Д. Минералогический взгляд на апатит в кости. Mater. Sci. Англ. С 25 , 131–143 (2005).
Артикул Google ученый
Wu, Y. и др. . Спин-спиновая релаксация кристаллов кости, зубной эмали и синтетических гидроксиапатитов с помощью ядерного магнитного резонанса. J. Bone Miner. Res. Выключенный. Варенье. Soc. Костяной шахтер. Res. 17 , 472–480 (2002).
CAS Статья Google ученый
Хуан С.-Дж., Цай Ю.-Л., Ли Ю.-Л., Линь С.-П. И Чан, Дж. С. С. Повторение структурной модели дентина крысы. Chem. Матер. 21 , 2583–2585 (2009).
CAS Статья Google ученый
Wang, Y. et al. . Преобладающая роль коллагена в зарождении, росте, структуре и ориентации костного апатита. Nat. Матер. 11 , 724–733 (2012).
ADS CAS Статья Google ученый
Фон Эйв, С. и др. .Аморфный поверхностный слой в сравнении с переходной аморфной фазой-предшественником в кости — тематическое исследование, исследованное методом твердотельной ЯМР-спектроскопии. Acta Biomater. 59 , 351–360 (2017).
Артикул Google ученый
Рей К., Комбес К., Друэ К., Сфихи Х. и Барроуг А. Физико-химические свойства нанокристаллических апатитов: значение для биоминералов и биоматериалов. Mater. Sci. Англ. C 27 , 198–205 (2007).
CAS Статья Google ученый
Jäger, C., Welzel, T., Meyer-Zaika, W. & Epple, M. Исследование структуры нанокристаллического гидроксиапатита методом ЯМР в твердом состоянии. Magn. Резон. Chem. MRC 44 , 573–580 (2006).
Артикул Google ученый
Нассиф, Н. и др. . In vivo Условия для синтеза биомиметического гидроксиапатита. Chem. Матер. 22 , 3653–3663 (2010).
CAS Статья Google ученый
Vandecandelaere, N., Rey, C. & Drouet, C. Биомиметические биоматериалы на основе апатита: критическое влияние параметров синтеза и пост-синтеза. J. Mater. Sci. Матер. Med. 23 , 2593–2606 (2012).
CAS Статья Google ученый
Фон Эйв, С. и др. . Организация костного минерала: роль взаимодействия минерала и воды. Науки о Земле 8 , 466 (2018).
ADS Статья Google ученый
Браун, У. Э. Рост кристаллов костного минерала. Clin. Ортоп. 44 , 205–220 (1966).
CAS Статья Google ученый
Crane, N.J., Popescu, V., Morris, M.D., Steenhuis, P. & Ignelzi, M.A. Рамановские спектроскопические данные о октакальцийфосфате и других временных минеральных формах, отложившихся во время внутримембранной минерализации. Кость 39 , 434–442 (2006).
CAS Статья Google ученый
Вялих, А., Эльшнер, К., Шульц, М., Май, Р. и Шелер, У. Ранние стадии биоминерального образования — твердотельное ЯМР-исследование нижней челюсти мини-свиней. Магнитохимия 3 , 39 (2017).
Артикул Google ученый
Саймон, П. и др. . Первое свидетельство нанокомплекса октакальцийфосфат @ остеокальцин в качестве компонента скелетной кости, управляющего тройной спиралью минерализации нанофибрилл коллагена. Sci. Отчет 8 , 13696 (2018).
ADS Статья Google ученый
Синь Р., Ленг Ю. и Ван Н. Исследование минеральных фаз в кортикальной кости человека с помощью HRTEM. Adv. Англ. Матер. 12 , B552 – B557 (2010).
Артикул Google ученый
Дэвис, Э. и др. . Цитратные мостики между минеральными тромбоцитами в кости. Proc. Natl. Акад. Sci. 111 , E1354 – E1363 (2014).
CAS Статья Google ученый
Арендс, Дж. и др. . Гидроксиапатит кальция осаждается из водного раствора. J. Cryst. Рост 84 , 515–532 (1987).
ADS CAS Статья Google ученый
Джи, А. и Дейтц, В. Р. Образование пирофосфата при воспламенении осажденных основных фосфатов кальция 1. J. Am. Chem. Soc. 77 , 2961–2965 (1955).
CAS Статья Google ученый
Пеллегрино, Э. Д. и Билтц, Р. М. Минерализация куриного эмбриона. Calcif. Tissue Res. 10 , 128–135 (1972).
CAS Статья Google ученый
Termine, J. D., Eanes, E. D., Greenfield, D. J., Nylen, M. U. & Harper, R. A. Депротеинизированный гидразином минерал кости. Calcif. Tissue Res. 12 , 73–90 (1973).
CAS Статья Google ученый
Легрос Р., Балмейн Н. и Бонель Г. Возрастные изменения минералов кортикальной кости крысы и крупного рогатого скота. Calcif. Tissue Int. 41 , 137–144 (1987).
CAS Статья Google ученый
Rey, C., Shimizu, M., Collins, B. & Glimcher, MJ Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье с улучшенным разрешением, исследование окружающей среды фосфат-ионов в ранних отложениях твердой фазы фосфата кальция в кости и эмали и их эволюции с возрастом.I: Исследования в области v 4 PO 4 . Calcif. Tissue Int. 46 , 384–394 (1990).
CAS Статья Google ученый
Rey, C., Shimizu, M., Collins, B. & Glimcher, MJ Исследование инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье с улучшенным разрешением для изучения окружающей среды фосфат-иона в ранних отложениях твердой фазы фосфата кальция в кость и эмаль и их эволюция с возрастом: 2.Исследования в домене v 3 PO 4 . Calcif. Tissue Int. 49 , 383–388 (1991).
CAS Статья Google ученый
Колодзейски В. Исследование кости с помощью ЯМР твердого тела. Верх. Curr. Chem. 246 , 235–270 (2005).
CAS Статья Google ученый
Xu, J. et al. .Твердотельная ЯМР-спектроскопия кости с естественным изобилием 43Ca. J. Am. Chem. Soc. 132 , 11504–11509 (2010).
CAS Статья Google ученый
Wang, Y. et al. . Водно-опосредованное структурирование костного апатита. Nat. Матер. 12 , 1144–1153 (2013).
ADS CAS Статья Google ученый
Jaeger, C. и др. . Исследование природы границы раздела белок-минерал в кости методом твердотельного ЯМР. Chem. Матер. 17 , 3059–3061 (2005).
CAS Статья Google ученый
Hu, Y.-Y., Rawal, A. & Schmidt-Rohr, K. Прочно связанный цитрат стабилизирует нанокристаллы апатита в кости. Proc. Natl. Акад. Sci. 107 , 22425–22429 (2010).
ADS CAS Статья Google ученый
Рай, Р. К. и Синха, Н. Структурные изменения, вызванные дегидратацией на границе раздела коллаген-гидроксиапатит в кости, по данным твердотельной ЯМР-спектроскопии высокого разрешения. J. Phys. Chem. С 115 , 14219–14227 (2011).
CAS Статья Google ученый
Никель О., и др. . Твердотельное ЯМР-исследование качества интактной кости человека: вопросы баланса и понимание структуры на границе раздела органических и минеральных веществ. J. Phys. Chem. С 116 , 6320–6331 (2012).
CAS Статья Google ученый
Chow, W. Y. et al. . ЯМР-спектроскопия природных и in vitro тканей влияет на биоминерализацию полиАДФ-рибозы. Наука 344 , 742–746 (2014).
ADS CAS Статья Google ученый
Roufosse, A.H., Aue, W.P., Roberts, J.E., Glimcher, M.J. и Griffin, R.G. Исследование минеральных фаз кости с помощью твердотельного образца с фосфором-31 под магическим углом, вращающего ядерный магнитный резонанс. Биохимия 23 , 6115–6120 (1984).
CAS Статья Google ученый
Ву, Ю., Глимчер, М. Дж., Рей, К. и Акерман, Дж. Л. Уникальная протонированная фосфатная группа в костном минерале, не присутствующая в синтетических фосфатах кальция: идентификация с помощью твердотельной ЯМР-спектроскопии фосфора-31. J. Mol. Биол. 244 , 423–435 (1994).
CAS Статья Google ученый
Kaflak-Hachulska, A., Samoson, A. & Kolodziejski, W. 1 H MAS и 1 H-> 31P CP / MAS ЯМР-исследование минералов кости человека. Calcif. Tissue Int. 73 , 476–486 (2003).
CAS Статья Google ученый
Сантос, Р. А., Винд, Р. А., Бронниманн, К. Э. Эксперименты с 1H CRAMPS и 1H-31P HetCor на костной, костной минеральной и модельной фазах фосфата кальция. J. Magn. Резон. В 105 , 183–187 (1994).
CAS Статья Google ученый
Чо, Г., Ву, Ю. и Акерман, Дж. Л. Обнаружение гидроксильных ионов в костном минерале с помощью твердотельной ЯМР-спектроскопии. Наука 300 , 1123–1127 (2003).
ADS CAS Статья Google ученый
Мальцев, С., Дуэр, М. Дж., Мюррей, Р. К. и Джегер, К. Сравнение твердотельной ЯМР минеральной структуры в костях больных суставов лошади. J. Mater. Sci. 42 , 8804–8810 (2007).
ADS CAS Статья Google ученый
Yesinowski, J. P. & Eckert, H.Водородная среда в фосфатах кальция: протонный MAS ЯМР при высоких скоростях прядения. J. Am. Chem. Soc. 109 , 6274–6282 (1987).
CAS Статья Google ученый
Рей, К., Комб, К., Друэ, К. и Глимчер, М. Дж. Костный минерал: обновленная информация о химическом составе и структуре. Остеопорос. Int. 20 , 1013–1021 (2009).
Google ученый
Биги, А. и др. . Морфологические и структурные модификации октакальцийфосфата, индуцированные поли-1-аспартатом. Кристалл. Рост Des. 4 , 141–146 (2004).
CAS Статья Google ученый
Rhee, S.-H. И Танака, Дж. Образование гидроксиапатита на целлюлозной ткани под действием лимонной кислоты. J. Mater. Sci. Матер. Med. 11 , 449–452 (2000).
CAS Статья Google ученый
Rey, C., Combes, C., Drouet, C. & Somrani, S. 15 — Керамика на основе трикальцийфосфата. В Биокерамика и их клиническое применение (изд. Кокубо, Т.) 326–366 (Woodhead Publishing 2008).
Grunenwald, A. et al . Пересмотр количественного определения карбонатов в апатитовых (био) минералах: проверенная методология FTIR. J. Archaeol. Sci. 49 , 134–141 (2014).
CAS Статья Google ученый
Nielsen, N.C., Bildso / e, H., Jakobsen, H.J. & Levitt, M.H. Двухквантовый гомоядерный вращательный резонанс: эффективное диполярное восстановление в ядерном магнитном резонансе с вращением под магическим углом. J. Chem. Phys. 101 , 1805–1812 (1994).
ADS CAS Статья Google ученый
Яннони, С.С. ЯМР высокого разрешения в твердых телах: эксперимент CPMAS. В соотв. Chem. Res. 15 , 201–208 (1982).
CAS Статья Google ученый
Hediger, S., Meier, B.H., Kurur, N.D., Bodenhausen, G. & Ernst, R.R. Кросс-поляризация ЯМР путем адиабатического прохождения через условие Хартмана-Хана (APHH). Chem. Phys. Lett. 223 , 283–288 (1994).
ADS CAS Статья Google ученый
Feike, M. et al. .Широкополосная многоквантовая ЯМР-спектроскопия. J. Magn. Резон. А 122 , 214–221 (1996).
ADS CAS Статья Google ученый
Рей, К., Микель, Дж. Л., Факкини, Л., Легран, А. П. и Глимчер, М. Дж. Гидроксильные группы в костном минерале. Кость 16 , 583–586 (1995).
CAS Статья Google ученый
Мюллер Л., Кумар А., Бауманн Т. и Эрнст Р. Р. Переходные колебания в экспериментах с перекрестной поляризацией ЯМР в твердых телах. Phys. Rev. Lett. 32 , 1402–1406 (1974).
ADS Статья Google ученый
Хестер, Р. К., Акерман, Дж. Л., Кросс, В. Р. и Во, Дж. С. Разрешенные спектры диполярной связи разбавленных ядерных спинов в твердых телах. Phys. Rev. Lett. 34 , 993–995 (1975).
ADS CAS Статья Google ученый
Колодзейски В. и Клиновски Дж. Кинетика кросс-поляризации в твердотельном ЯМР: Руководство для химиков. Chem. Ред. 102 , 613–628 (2002).
CAS Статья Google ученый
Катти М., Феррарис Г. и Филхол А. Водородная связь в кристаллическом состоянии.CaHPO4 (монетит), P 1 или P1? Новое исследование дифракции нейтронов. Acta Crystallogr. B 33 , 1223–1229 (1977).
Артикул Google ученый
Карри, Н. А. и Джонс, Д. В. Кристаллическая структура брушита, дигидрата ортофосфата водорода кальция: нейтронографические исследования. J. Chem. Soc. Неорг. Phys. Теор. 0 , 3725–3729 (1971).
CAS Статья Google ученый
Дэвис, Э., Дуэр, М. Дж., Эшбрук, С. Э. и Гриффин, Дж. М. Применение ЯМР-кристаллографии для решения проблем биоминерализации: уточнение кристаллической структуры и 31 P Твердотельное ЯМР-спектральное распределение октакальцийфосфата. J. Am. Chem. Soc. 134 , 12508–12515 (2012).
CAS Статья Google ученый
Эппелл, С. Дж., Тонг, В., Кац, Дж. Л., Кун, Л. и Глимчер, М.J. Форма и размер изолированных костных минералов, измеренные с помощью атомно-силовой микроскопии. J. Orthop. Res. 19 , 1027–1034 (2001).
CAS Статья Google ученый
Ким, Х.-М., Рей, К. и Глимчер, М. Дж. Выделение кристаллов фосфата кальция из кости неводными методами при низкой температуре. J. Bone Miner. Res. 10 , 1589–1601 (1995).
CAS Статья Google ученый
Боччарелли, Д. С. Морфология кристаллитов в кости. Calcif. Tissue Res. 5 , 261–269 (1970).
CAS Статья Google ученый
Кей М.И., Янг Р.А. и Познер А.С. Кристаллическая структура гидроксиапатита. Природа 204 , 1050–1052 (1964).
ADS CAS Статья Google ученый
Кун, Л. Т. и др. . Сравнение физических и химических различий между раковыми и корковыми минералами бычьей кости в двух возрастах. Calcif. Tissue Int. 83 , 146–154 (2008).
CAS Статья Google ученый
Вялих А. и др. . ЯМР-исследование биомиметических фторапатит-желатиновых мезокристаллов. Sci . Репутация . 5 , (2015).
Nakayama, M. et al. . Чувствительный к стимулам жидкий кристалл гидроксиапатита с макроскопически управляемым упорядочением и магнитооптическими функциями. Нац . Сообщество . 9 , (2018).
Bertinetti, L. et al. . Структура поверхности, гидратация и катионные участки наногидроксиапатита: UHR-TEM, ИК и микрогравиметрические исследования. J. Phys. Chem. С 111 , 4027–4035 (2007).
CAS Статья Google ученый
Нунамакер Д. М. Экспериментальные модели восстановления трещин. Клин . Ортоп . S56–65 (1998).
Kaflak, A., Chmielewski, D. & Kolodziejski, W. Исследование методом твердотельного ЯМР дискретного окружения костных минеральных наночастиц с использованием релаксации фосфора-31. J. Appl. Биомед. 14 , 321–330 (2016).
Артикул Google ученый
Shaw, W. J. Исследования твердотельного ЯМР белков, иммобилизованных на неорганических поверхностях. Solid State Nucl. Magn. Резон. 70 , 1–14 (2015).
ADS CAS Статья Google ученый
Гилберт П. У. П. А., Абрехт М. и Фрейзер Б. Х. Органико-минеральный интерфейс в биоминералах. Ред. Минеральное. Геохим. 59 , 157–185 (2005).
CAS Статья Google ученый
Фон Эйв, С. и др. . Биологический контроль образования арагонита в каменистых кораллах. Наука 356 , 933–938 (2017).
ADS Статья Google ученый
Бен Шир, И., Кабабья, С., Кац, И., Покрой, Б. и Шмидт, А. Открытые и скрытые биоминеральные границы раздела в арагонитовой оболочке Perna canaliculus, выявленные с помощью твердотельного ЯМР. Chem. Матер. 25 , 4595–4602 (2013).
Артикул Google ученый
14.4: Структура кости — Биология LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Анатомия кости
- Типы костной ткани
- Другие ткани в костях
- Костные клетки
- Микроскопическая анатомия компактной кости
- Типы костей
- Характеристика: надежные источники
- Обзор Узнать больше
- Атрибуты
Жареный костный мозг
Вы узнаете продукт в верхнем левом углу этой фотографии? Это жареный костный мозг, который все еще находится внутри костей.В некоторых кухнях это считается деликатесом. Костный мозг — это тип ткани, который содержится во многих костях животных, включая наши собственные. Это мягкие ткани, которые у взрослых могут быть в основном жирными. Прочитав эту концепцию, вы узнаете больше о костном мозге и других тканях, из которых состоят кости.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Жареный костный мозгКости — это органы, состоящие в основном из костной ткани, также называемой костной тканью. Костная ткань — это тип соединительной ткани, состоящей в основном из коллагеновой матрицы, минерализованной кристаллами кальция и фосфора.Комбинация гибкого коллагена и твердых минеральных кристаллов делает костную ткань твердой, но не ломкой.
Анатомия кости
В костях имеется несколько различных типов тканей, в том числе два типа костных тканей.
Типы костной ткани
Два разных типа костной ткани — это компактная костная ткань (также называемая твердой или кортикальной костью), ткань и губчатая костная ткань (также называемая губчатой или губчатой костью).
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Кости внутри сложнее, чем можно было бы ожидать по их внешнему виду.Компактная костная ткань образует чрезвычайно твердый внешний слой кости. Кортикальная костная ткань придает кости гладкий, плотный и прочный вид. На его долю приходится около 80 процентов общей костной массы скелета взрослого человека. Губчатая костная ткань заполняет часть или всю внутреннюю часть многих костей. Как следует из названия, губчатая кость пористая, как губка, и содержит неравномерную сеть пространств. Это делает губчатую кость намного менее плотной, чем компактную кость.Губчатая кость имеет большую площадь поверхности, чем кортикальная кость, но составляет только 20 процентов костной массы.
Как компактная, так и губчатая костные ткани имеют одинаковые типы клеток, но они различаются расположением клеток. Клетки в компактной кости расположены в нескольких микроскопических столбцах, тогда как клетки в губчатой кости расположены в более рыхлой, более открытой сети. Эти клеточные различия объясняют, почему кортикальные и губчатые костные ткани имеют такую разную структуру.
Другие костные ткани
Помимо кортикальных и губчатых костных тканей, кости содержат несколько других тканей, включая кровеносные сосуды и нервы.Кроме того, кости содержат костный мозг и надкостницу. Вы можете увидеть эти ткани на схеме выше.
- Костный мозг — это мягкая соединительная ткань, которая находится внутри полости, называемой полостью костного мозга. У взрослых есть два типа костного мозга: желтый костный мозг, который в основном состоит из жира, и красный костный мозг. У новорожденных весь костный мозг красный, но к зрелому возрасту большая часть красного костного мозга превратилась в желтый костный мозг. У взрослых красный костный мозг находится в основном в бедренной кости, ребрах, позвонках и костях таза.Красный костный мозг содержит гемопоэтические стволовые клетки, которые в процессе кроветворения дают начало эритроцитам, лейкоцитам и тромбоцитам.
- Надкостница — это прочная фиброзная мембрана, покрывающая внешнюю поверхность костей. Он обеспечивает защитное покрытие кортикальной костной ткани. Это также источник новых костных клеток.
Костные клетки
Как показано на рисунке ниже, костные ткани состоят из четырех различных типов костных клеток: остеобластов, остеоцитов, остеокластов и остеогенных клеток.
- Остеобласты — это костные клетки с одним ядром, которые образуют и минерализуют костный матрикс. Они образуют белковую смесь, состоящую в основном из коллагена и составляющую органическую часть матрикса. Они также выделяют ионы кальция и фосфата, которые образуют минеральные кристаллы в матрице. Кроме того, они производят гормоны, которые также играют роль в минерализации матрикса.
- Остеоциты — это в основном неактивные костные клетки, которые образуются из остеобластов, которые оказались заключенными в их собственном костном матриксе.Остеоциты помогают регулировать образование и разрушение костной ткани. У них есть множественные клеточные проекции, которые, как считается, участвуют в коммуникации с другими костными клетками.
- Остеокласты — это костные клетки с множеством ядер, которые резорбируют костную ткань и разрушают кость. Они растворяют минералы в костях и высвобождают их в кровь.
- Остеогенные клетки представляют собой недифференцированные стволовые клетки. Это единственные костные клетки, которые могут делиться.Когда они это делают, они дифференцируются и развиваются в остеобласты.
Кость — очень активная ткань. Он постоянно реконструируется под действием остеобластов и остеокластов. Остеобласты постоянно образуют новую кость, а остеокласты продолжают разрушать кость. Это позволяет выполнять незначительное восстановление костей, а также гомеостаз минеральных ионов в крови.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): разные типы костных клеток выполняют разные функции.Микроскопическая анатомия компактной кости
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Макроскопические и микроскопические структуры компактной костной ткани.Основной микроскопической единицей кости является остеон (или гаверсова система). Остеоны представляют собой структуры примерно цилиндрической формы, которые могут достигать нескольких миллиметров в длину и около 0,2 мм в диаметре. Каждый остеон состоит из пластинок плотной костной ткани, окружающих центральный канал (гаверсовский канал). В гаверсовском канале есть запасы крови для кости. Граница остеона называется цементной линией. Остеоны могут быть устроены в виде тканой кости или пластинчатой кости. Остеобласты делают костный матрикс, который кальцифицируется, затвердевает.Это захватывает зрелые костные клетки, остеоциты, в небольшую камеру, называемую лакунами. Остеоциты получают питание из центрального (гаверсовского) канала через небольшие каналы, называемые канальцами. Все эти и другие структуры видны на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).
Типы костей
В человеческом теле есть шесть типов костей в зависимости от их формы или расположения: длинные, короткие, плоские, сесамовидные, шовные и неправильные кости. Вы можете увидеть пример каждого типа кости на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).
- Длинные кости характеризуются стержнем, который намного длиннее, чем его ширина, и закругленными головками на каждом конце стержня. Длинные кости состоят в основном из компактной кости с меньшим количеством губчатой кости и костного мозга. Большинство костей конечностей, включая кости пальцев рук и ног, представляют собой длинные кости.
- Короткие кости имеют примерно кубическую форму и имеют только тонкий слой кортикальной кости, окружающий внутреннюю губчатую кость. Кости запястий и лодыжек — короткие кости.
- Плоские кости тонкие и, как правило, изогнутые, с двумя параллельными слоями компактной кости, между которыми находится слой губчатой кости. Большинство костей черепа — плоские кости, как и грудина (грудная кость).
- Сесамовидные кости встроены в сухожилия, соединительные ткани, которые связывают мышцы с костями. Сесамовидные кости удерживают сухожилия дальше от суставов, поэтому угол между ними увеличивается, что увеличивает нагрузку на мышцы. Коленная чашечка (коленная чашечка) — пример сесамовидной кости.
- Шовные кости — это очень маленькие кости, которые расположены между основными костями черепа, внутри суставов (швов) между более крупными костями. Они не всегда присутствуют.
- Кости неправильной формы — это кости, не подпадающие ни под одну из вышеперечисленных категорий. Обычно они состоят из тонких слоев кортикальной кости, окружающих губчатую внутреннюю часть кости. Их формы неправильные и сложные. Примеры неправильных костей включают позвонки и кости таза.
Функция: надежные источники
Больной или поврежденный костный мозг можно заменить донорскими клетками костного мозга, которые помогают лечить и часто излечивают многие опасные для жизни состояния, включая лейкемию, лимфому, серповидно-клеточную анемию и талассемию. Если пересадка костного мозга прошла успешно, новый костный мозг начнет вырабатывать здоровые клетки крови и улучшит состояние пациента.
Узнайте больше о донорстве костного мозга и подумайте, не стоит ли делать это самостоятельно.Найдите надежные источники, чтобы ответить на следующие вопросы:
- Как стать потенциальным донором костного мозга?
- Кто может, а кто не может сдавать костный мозг?
- Как делается донорство костного мозга?
- Какие риски есть при донорстве костного мозга?
Резюме
- Кости — это органы, состоящие в основном из костной или костной ткани. Костная ткань — это тип соединительной ткани, состоящей из коллагеновой матрицы, минерализованной кристаллами кальция и фосфора.Комбинация гибкого коллагена и минералов делает кость твердой, но не ломкой.
- Есть два типа костных тканей: кортикальная костная ткань и губчатая костная ткань. Кортикальная костная ткань гладкая и плотная. Он образует внешний слой костей. Губчатая костная ткань пористая и легкая. Он находится внутри многих костей.
- Помимо костной ткани, кости также содержат нервы, кровеносные сосуды, костный мозг и надкостницу.
- Костная ткань состоит из четырех различных типов костных клеток: остеобластов, остеоцитов, остеокластов и остеогенных клеток.Остеобласты образуют новый коллагеновый матрикс и минерализуют его, остеокласты разрушают кость, остеоциты регулируют образование и разрушение кости, а остеогенные клетки делятся и дифференцируются с образованием новых остеобластов. Кость — очень активная ткань, которая постоянно реконструируется под действием остеобластов и остеокластов.
- В человеческом теле есть шесть типов костей: длинные кости, такие как кости конечностей, короткие кости, такие как кости запястья, сесамовидные кости, такие как надколенник, шовные кости черепа и кости неправильной формы, такие как позвонки.
Обзор
- Опишите костную ткань.
- Почему кости твердые, но не хрупкие?
- Сравните и сопоставьте два основных типа костной ткани.
- Какие некостные ткани находятся в костях?
- Перечислите четыре типа костных клеток и их функции.
- Определите шесть типов костей и приведите примеры каждого типа.
- Верно или неверно. Губчатая костная ткань — это еще одно название костного мозга.
- Верно или неверно. Надкостница покрывает костную ткань.
- Сравните и сравните желтый костный мозг и красный костный мозг.
- Какая кость в основном состоит из кортикальной костной ткани?
А. Таз
Б. Позвонки
C. бедренная кость
Д. Карпал
а. Какой тип костной клетки делится, чтобы произвести новые костные клетки?
г. Где находится этот тип клеток?
Откуда берутся остеобласты и остеоциты и как они связаны друг с другом?
Какой тип кости встроен в сухожилия?
Верно или неверно. Кальций — единственный минерал в костях.
Узнать больше
Посмотрите это увлекательное и динамичное видео ускоренного курса, чтобы глубже изучить структуру костей:
Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о ремоделировании костей:
Хрящ, кости и оссификация: Руководство по гистологии
Хрящ, кость и оссификация:
КостьДля чего нужна кость?
- Опора — кости составляют структурную основу тела и обеспечивают места прикрепления мышц.
- Защита — защита внутренних органов — головного мозга, сердца и легких,
- Содействие движению.
- Минеральный гомеостаз — кость — хранилище кальция и фосфора
- Производство клеток крови — происходит в костном мозге.
Из чего состоит кость?
Кость — прочная, гибкая и полужесткая поддерживающая ткань.Он может выдерживать силы сжатия, но при этом может гнуться. Подобно хрящу и другим типам соединительной ткани, кость состоит из клеток, и внеклеточного матрикса :
Клетки — которые в кости называются остеобластами и остеоцитами , (остео — костью). Есть также два других типа клеток: клетки-остеопрогениторы и остеокласты .
Узнайте больше о типах клеток, обнаруженных в кости
Внеклеточный матрикс , который состоит из органического матрикса (30%), содержащего протеогликаны (но меньше, чем хрящ), гликозаминогликаны, гликопротеины, остеонектин (связывает костный минерал с коллагеном) и остеокальцин (кальций-связывающий белок).Есть коллагеновые волокна (в основном тип I (90%), с некоторым типом V). Только 25% кости — это вода. Почти 70% кости состоит из костного минерала, называемого гидроксиапатитом.
До того, как внеклеточный матрикс кальцинируется, ткань называется остеоид, (костеподобная), ткань. Когда концентрация ионов кальция и фосфата повышается до достаточно высокого уровня, они откладываются во внеклеточном матриксе, и кость кальцифицируется. Нарушение кальцификации (например, при таких заболеваниях, как рахит) приводит к более высокому уровню остеоидной ткани, чем обычно.Кальцификация происходит только в присутствии коллагеновых волокон — соли кристаллизуются в промежутках между волокнами, а затем накапливаются вокруг них.
Кость устойчива к изгибу, скручиванию, сжатию и растяжению. Это сложно, потому что она кальцинирована, а волокна коллагена помогают кости противостоять растягивающим нагрузкам. Если вы растворяете кальциевые соли костей, кость становится эластичной из-за оставшихся коллагеновых волокон.
Типы костей:
Первой костью, сформированной на любом участке, является тканая (или первичная) кость, но вскоре она заменяется пластинчатой костью .В плетеной кости волокна коллагена расположены беспорядочно. В пластинчатой кости коллагеновые волокна были смоделированы и стали более параллельными — слоями.
Есть два типа зрелой кости :
1. Компактный — встречается в стволах длинных костей (в диафизах). Это составляет 80% всей кости.
2. Губчатая (губчатая) кость — находится на концах длинных костей (в эпифизе).Это составляет 20% всей кости. Этот тип кости содержит красный костный мозг и сеть костных трабекул.
На внешней стороне кости находится ‘ periosteum ‘. Это плотный фиброзный слой, в который вставляются мышцы. Он содержит клетки, образующие кость. Он не обнаруживается в областях костей, покрытых суставным хрящом.
Эндост — это название ткани, выстилающей внутренние поверхности костей.
Щелкните здесь, чтобы подробнее узнать о структуре этих двух типов костей.
(Примечание: osteo — кость от греческого osteon , что означает кость)
Рост и питание костей.
В отличие от хряща , кость имеет очень хорошее кровоснабжение. Кость пронизана кровеносными капиллярами. Центральная полость содержит кровеносные сосуды и является хранилищем костного мозга. Все остеоциты в кости находятся в пределах 0,2 мм от капилляра. Тканевая жидкость из капилляра достигает остеоцитов через канальцы.
Кость может расти двумя способами:
- Эндохондральный — формирование кости на временной модели хряща или каркасе.
- Внутримембранозный — образование кости непосредственно на волокнистой соединительной ткани. Промежуточной стадии хряща нет. Этот тип окостенения встречается в нескольких специализированных местах, таких как плоские кости черепа (то есть теменная кость), нижняя челюсть, верхняя челюсть и ключицы. Клетки мезенхимы дифференцируются в клеток-остеопрогениторов , затем в остеобластов , которые секретируют костный матрикс.Когда остеобласты встраиваются в костный матрикс, они известны как остеоциты , .
Узнать больше о Ossification
Что дальше ..
Когда вы закончите читать разделы о костях и хрящах, попробуйте составить таблицу, сравнивающую свойства костей и хрящей:
Подумайте о :
- почему кость способна противостоять растяжению и сжатию.
- Как можно объяснить различия между костью и хрящом с точки зрения природы внеклеточных компонентов, присутствующих в хрящах и костях.
- Как кость и хрящ получают свое питание.
- Различные названия клеток костей и хрящей.
- Различные названия внешнего слоя плотной соединительной ткани.
Кость: гистологии, составляющие и типы
Сила, форма и стабильность человеческого тела зависит от опорно-двигательного аппарата.Самый прочный аспект этого устройства — костлявая архитектура, лежащая в основе. Кость представляет собой модифицированную форму соединительной ткани, которая состоит из внеклеточного матрикса, клеток и волокон.
Высокая концентрация минералов на основе кальция и фосфата в соединительной ткани является причиной ее твердой кальцинированной природы. Гистологическая структура, способ окостенения, вид поперечного сечения и степень зрелости влияют на классификацию костной ткани.
В дополнение к обсуждению клеточных компонентов кости и архитектурного устройства их продуктов, в этой статье также будут рассмотрены эмбриология и механизмы окостенения.Кроме того, также будут рассмотрены некоторые заметные патологические процессы, связанные с костями.
Формирование костной ткани
Пожалуйста, примите во внимание, что в отличие от большинства систем органов, которые завершают органогенез в антенатальном периоде, развитие скелета распространяется на гестационный период и продолжается во внематочную жизнь. Кость происходит из трех зародышевых источников. Нейрокраниум и висцерокраниум происходят из производных клеток нервного гребня , а также параксиальной мезодермы .Параксиальная мезодерма также вносит вклад в формирование осевого скелета, тогда как аппендикулярный скелет происходит от латеральной пластинки мезодермы .
Так называемые плоские кости тела, такие как свод черепа, нижняя челюсть, верхняя челюсть и т. Д., И длинные кости, такие как кости конечностей, образованы двумя разными процессами. Первый происходит посредством внутримембранного окостенения , тогда как последний подвергается эндохондральному окостенению .Инициирование любого процесса зависит от дифференцировки предыдущей линии мезенхимальных клеток. Если мезенхимные клетки дифференцируются в хондроцитов , то происходит эндохондральная оссификация. Однако, если мезенхимные клетки дифференцируются в остеобласты, произойдет внутримембранозное окостенение.
Независимо от выбранного пути окостенение начинается примерно на 6-й или 7-й неделе беременности и сохраняется во внематочной жизни; Для полного сращения ключицы может потребоваться до 20–21 года, а для исчезновения эпифизарного рубца — 26 лет.Развитие внематочной кости подразделяется на 5 стадий.
- В стадии 1 эпифиз еще не окостенел.
- Как только окостенение становится очевидным в эпифизах, тогда кость находится в стадии развития 2 .
- В точке, где эпифизы и диафизы начинают сливаться, кость переходит в стадию 3 .
- Стадия 4 представляет собой полное слияние эпифизов и диафизов, оставляя эпифизарный рубец на месте эпифизарной ростковой пластинки.
- Заключительная стадия характеризуется исчезновением эпифизарного рубца.
Эндохондральная оссификация зависит от анальгена в виде гиалинового хряща , отложенного во время эмбриогенеза. Первоначально гиалиновый хрящевой каркас закладывается в качестве матрицы для остеогенеза. Он покрыт перихондриальным слоем, который состоит из конденсированной сосудистой мезенхимы. Модель растет как с помощью интерстициального (репликация хондроцитов и секреция нового матрикса), так и аппозиционного (абсорбция старого хряща и отложение нового матрикса). хондроцитов (хрящевые клетки) в средней части хрящевой матрицы (диафиз) начинают реплицироваться и гипертрофироваться. В этой фазе наблюдается увеличение количества вакуолей в цитоплазме. В дальнейшем матрица сжимается, образуя тонкие окончатые перегородки. Впоследствии модель хряща кальцинируется, что приводит к уменьшению диффузии питательных веществ в клетки. В конечном итоге они дегенерируют, умирают и кальцифицируются; оставляя сливные лакуны в их отсутствие.
По мере того, как хрящ кальцинируется, внутренний слой надхрящницы начинает проявлять остеогенные (т.е. костеобразующие) свойства; и таким образом становятся остеобластами. Остеобласты отвечают за производство костного матрикса; в конечном итоге они образуют костный воротник вокруг диафиза, называемый периостальным воротником . Соединительная ткань, расположенная на поверхности надкостничного воротника, впоследствии обозначается как надкостница . Висцеральная надкостница содержит клетки мезенхимы, которые развиваются в osteoprogenitor клеток .Эта клеточная линия реплицируется и далее дифференцируется в остеобласты. Эти клетки путешествуют с остеогенными зачатками, которые являются терминальными отростками капилляров.
Вы боретесь с гистологией? Попробуйте повторить эти гистологических викторин и упражнений.
Остеокласты разрушают ранее сформированную кость и, как результат, способствуют разрушению кальцинированного хряща, чтобы обеспечить инвазию остеобластов (которые откладывают новый костный матрикс) и остеогенных зачатков (для обеспечения снабжения питательными веществами развивающейся кости) .Внутренняя поверхность кости (например, эндост , ), выстилающая всю костную кавитацию, также покрыта одним слоем клеток-остеопрогениторов, которые обеспечивают запас стволовых клеток для будущей дифференцировки.
Костное развитие, происходящее в диафизе, упоминается как первичный центр окостенения . Однако по мере того, как кости продолжают удлиняться и увеличиваться в диаметре, в эпифизах (дистальных суставных концах) длинных костей развивается центр вторичного окостенения .Вторичный центр окостенения также поражен кровоснабжением и производными мезенхимы, аналогичными тем, которые присутствуют в первичном центре окостенения.
В обоих центрах первичного и вторичного окостенения хрящ заменяется костью. Однако есть область, где сохраняется хрящ, известная как эпифизарная пластинка роста . Кость продолжает расти за счет аппозиционных и интерстициальных механизмов в этой области, пока не будет достигнута идеальная длина.Слияние эпифизов с диафизами означает прекращение роста костей. На данный момент единственный остаток гиалинового хряща находится на суставных поверхностях кости.
В отличие от эндохондрального окостенения, путь внутримембранного окостенения не требует хрящевого каркаса. Вместо этого кость формируется в примитивных мезенхимальных слоях, которые имеют богатые запасы крови. Стволовые клетки в мезенхиме дифференцируются в клетки-остеопрогениторы, которые реплицируются рядом с капиллярными ложе.Конечный результат — рассредоточенные слои остеобластов, образующие костный матрикс. Следовательно, при внутримембранозной оссификации наблюдаются множественные центры окостенения. Остеобласты описываются как поляризованные клетки из-за того, что секреция остеоидов происходит на поверхности, наиболее удаленной от кровоснабжения. Центры окостенения впоследствии анастомозируют, оставляя тканый узор из трабекул, называемый первичной губчатой костью или губчатой костью .
Пройдите нашу викторину, чтобы закрепить свои знания о формировании костной ткани:
Функциональные компоненты кости
Надкостница
В кости есть две области, которые содержат клетки-остеопрогениторы и их производные, а также остеокласты и другие клетки, участвующие в гомеостазе кости.Это надкостница и эндост. Надкостница представляет собой фибро-коллагеновый слой в самом внешнем слое кости. Он закреплен на волокнах Шарпи (коллагеновые волокна) и обнаруживается вдоль внешней поверхности, за исключением суставных поверхностей кости и областей прикрепления связок и сухожилий.
Около двух-трех слоев остеобластов занимают пространство между висцеральной надкостницей и вновь образованным костным матриксом.Надкостница активно участвует в лечении переломов; в областях, где он отсутствует (внутрикапсулярные области), переломы костей заживают медленнее.
Эндост
Надкостница активно участвует в развитии костей в утробе матери. Однако именно эндост производит больше клеток-остеопрогениторов и остеокластов, которые способствуют ремоделированию кости . Остеобласты эндоста плоские и окружены коллагеном III типа.Он проходит по внутренней поверхности кости; выступающие даже в гаверсовские каналы.
Остеокласты
Считается, чтоОстеокласты представляют собой производных моноцитов , которые несут ответственность за удаление кости во время роста и ремоделирования. Они крупнее остеобластов и остеоцитов, полиморфны и многоядерны (примерно с 20 ядрами овальной формы в цитоплазме). Обычно они встречаются в лакунах Howship (отсеки рассасывания).Из-за высокой метаболической потребности этих клеток в цитоплазме имеется множество митохондрий. Кроме того, существует множество вакуолей, содержащих ферменты кислой фосфатазы, которые способствуют резорбции кости.
Существует множество микротрубочковых структур, которые облегчают транспортировку лизосом к телу Гольджи и более глубокой взъерошенной мембране остеокласта. Рифленая мембрана — это место активности остеокластов, где ионы водорода высвобождаются вместе с коллагеназой (нелизосомальный фермент) и катепсином K (лизосомальный фермент), что приводит к разрушению костного материала.Эти клетки активируются сигналами остеобластов (обсуждаемыми ниже), уровнями кальцитриола и паратироидного гормона и ингибируются кальцитонином из С-клеток щитовидной железы.
Остеобласты
Остеобласты — это производные мезенхимы, которые являются дифференциалами остеопрогениторных клеток. Последние стимулируются костными морфогенными белками непосредственно перед тем, как кость начинает формироваться. В отличие от остеокластов, остеобласты представляют собой мононуклеарные, кубовидные и базофильные клетки, которые обнаруживаются на развивающейся поверхности кости во время роста или ремоделирования.Остеобласты секретируют, а также способствуют минерализации остеоидной матрицы .
Из-за необходимости перемещения вновь образованных остеобластов в области роста и ремоделирования кости цитоплазма заполнена пучками актина и миозина. Существует дендритных расширений от цитоплазмы, которые сообщаются с соседними остеобластами, тем самым устанавливая электрическую и метаболическую непрерывность между остеобластами и остеоцитами внутри системы.Следует отметить, что остеобласты экспрессируют рецепторы кальцитриола и паратироидного гормона. Активация рецепторов паратироидного гормона приводит к индуцированной остеобластами дифференцировке незрелых остеокластов.
Остеоциты
Остеобласты застревают в костном матриксе, который они производят. Впоследствии они дифференцируются в остеоциты. Эти клетки сохраняют цитоплазматических выступов и образуют многочисленные коммуникации с соседними остеоцитами и остеобластами.В отличие от хондроцитов, остеоциты не подвергаются клеточному делению и не производят новый матрикс. Эти клетки эллиптические, умеренно базофильные и содержат овальное ядро с меньшим количеством органелл, чем остеобласты.
Клиническое значение
Ремоделирование кости — это непрерывный процесс, который происходит на протяжении всей жизни и зависит от взаимосвязи между отложением костной ткани и резорбцией; оба из них связаны с активностью остеобластов и остеокластов.После того, как группы остеокластов растворяют область кости, остеобласт начинает откладывать костный матрикс в этой области, обеспечивая нахождение кровеносного сосуда в области отложения.
Существует множество заболеваний костей, оказывающих пагубное воздействие на пациентов. Некоторые общие из них будут рассмотрены ниже:
Остеопения
Остеопения — это нарушение костной массы, характеризующееся плотностью костей , что на 1–2,5 стандартных отклонения ниже соответствующего возрасту среднего значения для данного человека.Если плотность костной ткани более чем на 2,5 стандартных отклонения ниже среднего значения, считается, что у пациента остеопороз . Однако наличие нетравматических переломов очень указывает на остеопороз. Плотность костной ткани обычно достигает пика в молодом возрасте и постепенно снижается с возрастом пациента. Поэтому возрастной или старческий остеопороз не редкость. Женщины в постменопаузе также подвержены повышенному риску остеопении и остеопороза из-за дефицита эстрогена. Другие причины включают недостаточное потребление кальция и физическую инертность.
Болезнь Педжета
Костная болезнь Педжета отличается от остеопороза тем, что это заболевание увеличено , дезорганизовано кость выработка . Продолжение состоит из трех этапов, сначала начиная с остеолитической фазы, а затем — с последующей остеокластико-остеобластической картиной, которая завершается остеобластическим обертоном. Наконец, болезнь обычно заканчивается остеокластической фазой. Хотя этиология неизвестна, есть доказательства того, что в его патогенезе участвуют как генетические, так и экологические факторы.
Недостаток витамина D
Витамин D играет важную роль в метаболизме кальция. Таким образом, недостаток витамина D приводит к двум возрастным расстройствам. У детей с дефицитом витамина D наблюдается аномальная минерализация костного матрикса эпифизарной пластинки. Возникшее в результате расстройство известно как Рахит . Когда это заболевание возникает у взрослых, матрица, откладываемая во время ремоделирования кости, недостаточно минерализована. Это заболевание известно как остеомаляция .
Остеомиелит
Остеомиелит — это инфекционное заболевание кости, приводящее к воспалительной реакции. Хотя это может произойти в результате местного инсульта (т. Е. Посттравматической инфекции открытого перелома), также происходит гематогенное распространение на кость после системной инфекции. Следует проявлять особую осторожность при ведении пациентов с ослабленным иммунитетом (диабетиками, ятрогенными иммунодепрессантами, ВИЧ и т. Д.) С переломами или системными инфекциями.
Гиперпаратиреоз
Паращитовидная железа выделяет паратироидный гормон для установления гомеостаза кальция. Это реализуется с помощью нескольких механизмов, в том числе:
Повышающая регуляция RANKL в остеобластах приводит к стимуляции рецепторов RANKL на примитивных остеокластах. Это приводит к активации остеокластической активности и последующей резорбции кости.
Больше кальция реабсорбируется почечными канальцами
Стимуляция синтеза витамина D почками
Способствует выведению ионов фосфата почками (напомним, что ионы фосфата ухудшают альфа-1-гидроксилазу, которая необходима для синтеза витамина D).
Следовательно, гиперпаратиреоз приведет к несоответствующей остеокластической активности , что приведет к разрушению кости.
Новообразования
Есть также несколько важных неопластических поражений костей, с которыми каждый студент должен быть относительно знаком. Обратите внимание, что опухоли, классифицируемые как доброкачественные агрессивные, имеют склонность к злокачественной трансформации:
- Доброкачественные
- Остеоид-остеома
- Фиброзный кортикальный дефект
- Остеохондрома
- Доброкачественный агрессивный
- Гигантоклеточные опухоли
- Остеобластомы
- Злокачественный
- Остеосаркома Юинга
- Трубчатые кости Юинга
- Хондросаркома
- Метастатическая болезнь
Аминокислотный состав разрушенного матричного коллагена из археологической кости человека на JSTOR
AbstractЧто касается конкретных условий захоронения, степень сохранности археологического костного коллагена значительно варьируется, что не может быть выявлено в достаточной степени при гистологическом исследовании.Таким образом, достоверность археометрических данных не может быть подтверждена как таковая, и требуются дополнительные доказательства. Это исследование посвящено диагенетическим модификациям извлекаемого коллагена из археологических костей человека (14 серий скелетов из разных мест, периодов ингумации и современного скелетного материала). Содержание протеиногенных и непротеиногенных аминокислот определяли аминокислотным анализом по сравнению с экспериментально разложенным склеропротеином. Полученный аминокислотный состав нерастворимых экстрактов отличается от нативного коллагена в отношении определенного скелетного ряда.Можно выделить пять различных качественных категорий. Редкие и богатые углеродом аминокислоты предпочтительно исчезли в археологических находках. Существенные и экспериментально подтвержденные явления разложения, такие как, например, была подтверждена избирательная деградация конкретных аминокислот, и приведен пример дифференциации действительных изотопных сигнатур углерода от диагенетически измененных с помощью аминокислотного анализа. В archäologischem Skelettmaterial überliefertes Kollagen besitzt in unmittelbarem Zusammenhang mit den jeweiligen Liegebedingungen einen stark varierenden Erhaltungsgrad, welcher z.B. durch histologische Inspektion nur unzureichend erkannt werden kann. Daher ist die Validität der anhand konservierter Moleküle erhobenen archäometrischen Daten nicht per se gegeben und bedarf weiterer Überprüfung. Diese Studie erfaßt die diagenetischen Veränderungen von bodengelagertem extrahierbarem Kollagen aus Knochenproben von 14 menschlichen Skelettserien unterschiedlicher Provenienz und Datierung im Vergleich zu rezentem Material auf der Ebenezrote imglemenostems.Der Aminosäuregehalt der Kollagenextrakte weicht serientypisch unterschiedlich stark von dem des nativen Kollagens ab und läßt sich qualitativ in fünf Kategorien einteilen, wobei übereinstimmend von Natur aus im Kollagen Selteneoffic. Wesentliche Experimentell erarbeitete Dekompositions-phänomene wie z. B. dieser selektive Abbau von Kollagen wurden durch die Анализировать bodengelagerten Materials bestätigt. An einem Beispiel wird gezeigt, wie die Aminosäureanalyse hilfreich zur Differentialdiagnose Valider und diagenetisch veränderter Kohlenstoffisotopien eingesetzt werden kann.
Информация о журналеAnthropologischer Anzeiger — международный журнал по биологии человека, в котором публикуются оригинальные научные статьи по всем областям биологических исследований человека. Anthropologischer Anzeiger доступен в Интернете (www.schweizerbart.de/journals/anthranz), статьи необходимо подавать онлайн (https://www.schweizerbart.de/submit/anthranz). Anthropologischer Anzeiger приветствует и поощряет отправку документов и тематических исследований, обзоров, технических заметок и кратких отчетов, в частности, по следующим темам: • Рост и развитие: исследования дородового и послеродового роста с особым интересом к аспектам профилактики здоровья, психосоциальным, социально-экономическим факторам и факторам окружающей среды, которые влияют на рост и созревание детей и подростков. • Популяционная генетика: географическое распределение серологических и биохимических маркеров, а также морфологических и физиологических признаков.• Эволюция гоминидов, палеоантропология, историческая и судебная антропология: исследования аДНК, остеологии, демографии, морфологии, биомеханики, изотопов, палеопатологии, археологии и патологии.
Информация об издателеE. Schweizerbart и ее дочерняя компания Gebr. Borntraeger издает и распространяет печатные и электронные научные журналы, серии книг и монографии. Мы являемся частной собственностью и управляемы учеными, независимыми, и мы предоставляем все услуги, связанные с публикацией и маркетингом научного контента во всем мире в печатной и электронной форме.Schweizerbart Science Publishers было основано Эмануэлем Швейцербартом в 1826 году как издательство с упором на исторические труды. Вскоре после основания программа изменилась, и Швейцербарт сосредоточился на публикации научных журналов и книг по естественным наукам, главным образом по наукам о Земле и окружающей среде, водной экологии, антропологии, медицине, зоологии и науке о растениях. Сегодня Schweizerbart издает множество научных журналов, периодических изданий, серий, книг и монографий в области наук о Земле и окружающей среде, водной экологии, ботанике, антропологии и зоологии.
Минералы костей и зубов — Science Learning Hub
Минералы, обнаруженные в человеческих зубах и костях, которые придают им твердость и прочность, относятся к группе минералов, называемых биологическими апатитами.
Апатиты, обнаруженные в кости, зубной эмали и зубном дентине, имеют несколько разный состав и, следовательно, имеют разные физические и механические свойства.
Биологические апатиты представляют собой формы гидроксиапатита кальция, который имеет формулу Ca 10 (PO 4 6 (OH) 2 .
Биокерамика на основе гидроксиапатита крупного рогатого скота была разработана и используется в некоторых формах зубных имплантатов. Исследования их использования в качестве материала для восстановления костей продолжаются.
Зубная эмаль
Зубная эмаль — самое твердое и наиболее высокоминерализованное вещество в организме. Он на 96% состоит из минералов, а остальные 4% составляют вода и белок. Это высокое содержание минералов придает ему прочность и твердость, а также хрупкость.
Зубная эмаль может подвергнуться процессу, называемому деминерализацией, если pH во рту упадет до уровня ниже нормы.Сочетание бактерий во рту и сахаров из некоторых продуктов, закусок, безалкогольных напитков и сладостей может генерировать молочную кислоту. Кислые условия со временем вызывают медленное растворение эмали, в результате чего образуются полости в зубах. Это способствует более глубокому проникновению бактерий в зуб, что способствует процессу кариеса.
Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 (с) | + | 8H (водный) 9 | 000 10Ca 2+ (водн.) | + | 6HPO 4 2- (вод. гидроксиапатит | кислота | минерал медленно растворяется | |||
Зубная эмаль и фторид
Наличие фторида в питьевой воде или зубных пастах значительно снижает частоту возникновения кариеса.
Фторид ускоряет перемещение кальция и фосфата на поверхность зуба. Это реминерализует кристаллические структуры в полости зуба. Реминерализованные поверхности зубов содержат фторированный гидроксиапатит и фторапатит, которые сопротивляются воздействию кислоты намного лучше, чем оригинальный зуб.
Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 (s) | + | 2F (водный) 9 | 000 Ca 10 (PO 4 6 (F) 2 (s) | + | 2OH- (водн.) |
гидроксиапатит | 39 | 39 фторапатит 9 |
Дентин
Дентин находится непосредственно под эмалью в коронке зуба и под цементом в корне.Он определяет размер и форму зуба.
Как и эмаль, это гидроксиапатит, но с немного другим составом. Уникальная структура и состав дентина позволяют ему выполнять функции субструктуры жесткой ткани эмали. Это дает зубам способность сгибаться и поглощать огромные силы без разрушения.
Кость
Кость — это особая форма соединительной ткани. Он состоит из клеток, встроенных в минерализованную смесь коллагеновых волокон, белков костей и химических веществ на основе углеводов, называемых гликанами.
В твердом внешнем слое кости, называемом компактной костью, минерализованная смесь заполнена небольшими каналами, некоторые из которых (известные как гаверсовы каналы) несут кровеносные сосуды и нервы. Другие каналы меньшего размера позволяют материалам перемещаться к костным клеткам и из них.
Это уникальное расположение позволяет откладывать и хранить такие минералы, как гидроксиапатит, придавая костям прочность.
Большая часть кальция, хранящегося в организме, находится в костной ткани. Он может попадать в кровь в соответствии с потребностями организма или может использоваться для образования новой кости.
Кость — это динамическая ткань, которая постоянно формируется и разрушается. Это ремоделирование и реорганизация костной ткани зависит от многих факторов, в том числе:
- физических упражнений
- старения, болезней, недостатка кальция в рационе
- гормональных изменений
- эффектов лекарств.
| 1. | Самые маленькие кости в теле находятся в ухо. | Т |
| ИСТИНА. У детей эти кости меньше рисового зерна. | ||
| 2. | Более половины костей вашего тела находится в назад. | F |
| ЛОЖЬ. Более половины расположены в руках и ногах. | ||
| 3. | В вашем теле есть только одна кость, которая не связана с другой костью. | Т |
| ИСТИНА. Подъязычная кость, расположенная у основания языка в горле, удерживается на месте связками / сухожилиями и не касается других костей. | ||
| 4. | Кость — самое твердое вещество в вашем теле. | F |
| ЛОЖЬ. Он второй по сложности после зубной эмали. | ||
| 5. | Вы выше утром, чем вечером. | Т |
| ИСТИНА. Примерно на полдюйма! Во время сна хрящевые подушечки между позвонками впитывают воду и расширяют позвоночник. Гравитация и ходьба заставляют позвоночник снова сжиматься в течение дня. По мере того, как вы становитесь старше, вы можете навсегда сжиматься потому что подушечки хряща часто истончаются с возрастом. | ||
| 6. | При сломанном ребре гипс не нужен. | Т |
| ИСТИНА. Ваши грудные мышцы удерживают его на месте. | ||
| 7. | Большая часть ваших костей состоит из воды. | F |
| ЛОЖЬ. Около 45% — это тот же тип минеральных отложений, обнаруженных в некоторых породах (в основном, кальций, фосфаты, магний). Около 30% — это живая ткань (клетки, кровеносные сосуды и т. Д.) И около 25% кости — это вода. | ||
| 8. | Около 50% животных на Земле не имеют позвоночника или позвоночника. | F |
| ЛОЖЬ. Около 97% животных на Земле не имеют позвоночника. | ||
| 9. | Когда вы рождаетесь, у вас меньше костей, чем когда вы умираете. | F |
| ЛОЖЬ.При рождении в теле более 300 костей. К зрелому возрасту их 206, потому что многие «слились» воедино. | ||
| 10. | У 1 из 20 человек в мире есть лишнее ребро. | Т |
| ИСТИНА. Это в 3 раза чаще встречается у мужчин. | ||
| 11. | Чем больше вы тренируете мышцы, тем крепче становятся кости. | Т |
| ИСТИНА. Упражнения с весовой нагрузкой увеличивают плотность костей. | ||
| 12. | Единственный раз, когда вы действительно можете «сесть прямо», — это когда вы
ребенок.Похожие записи |
