Кости состоят из органических и неорганических веществ: V. Выберите номера неверных утверждений и запишите их правильно. 1. Кости состоят из

Содержание

Из чего состоят кости

автор: Dr. med. Gesche Tallen, erstellt am: 2013/04/12, редактор: Dr. Natalie Kharina-Welke, Переводчик: Dr. Natalie Kharina-Welke, Последнее изменение: 2017/08/30

В первую очередь наши кости состоят из костного вещества, которое содержит соли кальция. В целом кость как орган состоит ещё из таких мягких тканей как суставные хрящи и надкостница (на языке специалистов периост), костного мозга внутри костей, а также кровеносных сосудов и нервов, которые проходят через надкостницу и костный мозг‎.

Костное вещество

Костное вещество составляет основную массу наших костей. Оно очень прочное, так как содержит кальций (специалисты говорят о солях кальция), его вес может доходить до 70% веса костей. Костное вещество бывает в костях в основном в двух формах: компактное костное вещество и губчатое костное вещество.

Компактное костное вещество – это твёрдая, плотная беловатая масса. В первую очередь она как бы окутывает (покрывает) толстым слоем костномозговые полости внутри длинных трубчатых костей (например, бедренных костей или плечевых костей). Зато губчатое костное вещество состоит из достаточно тонких пластинок/перекладинок. Его можно найти в наших коротких, плоских костях, например, в позвонках.

Костное вещество состоит из зрелых костных клеток, они называются остеоциты. У остеоцитов есть отростки и с помошью этих отростков они соединяются между собой. Работая вместе с молодыми клетками остеобластами, которые отвечают за формирование костей, начинает расти новая кость. А разрушается костная ткань с помощью клеток, которые называются остеокласты.

Суставные хрящи

Суставные хрящи есть практически во всех костях, за исключением костей черепа. Они покрывают суставные поверхности и являются последней оставшейся частью скелета из эмбрионального (зародышевого, эмбриональный‎) развития.

Надкостница

Надкостница (которую специалисты называют периостом) покрывает снаружи все наши кости. Поэтому нигде не видно самого костного вещества. Его покрывает либо надкостница, либо суставной хрящ.

Костный мозг

Костный мозг – это мягкая масса, которая находится в полостях внутри костей. Костный мозг бывает красным и жёлтым. Красный костный мозг отвечает в организме за кроветворение. А жёлтый костный мозг – это в основном жировая ткань.

Жёлтый костный мозг появляется у человека не сразу, а постепенно в ходе развития человека красный костный мозг заменяется на жёлтый. Поэтому чем старше становится человек, тем больше у него становится жёлтого костного мозга. У взрослых жёлтый костный мозг заполняет центральную часть длинных трубчатых костей (это могуть быть, например, плечевые кости), которую специалисты называют диафизом. Красный костный мозг находится в основном внутри коротких и плоских костей (например, внутри позвонков).

Кровеносные сосуды и нервы

Кровеносные сосуды и нервы находятся и в костном веществе, и в надкостнице, и в костном мозге. Они передают костным клеткам информацию, питательные вещества и кислород. Через мельчайшие отверстия на поверхности костей они попадают внутрь кости, а из кости выходят в систему кровообращения или соответственно в нервы, которые их соединяют с нервной системой.

Строение и состав кости — урок. Биология, Человек (8 класс).

Кость — основная структурная единица скелета.

В образовании кости основная роль принадлежит соединительной костной ткани.

Костная ткань включает:

клетки — остеоциты;
и межклеточное вещество.

Межклеточное вещество очень плотное, что придаёт костной ткани механическую прочность.

Остеоциты окружены мельчайшими «канальцами» с межклеточной жидкостью, через которую происходит питание и дыхание костных клеток.

В костных каналах проходят нервы и кровеносные сосуды.

Твёрдость костям придаёт наличие в их составе неорганических веществ: минеральных солей фосфора, кальция, магния.

Гибкость и упругость придают органические вещества.

Прочность кости обеспечивается сочетанием твёрдости и упругости.

Большей гибкостью обладают кости растущего организма, большей прочностью — кости взрослого (но не старого) человека.

Состав кости и свойства веществ, входящих в её состав, можно экспериментально доказать.

Сжиганием:

при длительном прокаливании кости органические соединения сгорают. Кость становится хрупкой, рассыпается при прикосновении на множество мелких частиц. Остатки состоят из неорганических соединений. Значит, в отсутствие органических веществ кость теряет гибкость и упругость.
Погружением в раствор соляной кислоты на несколько дней:

неорганические соли растворяются в соляной кислоте и вымываются из кости. Кость становится гибкой, её можно завязать в узел. Значит, при отсутствии неорганических солей кость теряет твёрдость.

Каждая кость — сложный орган.

По форме кости разделяют на:

трубчатые;

губчатые;

плоские;

смешанные.

Рассмотрим строение трубчатых костей на примере бедренной кости.
Во внешнем строении длинной трубчатой кости можно выделить тело кости (диафиз) и две концевые суставные головки (эпифизы).

Эпифизы трубчатой кости покрыты хрящом.

Между телом и головками расположен эпифизарный хрящ, обеспечивающий рост кости в длину.

Внутри кости находится полость (канал) с жёлтым костным мозгом (жировой тканью), что и дало название таким костям — трубчатые.

Эпифизы бедренной кости представлены губчатым веществом.

Тело кости (диафиз) внутри образовано губчатым веществом, снаружи — толстой пластинкой компактного вещества и покрыто оболочкой — надкостницей.

В надкостнице расположены кровеносные сосуды и нервные окончания, благодаря чему она обеспечивает рост кости в толщину, питание, срастание костей после переломов. На суставных головках (эпифизах) надкостница отсутствует.

Строение и состав кости — урок. Биология, 9 класс.

Основной структурной единицей скелета является кость.

Кроме выполнения защитной и опорной функцияй, кости участвуют в минеральном обмене и выполняют кроветворную функцию.

Кости образованы в основном соединительной костной тканью.

Клетки этой ткани называются остеоциты. Они окружены мельчайшими «канальцами», заполненными межклеточной жидкостью. Через межклеточную жидкость канальцев происходит питание и дыхание костных клеток.

Остеоциты — клетки костной ткани позвоночных животных и человека.

Межклеточное вещество имеет высокую плотность и составляет около 2/3 всего объема соединительной костной ткани.

В костных каналах проходят нервы и кровеносные сосуды.

В её состав входят органические вещества (придающие костям гибкость и упругость), и неорганические вещества, главным образом минеральные соли фосфора, кальция, магния (придающие костям твёрдость).

Прочность кости обеспечивается сочетанием твердости её неорганических соединений с упругостью органических. Кости растущего организма обладают большей гибкостью, а кости взрослого (но не старого) — прочностью.

Если долго прокаливать кость (сжигать её), то из нее удаляется вода и сгорают органические соединения и кость становится настолько хрупкой, что при прикосновении рассыпается на мелкие, твердые частицы, состоящие из неорганических соединений.

Если удалить из кости неорганические соединения (выдерживав кость в растворе соляной кислоты), то кость становится настолько гибкой, что её можно завязать в узел

Строение трубчатой кости

Среднюю часть кости называют диафизом, а концевые суставные головки — эпифизами.

Внутри диафиза находится канал, наполненный жёлтым костным мозгом. Поэтому такую кость, как бедренная, называют трубчатой.

Эпифизы бедренной кости образованы губчатым веществом, промежутки между которым заполнены красным костным мозгом. Концы (эпифизы) кости покрыты хрящом. За счет деления клеток хряща кость растет в длину.

Поверхность кости покрыта снаружи особой оболочкой из соединительной ткани — надкостницей, обеспечивающей рост кости в толщину, чувствительность, питание, срастание костей после переломов. В надкостнице проходит большое количество кровеносных сосудов и расположено множество нервных окончаний. На суставных поверхностях надкостницы нет.

Источники:

Пасечник В.В., Каменский А.А., Швецов Г.Г./Под ред. Пасечника В.В. Биология. 8 класс.– М.: Просвещение

Любимова З.В., Маринова К.В. Биология. Человек и его здоровье. 8 класс – М.: Владос

Колесов Д.В., Маш Р.Д., Беляев И.Н. Биология 8 М.: Дрофа

Драгомилов А. Г., Маш Р. Д. Биология 8 М.: ВЕНТАНА-ГРАФ

Лернер Г.И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель

Иллюстрации:

http://www.ebio.ru/che04.html

Строение и состав костей, их форма и функции — Областной институт повышения квалификации педагогических работников

Автор: Галина Николаевна Сергушева, учитель биологии и химии МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 2 п. Николаевка»

Цель: изучить строение костей их химический состав и свойства.

Ход урока

Организационный момент
Опрос домашнего задания: работа по карточкам, устный опрос

1. Установите соответствие между типами соединения костей и примерами

Пример соединения костей	Тип соединения костей
А) Позвонки копчика	1) неподвижное
Б) тазобедренный сустав	2) подвижное
В) коленный сустав	3) полуподвижное
Г) кости мозгового отдела черепа
Д) позвонки шейного отдела позвоночника
Е) локтевой сустав

А	Б	В	Г	Д	Е

Функции опорно-двигательной системы:

1. Защитная 2. Двигательная 3. Выделительная 4. Регуляторная

В состав опорно-двигательной системы входят:

1. Кожа 2. Мышцы 3. Связки 4. Кости

Суставная головка и суставная впадина покрыты _________________ хрящом, сам сустав находится в суставной _____________ и укреплен
________________________
Подвижность сустава обеспечивается:

1. Формой суставной поверхности 2. Суставной жидкостью

3. Суставными связками 4. Суставной сумкой

3. Перечислите основные типы соединения костей

III. Изучение новой темы

1. Форма кости. О существовании костей в нашем теле знает каждый. Действует скелет и в сказках. Старославянское слово «кощь» («кошть») означает «сухой». От него произошло слово «кость» и название персонажа русских сказок — Кощей Бессмертный. Такое имя ему отведено не случайно – кости надолго «переживают» человека и порой сохраняются в земле тысячелетиями, почти не изменяясь.

Рассмотрите на слайде разные по форме кости. Попытайтесь самостоятельно классифицировать кости по форме. На основании полученных ответов в тетради заполняем таблицу:

Форма костей

	Трубчатые длинные	Короткие трубчатые	Плоские	Воздухоносные	Смешанные
Примеры	Плечевая, бедренная	Кости пясти, плюсны, фаланги пальцев	Кости мозгового отдела черепа, кости таза, ребра, грудина	Некоторые кости черепалобная, клиновидная, решетчатая, верхняя челюсть.	Позвонки, кости основания черепа

Воздухоносные кости, имеют в теле полость, выстланную слизистой оболочкой и заполненную воздухом

Ненормальные (смешанные) кости, построены сложно, форма их разнообразна. Например, тело позвонка по форме (и по строению) относится к губчатым костям, дуга, отростки — к плоским.

Внимательно посмотрите на скелет — где в скелете расположены каждый из данных видов костей?

2. Строение кости. Изучите данные и сделайте вывод о прочности костной ткани «как строительного материала» скелета человека

Материал	Прочность на сжатие	Прочность на растяжение
Сталь	552	827
Фарфор	250	55
КОСТЬ	170	120
Гранит	145	5
Дуб	59	117
Бетон	21	2

как это ни удивительно, но кость по прочности уступает только твёрдым сортам стали и оказывается гораздо прочнее, ставших образцами прочности, гранита и бетона.

Давайте шаг за шагом выясним, какие особенности химического состава и строения придают костям такие уникальные свойства.

– Рассмотрите строение трубчатой кости и назовите основные части? (Диафиз – удлиненная средняя часть, эпифиз – два утолщенных конца). Учащиеся зарисовывают кость и подписывают основные части.

Давайте посмотрим, какие свойства придают кости неорганические вещества, а какие органические. Мы поместили куриную кость в 10% раствор соляной кислоты. Итак, давайте проверим свойства кости. Она способна гнуться во все стороны.

? К какому же выводу подводят нас результаты эксперимента? Органические вещества сообщают кости упругость и эластичность.

Теперь давайте решим проблему, как удалить из кости органические вещества? Их можно сжечь. Верно, органика прекрасно горит. Кость обуглилась. Обугливание – верный признак того, что органические вещества сгорели. Кость твердая, но хрупкая. Крошится в руках.

К какому же выводу подводят нас результаты эксперимента? Неорганические (нерастворимые соли кальция и магния) придают кости твердость.

Итак, органические вещества (белки) придают кости упругость, а неорганические (нерастворимые соли кальция и магния) придают кости твердость. Сочетание же твердости и эластичности сообщает кости прочность.

Сделайте следующую запись в тетради:

Органические вещества придают кости_____

Неорганические вещества придают кости______________

Сочетание этих веществ обеспечивает______

Кость содержит 30% органических веществ (белки, углеводы), 60% минеральных веществ (кальций, магний, фосфаты) и 10 % воды.

Состав костной ткани человека меняется в течение всей жизни человека. Прочитайте текст учебника и ответьте на вопрос: у кого быстрее ломаются кости у детей или стариков? И почему? . (С возрастом увеличивается содержание в кости неорганических веществ и уменьшается содержание органических). Почему в вашем возрасте нужно постоянно следить за осанкой?

Внутреннее строение костей

– Рассмотрите рисунки на слайдах и скажите, какое внутреннее строение имеют кости?
Кости покрыты плотной соединительной тканью – надкостницей. Она богата кровеносными сосудами и нервами. За счёт кровеносных сосудов происходит питание клеток кости. Внутренний слой надкостницы состоит из клеток, которые растут, размножаются, что обеспечивает рост кости в толщину и ее регенерацию при переломах. Надкостница плотно примыкает к компактному веществу кости. Компактное вещество образовано костной тканью. Кости взрослого человека в большинстве построены из пластинчатой костной ткани, которая образует остеоны, или гаверсовы системы. Они являются структурной единицей кости.

Клетки кости – остеоциты и остеобласты – участвуют в построении костной ткани. Остеобласты – созидатели костной ткани, а остеоциты обеспечивают форму кости. . У каждой кости выделяют компактное (плотное) и губчатое вещество. Их количественное соотношение и распределение зависит от места кости в скелете и от ее функции.

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

Губчатое вещество образовано множеством костных пластинок, которые располагаются по направлениям максимальной нагрузки. Им образованы утолщения головок длинных трубчатых костей, а также короткие плоские кости. Губчатое вещество состоит из костных перемычек и балок, которые образуют многочисленные ячейки. А для чего же в губчатом веществе кости столько много ячеек? (Найдите ответ в учебнике) — в них находится красный костный мозг, являющийся органом кроветворения – в нем образуются клетки крови. Полости длинных трубчатых костей взрослых людей заполнены желтым костным мозгом, в котором содержатся жировые клетки. Желтый костный мозг состоит из клеток соединительной ткани. Это клетки жировой и кроветворной соединительной ткани. Желтый костный мозг играет роль резерва на случай, когда красный мозг не справляется с работой. Красный костный мозг с возрастом заменяется желтым костным мозгом

В течение жизни человека соотношение плотного и губчатого вещества кости меняется. Эти изменения зависят от образа жизни, который ведет человек, от его питания, состояния здоровья. Количество плотного вещества у спортсменов значительно выше, чем у людей, ведущих сидячий образ жизни.

Кости могут расти в длину и толщину. В длину они растут за счет деления клеток хряща, расположенных на ее концах. За счет деления клеток внутреннего слоя надкостницы, кости растут в толщину и зарастают при переломах. Несмотря на то, что рост кости в толщину осуществляется непрерывно за счёт надкостницы, кость взрослого человека не становится массивнее. Масса длинных трубчатых костей человека увеличивается незначительно, потому что стенки костномозговой полости содержат клетки, растворяющие кость. Благодаря сложной и согласованной работе тех и других клеток достигается оптимальная прочность кости при наименьших массе и затрате материала.

IV. Закрепление

1. Подумайте, почему компактное вещество состоит из многочисленных трубочек с прочными стенками. Как это способствует прочности кости при наименьшем расходе материала и массы костного вещества? Почему корпус самолета делают из прочных дюралюминиевых трубчатых конструкций, а не из листового проката?

2. Объясните, почему искривления костей чаще бывают у детей, а переломы – у пожилых людей.

V. Домашнее задание §6

«Химический состав костей. Строение костей»

Цели урока:

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

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

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ.

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

Какую систему органов мы изучаем?

Предполагаемый ответ: Опорно–двигательную.

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

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

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

Ответу на этот вопрос мы и посвятим сегодняшний урок.

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

П.О. Ее прочность.

Слово записывается на доске.

Учитель: Как вы понимаете значение прилагательного “прочный”?

П.О. Твердый, упругий, эластичный.

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

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

Запись темы урока на доске.
Учитель: Вещества, входящие в состав кости можно разделить на две группы: органические и неорганические.
По ходу рассказа составляется схема “Химический состав костей”. Учащиеся работают в тетради.
Учитель: Какие неорганические вещества могут входить в состав кости?

П.О. Соли кальция, фосфора.
Учитель: Верно. Причем соли эти должны быть нерастворимы. Почему?

П.О. Только в случае нерастворимости солей, входящих в ее состав, кость будет прочной.
Учитель: Какие же именно свойства должны сообщать костной ткани неорганические вещества – твердость или эластичность?

П.О. Твердость.
Учитель: Какие органические вещества могут входить в состав костной ткани?

П.О. Белки, жиры, углеводы.
Учитель: Какие же свойства должны сообщать костной ткани органические соединения?

П.О. Эластичность, упругость.
Учитель: Какие именно органические соединения – белки, жиры или углеводы придадут костной ткани эти качества?

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

Для экономии времени имеет смысл записать на доске гипотезу заранее.
Учитель: Подумайте, как экспериментально можно проверить ваши предположения.

П.О. Нужно попытаться удалить из кости неорганические соединения и пронаблюдать свойства кости. Затем из другой кости нужно удалить органические вещества и тoже обратить внимание на свойства кости, лишенной органических веществ.
Учитель: Каким же образом удалить из кости неорганические вещества? Ведь мы отметили, что эти вещества должны быть нерастворимыми в воде?

П.О. Но они могут быть растворимыми в кислоте.
Учитель: Верно. Группа моих помощников два дня назад заложила опыт. Его суть, а также результаты они вам сейчас представят.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ УРОКА.

Ученик: Два дня назад мы поместили куриную кость в 10% раствор соляной кислоты. Именно куриную кость, т.к. она мельче, чем, например, коровья и на растворение солей, входящих в ее состав, потребуется меньше и кислоты и времени.
Кислоты влияют не только на неорганические, но и на органические соединения, поэтому мы выбрали соляную кислоту, как кислоту более мягкого действия. Чтобы ее воздействие на органические вещества костной ткани было минимальным.
Итак, мы извлекаем кость из стакана с 10% раствором соляной кислоты, удаляем остатки кислоты фильтровальной бумагой, и проверяем свойства кости. Она способна гнуться во все стороны.
К какому же выводу подводят нас результаты эксперимента?

П.О. Органические вещества сообщают кости упругость и эластичность.
Учитель: Теперь давайте решим проблему, как удалить из кости органические вещества.

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

Ученик: Мы закрепляем кость в зажиме, зажигаем спиртовку и держим кость в самом горячем участке пламени. О том, что горение происходит можно судить по сильному резкому запаху. Обычно, почувствовав такой запах, мы говорим: “Паленым пахнет”.
Наконец, кость обуглилась. Обугливание – верный признак того, что органические вещества сгорели.

Учитель: Исследуйте свойства прокаленной кости.

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

Таким образом, мы подтвердили свое предположение о том, что органические вещества (белки) придают кости упругость, а неорганические (нерастворимые соли кальция и магния) придают кости твердость. Сочетание же твердости и эластичности сообщает кости прочность. Кости выдерживают растяжение почти так же как чугун, а по сопротивлению на сжатие они вдвое превосходят гранит.
Учитель: Мы с вами очень часто говорим о том, что человек, постигая законы и принципы природы, берет их себе на вооружение, использует в технике, медицине и других отраслях хозяйства. Попробуйте привести примеры использования человеком сочетания твердости и эластичности для достижения прочности.

П.О. Железобетон – твердость щебня и арматуры, эластичность цемента.
Автомобильные покрышки – твердость арматуры и эластичность резины.
Учитель: Теперь мы знаем, что сочетание твердости и упругости сообщает какому–либо объекту прочность. Можем ли мы с вами, обладая только этим знанием, изготовить качественный железобетон?

П.О. Нет. Необходимо еще знать пропорции органических и неорганических веществ. Потому что, если в костях будет больше неорганических веществ, то они будут твердыми, но хрупкими. А если будет избыток органических веществ, то гости будут слишком гибкими.
Учитель: Верно. Природа, создавая костный скелет, нашла золотую середину (3:1). Поэтому кости человека и его родственников достаточно прочны, чтобы выполнять возложенные на них функции.
А теперь, используя знания, полученные на уроках биологии, свой жизненный опыт, попробуйте ответить на следующий вопрос: состав костной ткани человека постоянный в течение всей его жизни, или он изменяется? И если изменяется, то каким образом?

П.О. У детей в костях содержится больше органических веществ. Их кости более упругие и эластичные. С возрастом в костях увеличивается содержание солей. В старости кости становятся хрупкими, из–за того, что в них содержание неорганических солей значительно превышает содержание эластичного компонента.
Учитель: Правильно. Самыми эластичными косточками обладают грудные дети. Зачем? Зачем природа сделала так, что новорожденные дети, при всей своей беззащитности, еще и косточки имеют самые гибкие, нетвердые?

П.О. Органы, которые находятся под защитой скелета, растут иногда значительно быстрее, чем сам скелет. Например, головной мозг. Если бы кости черепа не были эластичными, то у головного мозга не было бы возможности расти.
Учитель: Как вы думаете, почему врачи не рекомендуют мамам слишком рано ставить на ноги грудных детей?

П.О. Косточки у них слишком гибкие и под тяжестью тела они могут деформироваться.
Учитель: А почему, скажем в три месяца, ребенка на ножки ставить нельзя, в шесть – уже можно? Что может измениться за три месяца?

П.О. В костях ребенка увеличится содержание неорганических веществ, и они станут более твердыми.
Учитель: А откуда возьмутся эти соли?

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

П.О. Грудных детей лучше всего кормить натуральным материнским молоком, в котором содержание минеральных солей и белков сбалансировано. В рацион растущего организма обязательно должна входить белковая пища – молоко, мясо, а так же пища богатая минеральными солями (растительная, морепродукты) и витамин D.
Учитель: Итак, для прочности скелета большое значение имеет соотношение органических и неорганических веществ, образующих костную ткань. Но, подумайте, можно ли утверждать, что прочность кости зависит только от ее химического состава? Или необходимо учитывать еще какие–то факторы?

П.О. Не меньшее значение для обеспечения прочности костей имеет строение костной ткани.
Учитель: Как и всякая другая, костная ткань состоит из клеток и межклеточного вещества. Клетки, образующие костную ткань, имеют отростки, с помощью которых они крепко–накрепко соединяются друг с другом. Межклеточное вещество образовано органическими и неорганическими соединениями, о которых мы уже говорили.
У каждой кости выделяют плотное и губчатое вещество. Их количественное соотношение и распределение зависит от места кости в скелете и от ее функции.
Плотное (компактное) вещество особенно хорошо развито в тех костях и их частях, которые выполняют функции опоры и движения. Например, из компактного вещества построено тело длинных трубчатых костей. Костные пластинки имеют цилиндрическую форму и как бы вставлены одна в другую. Такое трубчатое строение компактного вещества придает костям большую прочность и легкость.
Губчатое вещество образовано множеством костных пластинок, которые располагаются по направлениям максимальной нагрузки. Им образованы эпифизные утолщения длинных трубчатых костей, а также короткие плоские кости. Между пластинками располагается красный костный мозг, являющийся органом кроветворения – в нем образуются клетки крови. Полости длинных трубчатых костей взрослых людей заполнены желтым костным мозгом, в котором содержатся жировые клетки. В течение жизни человека соотношение плотного и губчатого вещества кости меняется. Эти изменения зависят от образа жизни, который ведет человек, от его питания, состояния здоровья. Лесгафт и его ученики собрали огромное количество фактов, подтверждающих это утверждение. Исследуя, например, труп человека с последствиями паралича, перенесенного в детстве, Лесгафт обнаружил, что толщина слоя плотного вещества бедренной кости парализованной ноги составляла 4 мм, а здоровой – 7,5 мм. Количество плотного вещества у спортсменов значительно выше, чем у людей, ведущих сидячий образ жизни.
Как вы думаете, костная ткань – живая или нет?

П.О. Живая, потому что кость растет.
Учитель: Кости могут расти в длину и толщину. В длину они растут за счет деления клеток хряща, расположенных на ее концах. Рост костей в толщину обеспечивает надкостница – тонкий слой плотной соединительной ткани, сросшийся с костью. В надкостнице проходят сосуды и нервы. Они принимает участие в питании кости и образовании новой костной ткани.
Все, что я только что рассказала, касается молодых людей, у которых еще происходит рост организма. А у взрослых людей? Они–то ведь уже не растут. Значит их костная ткань уже мертвая?

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

Итак, кость – сложный живой орган, и для его жизни необходимы определенные условия питания, движения. Если эти условия соблюдать, то наши кости будут достаточно твердыми, упругими и эластичными, т.е. достаточно прочными и смогут выполнять возложенные на них функции – опорную и защитную.
Учитель: Согласны с таким выводом урока?
Тогда еще один вопрос. Большая берцовая кость в вертикальном положении может выдержать груз массой 1500 кг. Такова масса малолитражного автомобиля. Почему же тогда, если человек попадает в автомобильную катастрофу, такая прочная кость все же ломается?

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОСТНОЙ ТКАНИ. «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ», Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.
Изучение химического состава костной ткани сопряжено со значительными трудностями, поскольку для выделения органического матрикса требуется провести деминерализацию кости. Кроме того, содержание и состав органического матрикса подвержены значительным изменениям в зависимости от степени минерализации костной ткани.
Известно, что при продолжительной обработке кости в разведенных растворах кислот ее минеральные компоненты растворяются и остается гибкий мягкий органический остаток (органический матрикс), сохраняющий форму интактной кости. Межклеточный органический матрикс компактной кости составляет около 20%, неорганические вещества – 70% и вода – 10%. В губчатой кости преобладают органические компоненты, которые составляют более 50%, на долю неорганических соединений приходится 33–40%. Количество воды сохраняется в тех же пределах, что и в компактной кости (Ю.С. Касавина, В.П. Торбенко).
По данным А. Уайта и соавт., неорганические компоненты составляют около ¹/₄ объема кости; остальную часть занимает органический матрикс. Вследствие различий в относительной удельной массе органических и неорганических компонентов на долю нерастворимых минералов приходится половина массы кости.
Неорганический состав костной ткани. Более 100 лет назад было высказано предположение, что кристаллы костной ткани имеют структуру апатита. В дальнейшем это в значительной мере подтвердилось. Действительно, кристаллы кости относятся к гидроксилапатитам, имеют форму пластин или палочек и следующий химический состав – Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂. Кристаллы гидроксилапатита составляют лишь часть минеральной фазы костной ткани, другая часть представлена аморфным фосфатом кальция Са₃(РО₄)₂. Содержание аморфного фосфата кальция подвержено значительным колебаниям в зависимости от возраста. Аморфный фосфат кальция преобладает в раннем возрасте, в зрелой кости преобладающим становится кристаллический гидроксилапатит. Обычно аморфный фосфат кальция рассматривают как лабильный резерв ионов Са²⁺ и фосфата.
В организме взрослого человека содержится более 1 кг кальция, который почти целиком находится в костях и зубах, образуя вместе с фосфатом нерастворимый гидроксилапатит. Большая часть кальция в костях постоянно обновляется. Ежедневно кости скелета теряют и вновь восстанавливают примерно 700–800 мг кальция.
В состав минеральной фазы кости входит значительное количество ионов, которые обычно не содержатся в чистом гидроксилапатите, например ионы натрия, магния, калия, хлора и др. Высказано предположение, что в кристаллической решетке гидроксилапатита ионы Са²⁺ могут замещаться другими двухвалентными катионами, тогда как анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на поверхности кристаллов, либо растворяются в гидратной оболочке кристаллической решетки.
Органический матрикс костной ткани. Приблизительно 95% органического матрикса приходится на коллаген. Вместе с минеральными компонентами коллаген является главным фактором, определяющим механические свойства кости. Коллагеновые фибриллы костного матрикса образованы коллагеном типа 1. Известно, что данный тип коллагена входит также в состав сухожилий и кожи, однако коллаген костной ткани обладает некоторыми особенностями. Есть данные, что в коллагене костной ткани несколько больше оксипролина, чем в коллагене сухожилий и кожи. Для костного коллагена характерно большое содержание свободных ε-амино-групп лизиновых и оксилизиновых остатков. Еще одна особенность костного коллагена – повышенное по сравнению с коллагеном других тканей содержание фосфата. Большая часть этого фосфата связана с остатками серина.
В сухом деминерализованном костном матриксе содержится около 17% неколлагеновых белков, среди которых находятся и белковые компоненты протеогликанов. В целом количество протеогликанов в сформировавшейся плотной кости невелико.
В состав органического матрикса костной ткани входят гликозамино-гликаны, основным представителем которых является хондроитин-4-суль-фат. Хондроитин-6-сульфат, кератансульфат и гиалуроновая кислота содержатся в небольших количествах.
Принято считать, что гликозаминогликаны имеют непосредственное отношение к оссификации . Показано, что окостенение сопровождается изменением гликозаминогликанов: сульфатированные соединения уступают место несульфатированным. Костный матрикс содержит липиды, которые представляют собой непосредственный компонент костной ткани, а не являются примесью в результате недостаточно полного удаления богатого липидами костного мозга. Липиды принимают участие в процессе минерализации. Есть основания полагать, что липиды могут играть существенную роль в образовании ядер кристаллизации при минерализации кости.
Биохимические и цитохимические исследования показали, что остеобласты – основные клетки костной ткани – богаты РНК . Высокое содержание РНК в костных клетках отражает их активность и постоянную биосинтетическую функцию (табл. 22.1).
Своеобразной особенностью костного матрикса является высокая концентрация цитрата: около 90% его общего количества в организме приходится на долю костной ткани. Принято считать, что цитрат необходим для минерализации костной ткани. Вероятно, цитрат образует комплексные соединения с солями кальция и фосфора, обеспечивая возможность повышения концентрации их в ткани до такого уровня, при котором могут начаться кристаллизация и минерализация.
Кроме цитрата, в костной ткани обнаружены сукцинат, фумарат, малат, лактат и другие органические кислоты.
Предыдущая страница | Следующая страница
СОДЕРЖАНИЕ
Химическое строение кости
Опорно-двигательная система обеспечивает передвижение тела или его частей в пространстве. Она состоит из скелета и скелетных мышц. С помощью скелета тело сохраняет определённую форму. Он обеспечивает опору всей массе тела. К нему прикреплены внутренние органы. Скелет защищает их от механических и других повреждений: например, в черепе размещаются головной мозг и органы чувств, в позвоночнике — спинной мозг.
Кости имеют сложное строение и химический состав. В живом организме они содержат 50% воды, 28% органических веществ (в том числе 15% белков и 10% жиров) и 22% неорганических — минеральных веществ, представленных соединениями Кальция (99% всех минеральных веществ), Фосфора, Магния и других элементов. Обезжиренная и высушенная кость на 30% состоит из органических, на 60% — из неорганических веществ и на 10% — из воды.
Кости на треть состоят из клеток, а на две трети — из межклеточного вещества. Они очень крепкие. Например, бедренная кость может выдержать нагрузку до 1500 кг. Кости не только твёрдые, но и упругие благодаря волокнистым белкам межклеточного вещества. Существует определённая возрастная взаимосвязь между количеством белков и минеральных веществ в костях. Например, у детей кости более эластичны, потому что в них содержится больше белка оссеина (с латин. кость), чем минеральных веществ. У пожилых людей, напротив, содержание минеральных веществ больше. Из-за этого их кости имеют меньшую упругость и чаще ломаются при травмах.
Клетки кости (рис.), называемые остеоцитами (с гр. кость и клетка), принимают участие в построении костной ткани. Остеоциты располагаются концентрически, образовывая круговые системы (остеоны).

Микроскопическое строение кости: 1 — надкостница; 2 — кольцевые системы; 3 — костные клетки; 4 — компактная костная ткань; 5 — губчатая костная ткань; 6 — кровеносные сосуды и нервы; 7 — суставные поверхности, покрытые хрящом; 8 — головки трубчатой кости; 9 — тело трубчатой кости
Скелетная система
— A и P
Скелетная система — A и P
Состав кость — костный матрикс
Органический костный матрикс содержит
Мукополисахариды, также известные как
Коллаген
Неорганический костный матрикс содержит
Катионы: Sr ⁺, K ⁺, Na ⁺, Mg ⁺ и Ca ⁺
Анионы: P ^—, Cl ^— и F ^—
Кость похожа на соединительную ткань в организме и связана с ней. Он состоит из живых клеток и преимущественно кальцифицированного неживого межклеточного вещества. Между костью и другой соединительной тканью происходит кальцификация
Костные / остео-компоненты
Состав костей: органические белки, коллаген и неорганические минералы
Примерно 30% органических и 70% неорганических
Органическая кость — это кортикальная (пластинчатая) кость или губчатая / губчатая (неламеллярная) кость
Кортикальная кость, иногда называемая «компактной костью», находится на твердой поверхности кости.Этот плотно окостеневший материал составляет 80% от веса костной системы
Трабекулярная (губчатая) кость — губчатая кость, находящаяся во внутренней части кости. Содержит кроветворные элементы: красный и желтый костный
.
Состав
25% воды и 30% органических веществ (клеточные элементы)
Из 30% органических соединений 90-95% составляет коллаген
Коллаген — это в основном белок в форме волокон, заключенных в вещество типа цемента.Это повышает прочность и гибкость костей. Кроме того, это соединение содержится в коже и сухожилиях
70% неорганического материала называется костной матрицей (гидроксиапатитом). Это кристаллическая структура, содержащая ионы кальция и фосфата с одновалентными анионами в определенном соотношении. Типы ионов включают кальций: фосфат, гидроксил, карбонат и цитрат. В меньшем количестве присутствуют натрий, магний, калий, хлорид и фтор
.
15% неорганических веществ — это кальций
12% неорганических веществ составляет фосфор — в основном встречается в виде фосфатов
Костные клетки и их развитие
Клетки мезенхимы — это стволовые клетки, основная единица, которая генерирует костные клетки и превращается в определенные типы костной ткани.Он также может развиваться в соединительную, кровеносную и лимфатическую ткани.
Отмечены другие пути развития стволовых клеток мезенхимы
Клетки мезенхимы делятся на остеогенные клетки, которые в свою очередь становятся остеобластическими или остеокластическими клетками
Остеобласты ответственны за формирование органической части костного матрикса. В процессе костеобразования остеобласты выделяют органические компоненты «коллаген и основное вещество», которые становятся костной тканью
Секрет также обозначается как остеоидов , которые состоят из волокнистых тяжей (спиральных волокон).Эти пряди образуют костную сеть. Эта сетка позволяет осаждать кальций и фосфор, которые дополнительно укрепляют субстрат. По мере образования неорганических солей на волокнистых нитях происходит минерализация. Это соли, состоящие из щелочных фосфатов. «Сеть» из органических и неорганических материалов становится кристаллом гидроксиапатита (костная матрица) [Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (OH) ₂]. Определяется как минерализация.
Зрелые остеобластические клетки со временем могут попасть в костный матрикс и стать остеоцитами. Остеоциты считаются «поддерживающим» компонентом кости
Остеоциты контролируют дальнейшее развитие кости, сообщаясь через каналы, называемые дендритами. За счет секреции склеростина активность остеобластов снижается, а активность остеокластов возрастает. Как это влияет на производство костей?

http://www.mc.vanderbilt.edu/histology/labmanual2002/labsection1/boneform&synovialjoints03_files/image002.jpg
Все клетки, упомянутые выше, отмечены на диаграмме выше, и диаграмма представляет собой поперечное сечение зрелой кости
Наконец, остеокластов возникают из остеогенных клеток и разрушают костную ткань. Этот процесс называется ремоделированием кости
Развитие костей — В этом разделе мы дополнительно обсудим патофизиологию, связанную с ростом и развитием костей, остеогенезом или оссификацией.Есть два типа роста костей. Два типа костеобразования — эндохрондральный и внутримембранный
Эндохрондральная оссификация — Давайте посмотрим на развитие длинных костей
Эпифиз содержит эпифизарную пластинку, где рост хряща продолжает митоз (см. Ниже)
На пластинке роста (или ее части) находится часть метафиза, отделяющая эпифиз от диафиза
Этот процесс первоначально происходит до рождения, когда рост начинается в центре кости и продолжается наружу.После рождения примерно в возрасте двадцати лет появляются две пластинки роста (эпифизы), которые удаляются от центра
(внизу) Справа — большеберцовая / малоберцовая кость девятилетнего ребенка с двумя различимыми пластинами роста на обоих концах кости
Длинные кости продолжают удлиняться
Диафиз «остался позади», и именно здесь остеобластические клетки окостеневают, хрящи и губчатая кость затвердевают, образуя костный матрикс
В подростковом возрасте процесс роста и окостенения хряща продолжается до начала двадцатых годов
У черепа есть еще две интересные особенности, связанные с ростом костей.
Один из них — это способ роста костей.Красные стрелки указывают угол роста кости
Сравните размер черепа (взрослый и детский)
Внутримембранозная оссификация — возникает, когда соединительная ткань и костная ткань объединяются, образуя плоские кости, кости неправильной формы и некоторые кости черепа. Это происходит, когда остеобластические клетки мигрируют в соединительную ткань, а затем окружают себя костным матриксом, вызывая оссификацию.По завершении этого процесса клетки остеобластов становятся остеоцитами.
Ремоделирование кости происходит постоянно. Этот процесс более распространен после прекращения роста костей. Хотя это обсуждение не ограничивается длинной костью, длинная кость является хорошим примером того, как костная ткань поддерживает себя.
Как правило, в нормальной кости существует баланс между остеобластическими / кластическими клетками. Разрушение и замена костной ткани относительно одинаково.
Остеобласты работают внутри надкостницы, формируя кость вдоль ее внешней поверхности, в то время как остеокласты разрушают кость в эндосте, внутри кости (см. красные стрелки на диаграмме)
Этот процесс может
Увеличить диаметр кости
Сделать кость толще
Когда все в равновесии, ремоделирование кости заставляет кость оставаться неподвижной
Выше показан еще один вид различных структур, из которых состоит кость.Можете ли вы связать роли разных частей?
Заболевание, которое влияет на плотность костной ткани, влияет на ремоделирование кости и активность остеобластов / кластеров
Paget’s возникает, когда остеокластическая активность разрушает слишком много кости. Затем остеобласты заменяют кость более мягкой, более хрящевой тканью. Это проявляется в увеличении поглощения индикатора при сканировании костей.
Остеопороз
Остеопения возникает, когда происходит слишком сильное разрушение костей и снижение плотности костей.Иногда это может быть предвестником остеопороза. При сканировании костей будет обнаружено меньшее поглощение (рентгенопрозрачность), если нет эффекта fx, и в этом случае он будет выглядеть горячим
Остеопороз возникает, когда костная ткань теряет слишком большую плотность и становится хрупкой. Переломы костей отмечаются при сканировании костей (например, компрессия позвоночника)
Костная денситометрия используется для диагностики двух вышеупомянутых заболеваний. Процедура определяет снижение плотности кости.Для получения дополнительной информации посетите http://en.wikipedia.org/wiki/Osteoporosis
.
Пример отчета о плотности костной ткани с помощью DXA или на веб-сайте
Гиперпаратиреоз вызывает чрезмерный метаболизм костной ткани и может быть вызван аденомой паращитовидной железы. Повышенный уровень паратироидного гормона (PHA) вызывает повышенный обмен кальция в костях. Пример
Реакция кости на любое повреждение, травму, ишемию, инфекции или новообразование заключается в том, что она восстанавливается путем активации остеобластов, остеокластов и остеоцитов
Разработка радиофармпрепаратов — в процессе разработки различных костных агентов.Как вы думаете, что могло бы стать идеальным агентом кости? Что случилось исторически?
Первая попытка: ³² P и ⁴⁵ Ca
Чистая бета
Выявлено накопление активности, указывающее на увеличение метаболизма костной ткани
Не было подходящего оборудования для визуализации (не было технологии), поэтому использовались измерители GM
Если бы технология для гамма-камеры была бы доступна, насколько хороши были бы наши изображения?
Также подумайте о дозе, поглощенной пациентом (рад)
⁴⁷ Ca
Смешанный излучатель: бета и гамма
Гамма-энергия равна 1.3 мэВ
А как насчет дозы облучения пациента, коллимации, эффективности счета?
⁸⁵ Sr в начале 1960-х
В качестве аналога Ca ⁸⁵ Sr ⁺ представляет собой ионную форму, которая обменивается с Ca ⁺, что занимает всего несколько минут. Это происходит на поверхности костного матрикса и с образованием новой кости
Он имеет гамму 513 кэВ с T _1/2 65 дней
Доза составляла 100 мкКи с задержкой по времени от 2 до 7 дней, прежде чем можно было начать визуализацию.Почему? Ответ
У пациента должен был быть диагностирован первичный рак, прежде чем можно было заказать это сканирование
Проблемы — радиационное воздействие и отложенное время получения изображений
^87м Sr
Производится ли генератор, родитель ⁸⁷ Y. Имеет 80-часовой T _1/2
388 кэВ с T _1/2 2,9 суток
Доза 1–4 мКи с задержкой по времени на 2–3 часа до начала визуализации
Проблемы — энергетическая гамма, эффективность камеры и коллимация, задержка в 2–3 часа — недостаточно времени (слишком много фона)
Na ¹⁸ F в конце 1960-х, начале 1970-х годов
511 кэВ с 1.87 часов T _1/2
Переходит на гидроксиапатит кальция и обменивается с гидроксильной группой, аналогичной F
В то время наличие и транспортировка как проблема
Другой проблемой была технология камеры — толщина кристалла и его фотон высокой энергии
^99m Фосфатный комплекс Tc: первоначально разработан в 1971 г.
С разработкой Auger Camera этот новый радиофармацевтический препарат имел несколько новых свойств, которые значительно улучшили визуализацию костей: низкоэнергетическая гамма-излучение, увеличенная доза введения, улучшенная плотность подсчета и снижение радиационной нагрузки
^99m Tc Полифосфат (PYP)
Этот радиофармацевтический препарат с фосфатными цепями от 40 до 55 разлагается, вызывая радиоколлоид
Приведено к поглощению печенью
^99m Tc Пирофосфат (PYR) и ^99m Tc Этиленгидроксидифосфонат (EHDP)
Более короткая фосфатная цепь, что делает ее более стабильной
PYR встречается в природе и расщепляется ферментами фосфатазы
Углеродная связь EHDP с углеродом еще более повышает стабильность
Оба быстро выводятся из кровотока
Дифосфонаты — ^99m TcMDP (метилендифосфонат) и ^99m TcHMDP (гидроксиметилендифосфонат)
Ключ к более быстрому очищению крови и
Цель улучшена до фона
Выбранный агент может быть MDP (меньшая стоимость) по сравнению с HMDP.Тем не менее, HMDP очищает немного лучше, и поэтому целевой фон улучшен незначительно
Однако из вышеприведенного комментария и сравнения нескольких костных агентов, в том числе MDP и HMDP, был сделан вывод о том, что HMDP «не может рассматриваться как превосходящий MDP по каким-либо сцинтиграфическим, клиническим или практическим критериям. ¹
Think — физиология радиофармпрепаратов
Учитывать васкуляризацию и продукцию / оборот костей
Поглощение
основано на обмене радиоактивных индикаторов с ионами в костной матрице, известном как гетерионный обмен, который также называют хемосорбцией
Литические и бластные поражения должны улавливать радиоактивный индикатор, в то время как некоторые типы метастатических заболеваний могут не обнаруживать
При рассмотрении литического поражения подумайте о разрушении кости.Это происходит, когда раковые клетки распространяются / проникают в костную ткань, что приводит к чрезмерному обновлению костной ткани. Когда кость пытается восстановить себя, радиоактивный индикатор включается в костный матрикс
.
Бластные поражения — это еще один метастатический процесс, при котором добавочная кость накапливается на костном матриксе. Когда кость добавляется, радиоактивный индикатор включается в кость.
Мысль — литические причины в швейцарских шахматах и бластические грибы
MDP лучше справляется с обнаружением бластных поражений, тогда как ¹⁸ F может идентифицировать как литические, так и бластические
Кальций находится на кристалле гидроксиапатита (костная матрица)
Стронций — аналог кальция
¹⁸ Обмен F с ОН на кристалле гидроксиапатита
Обмен фосфатных соединений с Са на кристалле гидроксиапатита
Остеокласты и остеобласты работают на костном матриксе
Поглощение радиоактивных индикаторов увеличивается при высокой метаболической активности
Обычно из-за деструкции кости (метаболизма)
Нормальное распределение
До 50 процентов введенного костного агента выводится через почки в течение 3 часов
От 50 до 60 процентов радиоактивных индикаторов локализуется в кости
Концентрация радиоактивного индикатора выше в центральном скелете и меньше в периферической кости (грудная клетка vs.руки / ноги)
Учитывать сосудистый кровоток и относиться к распределению индикатора
Рассмотреть возможность визуализации центрального скелета и периферической кости
Артикул:
1 — Какой дифосфонат для обычной кости (MDP, HDP или DPD), Fruhling J, et al.
Вернуться к началу документа
Вернуться к оглавлению
Перейти к следующей лекции
8/18
кость | Определение, анатомия и композиция
Кость , твердая ткань тела, состоящая из клеток, встроенных в обильный твердый межклеточный материал.Два основных компонента этого материала, коллаген и фосфат кальция, отличают кость от таких других твердых тканей, как хитин, эмаль и скорлупа. Костная ткань составляет отдельные кости скелетной системы человека и скелеты других позвоночных.
Британская викторина
Человеческое тело
Возможно, вы знаете, что человеческий мозг состоит из двух половин, но какая часть человеческого тела состоит из крови? Проверьте обе половины своего разума в этой викторине по анатомии человека.
Функции костей включают (1) структурную поддержку механического воздействия мягких тканей, такого как сокращение мышц и расширение легких, (2) защиту мягких органов и тканей, например, черепом, (3) обеспечение защитного участка для специализированных тканей, таких как кроветворная система (костный мозг), и (4) минеральный резервуар, посредством которого эндокринная система регулирует уровень кальция и фосфата в циркулирующих жидкостях организма.
Эволюционное происхождение и значение
Кость встречается только у позвоночных, а среди современных позвоночных только у костистых рыб и более высоких классов. Хотя предки циклостомов и эластожаберников имели бронированные головные уборы, которые выполняли в основном защитную функцию и, по-видимому, были настоящей костью, современные циклостомы имеют только эндоскелет или внутренний скелет из некальцинированного хряща, а эластожаберные ветви — скелет из кальцифицированного хряща. Хотя жесткий эндоскелет выполняет очевидные поддерживающие функции тела для наземных позвоночных, сомнительно, чтобы кость давала какое-либо такое механическое преимущество костистым рыбам (костистым рыбам), у которых она впервые появилась, поскольку в поддерживающей водной среде большая структурная жесткость не является существенной. для сохранения конфигурации кузова.Акулы и скаты — превосходные примеры эффективности машиностроения, и их стойкость с девонского периода свидетельствует о пригодности их не костного эндоскелета.
У современных позвоночных настоящая кость встречается только у животных, способных контролировать осмотический и ионный состав своей внутренней жидкой среды. Морские беспозвоночные имеют состав интерстициальной жидкости, по существу такой же, как и окружающая морская вода. Ранние признаки регулируемости видны у циклостомов и эластожаберцев, но только на уровне настоящих костных рыб или выше его состав внутренних жидкостей тела становится постоянным.Механизмы, участвующие в этой регуляции, многочисленны и сложны и включают как почки, так и жабры. Пресные и морские воды содержат много кальция, но лишь следы фосфатов; Поскольку относительно высокие уровни фосфата характерны для жидкостей организма высших позвоночных, кажется вероятным, что большой, легко доступный внутренний резервуар фосфата предоставит костным позвоночным существенную независимость от внешней среды. С появлением наземных форм доступность кальциевой регуляции стала столь же важной.Наряду с почкой и различными составными железами эндокринной системы, кость способствует развитию внутреннего гомеостаза жидкости — поддержанию постоянного химического состава. Это был необходимый шаг для появления наземных позвоночных. Кроме того, из-за плавучести воды структурная жесткость кости давала механические преимущества, которые являются наиболее очевидными характеристиками скелета современных позвоночных.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишись сейчас
Заметки для класса BIOL 237 — Скелетная система
Щелкните изображения и гипертекст для расширенного просмотра. Щелкните для изображений гистологии.
Щелкните для модулей патологии.
Примечания: Эти заметки не включает в себя кость и контуры вы должны знать (См Short Список костей и контуров).Инструктор рассмотрит многие из них в классе, в зависимости от время доступный.
Скелет Система
Кости — это органы скелетной системы. Функции костную систему составляют:
опора — образует каркас тела для поддержки мышц и органы.
защита — скелетная система защищает
1) образуют костные полости вокруг органов, например грудная полость защищает сердце и легкие, полость черепа защищает мозг.
2) красный костный мозг в костях производит лейкоциты, которые защищают от вторжения микроорганизмы.
движение — кости образуют суставы, которые обеспечивают рычаги для движения, например ходьба, подъем и др.
гемопоэз (производство клеток крови) — красный костный мозг производит оба красных и лейкоциты.
хранение минералов и гомеостаз — скелет образует резервуар минералы, особенно кальций, для поддержание гомеостаза.
Клетки, обнаруженные в кости ткань:
клетки-остеопрогениторы — это как «стволовые клетки» для кости. У них есть способность разделять и пролиферируют с образованием остеобластов , костеобразующих клеток, которые активно продуцируют костная ткань.Они включают периостальные и эндостальные клетки (см. ниже), выстилающие кость и ее полости. В зрелой кости где рост и ремоделирование не происходит, эти клетки находятся в состоянии покоя, но считается, что они функционируют в поддержание и нутритивная поддержка остеоцитов в нижележащем матриксе, с которыми они связаны с помощью щелевых соединений.
Остеопрогениторные клетки происходят из мезенхимальных клеток (фундаментальный эмбриологический ткань зародыша) и обладают способностью дифференцироваться в жировые клетки, хондробласты и фибробласты и могут модифицировать их морфологические (физические) и физиологические характеристики в ответ на определенные раздражители.
остеобласты — это «костеобразующие клетки», которые секретируют коллаген. и основное вещество, которое составляют неминерализованную кость ( остеоид ) и, следовательно, отвечают за кальциноз матрица. Эти клетки также сообщаются друг с другом и с остеоцитами посредством щелевых контактов.
Остеоциты — зрелые костные клетки, дифференцированные от остеобластов, которые несут ответственность за поддержание костный матрикс.Они могут синтезировать и рассасывать (разрушать) матрицу для поддержания гомеостаз. Каждый остеоцит занимает пространство, лакуну, которая соответствует форме клетки, окруженной матрица секретировалась, когда клетка была остеобластом. Остеоциты распространяют отростки через canaliculi для подключения соседние ячейки с помощью щелевых контактов.
Остеокласты представляют собой большие многоядерные клетки, функция которых заключается в резорбции кость. Остеокласты растворяют матрица и остеоид с кислотами и гидролитическими ферментами.Остеокласты фагоцитируют и происходят из моноциты, а не из той же линии, что и другие костные клетки.
Ткани, обнаруженные в кости:
Костная ткань — собственно костная ткань
Костная ткань имеет матрицу, содержащую неорганические соли и органические волокна. В неорганический матрикс придает жесткость и твердость кости и состоит из Комбинация солей кальция и фосфора называется гидроксиапатитом .В органический коллагеновые волокна придают кости прочность на разрыв и устойчивость к нагрузкам.
кортикальная (компактная) кость — состоит из плотного регулярного расположения остеонов (Гаверсовы системы). Компактная кость находится в диафизе (стволе) длинных костей. и как внешний слой всех костей.
губчатая кость — Состоит из трабекул (сети) тонких, соединение спикулы, которые образуют сеть внутри костей.Пробелы между трабекулы содержат костный мозг и кровеносные сосуды.
красный костный мозг — миелоидная (кроветворная) ткань, обнаруженная в пустотах губчатого кость, производит как красные, так и белые кровяные тельца. Красный костный мозг не увеличивается пропорционально росту костей, а у взрослых большая часть красного костного мозга изменяется на желтый (жировой) костный мозг, особенно в костномозговом канале.
желтый костный мозг — Состоит в основном из жировых клеток.Может превратиться в красный костный мозг под крайний гемопоэтический стресс, например, при кровопотере.
надкостница — фиброзное покрытие костей, которое соединяется с сухожилиями и связки и укрепляет кровеносные сосуды и нервы. Внутренний слой надкостницы содержит клетки-остеопрогениторы , полученные из клеток мезенхимы , это клетки, которые делятся на остеобластов при соответствующих стимулах.Чрезвычайно сильный соединение образуется с сухожилиями и связками, потому что волокна коллагена из эти структуры, называемые волокнами Шарпея , проходят под углом в кость. где они непрерывны с коллагеновыми волокнами во внеклеточном матриксе.
эндост — фиброзная ткань, выстилающая костномозговой канал. Часто только один раз клетки толстые его клетки также являются клетками-остеопрогенторами .
костномозговой канал — центральный канал длинной кости.Делает кость легче И в взрослые особи содержат желтый костный мозг.
суставной хрящ — гиалиновый хрящ, входящий в состав синовиальной оболочки. суставы.
Остеоны или гаверсовских систем , являются единицы структуры в зрелой кости. Они есть плотно прилегающие, идущие, как правило, параллельно длинной оси кости. В центре каждого из них — Гаверсовский канал , по которому проходят кровеносные сосуды и нервы. Canaliculi (небольшие каналы) соединяют гаверсовские каналы с лакунами, содержащими Остеоциты . Остеоциты распространяют отростки в канальцы и получают питательные вещества и O ₂ и получают избавиться от отходов и CO ₂ путем диффузии через каналы. Лакуны и canaliculi образуют ламелей или слоев двух типов: концентрических ламелей форма круглая кольца вокруг каждого гаверсовского канала и интерстициальных ламелей , полученных из предыдущий остеоны, заполняют промежутки между существующими остеонами.
См. Рисунок 6.7
Формирование кости (окостенение): происходит два типа развития костей, дифференцируются в зависимости от того, является ли предшественником кости мембрана или хрящ. Последующее ремоделирование обоих типов дает идентичные ткани для всех костей.
Внутримембранное окостенение происходит в плоских костях, таких как кости череп и начинается с модели волокнистой соединительной ткани.Примерно через 8 недель в процессе развития мезенхимные клетки объединяются и дифференцируются, чтобы стать остеобласты и начинают процесс окостенения, сначала выделяя органические компоненты кости ( остеоид , состоящий из коллагена и протеогликанов) в виде шипов исходящий из центра окостенения. Позже неорганические соли откладываются на остеоид с образованием спикул кости, которые образуют трабекулы в общей форме кость. Там, где шипы встречаются, образуются неправильные фиброзные соединения, называемые швами.Остеоциты расширяют свои отростки через канальцы, в то время как новый остеопрогенитор клетки поддерживают количество остеобластов для продолжения роста костных спикул.
См. Рисунок 6.8
Эндохондральная оссификация лучше всего проиллюстрирована кости. (См. Рисунок 6.8): 1) Мезенхимные клетки агрегируются и дифференцируются в хондробласты, которые производить модель гиалинового хряща, предшествующего каждой кости.Примерно через 8 недель клетки развития в средней области начинают дифференцироваться в остеобласты, которые создайте тонкий слой кости вокруг модели хряща. В длинных костях костяной воротник развивается вокруг того, что станет стержнем (диафизом). 2) Хрящевые клетки в в центр гипертрофии и вызывает кальцификацию матрикса, а затем умирает, поскольку они становятся изолированными от источника питательных веществ. После гибели хондроцитов матрица разрушается, что приводит к раннему образованию костного мозга. 3) По в кровеносные сосуды третьего месяца, называемые периостальным зачатком , вторгаются в развивающиеся полость внесение остеопрогениторных и других клеток, губчатой кости и костного мозга начинает формироваться. 4) При рождении длинные кости состоят из шейки кортикальной кости. вместе вал и развивающийся костномозговой канал. Вторичные центры окостенения формируются в эпифизы, которые выталкиваются наружу и к центру, в то время как окостенение продолжается по диафизу к эпифизам. 5) Оссификация эпифизов. В проксимальный конец начинается около рождения и продолжается до 18-19 лет. возраста. Дистальный конец начинается от 1 до 1,5 лет и продолжается до начала 20-х годов, хотя все существенный рост закончился в позднем подростковом возрасте.
Единственный оставшийся хрящ находится в эпифизарной пластине и суставном хряще. Рост кости прекращается, когда эпифизарная пластинка затвердевает.
Ремоделирование кости:
Ваши кости постоянно реконструируются на протяжении всей вашей жизни.Этот процесс помогает им сохранить сильный и к сохраняют свою целостность для выдерживания стрессов и поддержания гомеостаза. Процесс вовлекает сначала остеокластическая резорбция области кости, а затем последующее капиллярное проникновение и остеобластическое действие для образования нового остеона. У здорового взрослого человека скорость резорбции примерно равно скорость отложения костной ткани. У пожилых людей скорость отложения часто падает ниже резорбции. и остеопороз.Ремоделирование костей стимулируется физической нагрузкой на кость. упражнение, и будут адаптированы для обеспечения конкретной адаптации к этому стрессу. Таким образом, кости тяжелоатлета воля показать модели роста, характерные для нагрузок на кости.
Гормоны, важные для роста костей и гомеостаза:
гормон роста — из передней доли гипофиза этот гормон необходим для нормального рост и развитие скелета.Дефицит (гипосекреция) GH в детстве производит карлика, избыток (гиперсекреция) производит гиганта. Гиперсекреция во взрослом возрасте вызывает акромегалию, заболевание, при котором форма многие кости, особенно на лице, становятся преувеличенными.
тироксин — этот гормон, фактически его активный продукт, регулирует обмен веществ из большинства клетки, в том числе в кости.
тестостерон — этот и другие андрогены важны для роста массы и плотность кости.Тестостерон присутствует как у мужчин, так и у женщин в разной степени. суммы.
эстрогены — эти гормоны важны для роста костей и для кости техническое обслуживание. Они тоже в разном количестве присутствуют у представителей обоих полов.
гормон паращитовидной железы — этот гормон осуществляет первичный контроль над кальцием гомеостаз. Кальций необходим крови для многих функций, и когда она падает уровень паращитовидного гормона, секретируется.Этот гормон использует несколько методов, чтобы повысить уровень кальция в крови: 1) увеличение выработки витамина D. Витамин D — это гормон, предшественник которого вырабатывается в коже в ответ на солнечный свет, а затем обрабатывается в печени и почках, чтобы стать активным витамином D3. 2) Витамин D3 увеличивает всасывание кальция в кишечнике. Без этого витамина кальций не всасывается в какой-либо значительной степени. 3) повышенная реабсорбция кальция в почка.Много кальция теряется с мочой, поэтому, когда вам нужно больше в крови, это важный источник. 4) резорбция кости. ПТГ увеличивает остеокластическую активность до выпустить кальций в кровь.
Кальцитонин — Этот гормон секретируется, как правило, только у детей. по специальные клетки в щитовидной железе. Его функция — стимулировать усвоение кальция в растущая кость и отложение костного матрикса. Он использовался у взрослых, чтобы помочь в усвоение кальция у пациентов с остеопорозом.
Остеопороз , заболевание, включающее деминерализация кости, обычно связанная с пожилыми людьми может быть связано с несколькими факторами:
1) дефицит кальция в пище
2) снижение уровня эстрогенов, характерное для женщин в постменопаузе. Это можно лечить с помощью HRT, заместительная гормональная терапия.
3) снижение активности и физических нагрузок, в том числе:
4) снижение нагрузки на кости.Это важно для стимуляции роста костей. и замена в любом возрасте.
Лечение остеопороза может включать кальций, содержащий другие минералы, гормон замена терапия, кальцитонин и программа упражнений.
Другие расстройства :
рахит — Недостаточность витамина D у детей. Витамин D необходим для всасывание кальция. Результат рахита — это неправильная минерализация, которая приводит к задержке роста и ослаблению костей.
остеомаляция — Дефицит витамина D у взрослых. Вызывает деминерализацию кости.
Болезнь Педжета — заболевание неизвестной причины, которое включает разрушение нормальной костной ткани и замещение ее тканью неправильной и неорганизованной структуры.
См Опорно-двигательная Патология изображения
Кость
Зубы
Зуб состоит из трех слоев; полость пульпы, содержащая кровеносные сосуды и нервы; он покрыт дентином; там, где зуб обнажен, дентин покрыт эмалью; а погруженные корни покрыты цементом. Цемент по составу очень похож на кортикальную кость, за исключением того, что дентин твердый и плотный, почти на 75% состоит из минералов, но с более высоким содержанием коллагена, чем кость (30% по сравнению с 15% в кости).Эмаль более плотная и твердая и почти на 98% состоит из минералов, причем кристаллы гидроксиапатита намного крупнее кристаллов дентина, цемента или кости и, следовательно, более устойчивы. Полностью сформированная эмаль содержит небольшое количество низкомолекулярных пептидов, которые почти не содержат пролина и гидроксипролина (Smith et al. 1983: 449, 452; Protsch 1991: 282, 287).
Костное выветривание
Мало внимания уделяется условиям окружающей среды для сохранения костей (Sobel and Berger 1994), однако количество и состав уцелевших органических материалов в образце зависят от среды их захоронения (Garlick 1969: 503).Факторы окружающей среды, которые были предложены как влияющие на скорость разложения коллагена, включают состав, pH и гидрологию матрикса; оксигенация; температура; и изменения, вызванные почвенной флорой и фауной (Henderson 1987; Shiffer 1987).
В обобщенном представлении о деградации костей белковый компонент подвергается относительно медленному гидролизу до пептидов, которые затем распадаются на аминокислоты. В то же время происходит спонтанная перестройка неорганического кристаллического матрикса, которая ослабляет связь белок-минерал и делает кость восприимчивой к растворению под действием внутренних и внешних агентов (Henderson 1987: 44).Считается, что изменения во время диагенеза включают случайное сшивание, гумификацию частей молекулы, присоединение экзогенных гуминовых материалов и гидролиз с преимущественной потерей некоторых аминокислот (Hedges and van Klinken 1992: 281-2).
Существуют две основные группы загрязнителей; гуминовые и негуминовые вещества. Гуминовые вещества — это кислоты темного цвета, умеренно высокомолекулярные полимеры неопределенной структуры. Они представляют собой чрезвычайно гетерогенную смесь молекул, включая аминокислоты, молекулярная масса которых в любой почве или отложениях может колебаться от 2000 до более 3000000 и обладать рядом свойств в зависимости от размера и присоединенной функциональной группы (Stevenson and Butler 1969: 534). ).Хотя гуминовые вещества обычно нерастворимы в кислоте и растворимы в щелочах, один компонент, фульвокислоты, растворимы в обеих средах, что делает их чрезвычайно трудными для отделения от коллагена (Stevenson and Butler 1969: 535). К негуминовым веществам относятся все классы органических соединений. Основными загрязнителями являются полифенолы, полисахариды, лигнины, а также деградированный коллаген и другие разрушенные костные компоненты (Morrison 1969: 559-60).
Ссылки на кости
Предварительная обработка костей
Неорганические соединения, необходимые для функционирования человека · Анатомия и физиология
Неорганические соединения, необходимые для функционирования человека · Анатомия и физиология
К концу этого раздела вы сможете:
Сравните и сопоставьте неорганические и органические соединения
Определите свойства воды, которые делают ее жизненно важной
Объясните роль солей в функционировании организма
Различайте кислоты и основания и объясняйте их роль в pH
Обсудить роль буферов в поддержании гомеостаза pH в организме
Концепции, которые вы изучили до сих пор в этой главе, управляют всеми формами материи и будут служить основой как для геологии, так и для биологии.Этот раздел главы сужает фокус до химии человеческой жизни; то есть соединения, важные для структуры и функций организма. Как правило, эти соединения бывают либо неорганическими, либо органическими.
Неорганическое соединение — это вещество, не содержащее ни углерода, ни водорода. Многие неорганические соединения действительно содержат атомы водорода, такие как вода (H ₂ O) и соляная кислота (HCl), вырабатываемая вашим желудком. Напротив, только несколько неорганических соединений содержат атомы углерода.Двуокись углерода (CO ₂) — один из немногих примеров.
Органическое соединение — это вещество, содержащее как углерод, так и водород. Органические соединения синтезируются ковалентными связями в живых организмах, в том числе в организме человека. Вспомните, что углерод и водород являются вторым и третьим по распространенности элементами в вашем теле. Вскоре вы обнаружите, как эти два элемента сочетаются в пищевых продуктах, которые вы едите, в соединениях, составляющих структуру вашего тела, и в химических веществах, которые подпитывают ваше функционирование.
В следующем разделе рассматриваются три группы неорганических соединений, необходимых для жизни: вода, соли, кислоты и основания. Органические соединения рассматриваются далее в этой главе.
Вода
До 70 процентов веса взрослого человека составляет вода. Эта вода содержится как внутри клеток, так и между клетками, из которых состоят ткани и органы. Несколько функций делают воду незаменимой для жизнедеятельности человека.
Вода как смазка и подушка
Вода является основным компонентом многих смазочных жидкостей организма.Подобно тому, как масло смазывает петли двери, вода в синовиальной жидкости смазывает работу суставов тела, а вода в плевральной жидкости помогает легким расширяться и отскакивать при дыхании. Водянистая жидкость помогает пище течь по пищеварительному тракту и обеспечивает отсутствие трения при движении соседних органов брюшной полости.
Вода также защищает клетки и органы от физических травм, смягчая, например, мозг внутри черепа и защищая нежную нервную ткань глаз.Вода также смягчает развивающийся плод в утробе матери.
Вода как теплоотвод
Радиатор — это вещество или объект, которые поглощают и рассеивают тепло, но не испытывают соответствующего повышения температуры. В организме вода поглощает тепло, выделяемое в результате химических реакций, без значительного повышения температуры. Более того, когда температура окружающей среды стремительно растет, вода, хранящаяся в организме, помогает ему сохранять прохладу. Этот охлаждающий эффект возникает, когда теплая кровь из ядра тела течет к кровеносным сосудам под кожей и переносится в окружающую среду.В то же время потовые железы выделяют теплую воду вместе с потом. Когда вода испаряется в воздух, она уносит тепло, а затем более холодная кровь с периферии циркулирует обратно к сердцевине тела.
Вода как компонент жидких смесей
Смесь — это комбинация двух или более веществ, каждое из которых сохраняет свою химическую идентичность. Другими словами, составляющие вещества не связаны химически в новое, более крупное химическое соединение. Эту концепцию легко представить, если вы подумаете о порошкообразных веществах, таких как мука и сахар; когда вы перемешиваете их в миске, очевидно, что они не связываются с образованием нового соединения.Воздух в помещении, которым вы дышите, представляет собой газовую смесь, содержащую три отдельных элемента — азот, кислород и аргон — и одно соединение — диоксид углерода. Есть три типа жидких смесей, все из которых содержат воду в качестве ключевого компонента. Это растворы, коллоиды и суспензии.
Чтобы клетки тела выжили, они должны оставаться влажными в жидкости на водной основе, называемой раствором. В химии жидкий раствор состоит из растворителя, который растворяет вещество, называемое растворенным веществом.Важной характеристикой растворов является их однородность; то есть молекулы растворенного вещества равномерно распределяются по всему раствору. Если бы вы размешали чайную ложку сахара в стакане воды, сахар растворился бы в молекулах сахара, разделенных молекулами воды. Соотношение сахара и воды в левой части стакана будет таким же, как соотношение сахара и воды в правой части стакана. Если бы вы добавили больше сахара, соотношение сахара к воде изменилось бы, но распределение — при условии, что вы хорошо перемешали — все равно было бы равномерным.
Вода считается «универсальным растворителем», и поэтому считается, что жизнь не может существовать без воды. Вода, безусловно, является самым распространенным растворителем в организме; практически все химические реакции организма происходят между соединениями, растворенными в воде. Поскольку молекулы воды полярны, с областями положительного и отрицательного электрического заряда, вода легко растворяет ионные соединения и полярные ковалентные соединения. Такие соединения называют гидрофильными или «водолюбивыми».Как было сказано выше, сахар хорошо растворяется в воде. Это связано с тем, что молекулы сахара содержат области полярных водородно-кислородных связей, что делает его гидрофильным. Неполярные молекулы, которые с трудом растворяются в воде, называются гидрофобными или «водобоязненными».
Концентрации растворенных веществ
В химии описаны различные смеси растворенных веществ и воды. Концентрация данного растворенного вещества — это количество частиц этого растворенного вещества в данном пространстве (кислород составляет около 21 процента атмосферного воздуха).В кровотоке человека концентрация глюкозы обычно измеряется в миллиграммах (мг) на децилитр (дл), а у здорового взрослого человека в среднем составляет около 100 мг / дл. Другой метод измерения концентрации растворенного вещества — его молярность, которая составляет моль (M) молекул на литр (L). Моль элемента — это его атомный вес, а моль соединения — это сумма атомных весов его компонентов, называемая молекулярной массой. Часто используемый пример — вычисление моля глюкозы по химической формуле C ₆ H ₁₂ O ₆.Согласно периодической таблице, атомный вес углерода (C) составляет 12,011 грамма (г), а в глюкозе шесть атомов углерода, что дает общий атомный вес 72,066 г. Проведя те же вычисления для водорода (H) и кислорода (O), молекулярная масса равна 180,156 г («грамм молекулярной массы» глюкозы). Когда вода добавляется для получения одного литра раствора, у вас есть один моль (1М) глюкозы. Это особенно полезно в химии из-за отношения родинок к «числу Авогадро». В моль любого раствора столько же частиц: 6.02 × 10 ²³. Многие вещества в кровотоке и других тканях тела измеряются в тысячных долях моля или миллимолях (мМ).
Коллоид представляет собой смесь, которая чем-то похожа на тяжелый раствор. Частицы растворенного вещества состоят из крошечных сгустков молекул, достаточно больших, чтобы сделать жидкую смесь непрозрачной (поскольку частицы достаточно большие, чтобы рассеивать свет). Знакомые примеры коллоидов — молоко и сливки. В щитовидной железе гормон щитовидной железы хранится в виде густой белковой смеси, также называемой коллоидом.
Суспензия представляет собой жидкую смесь, в которой более тяжелое вещество временно суспендировано в жидкости, но со временем оседает. Такое отделение частиц от суспензии называется седиментацией. Пример седиментации происходит в анализе крови, который устанавливает скорость седиментации или скорость седиментации. Тест измеряет, как быстро красные кровяные тельца в пробирке выделяются из водянистой части крови (известной как плазма) в течение определенного периода времени. Быстрое осаждение клеток крови обычно не происходит в здоровом организме, но некоторые заболевания могут вызывать слипание клеток крови, и эти тяжелые скопления клеток крови оседают на дно пробирки быстрее, чем нормальные клетки крови.
Роль воды в химических реакциях
Два типа химических реакций включают образование или потребление воды: дегидратационный синтез и гидролиз.
При дегидратационном синтезе один реагент отдает атом водорода, а другой реагент отдает гидроксильную группу (ОН) при синтезе нового продукта. При образовании их ковалентной связи в качестве побочного продукта выделяется молекула воды ([ссылка]). Это также иногда называют реакцией конденсации.
При гидролизе молекула воды разрушает соединение, разрывая его связи. Сама вода делится на H и OH. Одна часть разорванного соединения затем связывается с атомом водорода, а другая часть связывается с гидроксильной группой.
Эти реакции обратимы и играют важную роль в химии органических соединений (о чем мы вскоре поговорим).
Соли
Напомним, что соли образуются, когда ионы образуют ионные связи.В этих реакциях один атом отдает один или несколько электронов и, таким образом, становится положительно заряженным, тогда как другой атом принимает один или несколько электронов и становится отрицательно заряженным. Теперь вы можете определить соль как вещество, которое при растворении в воде диссоциирует на ионы, отличные от H ⁺ или OH ^—. Этот факт важен для отличия солей от кислот и оснований, обсуждаемых далее.
Типичная соль NaCl полностью диссоциирует в воде ([ссылка]). Положительные и отрицательные области на молекуле воды (концы водорода и кислорода соответственно) притягивают отрицательные ионы хлорида и положительные ионы натрия, отталкивая их друг от друга.Опять же, в то время как неполярные и полярные ковалентно связанные соединения распадаются на молекулы в растворе, соли диссоциируют на ионы. Эти ионы являются электролитами; они способны проводить электрический ток в растворе. Это свойство имеет решающее значение для функции ионов при передаче нервных импульсов и стимулировании сокращения мышц.
Многие другие соли важны для организма. Например, соли желчных кислот, вырабатываемые печенью, помогают расщеплять пищевые жиры, а соли фосфата кальция образуют минеральную часть зубов и костей.
Кислоты и основания
Кислоты и основания, как и соли, диссоциируют в воде с образованием электролитов. Кислоты и основания могут сильно изменить свойства растворов, в которых они растворены.
Кислоты
Кислота — это вещество, выделяющее ионы водорода (H ⁺) в растворе ([ссылка] a ). Поскольку у атома водорода есть только один протон и один электрон, положительно заряженный ион водорода — это просто протон. Этот одиночный протон с большой вероятностью участвует в химических реакциях.Сильные кислоты — это соединения, которые выделяют весь свой H ⁺ в растворе; то есть они полностью ионизируются. Соляная кислота (HCl), которая выделяется из клеток слизистой оболочки желудка, является сильной кислотой, поскольку она выделяет весь свой H ⁺ в водянистую среду желудка. Эта сильная кислота помогает пищеварению и убивает микробы, попавшие в организм. Слабые кислоты не ионизируются полностью; то есть некоторые из их ионов водорода ^{^{остаются связанными внутри соединения в растворе. Пример слабой кислоты — уксус или уксусная кислота; он называется ацетатом после того, как отдает протон.}}
Базы
A base — это вещество, которое выделяет гидроксильные ионы (OH ^—) в растворе, или вещество, которое принимает H ⁺, уже присутствующий в растворе (см. [Ссылка] b ). Ионы гидроксила (также известные как ионы гидроксида) или другие основные вещества объединяются с присутствующим H ⁺ с образованием молекулы воды, тем самым удаляя H ⁺ и снижая кислотность раствора. Сильные основания высвобождают большую часть или все свои гидроксильные ионы; слабые основания высвобождают только некоторые гидроксильные ионы или поглощают только несколько H ⁺.Пища, смешанная с соляной кислотой из желудка, сожгла бы тонкую кишку, следующую после желудка часть пищеварительного тракта, если бы не высвобождение бикарбоната (HCO ₃ ^—), слабого основания, которое привлекает H ⁺. Бикарбонат принимает часть протонов H ⁺, тем самым снижая кислотность раствора.
Концепция pH
Относительную кислотность или щелочность раствора можно определить по его pH. pH раствора — это отрицательный десятичный логарифм концентрации иона водорода (H ⁺) в растворе.Например, раствор с pH 4 имеет концентрацию H ⁺, которая в десять раз больше, чем у раствора с pH 5. То есть раствор с pH 4 в десять раз более кислый, чем раствор с pH 5. Понятие pH станет более понятным, когда вы изучите шкалу pH, как показано в [ссылка]. Шкала состоит из серии приращений от 0 до 14. Раствор с pH 7 считается нейтральным — ни кислым, ни основным. Чистая вода имеет pH 7. Чем ниже число ниже 7, тем кислее раствор или тем выше концентрация H ⁺.Концентрация ионов водорода при каждом значении pH в 10 раз отличается от следующего значения pH. Например, значение pH 4 соответствует концентрации протонов 10 ^–4 M или 0,0001M, а значение pH 5 соответствует концентрации протонов 10 ^–5 M или 0,00001M. Чем выше число выше 7, тем более щелочной (щелочной) раствор или тем ниже концентрация H ⁺. Например, человеческая моча в десять раз кислотнее чистой воды, а HCl в 10 000 000 раз кислотнее воды.
Буферы
pH крови человека обычно находится в диапазоне от 7,35 до 7,45, хотя обычно его определяют как pH 7,4. При таком слегка щелочном pH кровь может снижать кислотность, возникающую в результате того, что диоксид углерода (CO ₂) постоянно попадает в кровоток триллионами клеток тела. Гомеостатические механизмы (наряду с выдыханием CO ₂ при дыхании) обычно поддерживают pH крови в этом узком диапазоне. Это очень важно, потому что колебания — либо слишком кислые, либо слишком щелочные — могут привести к опасным для жизни расстройствам.
Все клетки организма зависят от гомеостатической регуляции кислотно-щелочного баланса при pH примерно 7,4. Таким образом, в организме есть несколько механизмов для этой регуляции, включая дыхание, выделение химических веществ с мочой и внутреннее высвобождение химических веществ, вместе называемых буферами, в жидкости организма. Буфер представляет собой раствор слабой кислоты и ее конъюгированного основания. Буфер может нейтрализовать небольшое количество кислот или оснований в жидкостях организма. Например, если есть даже небольшое снижение ниже 7.35 при pH жидкости организма, буфер в жидкости — в данном случае действующий как слабое основание — будет связывать избыточные ионы водорода. Напротив, если pH поднимается выше 7,45, буфер будет действовать как слабая кислота и вносить ионы водорода.
Гомеостатический дисбаланс
Кислоты и основания Чрезмерная кислотность крови и других жидкостей организма известна как ацидоз. Распространенными причинами ацидоза являются ситуации и нарушения, которые снижают эффективность дыхания, особенно способность человека полностью выдыхать, что вызывает накопление CO ₂ (и H ⁺) в кровотоке.Ацидоз также может быть вызван метаболическими проблемами, которые снижают уровень или функцию буферов, которые действуют как основания или способствуют выработке кислот. Например, при тяжелой диарее из организма может выводиться слишком много бикарбоната, в результате чего кислоты накапливаются в жидкостях организма. У людей с плохо управляемым диабетом (неэффективное регулирование уровня сахара в крови) кислоты, называемые кетонами, вырабатываются в качестве топлива для организма. Они могут накапливаться в крови, вызывая серьезное заболевание, называемое диабетическим кетоацидозом.Почечная недостаточность, печеночная недостаточность, сердечная недостаточность, рак и другие заболевания также могут вызывать метаболический ацидоз.
Напротив, алкалоз — это состояние, при котором кровь и другие жидкости организма слишком щелочные (щелочные). Как и в случае ацидоза, основной причиной являются респираторные расстройства; однако при респираторном алкалозе уровни углекислого газа падают слишком низко. Заболевания легких, передозировка аспирином, шок и обычное беспокойство могут вызвать респираторный алкалоз, который снижает нормальную концентрацию H ⁺.
Метаболический алкалоз часто возникает в результате продолжительной сильной рвоты, которая вызывает потерю ионов водорода и хлорида (как компонентов HCl). Лекарства также могут вызвать алкалоз. К ним относятся диуретики, которые заставляют организм терять ионы калия, а также антациды при приеме в чрезмерных количествах, например, у кого-то с постоянной изжогой или язвой.
Обзор главы
Неорганические соединения, необходимые для функционирования человека, включают воду, соли, кислоты и основания.Эти соединения неорганические; то есть они не содержат ни водорода, ни углерода. Вода — это смазка и подушка, теплоотвод, компонент жидких смесей, побочный продукт реакций синтеза дегидратации и реагент в реакциях гидролиза. Соли — это соединения, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы, отличные от H ⁺ или OH ^—. Напротив, кислоты выделяют в растворе H ⁺, делая его более кислым. Основания принимают H ⁺, делая раствор более щелочным (едким).
pH любого раствора — это его относительная концентрация H ⁺. Раствор с pH 7 нейтрален. Растворы с pH ниже 7 являются кислотами, а растворы с pH выше 7 — основаниями. Изменение одной цифры на шкале pH (например, от 7 до 8) представляет десятикратное увеличение или уменьшение концентрации H ⁺. У здорового взрослого человека pH крови колеблется от 7,35 до 7,45. Механизмы гомеостатического контроля, важные для поддержания крови в здоровом диапазоне pH, включают химические вещества, называемые буферами, слабые кислоты и слабые основания, высвобождаемые, когда pH крови или других жидкостей организма колеблется в любом направлении за пределами этого нормального диапазона.
Обзорные вопросы
CH ₄ — метан. Это соединение ________.
неорганическое
органический
реактивная
кристалл
Что из следующего, вероятнее всего, будет равномерно распределено в воде в гомогенном растворе?
ионы натрия и ионы хлорида
молекул NaCl
кристаллов соли
эритроцитов
Дженни смешивает тесто для блинов, затем добавляет шоколадную стружку.Ожидая, когда приготовятся первые несколько блинов, она замечает, как шоколадная стружка опускается на дно прозрачной стеклянной миски. Тесто с шоколадной крошкой является примером ________.
растворитель
растворенное вещество
раствор
подвеска
Вещество распадается на K ⁺ и Cl ^— в растворе. Вещество a (n) ________.
кислота
база
соль
буфер
Тай три года, и в результате «желудочного недуга» его рвало около 24 часов.Его pH крови 7,48. Что это значит?
Кровь Тая слегка кислая.
Кровь Тая слабощелочная.
Кровь Тая очень кислая.
Кровь Тая в пределах нормы
Вопросы о критическом мышлении
pH лимонного сока составляет 2, а pH апельсинового сока — 4. Какой из них более кислый и насколько? Что это значит?
Лимонный сок в сто раз более кислый, чем апельсиновый сок.Это означает, что в лимонном соке концентрация ионов водорода в сто раз выше.
Во время вечеринки Эли проигрывает пари и вынужден выпить бутылку лимонного сока. Вскоре после этого он начинает жаловаться на затрудненное дыхание, и его друзья отвозят его в местное отделение неотложной помощи. Там ему внутривенно вводят раствор бикарбоната. Почему?
Лимонный сок, как и любая кислота, выделяет ионы водорода в растворе. Когда избыток H ⁺ попадает в пищеварительный тракт и всасывается в кровь, pH крови Эли падает ниже 7.35. Напомним, что бикарбонат — это буфер, слабое основание, которое принимает ионы водорода. Вводя бикарбонат внутривенно, врач отделения неотложной помощи помогает поднять pH крови Эли до нейтрального.
Глоссарий
кислота
соединение, выделяющее ионы водорода (H ⁺) в растворе
основание
соединение, которое принимает ионы водорода (H ⁺) в растворе
буфер
раствор, содержащий слабую кислоту или слабое основание, противодействующий широким колебаниям pH жидкостей организма
коллоид
жидкая смесь, в которой частицы растворенного вещества состоят из сгустков молекул, достаточно больших, чтобы рассеивать свет
неорганическое соединение
вещество, не содержащее ни углерода, ни водорода
органическое соединение
вещество, содержащее как углерод, так и водород
pH
отрицательный логарифм концентрации иона водорода (H ⁺) в растворе
раствор
гомогенная жидкая смесь, в которой растворенное вещество растворено в молекулах в растворителе
подвеска
жидкая смесь, в которой частицы, распределенные в жидкости, оседают с течением времени

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 Международная лицензия.
Вы также можете бесплатно скачать по адресу http://cnx.org/contents/[email protected]
авторство:
Кость: архитектура и механика органических / неорганических веществ
На молекулярном уровне кость состоит из минеральных и белковых компонентов. Минеральная фаза играет важную роль, главным образом потому, что она сильно влияет на прочность и качество костей. Спектроскопия, микротомография, рентгеновская абсорбциометрия — это некоторые методы исследования минерального компонента кости.
Органический …
На молекулярном уровне кость состоит из минеральных и белковых компонентов. Минеральная фаза играет важную роль, главным образом потому, что она сильно влияет на прочность и качество костей. Спектроскопия, микротомография, рентгеновская абсорбциометрия — это некоторые методы исследования минерального компонента кости.
Органическая фаза кости состоит в основном из коллагена. Структура костного коллагена в нормальных и патологических тканях может быть проиллюстрирована с помощью микроскопических методов и обработки изображений оптических данных.
С возрастом кости разрушаются, что приводит к множеству серьезных клинических проблем. Общая социально-экономическая выгода, получаемая от ранней диагностики и профилактики заболеваний костей, важна, поскольку она улучшает качество жизни и сводит к минимуму затраты на лечение тяжелых форм инвалидности, вызванных этими заболеваниями. Поскольку большое количество людей подвержены заболеваниям костей, эффективные методы диагностики и профилактики имеют решающее значение.
В современном обществе все чаще встречаются остеопоротические переломы, при этом основными локализацией являются запястье, позвоночник и бедро.Разрушение — это по своей сути механическое событие, указывающее на несущую способность конкретного элемента скелета. Имплантация ортопедических протезов при таких состояниях, как остеоартрит, требует прочной кости для оптимальной фиксации, что является сложным требованием для таких участков, как старый позвоночник или бедро, где прочность кости может быть значительно снижена. Обновленная информация о биомеханическом анализе всей кости и систем кость-имплант может внести значительный вклад.
Эта тема исследования будет охватывать любые разработки и применения структуры и свойств костей в области биомедицинской физики.Кроме того, мы призываем авторов делиться своим опытом по смежным темам исследований.
Ключевые слова : Структура кости, минерал кости, коллаген кости, свойства кости, механика кости
Важное примечание : Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как это определено в их заявлениях о миссии.Frontiers оставляет за собой право направить рукопись, выходящую за рамки объема, в более подходящий раздел или журнал на любом этапе рецензирования.
Matrix
Кость — это композитный материал, состоящий из неорганических и органических компонентов, а также из рассмотренных ранее клеточных элементов.
Неорганическая матрица
Неорганическая матрица кости состоит из гидроксиапатита кальция, который имеет кристаллическую структуру. Это служит для:
Минерализации остеоида, производимого остеобластами,
Обеспечения прочности и твердости костей,
Хранения минеральных запасов организма, в том числе:
99% кальция в организме,
85% фосфора ,
65% натрия и магния
Органический матрикс
Тридцать пять процентов (35%) кости являются органическими.Органический матрикс состоит из костных клеток, о которых вы только что узнали, и из белка. Девяносто процентов (90%) костного белка составляет коллаген I типа, имеющий тройную спиральную структуру, а десять процентов (10%) состоят из неколлагеновых белков. Могут возникнуть аномалии образования коллагена, что приведет к хрупкости костей.
Posted in Разное
Навигация по записям
Народные рецепты от кашля и бронхита для детей: Лечение бронхита у детей народными средствами на дому
Облепиховое масло средство от храпа: Облепиховое масло от храпа и другие полезные статьи от Масляного Короля
Related Post
Со скольки месяцев можно сажать девочку в ходунки: важные факты для родителей
Аллергия на гречку у грудничка: симптомы, причины и лечение
Может ли 14-летний подросток самостоятельно путешествовать по России: правовые аспекты и рекомендации
Активизация познавательной деятельности младших школьников: эффективные методы и приемы
Желтая слизь в стуле у грудничка: причины, симптомы и лечение
Диета кормящей мамы при запорах у ребенка: что можно и нельзя есть
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
1 месяц
2 месяц
3 месяц
4 месяц
5 месяц
Кашляет
Лечение
Младенец
Разное
Советы
Уход
2024 © Все права защищены.