Кістка, кість (, мн. ) — орган у хребетних тварин, який належить до опорно-рухової системи і складається з кісткової тканини. З кісток складається скелет. Характеризується високою твердістю, значним вмістом мінеральних речовин і своєрідною мікроструктурою.
Кістка — це тверда тканина, яка є частиною скелета більшості хребетних тварин. Кістки захищають різні органи тіла, виробляють червоні та білі кров'яні тільця, зберігають мінерали, забезпечують структуру та підтримку організму та забезпечують рухливість. Кістки бувають різних форм і розмірів і мають складну внутрішню і зовнішню структуру. Вони легкі, але міцні та жорсткі, і виконують багато функцій.
У тілі людини при народженні присутні приблизно 300 кісток; багато з них зливаються разом під час розвитку, залишаючи загалом 206 окремих кісток у дорослої людини, не враховуючи численних дрібних кісток. Найбільша кістка в тілі — стегнова кістка, а найменша — стремінце в середньому вусі.
Функції Кістки беруть участь у мінеральному обміні, вони є депо кальцію, фосфору тощо. Жива кістка містить в собі вітаміни А, D, С та інші. Як складові скелета вони виконують опорну, захисну та рухову функції. Кістковий мозок бере участь у творенні крові.
Механічна
Кістки виконують різноманітні механічні функції. Разом кістки тіла утворюють скелет. Вони забезпечують каркас для підтримки тіла, а також точку кріплення скелетних м'язів, сухожиль, зв'язок і суглобів, які функціонують разом для створення та передачі сил, щоб окремими частинами тіла або всім тілом можна було керувати в тривимірному просторі (взаємодія між кісткою і м'язом вивчається в біомеханіці).
Кістки захищають внутрішні органи, такі як череп, що захищає мозок, або ребра, що захищають серце та легені. Через спосіб формування кістки кістка має високу міцність на стиск близько 170 МПа (1700 кг/см²), погану міцність на розтяг 104—121 МПа і дуже низьку міцність на зсув (51,6 МПа). Це означає, що кістка добре протистоїть напрузі штовхання (стискання), менш добре протистоїть розтягуванню (розтягуванню), але лише погано протистоїть напрузі зсуву (наприклад, через торсіонні навантаження). У той час як кістка по суті крихка, кістка має значний ступінь еластичності, чому сприяє в основному колаген.
Механічно кістки також відіграють особливу роль у слуху. Кісточки — це три невеликі кісточки в середньому вусі, які беруть участь у передачі звуку.
Синтетична
Губчаста частина кісток містить кістковий мозок. Кістковий мозок виробляє клітини крові в процесі, який називається гемопоезом. Клітини крові, які утворюються в кістковому мозку, включають еритроцити, тромбоцити та білі кров'яні клітини. Клітини-попередники, такі як гемопоетичні стовбурові клітини, діляться в процесі, який називається мітозом, щоб утворити клітини-попередники. Сюди входять попередники, які в кінцевому підсумку призводять до білих кров'яних тілець, і еритробласти, які утворюють червоні кров'яні клітини. На відміну від еритроцитів і білих кров'яних тілець, що утворюються в результаті мітозу, тромбоцити виділяються з дуже великих клітин, які називаються мегакаріоцитами. Цей процес прогресивної диференціації відбувається всередині кісткового мозку. Після дозрівання клітин вони потрапляють в кровообіг. Щодня таким чином утворюється понад 2,5 мільярда еритроцитів і тромбоцитів, а також 50–100 мільярдів гранулоцитів.
Крім створення клітин, кістковий мозок також є одним з основних місць, де руйнуються дефектні або старі еритроцити.
Метаболічна
Зберігання мінералів — кістки діють як запаси мінералів, важливих для організму, зокрема кальцію та фосфору.
Залежно від виду, віку та типу кістки, кісткові клітини становлять до 15 відсотків кістки. Зберігання факторів росту — мінералізована кісткова матриця зберігає важливі фактори росту, такі як інсуліноподібні фактори росту, трансформуючий фактор росту, кісткові морфогенетичні білки та інші.
Зберігання жиру — жирова тканина кісткового мозку (МАТ) діє як запас жирних кислот.
Кислотно-лужний баланс — кістка буферує кров від надмірних змін pH, поглинаючи або вивільняючи лужні солі.
Детоксикація — кісткові тканини можуть також зберігати важкі метали та інші сторонні елементи, видаляючи їх з крові та зменшуючи їх вплив на інші тканини. Пізніше вони можуть поступово вивільнятися для виведення.
Ендокринний орган — кістка контролює метаболізм фосфатів, вивільняючи фактор росту фібробластів 23 (FGF-23), який діє на нирки, зменшуючи реабсорбцію фосфатів. Кісткові клітини також виділяють гормон під назвою остеокальцин, який сприяє регулюванню рівня цукру в крові (глюкози) і відкладення жиру. Остеокальцин збільшує як секрецію інсуліну, так і чутливість, на додаток до збільшення кількості клітин, що виробляють інсулін, і зменшення запасів жиру.
Баланс кальцію — процес резорбції кістки остеокластами вивільняє накопичений кальцій у системний кровообіг і є важливим процесом у регулюванні балансу кальцію. Оскільки утворення кісток активно фіксує циркулюючий кальцій у його мінеральній формі, видаляючи його з кровотоку, резорбція активно розкріплює його, тим самим підвищуючи рівень циркулюючого кальцію. Ці процеси відбуваються в тандемі в конкретних місцях.
Властивості Кістки побудовані з кісткової тканини, яка є різновидом сполучної тканини, складаються із клітин (остеоцити) та міжклітинної речовини, яка містить багато колагену, глікопротеїдів тощо, і мінеральних компонентів (в основному кристали гідрооксиапатиту, Ca10(PO4)6(OH)2). Завдяки цьому кістка має і гнучкість, і міцність. Опір свіжої кістки на розрив такий же, як у міді, і в 9 разів більший, ніж у свинцю. Кістка витримує стискування 10 кг/мм² (подібно до чавуну). Щоб переламати ребро необхідна сила 110 кг/см² Біокераміка [Електронній ресурс]: конспект лекцій з дисципліни «Біокераміка» для студентів спеціальності 163 «Біомедична інженерія» денної та заочної форм навчання / уклад. В. Г. Єфременко. — Маріуполь: ДВНЗ «ПДТУ», 2020. — 74 с..
На збільшення навантаження кістка реагує збільшенням міцності (вантажники), а на зменшення — зменшенням (космонавти).
Ремоделювання(Перебудова кістки)
Кістка постійно створюється і замінюється в процесі, відомому як ремоделювання. Цей постійний оборот кістки є процесом резорбції з наступною заміною кістки з незначними змінами форми. Це досягається за допомогою остеобластів і остеокластів. Клітини стимулюються різними сигналами, і разом вони називаються одиницею ремоделювання. Приблизно 10 % скелетної маси дорослої людини оновлюється щороку. Метою ремоделювання є регулювання гомеостазу кальцію, відновлення мікропошкоджених кісток від щоденного стресу та формування скелета під час росту. Повторювані стреси, такі як навантаження з навантаженням або загоєння кісток, призводять до потовщення кісток у точках максимального напруження (закон Вольфа). Було припущено, що це є результатом п'єзоелектричних властивостей кістки, які змушують кістку генерувати невеликі електричні потенціали під час напруги.
Дія остеобластів і остеокластів контролюється рядом хімічних ферментів, які сприяють або пригнічують активність клітин ремоделювання кістки, контролюючи швидкість формування, руйнування або зміни форми кістки. Клітини також використовують паракринну передачу сигналів, щоб контролювати активність один одного. Наприклад, швидкість, з якою остеокласти розсмоктують кістку, пригнічується кальцитоніном і остеопротегерином. Кальцитонін виробляється парафолікулярними клітинами щитоподібної залози і може зв'язуватися з рецепторами на остеокластах, щоб безпосередньо пригнічувати активність остеокластів. Остеопротегерин секретується остеобластами і здатний зв'язувати RANK-L, пригнічуючи стимуляцію остеокластів.
Остеобласти також можна стимулювати збільшувати кісткову масу за рахунок посилення секреції остеоіду та пригнічення здатності остеокластів розщеплювати кісткову тканину. Підвищена секреція остеоїду стимулюється секрецією гормону росту гіпофізом, гормоном щитоподібної залози та гормонами щитоподібної залози. статеві гормони (естрогени і андрогени). Ці гормони також сприяють підвищеній секреції остеопротегерину. Остеобласти можна також спонукати до виділення ряду цитокінів, які сприяють реабсорбції кістки шляхом стимуляції активності остеокластів і диференціювання від клітин-попередників. Вітамін D, паратиреоїдний гормон та стимуляція з боку остеоцитів спонукають остеобласти збільшувати секрецію RANK-ліганду та інтерлейкіну 6, які цитокіни потім стимулюють посилене реабсорбцію кістки остеокластами. Ці ж сполуки також підвищують секрецію колонієстимулюючого фактора макрофагів остеобластами, що сприяє диференціації клітин-попередників в остеокласти та зменшує секрецію остеопротегерину.
Будова
Структурна одиниця кістки — остеон. Це циліндрична структура, що формується навколо гаверсового каналу — мікроскопічного каналу, що містить судини й нерви і оточений циліндричними кістковими пластинками, вкладеними одна в одну. Між пластинками розкидані лакуни (дрібні порожнини), в яких розташовані остеоцити. Вони сполучаються один з одним тонкими відростками, що проходять крізь спеціальні канали.
Остеони мають діаметр у частки міліметра і довжину кілька міліметрів. Найчастіше вони тягнуться паралельно поверхні кістки, а в довгих кістках — уздовж їх осі.
Між остеонами трапляються кісткові пластинки, що не належать до жодного з них (вставні). Існують і пластинки, що вистилають зовнішню та внутрішню поверхню кістки. Сусідні гаверсові канали сполучені один з одним і з окістям фолькманівськими каналами. На відміну від гаверсових, вони не оточені концентричними пластинками.
Поверхня кістки
Поверхня кістки може мати різні поглиблення (борозенки, ямки і т. д.) і підвищення (кути, краї, ребра, гребені, горбки тощо). Виступи з гострою крайкою називаються остями (spinae). Нерівності служать для сполучення кісток між собою або для прикріплення м'язів і розвинуті відповідно до розвитку мускулатури. На поверхні знаходяться так звані «живильні отвори» (foramina nutritiva), через які живильні і кровоносні судини входять усередину кістки.
Кістка як орган ззовні (крім поверхонь зчленування) вкрита так званим окістям (periosteum), яке є сполучнотканинною пластинкою, збагаченою кровоносними і лімфатичними судинами, нервами. Окістя міцно зрощене з кісткою за рахунок волокон, що входять у тканину кістки. Зовнішній шар окістя волокнистий, внутрішній — остеогенний (кісткоутворюючий) прилягає до кістки. В ньому розташовані остеогенні клітини, прогеніторні клітини які здатні диференціюватися у остеобласти та хондроцити, за рахунок яких відбувається розвиток, ріст в товщину та регенерація кістки після пошкодження. Окістя служить для харчування, росту і відновлення кістки. Внутрішні порожнини кістки утворені особливою м'якою тканиною — кістковим мозком.
Склад До складу кістки входять і органічні, і неорганічні речовини; чим молодша тварина, тим більший вміст перших; тому, кістки молодих тварин пружні і м'які, а кістки старих — тверді та крихкі. Відношення між обома складовими різне у всіх груп хребетних; наприклад, в кістках риб (особливо глибоководних), вміст мінеральних речовин відносно малий, і вони відрізняються м'якою волокнистою будовою.
Людина Кількість (а точніше співвідношення) органічних і мінеральних речовин в кістці змінюється з віком. У дітей значно переважають органічні речовини, у дорослих — мінеральні. У дорослої людини частка мінеральних складових (переважно фосфорнокисле і вуглекисле вапно та фосфорнокисла магнезія, а також фтористого, хлористого кальцію й інші) становить близько 60—70 % маси кістки, а органічні речовини (в основному осеїн, який відноситься до клейодавальних речовин) — 30—40 %. Кістки виявляють велику міцність і сильний опір розривові, надзвичайно довго протистоять руйнуванню і належать до числа найзвичайніших залишків викопних тварин. При прожарюванні кістка втрачає органічну речовину, але зберігає свою форму і будову; піддаючи кістку дії кислоти (напр. соляної), можна розчинити мінеральні речовини й одержати гнучкий хрящуватий кістяк кістки.
Кісткова речовина