Губчатое костное вещество
Губчатое костное вещество составляет основу эпифизов. Оно состоит из тонких костных пластинок и перекладин (костных балок), перекрещивающихся между собой и образующих множество ячеек (рис. 9).
Рис. 9. Взаимоотношение компактного (1) и губчатого (2) веществ у проксимального и дистального эпифизов бедренной кости
В различных костях губчатое вещество имеет неодинаковое строение. Так, в шейке бедра губчатое вещество образовано связанными между собой циркулярными системами пластинок, которые подобно остеонам формируют переходящие одна в другую овальные или округлые пространства, заполненные красным костным мозгом. Такое губчатое вещество носит название трубчатого.
Направление перекладин (балок) совпадает с кривыми сжатия и растяжения, образуя конструкцию сводчатой арки. Такое расположение костных балок под углом друг к другу обеспечивает равномерную передачу давления или тяги мышц на кость (рис. 10).
Рис. 10. Расположение костных перекладин в губчатом веществе (по линиям сжатия и растяжения):
1 – линии сжатия (давления); 2 – линии растяжения
Губчатое вещество, расположенное между двумя пластинками компактного вещества в костях свода черепа, получило название промежуточного – диплоэ. В отличие от описанного выше, оно называется пластинчатым губчатым веществом и не формирует циркулярных трубчатых систем. Наружная пластинка этих костей свода черепа толстая, прочная, а внутренняя – тонкая, при травме легко ломается – стеклянная пластинка.
Механические свойства костей велики и разнообразны. Так, сопротивление свежей кости и чистой меди на растяжение одинаковы и в 9 раз выше, чем сопротивление свинца. Кость выдерживает сжатие 10 кг/мм2 (аналогично чугуну), в то время как кирпич – лишь 0,5 кг/мм2. А предел прочности ребер на излом достигает 110 кг/см2. Это связано с особенностями химического состава, структуры и архитектоники костей. Механические свойства кости в значительной мере зависят от структуры ее волокнистых элементов, которые имеют пять уровней организации.
1) Молекулярный – тропоколлаген, тропоэластин (микрофибриллярный структурный гликопротеид эластина).
2) Надмолекулярный – коллагеновые и эластиновые микрофибриллы, аморфнофиламенозное эластиновое волокно.
3) Фибриллярный – коллагеновые и эластиновые фибриллы.
4) Волоконный – коллагеновые, эластиновые и смешанные волокна.
5) Фибриллы и волокна имеют специальную форму, они ветвятся, объединяются между собой, создавая волоконный остов.
При этом большая часть волокон ориентирована вдоль возможного направления сил. В остеонах человека коллагеновые фибриллы ориентированы в четырех главных направлениях соответственно большим диагоналям куба.