Shutterstock.com
Режущие конусы не только формируют новую многослойную кость, но и постоянно восстанавливают и перестраивают старую. Представьте, что раскаленный докрасна камень падает на поверхность замерзшего пруда. Он растопит дыру и утонет, а вода снова замерзнет – получится пробка из свежего льда. Если продолжить разбрасывать камни, весь ледяной покров в конце концов обновится – некоторые пробки будут по нескольку раз меняться частично или полностью, в зависимости от места падения камней. На микроскопическом уровне процесс ремоделирования костей происходит в нашем организме непрерывно: дыры появляются и зарастают, снова возникают и снова заполняются. Однако, в отличие от случайно падающих на лед раскаленных камней, режущие конусы направляются именно туда, где кость нуждается в укреплении. Но откуда они знают направление?
До сих пор я делился своей страстью к костям, не прибегая к профессиональной лексике. К сожалению, я не знаю, как обойтись без слова «пьезоэлектрический», которое образовано от греческого и означает «сжимать» или «давить». При сжатии в некоторых кристаллах возникает электрический заряд. Этим свойством обладает и гидроксиапатит. Под давлением кристаллы гидроксиапатита в костной ткани становятся чуточку наэлектризованными – это происходит всякий раз, когда вы делаете шаг и какая-то часть кости сопротивляется гравитации. Режущие конусы чувствуют электрическое поле и направляются в нужную сторону. Представьте, например, игру в теннис. Кости руки, которая держит ракетку, испытывают толчок от каждого удара по мячу. Возникает прямой пьезоэффект, и это служит сигналом для конусов, что надо поработать в «зоне сотрясения» и сделать новую кость, способную противостоять незнакомым силам. В другой руке пьезоэлектрических зарядов гораздо меньше, поэтому конусы будут пребывать там в режиме ожидания. Со временем кости бьющей руки станут заметно плотнее и толще. Проницательный немецкий хирург по имени Юлиус Вольф заметил это явление в конце XIX века, когда такие изменения еще нельзя было увидеть на рентгеновских снимках. Закон, названный в его честь, прост: кость реагирует на прилагаемую нагрузку. Больше нагрузки – кость сильнее, насколько позволяют режущие конусы, меньше нагрузки – кость слабее. Ну как, захотелось сыграть в теннис?
Нам настойчиво рекомендуют заниматься физкультурой для поддержания костной массы именно потому, что физические упражнения вызывают настоящий пьезоэлектрический шквал. Даже легкая прогулка стимулирует электрическую активность в нижних конечностях, тазе и позвоночнике. Режущие конусы чувствуют эти сигналы, видят необходимость повысить сопротивление при ходьбе и укрепляют кости, которые испытывают повторяющиеся механические нагрузки. Постойте немного на одной ноге – конусы поймут намек и примутся за дело. Гидроксиапатиту нужен небольшой толчок, чтобы вырабатывать пьезоэлектричество, но для этого достаточно даже умеренного воздействия, например бега трусцой или энергичной ходьбы. А вот плавание и езда на велосипеде недостаточно стимулируют режущие конусы, хотя и полезны для здоровья.
А как быть, если кто-то не хочет или не может стимулировать выработку пьезоэлектричества ходьбой? Достаточно ли постоять в кузове автомобиля, который трясется на покрытой щебнем дороге? Это могло бы сработать, но пикапы и неасфальтированные дороги не всегда под рукой. Существуют более подходящие для домашнего использования устройства, в частности вибрирующие платформы. Их можно купить в интернете в два клика: производители на все лады расхваливают предполагаемые преимущества регулярного применения своих изделий, в том числе обещают увеличение плотности костной ткани. Некоторые научные статьи подтверждают определенный положительный эффект виброплатформ, хотя их влияние на плотность кости пока не доказано. Такие платформы отличаются друг от друга по скорости, интенсивности и направлению вибрации, а также по рекомендуемой частоте и продолжительности процедур. Лично я сторонник пеших прогулок, но виброплатформы могут пригодиться людям, которым нужно сохранить костную массу, но у которых нет возможности ходить и нормально сопротивляться гравитации – например, космонавтам и детям с тяжелым церебральным параличом.
Растущие кости меняют форму в ответ на действие сгибающих сил точно так же, как реагируют на прилагаемые нагрузки на микроскопическом уровне. Когда ребенок только начинает ходить, у него часто заметно искривление ног, и он вышагивает, как маленький ковбой. В норме все исправляется само собой за несколько лет, так как ростовые пластинки с внутренней стороны колена будут работать чуть активнее, чем с внешней. Они даже стараются больше, чем нужно: у некоторых взрослых колени из-за этого оказываются немного вывернуты внутрь. Если чрезмерное отклонение ног в ту или иную сторону не исчезает, хирург-ортопед может сделать операцию, чтобы замедлить или остановить дальнейший рост с излишне длинной стороны кости, давая короткой стороне возможность нагнать ее и выпрямить конечность.
Еще сорок пять тысяч лет назад люди начали намеренно изменять форму черепа новорожденным и маленьким детям. Антропологи могут только строить предположения, зачем разные культуры придумали этот ритуал. Не исключено, что деформированный череп являлся признаком высокого статуса или этнической принадлежности. Некоторые племена индейцев делали заднюю часть черепа плоской, крепко привязывая головку младенца к доске-люльке. Кости черепа и соединения между ними в таком возрасте мягкие, поэтому к трем годам искусственная деформация черепа завершалась. Другие культуры, в том числе гунны, майя и обитатели тихоокеанских островов, отдавали предпочтение вытянутым черепам: для этого голову ребенка обвязывали веревкой чуть выше глаз к затылку. Давление постепенно придавало мягким костям и пластичным соединениям между ними желанный вид.
Возраст этого черепа из Перу – более двух тысяч лет. На всех обитаемых континентах люди по непонятным для нас причинам меняли детям форму головы. Этот обычай иллюстрирует пластичность растущей кости
Музей остеологии
Сравните эти традиции с древним китайским обычаем бинтовать ступни девочек в возрасте от четырех до девяти лет. Сломанные кости и деформированные суставы тоже соответствовали принятым в обществе стандартам красоты.
Лично я не поклонник бинтования ступней и формирования черепов, однако и то и другое – прекрасная иллюстрация универсальности и адаптируемости кости, которая конкурирует за звание лучшего в мире материала с другими удивительными веществами. Давайте рассмотрим твердые штуки, которые торчат из десен большинства позвоночных и имеются у копытных животных. Кости ли это? В случае зубов – нет. И зубы, и кости твердые, плотные и содержат кальций, но химический состав и структура у них совершенно разные, поэтому не приплюсовывайте зубы к общему числу костей в организме – тем самым двумстам шести. Что касается бивней слона, то они представляют собой непрерывно растущие передние зубы.
А как насчет копыт, когтей и ногтей? Все перечисленное – потенциально опасное оружие и прекрасное средство защиты, но костью не является. Это роговые образования из кератина – еще одного волокнистого белка, имеющего определенное сходство с коллагеном. В кератиновой сети нет кристаллов кальция,