Как устроен скелет человека: Как устроен человек? Как устроен мой скелет. Зачем мне кости? Тело человека. НаучПок.

Как устроен скелет человека? — Livepedia

Скелет (совокупность костей) человека выполняет следующие функции:

— поддержание формы тела и внутренней структуры организма

— обеспечение движений и действий организма для выживания в окружающей среде

— защита внутренних органов от воздействий окружающей среды

— защита костного мозга

Основные части скелета — это позвоночник, череп, грудная клетка, таз и конечности.

Устройство костей

В организме человека — более 200 костей различной формы, размера и структуры. Основа кости — костная ткань формируется в основном из соединительной ткани, создаваемой клетками-остеобластами. В костях проходят нервные волокна и кровеносные сосуды. На соединительных концах кости покрыты хрящевой тканью.

В костях таза, грудной клетки, больших костях конечностей содержатся полости с костным мозгом. Костный мозг является источником стволовых клеток, из которых создаются клетки крови, иммунные клетки и специализированные клетки для обновления всех органов.

Позвоночник

Позвоночник выполняет основную роль в поддержании формы тела и внутренней структуры организма. К позвоночнику крепятся остальные части скелета. Кроме того, позвоночник защищает спинной мозг, проходящий внутри него.

Позвоночник состоит из позвонков, соединенных хрящевыми образованиями — межпозвоночными дисками. Межпозвоночные диски обеспечивают гибкость позвоночника.

Позвоночник является наиболее древней частью скелета человека.

Череп

Череп служит для защиты и поддержания структуры органов головы: головного мозга, органов чувств, начальных отделов пищеварительной и дыхательной систем.

Кроме того, кости черепа (челюсти и зубы) используются для раздробления пищи. Кости черепа, за исключением нижней челюсти, прочно соединены между собой. Череп сочленяется с позвоночным столбом.

В эволюционном плане череп образовался за счет срастания и расширения верхних позвонков позвоночного столба.

Грудная клетка

Грудная клетка служит для защиты и поддержания структуры органов грудины, в т. ч. сердца, легких, желудка, печени.

Основные кости грудной клетки: ребра, лопатки, ключицы, грудина. Ребра соединяются с позвоночником сзади и с грудиной спереди. Они образуют каркас для защиты внутренних органов. Благодаря эластичности реберных хрящей обеспечивается движение ребер при дыхании.

Ключица крепится к верхней части грудины и поддерживает лопатку. Лопатка, поддерживаемая ключицей и мышечным корсетом, формирует плечевой состав для крепления руки и обеспечивает дополнительную защиту сердца и легких.

Кости таза

Кости таза поддерживают и защищают органы таза: в т.ч. кишечник, мочевой пузырь, половые органы. Кроме того кости таза образуют бедренные суставы для крепления ног.

Крестец — крупная треугольной формы кость, расположенная в основании позвоночника, образует верхнюю заднюю часть полости таза, подобно клину располагаясь между двумя тазовыми костями.

Кости конечностей

Кости конечностей поддерживают форму конечностей и обеспечивают из движения и действия для выживания в окружающей среде.

Основные кости руки: плечевая, локтевая, лучевая кость и фаланги пальцев. Подвижность руки обеспечивается плечевым, локтевым, лучезапястным суставами и суставами пальцев.

Основные кости ноги: бедренная, малая берцовая, большая берцовая кость и кости стопы. Подвижность ноги обеспечивается бедренным, коленными суставами и суставами стопы.

Скелет человека. Способы соединения костей. Строение сустава



Стр.74. Проверь себя

1. Какие способы соединения костей вам известны?

Скелет взрослого человека включает более 200 костей,которые соединены между собой. Соединения могут быть неподвижными, подвижными или полу-подвижными.

Неподвижные соединения костей образованы прочно и неподвижно соединенными между собой костями.

Подвижные соединения костей называют суставами, например тазобедренный, коленный, локтевой суставы.

Полуподвижные соединения костей, имеющие хрящевые прокладки, называют полусуставами. Примером полуподвижного соединения может быть соединение позвонков в позвоночном столбе.

2. Как устроен сустав?

На одной из костей, сочленяющихся в суставе, обычно находится ямка — суставная впадина, в которую входит чаще всего соответствующая ей по форме головка другой из сочленяющихся костей. Впадина и головка покрыты слоем гладкого хряща, облегчающего вместе с суставной жидкостью скольжение головки во впадине при движениях в суставе концов сочленяющихся костей. Кости, образующие суставы, соединяются очень прочными связками. Сверху сустав покрыт суставной капсулой. В суставной полости находится суставная жидкость. Хрящи, связки, суставную сумку относят к соединительной ткани.

3. Из каких основных отделов состоит скелет человека?

Скелет головы — череп состоит из мозгового и лицевого отделов.

Скелет туловища образован позвоночником (позвоночный столб) и грудной клеткой.

Пояс верхних конечностей включает парные кости. К нему подвижно прикрепляется скелет свободной верхней конечности.

Пояс нижних конечностей образуют две массивные плоские тазовые кости, которые сзади прочно сращены с крестцом, а спереди неподвижно соединены между собой, образуя костное кольцо внутри которого находится тазовая полость.

4. Каково значение и строение позвоночника и грудной клетки?

Позвоночник состоит из 33—34 коротких костей — позвонков. Каждый позвонок имеет тело, дугу и несколько отростков. Позвоночник человека включает 7 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 сросшихся крестцовых и 4—5 копчиковых позвонков. Соответственно, выделяют шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый отделы позвоночника. Позвонки расположены друг над другом. Между позвонками находятся прослойки упругой хрящевой ткани, обеспечивающие гибкость позвоночника. Внутри позвоночника в позвоночном канале расположен спинной мозг.

Грудная клетка образована 12-ю парами ребер и грудиной спереди и позвонками сзади. С каждым грудным позвонком сочленена одна из 12-ти пар ребер. Сочленение ребер с позвонками позволяет изменять их положение: приподниматься во время вдоха и опускаться во время выдоха. При этом изменяется объем грудной клетки.

5. Из каких отделов и костей состоит скелет верхних и нижних конечностей?

Пояс верхних конечностей включает парные кости: две ключицы и две лопатки, они образуют скелет плечевого пояса. К нему подвижно прикрепляется скелет свободной верхней конечности. Он состоит из костей плеча, предплечья и кисти.

Пояс нижних конечностей образуют две массивные плоские тазовые кости, которые сзади прочно сращены с крестцом, а спереди неподвижно соединены между собой, образуя костное кольцо внутри которого находится тазовая полость. Скелет свободной нижней конечности состоит из массивной бедренной кости, костей голени и стопы.

Во впадину каждой из тазовых костей входит шаровидная головка бедренной кости.

6. Из каких отделов состоит череп?

Мозговой отдел черепа образован прочно и неподвижно соединенными между собой костями. Это парные теменные и височные кости и непарные лобная и затылочная кости. В височной кости находится отверстие наружного слухового прохода. Нижняя поверхность затылочной кости имеет большое затылочное отверстие, через которое полость черепа соединяется с позвоночным каналом. В костях основания черепа также есть мелкие отверстия, через которые в головной мозг проходят черепно-мозговые нервы и кровеносные сосуды. У взрослого человека мозговой отдел черепа больше лицевого, что связано с развитием головного мозга.

Лицевой отдел черепа состоит из 15 костей. Все они, кроме нижней челюсти, соединены между собой неподвижно. Самые крупные кости лицевого черепа — верхняя и нижняя челюсти, в их ячейках расположены корни зубов.

7. В чем отличие скелета человека от скелета млекопитающих животных?

Объем полости черепа у человека увеличен по сравнению с лицевым отделом, у животных наоборот (человек использует зубы и челюсти только для пережевывания, тогда как мозгом пользуется значительно активнее, что привело к функциональному увеличению его объема, в отличие от животных, чью жизнь в основном регулируют инстинкты, то есть спинной мозг и острые зубы – то есть лицевой отдел черепа)

Позвоночник и его изгибы – у человека вследствие прямохождения и изменения центра тяжести позвоночник s-образно изогнут.

Грудная клетка человека расширена и сплющена спереди назад, приближена к позвоночнику, у животных – сжата с боков и опускается книзу.

Тазовый отдел животных удлинен и вытянут, он узок и равномерно распределен вдоль тела, потому что вес животных как правило сбалансирован на четыре конечности. У человека тазовый отдел крупный, тяжелый, поддерживает органы брюшной полости и переносит массу тела на нижние конечности.

Нижние конечности человека объемнее и тяжелее верхних – у животных нет столь явно выраженной дифференциации. Верхние конечности человека заканчиваются длинными тонкими и подвижными пальцами, обеспечивающими возможность тонкой моторики.

8. Какое значение для человека имеет массивность костей таза?

На строение скелета нижних конечностей повлияло прямохождение. Кости пояса нижних конечностей, соединяясь между собой, образуют чашу, являющуюся основанием и опорой для расположенных в ней внутренних органов. Так как кости нижних конечностей несут на себе всю тяжесть тела, то они плотнее и толще костей рук.

9. Каково значение гибкости позвоночника?

Несмотря на то, что скелет человека имеет те же отделы, что и скелет животного, в них имеются существенные отличия, связанные с прямохождением и изменением положения центра тяжести. Позвоночник животного, перемещающегося на четырех ногах, не имеет тех изгибов, которые характерны для скелета человека.

10. Как прямохождение повлияло на скелет человека?

Особенности скелета человека, связанные с прямохождением и трудовой деятельностью, изменением положения центра тяжести.

Рука приспособлена для осуществления самых разнообразных движений. Все отделы руки человека соединены подвижно, что позволяет делать большой размах при осуществлении движений. Особенно подвижны кисть и пальцы. Большой палец кисти противостоит всем остальным, что очень важно при осуществлении хватательных движений. Так как кости нижних конечностей несут на себе всю тяжесть тела, то они плотнее и толще костей рук. Стопа у человека сводчатая, что позволяет смягчать толчки тела при ходьбе, беге и прыжках.

14.2: Введение в скелетную систему

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

16803

• Сюзанна Ваким и Мандип Грюал
• Колледж Бьютт

Череп и скрещенные кости

Символ черепа и скрещенных костей уже очень давно используется для обозначения смерти, возможно, потому, что после смерти и разложения остаются только кости.

Многие считают кости мертвыми, сухими и ломкими. Эти прилагательные могут правильно описать кости сохранившегося скелета, но кости живого человека очень даже живые. Живые кости также прочны и гибки. Кости являются основными органами скелетной системы.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): флаг с черепом и скрещенными костями

Скелетная система — это система органов, обеспечивающая внутренний каркас человеческого тела. Зачем нужна скелетная система? Попробуйте представить, как бы вы выглядели без него. Вы были бы мягкой, шаткой грудой кожи, содержащей мышцы и внутренние органы, но без костей. Вы можете выглядеть как очень большой слизняк. Не то чтобы вы могли видеть себя — складки кожи нависли бы над вашими глазами и заблокировали бы ваше зрение из-за отсутствия костей черепа. Вы могли бы отодвинуть кожу, если бы могли двигать только руками, но для этого вам также нужны кости!

Компоненты скелетной системы

Скелетная система взрослых включает 206 костей, многие из которых показаны на рисунке \(\PageIndex{2}\). Кости — это органы, состоящие из плотной соединительной ткани, в основном из жесткого белка коллагена. Кости содержат кровеносные сосуды, нервы и другие ткани. Кости твердые и жесткие из-за отложений кальция и других минеральных солей в их живых тканях. Места, где встречаются две или более костей, называются суставами. Многие суставы позволяют костям двигаться как рычаги. Например, ваш локоть — это сустав, который позволяет вам сгибать и выпрямлять руку.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Некоторые из 206 костей помечены на скелете взрослого человека.

Помимо костей, скелетная система включает хрящи и связки.

• Хрящ представляет собой тип плотной соединительной ткани, состоящей из жестких белковых волокон. Он прочный, но гибкий и очень гладкий. Он покрывает концы костей в суставах, обеспечивая гладкую поверхность для перемещения костей.
• Связки представляют собой полосы волокнистой соединительной ткани, которые скрепляют кости. Они удерживают кости скелета на месте.

Осевой и аппендикулярный скелеты

Скелет традиционно делится на две основные части: осевой скелет и аппендикулярный скелет, обе из которых изображены на рисунке \(\PageIndex{3}\).

• Осевой скелет образует ось тела. Он включает череп, позвоночник (позвоночник) и грудную клетку. Кости осевого скелета вместе со связками и мышцами позволяют телу человека сохранять вертикальное положение. Осевой скелет также передает вес от головы, туловища и верхних конечностей вниз по спине к нижним конечностям. Кроме того, кости защищают мозг и органы грудной клетки.
• Аппендикулярный скелет образует придатки и их прикрепления к осевому скелету. В него входят кости рук и ног, кисти и стопы, а также плечевой и тазовый пояса. Кости аппендикулярного скелета обеспечивают локомоцию и другие движения придатков. Они также защищают основные органы пищеварения, выделения и размножения.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Осевой скелет представлен синим цветом Рисунок \(\PageIndex{3}\): Аппендикулярный скелет представлен синим цветом

Функции костной системы

Скелетная система выполняет множество различных функций, необходимых для выживания человека. Некоторые функции, такие как поддержка тела, относительно очевидны. Другие функции менее очевидны, но не менее важны. Например, три крошечные косточки (молоточек, наковальня и стремечко) внутри среднего уха передают звуковые волны во внутреннее ухо.

Поддержка, форма и защита

Скелет поддерживает тело и придает ему форму. Без жестких костей скелетной системы человеческое тело было бы просто мешком мягких тканей, как описано выше. Кости скелета очень твердые и обеспечивают защиту нежным тканям внутренних органов. Например, череп окружает и защищает мягкие ткани головного мозга, а позвоночный столб защищает нервные ткани спинного мозга. Позвоночный столб, ребра и грудина (грудная кость) защищают сердце, легкие и крупные кровеносные сосуды. Для обеспечения защиты этих внутренних органов требуется, чтобы кости могли расширяться и сжиматься. Ребра и хрящи, соединяющие их с грудиной и позвонками, способны к небольшим смещениям, обеспечивающим дыхание и другие движения внутренних органов.

Движение

Кости скелета обеспечивают поверхности крепления скелетных мышц. Когда мышцы сокращаются, они тянут и двигают кости. На рисунке ниже, например, показаны мышцы, прикрепленные к костям колена. Они помогают стабилизировать сустав и позволяют ноге сгибаться в колене. Кости в суставах действуют как рычаги, перемещающиеся в точке опоры, а мышцы, прикрепленные к костям, прилагают усилие, необходимое для движения.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Кости, соединяющиеся в коленном суставе, включают большеберцовую и малоберцовую кости в голени, бедренную кость в верхней части ноги и надколенник в передней части колена. Эти кости обеспечивают поверхности крепления для мышц, которые двигают кости в суставе. Мышцы крепятся к костям с помощью сухожилий.

Гематопоэз

Гематопоэз — это процесс образования клеток крови. Этот процесс происходит в ткани, называемой красным костным мозгом, которая находится внутри некоторых костей, включая таз, ребра и позвонки. Красный мозг синтезирует эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Каждый день в костях вырабатываются миллиарды этих клеток крови.

Хранение минералов и гомеостаз

Еще одной функцией костной системы является хранение минералов, особенно кальция и фосфора. Эта функция накопления связана с ролью костей в поддержании минерального гомеостаза. Только правильный уровень кальция и других минералов необходим в крови для нормального функционирования организма. Когда уровень минералов в крови слишком высок, кости поглощают часть минералов и сохраняют их в виде минеральных солей, поэтому кости такие твердые. Когда уровень минералов в крови слишком низок, кости выделяют часть минералов обратно в кровь. Костные минералы являются щелочными (основными), поэтому их выделение в кровь защищает кровь от чрезмерной кислотности (низкий pH), тогда как их всасывание обратно в кости защищает кровь от чрезмерной щелочности (высокий pH). Таким образом, кости помогают поддерживать кислотно-щелочной гомеостаз в крови.

Еще один способ, с помощью которого кости помогают поддерживать гомеостаз, — это работа в качестве эндокринного органа. Одним из эндокринных гормонов, секретируемых костными клетками, является остеокальцин , , который помогает регулировать уровень глюкозы в крови и отложение жира. Он увеличивает секрецию инсулина, а также чувствительность клеток к инсулину. Кроме того, он увеличивает количество клеток, вырабатывающих инсулин, и уменьшает запасы жира.

Обзор

1. Что такое костная система? Сколько костей в скелете взрослого человека?
2. Опишите состав костей.
3. Какие еще органы, помимо костей, входят в костную систему?
4. Определите два основных отдела скелета.
5. Перечислите несколько функций костной системы.
6. Обсудите половой диморфизм в скелете человека.
7. Кости, хрящи и связки состоят из ____________ тканей.
8. Верно или неверно. Кости содержат живую ткань и могут влиять на процессы в других частях тела.
9. Верно или неверно. Костные клетки сокращаются, чтобы тянуть мышцы, чтобы инициировать движение.
10. Если у человека есть проблемы с образованием клеток крови, какой тип костной ткани, скорее всего, затронут? Поясните свой ответ.
11. Тазовый пояс является частью осевого или добавочного скелета?
12. Какие три формы гомеостаза регулирует костная система? Кратко объясните, как каждый из них регулируется скелетной системой.
13. Как вы думаете, что было бы с нами, если бы у нас не было связок? Поясните свой ответ.
14. а. Дайте определение суставу в скелетной системе.

    б. Как хрящи связаны с суставами?

    с. Назовите один сустав в организме человека и опишите его функцию.

Attributions

1. 84-я истребительная эскадрилья ВМС США, общественное достояние через Wikimedia Commons
2. Скелет человека спереди от LadyofHats Мариана Руис Вильярреал, общественное достояние через Wikimedia Commons
3. Осевой скелет от LadyofHats Марианы Руис Вильярреал, общественное достояние через Wikimedia Commons
4. Аппендикулярный скелет от LadyofHats Марианы Руис Вильярреал, общественное достояние через Wikimedia Commons
5. Анатомия колена, составленная сотрудниками Blausen. com (2014 г.). «Медицинская галерея Blausen Medical 2014». ВикиЖурнал медицины 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. CC BY 3.0 через Wikimedia Commons
6. Текст адаптирован из книги «Биология человека» по лицензии CK-12, лицензия CC BY-NC 3.0

---

Эта страница под названием 14.2: Introduction to the Skeletal System распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Сюзанной Ваким и Мандипом Грюалом посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами LibreTexts. Платформа; подробная история редактирования доступна по запросу.

ПОД ЛИЦЕНЗИЕЙ

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Сюзанна Ваким и Мандип Гревал

   Количество столбцов печати

   Два

   Печать CSS

   Плотный

   Лицензия

   СК-12

   Версия лицензии

   3,0

   Программа OER или Publisher

   Программа ASCCC OERI

   Показать оглавление

   да

2. Теги

   1. хрящ
   2. кроветворение
   3. связки
   4. остеокальцин
   5. скелетная система
   6. источник@https://www. ck12.org/book/ck-12-human-biology/

Как кости взаимодействуют с остальными частями тела | Наука

Кости по-разному взаимодействуют с другими частями тела. Известный журнал

Кости: они удерживают нас в вертикальном положении, защищают наши внутренности, позволяют нам двигать конечностями и вообще не дают нам упасть в мясистую лужу на полу. Когда мы молоды, они растут вместе с нами и легко срастаются после переломов, полученных на игровой площадке. Когда мы стары, они имеют тенденцию ослабевать и могут сломаться после падения или даже потребовать механической замены.

Если бы эта структурная роль была всем, что делают для нас кости, этого было бы достаточно.

Но это не так. Наши кости также являются удобным хранилищем кальция и фосфора, минералов, необходимых для правильной работы нервов и клеток. И каждый день их губчатая внутренняя часть, костный мозг, вырабатывает сотни миллиардов клеток крови, которые переносят кислород, борются с инфекциями и свертывают кровь в ранах, а также другие клетки, из которых состоят хрящи и жир.

И это еще не все, что они делают. За последние пару десятилетий ученые обнаружили, что кости являются участниками сложных химических взаимодействий с другими частями тела, включая почки и мозг; жировая и мышечная ткань; и даже микробы в наших животах.

Это как если бы вы вдруг обнаружили, что стойки и стропила в вашем доме сообщаются с вашим тостером.

Ученые все еще расшифровывают все способы, с помощью которых костные клетки могут передавать сигналы другим органам, а также то, как они интерпретируют и реагируют на молекулярные сообщения, поступающие откуда-то еще. Врачи-ученые уже начинают думать о том, как они могли бы использовать эти клеточные диалоги для разработки новых методов лечения для защиты или укрепления кости.

«Это совершенно новая область исследований», — говорит Лаура Маккейб, физиолог из Мичиганского государственного университета в Ист-Лансинге. Недавняя работа убедила ученых в том, что кость гораздо более динамична, чем считалось ранее, говорит Маккейб, или, как говорила ее ученица, «Кость — это не камень».

Ранние свидетельства того, что кости могут что-то сказать

Кость — уникальная ткань: она содержит не только клетки, формирующие твердый матрикс, придающий скелету прочность, но и клетки, которые разрушают его, позволяя кости изменять свою форму как ребенок растет, и восстанавливать себя на протяжении всей жизни. Строители кости называются остеобластами, а бригада по разборке состоит из клеток, известных как остеокласты. Когда баланс между действиями этих двоих нарушается, в результате получается слишком мало (или слишком много) костей. Это происходит, например, при остеопорозе, распространенном состоянии слабых и ломких костей, которое возникает, когда синтез кости не поспевает за деградацией старой кости.

Помимо остеобластов и остеокластов, кость содержит еще один тип клеток — остеоциты. Хотя эти клетки составляют 90 или более процентов костных клеток, они мало изучались до тех пор, пока около 20 лет назад ими не заинтересовалась клеточный биолог по имени Линда Боневальд. Коллеги посоветовали ей не тратить время понапрасну, предполагая, что остеоциты, вероятно, играют лишь какую-то обыденную роль, например, воспринимают механические силы, регулирующие ремоделирование кости. Или, может быть, они просто были там, ничего особенного не делая.

Боневальд, сейчас работающий в Университете Индианы в Индианаполисе, все равно решил их расследовать. Остеоциты на самом деле ощущают механическую нагрузку, как обнаружили она и другие исследователи. Но, как говорит Боневальд, «они делают гораздо больше». Недавно она написала о важности остеоцитов для почек, поджелудочной железы и мышц в Ежегодном обзоре физиологии .

Три основных типа клеток управляют постоянным ремоделированием кости, поскольку она строится и разбирается в ответ на потребности и ресурсы организма. Адаптировано из Openstax / Wikimedia Commons / Knowable Magazine

Ее первое открытие, касающееся связи остеоцитов с другими органами, о котором она сообщила в 2006 году, заключалось в том, что клетки вырабатывают фактор роста, называемый FGF23. Затем эта молекула перемещается по кровотоку к почкам. Если в организме слишком много FGF23 — как это происходит при наследственной форме рахита — почки выделяют слишком много фосфора в мочу, и в организме начинает заканчиваться необходимый минерал. В результате симптомы включают размягчение костей, слабые или жесткие мышцы и проблемы с зубами.

Примерно в то же время, когда Боневальд погрузился в исследования остеоцитов, физиолог Джерард Карсенти начал исследовать возможную связь между ремоделированием кости и энергетическим метаболизмом. Карсенти, сейчас работающий в Колумбийском университете в Нью-Йорке, подозревал, что эти два явления связаны между собой, поскольку разрушение и воссоздание кости — энергоемкий процесс.

В исследовании 2000 года Карсенти исследовал, может ли гормон под названием лептин быть связующим звеном между этими двумя биологическими процессами. Лептин вырабатывается жировыми клетками и наиболее известен как депрессор аппетита. Он также возник в процессе эволюции примерно в то же время, что и кость. В экспериментах на мышах Карсенти обнаружил, что воздействие лептина на мозг тормозит ремоделирование костей.

Использование лептина таким образом, как предполагает Карсенти, позволило бы самым ранним костлявым существам подавлять рост костей наряду с аппетитом, когда пищи не хватало, сохраняя свою энергию для повседневных функций.

Его группа нашла поддержку этой идеи, когда они сделали рентгеновские снимки костей кисти и запястья нескольких детей, у которых из-за генетической мутации отсутствуют жировые клетки и, следовательно, лептин. В каждом случае радиологи, не знакомые с истинным возрастом людей, оценили кости как на месяцы или годы старше, чем они были. Без лептина их кости ускорились, приобретя такие характеристики, как более высокая плотность, которые более типичны для старых костей.

Это был случай, когда кость прислушивалась к другим органам, но в 2007 году Карсенти предположил, что кость также может что-то сказать о том, как тело использует энергию. Он обнаружил, что у мышей, у которых отсутствует костный белок под названием остеокальцин, возникают проблемы с регулированием уровня сахара в крови.

В ходе дальнейших исследований Карсенти обнаружил, что остеокальцин также способствует мужской фертильности благодаря своему влиянию на выработку половых гормонов, улучшает обучение и память за счет изменения уровня нейротрансмиттеров в мозге и повышает мышечную функцию во время физических упражнений. Он описал эти сообщения и другие диалоги, в которых участвует кость, в Annual Review of Physiology в 2012 году. что ранние позвоночные — животные с позвоночником — эволюционировали для выживания. «Кость может быть органом, определяющим физиологию опасности», — говорит он.

Карсенти предполагает, что эффекты остеокальцина позволили ранним позвоночным, как самцам, так и самкам, реагировать на вид хищника, повышая уровень энергии за счет воздействия тестостерона, а также мышечной функции. Они смогут убежать, а позже вспомнить (и избежать) место, где они столкнулись с этой угрозой.

Исследователи из лаборатории Карсенти провели эти исследования на генетически модифицированных мышах с дефицитом остеокальцина, которых он разработал, и несколько лабораторий воспроизвели его результаты различными способами. Однако лаборатории в США и Японии, работающие с разными линиями мышей, у которых не вырабатывается остеокальцин, не обнаружили такого же широкого влияния на фертильность, переработку сахара или мышечную массу. Ученые еще не смогли объяснить эти различия, и гипотеза реакции на опасность остается несколько спорной.

Независимо от того, сыграл ли остеокальцин большую роль в эволюции позвоночных, как предполагает Карсенти, эти исследования вдохновили других ученых на изучение всевозможных способов, которыми кость слушается и разговаривает с остальным телом.

Перекрестные помехи между мышцами и костями

Давно известно, что кости и мышцы, партнеры по движению, взаимодействуют физически. Мышцы тянут кость, и по мере того, как мышцы становятся сильнее и больше, кости реагируют на это усиление физической силы, становясь также больше и сильнее. Это позволяет костям адаптироваться к физическим потребностям животного, поэтому пропорциональные мышцы и кости могут продолжать эффективно работать вместе.

Но оказывается, что здесь тоже происходит химический диалог. Например, клетки скелетных мышц вырабатывают белок под названием миостатин, который препятствует их чрезмерному росту. В экспериментах с грызунами, наряду с наблюдениями за людьми, исследователи обнаружили, что миостатин также контролирует костную массу.

Во время упражнений мышцы также вырабатывают молекулу, называемую бета-аминоизомасляной кислотой (BAIBA), которая влияет на реакцию жира и инсулина на повышенное потребление энергии. Боневальд обнаружил, что BAIBA защищает остеоциты от опасных побочных продуктов клеточного метаболизма, называемых активными формами кислорода. У молодых мышей, которые были иммобилизованы, что обычно вызывает атрофию костей и мышц, добавление BAIBA поддерживало здоровье костей и мышц.

И физические силы, и химические мессенджеры помогают костям взаимодействовать с другими органами. Названия соответствующих мессенджеров указаны в скобках. Репортаж А. Дэнса / Knowable Magazine

В дополнительных исследованиях Bonewald и его коллеги обнаружили, что другая мышечная молекула, количество которой увеличивается при физической нагрузке, иризин, также помогает остеоцитам оставаться живыми в культуре и способствует ремоделированию кости у интактных животных.

Разговор тоже не всегда односторонний. В свою очередь, остеоциты регулярно вырабатывают простагландин Е2, который способствует росту мышц. Они увеличивают выработку этого молекулярного мессенджера, когда испытывают увеличение нагрузки от работающих мышц.

Что кости получают из кишечника

Человеческое тело содержит столько же микробных клеток, сколько и человеческие, а триллионы бактерий и других микроорганизмов, населяющих кишечник — его микробиом — функционируют почти как другой орган. Они помогают переваривать пищу и предотвращают распространение вредных бактерий, а также взаимодействуют с другими органами, включая кости.

До сих пор разговор между костью и микробиомом носил односторонний характер; никто не наблюдал, как кость отправляет сообщения микробам, говорит Кристофер Эрнандес, эксперт по биомеханике из Корнельского университета в Итаке, Нью-Йорк. Но скелет может многому научиться у кишечника, говорит Маккейб. Например, предположим, что человек получает неприятный случай пищевого отравления. Им нужны все ресурсы для борьбы с инфекцией. «Сейчас не время наращивать кости, — говорит Маккейб.

Первые намеки на связь между костью и микробиомом появились в 2012 году в ходе исследования мышей, выращенных в стерильной среде без каких-либо микробов. У этих животных было меньше остеокластов, разрушающих кости, и, следовательно, более высокая костная масса. Предоставление мышам полного набора кишечных микробов восстанавливало нормальную костную массу в краткосрочной перспективе.

Но долгосрочные эффекты были немного другими. Микробы высвобождали молекулы, называемые короткоцепочечными жирными кислотами, которые заставляли печень и жировые клетки вырабатывать больше фактора роста, называемого ИФР-1, который способствовал росту костей.

Кишечные микробы, по-видимому, также ослабляют другой сигнал, воздействующий на кости: паратиреоидный гормон (ПТГ), поступающий из паращитовидных желез у основания шеи. ПТГ регулирует как образование, так и разрушение костей. Но ПТГ может способствовать росту костей только в том случае, если кишечник мышей полон микробов. В частности, микробы производят жирную кислоту с короткой цепью, называемую бутиратом, которая облегчает этот конкретный разговор. (Между прочим, тот факт, что FGF23, вырабатываемый остеоцитами, также действует на паращитовидные железы, регулируя их секрецию ПТГ.)

Хотя в последние годы ученые открыли множество важных функций микробиома кишечника, никто не предполагал, что они повлияют на скелет, говорит Боневальд: «Боже, мы были удивлены, увидев влияние на кости». Теперь ясно, что между костными клетками и кишечными микробами происходит множество сложных диалогов, и исследователи только начинают изучать эту сложность и то, что она может означать для общего состояния здоровья, говорит Маккейб.

Могут ли врачи присоединиться к разговору?

Самое захватывающее в этих посланиях от органов к органам, по словам Маккейба, заключается в том, что они предлагают новые способы помочь костям с помощью лекарств, действующих на разные части тела. «Мы могли бы быть еще более творческими в терапевтическом плане», — говорит она.

По оценкам Центров по контролю и профилактике заболеваний, почти 13 процентов американцев старше 50 лет страдают от остеопороза, и хотя есть несколько лекарств, которые замедляют разрушение костей, а также те, которые ускоряют их рост, они могут иметь побочные эффекты, и они Они используются не так часто, как могли бы, говорит Сандип Хосла, эндокринолог из клиники Майо в Рочестере, штат Миннесота. Вот почему он говорит, что нужны новые подходы.

Одно из очевидных мест, с которого стоит начать, — кишечник. Пробиотики и другие продукты, содержащие культивированные микробы, такие как кисломолочный кефир, могут помочь создать здоровый микробиом. Группа Маккейба обнаружила, что определенная пробиотическая бактерия, Lactobacillus reuteri защищали мышей от потери костной массы, которая обычно возникает после лечения антибиотиками. Другая группа попробовала комбинацию трех типов Lactobacillus у женщин в постменопаузе, сегмента населения, наиболее восприимчивого к остеопорозу, и у тех, кто лечился, не было потери костной массы в течение годичного исследования, в то время как в группе плацебо это произошло.

Эрнандес исследовал другой терапевтический подход, который мог бы повысить устойчивость костей, но не за счет увеличения массы или предотвращения разрушения. Работа выросла из серии экспериментов, в которых он использовал антибиотики, чтобы нарушить, но не уничтожить кишечный микробиом у мышей. Он предсказал, что это приведет к потере костной массы мышей, но результаты его удивили. «Это не изменило плотность или размер кости, — говорит он, — но изменило ее прочность». Кости животных, получавших антибиотики, были слабыми и ломкими.

В ходе дальнейших исследований команда Эрнандеса обнаружила, что, когда мыши получают антибиотики, их кишечные бактерии перестают вырабатывать столько витамина К, сколько обычно, и поэтому меньше витамина достигает толстой кишки, печени и почек. Результатом являются изменения точной формы минеральных кристаллов в кости. В настоящее время Эрнандес исследует, имеет ли значение для кристаллизации костей источник витамина К — кишечные микробы или пищевые источники, такие как листовая зелень. Он предполагает, что если людям нужна бактериальная версия, то могут помочь пробиотики или даже фекальные трансплантаты.

Работа Карсенти, тем временем, вдохновила на совершенно другую стратегию. Как он заметил ранее, лептин из жировых клеток замедляет формирование костей через мозг. В ответ на лептин мозг посылает сигнал, который в конечном итоге активирует бета-адренорецепторы костных клеток, отключая костеобразующие остеобласты и стимулируя костно-очищающие остеокласты.

Те же самые бета-адренорецепторы существуют в различных частях тела, включая сердце, и препараты, которые их блокируют, обычно используются для снижения артериального давления. Чтобы выяснить, могут ли эти препараты также предотвращать остеопороз, Хосла протестировала несколько различных бета-блокаторов у 155 женщин в постменопаузе, и два препарата, по-видимому, сохраняли прочность костей. Сейчас он проводит более масштабное исследование с участием 420 женщин; половина будет получать один из этих препаратов, атенолол, а другая половина будет получать плацебо в течение двух лет. Ученые будут следить за изменениями плотности костей в области бедра и нижней части позвоночника.

У Хосла есть другая идея, основанная на том факте, что по мере старения кости в ней накапливаются старые стареющие остеоциты, вызывающие воспаление. Это воспаление, в свою очередь, может влиять на постоянное наращивание и разрушение костей, способствуя их дисбалансу при остеопорозе.

Сенолитики — это препараты, которые заставляют эти старые клетки убивать себя, и Хосла недавно стал соавтором резюме их потенциала для Annual Review of Pharmacology and Toxicology .