От чего зависит прочность костной ткани

Прочность кости. Профилактика остеопороза

От чего зависит прочность костной ткани

После постановки диагноза остеопороз могут быть рекомендованы меры по укреплению костей, которые оказались ослабленными из-за болезни. Мы предлагаем вам несколько шагов, которые могут увеличить прочность кости, и вы сможете предотвратить дальнейшую потерю костной массы и явления остеопороза.

Упражнения для укрепления костей при остеопорозе

Упражнения являются ключевыми элементами в профилактике и лечении остеопороза. Если у вас был диагностирован остеопороз, начните выполнять программу регулярных упражнений.

Это важный шаг, который вы можете предпринять, чтобы предотвратить дальнейшую потерю костной массы, потому что отсутствие подвижности является основным фактором риска для потери костной массы.

И если свой пол, возраст и генетику вы изменить не в силах, то регулярные упражнения — это то, что вы можете и должны контролировать. Вы можете изменить ваш образ жизни.

Наряду с сохранением прочности костей, упражнения укрепляют мышцы, дают больше поддержки суставам и сохраняют ваши суставы гибкими и сильными.

Если у вас уже был один перелом, физические упражнения и активность могут помочь сократить время восстановления и уменьшить боль.

Всегда советуйтесь с врачом, чтобы убедиться, что вы можете справиться с  физически упражнениями после перелома. Упражнения могут также сделать  вас более гибкими.

С возрастом риск переломов становится больше, но имея хороший баланс и гибкость, вы  сможете защитить себя.

Работа в офисе может стать причиной остеопороза

В возрасте 30-40 лет многие из нас становятся менее активными из-за сидячей работы. После 50 склонность к сидячей работе, как правило, только возрастает. Это может быть большой проблемой, особенно если есть другие факторы риска развития остеопороза.

Если вы сидите весь рабочий день и обнаружили, что упражнения и физическая активность становятся меньшей частью вашей обычной жизни, вы должны что-то сделать.

Вы можете выбрать время в течение дня и посвятить его физической нагрузке, чтобы сохранить свои кости сильными.

Насколько важно быть физически активным?

Некоторые исследования показали, что заметное снижение физической активности, например,  при длительном «сидячем» образе жизни, приводит к существенному снижению костной массы. Ярким примером являются случаи костных расстройств у космонавтов. Тесты на астронавтах, испытывающих невесомость, показали необходимость физической активности для поддержания «качества» костей.

Перетренированность может привести к снижению костной массы и переломам

Интересно, что все большее число фактов свидетельствует, что и слишком большая физическая нагрузка может привести к костным нарушениям.

Гормональные дисбалансы, которые возникают в результате интенсивных тренировок, могут привести к снижению костной массы, остеопениям и переломам. Явление представляет собой распространенную проблему для многих молодых спортсменок.

Поддержание постоянного баланса нагрузки и восстановления имеет решающее значение при сохранении костей крепкими и снижает риски заболевания остеопорозом.

Больше способов сохранить прочность кости

Спросите у  вашего лечащего врача, насколько часто вам нужно проходить денситометрию. Поговорите  об образе жизни, диете, о мерах, которые можно предпринять для предотвращения дальнейшей потери костной массы.

Кроме того, спросите о лекарствах, чтобы выяснить, могут ли они могут быть причиной потери костной массы. Нет необходимости страдать от перелома. Вот почему важно начать заботу о здоровье сегодня, чтобы укрепить кости и защитить их от дальнейшей потери костной массы.

Задайте врачу конкретные вопросы о здоровье ваших костей, следуйте его рекомендациям по предотвращению последствий остеопороза.

Если у вас уже были переломы, которые  не были связаны с травмой, очень важно, чтобы вы поговорили со своим врачом о профилактических мерах. Ваш первый перелом может быть положительным моментом, если он заставляет вас признавать проблему и принимать меры, чтобы укрепить кости.

Важно следить за своим образом жизни, питанием и физической активностью для предотвращения развития остеопороза. В профилактике и борьбе с остеопорозом поможет препарат «Остеомед», в его основе лежат натуральные природные компоненты: гомогенат трутневого расплода и цитрат кальция.

Остеопороз чаще вызван низким уровнем гормона тестостерона, который трутневый расплод помогает поддержать и тем самым благоприятно сказывается на состоянии костной ткани и препятствует вымыванию кальция из организма.

Также на процесс укрепления костной ткани положительно влияет соединение цитрата кальция, которое лучше усваивается в организме и которое также содержится в препарате «Остеомед».

Источник: https://osteomed.su/prochnost-kosti/

VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

От чего зависит прочность костной ткани
Шапель Д.Д. 11МАОУ СОШ № 38 г. КалининградаКоновалова В.М. 11МАОУ СОШ № 38 г. Калининграда Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF

Введение

Кости — единственный твёрдый материал в организме. Главное физическое свойство кости это ее прочность.

Гипотеза: прочность костной ткани зависит от ее химического состава.

В организме человека кости образуют скелет, который с помощью мышц держит тело. Скелет защищает внутренние органы. Нам необходимо выяснить какие свойства позволяют кости быть опорой и защитой.

Целью работы является выяснение компонентов костей, отвечающих за физические свойства кости.

Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи:

1) выяснить, как устроены кости;

2) вывести их химические и физические свойства;

3) провести опыты с целью выявления компонентов костей, отвечающих за прочность костей.

Методы исследования: поисковый, экспериментальный, анализ полученной информации.

Объект исследования: кости.

Предмет исследования: прочность костей.

Основная часть

1. Физические свойства кости

По прочности кости превосходят сталь, но намного легче её. Если бы мы состояли из стальных костей, то вес скелета достигал 240 кг.Самая длинная кость в теле — бедренная. Она составляет ¼ часть всего роста человека и способна выдержать нагрузку давления до 1500 кг.

2. Химический состав кости

Из литературы я узнала, что вещества, входящие в состав кости можно разделить на две группы: органические (1/3) и неорганические (2/3). Органические вещества – белки, жиры и углеводы. Неорганические – соли кальция, фосфора и магния.

3. Эксперименты

Д ля эксперимента мы взяли куриные трубчатые кости бедра, уксус (9 %), уксусную кислоту (70 %), три банки с крышками. В первую банку положили 1 косточку, во вторую 2 косточки и залили одинаковым количеством уксуса. В третью банку положили одну косточку и залили таким же количеством уксусной кислоты.

Ч ерез три дня кости вынули. Косточка из первой банки легко гнулась во все стороны. Мы связали ее резинкой. У кости из второй банки сгибались только края на уровне головок. Кость из третьей банки стала белой, слегка гнулась. Она была легче других, потому что разрушился губчатый слой, и кость стала пустой внутри.

Через сутки все три кости затвердели. Первая кость застыла деформированной.

Четвертую кость еще влажной мы стали нагревать над свечкой.

Через 3 минуты кость стала темнеть. Из кости выходила жидкость в виде пара. Появился запах шашлыка. Потом заблестел выделившийся жир, запахло горелым мясом. Через 15 минут обуглившаяся кость развалилась на части.

Выводы:

1) После уксусной кислоты кость сохранила форму, но стала эластичной (мягкой и гибкой). Из кости удалилась часть неорганических веществ.

2) После нагревания кость потеряла форму. В ней разрушились органические вещества.

3) Прочность кости зависит от сочетания органических и неорганических веществ.

4. Опыты

В кабинете химии мы проделали опыты, чтобы доказать, что из кости вышли неорганические вещества: фосфор и кальций.

Опыт 1. Кости состоят из фосфата кальция Са3(РО4)2. Любая кислота делает его растворимый. При взаимодействии с уксусной кислотой образуется фосфорная кислота и кальциевая соль уксусной кислоты:

Са3(РО4)2 + 6CH3COOH = 2H3PO4 + 3(CH3COO)2Ca

В пробирку мы отлили раствор из третьей банки и добавили нитрат серебра. В пробирке появился желтый осадок: H3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4 (желтый осадок) + 3HNO3

В ывод: желтое вещество – фосфат серебра. Значит, в костя есть фосфор, который вышел при взаимодействии с уксусом..

Опыт 2. В другую пробирку в раствор из третьей банки мы добавили карбонат натрия. Должен был появиться белый осадок:

(CH3COO)2Ca +Na2CO3 = CaCO3(белыйосадок) + 2CH3COONa.

Опыт не получился. Появилась белая пена, выделился углекислый газ:

2CH3COOH + Na2CO3 =2CH3COONa + СО2 (углекислыйгаз) + H2O(вода)

Мы предположили, что опыт не получился из-за большого количества кислоты.

Заключение

Наша гипотеза подтвердилась. Механические свойства костей зависят от их химического состава. Прочность костной ткани зависит от ее химического состава.

Кости состоят из органических и неорганических веществ. Кальций и фосфор придают кости твердость. Белки – упругость и эластичность. Твердость и эластичность делают кости прочными.

Работая над темой, мы узнали много нового и полезного. Нам понравилось проводить опыты. Было сложно, но интересно, изучать химические формулы.

Список литературы

1. Человек/М.О.Лукьянов, Н.Н. Малофеева, Л.С. Сергеева и др. – М.:ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2010. – 96 с. – (Детская энциклопедия РОСМЭН), с. 18-21

2. Интересные факты о костях человека [электронный ресурс]. URL: http://kartinkinaden.ru/nauka/chelovek/1026-interesnye-fakty-o-kostyah-cheloveka.html (Дата обращения: 10.02.2019).

Источник: https://school-science.ru/7/23/40836

Прочностные характеристики костей скелета

От чего зависит прочность костной ткани

Для характеристики прочностных свойств костей используют четыре вида механического воздействия на кость: сжатие, изгиб, растягивание и кручение.

Прочность костей на сжатие:т.е. в направлении обычной при их жизни нагрузки – достаточно велика: в продольном (нагрузка идет сверху вниз) направлении несущая способность костей следующая:

1. Бедренной кости более 4500 кг.- у мужчин и 3900 кг.- у женщин;

2. Большеберцовой кости более 3500 кг.- у мужчин и 2800 кг.- у женщин;

3. Плечевой кости более 2500 кг.- у мужчин и 2100 кг.- у женщин;

4. Лучевой кости 900 кг. – у мужчин и около 800 кг у женщин;

Прочность костей на изгиб:в переднезаднем направлении, т.е. в направлении перпендикулярно вертикально стоящей кости значительно меньше:

1. Бедренная кость выдерживает изгиб под нагрузкой 250 кг.

2. Большеберцовая кость выдерживает изгиб под нагрузкой 260 кг.

3. Плечевая кость выдерживает изгиб под нагрузкой 130 кг.

4. Лучевая кость выдерживает изгиб под нагрузкой 50 кг.

5. Более мелкие кости обладают и меньшей прочностью (Jamada, 1970).

Прочность костей на растяжение:при растягивающей продольной силе кость выдерживает напряжение 15 300 кг/см2. Подобная характеристика делает нашу кость прочнее дуба и почти равна чугуна.

Прочность костей на скручивание: при обычной ходьбе момент скручивающих сил могут достигать 1 530 кг/см2. Это величина несколько раз меньше предела прочности костей: для разрушения большеберцовой кости момент скручивающей силы должен достигать 14 280 кг/см2. Это цифры считаются сниженными т.к. были получены на трупном материале.

Подвижное соединение костей (суставы)

Сустав – элемент ОДА, обеспечивающий соединение костных звеньев и создающий подвижность костей друг относительно друга. Суставы являются наиболее совершенными видами соединения костей. У человека их около 200.

Сустав образуют суставные поверхности сочлененных костных звеньев. Между суставными поверхностями имеется суставная полость, в которую поступает синовиальная жидкость. Окружает сустав суставная капсула, состоящая из плотной соединительной ткани.

Основной функцией суставов является обеспечение подвижности костных звеньев друг относительно друга. С этой целью поверхность суставов смачивается синовиальной жидкостью (смазкой), которая выделяется суставным хрящом при увеличении нагрузки на сустав.

При уменьшении нагрузки синовиальная жидкость поглощается суставным хрящом. Чтобы компенсировать разрушение суставного хряща при трении в нем постоянно происходят процессы регенерации.

С позиции медико-биологических наук в спорте кости скелета человека чаще всего выступают в виде стержней, соединенных одни или несколькими суставами образующих при этом кинематические цепи. В теле человека почти 200 суставов.

Более 100 костей могут перемешаться относительно друг друга благодаря наличию суставов. Различают непрерывное и прерывное соединение костей.

Суставами соединяются кости, которые выполняют функцию движения. В каждом суставе различают (см. рис. 3):

v суставная сумка (1)

v синовиальная оболочка (2)

v суставный хрящ (3)

v полость с синовиальной жидкостью (4).

5. Суставы классифицируют по следующим принципам:

По числу суставных поверхностей различают:

Простой сустав – имеющий только две суставные поверхности, например межфаланговые суставы.

Сложный сустав – имеющий более двух сочленовных поверхностей, например локтевой сустав. Сложный сустав состоит из нескольких простых сочленений, в которых движения могут совершаться отдельно.

Комплексный сустав – содержащий внутрисуставной хрящ, который разделяет сустав на две камеры (двухкамерный сустав). Деление на камеры происходит или полностью, если внутрисуставной хрящ имеет форму диска (например, в височно-нижнечелюстном суставе), или неполностью, если хрящ приобретает форму полулунного мениска (например, в коленном суставе).

Комбинированный сустав представляет комбинацию нескольких изолированных друг от друга суставов, расположенных отдельно друг от друга, но функционирующих вместе. Таковы, например, оба височно-нижнечелюстных сустава, проксимальный и дистальный лучелоктевые суставы и др.

5.1 По форме и функции суставных поверхностей различают:

В спортивной биомеханике пользуются вторым способом классификации как наиболее удобным в расчетах перемещения в пространстве. «Форма суставных поверхностей определяет характер движений сустава» (П.Ф. Лесгафт). Исходя из этого, суставы классифицируют (см. рис. 4).

Трехосные суставы – осуществляется движение вокруг трех осей. Одна из суставных поверхностей образует выпуклую, шаровидной формы головку, другая вогнутую суставную впадину. Различают:

1. Шаровидные (Плечевой сустав)

2. Чашеобразные (Тазобедренный сустав)

Двухосные суставы – осуществляется движение вокруг двух осей. Сочленовные поверхности представляют отрезки эллипса: одна из них выпуклая, овальной формы с неодинаковой кривизной в двух направлениях, другая соответственно вогнутая.

Они обеспечивают движения вокруг 2 горизонтальных осей, перпендикулярных друг другу: вокруг фронтальной – сгибание и разгибание и вокруг сагиттальной – отведение и приведение.

Связки в эллипсовидных суставах располагаются перпендикулярно осям вращения, на их концах. Различают:

1. Седловидные (запястнопястный сустав)

2. Эллипсоидные (затылочная кость и I шейным позвонком)

Одноосные суставыцилиндрическая суставная поверхность, ось которой располагается вертикально, параллельно длинной оси сочленяющихся костей или вертикальной оси тела, обеспечивает движение вокруг одной вертикальной оси. Различают:

1. Плоские (суставы между суставными отростками позвонков);

2. Цилиндрические (сочленение между локтевой и лучевой костями);

3. Блоковидные (межфаланговые суставы)

Для тренера, кроме знаний в анатомии важно знать и углы движений суставов, характеризующие границы подвижности суставов. Необходимо подчеркнуть, что подвижность в суставах зависит от следующих факторов:

1. от краев суставных поверхностей;

2. от растяжимости связок;

3. от связности со стороны мышц.

Трения в суставах

В суставах чрезвычайно низок коэффициент трения, составляющий приблизительно 0,01. По современным научным представлениям, низкие коэффициенты трения в суставах объясняются трем причинами:

Первая причина: микроскопические исследования показывают, что внешне гладкая поверхность гиалинового хряща напоминает губку с очень тонкими порами, пропитанную синовиальной жидкостью, которую можно из неё выжать. В месте контакта губчатых хрящей большую площадь занимает не сам хрящ, а жидкость, заключенная в порах.

Пока жидкость не выдавилась из пор, трение контактируемых поверхностей невелико. Выдавливание происходит значительно медленнее, чем всасывание после освобождения поверхностей.

Это обусловлено тем, что жидкость на участке контакта частей одного сустава движется преимущественно вдоль соприкасающихся поверхностей, тогда как в освободившиеся поверхности она входит в перпендикулярном к ним направлении.

Вторая причина: состоит в особенностях самой синовиальной жидкости. Синовия отличается от плазмы крови в основном тем, что в ней имеется “присадка” – гиалуроновая кислота (полисахарид с длинными цепями). Этот разбавленный раствор обладает некоторыми упругими свойствами.

Третья причинам: при сжатии его между гладкими поверхностями он выдавливается в стороны лишь до некоторого минимального расстояния. Дальше поверхности перестают сближаться, а при освобождении даже слегка отходят друг от друга.

При сжатии синовии между хрящевыми губками молекулы гиалуроновой кислоты проходят в поры много хуже, чем растворяющаяся плазма.

Концентрация полимеров в месте контакта возрастает и это ещё в большей степени способствует удержанию поверхностей от непосредственного контакта.

Четвертая причина: выявлено, что с увеличением скорости движения в суставе вязкость синовии снижается, и трение в суставе уменьшается. Это явление обусловлено дроблением содержащихся в синовии полимерных молекул. При уменьшении скорости цепочки молекул полисахарида вновь восстанавливаются

Перечисленные процессы создают так называемую – «эластогидро динамическую смазку суставов с низким коэффициентом трения (около 0,01)» (Bazznet, 1961 Dentenfuss 1963, Swan Son, 1969).

Расчеты показали, что при ходьбе работа против сил трения в тазобедренном суставе эквивалентна работе по подъему тела человека на высоту равную 0,32 мм. Эта значит, что величина энергии на преодоление трения в соединениях опорного аппарата сравнительно невелика даже при значительных нагрузках.

Дата добавления: 2018-08-07; просмотров: 519;

Источник: https://studopedia.net/7_61014_prochnostnie-harakteristiki-kostey-skeleta.html

Анализ костной ткани на прочность

От чего зависит прочность костной ткани

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Механические свойства биологических тканей

биологический кость прочность перелом

Структура материала является главным фактором, определяющим его механические свойства и характер процесса разрушения. Большинство биологических тканей являются анизотропными композитными материалами, образованными объёмным сочетанием химически разнородных компонентов. Состав каждого типа ткани формировался в процессе эволюции и зависит от функций, которые она выполняет.

Костная ткань. Кость – основной материал опорно-двигательного аппарата. Так в скелете человека более 200 костей. Скелет является опорой тела и способствует передвижению. У взрослого человека скелет весит около 12 кг (18% общего веса).

В компактной костной ткани половину объёма составляет неорганический материал, минеральное вещество кости – гидроксилапатит, Са10( РО4 )6(ОН)2.

Это вещество представлено в форме микроскопических кристалликов. Другая часть объёма состоит из органического материала, главным образом коллагена (высокомолекулярное соединение, волокнистый белок, обладающий большой эластичностью).

Способность кости к упругой деформации реализуется за счёт минерального вещества, а ползучесть за счёт коллагена.

Кость является армированным композиционным материалом. Например, кости нижних конечностей армированы высокопрочными волокнами в окружных и спирально перекрещивающихся направлениях.

Механические свойства костной ткани зависят от многих факторов: возраста, заболевания. Индивидуальных условий роста. В норме плотность костной ткани 2400 кг /м 3. При различных способах деформирования кость ведёт себя по-разному. Прочность на сжатие выше, чем на растяжение или изгиб. Так, бедренная кость в продольном направлении выдерживает нагрузку 45000Н, а при изгибе – 25000Н.

Запас механической прочности кости весьма значителен и заметно превышает нагрузки, с которыми она встречается в обычных жизненных условиях.

Вся архитектоника костной ткани идеально соответствует опорной функции скелета, ориентация костных перекладин параллельна линиям основных напряжений, что позволяет кости выдерживать большие механические нагрузки.

Кости обладают различной прочностью в зависимости от функции, которую выполняют.

Бедренная кость в вертикальном положении выдерживает нагрузку до 1,5 т, а большая берцовая кость до 1,8 т (это в 25 – 30 раз больше веса нормального человека).

Установлено, что в соответствии с выполнением физиологических задач по реализации опорных и локомоторных функций согласно распределению силовых нагрузок в костях формируются зоны разной твёрдости.

Однако кость по прочности уступает только твёрдым сортам стали и оказывается гораздо прочнее ставших образцами прочности гранита и бетона. На композитную природу кости указывает низкое значение её модуля Юнга по сравнению с однородными материалами, обладающими такой же прочностью.

Средняя часть плечевой кости человека имеет площадь поперечного сечения около 3,3 см2. Легко доказать, что максимальный вес груза, который может удерживать эта кость, находясь в вертикальном положении и работая на сжатие, близок к 60000Н.

В от же время максимальная сила, которую может выдержать та же кость, если она работает на изгиб, а сила приложена к свободному концу кости перпендикулярно оси, близка к 5500Н.

2. Механика карате

Прекрасной иллюстрацией прочности костей человека может служить популярный сейчас вид спортивных упражнений – карате.

Как может голая рука разбивать такие прочные предметы, как дубовые или бетонные бруски, не ломаясь сама? Попробуем оценить необходимую для этого энергию Ер.

Используя закон Гука для деформации бруска и формулу для потенциальной энергии, запасённой в сжатой пружине, можно определить потенциальную энергию руки в момент удара.

Таким образом, рука каратиста обладает достаточным запасом энергии, чтобы разрушить брусок из бетона.

То, что рука каратиста не ломается при ударе о брусок, частично объясняется гораздо большей прочностью костей по сравнению с бетоном.

Если весь кулак в момент удара заменить костью длиной 6 см и диаметром 2 см, фиксированной в двух крайних точках, а удар о брусок моделировать силой, действующей на её середину, то в таких условиях кость может выдержать 25000Н. Это приблизительно в 8 раз больше, чем сила, действующая на кулак каратиста при разламывании бетонных брусков.

Однако, возможности руки каратиста противостоять таким ударам ещё больше, т.к. в отличии от бетонного бруска она не поддерживается по краям и удар не приходится точно в середину. Кроме того, между костью и бруском бетона всегда находится эластичная ткань, амортизирующая удар. Итак, ссылаться на хрупкость наших костей, оправдывая свою нерешительность, мы не вправе. Они не подведут.

Активное взаимодействие организма с внешней средой и опосредованное участие в этом всех его многочисленных систем и органов обеспечивается через опорно-двигательный аппарат.

Основной же компонент аппарата движений – мышца – отличается от таких систем, прежде всего тем, что она непосредственно преобразует химическую энергию в механическую, достигая довольно высокого коэффициента полезного действия в условиях нормальной температуры тела человека.

Основной структурно-функциональной единицей скелета человека является кость. В организме человека каждая кость-это живой, пластичный орган. Она имеет свою морфологическую структуру, функционирует как часть целостного организма и состоит из нескольких тканей.

Основной тканью в кости является костная ткань; кроме неё имеются плотная соединительная ткань, образующая, например, оболочку кости, которая покрывает её сосуды снаружи, рыхлая соединительная ткань, одевающая сосуды, хрящевая ткань, покрывающая концы костей или образующая зоны роста, ретикулярная ткань, являющаяся основой костного мозга, и элементы нервной ткани – нервы нервные окончания. Каждая кость имеет определенную форму, величину, строение и находиться в связи с соседними костями. В состав скелета входит 206 костей – 85 парных и 36 непарных. Кости составляют примерно 18% веса тела. Функция костной ткани многообразна. Первая и наиболее важная функция опоры для мягких тканей, подавляющее большинство которых располагается в области костных образований и прикрепляется к костям. Мышцы, проходят над местами соединения костей, и производят смещение одной кости в отношении другой или перемещение всего тела относительно поверхности Земли.

Тем самым кости как опорные образования (в основном, рычаги) принимают участие в выполнении всех движений, совершаемых человеком. Кости также формируют полости (черепная, спинномозговая, тазовая и грудная) для защиты внутренних органов. В кости находится красный костный мозг, который выполняет функцию кроветворения.

Кости осуществляют функцию депо для минеральных веществ и микроэлементов. Прочность костной ткани обеспечивается сложным сочетанием важнейших ее химических компонентов – органических, неорганических соединений и воды.

В зависимости от питания, условий жизни и ряда других факторов в кости меняется процентное соотношение этих компонентов и ее прочность. В костях детей относительно больше, чем в костях взрослых, оссеина, они более эластичны, меньше подвержены переломам, но под влиянием чрезмерных нагрузок легче деформируются.

Кости, выдерживающие большую нагрузку, богаче известью, чем кости, менее нагруженные. При недостатке в пище ребенка витамина D в костях плохо откладываются соли извести, сроки окостенения нарушаются, а недостаток витамина А может привести к утолщению костей, запустению каналов в костной ткани.

Процессы, которым подвергается кость, включают развитие, укрепление и резорбцию. Они имеют собирательное название – ремоделирование, или реконструкция. Полный цикл ремоделирования (замены всех структур) костей конечности взрослого человека составляет около 10-20 лет.

Физические нагрузки являются основным фактором, определяющим увеличение костной массы у людей. Среди компонентов нагрузки, способствующих увеличению плотности минералов кости, основным является величина отягощения.

Конроем (1996) экспериментально установлено, что адаптация костной массы юных штангистов на 30-50% (в зависимости от анатомического участка и индивидуальных особенностей спортсмена) зависит от силы, развиваемой при выполнении упражнений. Обнаружены различия в минеральном составе, плотности и массе костей доминирующих конечностей по сравнению с не доминирующими. Проявляется это в том, что кости доминирующих конечностей, имеют большую массу, ширину и плотность минералов.

В целом следует отметить, что повышение уровня плотностей костей отмечается в тех участках скелета, которые подвергаются наиболее интенсивным механическим воздействиям. Плотность костей в значительной мере определяется квалификацией спортсменов, спецификой тренировочной и соревновательной деятельности в различных видах спорта.

У спортсменов высокого класса отмечается повышенная плотность костей по сравнению со спортсменами низкой квалификации и особенно лицами, не занимающимися спортом.

Представители скоростно-силовых видов спорта, вольной и греко-римской борьбы имеют достоверно более высокие показатели плотности костей по сравнению со спортсменами, специализирующимися в циклических, игровых и сложнокоординационных видах спорта (фигурное катание, художественная и спортивная гимнастика).

На снижение плотности костей приводят большие объёмы работы на выносливость.

Особенно низкая плотность костей отмечается у пловцов на длинные дистанции, что обусловлено не только большим объёмом работы аэробного характера, спецификой отбора пловцов, способных показать высокие результаты на стайерских дистанциях, но и спецификой водной среды, резко снижающей нагрузки на опорно-двигательный аппарат. Кости как органы представлены у человека в виде единой функциональной системы, относящейся к пассивному двигательному аппарату. По форме и виду соединений костей можно представить объем движений и тем самым судить о функциональных особенностях аппарата движений.

Таблица 1. Твёрдость по Бринеллю для тканей челюстных костей зубов

УчастокИсследуемая тканьТвёрдость, 104 Н х м -2
Верхняя челюсть (боковой участок)Компактное вещество444
Трабекулы губчатого вещества452
Нижняя челюсть (боковой участок)Компактное вещество458
Трабекулы губчатого вещества457
ЭмальРезцы, клыки, премоляры, моляры3776
ДентинРезцы, клыки726

Таблица 2. Прочность тканей

МатериалПрочность, Н/ мм2Модуль Юнга, Па
На сжатиена растяжение
КостьСтальФарфорГранитДубБетон17055225014559211208275551172179 х 108207 х 109-517 х 10811 х 109165 х 108

Таблица 3. Пределы прочности бедренной кости различных объектов

Предел прочности, МПаЧеловекЛошадь
Сжатие170145
Растяжение124121

Таблица 4. Прочностные характеристики различных тканей

Вид тканиПредел прочности на сжатие, МПа
Сплошная кость147
Минеральный компонент44
Белковый компонент0,1
Эмаль34 – 45
Дентин20
Ребро1 – 4
Позвонок7
Компактное вещество бедренной кости1470 – 2940
Губчатое вещество бедренной кости68
Связки крупных суставов10 – 16

Таблица 5. Модуль упругости (модуль Юнга) некоторых материалов

МатериалМодуль Юнга, Е, Па
Кость2 х 109
Коллаген107 – 108
Сухожилия1,6 х 108
Древесина12 х 109
Резина5 х 106
Сталь2 х 1011

Литература

1. Алтер М.Ф. Наука о гибкости. – К.: Олимпийская литература, 2001. – 421с.

2. Белинцев Б.М. Физические основы биологического формообразования. – М.: Наука, 1991.-252с.

3. Энока P.M. Основы кинезиологии. – К.: Олимпийская литература, 1998. С. 40- 60.

Размещено на Allbest.ru

Источник: https://revolution.allbest.ru/biology/00609343_0.html

Конспект урока по теме:

От чего зависит прочность костной ткани

Цели урока:

  1. Продолжить формирование знаний учащихся об основных функциях и особенностях опорно–двигательного аппарата.
  2. Изучить строение и химический состав костей.
  3. Продолжить формирование умений учащихся анализировать факты, находить причинно–следственные связи, делать выводы.
  4. 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.

13.01.2004

Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/104558/

Лечение Костей
Добавить комментарий