Брайан Свитек - Кости: скрытая жизнь [Все о строительном материале нашего скелета, который расскажет, кто мы и как живем]

В этот самый момент костеобразующие клетки меняют тактику. Остеобласт трансформируется и становится совершенно неактивным, словно загнанный в угол. Изолированный со всех сторон, остеобласт превращается в остеоцит [35] Изолированный со всех сторон: Buenzli, Pascal, and Natalie A. Sims. «Quantifying the osteocyte network in the human skeleton». Bone. 75 (2015): 144–150. . В нашем скелете порядка 42 миллионов таких клеток. Остеобласт замирает на месте и приступает к регулировке процесса обновления костной ткани, по большей части связанного с расщеплением старой, а не формированием новой. Разрушение производится главным образом клетками другого типа под названием «остеокласты». Вблизи этот процесс немного напоминает то, что происходило с палубой космического корабля «Ностромо» в фильме «Чужой», когда насыщенная кислотой кровь лицехвата прожигала насквозь пол. Так и в костях: кислота растворяет минеральную составляющую, а специальный фермент разрушает коллаген. Этот процесс называется резорбцией кости, и он является неотъемлемой частью постоянных ремонтных работ, которым подвергаются наши кости. Все видимые масштабные изменения являются результатом работы этих маленьких клеток, подобно тому, как поднимаются и оседают горы за счет постоянного подъема земной коры и эрозии. Костные клетки — живые свидетельства непрерывной активности нашего с вами скелета. Они сформировали кости жившего в плейстоцене человека из Ла-Брея, равно как и всех остальных людей, включая вас.

Итак, теперь мы кое-что знаем о том, из чего состоит кость и как функционирует костная ткань. Это происходит вовсе не беспорядочно. Все эти маленькие процессы протекают в рамках масштабного плана, формирующего наш с вами скелет. Механизмы и места образования костей меняются на протяжении жизни. Определенные участки ключицы, а также некоторые кости черепа, например, образуются в результате так называемого эндесмального окостенения. На эмбриональной стадии развития формирующая наш скелет костная ткань образуется из временной мягкой ткани, служащей предшественником для различных важнейших систем и жидкостей нашего организма, в том числе крови. Большинство остальных костей нашего тела формируется в процессе так называемого эндохондрального окостенения. Изначально кости скелета состоят из хрящевой ткани, которая в итоге заменяется костной, когда все эти крошечные остеобласты берутся за свою неустанную работу. Если задуматься о том, как именно все происходит, то это напоминает самую настоящую научную фантастику. Кровеносные сосуды нашего формирующегося тела проникают в хрящевые кости, создавая так называемые точечные питательные отверстия, откуда начинается и распространяется процесс окостенения. Причем с длинными костями наших конечностей все особенно странно. Они окружены жесткой оболочкой, и отвечающие за рост кости клетки делают свое дело в пространстве между поверхностью кости и этой жесткой оболочкой. Слой за слоем они выкладывают кость, постепенно заменяя хрящевую ткань костной. А по мере того как эти длинные кости принимают свою форму, остеокласты пожирают костную ткань с внутренней поверхности параллельно образованию новой костной ткани на внешней поверхности. В результате получается полый элемент, состоящий из костной ткани. Причем бо́льшая часть всего процесса приходится на самое начало нашей жизни. Пожалуй, скелет никогда не бывает таким активным, как во время нашего внутриутробного развития. По оценкам биологов, примерно за 11 недель до появления на свет в организме плода насчитывается примерно 800 отдельных центров окостенения, где мягкие ткани преобразуются в кости, и этот процесс завершается, когда все центры сливаются примерно в 206 отдельных костей, имеющихся у взрослого человека.

Несмотря на то, как долго способны сохраняться кости — тысячи лет в случае человеческих костей, обнаруженных на Ранчо Ла-Брея, и намного дольше для всевозможных доисторических видов, с которыми мы успели познакомиться, — живая костная ткань пластична. Да, наши кости по большей части остаются на своих местах, однако нельзя сказать, что после окостенения в младенческом возрасте скелет больше никогда не меняется. Даже после того, как ваш скелет достигает своей окончательной, взрослой формы, остеобласты продолжают выкладывать новые слои костного материала, в то время как остеокласты, подобно Пакману, жадно пожирают старые костные клетки. Это равновесие в старости может нарушиться и привести к заболеваниям вроде остеопороза, при которых либо остеобласты формируют недостаточно костной ткани, либо остеокласты слишком активно ее уничтожают, либо и то и другое. Вся эта бурная и никогда не прекращающаяся деятельность происходит на уже существующей поверхности кости. Мы постоянно добавляем новые слои на внешнюю поверхность наших костей, параллельно снимая старые, и весь этот процесс протекает под жесткой внешней оболочкой живой ткани под названием «надкостница». Эта биологическая обертка окружает каждую кость, за исключением суставов. Она выполняет множество различных функций, например, помогает образуемым костным мозгом кровяным клеткам распространяться по всему телу — а в рамках процесса формирования костной ткани надкостница создает клетки, которые становятся остеобластами, чтобы они потом наращивали внешний слой кости.

Как результат всего этого роста и перестройки мы получаем чрезвычайно активную ткань с разнообразными свойствами, которая подготавливает наше тело ко всевозможным нагрузкам, напряжениям и сжатиям. Частично эта прочность объясняется распределением коллагена в костной ткани. Он не просто беспорядочно по ней разбросан. В соседних слоях костной ткани волокна коллагена тянутся в разных направлениях под различными углами друг к другу, образуя органическую сетку. Если бы все эти волокна шли в одном и том же направлении, то кость обладала бы невероятной прочностью относительно нагрузки в этом направлении, однако запросто бы ломалась, если бы усилие было приложено под другим углом.

Мы живем в трехмерном мире, и внутренняя структура наших костей сталкивается с различными ударами и сотрясениями во всевозможных направлениях. Возьмем бедренную кость (я не стал говорить вашу бедренную кость из-за того, что мы будем с ней делать в этом мысленном эксперименте). Если бы все волокна коллагена бедренной кости были расположены в виде горизонтальных полос по всей ее ширине, то она легко ломалась бы при горизонтальном ударе по ней — например, бейсбольной битой. Будь волокна коллагена выстроены вертикально, кость выдержала бы горизонтальный удар, однако оказалась бы крайне уязвима перед вертикально направленным ударом — скажем, если бы битой ударили сверху вниз, словно топором. Это тот же самый принцип, который я усвоил, когда занимался в детстве тхэквондо: чтобы сломать доску, нужно бить вдоль древесных волокон, а не поперек их. К счастью для нас — а также всех остальных позвоночных, — в наших костях волокна коллагена тянутся в разных направлениях, тем самым защищая кость от перелома. Соотношение коллагена и гидроксиапатита в костях варьируется в зависимости от нагрузки, с которой им приходится сталкиваться, а взаимное расположение этих составляющих помогает костям выдерживать вес тела и беспрепятственно двигаться.