С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. ОK
Вход | Регистрация
3 15 юни 2007, 0:00, 4198 прочитания

Внимание: Нечупливо

Защо човешките кости са невероятно здрави

  • LinkedIn
  • Twitter
  • Email
  • Качествената журналистика е въпрос на принципи, професионализъм, но и средства. Ако искате да подкрепите стандартите на "Капитал", може да го направите тук. Благодарим.

    Дарение
    Плащането се осъществява чрез ePay.bg

Инфографика

Костите вероятно са най-сложният и мултифункционален материал на планетата ни. Те са едновременно леки, порести и се намират в процес на постоянна подмяна, но въпреки това са невероятно здрави и еластични.

При това положение изобщо не е учудващо, че мнозина изследователи са вдъхновени да разберат взаимовръзката между строежа и свойствата им. Въпросът е какво точно им придава всички тези качества, на какви принципи са изградени и можем ли да ги изкопираме и използваме за създаването на нови авангардни технологии.


Костта изпълнява множество физиологични функции и има сложен строеж. Ако започнем от базовата структура на ниво нанометър (една милиардна от метъра), ще открием първо спирали от колаген (от въпросния протеин е направена и кожата ни), дълги приблизително 70 nm, които се наплитат по три и образуват влакна. Крайно любопитно е, че спиралите първоначално са усукани в срещуположни посоки - както отдавна е известно, това увеличава многократно здравината на едно въже. Между колагеновите спирали, а също и между влакната, които никога не се допират директно, се намира минералният компонент на костите - калциевият апатит. Той е изграден от нещо като тухли с еднакви наноразмери (50х25х4 nm). Как природата успява да контролира с такава прецизност пространствения строеж на минерала все още е загадка. Колагеновите снопове и апатитът не са единствените компоненти на костите. В тях има още около 200 различни неколагенови протеина с полуизяснени функции и вода.

На следващо ниво самата кост се състои от кръгообразни образувания, наречени остеони, изградени от множество колагенови влакна, които променят периодично ориентацията си през точно 30 градуса. В резултат се получава нещо като кръг с канал в средата. Дори с просто око можем да видим, че има два вида кост - плътна и пореста. Първата има много по-малко мехурчета и е разположена като тънък слой върху другата. И така, ако вземем за пример бедрената кост, която спокойно

Издържа един тон, без да се счупи



ние имаме една куха и пореста структура. В канала й е разположен костният мозък, съдържащ стволови клетки, които дават начало на поредица клетъчни линии. Порите на костта са свързани помежду си и в тях циркулират костните клетки и хранителните вещества. Очевидно структурата е рехава и въпреки това изключително здрава. Как се получава това на практика е чудесен въпрос, който засега е без отговор. Само ако знаехме, щяхме да сме способни да синтезираме невероятни материали. Представете си например "ракета кост" - много лека, много здрава, а горивото се намира в корпуса й.

В костта са вложени няколко механизма, които я предпазват от счупване. Най-важният от тях вероятно е безкрайно малкият размер на градивните блокове - минералните "тухли". Те са толкова малки, че буквално е невъзможно да бъдат "ударени". Малкият размер на апатита и празнините между отделните колагенови влакна дават още един невероятен ефект - разсейването на приложената сила. На практика се оказва, че ако убодем кост с игла, напрежение се създава само в точката на убождане. Казано с друго думи, ефектът от един удар е локален и не е способен да разруши голяма част от костта.

Механизмът за получаване на подобно забележително свойство бе разкрит съвсем скоро. Учени от Масачузетския технологичен институт в САЩ публикуват изследване (Nat Mater 2007;6:454), според което разсейването на енергията се дължи на наноразмерна хетерогенност. Това ще рече, че костите ни, погледнати с (добро) нанооко, са по някакъв начин разнородни. Тази разнородност, породена незнайно от какво, има още едно важно следствие - костта

Поема еднакво ефективно удар от всяка посока

За това спомага и различното ориентиране на колагеновите влакна, които създават кръглите остеони. Любопитно е, че костта променя своята ориентация с времето, укрепвайки се при нужда в посоката, от която идва постоянен натиск.

Механична роля имат и неколагеновите протеини. От една страна, те действат като буфер между колагеновите влакна, разсейвайки така механичния стрес. Идеята е подобна на амортисьорите, които омекотяват "удара" на пътя. От друга страна, както разкриват учени от Kалифорнийския университет (Nat Mater 2005;4:612), неколагеновите протеини действат и като лепило и така предпазват костта от скъсване и спомагат за разсейването на енергията. Те придават еластичност, която позволява на костта да се огъва, вместо да се троши.

Все пак костите се чупят, както всички знаем, а още по-лесно се пукат. Всъщност нашите кости в някаква степен винаги са напукани, или с други думи, съдържат микропукнатини. Няма спасение от тази даденост, но пък за сметка на това организмът извършва непрестанен "ремонт". Обаче докато "ремонтната бригада" клетки успее да подмени напуканите части, съществуват поне две причини пукнатините да не нарастват или поне да го правят с малка скорост. Първата са протеините лепило, а втората - цилиндричната форма на остеоните. Пукнатините просто не могат да "напуснат" остеоните, защото костта е склонна да се цепи надлъжно на колагеновите влакна, а не през тях.

Най-голямото преимущество на костите в сравнение с останалите материали е тяхната способност да се регенерират. Два вида клетки, наречени остеокласти и остеобласти, са съответно разрушителите и строителите на новата кост. Чрез прецизно регулиран процес всяка година те подменят около 25% от костната ни маса. И то точно в тези зони, които са напукани или "уморени". Нещо повече, ако в дадена посока има постоянен натиск, клетките го разбират (незнайно как) и така ориентират колагеновите влакна така, че да компенсират този натиск. Любопитно е, че "вечният ремонт" не намалява значително здравината на костите. Любопитно е също, че учените след години интензивни изследвания не знаят как клетките намират безпогрешно частите, нуждаещи се от подмяна. Така че не е учудващо, че досега никой не е успял дори малко да се доближи до синтез на материал, наподобяващ мултифункционалността на костта. Защото последната освен всичко друго е източник или депо за биогенни елементи като калций, има имунна функция, участва в поддържането на физиологичното pH, фабрика е за кръвни клетки и какво ли още не...

  • Facebook
  • Twitter
  • Зарче
  • Email
  • Ако този материал Ви е харесал или желаете да изразите съпричастност с конкретната тема или кауза, можете да ни подкрепите с малко финансово дарение.

    Дарение
    Плащането се осъществява чрез ePay.bg

05 ноември 2019
София Ивент Център

Конференция The Future of Retail


Ранна регистрация до 21 октомври.

Как ще изглежда ритейл секторът през следващите 5 години и какви са възможностите за нови пазари пред местните търговци?
Водещи лектори от България и чужбина ще представят своите отговори по време на ежегодния форум на Капитал, посветен на ритейл бизнеса.

Още акценти в програмата:


  • Нови технологии и дигитализация
  • Тенденции в ритейл маркетинга
  • Клиентско поведение и преживяване
  • Устойчива и екологична търговия
  • Синергия между физическите и онлайн магазини
  • Иновации в търговските пространства

Конференция The Future of Retail Запазете билет

Прочетете и това

SpaceX представи прототипа на марсианския си космически кораб 2 SpaceX представи прототипа на марсианския си космически кораб

Илън Мъск се надява Spaceship да излети в космоса до половин година

30 сеп 2019, 3261 прочитания

Internet of Things #13: САЩ тества 5G "умния град" в полеви условия Internet of Things #13: САЩ тества 5G "умния град" в полеви условия

Експериментален "мини smart city" отвори врати край Атланта

24 сеп 2019, 3393 прочитания

24 часа 7 дни
 
Капитал

Абонирайте се и получавате повече

Капитал
  • Допълнителни издания
  • Остъпки за участие в събития
  • Ваучер за реклама
Още от "Технологии и наука" Затваряне
Защо се бави бързият интернет

Въпреки сравнително добрите резултати България е в дъното на европейските класации

Арабският пробив на IPS

Българската семейна компания "Интернешънъл пауър съплай" завърши ключов проект за Saudi Aramco

Сметка за основни операции - струва ли си

Всеки, който ползва рядко банкови услуги, може да се възползва от опцията, но и не само той

София: този път има интрига

За пръв път от над 10 години в София се води истинска политическа кампания. "Капитал" прекара по един ден с четиримата основни кандидати, за да види отвътре как те се борят за гласовете на софиянци

Предизборният "Route 66" на арх. Игнатов

Според кандидата на "Демократична България" електронното управление на София ще реши два ключови проблема - с бюрокрацията и с корупцията

20 въпроса: Здравко Петров

Урбанистът познат от "Исторически маршути" издаде книга, която обединява две от архитектуните разходки