Что крепче кость или железо
13 интересных фактов о костях человека
Никто не знает точное количество костей в человеческом организме.
Мы привыкли видеть скелеты-макеты или картинки в журналах и книгах, где кости человека изображаются совершенно белого цвета. На самом деле они не белые, а имеют коричневатый оттенок. Белый цвет кости достигается путём её вываривания или отбеливания.
Кость – самый прочный материал в теле человека.
Кости являются более прочным материалом по сравнению даже со сталью. Они превосходят сталь по прочности, но при этом весят намного меньше. Так, если бы скелет человека изготовить из стали, вес человека был бы в среднем около 250 кг.
Бедренная кость – самая длинная.
Как правило, бедренная кость составляет 1,4 от роста человека и может выдержать нагрузку до 1500 кг.
Бедренная кость может расти в ширину.
Действительно, самая длинная кость несёт большую нагрузку и с увеличением веса человека она увеличивает свою ширину, чтобы не поломаться под весом человека
Самой прочной костью считают большеберцовую кость.
По сравнению с бедренной костью большеберцовая кость способна выдержать на сжатие 4 тыс. кг.
Чаще всего повреждаются 5-8 пара рёбер, так как они не имеют соединительных костей.
Наиболее «костлявая» часть – кисть человека.
Большое количество мелких костей позволяет человеку играть на пианино и выполнять другие точные, виртуозные действия.
Известный архитектор Эйфель возвел свою башню с завидной аналогией со строением человеческой кости, что позволяет конструкции выдерживать большие нагрузки.
В интернет-магазине Сигма Мед можно купить гипсовые бинты, которые предназначаются для изготовления лонгет, циркулярных повязок. Гипсовые бинты облают свойством быстрого затвердевания при коротком погружении в воду. У нас можно купить обычные и стерильные гипсовые бинты.
Я в одном видео узнал, что кость прочнее стали. Это правда?
Внутренне строение кости являет просто таки чудо инженерии мысли, поражая своей легкостью и неверотяной прочностью. Оказывается, многие инженерные конструкции архитекторы почерпнули из строения кости человека. Архитектурные сооружения, построенные по принципу костой ткани человека, чрезвычайно прочны, долговечны и значительно дешевле при строительстве.
Все вы знаем, что сталь считается самым прочным и надежным материалом, потому что сталь с одной стороны прочная, а с другой стороны еще и гибкая. Давайте теперь сравним строение стали и наших костей.
Оказывается, наши кости во много раз прочнее стали, и в 10 раз эластичнее, да к тому еще и легче, чем сталь. Скелет человека из кости в 3 раза легче, чем такой же скелет, выполенный из стали.
Легкость и прочность костей жизненно важны для человека. Ведь если бы кости обладали только одним из этих свойств – например, прочностью, но при этом были бы тяжелее, чем сейчас, то скелет был бы настолько тяжелым, что человеку было бы трудно совершить любое движение, а ходить он вообще не смог бы, потому что невозможно было бы переносить такое тяжелое тело.
Жизнь стала бы сплошной мукой, мы очень ограничились бы в своих движениях. Каждый шаг отнимал бы массу сил и энергии. Кроме того, кости стали бы чаще ломаться и при каждом шаге слышался бы хруст, а при прыжках и вовсе бы трескались.
Или же наоборот, если бы кости были только легкими, но не прочными, тогда наше тело не было бы таким крепким и гибким, мы бы превратились в дряблую массу костей.
В таком случае такие жизненноважные органы как мозг или сердце каждую минуту находились бы в опасности. Но ничего этого не произойдет, ведь наш скелет и кости прочны и легки в самых идеальных величинах.
Гибкость костей в определенные периоды жизни может меняться. Например, тазовые кости у женщин размягчаются и расходятся друг от друга ближе к концу беременности. Это чрезвычайно важно, потому что благодаря этому голова младенца избегает механической травмы и сдавливания во время родов, которые могли бы привести к гибели ребенка.
Кости черепа наоборот более прочные и значительно менее гибкие. Ибо они оберегают внутри себя самый главный комвндный центр организма – мозг.
Удивительная продуманность свойств костей в каждом участке тела – великое благо для человека, именно благодаря свойствам костей мы можем легко и непринужденно совершать всевозможные двиджения, не испытывая ни боли, ни тяжести. Это ли не милость Создателя к нам, ведь Он мощен сотворить нас и в другом виде.
Ужель не размышляет человек, что Мы сотворили его, когда он был ничем?
Человеческие кости прочнее стали и другие удивительные факты о человеческом теле
Человеческое тело невероятно пропорционально
Посмотрите на фото выше — вы наверняка уже не раз видели этот знаменитый эскиз Леонардо да Винчи. Кстати, рисунок — один из самых первых и одновременно самых точных исследований по антропометрии. Именно таким образом люди изучали пропорции и особенности человеческого тела.
Знали ли вы, что длина стопы равна длине предплечья? Что расстояние между кистями разведенных в стороны рук равно сумме длины обеих ног? А как насчет того, что длина ладони равна длине лица (от подбородка до линии роста волос)?
Антропометрия — не просто какая-то забава. Современные антропологи широко используют подобные данные для того, чтобы определять формы и размеры тела человека, исследуя ту или иную кость.
С утра мы ростом выше
Удивительно, но факт: с утра рост человека больше, чем вечером. Почему? Из-за силы тяжести. В течение дня позвоночник выдерживает постоянное давление, в результате чего межпозвоночные диски «проседают», сжимаются. За ночь соединительные ткани успевают расправиться, поэтому после сна мы выше. Кстати, рост астронавтов за время пребывания в состоянии невесомости увеличивается на 3–5 см, так как межпозвоночные диски имеют возможность полностью расправиться.
Энергии, вырабатываемой телом, достаточно для того, чтобы вскипятить воду
Человеческое тело за полчаса способно выработать достаточно тепла для того, чтобы вскипятить 1,5 л воды. Неплохо, да? Разумеется, организм оснащен системами, которые регулируют теплообмен и предупреждают перегревание.
Более того, в состоянии покоя тело вырабатывает фактические около 100 Вт электрической энергии. А вот организм спринтера во время забега способен выдать все 2000 Вт. Да, мы не зажигаем лампочки, но вполне могли бы.
Человеческие кости прочнее стали
Ваши кости невероятно крепкие и гораздо прочнее стали. Костный материал в 2,5 раза крепче гранита и в 30 раз крепче кирпича. Кости скелета способны справиться с невероятным давлением. Например, большая бедренная кость выдерживает нагрузку в 1,5 тонны. Да, вы намного сильнее, чем думаете. И еще один приятный бонус: после перелома костная ткань способна восстанавливаться в отличие от стали, гранита и прочих прочных материалов.
Волосы не менее прочные, чем веревка
Помните историю о Рапунцель с невероятно длинными волосами, по которым принц забрался на вершину башни, чтобы спасти красавицу? Нет, это не сказка, а вполне правдоподобная история: веревка из волос способна выдержать вес не одного, а нескольких мужчин.
Каждый волос способен справиться с весов в 50-100 г. Если умножить это на количество волосков в пышной женской шевелюре, то можно сказать, что плотно заплетенная коса девушки способна выдержать вес в 12 тонн. Более того, в отличие от веревок и тросов пряди волос практически не разрушаются — утилизировать их можно разве что с помощью огня или агрессивных химических веществ.
Человеческое сердце действительно реагирует на музыку
Говорят, что музыку нужно чувствовать сердцем. И это не просто красивый оборот речи — это факт. Человеческое сердце действительно способно реагировать на ту или иную мелодию, менять ритм сокращений. Например, композиции Моцарта замедляют сердцебиение, а рок или диско, наоборот, ускоряют. Кстати, ваш миокард наиболее восприимчив к той музыке, которая вам нравится.
Вы можете воспринимать намного больше цветов и ароматов, чем думаете
Думаете, что можете различать пару десятков, максимум пару сотен оттенков? А вот и нет. Ученые доказали, что человеческих глаз (и мозг, соответственно) может различать около десяти тысяч различных оттенков — мы просто не понимаем, насколько много можем видеть на самом деле. Кстати, на эти чудеса способен глаз, который оснащен всего лишь тремя типами рецепторов.
А вот обонятельных рецепторов у человека намного больше — около 400. И если раньше считалось, что люди могут различать до десяти тысяч различных ароматов, то сейчас ученые называют цифру побольше — около одного триллиона! Вот это суперспособность.
Вы видите не глазами, а мозгом
Да, органами зрения являются глаза, но они лишь собирают информацию, после чего преобразуют в электрические импульсы и отправляют в определенные зоны коры головного мозга по зрительному нерву. Уже в центральной нервной системе информация анализируется и превращается в картинку. На самом деле вы смотрите на мир отнюдь не глазами. И да, если зрительные центры мозга повреждены, то слепота наступает даже в том случае, если глаза здоровы и способны прекрасно выполнять свои функции.
В вашей ротовой полости обитают миллиарды бактерий
Ваша ротовая полость — настоящее общежитие. Ученые говорят, что во рту человека обитает столько бактерий, сколько людей живет на планете. Более того, микроорганизмы группируются и даже создают сообщества. Например, под языком обитают совсем другие бактерии, чем на слизистых оболочках неба и щек.
Всего за 10 секунд поцелуя от одного человека к другому передается около 80 миллионов бактерий. Такой вот обмен жильцами. Кстати, сильно беспокоиться по этому поводу не стоит, ведь мать-природа все продумала: слюна, которой омывается ротовая полость, содержит в себе вещества, обладающие антисептическими и антибактериальными свойствами, они быстро расправляются с большей частью бактериальных штаммов.
Возраст некоторых веществ, присутствующих в нашем организме, такой же, как и у Солнечной системы
«Космос внутри нас, мы сделаны из звездной пыли, мы это способ, посредством которого Космос познает себя» — это цитата известного американского астронома и астрофизика Карла Сагана. Да, это утверждение звучит, словно фраза из фильма фантастики, но все же имеет смысл. Кальций в наших зубах, железо, присутствующее в крови, — все это образовалось примерно тогда же, когда и Солнце, и вся Солнечная система. Прошло много миллионов лет постоянного развития прежде, чем на планете появился человек.
Проектирование новых имплантатов: крепче ли кость стали?
Однако, некоторым может показаться неубедительным утверждение, что человеческие кости во многом превосходят материалы, которые используются для создания различных изделий.
Вы можете спросить, сильнее ли кость стали? Крепче ли кость бетона? В зависимости от того, о чем конкретно идет речь.
Например, эффективный модуль упругости кортикальной кости варьируется в диапазоне от 14 до 28 ГПа, что примерно соответствует модулю упругости бетона 8 – 36 ГПа, но прочность кости варьируется в диапазоне 100 – 200 МПа, что в разы превышает прочность на сжатие бетона 5 – 40 МПа.
Если рассмотреть нержавеющую сталь, то ее прочность на сжатие аналогична эффективному пределу прочности на сжатие кости, но при этом за счёт своей пористой структуры кость в три раза легче.
Основной особенностью кости является то, что её структура непостоянна, потому что она является частью живого организма. Кости адаптируются к образу жизни человека, становясь прочнее или ослабевая в зависимости от окружающей среды, возраста и здоровья. В НАСА установили, что кости астронавтов ослабевали в результате длительного пребывания астронавтов в условиях микрогравитации.
Так что же происходит, когда человеку приходится вмешаться в работу кости? Когда мы пытаемся заменить её работу, гений природы становится еще более очевидным.
Почему костный материал такой крепкий?
Несмотря на то, что импланты необходимы многим людям, их эффективность на большом промежутке времени не сопоставима со средней долговечностью кости. Например, срок службы коленного сустава может составлять от 60 до 80 лет. А вот имплантат коленного сустава в лучшем случае прослужит четверть от этого времени, поскольку имплантат, в отличие от кости, не обладает способностью к регенерации.
Инженеры должны проектировать имплантаты таким образом, чтобы они выдерживали большие нагрузки. В процессе ежедневной активности, например ходьбы или прыжков, скелет человека подвергается нагрузкам, превышающим вес тела в 4 – 20 раз. Это могут быть сжимающие, растягивающие, изгибные или крутящие нагрузки.
Как кость выдерживает эти нагрузки? За счет своей композитной микроструктуры. Кость состоит из коллагеновых волокон, жестко закрепленных плотным наполнителем и окружающими минералами. Также в костях присутствуют кровеносные сосуды, живые клетки, белки и вода.
Аналогичным образом искусственно созданные композиты приобрели свою значимость в проектировании и изготовлении конструкций. Однако, инженерам очень сложно повторить способность кости адаптироваться и менять свою структуру в зависимости от разных условий. Они используют и подбор материала из существующих, и разработку новых, совершенствуя имплантат до тех пор, пока он не будет соответствовать ожиданиям и требованиям.
Инженеры продолжают поиск заменителя костной ткани
Поскольку инженеры не в состоянии воспроизвести весь функционал кости, каждое медицинское изделие проектируется под конкретный случай использования.
Например, если пациент нуждается в трансплантации костной ткани, то инженеры сосредотачиваются на соответствии химии и микроструктуре исходной костной ткани пациента.
В данном случае хорошим вариантом будет использование фосфата кальция, так как он стимулирует рост костей, способствует заживлению и приживаемости привитого материала.
Имплантация суставов имеет свои сложности. Перед инженерами стоит задача найти такой материал, свойства которого будут соответствовать свойствам окружающей кости. Эти свойства материала будут варьироваться в зависимости от возраста, пола, веса, образа жизни пациента и других факторов. Инженерам также необходимо будет обеспечить, чтобы материал обладал необходимыми антикоррозионными и биосовместимыми свойствами.
В настоящее время большую популярность в процессе поиска и создания оптимальных материалов для изготовления имплантатов набирают аддитивные технологии, которые позволяют создавать материалы с градиентной плотностью. Подобные материалы представляют собой множество ячеистых структур, имеющих различные параметры и топологию, используя которые можно создавать конструкции с заданными механическими характеристиками. Периодическая структура таких материалов подходит для изготовления эндопротезов, а пористая структура, в свою очередь, обеспечивает врастание костной ткани в эндопротез. Примером применения аддитивных технологий в проектировании эндопротеза является работа инженеров АО «ЦИФРА» в составе научной группы специалистов ИММиТ СПБПУ.
Также подобрать материал, подходящий пациенту и его состоянию здоровья позволяет использование специального инструмента для выбора материала. Используя специальное ПО, инженеры могут помочь в разработке новых материалов, характеристики которых будут превосходить характеристики тех материалов, которые представлены на рынке в настоящее время. Узнать об этом подробнее можно на сайте разработчика специализированного ПО ANSYS Granta: Material Intelligence with Ansys Granta.
Странный и редкий феномен людей с чрезвычайно крепкими костями
Супергерои из комиксов в большинстве своем имеют необычные способности, которые помогают им побеждать врагов. Способности, о которых человек из реального мира может лишь мечтать.
Его состояние очень удивило присутствующих на месте ДТП полицейских и работников Скорой, но Джо все равно порекомендовали пойти в больницу, чтобы обследоваться. А когда Джо сделал это, то у него и в самом деле не было выявлено ни одного перелома или трещины в костях, и более того, у него не было и внутреннего кровотечения.
Врачи решили поподробнее изучить организм Джо и сделали удивительную находку, все кости Джо имели плотность костной ткани в 8 раз превышающую норму для человека. Никто из врачей не видел ничего подобного ранее и даже не слышал о таком феномене в истории.
Позже оказалось, что Джо все-таки был такой не один, еще один пациент с чрезвычайно прочными костями был выявлен во время попыток операции эндопротезирования тазобедренного сустава.
Во время этой операции в тазобедренной кости высверливается область, в которую вставляется имплантат. Этот человек, чьи имя во врачебных документах вообще не указывалось, несколько раз пытался пройти эту операцию в разных больницах, но каждый раз хирурги банально не могли с помощью своих инструментов просверлить его тазобедренную кость.
Через несколько лет еще подобная родственная группа из 21 человека была обнаружена в штате Небраска. На эту семью вышел врач Марк Джонсон из исследовательского центра остеопороза в Университете Крейтон в Омахе. Было выяснено, что никто из членов этой семьи в возрасте от 3 до 93 лет никогда не страдал ни от одного перелома, даже самого маленького, потому что у них всех были чрезвычайно крепкие кости.
Потом подобная семейная группа была найдена и в штате Коннектикут и вскоре всеми ими занялись всерьез сразу несколько врачебных исследовательских групп. После анализа ДНК этой семьи, проведенного исследователями Йельского университета, было установлено, что это редкое и необычное свойство связано с мутацией гена, ответственного за развитие остеопороза, вызывающего истончение и хрупкость костной ткани.
Этот мутировавший ген под названием LRP5, расположенный в 11 хромосоме, вместо того, чтобы истончать костную ткань, наоборот, регулярно укреплял ее. Из-за этого кости таких людей сломать было практически невозможно.
Помимо того, что это открытие обогатило врачебные знания, оно также принесло потенциальное спасение для всех страдающих остеопорозом, так как была выявлена непосредственная причина, отчего он происходит.
Да, эта мутация и правда похожа на сверхспособность супергероя. Правда и у нее есть свои недостатки, не слишком серьезные, но все-таки.
Во-первых, люди с такими плотными костями как правило совсем не могут плавать, они неизбежно быстро идут на дно. Во-вторых они иногда могут страдать от сжатия нервов, головных болей и проблемами с балансировкой при хождении. Но если на кону неуязвимость для переломов и остеопороза, то это кажется терпимой жертвой.
Может быть когда-нибудь в будущем врачи научатся правильно использовать данную мутация для того, чтобы укреплять кости обычных людей и тоже делать их супер прочными.