ГДЗ до підручника «Біологія» В.І. Соболь. 8 клас

§ 29. Кістка як орган скелетної системи

Пригадайте!

Орган - це структурна одиниця багатоклітинного організму, яка складається з різних типів тканин, що працюють разом для виконання певної функції або групи пов'язаних функцій. Органи можуть бути внутрішніми, наприклад, серцем, легенями, печінкою, нирками, або зовнішніми, наприклад, шкірою, волоссям та нігтями. Кожен орган виконує специфічну роль в організмі і може взаємодіяти з іншими органами для забезпечення нормальної функції тіла.

Знайомтеся!

Вираз "зовнішній вигляд кістки є здійсненною ідеєю її призначення" Пирогова Миколи Івановича вказує на тісний зв'язок між формою і функцією кісток. Кістки людини мають складну будову, яка забезпечує їх функціональні можливості.

Наприклад, кістки скелету надають опору для тіла, захищають внутрішні органи, сприяють рухам і зберігають мінеральні речовини. Форма кісток, їх довжина, ширина, товщина і контури, відповідають цим функціям. Наприклад, кістки кінцівок мають форму трубок, що забезпечує їх високу міцність і малу масу. Кістки голови, обличчя та хребта мають форму пластинок і дуг, що надає їм максимальної міцності при мінімальній масі.

Таким чином, зовнішній вигляд кістки справді відображає її призначення. І для того, щоб бути ефективним, сучасний дизайн кісткових імплантатів повинен відповідати ідеї призначення кістки, яку вони замінюють.

Біологія + Наука

Хімічний склад штучної кісткової тканини може відрізнятися від хімічного складу природної кістки, залежно від використовуваних матеріалів і технології їхньої обробки. Наприклад, стандартний матеріал для створення штучної кісткової тканини - це гідроксилапатит, який складається з кальцію та фосфатів. Проте, використання інших матеріалів або додавання різних речовин до гідроксилапатиту може змінювати хімічний склад і властивості штучної кісткової тканини. Незважаючи на це, мета розробки штучної кісткової тканини полягає у тому, щоб зробити її якомога більш подібною до природної кістки, щоб забезпечити оптимальну інтеграцію з біологічними тканинами і прискорити процес загоєння.

Запитання для самоконтролю

1. Що таке кістка?

Кістка - це орган опорно-рухової системи, що складається з живих тканин, включаючи кісткову тканину, хрящову тканину, м'язові тканини, кровоносні судини та нервові волокна. Вона виконує функції підтримки тіла, захисту органів, руху та збереження мінеральних резервів.

2. Назвіть декілька ознак кістки як живої системи.

Ознаки кістки як живої системи включають:

• Здатність до росту та ремонту;
• Присутність кровоносних судин, які забезпечують кістку киснем та поживними речовинами;
• Присутність нервових волокон, що дозволяє кістці реагувати на зовнішні подразники;
• Здатність до регулювання кількості та розподілу мінералів.

3. Наведіть приклади кісток людини.

Приклади кісток людини включають: череп, хребет, ребра, кістки грудної клітки, плече, лікть, зап'ястя, стегно, гомілка, кістки стопи та багато інших.

4. Назвіть основні групи кісток у скелеті людини.

Основні групи кісток у скелеті людини включають:

• Довгі кістки - такі як кістки стегна та плеча, які складаються з діафізу та двох метафізів;
• Короткі кістки - такі як кістки зап'ястя та стопи, які мають приблизно однакові розміри у всіх напрямках;
• Плоскі кістки - такі як ребра та лопатка, які мають плоску форму та важливі для захисту внутрішніх органів;
• Неправильні кістки - такі як кістки обличчя та хребетця, які не належать до жодної з перерахованих груп.

5. Назвіть типи з'єднань кісток в скелеті людини.

В скелеті людини можна виділити три типи з'єднань кісток:

1. Нерухомі з'єднання (синхрозис) - це з'єднання кісток, які не можуть рухатися одна відносно іншої. Наприклад, з'єднання між кістками черепа.

2. Рухомі з'єднання (діартроз) - це з'єднання кісток, які можуть рухатися одна відносно іншої. Рухомі з'єднання можуть бути кутовими, як у суглобах, або повздовжніми, як у радіусно-зап'ястному суглобі.

3. Міжперетинкові з'єднання (амфіартроз) - це з'єднання кісток, які можуть трохи рухатися одна відносно іншої. Міжперетинкові з'єднання можуть бути різні, наприклад, міжпозвонкові диски.

7. Як функції кістки позначаються на її будові?

Функції кістки позначаються на її будові в першу чергу за допомогою форми і розміру. Наприклад, довгі кістки, такі як стегнова або плечова, мають форму трубчастої, що дозволяє їм витримувати великі навантаження при русі. Кістки черепа мають складну форму, що забезпечує захист мозку і органів зору та слуху. Кістки рук та ніг мають різну довжину та форму, що дозволяє виконувати різні рухи та забезпечує ефективну передачу сили від м'язів до кінцівок.

8. Чим і чому кістки людини різняться між собою?

Кістки людини різняться між собою за різними ознаками, такими як форма, розмір, густота та структура. Наприклад, довгі кістки мають трубчасту форму з діафізом (тілом кістки) та епіфізами (кінцями кістки), що різняться за формою та розміром. Черепні кістки мають складну форму та з'єднуються між собою по-різному, в залежності від їх функції. Кістки кінцівок мають сполучення, які дозволяють виконувати різні рухи та витримувати великі навантаження.

9. Що є основною причиною різного з'єднання кісток в скелеті людини?

Одним із факторів, який впливає на з'єднання кісток, є їх функція. У скелеті людини існує кілька типів з'єднань кісток, що відрізняються за своїми функціями та структурою.

Наприклад, з'єднання кісток черепа (шви) не дозволяють їм рухатися одна відносно іншої, оскільки вони мають захисну функцію та захищають м'яких тканин головного мозку від пошкоджень.

З'єднання ребер з грудною кісткою забезпечують стабільність та захищають внутрішні органи, такі як серце та легені.

З'єднання кісток у суглобах забезпечують можливість руху та координацію рухів, наприклад, у плечовому суглобі.

Отже, основна причина різного з'єднання кісток в скелеті людини полягає в їх різних функціях та потребах в захисті та русі.

10. Доведіть твердження науковців про те, що «кістки людини влаштовані таким чином, що при найменшій легкості вони мають найбільшу міцність».

Кістки людини складаються з кісткової тканини, яка має складну ієрархію структури. На мікроскопічному рівні кістка складається з кісткових клітин, які знаходяться в матриці, що складається з колагенових волокон і мінеральних кристалів гідроксиапатиту.

Основні механізми, які забезпечують міцність кісток, полягають у використанні матеріалів з оптимальними властивостями, структурі кістки, її геометрії та механізмах її ремоделювання.

Структура кістки забезпечує їй міцність та жорсткість. Колагенові волокна забезпечують гнучкість та пружність, а мінеральні кристали - жорсткість та міцність. Оптимальний співвідношення між цими компонентами забезпечує максимальну міцність кістки при мінімальній вазі.

Геометрія кісток також має велике значення для міцності скелета. Наприклад, трубчасті кістки, такі як стегнова кістка, мають тонкі стінки та заповнені порожнинами, що дозволяє забезпечити оптимальний співвідношення між масою та міцністю. Кістки, які піддаються великому навантаженню, мають більш товсті стінки та менше порожнин.

Крім того, кістки можуть ремоделюватися залежно від навантаження, що на них діє. Наприклад, зміна ваги або навантаження може призвести до зміни форми та розмірів кістки, щоб забезпечити оптимальну міцність та жорсткість.

Отже, структура, геометрія та механізми ремоделювання кісток дають їм властивість адаптуватися до змін у навантаженні, забезпечуючи оптимальну міцність та функціональність. Кістки, які є живими організмами, можуть розглядатися як адаптивні матеріали, які можуть змінювати свою структуру та властивості відповідно до змін у зовнішньому середовищі. Це досягається через два процеси: ремоделювання та адаптацію.

Ремоделювання - це процес, за якого стара кісткова тканина знищується, а нова кісткова тканина синтезується на її місці. Цей процес може бути стимульований змінами у навантаженні на кістку. Наприклад, при заняттях спортом з навантаженням на кістки, кістки розглядаються як матеріали, що можуть змінювати свою структуру, щоб відповідати змінним навантаженням.

Адаптація - це процес, за якого кістки змінюють свою структуру та форму відповідно до змін у зовнішньому середовищі. Наприклад, при тривалому перебуванні у невагомості кістки втрачають свою масу та стають менш міцними, щоб зменшити затрати на підтримку ваги тіла.

Таким чином, кістки людини влаштовані таким чином, що вони можуть змінювати свою структуру та властивості відповідно до змін у зовнішньому середовищі, щоб забезпечити найбільшу міцність при найменшій легкості.