Δομή και Χημική σύσταση των οστών

Τα οστά μοιάζουν, με την πρώτη ματιά, με άψυχα «κοκαλάκια» — σκληρά, στεγνά και ακίνητα. Στην πραγματικότητα όμως είναι ζωντανά όργανα 🦴: τρέφονται, αιμοδοτούνται, αυξάνονται, επιδιορθώνονται μόνα τους μετά από ένα σπάσιμο και μάλιστα παράγουν και τα κύτταρα του αίματος. Για να καταλάβει κανείς πώς τα καταφέρνουν όλα αυτά, χρειάζεται να δει δύο πράγματα: από ποια μέρη είναι φτιαγμένα (δομή) και από ποιες ουσίες (χημική σύσταση).

Η μορφολογία ενός μακρού οστού

Ως πρότυπο για τη μελέτη της δομής χρησιμοποιούνται τα μακρά οστά — όπως το μηριαίο του ποδιού ή το βραχιόνιο του χεριού. Ένα τέτοιο οστό έχει ένα επίμηκες, σωληνωτό «σώμα» και δύο πιο ογκώδη άκρα.

Επιφύσεις και διάφυση

• Επιφύσεις ονομάζονται τα δύο άκρα του μακρού οστού. Είναι διογκωμένες και συμμετέχουν στις αρθρώσεις.
• Διάφυση ονομάζεται το μέρος του οστού που βρίσκεται ανάμεσα στις δύο επιφύσεις, δηλαδή το μακρύ, κεντρικό τμήμα του.

Ανάμεσα στις επιφύσεις και τη διάφυση παρεμβάλλεται μια λεπτή ζώνη χόνδρου, ο συζευκτικός χόνδρος. Αυτός ευθύνεται για την αύξηση του οστού κατά μήκος και παραμένει ενεργός μέχρι περίπου το 20ό–25ο έτος της ζωής. Όταν πια «οστεοποιηθεί», το άτομο σταματά να ψηλώνει.

Συμπαγής και σπογγώδης οστέινη ουσία

Ο οστίτης ιστός δεν έχει παντού την ίδια διάταξη:

Η κατανομή αυτή δεν είναι τυχαία 💡: η διάφυση δέχεται το βάρος κατά μήκος και χρειάζεται πυκνό, ανθεκτικό υλικό, ενώ οι επιφύσεις δέχονται πιέσεις από πολλές κατευθύνσεις και το αραιό, δικτυωτό «σφουγγάρι» μοιράζει τις δυνάμεις χωρίς να κάνει το οστό ασήκωτα βαρύ.

Στο εσωτερικό της διάφυσης υπάρχει μια κοιλότητα, ο μυελώδης αυλός, που επενδύεται εσωτερικά από μια λεπτή μεμβράνη, το ενδόστεο.

Ο αρθρικός χόνδρος

Στις επιφάνειες των επιφύσεων που έρχονται σε επαφή με άλλα οστά υπάρχει ο αρθρικός χόνδρος, ο οποίος αποτελείται από χονδρικό ιστό.

Η λειτουργική του σημασία στον ενήλικα είναι τριπλή:

1. 🏛️ Στήριξη των μαλακών μερών του σώματος.
2. 🛡️ Απόσβεση των κραδασμών — λειτουργεί σαν «μαξιλαράκι» ανάμεσα στα οστά.
3. 🤸 Διευκόλυνση των κινήσεων στις αρθρώσεις — προσφέρει λεία επιφάνεια ώστε τα οστά να ολισθαίνουν χωρίς τριβή.

Το περιόστεο

Το περιόστεο είναι η μεμβράνη που καλύπτει εξωτερικά το οστό και αποτελείται από συνδετικό ιστό. Είναι πλούσιο σε νεύρα και αιμοφόρα αγγεία.

Οι λειτουργίες του:

• 🍽️ Θρέψη του οστού: μέσω των αγγείων του φτάνουν θρεπτικές ουσίες και οξυγόνο στον οστίτη ιστό.
• 🔗 Πρόσφυση μυών και συνδέσμων: πάνω του «δένουν» οι τένοντες των μυών και οι σύνδεσμοι.
• ↔️ Αύξηση του οστού κατά πλάτος (σε αντίθεση με τον συζευκτικό χόνδρο, που το αυξάνει κατά μήκος).
• 🩹 Ανάπλαση του οστού μετά από κάταγμα.

Ο μυελός των οστών

Μέσα στο σπογγώδες τμήμα των οστών, στα κενά του δικτυωτού οστίτη ιστού, βρίσκεται ο μυελός των οστών. Πρόκειται για έναν ειδικό τύπο μαλακού συνδετικού ιστού.

Η λειτουργική του σημασία είναι μία και θεμελιώδης: ο μυελός των οστών είναι αιμοποιητικό όργανο 🩸 — δηλαδή εκεί παράγονται τα κύτταρα του αίματος (ερυθρά αιμοσφαίρια, λευκά αιμοσφαίρια, αιμοπετάλια).

Χημική σύσταση των οστών

Τα οστά έχουν δύο, φαινομενικά αντιφατικές, ιδιότητες: είναι σκληρά αλλά και ελαστικά (δεν σπάνε σαν γυαλί σε κάθε χτύπημα). Αυτό οφείλεται στο ότι αποτελούνται από δύο κατηγορίες ουσιών: ανόργανες και οργανικές.

Το πείραμα που αποκαλύπτει τη σύσταση

Για να διαπιστωθεί πειραματικά η χημική σύσταση των οστών, χρησιμοποιούνται δύο μακρά οστά κοτόπουλου, τα οποία αρχικά είναι εξίσου σκληρά και δύσκαμπτα.

Η διαδικασία:

• Το οστό αρ. 1 τοποθετείται για 24 ώρες σε δοχείο ζέσεως με 100 ml διαλύματος υδροχλωρικού οξέος (HCl) 1 M.
• Το οστό αρ. 2 τοποθετείται για 24 ώρες σε δοχείο ζέσεως με 100 ml νερό — αυτό αποτελεί το μάρτυρα (το οστό σύγκρισης).
• Μετά τις 24 ώρες τα οστά πλένονται και δοκιμάζεται η ευλυγισία τους (πόσο λυγίζουν).
• Στη συνέχεια στεγνώνονται και θερμαίνονται πάνω σε μεταλλικό πλέγμα με λύχνο για 2–3 λεπτά, και ελέγχεται η ανθεκτικότητά τους.

Στο πείραμα αυτό ο παράγοντας που αλλάζει είναι το υγρό στο οποίο βυθίζεται το οστό (οξύ ή νερό), ο παράγοντας που μετριέται είναι η ευλυγισία και η ανθεκτικότητα του οστού, ενώ σταθεροί κρατούνται το είδος και το μέγεθος των οστών, ο όγκος του υγρού, ο χρόνος εμβάπτισης και ο χρόνος θέρμανσης.

Τα αποτελέσματα:

Το συμπέρασμα: αφού το οξύ αφαιρεί κάτι που δίνει σκληρότητα και η φωτιά αφαιρεί κάτι άλλο που δίνει συνοχή, τα οστά αποτελούνται και από ανόργανες και από οργανικές ουσίες, οι οποίες συνεργάζονται. Η αρχική υπόθεση ότι το οστό χρειάζεται σκληρές ουσίες για τη στήριξη και ζωντανό, οργανικό υλικό για τις άλλες λειτουργίες του επιβεβαιώνεται.

Η αναλογία των ουσιών

Η χημική σύσταση ενός οστού είναι, κατά προσέγγιση, η εξής:

Δηλαδή οι ανόργανες ουσίες αποτελούν συνολικά περίπου το $20\% + 45\% = 65\%$ του οστού, ενώ οι οργανικές το υπόλοιπο $35\%$.

Η οστέινη ουσία λειτουργεί σαν ένα ελαστικό «πλέγμα» που συγκρατεί τα ανόργανα άλατα — όπως ο σιδερένιος οπλισμός μέσα στο μπετόν. Χωρίς τα άλατα το οστό θα ήταν λαστιχένιο· χωρίς την οστέινη ουσία θα ήταν εύθραυστο σαν κιμωλία. Ο συνδυασμός τους δίνει ένα υλικό ταυτόχρονα σκληρό και ανθεκτικό στα χτυπήματα.

Η οστεοπόρωση

Η οστεοπόρωση είναι πάθηση που οφείλεται στην ελάττωση των αλάτων του ασβεστίου και του φωσφόρου των οστών. Το οστό χάνει μέρος της ανόργανης ουσίας του, το εσωτερικό του γίνεται πιο αραιό και «τρύπιο» — σαν σφουγγάρι με μεγαλύτερα κενά — και έτσι γίνεται αδύναμο και εύθραυστο, με αποτέλεσμα να σπάει πολύ εύκολα ακόμη και σε μια απλή πτώση.

Ποιους αφορά κυρίως

Παρατηρείται κυρίως σε άτομα προχωρημένης ηλικίας και ιδιαίτερα σε γυναίκες κατά την περίοδο της εμμηνόπαυσης. Η αιτία είναι ότι σε αυτή την ηλικία ελαττώνεται η παραγωγή των οιστρογόνων, των ορμονών που ρυθμίζουν τη δραστηριότητα των κυττάρων των οστών.

Άλλοι παράγοντες που την ευνοούν

• 🛋️ Η καθιστική ζωή (έλλειψη άσκησης).
• 🚬 Το κάπνισμα.
• 🍷 Ουσίες όπως το αλκοόλ και η κορτιζόνη.
• ☀️ Η έλλειψη βιταμίνης D, η οποία περιορίζει την εναπόθεση ασβεστίου στα οστά.

Η μικροσκοπική δομή των οστών

Η παρατήρηση έτοιμων παρασκευασμάτων οστού στο μικροσκόπιο αποκαλύπτει ότι το οστό, που με γυμνό μάτι μοιάζει ενιαία μάζα, στην πραγματικότητα έχει οργανωμένη εσωτερική αρχιτεκτονική. Διακρίνονται καθαρά:

• Το περιόστεο στην περιφέρεια, ως λεπτή στιβάδα συνδετικού ιστού.
• Το συμπαγές (σκληρό) οστό, με πυκνή, κανονική διάταξη του οστίτη ιστού — αντιστοιχεί στη διάφυση.
• Η σπογγώδης οστέινη ουσία, με αραιό δικτύωμα και κενά ανάμεσα — αντιστοιχεί στην επίφυση.

Σε παρασκευάσματα σύγκρισης φυσιολογικού και οστεοπορωτικού οστού, η διαφορά είναι εμφανής: στο φυσιολογικό οστό η σπογγώδης ουσία σχηματίζει ένα πυκνό, καλά συνδεδεμένο δικτύωμα, ενώ στην οστεοπόρωση τα δοκιδάκια είναι λεπτότερα και αραιότερα και τα κενά πολύ μεγαλύτερα.

Υπολογισμός της τελικής μεγέθυνσης

Για να γνωρίζει κανείς πόσες φορές μεγαλύτερο βλέπει το δείγμα στο μικροσκόπιο, χρησιμοποιεί τον τύπο:

Για παράδειγμα, με προσοφθάλμιο φακό μεγέθυνσης $10\times$ και αντικειμενικό φακό $40\times$, η τελική μεγέθυνση είναι:

δηλαδή το αντικείμενο φαίνεται 400 φορές μεγαλύτερο από ό,τι στην πραγματικότητα 🔬.

Σύνοψη