Кости: внутри и снаружи - Рой Милз

Давайте подумаем, какие недостатки имеются у популярных строительных материалов. Глина растекается, а после высыхания крошится. Известняк, гранит, бетон, кирпич и фарфор твердые, но хрупкие, а еще массивные, поэтому использовать их можно не везде, особенно когда надо сделать что-то подвижное. Металл годится для легких конструкций и пружинит, если его немного согнуть, – это хорошее качество. Однако если согнуть металл чуть сильнее, он останется в таком состоянии – и это не всегда плюс. Пластик вреден для окружающей среды. Дерево – прекрасный эластичный материал, легкий, биоразлагаемый. Деревянные детали легко соединять друг с другом. Тем не менее и у дерева есть недостатки: оно гниет и горит.

Материалы, которые используют живые организмы, тоже не идеальны. Раковины тяжелы, поэтому улитки и двустворчатые моллюски не могут быстро передвигаться. Ракообразные более подвижны, а жуки даже умеют летать, но их тонкий, легкий и хрупкий наружный скелет необходимо периодически сбрасывать, иначе его обладатель не будет расти.

Все это подводит нас к мысли о кости. Во-первых, кость «производится» прямо на месте эксплуатации (в организме живого существа). Во-вторых, она легкая, прочная и адаптируется к меняющимся условиям. Стальной мост не может удвоить свою длину или несущую способность, а кость и растет, и реагирует на нагрузки. Более того, кость сама себя чинит: ни разбитый кирпич, ни сломанная ложка из металла, пластика или дерева не обладают таким свойством. Кость – это не только лучший в мире конструкционный материал, но и большой банк, который вмещает жизненно важные элементы (в первую очередь кальций) и при необходимости отдает их организму.

При всем уважении к этому чуду природы мало кто видел (или хотел бы увидеть) живые кости – особенно собственные. Наделенные столь превосходными качествами, кости живут уединенно и не получают должного внимания. Какой образ возникает у вас в голове при мысли о кости? Картина Джорджии О’Кифф^[1], на которой изображен коровий череп под палящим солнцем? Выбеленный, иссушенный, неподвластный времени череп посреди пустыни – такая ассоциация вовсе не подчеркивает достоинства этого материала. Мы испытываем раздражение и даже некое презрение к кости, когда снимаем последний кусочек мяса с бараньего ребрышка или говяжьего стейка. Мы торопимся приступить к десерту, даже не замечая костное кольцо в центре куска свинины, и не задумываемся, для чего у куриной ножки на концах имеются расширения и почему некоторые рыбьи кости гибкие, а птичья вилочка такая хрупкая. Скептики, которые все еще не верят, что кость – лучший в мире материал, спросят: «Если кости такие расчудесные, почему же улитки и пчелы обходятся без них?» Я отвечу на эти и многие другие вопросы в своей книге по мере того, как мы будем знакомиться с историей кости.

Кость – широко распространенный и универсальный материал, однако живую кость мы видим редко, поэтому она кажется нам несколько загадочной. Зато когда кость отслужит своему владельцу, этот удивительный и таинственный материал получает шанс проявить себя в самых разных местах и предназначениях, иногда спустя сотни миллионов лет. Кость может многое рассказать нам об истории планеты и жизни животных на ней. Еще на заре цивилизации люди начали применять кость как орудие труда, использовать ее для защиты и даже для развлечения и вдохновения. Таким образом, обнаженная кость не менее интересна, чем скрытая, и к концу этого повествования вы будете уверены, что лучшего материала в мире не найти.

Часть первая. Скрытая кость

Глава 1. Уникальный состав кости и ее структура

Выдающийся греческий врач и философ Гален писал, что кость, судя по ее бледному цвету, сделана из семенной жидкости. Почти тысячу лет спустя Авиценна, персидский астроном, врач и автор множества научных трудов, пришел к выводу, что кость сотворена из земли, ведь она холодная и сухая. С тех времен миновала еще тысяча лет, и теперь в обществе преобладает иное мнение. Однако Авиценна заметил: чтобы понять скелет, лучше всего отделить его от остального тела. Именно так мы сейчас и поступаем.

Чтобы поближе познакомиться с костью, разложим ее вплоть до химических составляющих. Когда пять атомов углерода соединяются с двумя атомами кислорода, одним атомом азота и несколькими атомами водорода, образуется аминокислота пролин. Аминокислоты – незаменимые кирпичики жизни. Пролин синтезируется в организме человека, а также выделяется при расщеплении пищи в процессе ее переваривания. Из богатой пролином смеси аминокислот особые клетки собирают цепочки молекул коллагена – самого распространенного белка нашего организма. Сначала нить коллагена напоминает микроскопическую мягкую макаронину. Затем к молекулам пролина присоединяются дополнительные атомы водорода и кислорода. Из-за этого цепочка приобретает множественные резкие изгибы, и теперь «спагетти» выглядит как крохотная спиралька. Три такие молекулы группируются в одну молекулу коллагена. Даже на этом субмикроскопическом уровне молекула получается стабильная и прочная, поскольку гребни одной цепочки отлично подходят к впадинкам на других.

Синтезом молекул коллагена занимаются несколько видов клеток, в том числе остеобласты – клетки, которые образуют кость (название происходит от греческих слов «кость» и «росток»). Остеобласт выталкивает готовую молекулу коллагена – это чудо химии и механики – за пределы своей мембраны в узкое межклеточное пространство. Там молекулы коллагена соединяются друг с другом своими концами, а также по всей длине, образуя из множества нитей единое волокно. Молекулы коллагена такие тонкие, что, если каждую секунду класть их одна на другую, потребуется семнадцать часов, чтобы сделать стопку толщиной с эту страницу. И хотя в длину они гораздо больше, придется состыковать целых триста тысяч молекул коллагена, чтобы пересечь пространство внутри этой буквы «о».

Коллагеновые волокна сцеплены между собой и механическими (гребень – впадинка), и химическими связями (как липкие макароны). Чтобы оценить их прочность, представьте три ряда из кубиков лего, соединенных и склеенных суперклеем. Не пытайтесь их разорвать: эти аминокислотные цепочки прочнее, чем стальные нити такой же толщины.