Kauls

Šis raksts ir par skeleta sastāvdaļu. Par citām jēdziena kauls nozīmēm skatīt nozīmju atdalīšanas lapu.

Kauli ir izturīgi, pietiekoši elastīgi saistaudi, kas pilda balsta funkcijas. Kauli kopā ar kaulu savienojumiem veido skeletu. Kaulaudi ir dzīvi un sastāv no kaulu šūnām, kas izvietotas starp šķiedrām. Kauli nav blīvi, tajos ir dobumi, kuros atrodas asinsvadi un nervi, dažviet kauli ir poraini. Daudziem kauliem vidū ir dobums, kurā atrodas kaula smadzenes. Pieaugušam cilvēkam ir aptuveni 206 kauli un tie veido 18% ķermeņa masas. Kaulu skaits ir individuāli mainīgs. Mācība par kauliem un to savienojumiem ir osteosindesmoloģija. Septiņu līdz desmit gadu laikā notiek pilnīga visu skeleta kaulu atjaunošanās, turklāt trabekulāro kaulu aprite notiek piecas līdz desmit reizes straujāk nekā kortikālo kaulu aprite.

Humerus — augšdelma kauls (labās rokas)

Funkcijas

• aizsargā iekšējos orgānus
• piešķir ķermenim formu
• asinsrade
• minerālvielu uzkrāšana
• piedalās locītavu veidošanā, lai nodrošinātu kustības
• piedalās vielu maiņā

Forma un klasifikācija

Cilvēka ķermeņa forma ir stipri atkarīga no tā kauliem. Tā kā kaulu forma ir dažāda, tos ir pieņemts klasificēt pēc to formas. Izšķir:

• garos kaulus (ossa longa), jeb cauruļveida kaulus. Veido locekļu skeletu;
• īsos kaulus (ossa brevia). Tiem visi izmēri ir mazi, atrodas, piemēram, plaukstas pamatā;
• plakanos kaulus (ossa plana). Tiem ir plakanas virsmas, niecīgs biezums, piemēram, lāpstiņa;
• jauktos kaulus (ossa mixta). Tiem ir apkopotas vairākas pazīmes, piemēram, mugurkaula skriemeļi;
• gaisu saturošos (ossa pneumatica). Kaulos iekšā ir dobumi, kurus sauc par sinusiem. Šādi kauli atrodas galvaskausā.

Uzbūve

Dzīva cilvēka kaula uzbūvē piedalās:

Kaulaudi (kaulviela), no tiem ir atkarīga kaulu forma un cietība. Kaulaudi sastāv no šūnām un starpšūnu vielas. Starpšūnu vielu veido organiskās vielas un neorganiskās vielas, kaulu šūnas ir dažādas.

Šūnas

Kaula šūnu kvantitatīvā attiecība kaulaudos atkarīga no indivīda vecuma un no paša kaula un visa organisma funkcionālā stāvokļa.

Osteoblasti

Osteoblasti ir daudzstūrainas vai ovālas formas kodolainas šūnas, kurās sintezējas galvenie kaula organiskie komponenti: olbaltumviela kolagēns un polisaharīdi. Jaunas kaulu šūnas, kas uzslāņo kaulaudus, veidojas nobriedušās kaulu šūnas.

Osteocīti

Osteocīti ir kaulaudos ''ieslēgtas'' šūnas ar labi veidotiem izaugumiem, kuri kontaktē ar blakus stāvošo šūnu izaugumiem. Pa osteocītu izaugumiem notiek kaula vielu maiņa. Osteocīti atrodas uz kaula plātnītēm un veidojas no osteoblastiem.Tie regulē kalcija un fosfātu līmeni mikrovidē (kaulā), kā arī veic mehanotransdukcijas funkciju — mehāniska kairinājuma transformācija par bioloģisku reakciju, piemēram, fiziskas slodzes rezultātā veidojoties stiprākiem kauliem.

Osteoklasti

Osteoklasti ir ļoti lielas daudzkodolainas šūnas, atrodas garajos kaulos iekšējā kaula plēvē, tie noārda vecos osteocītus un paplašina garo kaulu dobumus garo kaulu augšanas laikā. Osteoklasti izdala aktīvus enzīmus un rada skābu vidi, kas noārda kaulaudus, tādējādi paaugstinot brīvā kalcija līmeni asinīs. Osteoklastu darbību netieši ietekmē parathormons — jo augstāks līmenis, jo aktīvāk darbojas osteoklasti un noārda kaulaudus. Osteoklasti veidojas analogi kā makrofāgi — no kaula smadzeņu cilmes šūnām. Asinīs cirkulējošie monocīti iekļūst kaulā un saplūst kopā, parasti viens osteoklasts veidojas no 6-12 monocītiem un dzīvo aptuveni 2 nedēļas.

Kaulu veidi

Cilvēka skeletā ir divu veidu kauli — kortikālie un trabekulārie kauli.

Kortikālie kauli

Osteons; h — centrālais kanāls

Aptuveni 80% no skeleta masas veido kortikālie kauli. Tos sauc arī par blīvajiem jeb kompaktajiem kauliem un tie klāj kaulu virsmu. Tiem ir liela izturība pret mehāniskām slodzēm. Šāda slodzes izturība visvairāk vajadzīga skeleta garajos stobrkaulos, ribās un galvaskausa kaulos — tur tad arī blīvo kaulu īpatsvars ir vislielākais (līdz pat 95%). Kortikālo jeb blīvo kaulu izturības pamatā ir šo kaulu uzbūves īpatnības. Kortikālie kauli sastāv no t. s. osteona — mikroskopiskām koncentrisku kaula plātnīšu kolonnām ar dobu kanālu vidusdaļā (Haversa kanāls), kurā izvietojušies asinsvadi un nervi. Kanāli ir orientēti kaula garenass virzienā. Atsevišķus osteonus norobežo starpplātnītes. Gan osteona, gan starpplātnīšu pamatu veido vienā virzienā ejošas kolagēna šķiedras. Starp kolagēna sienām izgulsnējas sāļi. Blakus esošo kolagēna šķiedru virziens ir dažāds, tas padara kaulu plātnītes izturīgas.Osteoni tiek noārdīti un veidojas no jauna, arhetoniski piemērojas mainīgiem slodzes apstākļiem. Folkmaņa kanāli savukārt sasaista kopā osteonus.

Trabekulārie kauli

Trabekulārie kauli ir poraini, un tie veido tikai 20% no cilvēka skeleta masas. Pateicoties savai struktūrai, tie ir daudz elastīgāki un vieglāki par kortikāliem kauliem. Šo kaulu vielmaiņas aktivitāte ir lielāka, tostarp arī remodelācija. Trabekulārie kauli sastāv no kaulu baļķīšiem jeb trabekulas, kas veido savstarpēji saistītu tīklveida struktūru. Šis tīkls balsta kaulu no iekšpuses un palīdz saglabāt kaula formu un apveidu kompresijas slodzes laikā. Starp kaulu baļķīšiem izvietojas kaulu smadzenes, taukaudi un saistaudi.

• Skrimšļaudi — atrodas vietās, kur veidojas locītavas. Skrimšļaudi pārklāj locītavu virsmas biezākā vai plānākā kārtā. Augošiem organismiem skrimšļaudi atrodas garajos kaulos, veidojot augšanas zonas, jeb epifizārās plātnītes.

• Saistaudi veido dažus milimetrus biezu, divslāņainu kaula plēvi. Tās ārējais slānis ir veidots no rupjšķiedrainiem saistaudiem, šajā slānī stiprinās muskuļu cīpslas un saites, kuras nostiprina attiecīgās locītavas. Iekšējā slānī atrodas irdenie saistaudi un osteoblasti. Kaula plēvē ir daudz asinsvadu un nervu. Ekstremitāšu garo kaulu dobumus izklāj iekšējā kaulu plēve, kas satur šūnas — osteoklastus.

• Kaula smadzenes ir asinsrades orgāns. Izšķir dzeltenās un sarkanās kaula smadzenes.
  • Sarkanās kaula smadzenes atrodas porainajā vielā un bērniem garo ekstremitāšu kaulu dobumos. Kaula smadzenes veido tīklu uz kura balstās dažādās attīstības stadijās esošie sarkanie asinsķermenīši — eritrocīti. Sarkanās kaula smadzenes caurvij daudzi asinsvadu kapilāri, asins plūsma aizskalo sev līdzi nobriedušos eritrocītus.
  • Dzeltenās kaula smadzenes ir tikai pieaugušajiem, tās atrodas garo locekļu kaulu dobumos. Pēc savas uzbūves tās vairs nav kaulu smadzenes, bet gan taukaudi un saistaudi.

• Asinsvadi un nervi. Asinsvadi baro kaulus, bet nervi inervē kaulplēvi. Nervu un asinsvadu nav locītavu skrimšļos.

Augšana garumā un resnumā

Skeleta veidošanās notiek pakāpeniski cilvēka embrionālās attīstības laikā. Sākumā tas sastāv no embrionāliem saistaudiem, kas vēlāk pārveidojas skrimšļaudos. Otrā embrionālā mēneša beigās sāk veidoties kaulaudu stadija. Skrimšļaudos parādās pārkaulošanās punkti. Ap šiem punktiem veidojas kaulaudu saliņa, līdz viss kauls pārkaulojas. Katram kaulam ir noteikts pārkaulošanās punktu skaits. Cilvēkam ir 800 pārkaulošanās punkti. Tie parādās un pārkaulojas noteiktā secībā. Jaundzimušajiem lielākā daļa skrimšļaudu jau ir aizstāti ar kaulaudiem. Organisma augšanas laikā (līdz ≈20 gadu vecumam) garajos kaulos starp ķermeni un galiem vēl ir saglabājies neliels skrimšļa slānis. Šī skrimšļa šūnas dalās, un kauls aug. Vienlaikus ar dalīšanos notiek arī šūnu pārkaulošanās. Pārkaulošanās process pilnībā beidzas tikai 22 — 25 gadu vecumā. Arī pieaugušam cilvēkam notiek pastāvīga kaulaudu atjaunošanās.

Kaulu vielmaiņa

Kaulu aprite jeb remodelācija cilvēka skeletā norit nepārtraukti visa mūža garumā. Vecā kaula noārdīšanās procesam jeb kaulu resorbcijai seko kaulu veidošanās. Kaula veidošanos nodrošina osteoblasti, bet kaula resorbciju veic osteoklasti. Šo šūnu darbību tiek regulēta ar dažādiem signāliem — hormoniem, citokīniem, augšanas faktoriem utt. Remodelācija ir nepieciešama kalcija līmeņa regulācijai, kā arī, lai atjaunotu kaulu mikrotraumas, kas rodas ikdienas aktivitāšu rezultātā.

Kaulu aprite norit 6—9 mēnešus un tai tiek izšķirti vairāki posmi.

Aktivācijas fāze

Kaulu aprites sākumposmā osteoblasti izdala īpašus signālproteīnus — RANKL, kas aktivē osteoklastu priekšteču šūnas, veicinot to nobriešanu par pilnvērtīgiem osteoklastiem.

Resorbcijas fāze

Osteoklasti piesaistās kaula virsmai, izdalot skābes un enzīmus, noārda vecos kaulaudus un veido t. s. resorbcijas lakūnu.

Reversijas fāze

Pēc resorbcijas lakūnas izveidošanas īpašas mononukleāras, makrofāgiem līdzīgas šūnas pabeidz kolagēna noārdīšanu un veicina dažādu augšanas faktoru (IGF-I un TGF-ß) izdali, kas turpmāk veicina kaulu veidošanos.

Kaula veidošanās fāze

No mezenhimālām cilmes šūnām attīstās osteoblasti, kas iepriekš izveidoto resorbcijas lakūnu aizpilda ar jaunu kaulvielu. vispirms kaulviela sastāv no kolagēna, kuru pēc tam piesātina arī dažādi minerālvielu sāļi.

Miera fāze

Šajā fāzē kaula aprites cikls ir beidzies, taču jaunās kaulvielas mineralizācija vēl turpinās. Kaula pilnīga mineralizācija tiek sasniegta aptuveni divu gadu laikā.

Ķīmiskais sastāvs

Dzīva cilvēka kaulos ir apmēram 10% ūdens, 30% organisko vielu, 60% neorganisko vielu jeb minerālsāļu. Organiskās vielas ir olbaltumvielas, galvenā organiskā viela ir kolagēns. Kolagēns kopā ar minerālsāļiem nosaka kaula mehāniskās īpašības. Minerālvielas piešķir kaulam cietību, bet gareniski sakārtotās kolagēna šķiedras padara kaulu elastīgu.

Jaundzimušajiem un bērniem organisko vielu sastāvs kaulos ir aptuveni 60%, līdz ar to bērnu kauli ir daudz lokanāki.

Citi pielietojumi

Dažas tautas kaulus folklorā izmanto kā mūzikas sitaminstrumentu.^{[nepieciešama atsauce]}

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Kauls.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
• Encyclopædia Universalis raksts (franciski)
• Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)