Kauls

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

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.

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% organiskās vielas, 60% neorganiskās vielas, jeb minerālsāļi. 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.