Научная исследовательская работа ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ПРОЧНОСТЬ КОСТЕЙ

Название работы: «От чего зависит прочность костей»

Автор работы: Кудряшов Никита Викторович

Соавтор: Полейчук Александр Васильевич

г.о.Тольятти, МОУ СОШ №25, 4класс

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования: У нас в классе много ребят, все они подвижные. Бывает, на переменах, во время прогулок сталкиваемся, получаем ушибы. Для большинства ребят это «не страшно».  Но у одной одноклассницы после ушибов обнаруживался перелом кости ноги. Такое происходило неоднократно. Нам стала интересно, почему у неё частые переломы костей, от чего же зависит прочность костей. Мы решили опросить людей разного возраста и узнать, были ли у них проблемы, связанные с повреждением костей. В опросе приняли участие  ХХХ человек разного возраста. Оказалось, что ХХХ % опрошенных сталкивались с данной проблемой.

Затем мы обратились за консультацией  к врачу-хирургу ГТП №4  (п.Поволжский) В.Н.Богословскому . Врач рассказал нам о том, что переломы, трещины костей бывают у людей разного возраста, но чаще у пожилых людей (больше у женщин), и происходит это даже от незначительных нагрузок или несильных ушибов и падений. Значит, вопрос, который заинтересовал нас, действительно актуален для многих людей.

Предмет исследования: прочность как качественная характеристика костей.

Цель исследования: узнать от чего зависит прочность костей

Задачи:

 - изучить научную литературу и материалы сети Интернет по данному вопросу;

- произвести опрос населения;

- провести опыты по разрушению и формированию костных тканей;

- дать рекомендации по сохранению прочности костной ткани.

 Методы исследования: анализ литературных источников и источников сети Интернет, анкетирование, опытный эксперимент, наблюдение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Прежде всего, мы выяснили, какое определение «прочности» даётся в толковых словарях. В толковом словаре русского языка Дмитриева «под прочностью какого-либо материала подразумевается его устойчивость к нагрузкам, слабая подверженность разрушению». Словарь Ушакова определяет прочность как «способность долго сохраняться, противостоять разрушению, порче».

Конечно, кости человека обладают прочностью. Археологи находит останки (сохранившиеся кости) людей, животных, которые жили сотни лет до нас. Из учебной литературы мы узнали. Что кости прочнее бетона и гранита. Говоря о прочности костей, учёные подразумевают такие характеристики как твёрдость и упругость.

Изучая специализированную литературу, научные статьи сети Интернет, мы узнали, что прочность костей зависит от их строения и их химического состава. В состав костей входят вода, органические (белки, жиры, углеводы) и неорганические вещества (нерастворимые соли кальция, магния, фосфора и другие элементы). Мы решили узнать, какие характеристики прочности костей зависят от органических, а какие от неорганических веществ. Для проведения опыта мы взяли куриные косточки (сходные по составу с костью человека), яйцо, раковину (содержат карбонат кальция CaCO3 в большом количестве).

Сначала мы удалили из кости органические вещества. Для этого мы кость прокалили в духовом шкафу, так как органические вещества легко сгорают (например, сухие листья, ветки). В процессе прокаливания наблюдался неприятный запах «палёного»; в результате куриная косточка обуглилась, форма осталась прежней. После остывания при механическом воздействии она рассыпалась на мелкие, но твёрдые частицы. Значит, от органических веществ зависит упругость и эластичность.

Следующий опыт мы провели по удалению из кости неорганических веществ. Мы ещё не изучали химию, и поэтому решили обратиться за консультацией к учителю химии. Она посоветовала нам провести опыты не только с куриной костью, но и с яйцом. Мы поместили в различные сосуды с уксусной кислотой куриную косточку, сырое яйцо, ракушку, так как нерастворимые в воде соли  растворяются под действием кислот. Результат нас очень удивил. Через два дня скорлупа на яйце стала местами «просвечивать»; на третий – стала практически незаметна. Мы достали яйцо из сосуда, промыли. С поверхности яйца растворился кальций. Уксусная кислoта выделила из карбoната кальция бoлее слабую летучую угoльную кислoту, котoрая распадается на углекислый газ и вoду и образует ацетат натрия.

2CH3COOH+CaCO3 = (CH3COO)2Ca+H2O+CO2

Видимых изменений в кости и ракушке не произошло.  Через 7 дней мы заметили, что ракушка растворилась практически полностью, а кость, которую мы извлекли из банки, стала гибкой  (Приложение 1). Значит, нерастворимые соли придают кости твёрдость.

Таким образом, опытным путём мы доказали, что прочность костей зависит от сочетания органических и неорганических веществ. Если в составе кости будет больше органических веществ, это приведёт к искривлению костей, а большее количество минеральных веществ вызовет  хрупкость костей.

С возрастом сочетание органических и неорганических веществ в составе кости меняется. Больше органических веществ в костях детей, поэтому их кости эластичнее. Чем старше становится человек, тем больше в составе костей становится солей, и кости делаются хрупкими. Низкая минеральная плотность костей «может вызывать остеопороз - повышенную хрупкость костной ткани, прогрессирующее заболевание, при котором кости теряют кальций. Это весьма опасное заболевание, характеризующееся повреждением костной ткани, ведущее к переломам и деформации костей. Остеопороз поражает весь скелет, но особенно - кости бедра, предплечья и позвонки. Даже слабый удар может привести к перелому. Более того, в случае позвонков переломы могут иметь место даже в отсутствие внешнего воздействия - в результате нагрузки, создаваемой собственной тяжестью тела [1].

Итак,  прочность костей зависит от их химического состава.

П.Ф.  Лесгафт доказал, что качество  кости (её химический состав) меняется  в  зависимости   от   состава   пищи. Он провёл опыт с четырьмя группами щенков. Щенков кормили щенков  разной  пищей:   молочной, растительной, мясной, смешанной. Оказалось, что наиболее  прочные, крупные  кости  были у  животных,  питающихся  молоком.   У   щенков, содержащихся на растительной диете,  кости  были  мягкие  и  слабoразвитые;  наблюдались искривления и переломы конечностей [2].

Чтобы кости оставались прочными, им нужен кальций, магний, белок, витамины группы B, витамины D и K. Существуют продукты, богатые этими веществами. К ним относятся:

- молочные продукты содержат большое количество кальция, витамина D;

- сельдь, сардины и лосось содержат большое количество омега-3 жирных кислот и витамина D. Этот витамин способствует обновлению клеток, которые участвуют в построении костей (остеобластов);

- миндаль (богат омега-3 жирными кислотами и белком);

- овощи с зелеными листьями (большое количество кальция и витамина К);

- бобовые – бобы, фасоль, горох, соя – являются источником витаминов группы B (если в организме человека уровень витаминов B6 и  В9 низкий, то его кости становятся хрупкими);

- фрукты и сухофрукты (в бананах, абрикосах, изюме и инжире содержится большое количество калия, который препятствует вымыванию минеральных веществ из костей);

- яичная скорлупа как источник кальция, очень полезна для нашего организма и легко им усваивается.

Делаем вывод, что прочность костей зависит от правильного питания.

Мы задумались, действительно ли можно ли восполнить дефицит кальция  в организме, можно ли укрепить слабую кость, качественно улучшить химический состав костной ткани. Для подтверждения мы провели опыт. В полученный после разложения  скорлупы раствор (CH3COO)2Ca  мы добавили Na     .  Это вызвало бурную реакцию, пенообразование. Через несколько дней на тонкой оболочке яйца стал появляться белый осадок – это    (Приложение 2). Это доказывает, что недостаток кальция в организме можно восполнить, организовывая правильное питание или употребляя препараты кальция.

Лесгафт писал: «Развивается и крепнет только тот орган, который активно функционирует. Если орган не тренировать, не давать ему нагрузку, то он неизбежно слабеет и атрофируется». Как показало проведенное шведскими учеными исследование, «физическая активность оказывает влияние на здоровье костей в будущем. Обычные уроки физкультуры в школе положительно воздействую на кости. Таковы результаты исследования ученых из Шведского университета, которые на протяжении 6-и лет наблюдали за 800 детьми в возрастной группе от 7-и до 9-и лет. Условия исследования требовали заниматься физкультурой не менее сорока минут в сутки. Ученые фиксировали все данные о состоянии скелета участников исследования, а также отдельно регистрировали переломы. Исследователи провели сравнительный анализ результатов данных детей, которые занимались физкультурой не более часа в неделю. Таким образом, дети, которые часто занимались спортом, имели 72 перелома, в то время как у остальных детей было зарегистрировано 143 случая. У активных детей костная масса позвоночника выше. Именно по этому показателю определяется степень прочности костей в целом, и если с самого детства данный индекс высок, то и на протяжении остальной жизни кости будут более крепкими»  [3].

Ученые антропологи провели рентгеноскопическое и томографическое обследование костей, раскопанных археологами в штате Иллинойс. Останки принадлежали различным группам Homo sapiens, проживавшим на этой территории на протяжении последних семи тысяч лет.. Исследователей интересовало прежде всего губчатое вещество костей суставов. Оказалось, что упала плотность губчатого вещества только при переходе к оседлому образу жизни. Особенно ярко этот процесс проявился в костях нижней части тела. Полученные выводы говорят о том, что одним из средств профилактики переломов и остеопороза в преклонном возрасте являются физические упражнения .

Значит, прочность костей человека зависит от двигательной активности. Регулярные физические упражнения (ходьба, аэробика, силовые, весовые упражнения) помогут сохранить кости крепкими и неломкими. 

Кроме того, учёные отмечают к серьезным нарушениям в организме человека приводят стрессы. Работники университетов Австралии и Норвегии исследовали данные восьми тысяч людей. Они делали им анализы и подтверждали диагнозы. В результате было получено доказательство, что депрессия, а также более серьезные психические расстройства вызывают снижение минеральной плотности костей, что приводит к их хрупкости. Людям, которые переносят стрессовые ситуации нужно  принимать кальций и витамин D, чтобы укрепить свои кости  [4].

ВЫВОДЫ

На основании изученного теоретического материала и результатов проведённых опытов можно сделать выводы о том, что  прочность костей человека зависит химического состава (соотношения органических и неорганических веществ), и для сохранения прочности костей необходимы: правильное, сбалансированное питание, двигательная активность,  психически комфортные условия жизни.

Основываясь на данных выводах, мы предлагаем ряд рекомендаций по сохранению прочности костной ткани  (Приложение 3).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Остеопороз [Электронный ресурс] - Режим  доступа http://www.orthodox.od.ua/main/7847-prochnost-kostej-cheloveka-zavisit-ot-ego-vesa.html#ixzz3OcUsxfFq
2. Самсонова, А.В. Вклад П.Ф. Лесгафта в биомеханику /А.В. Самсонова // Труды кафедры биомеханики: Междисциплинарный сборник статей.– Вып.1.– СПб, 2007.– С. 4-11.
3. Воздействие занятий физкультурой на кости человека - [Электронный ресурс] - Режим  доступа: http://medvesti.com/zdorovie/sport/26033
4. Научно-популярный журнал, «Наука 21 век» [Электронный ресурс] - Режим  доступа: http://mignews.ru

Приложение 1

Сырое яйцо  опустили в раствор уксусной кислоты.

Под воздействием уксусной кислоты карбонат кальция  растворился, яйцо «потеряло» скорлупу, кость стала гибкой.

Приложение 2

Реакция взаимодействия  раствора _________________  и  _________________

Через несколько дней на тонкой оболочке яйца (в данном случае, при неосторожном обращении, у яйца была нарушена оболочка) стал появляться белый осадок                   .      

Приложение 3

Чтобы в юности и в старости

Не преследовали Вас опасности,

Не стали бы хрупкими косточки,

И чтоб не ходить Вам с тросточкой,

Нужно правильно питаться!

Нужно спортом заниматься!

Добрым и спокойным быть!

Всех вокруг себя любить!

ПОМНИ!! Чтобы кости оставались здоровыми и прочными, им         нужен кальций, магний, белок, витамины группы B, витамины D и K.

Рекомендуемые продукты:

- молочные продукты;

- сельдь, сардины и лосось;

- миндаль, грецкий орех;

- шпинат, брокколи, салат;

- бобы, фасоль, горох, соя;

- фрукты и сухофрукты (бананы, абрикосы, изюм, инжир)

Удивительный источник кальция!

Яичная скорлупа как источник кальция, отлично подходит для нашего организма и легко им усваивается. Как правильно употреблять яичную скорлупу? Куриные яйца вымыть в теплой воде с мылом. Растереть яичную скорлупу в порошок (лучше в ступке). Принимать   ежедневно во время завтрака с кашей или запеканкой по 1-8 грамм в зависимости от возраста.

Физкультура – лучший помощник!

Очень важно заниматься физкультурой в детстве и юности - это самое лучшее время для увеличения массы кости. Не забывайте про солнечные ванны и массажные процедуры!