Костная ткань – основной материал опорно-двигательной системы. Прочность костной ткани зависит от химического состава, общей структуры, системы внутреннего армирования, количества и прочности компонентов, ориентации основных компонентов по отношению к продольной оси кости, возраста, плотности, индивидуальных условий роста и т.д.
Компактная костная ткань представляет собой среду с пятью структурными уровнями.
Строение компактной костной ткани по Кнетсу.
| № уровня | Состав уровня |
| 1 | Биополимерная молекула трипоколлагена и неорганические кристаллы гидроксилопатита. |
| 2 | Микрофибриллы коллагена (они образованы пятью молекулами трипоколлагена). |
| 3 | Волокно (армирующий компонент) - состоит из большого количества микрофибрилл и связанных с ними микрокристаллов. |
| 4 | Ламеллы (наименьший самостоятельный конструкционный элемент) – это тонкие изогнутые пластинки, состоящие из коллагенно-минеральных веществ, объединённых при помощи вяжущего вещества. |
| 5 | Остеоны – образуются вокруг кровеносных сосудов, включающихся в объем кости. Состоят из концентрически расположенных костных ламелл. |
Плотность костной ткани»2,4 г/см3. Минеральные компоненты кости составляют»70 % массы кости, а белковые»20 %.
С увеличением возраста в костной ткани протекает ряд изменений. Изменяется химический состав и внутренняя структура, возникает множество вторичных остеонов, образующих новую внутреннюю конструктивную систему. При старении биологическая активность уменьшается, меняется степень минерализации, а также порядок расположения минеральных кристаллов и остеонов, уменьшается количество связующего вещества, некоторая часть ткани исчезает и появляются поры.
Обновление костной ткани происходит дискретно – в определенных местах, на ограниченных участках. В течение жизни человека один и тот же участок кости обновляется неоднократно. К 35 годам процесс костеобразования замедляется. Костная масса у вегетарианцев больше, т.к. в растительной пище много солей. Курение и алкоголь уменьшают костную массу. Недостаточное содержание кальция уменьшает прочность костной ткани, что приводит к остеопорозу.
Волокна костной ткани деформируются преимущественно упругим образом, а матрица (остальная часть) – пластически и разрушаются хрупким образом.
| εмах |
| σмах |
| ε |
| σ |
компактной костной ткани имеет следующий вид (эта зависимость аналогична для твердого тела).
Напряжение 
, при котором материал разрывается, называется пределом прочности.
Представим предел прочности костной ткани и её компонентов при сжатии и растяжении.
| Вид ткани | Сжатие | Растяжение | ||
| Прочность [ МПа ] | Модуль Юнга [ МПа ] | Прочность [ МПа ] | Модуль Юнга [ МПа ] | |
| Компактная кость | 147 | 10200 | 98 | 22 400 |
| Минеральный компонент | 44 | 6400 | 5 | 16600 |
| Белковый компонент | 0,1 | 10 | 7 | 20 |
Анализ таблицы. Минеральный и белковый компоненты по отдельности слабые, но в сочетании они дают высокую прочность, сравнимую с прочностью металлов. В науке остаётся вопрос: почему имеется различие свойств на растяжение и сжатие.
