化学成分和物理性质

根据骨骼的种类、年龄和类型，骨细胞占骨骼体积的15%;在大多数高等动物的成熟骨骼中，它们通常只占5%。骨的无生命细胞间物质由一种有机成分组成胶原蛋白(纤维蛋白质在结构和组织上与韧带，肌腱和皮肤的胶原蛋白相似的长链或束排列)，含有少量的蛋白质多糖，糖氨基多糖(以前称为粘多糖)与蛋白质化学结合并分散在胶原纤维束内部和周围，以及无机矿物杆形组件晶体．这些晶体与胶原蛋白束的长轴平行排列，许多实际上位于胶原束本身的空隙中。有机材料构成细胞间复合材料体积的50%和干重的30%，其余部分由矿物质组成。细胞间复合物的主要矿物是钙而且磷酸．第一次沉积时，矿物是结晶的非晶，但随着成熟，它成为典型的磷灰石矿物，主要成分是羟磷灰石．碳酸盐岩在鱼类中，钙的含量为4%，在大多数哺乳动物中为8%，而在海龟中则超过13%，钙的含量有两个不同的阶段，即碳酸钙和碳酸盐磷灰石。除了与细胞元素相关的水外，成年哺乳动物骨骼中几乎没有游离水(约占总体积的8%)。结果，扩散细胞间物质从表面进入细胞内部的速度较慢，更典型的是从固体表面扩散而不是从液体内部扩散。

矿物晶体具有骨骼的硬度、刚性和巨大的抗压强度，但它们与其他晶体材料一样，在拉伸方面有很大的弱点，这是由于应力倾向于集中在缺陷上，而这些缺陷又倾向于分散传播．另一方面手骨组织中胶原原纤维含量较高弹性，抗压强度小，且相当大内在抗拉强度．然而，骨骼的抗拉强度不仅取决于胶原蛋白，还取决于亲密的矿物与胶原蛋白的结合，使骨具有两相材料所表现出的许多一般性质，如玻璃纤维和竹子。在这类材料中，刚性但脆性的材料在弹性完全不同的基体中的分散防止了传播通过脆性材料的应力破坏，因此可以更接近单晶的理论极限强度。

迄今为止，骨骼的精细结构阻碍了在“单位”结构水平上确定矿物-基质复合材料真实强度的尝试。已发现致密(皮质)骨标本的抗拉强度范围为700 - 1400千克/平方厘米(10,000-20,000磅/平方英寸)，抗压强度范围为1,400-2,100千克/平方厘米(20,000-30,000磅/平方英寸)。这些值与铝或低碳钢的顺序相同，但骨头比这些材料有一个优点，那就是它要轻得多。骨骼的巨大强度主要存在于它的长轴上，大致平行于胶原纤维轴和矿物晶体的长轴。

骨头虽然看起来很僵硬，但也有相当程度的弹性，这对人体健康很重要骨架的承受冲击的能力。骨骼样本的弹性模量估计为每平方厘米420至700公斤(每平方英寸6,000至10,000磅)，这一数值远低于钢铁，例如，这表明骨骼的弹性要大得多。当负载达到断裂强度的30%至40%时，存在完美弹性;在此之上，“蠕变”或逐渐变形发生，大概是沿着骨结构内的自然缺陷。骨骼的弹性模量明显依赖于施加载荷的速率，快速变形时骨骼比缓慢变形时更坚硬;这种行为表明在变形过程中存在粘性流动。

从两阶段的考虑中可以预料到作文对于骨骼来说，矿物质-胶原蛋白比例的变化会导致其物理性质的变化:矿物质含量越少，其柔韧性越强，而矿物质含量越高，其脆性越强。最佳比例，如最大抗拉强度所反映的，是在灰分含量约为66%时观察到的，这是哺乳动物负重骨骼的特征。