В процессе эволюции животные осваивали всё новые и новые территории, виды пищи, приспосабливались к изменившимся условиям жизни. Эволюция постепенно меняла облик животных. Для того чтобы выжить, необходимо было активнее искать пищу, лучше прятаться или защищаться от врагов, перемещаться быстрее. Изменяясь вместе с организмом, опорно-двигательная система должна была обеспечивать все эти эволюционные изменения. Самые примитивные простейшие не имеют опорных структур, медленно передвигаются, перетекая с помощью ложноножек и постоянно меняя форму.
Первая появившаяся опорная структура - оболочка клетки . Она не только отграничила организм от внешней среды, но и позволила повысить скорость перемещения за счёт жгутиков и ресничек. Многоклеточные животные имеют большое разнообразие опорных структур и приспособлений для движения. Появление наружного скелета повысило скорость передвижения за счёт развития специализированных групп мышц. Внутренний скелет растёт вместе с животным и позволяет достигать рекордных скоростей. У всех хордовых внутренний скелет. Несмотря на значительные различия в строении опорно-двигательных структур у разных животных, их скелеты выполняют сходные функции: опоры, защиты внутренних органов, перемещения тела в пространстве. Движения позвоночных осуществляется за счёт мышц конечностей, которые осуществляют такие виды движения, как бег, прыжки, плавание, полёт, лазание и т.д.
Скелет и мышцы
Опорно-двигательная система представлена костями, мышцами, сухожилиями, связками и другими соединительнотканными элементами. Скелет определяет форму тела и вместе с мускулатурой защищает внутренние органы от всевозможных повреждений. Благодаря соединениям кости могут перемещаться друг относительно друга. Движение костей происходит в результате сокращения мышц, которые к ним прикрепляются. В этом случае скелет представляет собой пассивную часть двигательного аппарата, выполняющую механическую функцию. Скелет состоит из плотных тканей и защищает внутренние органы и мозг, образуя для них естественные костные вместилища.
Кроме механических функций, костная система выполняет ряд биологических функций. В костях содержится основной запас минеральных веществ, которые используются организмом по мере надобности. В костях находится красный костный мозг, вырабатывающий форменные элементы крови.
В состав скелета человека входят в общей сложности 206 костей - 85 парных и 36 непарных.
Строение костей
Химический состав костей
Все кости состоят из органических и неорганических (минеральных) веществ и воды, масса которой достигает 20% массы костей. Органическое вещество костей - оссеин - обладает эластичными свойствами и придаёт костям упругость. Минеральные вещества - соли углекислого, фосфорнокислого кальция - придают костям твёрдость. Высокая прочность костей обеспечивается сочетанием упругости оссеина и твёрдости минерального вещества костной ткани.
Макроскопическое строение кости
Снаружи все кости покрыты тонкой и плотной плёнкой из соединительной ткани - надкостницей . Только головки длинных костей не имеют надкостницы, но они покрыты хрящом. В надкостнице имеется много кровеносных сосудов и нервов. Она обеспечивает питание костной ткани и принимает участие в росте кости в толщину. Благодаря надкостнице срастаются переломленные кости.
Разные кости имеют неодинаковое строение. Длинная кость имеет вид трубки, стенки которой состоят из плотного вещества. Такое трубчатое строение длинных костей придаёт им прочность и лёгкость. В полостях трубчатых костей находится жёлтый костный мозг - богатая жиром рыхлая соединительная ткань.
Концы длинных костей содержат губчатое костное вещество . Оно также состоит из костных пластинок, образующих множество перекрещенных перегородок. В местах, где кость подвержена наибольшей механической нагрузке, количество этих перегородок самое высокое. В губчатом веществе находится красный костный мозг , клетки которого дают начало клеткам крови. Короткие и плоские кости тоже имеют губчатое строение, только с наружи они покрыты слоем плотинного вещества. Губчатое строение придаёт костям прочность и лёгкость.
Микроскопическое строение кости
Костная ткань относится к соединительной ткани и имеет много межклеточного вещества, состоящего из оссеина и минеральных солей.
Это вещество образует костные пластинки, расположенные концентрически вокруг микроскопических канальцев, идущих вдоль кости и содержащих кровеносные сосуды и нервы. Костные клетки, а следовательно, и кость - это живая ткань; она получает питательные вещества с кровью, в ней протекает обмен веществ и могут происходить структурные изменения.
Типы костей
Строение костей определено процессом длительного исторического развития, в течение которого организм наших предков изменялся под влиянием окружающей среды и приспосабливался путём естественного отбора к условиям существования.
В зависимости от формы различают трубчатые, губчатые, плоские и смешанные кости.
Трубчатые кости находятся в органах, которые совершают быстрые и обширные движения. Среди трубчатых костей есть длинные кости (плечевая, бедренная) и короткие (фаланги пальцев).
В трубчатых костях различают среднюю часть - тело и два конца - головки. Внутри длинных трубчатых костей имеется полость, заполненная жёлтым костным мозгом. Трубчатое строение обуславливает нужную для организма крепость костей при затрате на них наименьшего количества материала. В период роста кости между телом и головкой трубчатых костей находится хрящ, благодаря которому осуществляется рост кости в длину.
Плоские кости ограничивают полости, внутри которых помещаются органы (кости черепа), или служат поверхностями для прикрепления мышц (лопатка). Плоские кости, подобно коротким трубчатым костям, преимущественно состоят их губчатого вещества. Концы длинных трубчатых костей, а также короткие трубчатые и плоские кости полостей не имеют.
Губчатые кости построены преимущественно из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Среди них различают длинные губчатые кости (грудина, рёбра) и короткие (позвонки, запястье, предплюсна).
К смешанным костям относятся кости, слагающиеся из нескольких частей, имеющих разное строение и функцию (височная кость).
Выступы, гребни, шероховатости на кости - это места прикрепления к костям мышцы. Чем лучше они выражены, тем сильнее развиты прикрепляющиеся к костям мышцы.
Скелет человека.
Скелет человека и большинства млекопитающих имеет одинаковый тип строения, состоит из тех же отделов и костей. Но человек отличается от всех животных способностью к труду и разумом. Это наложило существенный отпечаток и на строение скелета. В частности, объём полости черепа у человека намного больше, чем у любого животного, которое имеет тело такого же размера. Размер лицевого отдела черепа человека меньше, чем мозгового, а у животных, наоборот, он значительно больше. Это связано с тем, что у животных челюсти являются органом защиты и добывания пищи и поэтому хорошо развиты, а объём головного мозга меньше, чем у человека.
Изгибы позвоночника, связанные с перемещение центра тяжести вследствие вертикального положения тела, способствуют сохранению человеком равновесия и смягчают толчки. У животных таких изгибов нет.
Грудная клетка человека сжата спереди назад и приближена к позвоночнику. У животных она сжата с боков и вытянута к низу.
Широкий и массивный тазовый пояс человека имеет вид чаши, поддерживает органы брюшной полости и переносит массу тела на нижние конечности. У животных масса тела равномерно распределена между четырьмя конечностями и тазовый пояс длинный и узкий.
Кости нижних конечностей человека заметно толще, чем верхние. У животных нет значительной разницы в строении костей передних и задних конечностей. Большая подвижность передних конечностей, особенно пальцев рук, даёт возможность человеку выполнять руками разнообразные движения и виды работ.
Скелет туловища осевой скелет
Скелет туловища включает позвоночник, состоящий из пяти отделов, а грудные позвонки, рёбра и грудина образуют грудную клетку (см. таблицу).
Череп
В черепе различают мозговой и лицевой отделы. В мозговом отделе черепа - черепной коробке - находится головной мозг, она защищает головной мозг от ударов и т.п. Черепная коробка состоит из неподвижно соединённых плоских костей: лобной, двух теменных, двух височных, затылочной и основной. Затылочная кость соединяется с первым позвонком позвоночника с помощью эллипсовидного сустава, который обеспечивает наклон головы вперёд и в сторону. Вращается голова вместе с первым шейным позвонком благодаря соединению между первым и вторым шейными позвонками. В затылочной кости есть отверстие, через которое головной мозг соединяется со спинным. Дно черепной коробки образовано основной костью с многочисленными отверстиями для нервов и кровеносных сосудов.
Лицевой отдел черепа образует шесть парных костей - верхняя челюсть, скуловая, носовая, нёбная, нижняя носовая раковина, а также три непарные кости - нижняя челюсть, сошник и подъязычная кость. Нижнечелюстная кость - единственная кость черепа, подвижно соединённая с височными костями. Все кости черепа (за исключением нижней челюсти), соединены неподвижно, что обусловлено защитной функцией.
Строение лицевого черепа у человека определено процессом «очеловечивания» обезьяны, т.е. ведущей ролью труда, частичным перенесением хватательной функции с челюстей на руки, ставшими органами труда, развитием членораздельной речи, употреблением искусственно приготавливаемой пищи, облегчающей работу жевательного аппарата. Мозговой череп развивается параллельно с развитием головного мозга и органов чувств. В связи с увеличением объёма мозга увеличился объём черепной коробки: у человека он составляет около 1500 см 2 .
Скелет туловища
Скелет туловища состоит из позвоночника и грудной клетки. Позвоночник - основа скелета. Он состоит из 33–34 позвонков, между которыми находятся хрящевые прокладки - диски, что придает позвоночнику гибкость.
Позвоночный столб человека образует четыре изгиба. В шейном и поясничном отделах позвоночника они обращены выпуклостью вперёд, в грудном и крестцовом - назад. В индивидуальном развитии человека изгибы появляются постепенно, у новорождённого позвоночник почти прямой. Сначала образуется шейный изгиб (когда ребёнок начинает держать голову прямо), затем грудной (когда ребёнок начинает сидеть). Появление поясничного и крестцового изгибов связано с поддержанием равновесия при вертикальном положении тела (когда ребёнок начинает стоять и ходить). Эти изгибы имеют важное физиологическое значение - увеличивают размеры грудной и тазовой полостей; облегчают сохранение телом равновесия; смягчают толчки при ходьбе, прыжках, беге.
При помощи межпозвоночных хрящей и связок позвоночник образует гибкий и эластичный столб, обладающий подвижностью. Она не одинакова в разных отделах позвоночника. Большей подвижностью обладают шейные и поясничные отделы позвоночника, менее подвижен грудной отдел, так как соединён с рёбрами. Крестец совершенно неподвижен.
В позвоночнике выделяют пять отделов (см. схему «Отделы позвоночника»). Размеры тел позвонков увеличиваются от шейных к поясничным в связи с большей нагрузкой на нижележащие позвонки. Каждый из позвонков состоит из тела, костной дуги и нескольких отростков, к которым прикреплены мышцы. Между телом позвонка и дугой есть отверстие. Отверстия всех позвонков образуют позвоночный канал , в котором расположен спинной мозг.
Грудная клетка образована грудиной, двенадцатью парами рёбер и грудными позвонками. Она служит вместилищем для важных внутренних органов: сердца, лёгких, трахеи, пищевода, крупных сосудов и нервов. Принимает участие в дыхательных движениях благодаря ритмичному поднятию и опусканию рёбер.
У человека в связи с переходом к прямохождению и рука освобождается от функции передвижения и становится органом труда, вследствие этого грудная клетка испытывает тягу прикрепляющихся мышц верхних конечностей; внутренности давят не на переднюю стенку, а на нижнюю, образованную диафрагмой. Это приводит к тому, что грудная клетка становится плоской и широкой.
Скелет верхней конечности
Скелет верхних конечностей состоит из плечевого пояса (лопатка и ключица) и свободной верхней конечности. Лопатка представляет собой плоскую треугольную кость, прилегающую к задней поверхности грудной клетки. Ключица имеет изогнутую форму, напоминающую латинскую букву S. Её значение в организме человека заключается в том, что она отставляет плечевой сустав на некоторое расстояние от грудной клетки, обеспечивая большую свободу движений конечности.
К костям свободной верхней конечности принадлежат плечевая кость, кости предплечья (лучевая и локтевая) и кости кисти (кости запястья, кости пястья и фаланги пальцев).
Предплечье представлено двумя костями - локтевой и лучевой. За счет этого оно способно не только к сгибанию и разгибанию, но и пронации - поворотам вовнутрь и наружу. Локтевая кость в верхней части предплечья имеет вырезку, соединяющуюся с блоком плечевой кости. Лучевая кость соединяется с головкой плечевой кости. В нижней части наиболее массивный конец имеет лучевая кость. Именно она при помощи суставной поверхности вместе с костями запястья принимает участие в формировании лучезапястного сустава. Напротив, конец локтевой кости здесь тонкий, он имеет боковую суставную поверхность, при помощи которой соединяется с лучевой костью и может вращаться вокруг нее.
Кисть - это дистальная часть верхней конечности, скелет которой составляют кости запястья, пястья и фаланги. Запястье состоит из восьми коротких губчатых костей, расположенных в два ряда, по четыре в каждом ряду.
Скелет руки
Рука - верхняя или передняя конечность человека и обезьян, для которой прежде считалось характерной особенностью способность противопоставлять большой палец всем остальным.
Анатомическое строение руки достаточно простое. Рука прикрепляется к туловищу посредством костей плечевого пояса, суставов и мышц. Состоит из 3-х частей: плеча, предплечья и кисти. Плечевой пояс является самым мощным. Сгибание рук в локте дает рукам большую подвижность, увеличивая их амплитуду и функциональность. Кисть состоит из множества подвижных суставов, именно благодаря им человек может щелкать по клавиатуре компьютера или мобильного телефона, показывать пальцем в нужном направлении, нести сумку, рисовать и т.д.
Плечи и кисти соединяются посредством плечевых костей, локтевой и лучевой костей. Все три кости между собой соединяются с помощью суставов. В локтевом суставе руку можно сгибать и разгибать. Обе кости предплечья соединяются подвижно, поэтому во время движения в суставах лучевая кость вращается вокруг локтевой кости. Кисть можно повернуть на 180 градусов.
Скелет нижних конечностей
Скелет нижней конечности состоит из тазового пояса и свободной нижней конечности. В состав тазового пояса входят две тазовые кости, сочленённые сзади с крестцом. Тазовая кость образована слиянием трёх костей: подвздошной, седалищной и лобковой. Сложное строение этой кости обусловлено рядом выполняемых ею функций. Соединяясь с бедром и крестцом, перенося тяжесть тела на нижние конечности, она выполняет функцию движения и опоры, а также защитную функцию. В связи с вертикальным положением тела человека скелет таза у него относительно шире и массивнее, чем у животных, так как поддерживает лежащие над ним органы.
К костям свободной нижней конечности относятся бедро, голень (большая и малая берцовые кости) и стопа.
Скелет стопы образован костями предплюсны, плюсны и фалангами пальцев. Стопа человека отличается от стопы животного сводчатой формой. Свод смягчает толчки, получаемые телом при ходьбе. В стопе слабо развиты пальцы, за исключением большого, так как она утратила свою хватательную функцию. Предплюсна, наоборот, развита сильно, особенно велика в ней пяточная кость. Эти все особенности стопы тесно связаны с вертикальным положением человеческого тела.
Прямохождение человека привело к тому, что различие в строении верхних и нижних конечностей стало значительно большим. Ноги человека гораздо длиннее рук, а кости их массивнее.
Соединения костей
В скелете человека имеется три типа соединения костей: неподвижное, полуподвижное и подвижное. Неподвижный тип соединения - это соединение вследствие сращения костей (тазовые кости) или образования швов (кости черепа). Это сращение является приспособлением к несению большой нагрузки, испытываемой крестцом человека в виду вертикального положения туловища.
Полуподвижное соединение осуществляется при помощи хрящей. Так соединены между собой тела позвонков, что способствует наклону позвоночника в разные стороны; рёбра с грудной костью, что обеспечивает движение грудной клетки при дыхании.
Подвижное соединение, или сустав , - это наиболее распространённая и вместе с тем сложная форма соединения костей. Конец одной из костей, образующих сустав, выпуклый (головка сустава), а конец другой - вогнутый (суставная впадина). Форма головки и впадины соответствуют друг другу и движениям, осуществляемыми в суставе.
Суставная поверхность сочленяющихся костей покрыты белым блестящим суставным хрящом. Гладкая поверхность суставных хрящей облегчает движение, а их эластичность смягчает толчки и сотрясения, испытываемые суставом. Обычно суставная поверхность у одной кости, образующей сустав, выпуклая и называется головкой, у другой - вогнутая и называется впадиной. Благодаря этому соединяющиеся кости плотно прилегают друг к другу.
Суставная сумка натянута между сочленяющимися костями, образуя герметически замкнутую полость сустава. Суставная сумка состоит из двух слоёв. Наружный слой переходит в надкостницу, внутренний выделяет в полость сустава жидкость, которая играет роль смазки, обеспечивая свободное скольжение суставных поверхностей.
Особенности скелета человека, связанные с трудовой деятельностью и прямохождением
Трудовая деятельность
Тело современного человека хорошо приспособлено к трудовой деятельности и прямохождению. Прямохождение является приспособлением к важнейшей черте человеческой жизнедеятельности - труду. Именно он проводит резкую грань между человеком и высшими животными. Труд оказал прямое воздействие на строение и функции руки, которая стала влиять на остальной организм. Первоначальное развитие прямохождения и возникновение трудовой деятельности повлекло за собой дальнейшее изменение всего человеческого организма. Ведущая роль труда способствовала, частичное перенесение хватательной функции с челюстей на руки (в дальнейшем ставшие органами труда), развитием человеческой речи, употреблением искусственно приготовленной пищи (облегчает работу жевательного аппарата). Мозговой отдел черепа развивается параллельно с развитием головного мозга и органов чувств. В связи с этим увеличивается объём черепной коробки (у человека - 1 500 см 3 , у человекообразных обезьян - 400–500 см 3).
Прямохождение
С развитием двуногой походки связана значительная часть признаков присущих для скелета человека:
- опорная стопа с сильно развитым, мощным большим пальцем;
- кисть с очень развитым большим пальцем;
- форма позвоночника с его четырьмя изгибами.
Форма позвоночника выработалась благодаря пружинистого приспособления к ходьбе на двух ногах, что обеспечивает плавность движений туловища, оберегает его от повреждений при резких движениях и прыжках. Туловище в грудном отделе уплощенное, что приводит к сжатости грудной клетки спереди назад. Нижние конечности тоже претерпели изменения в связи с прямохождением - широко расставленные тазобедренные суставы придают устойчивость телу. В ходе эволюции произошло перераспределение тяжести тела: центр тяжести переместился вниз и занял положение на уровне 2–3 крестцового позвонка. У человека очень широк таз, а ноги сильно расставлены, это даёт возможность телу быть устойчивым при передвижении и стоянии.
Кроме позвоночника с изогнутой формой, пяти позвонков в составе крестца, сжатой грудной клетки можно отметить удлинение лопатки и расширенный таз. Всё это повлекло за собой:
- сильное развитие таза в ширину;
- скрепление таза с крестцом;
- мощное развитие и особый способ укрепления мышц и связок в тазобедренной области.
Переход предков человека к прямохождению повлёк за собой развитие пропорций тела человека, отличающих его от обезьян. Так для человека характерны более короткие верхние конечности.
Прямохождение и труд привели к образованию асимметрии тела человека. Правая и левая половины человеческого тела не симметричны по форме и строению. Ярким примером этому является рука человека. Большинство людей являются правшами, а левшей около 2–5%.
Развитие прямохождения, сопровождающее переход наших предков к проживанию на открытой местности, привело к значительным изменениям скелета и всего организма в целом.
Опорно-двигательная система человека состоит из скелета и мышц и выполняет следующие функции:
1) опорную - для всех других систем и органов;
2) двигательную - обеспечивает передвижение тела и его частей в пространстве;
3) защитную - предохраняет от внешних воздействий органы грудной и брюшной полости, мозг, нервы, сосуды.
Скелет человека
Скелет человека составляет около 15% от массы тела. Различные авторы насчитывают в составе скелета от 206 до 230 костей. Эти несоответствия связаны с тем, что у разных людей не совпадает число позвонков, ребер и других костей. Кроме того, до сих пор нет единого мнения о том, следует ли считать костями зубы или нет. Число костей скелета меняется также в зависимости от возраста человека. Самой длинной костью скелета является бедренная - ее длина составляет в среднем 27,5% от роста человека, а самой маленькой - одна из слуховых костей среднего уха - стремечко.
Строение костей
В состав костной входят органические вещества, придающие им упругость (коллаген), и неорганические вещества, главным образом минеральные соли фосфора, кальция, магния. Минеральные соли придают костям твердость. Если путем выжигания удалить из кости органические вещества, то кость будет по-прежнему твердой, но очень хрупкой, бьющейся, как стекло. Если же при помощи соляной кислоты растворить минеральные соли, то кость станет мягкой и упругой, так что ее можно будет завязывать узлом. В костях детей больше органических веществ, и они более упруги, чем кости взрослого человека. Наиболее прочны кости у людей в возрасте 20-40 лет. У пожилых людей из-за нарушений минерального обмена кости становятся хрупкими.
Под микроскопом становится видно, что кость состоит из огромного числа трубочек, называемых остеонами. Остеон представляет собой несколько слоев тончайших костных пластинок, расположенных концентрически вокруг канала, по которому проходят кровеносные сосуды, питающие остеон, и нервные волокна. Между костными пластинками расположены костные клетки - остеоциты - с многочисленными отростками. Если костные трубочки уложены в кости плотно, то образуется так называемое компактное вещество кости, а если рыхло, то губчатое вещество кости.
В качестве примера рассмотрим строение бедренной кости. Средняя часть кости называется диафизом, а концевые суставные головки называются эпифизами. Внутри диафиза находится канал, наполненный желтым костным мозгом. Поэтому такие кости, как бедренная, называются трубчатыми. Диафиз образован компактным веществом и покрыт снаружи особой оболочкой из соединительной ткани - надкостницей. В ней проходит большое число кровеносных сосудов и расположено множество болевых рецепторов. Внутренний слой надкостницы состоит из особых клеток - остеобластов. Делясь, остеобласты образуют костное вещество, за счет чего кость растет в толщину. Кроме того, остеобласты играют ведущую роль при срастании переломов. Эпифизы бедренной кости образованы губчатым веществом, промежутки между которым заполнены красным костным мозгом. Снаружи эпифизы покрыты очень прочным и гладким гиалиновым хрящом толщиной около 0,5 мм. Этот хрящ сводит к минимуму трение между костями в суставах.
В детском возрасте кости в значительной степени состоят из хрящевой ткани, а с возрастом происходит постепенное окостенение. В последнюю очередь происходит замена хряща на кость в области шеек костей, то есть между диафизом и эпифизами. В этих областях клетки хряща делятся, за счет чего и происходит рост костей в длину. Окончательное окостенение шеек длинных костей происходит у женщин к 16-18 годам, а у мужчин немного позднее - к 20-22 годам. После этого рост прекращается.
Кроме длинных трубчатых костей, к которым относятся кости бедра, голени, плеча и предплечья, различают еще короткие трубчатые кости (например, кости пальцев), губчатые кости (ребра, грудина, запястье), плоские кости (лопатки, тазовые кости, кости мозговой части черепа), смешанные кости (кости основания черепа).
Соединения костей в скелете
Соединения костей необходимы либо для обеспечения движения одной кости относительно другой, либо для получения прочной механической структуры из нескольких костей. Таким образом, различают подвижные, полу подвижные, неподвижные соединения.
Подвижные соединения - суставы. Чаще всего сустав состоит из суставных поверхностей костей, покрытых гиалиновым хрящом, причем эти поверхности по форме строго соответствуют друг другу. Место контакта костей прикрыто прочной оболочкой из соединительной ткани - суставной сумкой, образующей герметичную суставную полость. В суставной полости находится синовиальная жидкость, необходимая для уменьшения трения в суставе.
Неподвижные соединения характерны, например, для соединения костей мозговой части черепа. При этом небольшие выступы одной кости заходят в выемки на другой кости. Получающийся при этом шов очень прочен, прочнее окружающих его костей.
Промежуточной формой сочленения костей является полуподвижное соединение. В этом случае кости соединены между собой через упругие хрящевые прокладки. К полуподвижным соединениям относят соединения позвонков в шейном, грудном и поясничном отделах, соединение ребер с грудиной и грудными позвонками.
Отделы скелета
Скелет человека состоит из следующих отделов: скелета головы, скелета туловища, скелета конечностей. Основа скелета - позвоночный столб, состоящий из 33-34 позвонков. Позвонок состоит из тела и дуги с несколькими отростками. Дуги позвонков замыкают позвоночные отверстия, которые, располагаясь друг над другом, образуют позвоночный канал, в котором проходит спинной мозг. Тела позвонков соединены между собой через хрящевые межпозвоночные диски и удерживаются при помощи многочисленных связок. Благодаря такому соединению большая часть позвоночника является упругой и гибкой. Так как хрящевые диски могут сжиматься, то к вечеру рост человека уменьшается на 1-2 см, а при больших физических нагрузках даже больше.
Позвоночник разделяется на следующие отделы: шейный (7 позвонков), грудной (12 позвонков), поясничный (5 позвонков), крестцовый (5 позвонков) и копчиковый (4-5 позвонков). Чем ниже расположен позвонок в позвоночнике, тем больше на него нагрузка и тем массивнее его тело. В связи с переходом людей к прямохождению в позвоночнике образовались четыре изгиба, два из которых - лордозы - направлены выпуклостью вперед: шейный и поясничный, а другие два - кифозы - направлены выпуклостью назад: грудной и крестцовый. Благодаря лордозам и кифозам обеспечивается надежная амортизация головного мозга при ходьбе, беге, прыжках.
У человека, как и всех других млекопитающих, за исключением только ленивцев и ламантина, семь шейных позвонков, из которых два первых обеспечивают повороты головы. Верхний шейный позвонок - атлант - не имеет тела, а его дуги срослись с костями основания черепа.
Грудной отдел позвоночника состоит из 12 грудных позвонков, которые полуподвижно соединены с 12 парами ребер. Семь верхних ребер также полуподвижно соединены с грудной костью, или грудиной. Восьмые, девятые и десятые ребра соединены не прямо с грудиной, а через хрящи с вышележащими ребрами. Одиннадцатые и двенадцатые ребра, отходя от позвоночника, не доходят до грудины, а оканчиваются в мышцах. Грудина состоит из рукоятки, к которой присоединяются ключицы, тела, к которому присоединяются 1-7 пара грудных ребер, и мечевидного отростка. Грудные позвонки, ребра и грудина образуют грудную клетку, в которой расположены сердце, легкие, трахея и пищевод. Благодаря движениям грудной клетки осуществляется внешнее дыхание.
Поясничный отдел позвоночника образован пятью массивными поясничными позвонками.
Крестцовые позвонки (в количестве пяти) срастаются в единый прочный крестец, сросшийся с тазовыми костями. Такая мощная конструкция образовалась для того, чтобы обеспечить опору телу при переходе к прямохождению, и характерна только для человека. Окончательное срастание крестцовых позвонков происходит обычно к 18-20 годам.
Копчиковый отдел позвоночника у человека образован 4-5 маленькими сросшимися позвонками и до известной степени рудиментирован.
Скелет головы, называемый черепом, включает в себя 23-25 костей. Череп подразделяют на мозговой и лицевой отделы. Мозговой отдел черепа образован неподвижно соединенными костями: лобной, двумя теменными, двумя височными, затылочной, клиновидной и решетчатой. У новорожденного ребенка эти кости соединены между собой через многочисленные прослойки соединительной ткани и хряща, образующих роднички. Роднички делают череп эластичным, что необходимо при родах. Кроме того, объем мозга после рождения человека увеличивается за несколько первых лет жизни приблизительно в 5-6 раз, и необходимо, чтобы объем мозгового отдела черепа также соответственно возрастал. Окончательное окостенение швов происходит только к 20-25 годам. Известны случаи, когда швы черепа не окостеневают совсем, как, например, у великого философа И. Канта, дожившего до 80 лет. Кости мозгового отдела пронизаны многочисленными отверстиями, через которые проходят кровеносные сосуды и нервы. Самое крупное отверстие расположено в затылочной кости - через него спинной мозг соединяется с головным. Большие полости имеются в височных костях, в них расположены органы слуха и равновесия.
Лицевой отдел черепа образован многочисленными парными и непарными костями. Все они соединены между собой неподвижно, исключение составляет нижняя челюсть.
Скелет плечевого пояса служит для соединения скелета верхней конечности с остальным скелетом. В его состав входят две лопатки и две ключицы. Лопатки - плоские треугольные кости, расположенные на задней стороне грудной клетки и соединенные с ней только посредством мышц. Ключицы - 8-образные кости, соединенные с грудиной и лопаткой. Скелет свободной верхней конечности образован плечевой костью, костями предплечья (локтевой и лучевой) и костями кисти. Скелет кисти образован восемью костями запястья (у взрослого человека две кости срастаются, и остается семь), расположенными в два ряда; пятью костями пястья и фалангами пальцев. В большом пальце - две фаланги, а в остальных - по три.
Скелет тазового пояса служит для соединения скелета нижней конечности с позвоночником. Тазовый пояс образуется за счет срастания двух подвздошных, двух седалищных и двух лобковых костей. В месте соединения этих костей находится вертлужная впадина, в которую входит головка бедренной кости.
Скелет нижних конечностей образован бедренной костью, костями голени (большая и малая берцовая) и костями стопы. Стопа состоит из 7 костей предплюсны (самая крупная из которых - пяточная), 5 костей плюсны и фаланг пальцев (2 - в большом пальце и по 3 - в остальных).
Мыщцы человека
Различают три вида мышц: поперечнополосатые, гладкие и сердечные. Основная черта мышечных клеток состоит в том, что они способны преобразовывать химическую АТФ в механическую энергию сокращения.
Поперечнополосатые мышцы
Поперечнополосатые мышцы выполняют в организме целый ряд функций: передвижение человека и частей его тела в пространстве; поддержание позы; дыхание; жевание и глотание; артикуляция и мимика; защита внутренних органов. Большая часть поперечнополосатых мышц прикреплена к костям скелета, и их называют скелетными мышцами. К скелетным мышцам относят мышцы головы, туловища, конечностей. У среднего человека масса мышц составляет 30-40% от массы тела. У тренированных людей этот показатель достигает 50% . В теле человека насчитывают около 400 мышц.
Строение поперечнополосатых мышц и их сокращение
Поперечнополосатые мышцы сокращаются произвольно, то есть по нашему желанию. Сокращение происходит в том случае, когда к мышце приходят электрические импульсы из соответствующих отделов центральной нервной системы. Скелетные мышцы прикреплены к костям своими сухожилиями. Большинство скелетных мышц обеспечивают движение какого-либо сустава, делясь на сгибатели, разгибатели, приводящие сустав, отводящие сустав, вращатели сустава. Обычно в любом движении сустава участвуют несколько групп мышц. Мышцы, совместно участвующие в каком-то движении сустава, называют синергистами, а мышцы, участвующие в движении этого же сустава в противоположном направлении, - антагонистами. Например, в локтевом суставе сгибатель - двуглавая мышца - и разгибатель - трехглавая мышца - являются антагонистами. Так как работа каждого сустава находится под контролем высших отделов нервной системы, работа всех групп мышц, обслуживающих какой-либо сустав, происходит согласованно. Так, если необходимо согнуть локтевой сустав, то двуглавая мышца сокращается, а разгибатель - трехглавая - соответственно расслабляется, чтобы не мешать движению сустава. Если же двуглавая и трехглавая мышцы одновременно сократятся, развивая одинаковое усилие, то локтевой сустав зафиксируется в каком-то определенном положении.
Каждая мышца покрыта соединительнотканной оболочкой, отделяющей ее от других мышц. Эти оболочки участвуют в образовании сухожилий, которые образованы очень прочными соединительнотканными оболочками, сросшимися с костью. При травмах сухожилие обычно не разрывается, а отрывается от мышцы или кости. Сухожилие четырехглавой мышцы, например, способно выдержать нагрузку около 600 кг!
Образованы мышцы длинными многоядерными цилиндрическими клетками, которые называются мышечными волокнами. Диаметр этих клеток составляет от 5 до 100 микрон, а длина бывает очень большой и достигает 10-12 см. Каждое такое волокно состоит, в свою очередь, из множества тончайших нитей, способных к сокращению, - миофибрилл. Миофибриллы в мышечном волокне расположены параллельно. При большом увеличении под микроскопом видно, что миофибрилла поперечно исчерчена, то есть в ней чередуются темные и светлые участки, образующие повторяющиеся вдоль миофибриллы одинаковые участки - саркомеры. Каждая миофибрилла состоит из многих тысяч последовательно соединенных саркомеров. Они отделены друг от друга так называемыми 2-пластинами. Длина каждого саркомера - около 2,5 микрон. Саркомер образован нитями двух видов белков - актина и миозина. Нити актина прикреплены к 2-пластинам, а между нитями актина расположены более толстые нити миозина. На поперечном разрезе миофибриллы видно, что каждая нить миозина окружена шестью нитями актина.
Когда из центральной нервной системы по аксону нейрона приходит нервный импульс, то из утолщения на конце аксона, расположенного на поверхности мышечного волокна, выделяется небольшое количество особого химического вещества - медиатора. Такие утолщения в месте контакта нервной и мышечной клеток получили название нервно-мышечного синапса. Медиатором в синапсах скелетных мышц является ацетилхолин. Под действием ацетилхолина состояние актина и миозина меняется, и нити миозина начинают заходить глубже в промежутки между нитями актина. Таким образом, каждый саркомер укорачивается примерно в два раза, 2-пластины сближаются, и все мышечное волокно укорачивается или сокращается. Если сократилось большое число волокон какой-либо мышцы, то вся она сокращается, утолщаясь при этом. Как только действие ацетилхолина прекращается, происходит расслабление мышцы: миозин выходит из промежутков между нитями актина, длина всех саркомеров возвращается в исходное состояние, а следовательно, и длина всей мышечной клетки увеличивается до исходной.
Работа поперечнополосатых мышц
На работу мышц тратится большое количество АТФ. Вот почему содержание этого вещества в мышцах заметно выше, чем в клетках большинства органов. Скелетные мышцы способны развивать значительное усилие. Так, одно мышечное волокно, сокращаясь, способно поднять груз весом до 200 милиграммов. Считается, что во всех мышцах человека содержится около 30 миллионов волокон. Таким образом, все мышцы человека, сократясь одновременно, способны создать усилие в 30 тонн! Однако это чисто теоретический расчет, так как все мышцы не могут сократиться одновременно ни при каких условиях.
Чем чаще сокращается какая-либо мышца и чем выше на нее нагрузка, тем быстрее развивается в ней утомление. Утомлением называется временное снижение работоспособности мышц. Причины утомления заключаются в том, что при работе в мышце накапливаются продукты обмена, препятствующие ее нормальному сокращению: молочная кислота, фосфорная кислота, калий и др. Кроме того, при длительной работе происходит утомление в тех отделах мозга, которые управляют движениями. Однако при кратковременном прекращении работы, то есть отдыхе, работоспособность мышц быстро восстанавливается, так как кровь удаляет из мышц вредные продукты обмена. У тренированных людей это происходит очень быстро, а у людей с нетренированными мышцами кровоток в них слабее, продукты обмена выносятся медленно, и такие люди после физической работы долго мучаются болями в мышцах.
В естественных условиях мышца сокращается рефлекторно, под действием импульсов, приходящих из центральной нервной системы. Примером сгибательных рефлексов может служить коленный рефлекс. Рецепторы этого простейшего двигательного рефлекса лежат в сухожилиях мышц, и когда невропатолог ударяет молоточком по сухожилию, рецептор растяжения возбуждается и посылает нервные импульсы в спинной мозг. Рецептор представляет собой окончание аксона чувствительного (афферентного) нейрона.
Тела этих нейронов находятся в специальных узлах, расположенных вдоль спинного мозга. По аксону чувствительного нейрона возбуждение (сигнал о том, что сухожилие растянуто) достигает двигательного (эфферентного) нейрона или мотонейрона. Тела мотонейронов расположены в передних рогах спинного мозга. Мотонейрон возбуждается, и по его аксону возбуждение достигает ноги, мышца возбуждается и сокращается. Аксон мотонейрона ветвится в мышце и образует нервно-мышечные окончания (синапсы) на нескольких мышечных волокнах. Мотонейрон и те мышечные волокна, которыми этот мотонейрон управляет, вместе называются двигательной единицей. В глазных мышцах, где требуются очень тонкие движения, один мотонейрон управляет всего 2-5 мышечными волокнами, то есть двигательная единица очень маленькая. В мышцах пальцев руки в двигательной единице содержится 10-20 мышечных волокон. В икроножной мышце, которая не должна совершать очень тонких движений, двигательная единица включает до 1000 волокон.
Характер сокращения мышцы зависит от того, с какой частотой поступают к мышечным волокнам импульсы по аксонам мотонейронов. Если сокращение нужно лишь для поддержания позы, то частота поступающих импульсов равна 5-20 имп./сек, если же необходимо достичь резкого, сильного, длительного сокращения, то эта частота составляет приблизительно 50 имп./сек.
Группы поперечнополосатых мышц
Мышцы верхней конечности разделяют на: 1) мышцы пояса верхних конечностей; 2) мышцы свободной верхней конечности. Мускулатура пояса верхней конечности соединяет лопатку и ключицу с костями грудной клетки. Она обеспечивает движение в области плечевого сустава. Мускулатура свободной верхней конечности включает в себя мышцы плеча, обеспечивающие движение в плечевом и локтевом суставах; мышцы, предплечья, являющиеся сгибателями и разгибателями кисти и пальцев; мышцы кисти, обеспечивающие движение пальцев.
Мышцы, нижней конечности включают в себя: 1) мышцы таза; 2) мышцы свободной нижней конечности. К мышцам таза относят те мышцы, которые начинаются на тазовых костях и прикрепляются к бедренной кости. Эти мышцы участвуют в движении тазобедренного сустава. Кроме того, они участвуют в поддержании вертикального положения тела. К мышцам свободной нижней конечности относят мышцы бедра, сгибающие и разгибающие бедро и голень, а также участвующие в движении тазобедренного сустава; мышцы, голени, сгибающие и разгибающие стопу; мышцы стопы, участвующие в движении подошвы, пальцев и т. д.
К мышцам туловища относят мышцы спины, груди и живота. Мышцы спины участвуют в движении конечностей, обеспечивают вертикальность тела, наклоны и повороты туловища, принимают участие в движениях головы и шеи. Мышцы груди осуществляют движения верхней конечности, межреберные мышцы обеспечивают дыхательные движения. К мышцам груди относят также и диафрагму - мышцу, разделяющую полость тела на грудную и брюшную полости. Диафрагма имеет три отверстия, через которые проходят пищевод и два крупных сосуда - аорта и нижняя полая вена. Диафрагма участвует в дыхании. Когда к ее мышечным волокнам приходят импульсы от нейронов дыхательного центра, она опускается, и объем грудной клетки увеличивается для вдоха. Мышцы живота образуют стенки брюшной полости. Они защищают находящиеся в ней органы и участвуют в сгибании и поворотах туловища.
Мышцы шеи наклоняют и поворачивают голову, а также способны поднимать две верхние пары ребер, участвуя в дыхательных движениях. Мышцы этой группы образуют также нижнюю стенку ротовой полости, опускают нижнюю челюсть и способны изменять положение гортанных хрящей и языка, участвуя в произнесении некоторых звуков.
]Мышцы головы подразделяют на: 1) жевательные; 2) мимические; 3) мышцы, внутренних органов головы. Жевательные мышцы поднимают и опускают нижнюю челюсть, развивая очень значительные усилия при разгрызании, откусывании и пережевывании пищи. Мимические мышцы отличаются от всех скелетных мышц тем, что одним концом они прикреплены к костям черепа, а другим - к коже, изменяя при своем сокращении форму и глубину кожных складок. Мимические мышцы в основном располагаются вокруг отверстий: ротового, глазных, ушных, носовых - и анатомически независимы друг от друга. Сокращаясь, мимические мышцы способны отражать психическое состояние, настроение человека. У животных мимические мышцы развиты гораздо слабее, чем у человека. Мышцы внутренних органов головы, обеспечивают движения языка, мягкого нёба, глаз, среднего уха.
Гладкие мышцы
Гладкие мышцы входят в состав стенок внутренних органов: желудка, кишечника, матки, мочевого пузыря и др., а также большинства кровеносных сосудов. Гладкие мышцы сокращаются медленно и непроизвольно. Гладкомышечные клетки невелики: диаметр и составляет 2-10 микрон, а длина - 50-400 микрон. Эти клетки имеют одно ядро. Основой сократимости гладких мышц, так же как и поперечнополосатых, является взаимодействие белков актина и миозина. Однако нити актина и миозина расположены в клетках гладких мышц не так упорядоченно, саркомеры отсутствуют. Скорость скольжения актина относительно миозина мала: в 100 раз медленнее, чем в поперечнополосатых мышцах. Поэтому гладкие мышцы сокращаются так медленно - в течение десятков секунд. Но благодаря этому тратится меньше АТФ, образуется меньше продуктов обмена и гладкие мышцы могут находиться в состоянии сокращения очень долго, а утомление в них практически не развивается. Например, мышцы стенок артерий находится в сокращенном состоянии всю жизнь человека. Клетки гладких мышц очень тесно прижаты друг к другу, и между ними образованы специальные контакты, через которые возбуждение свободно переходит с одной клетки на другую. Поэтому при возбуждении одной клетки может возбудиться вся гладкая мышца, и по ней пройдет волна сокращения. Это очень важно для нормальных движений стенок желудка и кишечника.
Опорно-двигательную систему, нередко называют костно-мышечной, поскольку скелет и мышцы функционируют вместе. Они определяют форму тела, обеспечивают опорную, защитную и двигательную функции.
— самая активная часть опорно-двигательного аппарата, они крепятся к скелету и заведуют всеми движениями человека, потому что они умеют сокращаться.
Кости выполняют роль пассивных рычагов.
Большинство костей скелета соединено подвижно с помощью суставов. Мышца прикрепляется одним концом к одной кости, образующей сустав, другим концом – к другой кости. При сокращении мышца приводит кости в движение. Благодаря мышцам противоположного действия, кости могут не только совершать те или иные движения, но и фиксироваться относительно друг друга.
Кости и мышцы принимают участие в обмене веществ, в частности в обмене фосфора и кальция.
ФУНКЦИИ
Опорная функция проявляется в том, что кости скелета и мышцы образуют прочный каркас, определяющий положение внутренних органов и не дающий им возможности смещаться.
Защитную функцию выполняют кости скелета, которые защищают органы от травм. Так, спинной и головной мозг находятся в костном «футляре»: головной мозг защищён черепом, спинной – позвоночником.
Грудная клетка закрывает сердце и лёгкие, дыхательные пути, пищевод и крупные кровеносные сосуды. Органы брюшной полости сзади защищены позвоночником, снизу – тазовыми костями, спереди — мышцами брюшного пресса.
Двигательная функция возможна только при условии взаимодействия мышц и костей скелета, так как мышцы приводят в движение костные рычаги.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОСТЕЙ
Химический состав кости человека состоит из:
- Органические вещества
- Минеральные вещества
Гибкость кости зависит от наличия органических веществ, твёрдость – от неорганических.
Наиболее прочные кости у человека в его зрелом возрасте (от 20 до 40 лет).
У детей в костях относительно велика доля органических веществ. Поэтому детские кости редко ломаются. У пожилых людей в костях увеличивается доля минеральных веществ. Поэтому их кости становятся более ломкими.
ТИПЫ КОСТЕЙ
По типу строения различают:
- Трубчатые
- Губчатые
- Плоские кости
Трубчатые кости: служат длинными прочными рычагами, за счёт которых человек может передвигаться в пространстве или поднимать тяжести. К трубчатым костям относятся кости плеча, предплечья, бедра и голени. Рост трубчатых костей завершается к 20-25 годам.
Губчатые кости: в основном несут опорную функцию. К губчатым костям относятся кости тел позвонков, грудины, мелкие кости кисти и стопы.
Плоские кости: выполняют в основном защитную функцию. К плоским костям относятся кости, образующие свод черепа.
МЫШЦЫ
Скелетные мышцы, способны действовать только по сигналам, приходящим из центральной нервной системы.
Энергия, необходимая для сокращения, выделяется при распаде и окислении органических веществ самого мышечного волокна. При этом образуются богатые энергией соединения, способные восстанавливать мышечные волокна во время отдыха.
При работе, близкой к предельной, полноценном питании и достаточном отдыхе, образование новых веществ и структур в мышечных волокнах, обгоняет распад.
За счёт этого происходит тренировочный эффект: мышца становится более мощной и более трудоспособной. Малая подвижность человека — гиподинамия — приводит к ослаблению мышц и всего организма в целом.
ЗАБОЛЕВАНИЯ КОСТНО-МЫШЕЧНОГО АППАРАТА
Гиподинамия — не единственная причина, вызывающая нарушения в скелете. Неправильное питание, недостаток витамина D, заболевания паращитовидных желез — вот далеко не полный перечень причин, нарушающих функцию скелета, особенно у детей. Так, при недостатке в пище витамина D у ребёнка развивается рахит.
При этом уменьшается поступление в организм кальция и фосфора, вследствие чего кости ног под действием тяжести тела искривляются. За счёт неправильного окостенения образуются утолщения на рёбрах, головках пальцевых костей, нарушается нормальный рост черепа.
При рахите страдает не только скелет, но и мышцы, эндокринная и нервная системы. Ребёнок становится раздражительным, плаксивым, пугливым. Витамин D может образовываться в организме под влиянием ультрафиолетовых лучей, поэтому солнечные ванны и искусственное облучение кварцевой лампой предупреждают развитие рахита.
Причиной заболевания суставов могут стать очаги гнойной инфекции при поражении миндалин, среднего уха, зубов и т. д. Грипп, ангина, сильное переохлаждение могут предшествовать заболеванию одного или нескольких суставов. Они припухают, болят, движения в них затрудняются. В суставах нарушается нормальный рост костной и хрящевой ткани, в особо тяжелых случаях сустав теряет подвижность. Вот почему важно следить за состоянием зубов, горла и носоглотки.
Повредить суставы можно и чрезмерной тренировкой. При длительном катании на лыжах, беге, прыжках происходит истончение суставного хряща, иногда страдают коленные мениски. В коленном суставе между бедренной и большой берцовой костями находятся хрящевые прокладки — мениски.
Каждый коленный сустав имеет два мениска — левый и правый. Внутри хрящевого мениска находится жидкость (). Она амортизирует резкие толчки, которые тело испытывает при движениях. Нарушение целостности менисков вызывает резкую боль и сильную хромоту.
НАША ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЛЮБИТ:
НАША ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА НЕ ЛЮБИТ:
- Сидячий и малоподвижный образ жизни, который приводит к атрофии мышц.
- Скудное питание , из-за чего возникает нехватка микро- и макро-элементов, в частности кальция и кремния.
- Лишний вес. Лишний вес оказывает чрезмерную нагрузку на суставы, в результате чего они очень быстро изнашиваются.
- Травмы. Травмы способствуют длительному и вынужденному ограничению движений. В результате которых начинают страдать не только мышцы и суставы, но и правильная выработка суставной жидкости, или, как её ещё называют — синовиальная жидкость.
Раздел, изучающий данную систему в биологии называется анатомия. Опорно-двигательная система (ОДС), или опорно-двигательный аппарат (ОДА), которая включает в себя мышечные ткани/мышцы, кости, суставы, связки и обеспечивает пространственное перемещение организма.
Выполняет ряд функций:
- защитная;
- рессорная;
- опорная;
- принимает участие в кроветворении и минеральном обмене веществ;
- дает возможность к передвижению.
ОДА принято разделять на две части активная/динамическая и пассивная/статическая.
Активная часть
Являются мышцы, диафрагма. Наука, занимающаяся изучением мышц называется миология. Главное свойство данной ткани - сократимость. Она же и обеспечивает строение и функционирование. Мышцы делятся на два вида: непроизвольная (неисчерченная), образующая стенки определенных внутренних органов и произвольная (исчерченная), или скелетная, поперечноисчерченная (сердечная). Сокращение произвольной мышцы происходит по желанию человека. Она и участвую в деятельности двигательной системы.
Пассивная часть
Является скелет.
Совокупность всех видов костей, которые воспроизводят ряд одинаковых функций принято именовать скелетом.
Скелет предназначен для защиты и опоры всего организма. Образует структуру тела и имеет достаточно большое влияние на то, какой формы и размеров оно будет. Большая часть скелета является местом локации и защиты важных внутренних органов. Примером таких частей будет является череп, таз, позвоночник и грудная клетка
Опора достигается при помощи сцепления мягких тканей и органов к определенным частям скелета.
В процессе исторического развития происходит последовательное изменение трех видов скелета, она же прослеживается при внутриутробном развитии.
- Соединительнотканный, или перепончатый;
- Хрящевой скелет;
- Костный скелет.
Эти этапы присутствуют фактически во всех костях. Исключение: кости черепа (свод), кости образующие лицо, ключица (происходит образование без этапа хряща).
И та и другая части опорно-двигательного аппарата функционируют друг с другом и связаны между собой.
Опорно-двигательный аппарат
Аппарат - это функциональное объединение разнородных систем и составляющих их органов. Термин аппарат употребляется и при обозначении мелких структур, имеющих определенное и важное функциональное значение, например, воспринимающий аппарат нервной клетки (рецептор). Под аппаратом понимают совокупность отдельных органов и систем, отличающихся по строению, топографии и развитию, но объединенных общей функцией.
Под органом понимается совокупность эволюционно сложившихся различных тканей, среди которых одна или несколько преобладают, определяя его специфическую форму, внутреннее строение, топографию, развитие и функцию. Органы состоят из тканей, которые имеют клетки и межклеточное вещество. В систему входят органы однородные по развитию, строению и функции.
Структурно-функциональные единицы органов представляют совокупность главных и вспомогательных клеток вместе с сосудами и нервами их обеспечивающими. В результате схема построения организма выглядит как иерархическая, целостная и соподчиненная структура: организм -- аппараты и системы органов -- органы -- структурно-функциональные единицы -- ткани -- клетки -- клеточные элементы и межклеточное вещество - биохимические соединения - молекулы и атомы.
Опорно-двигательный аппарат человека включает три системы - костную, суставную и мышечную. Они имеют общее происхождение из мезодермы, но разное строение и топографию, хотя и объединены единой функцией опоры тела и его передвижения, что связано с преодолением земного притяжения (антигравитационный аппарат). Пассивную часть в нем составляют кости и их соединения, относящиеся к твердому скелету, активную - мышцы. В аппарате имеется и мягкий скелет, представленный фасциями, связками, мембранами, клетчаткой.
Все соединения костей подразделяются на непрерывные, прерывистые (синовиальные или суставы) и полупрерывистые.
Скелетные, поперечно-полосатые мышцы, используя кости и суставы как систему подвижных рычагов, обеспечивают передвижение в пространстве. В условиях пониженной или отсутствующей гравитации при космических полетах в опорно-двигательном аппарате происходят атрофические изменения, что требует создания искусственных приспособлений для постоянного воздействия на его органы (костюмы космонавтов типа «Чибис» применяются и в медицине при лечении детей с церебральным параличом).
Происхождение и развитие опорно-двигательного аппарата связано с мезодермой, которая появляется на третьей неделе эмбрионального периода. В начале формируется спинная струна (зачаток позвоночного столба), вокруг нее образуется сегментированная мезодерма тела эмбриона. В последующем из сегментированной мезодермы и хорды возникают сомиты, которые включают три составные части: склеротом, миотом и дерматом. Из склеротома развиваются кости и суставы, из миотома -- скелетные мышцы, из дерматома -- кожа.
К опорно-двигательному аппарату относятся мышцы и кости.
Пассивную часть опорно-двигательного аппарата человека составляет комплекс костей и их соединений -- скелет. Скелет состоит из костей черепа, позвоночника и грудной клетки (так называемый осевой скелет), а также костей верхних и нижних конечностей (добавочный скелет). Скелет характеризуется высокой прочностью и гибкостью, которая обеспечивается способом соединения костей друг с другом.
Подвижное соединение большинства костей придает скелету необходимую гибкость и обеспечивает свободу движений. Помимо фиброзных и хрящевых непрерывных соединений (ими в основном соединяются между собой кости черепа), в скелете существует несколько видов менее жестких соединений костей. Каждый из типов соединения зависит от требуемой степени подвижности и вида нагрузок на данный участок скелета. Соединения с ограниченной подвижностью называются полусуставами или симфизами, а прерывные (синовиальные) соединения -- суставами. Сложная геометрия суставных поверхностей в точности отвечает степени свободы данного соединения.
Скелет человека продолжает свое формирование в течение всей жизни: кости постоянно обновляются и растут, отвечая росту всего организма; отдельные кости (например, копчиковые или крестцовые), которые у детей существуют раздельно, по мере взросления срастаются в единую кость. К моменту рождения кости скелета окончательно еще не сформированы и многие из них состоят из хрящевой ткани.
Внутреннее строение каждой из костей скелета оптимально приспособлено для того, чтобы кость могла успешно выполнять все те многочисленные функции, которые возложены на нее природой. Участие костей, составляющих скелет, в обмене веществ обеспечивается кровеносными сосудами, пронизывающими каждую кость. Нервные окончания, проникающие в кость, позволяют ей, а также всему скелету в целом расти и видоизменяться, адекватно реагируя на изменение жизненной среды и внешних условий существования организма.
Структурной единицей опорного аппарата, образующей кости скелета, а также хрящи, связки, фасции и сухожилия, является соединительная ткань. Общей характеристикой различных по строению соединительных тканей является то, что все они состоят из клеток и межклеточного вещества, в состав которого входят волокнистые структуры и аморфное вещество. Соединительная ткань выполняет различные функции: в составе органов трофическую -- формирование стромы органов, питание клеток и тканей, транспорт кислорода, углекислого газа, а также механическую, защитную, то есть объединяет различные виды тканей и предохраняет органы от повреждений, вирусов и микроорганизмов.
Соединительная ткань подразделяется на собственно соединительную ткань и специально соединительную ткань с опорными (костная и хрящевая ткани) и гемопоэтическими (лимфатическая и миелоидная ткани) свойствами.
Скелет выполняет опорную, защитную функции, функцию движения, кроветворения и участвует в обмене веществ, особенно минеральном (кости являются депо солей Р, Са, магния, железа и т.д.). Мышцы, прикрепляясь к костям, при сокращении перемещают их относительно друг друга, что обеспечивает движение. Мышцы выполняют опорную функцию, поддерживают определенное положение тела.
Защитная функция мышц заключается в том, что они входят в состав стенок, которые ограничивают полости тела и защищают внутренние органы от механического повреждения.
В процессе онтогенеза мышцы стимулируют созревание ЦНС.
В период эмбриогенеза развивающийся организм получает ограниченное количество раздражений.
При движении плода раздражаются рецепторы мышц и импульсы от них идут в ЦНС, а это дает возможность нервным клеткам развиваться. То есть ЦНС направляет и стимулирует рост и развитие мышц, а мышцы влияют на формирование структуры и функции ЦНС.
Химический состав, развитие, строение и соединение костей
Кость является органом, так как она обладает всеми характерными для него признаками: имеет определенную форму, строение, функцию, развитие, положение в организме и построена из нескольких тканей, преимущественно костной. Химический состав кости взрослого человека: вода - 50%, неорганические вещества - 22%, органические вещества, которые в совокупности называются оссеином - 28% (в том числе жир, коллаген, углеводы, нуклеиновые кислоты).
Костная ткань формирует костный скелет головы и конечностей, осевой скелет туловища, защищает органы, располагающиеся в черепе, грудной и тазовых полостях, участвует в минеральном обмене. Кроме того, костная ткань определяет форму тела.
Костная ткань подразделяется на грубоволокнистую, характерную для зародышей и молодых организмов, и пластинчатую ткань, составляющую кости скелета, которая, в свою очередь, делится на губчатую, содержащуюся в эпифизах костей, и компактную, находящуюся в диафизах трубчатых костей.
Хрящевая ткань образована клетками хондроцитами и межклеточным веществом повышенной плотности. Хрящи выполняют опорную функцию и входят в состав различных частей скелета.
Кость новорожденного характеризуется большим количеством воды, кроме этого кости детей имеют больше оссеина, который придает кости упругость и эластичность. Кости людей старшего поколения имеют большее количество неорганических веществ, что придает кости хрупкость и ломкость.
Костный скелет взрослого человека насчитывает 203-206 костей, а ребенка - 356.
Кость в своем развитии проходит три стадии:
- 1) соединительнотканную, или перепончатую (3-4 недели внутриутробного развития);
- 2) хрящевую (5-7 недель внутриутробного развития);
- 3) костную (точки окостенения появляются с 8-ой недели внутриутробного развития).
Эти 3 стадии проходят почти все кости и тогда они называются вторичными костями. Но есть кости, которые проходят только 1 и 3 стадии, тогда они называются первичными костями. К ним относятся: кости свода черепа, большинство костей лицевого черепа, средняя часть ключицы.
Структурная единица кости называется остеоном или гаверсовой системой. Остеон -- это система костных, концентрически расположенных пластинок вокруг канала, в котором проходят сосуды и нервы (гаверсов канал). Остеоны образуют в своей совокупности компактное вещество кости, расположенное под надкостницей, тонкой пластинкой, которая покрывает кость сверху. Под компактным веществом располагается губчатое вещество кости. Оно имеет перекладины, образующие единую балочную систему, обеспечивающую равномерное распределение сил нагрузки на всю кость.
Костная ткань, как и любая другая соединительная ткань, состоит из клеток (их три вида: остеоциты, остеобласты и остеокласты) и межклеточного вещества (в его состав входят коллагеновые волокна и неорганические соли).
Надкостница - это соединительнотканная пластинка, которая состоит из двух слоев: фиброзного (наружного) и камбиального (внутреннего). Камбиальный слой представлен остеобластами, которые формируют кость во время роста организма, то есть осуществляют рост кости в толщину. Через надкостницу осуществляется питание и иннервация кости. Надкостница покрывает почти все кости, кроме плоских костей черепа.
По форме различают длинные, короткие, плоские и смешанные кости. Длинные и короткие кости в зависимости от внутреннего строения, а также от особенностей развития можно подразделить на трубчатые и губчатые.
Рост кости в длину осуществляется за счет замены хрящевой ткани костной.
Этот процесс называется процессом окостенения. Он может идти двумя путями: энхондрально - точки окостенения появляются внутри хряща, и перихондрально - точки окостенения появляются на поверхности хряща.
В эпифизах, коротких костях, в отростках костей окостенение осуществляется по энхондральному типу, а в диафизах - по перихондральному. Рост длинных костей начинается с появления в средней части диафиза очагов окостенения (костная манжетка), которые образуются за счет деления остеобластов. Костная манжетка растет по направлению к эпифизам. Одновременно внутри кости остеокласты создают костную полость путем лизиса хрящевой середины.
Для нормального роста костей и их формирования необходимо полноценное питание: пища ребенка должна содержать в достаточном количестве соли Р и Са, витамина А (недостаток сужает сосуды надкостницы), С (при его недостатке не формируются костные пластинки), Д (при недостатке нарушается обмен Р и Са).
Соединения костей подразделяют на две основные группы: непрерывные соединения - синартрозы и прерывные соединения - диртрозы.
Синартрозы - это соединения костей с помощью соединительной ткани (хрящевой или костной).
Эти соединения малоподвижны или неподвижны. Они встречаются там, где угол смещения одной кости по отношению к другой невелик.
В зависимости от ткани, соединяющей кости, все синартрозы делятся на: синдесмозы - кости соединяются с помощью волокнистой соединительной ткани (фиброзной); синхондрозы -- кости соединяются с помощью хряща; синостозы - неподвижные соединения с помощью костной ткани.
Диартрозы - это прерывные подвижные соединения, для которых характерно наличие четырех основных элементов: суставной капсулы, суставной полости, синовиальной жидкости, суставных поверхностей.