Важная часть опорно-двигательной системы человека - скелет, состоящий из более чем двухсот различных костей. Он дает возможность людям двигаться, поддерживает внутренние органы. Кроме того, являются сосредоточением минеральных веществ, а также оболочкой, в которой содержится костный мозг.
Функции скелета
Различные виды костей, составляющих скелет человека, в первую очередь выступают в качестве средства опоры и поддержки тела. Некоторые из них служат вместилищем определенных внутренних органов, например головного мозга, размещающегося в костях черепа, легких и сердца, расположенных в грудной клетке, и других.
Возможностью совершать различные движения и передвигаться мы также обязаны собственному скелету. Кроме того, кости человека содержат в себе до 99% кальция, находящегося в организме. Большое значение в жизнедеятельности человека имеет красный костный мозг. Находится он в черепе, позвоночнике, грудине, ключицах и некоторых других костях. В костном мозге зарождаются клетки крови: эритроциты, тромбоциты и лейкоциты.
Строение кости
Анатомия кости имеет необычайные свойства, определяющие ее прочность. Скелет должен выдерживать нагрузку в 60-70 кг - это средний вес человека. Кроме того, кости туловища и конечностей работают как рычаги, позволяющие нам совершать движения и выполнять различные действия. Это достигается за счет их удивительного состава.
Кости состоят из органических (до 35%) и неорганических (до 65%) веществ. К первым относят белок, преимущественно коллаген, определяющий упругость и эластичность тканей. За твердость отвечают неорганические вещества - соли кальция и фосфора. Сочетание данных элементов придает костям особенную прочность, сравнимую, например, с чугуном. Они могут прекрасно сохраняться в течение многих лет, о чем свидетельствуют результаты различных раскопок. могут исчезнуть в результате прокаливания тканей, а также при воздействии на них серной кислотой. Минеральные же вещества очень устойчивы к внешним воздействиям.
Кости человека пронизаны специальными канальцами, по которым идут кровеносные сосуды. В их строении принято различать компактное и губчатое вещества. Их соотношение определяется местоположением кости в теле человека, а также выполняемыми ею функциями. На тех участках, где требуется устойчивость к большим нагрузкам, основным является плотное компактное вещество. Такая кость состоит из множества цилиндрических пластинок, помещенных одна в другую. Губчатое вещество своим внешним видом напоминает пчелиные соты. В его полостях находится красный костный мозг, а у взрослых людей - еще и желтый, в котором сосредоточиваются жировые клетки. Покрывает кость особая соединительнотканная оболочка - надкостница. Она пронизана нервами и сосудами.
Классификация костей
Существуют различные классификации, которые охватывают все виды костей скелета человека в зависимости от их расположения, строения и функций.
1. По местоположению:
- черепные кости;
- кости туловища;
- кости конечностей.
2. По развитию выделяют следующие виды костей:
- первичные (появляются из соединительной ткани);
- вторичные (образуются из хряща);
- смешанные.
3. Различают следующие виды костей человека по строению:
- трубчатые;
- губчатые;
- плоские;
- смешанные.
Таким образом, науке известны различные виды костей. Таблица дает возможность более наглядно представить данную классификацию.
Трубчатые кости
Трубчатые длинные кости состоят как из плотного, так и из губчатого вещества. Их можно разделить на несколько частей. Середина кости образована компактным веществом и имеет вытянутую трубчатую форму. Этот участок называется диафизом. В его полостях сначала содержится красный костный мозг, который постепенно заменяется желтым, содержащим жировые клетки.
На концах трубчатой кости расположен эпифиз - это участок, образованный губчатым веществом. Внутри него помещается красный костный мозг. Участок между диафизом и эпифизом называют метафизом.
В период активного роста детей и подростков в нем находится хрящ, за счет которого и растет кость. С течением времени анатомия кости меняется, метафиз полностью превращается в костную ткань. К длинным относят бедро, плечо, кости предплечья. Немного другое строение имеют трубчатые малые кости. Они обладают лишь одним истинным эпифизом и, соответственно, одним метафизом. К таким костям относят фаланги пальцев, кости плюсны. Они выполняют функцию коротких рычагов движения.
Губчатые виды костей. Картинки
Название костей часто указывает на их строение. Например, губчатые кости образованы из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Они не имеют развитых полостей, поэтому красный костный мозг помещается в небольших ячейках. Губчатые кости также бывают длинными и короткими. К первым относятся, например, грудина и ребра. Короткие губчатые кости участвуют в работе мышц и являются своеобразным вспомогательным механизмом. К ним относятся кости запястья, позвонки.
Плоские кости
Эти виды костей человека, в зависимости от своего местоположения, имеют разное строение и выполняют те или иные функции. Кости черепа являются, прежде всего, защитой для головного мозга. Они образованы двумя тоненькими пластинами плотного вещества, между которыми расположено губчатое. В нем находятся отверстия для вен. Плоские кости черепа развиваются из соединительной ткани. Лопатка и также относятся к типу плоских костей. Образованы они практически полностью из губчатого вещества, которое развивается из хрящевой ткани. Такие виды костей выполняют функцию не только защиты, но и опоры.
Смешанные кости
Смешанные кости представляют собой соединение плоских и коротких губчатых или трубчатых костей. Они развиваются различными путями и выполняют те функции, которые необходимы на том или ином участке скелета человека. Такие виды костей, как смешанные, встречаются в теле височной кости, позвонках. К ним относится, например, ключица.
Хрящевая ткань
Хрящевая ткань имеет эластичную структуру. Она формирует ушные раковины, нос, некоторые части ребер. Хрящевая ткань располагается также между позвонками, так как прекрасно сопротивляется деформирующей силе нагрузок. Она обладает высокой прочностью, отличной устойчивостью к истиранию и сдавливанию.
Соединение костей
Существуют разные которые определяют степень их подвижности. Кости черепа, например, имеют тонкую прослойку соединительной ткани. При этом они абсолютно неподвижны. Такое соединение называют фиброзным. Между позвонками также находятся участки соединительной или хрящевой тканей. Такое соединение называют полуподвижным, так как кости хоть и с ограничением, но могут немного перемещаться.
Наивысшей подвижностью обладают суставы, образующие синовиальные соединения. Кости в суставной сумке удерживаются связками. Эти ткани одновременно гибкие и прочные. Для того чтобы уменьшить трение, в суставе находится особая маслянистая жидкость - синовия. Она обволакивает концы костей, покрытые хрящевой тканью, и облегчает их движения.
Различают несколько видов суставов. Как название костей определяется их строением, так и название суставов зависит от формы костей, которые они соединяют. Каждый тип позволяет совершать определенные движения:
- Шаровидный сустав. При таком соединении обеспечивается перемещение костей сразу во многих направлениях. К таким суставам относят плечевой, тазобедренный.
- Блоковидный сустав (локтевой, коленный). Предполагает движения исключительно в одной плоскости.
- Цилиндрический сустав дает возможность костям двигаться относительно друг друга.
- Плоский сустав. Он малоподвижен, обеспечивает движения небольшого размаха между двумя костями.
- Эллипсоидный сустав. Таким образом соединены, например, лучевая кость с костями запястья. Они могут совершать движения из стороны в сторону в пределах одной плоскости.
- Благодаря седловидному суставу большой палец руки может перемещаться в разных плоскостях.
Влияние физических нагрузок
Степень физических нагрузок оказывает значительное влияние на форму и строение костей. У разных людей одна и та же кость может иметь свои особенности. При постоянных внушительных физических нагрузках утолщается компактное вещество, а полость, наоборот, сокращается в размерах.
Негативно влияет на состояние костей длительное пребывание в постели, малоподвижный образ жизни. Ткани истончаются, теряют свою прочность и эластичность, становятся хрупкими.
Меняется под действием физических нагрузок и форма костей. Те места, где на них воздействуют мышцы, могут стать более плоскими. При особенно интенсивном давлении с течением времени могут даже возникнуть небольшие углубления. На участках сильного растяжения, где на кости воздействуют связки, могут образовываться утолщения, различные неровности, бугорки. Особенно такие изменения характерны для людей, профессионально занимающихся спортом.
На форму костей оказывают влияние и разнообразные травмы, особенно полученные во взрослом возрасте. При срастании перелома могут возникнуть всевозможные деформации, которые зачастую негативно сказываются на эффективно управлять своим телом.
Возрастные изменения костей
В разные периоды жизни человека строение его костей неодинаково. У младенцев практически все кости состоят из губчатого вещества, которое покрывается тонким слоем компактного. Их непрерывный, до определенного времени, рост достигается за счет увеличения в размерах хрящей, которые постепенно замещаются костной тканью. Эта трансформация продолжается до 20 лет у женщин и примерно до 25 - у мужчин.
Чем моложе человек, тем больше органических веществ содержится в тканях его костей. Поэтому в раннем возрасте они отличаются эластичностью и гибкостью. У взрослого человека объем минеральных соединений в костной ткани составляет до 70%. При этом с определенного момента начинается уменьшение количества солей кальция и фосфора. Кости становятся хрупкими, поэтому у людей пожилого возраста часто возникают переломы даже в результате небольшой травмы или неосторожного резкого движения.
Подобные переломы заживают продолжительное время. Существует особое заболевание, характерное для людей пожилого возраста, особенно женщин - остеопороз. Для его профилактики при достижении возраста 50 лет необходимо обратиться к врачу для проведения некоторых исследований, позволяющих оценить состояние костной ткани. При соответствующем лечении значительно сокращается риск возникновения переломов и укорачивается время их заживления.
Кости скелета образованны костной тканью. В состав костей входят неорганические вещества (придают твердость) и органические (придают гибкость и упругость). Поверхность костей покрыта надкостницей (тонкий слой соединительной ткани). В надкостнице проходят кровеносные сосуды и нервы.
По форме кости бывают длинные (трубчатые, например: плечевая, бедренная), короткие (губчатые, например: грудина, ребра), плоские (например: кости свода черепа) и смешанные (например:: позвонки). Короткие кости образованны, в основном, губчатым веществом. Такое же строение имеют плоские кости. В губчатом веществе находится красный костный мозг, который является кроветворным органом. Длинные кости полые. В полостях этих костей находится соединительная ткань богатая жиром - желтый костный мозг. Головки трубчатых костей образованны губчатым веществом.
Кость растет не по всей длине, а только в определенных зонах. Эти зоны (зоны роста), обычно расположены на концах кости. Здесь находятся клетки, которые постоянно делятся и образуют хрящевую пластинку. По мере взросления человека она заменяется костной, т.е. увеличивает длину кости.
Скелет взрослого человека состоит примерно из 220 костей, которые соединены между собой. Соединения костей бывают: непрерывные: швы (например: соединения костей черепа); прерывные: суставы (например: соединение плечевой кости с лопаткой).
Существует несколько типов подвижных суставов: шаровидные, блоковидные, плоские, эллипсоидные, цилиндрические, мыщелковые, седловидные. Разные типы суставов обеспечивают разную степень подвижности, причем шаровидный сустав обеспечивает наибольший диапазон движений (тазобедренный сустав). Мыщелковый допускает только один тип движений – разгибание и сгибание (коленный сустав). Блоковидный сустав позволяет движения лишь в одной плоскости (такие как, сгибания и выпрямление локтя). Цилиндрический сустав обеспечивает один тип движений – вращение костей относительно друг друга (соединяющий локтевую и лучевую кость). Вращательный сустав обеспечивает вращательные движения (соединение между атлантом и вторым шейным позвонком). Седловидный сустав позволяет скользящие движения в двух направлениях, обеспечивая почти такую же подвижность, как шаровидный сустав (сустав большого пальца кисти). Эллипсоидный сустав позволяет движения в двух направлениях, примером является лучезапястный сустав.
В скелете человека выделяют кости туловища, черепа, конечностей (верхних и нижних).
К костям туловища относятся позвонки, рёбра и грудина. Позвонки, располагаясь в виде костных колец един под другим, образуют позвоночный столб. Он состоит из 33-34 позвонков и делится на отделы: шейный - 7 позвонков, грудной -12 позвонков, поясничный - 5 позвонков, крестцовый - 5 позвонков, копчиковый - 4-5 позвонков. Позвоночный столб имеет 4 изгиба: два из них (шейный и поясничный) обращены выпуклостью вперед и два (грудной и крестцовый) - назад. Каждый позвонок состоит из тела, дуги и отходящих от нее отростков. Наиболее массивные позвонки находятся в поясничном отделе, позвонки крестцового отдела срастаются в массивную кость - крестец. Внутри позвоночного столба в позвоночном канале расположен спинной мозг.
Рёбра представляют собой узкие изогнутые пластинки, симметрично расположенные по бокам грудного отдела позвоночного столба. У человека 12 пар рёбер. Верхние семь пар ребер соединяются с помощью хрящей с грудиной, их называют истинными; следующие пять пар ребер называют ложными, из них восьмая, девятая и десятая пары соединяются с хрящом вышележащего ребра, образуя дугу, а одиннадцатая и двенадцатая пары хрящей не имеют, передние концы их свободны.
Грудина представляет собой плоскую кость, состоящую из рукоятки, тела, мечевидного отростка, расположена по средней линии груди. Грудной отдел позвоночного столба, рёбра и грудина образуют грудную клетку.
Череп состоит из парных и непарных костей, которые соединены друг с другом посредством швов. В черепе различают мозговой и лицевой отделы. Мозговой отдел состоит из 8 костей: 4 непарные - затылочная, клиновидная, решетчатая, лобная, 2 парные - теменные и височные. Затылочная кость образует заднюю стенку черепа и его основание, имеет большое затылочное отверстие, через которое спинной мозг соединяется с головным. Лицевой отдел формируют верхняя челюсть, образованная двумя сросшимися верхнечелюстными костями, носовые кости, сошник - непарная кость, участвующая в образовании перегородки носа, а также слезные, скуловые, небные кости. В этот отдел входит нижняя челюсть - подвижно сочленяющаяся с помощью суставов кость.
Скелет верхних конечностей делят на кости пояса верхней конечности (ключица и лопатка) и на кости свободной конечности (плечевая кость, кости предплечья и кисти). Лопатка - плоская кость треугольной формы, располагающаяся между мышцами спины на уровне 2-7 рёбер. Ключица - трубчатая кость 8 - образной формы, которая одним концом соединена с грудиной, другим - с лопаткой. Плечевая кость относится к трубчатым костям. В ней различают тело и два конца - верхний и нижний. Верхний конец утолщён в виде головки полушаровидной формы и участвует в образовании плечевого сустава. К костям предплечья относятся лучевая и локтевая кости. Лучевая кость расположена кнаружи от локтевой. Кости предплечья вместе с плечевой костью составляют локтевой сустав, а с костями запястья - лучезапястный сустав. Кисть состоит из костей запястья, пястья и пальцев (фаланги). Запястье состоит из 8 косточек, расположенных в два ряда. Пять костей пястья образуют ладонь. Фаланг пальцев 14 (по 3 на каждом пальце, кроме большого пальца - у него 2 фаланги).
Скелет нижних конечностей состоит из костей пояса нижних конечностей и костей свободных нижних конечностей. К поясу нижних конечностей относят парные тазовые кости, каждая из которых состоит из трех сросшихся костей: подвздошной, седалищной, лобковой. Тазовое кольцо вместе с крестцом образует таз, в котором расположена часть органов брюшной полости.
К костям свободной нижней конечности относят бедренную кость, кости голени и стопы. Бедренная кость относится к длинным трубчатым костям. Ее головка в верхней части входит в углубление тазовой кости, образуя тазобедренный сустав. Голень включает в себя большую и малую берцовые кости. Вместе с бедренной костью и надколенником они образуют коленный сустав. В стопе различают предплюсну, состоящую из семи костей (наиболее крупные -пяточная и таранная), плюсну и фаланги пальцев. Кости голени соединяются с костями плюсны голеностопным суставом.
Таким образом, скелет и образующие его кости имеют сложное строение и химический состав, обладают большой прочностью. Они выполняют в организме функции опоры, передвижения, защиты, являются «депо» солей кальция, фосфора. Опорная функция скелета состоит в том, что кости объединяют прикрепляющиеся к ним мягкие ткани (мышцы, фасции и другие органы), участвуют в образовании стенок полостей, в которых помещаются внутренние органы. Кости скелета выполняют функции длинных и коротких рычагов, приводимых в движение мышцами. В результате части тела обладают способностью к передвижению.
Сочетание необходимых механических качеств кости - одновременно гибкости и механической прочности - обеспечивается ее составом. Кость на 2/3 состоит из неорганического вещества (солей кальция) и на 1/3 - из органического вещества (белка оссеина). Соли кальция придают кости высокую твердость, а оссеин обеспечивает значительную эластичность.
В строении кости выделяют надкостницу (периост), компактное вещество, губчатое вещество и костный мозг.
Надкостница (periosteum) покрывает всю наружную поверхность кости, кроме сустава. Ее пронизывает множество тонких кровеносных сосудов и нервных волокон, по костным канальцам проникающих в глубь кости, за счет чего обеспечивается ее кровоснабжение и иннервация. По своему строению надкостница представляет собой тонкую пластину из соединительной ткани, ее наружный слой состоит из плотных фиброзных волокон, а внутренний - из волокнистой и рыхлой соединительной ткани, в которой залегают остеобласты - костеобразующие клетки. Внутренний слой надкостницы называется камбиальным, он отвечает за рост кости в толщину; остеобласты камбиального слоя обеспечивают также восстановление кости после переломов.
Компактное вещество (substantia compacta), состоящее из костных пластинок, плотным слоем покрывает периферию кости. Часть костных пластинок, составляющих компактное вещество, образует собственно структурную единицу кости - остеон.
Остеон - цилиндрическое образование, состоящее из нескольких слоев костных пластинок цилиндрической формы, как бы вставленных друг в друга и окружающих центральный канал, в котором проходят нервы и кровеносные сосуды. Промежутки между остеонами занимают вставочные пластинки; снаружи и изнутри остеоны и вставочные пластинки покрыты окружающими пластинками. Остеоны располагаются в соответствии с нагрузками, действующими на данную кость.
Губчатое вещество кости (substantia spongiosa), расположенное под компактным, отличается пористой структурой. Оно образовано костными перекладинами (трабекулами), которые, в свою очередь, также состоят из костных пластинок, ориентированных в соответствии с направлением действующих на кость нагрузок.
Костный мозг (medulla ossium) обеспечивает функционирование кости как органа. Различают желтый (medulla ossium flava) и красный (medulla ossium rubra) костный мозг.
Желтый костный мозг расположен в костно-мозговой полости и состоит в основном из жировых клеток (именно они определяют его цвет).
Красный костный мозг, расположенный в губчатом веществе кости, - орган костеобразования и кроветворения. Он состоит из ретикулярной ткани и густо пронизан кровеносными сосудами. По этим сосудам клетки крови, созревающие в кроветворных элементах (стволовых клетках) красного костного мозга, попадают в общий кровоток организма. В петлях ретикулярной ткани, помимо стволовых клеток, располагаются также клетки, образующие и разрушающие кость, - остеобласты и остеокласты.
По форме все многообразие костей скелета разделяется на четыре группы: выделяют трубчатые, губчатые, плоские и смешанные кости. Неодинаковая роль этих костей в скелете обуславливает и различия в их внутреннем строении.
Трубчатые кости отличаются наличием более или менее вытянутой цилиндрической средней части - диафиза, или тела кости. Диафиз (diaphysis) состоит из компактного вещества, окружающего внутреннюю костно-мозговую полость (cavitas medullaris), содержащую желтый костный мозг. Различают длинные и короткие трубчатые кости: к длинным костям относятся кости плеча, предплечья, бедра и голени, а к коротким - фаланги пальцев, а также кости пясти и плюсны. Диафиз длинных трубчатых костей с обеих сторон оканчивается эпифизом (epiphysis), который заполнен губчатым веществом, содержащим красный костный мозг. Между собой эпифиз и диафиз разделяются метафизом (metaphisis).
Губчатые кости, состоящие из губчатого вещества, также разделяют на длинные и короткие. К длинным губчатым костям относятся кости грудной клетки - ребра и грудина, а к коротким - позвонки, кости запястья, предплюсны, а также сесамовидные кости (расположенные в сухожилиях мышц рядом с суставами). От трубчатых костей губчатые отличаются отсутствием костно-мозговой полости; снаружи губчатые кости покрыты тонким слоем компактного вещества.
К плоским костям относятся кости лопатки, тазовая кость, кости крышки черепа. Плоские кости по строению сходны с губчатыми (также состоят из губчатого вещества, снаружи покрытого компактным веществом) и отличаются от последних формой.
Помимо перечисленных, в скелете выделяются также смешанные кости, которые состоят из частей, различных по своим функциям, форме и происхождению. Смешанные кости встречаются среди костей основания черепа.