Строение и функции опорно-двигательного аппарата человека

Строение и  функции опорно-двигательного аппарата человека

 

1. УЧЕНИЕ О КОСТЯХ И ИХ СОЕДИНЕНИЯХ (ОСТЕОАРТРОЛОГИЯ)

 

1.1 Общая анатомия  скелета

Скелет (от греч. skeleton — высохший, высушенный) представляет собой комплекс костей, выполняющих опорную, защитную, локомоторную функции. В состав скелета входит более 200 костей, из них 33—34 непарные. Скелет условно подразделяют на две части: осевой и добавочный. К осевому скелету относится позвоночный столб (26 костей), череп (29 костей), грудная клетка (25 костей); к добавочному — кости верхних (64) и нижних (62) конечностей (рис. 1). Масса «живого» скелета у новорожденных около 11% массы тела, у детей разного возраста — от 9 до 18%. У взрослых людей отношение массы скелета к массе тела до пожилого, старческого возраста сохраняется на уровне до 20%, затем несколько уменьшается.

Кости скелета являются рычагами, приводимыми в движение мышцами. В результате этого части тела изменяют положение по отношению  друг к другу и передвигают  тело в пространстве. К костям прикрепляются  связки, мышцы, сухожилия, фасции. Скелет образует вместилища для жизненно важных органов, защищая их от внешних воздействий: в полости черепа расположен головной мозг, в позвоночном канале —  спинной, в грудной клетке — сердце и крупные сосуды, легкие, пищевод  и др., в полости таза — мочеполовые  органы. Кости участвуют в минеральном  обмене, они являются депо кальция, фосфора и т. д. Живая кость  содержит витамины A, D, С и др. Кости  образованы костной тканью, которая  относится к соединительной, состоит из клеток и плотного межклеточного вещества, богатого коллагеном и минеральными компонентами. Они-то и определяют физико-химические свойства костной ткани (твердость и упругость). В костной ткани содержится около 33 % органических веществ (коллаген, гликопротеиды и др.) и 67 % неорганических соединений. Это в основном кристаллы гидрооксиапатита. Сопротивление свежей кости на разрыв такое же, как меди, и в 9 раз больше, чем свинца. Кость выдерживает сжатие 10 кг/мм (аналогично чугуну). А предел прочности, например, ребер на излом ПО кг/см2. Различают костные клетки двух типов: остеобласты и остеоциты. Остеобласты — это многоугольной, кубической формы молодые костные клетки, богатые элементами зернистой цитоплазматической сети, рибосомами и хорошо развитым комплексом Гольджи. Остеоциты — зрелые многоотростчатые клетки, которые залегают в костных лакунах, будучи замурованными в основное костное вещество. Отростки их контактируют между собой, а канальцы, в которых проходят отростки, пронизывают вещество кости. Остеоциты не делятся, органеллы в них развиты слабо. Помимо этих клеток в костной ткани встречаются остеокласты — крупные многоядерные клетки, разрушающие кость и хрящ.

 

Рис. 1. Скелет человека. Вид спереди: / — череп, 2 — позвоночный столб, 3 — ключица, 4 — ребро, 5 — грудина, 6 — плечевая кость, 7 — лучевая кость, 8 — локтевая кость, 9 — кости запястья, 10 — пястные кости, 11 — фаланги пальцев кисти, 12 — подвздошная кость, 13 — крестец, 14 — лобковая кость, 15 — седалищная кость, 16 — бедренная кость, 17 — надколенник, 18 — большебер-цовая кость, 19 — малоберцовая кость, 20 — кости предплюсны, 21 — плюсневые кости, 22 — фаланги пальцев стопы

 

1.2 Строение костей

 

Каждая кость как орган  состоит из всех видов тканей, однако главное место занимает костная  ткань, являющаяся разновидностью соединительной ткани.

Химический состав костей сложный. Кость состоит из органических и неорганических веществ. Неорганические вещества составляют 65% — 70% сухой массы  кости и представлены главным  образом солями фосфора и кальция. В малых количествах кость  содержит более 30 других различных  элементов. Органические вещества, получившие название оссеин, составляют 30—35% сухой  массы кости. Это костные клетки, коллагеновые волокна. Эластичность, упругость кости зависит от ее органических веществ, а твердость — от минеральных солей. Сочетание неорганических и органических веществ в живой кости придает ей необычайные крепость и упругость. По твердости и упругости кость можно сравнить с медью, бронзой, чугуном. В молодом возрасте, у детей кости более эластичные, упругие, в них больше органических веществ и меньше неорганических. У пожилых, старых людей в костях преобладают неорганические вещества. Кости становятся более ломкими.

У каждой кости выделяют плотное (компактное) и губчатое вещество. Распределение компактного и  губчатого вещества зависит от места  в организме и функции костей.

Компактное вещество находится  в тех костях и в тех их частях, которые выполняют функции опоры  и движения, например в диафизах трубчатых костей.

Губчатое вещество находится  также в коротких (губчатых) и  плоских костях. Костные пластинки  образуют в них неодинаковой толщины  перекладины (балки), пересекающиеся между собой в различных направлениях. Полости между перекладинами (ячейки) заполнены красным костным мозгом. В трубчатых костях костный мозг находится в канале кости, называемом костномозговой полостью. У взрослого человека различают красный и желтый костный мозг. Красный костный мозг заполняет губчатое вещество плоских костей и эпифизов трубчатых костей. Желтый костный мозг (ожиревший) находится в диафизах трубчатых костей.

Вся кость, за исключением  суставных поверхностей, покрыта  надкостницей, или периостом.

1.3 Классификация  костей

Различают кости трубчатые (длинные и короткие), губчатые, плоские, смешанные и воздухоносные (Рис.2) . в отделах скелета, где совершаются  движения с большим размахом (например, у конечностей). У трубчатой кости  различают ее удлиненную часть (цилиндрическую или трехгранную среднюю часть) — тело кости, или диафиз, и утолщенные концы — эпифизы. На эпифизах располагаются  суставные поверхности, покрытые суставным  хрящом, служащие для соединения с  соседними костями. Участок кости, расположенный между диафизом и  эпифизом, называется метафизом. Среди трубчатых костей выделяют длинные трубчатые кости (например, плечевая, бедренная, кости предплечья и голени) и короткие (кости пясти, плюсны, фаланги пальцев). Диафизы построены из компактной, эпифизы — из губчатой кости, покрытой тонким слоем компактной.

Губчатые (короткие) кости  состоят из губчатого вещества, покрытого  тонким слоем компактного вещества. Губчатые кости имеют форму неправильного  куба или многогранника. Такие кости  располагаются в местах, где большая  нагрузка сочетается с большой подвижностью. Плоские кости участвуют в  образовании полостей, поясов конечностей, выполняют функцию защиты (кости  крыши черепа, грудина, ребра). К их поверхности прикрепляются мышцы.

 

 

Рис. 2. Различные виды костей:

1 - длинная (трубчатая)  кость, 2 — плоская кость, 3 - губчатые (короткие) кости, 4 — смешанная кость

Смешанные кости имеют  сложную форму. Они состоят нескольких частей, имеющих различное строение. Например, позвонки, кости из основания черепа.

Воздухоносные кости имеют  в своем теле полость, выстланную слизистой оболочкой и заполненную  воздухом. Например, лобная, клиновидная, решетчатая кость, верхняя челюсть.

 

1.4 Развитие и  рост костей

 

В онтогенезе человека большинство  костей скелета последовательно  проходит три стадии в своем развитии. Это перепончатая, хрящевая и костная  стадии. Минуют хрящевую стадию так  называемые покровные кости (кости  свода черепа, лица, ключица).

Вначале в эмбриональной  соединительной ткани (мезенхиме) перепончатого  скелета на второй неделе развития появляются хрящевые зачатки будущих  костей (хрящевая стадия развития скелета). Затем, начиная с 8-й недели внутриутробной жизни, хрящевая ткань на месте будущих  костей начинает замещаться костной  тканью. Первые костные клетки, точки  окостенения появляются в диафизах трубчатых костей. Образование костной  ткани на месте хрящевых моделей  костей может происходить тремя  способами. Это перихондральное, периостальное и энхондральное окостенение. Периостапъное окостенение (образование кости) наблюдается тогда, когда сформировавшаяся надкостница продуцирует молодые костные клетки, Энхондральное окостенение имеет место, когда костная ткань образуется внутри хряща. В хрящ из надкостницы прорастают кровеносные сосуды и соединительная ткань. Хрящ в этих местах начинает разрушаться. Часть клеток проросшей в хрящ соединительной ткани превращается в остео-генные клетки, которые разрастаются в виде тяжей, формирующих в глубине кости ее губчатое вещество.

Диафизы трубчатых костей окостеневают во внутриутробном периоде. Появившиеся в них точки окостенения; называют первичными. Эпифизы трубчатых  костей начинают окостеневать или перед  самым рождением, или уже во внеутробном периоде жизни человека. Такие точки, образовавшиеся в хрящевых эпифизах, получили название вторичных точек окостенения. Костное вещество эпифизов образуется энхондральным, перихондральным и периостальным способами. Однако на границе эпифизов с диафизом довольно долго сохраняется хрящевая пластинка (эпифизарная), которая замещается костной тканью в 16—24 года, и эпифизы срастаются с диафизами. За счет эпифизарной пластинки трубчатые кости растут в длину. После замещения этих пластинок костной тканью рост костей в длину прекращается. 

5. Возрастные изменения костей

 

Костная ткань динамична, она обладает способностью постоянно  обновляться, и на протяжении всей жизни  человека в ней меняется количественное и качественное соотношение между органическими и неорганическими веществами. Причем для каждого периода жизни характерны свои соотношения (по ним, в частности, и определяется возраст).

У годовалого ребенка в  костной ткани органические вещества преобладают над неорганическими, что в значительной степени определяет мягкость, эластичность его костей. Ведь именно органические вещества да еще вода, обеспечивают кости растяжимость, эластичность. Вспомните школьный опыт: в сосуд с соляной кислотой кладут кусочек кости, и через некоторое время она становится мягкой настолько, что ее даже можно завязать узлом. А происходит это потому, что под действием соляной кислоты растворяются почти все минеральные вещества, а органические остаются.

По мере того, как человек  взрослеет, в костной ткани увеличивается  процент неорганических веществ и растущие кости обретают все большую твердость. От 1 до 7 лет рост костей ускоряется в длину за счет эпифизарных хрящей, расположенных между телом кости и ее головкой, и в толщину — благодаря аппозиционному утолщению компактного костного вещества в связи с костеобразующей функцией надкостницы. После 11 лет вновь кости скелета начинают быстро расти , формируются костные отростки (апофизы), костномозговые полости приобретают окончательную форм1у. Когда рост заканчивается—а происходит это примерно к 20—25 года,— хрящи полностью замещаются костной тканью. Рост кости в толщину происходит путем наложения новых масс костного вещества со стороны надкостницы.

В костной ткани продолжают протекать взаимосвязанные процессы созидания и разрушения. Одни остеоны  под влиянием крупных многоядерных клеток—остеокластов разрушаются, образуя полости, называемые резорбционными лакунами. Параллельно другие клетки—остеобласты «возводят» новые остеоны. О том, насколько велика скорость обновления костного вещества, говорят хотя бы такие цифры. В эксперименте было установлено, что в течение 50 дней обновляется примерно 29 процентов всего неорганического минерального состава кости в эпифизах (расширенных концевых участках длинных костей) и до 7 процентов в диафизах (средних участках длинных костей). Четко отлаженные, сбалансированные процессы перестройки обеспечивают постоянное обновление костной ткани, предотвращают изнашивание кости. Однако так продолжается до определенного возраста.

Когда человек перешагивает сорокалетний рубеж, в костной ткани  начинаются так называемые инволютивные процессы, то есть разрушение остеонов идет более интенсивно, чем их созидание. Эти процессы в дальнейшем способны привести к развитию остеопороза, при котором костные перекладины губчатого вещества истончаются, часть их рассасывается полностью, межбалочные пространства расширяются, и в результате уменьшается количество костного вещества, плотность кости снижается.

С возрастом становится не только меньше костного вещества, но и  процент органических веществ в  костной ткани снижается. И кроме того, уменьшается содержание воды в костной ткани, она как бы высыхает. Кости становятся ломкими, хрупкими, и даже при обычных физических нагрузках в них могут появиться трещины.

Для костей пожилого человека характерны краевые костные разрастания. Обусловлены они возрастными  изменениями, которые претерпевает хрящевая ткань, покрывающая суставные  поверхности костей, а также составляющая основу межпозвоночных дисков. С возрастом  промежуточный слой хряща истончается, что неблагоприятно сказывается  на функции суставов. Как бы стремясь компенсировать эти изменения, увеличить  площадь опоры суставных поверхностей, кость разрастается. Краевые костные  разрастания могут быть незначительными, но иногда достигают больших размеров.

В норме возрастные изменения  в костях развиваются очень медленно, постепенно. Признаки остеопороза обычно выявляются после 60 лет. Однако нередко приходится наблюдать людей, у которых в 70/75-летнем возрасте они выражены незначительно.

 

2. Строение скелета

 

Скелет человека включает позвоночный столб, ребра и грудину  — кости туловища; череп; кости  верхних и нижних конечностей. Особенности  строения скелета и отдельных  его костей сформировались в связи  с прямохождением, развитием головного мозга и органов чувств, различными функциями верхних и нижних конечностей. Кости скелета соединяются между собой с помощью разных видов соединений.

2.1 Позвоночный  столб

 

Позвоночный столб (позвоночник), columna vertebralis, образован последовательно накладывающимися друг на друга позвонками, которые соединены между собой при помощи межпозвоночных дисков, связок и суставов. Формируя осевой скелет, позвоночный столб выполняет опорную функцию, служит гибкой осью туловища, участвует в образовании задней стенки грудной и брюшной полостей и таза и является вместилищем для спинного мозга. В позвоночном канале, canalis vertebralis, находится спинной мозг. Таким образом, позвоночник принимает участие в защите спинного мозга и внутренних органов от повреждений. В вертикальном положении позвоночный столб образует опору для головы, органов грудной и брюшной полостей. В позвоночном столбе выделяют пять отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый. Только крестцовый отдел позвоночного столба является неподвижным, остальные его отделы обладают различной степенью подвижности.

Отдельные позвонки, образующие позвоночный столб, соединены между  собой с помощью всех видов  соединений — суставов, непрерывных  соединений и полусуставов. При сокращении мышц, прикрепляющихся к позвонкам, происходит изменение положения позвоночного столба в целом или его отдельных частей. Таким образом, отдельные позвонки играют роль костных рычагов.