Скелет и его соединения
Скелет (от греч. skeleton – высохший, высушенный) – формообразующая конструкция тела – выполняет множество функций. Главными из них являются опора, защита, преодоление силы тяжести. Кости представляют собой систему рычагов, которые под влиянием прикрепляющихся к ним мышц передвигают в пространстве тело и его отдельные сегменты.
Скелет как основа тела, его стержень, каркас всегда привлекал внимание писателей, поэтов, художников, философов. Вспомните строфу из «Послания к Дельвигу» А. С. Пушкина:
В истории мировой живописи трудно найти художника, который ни разу не изобразил скелет или череп. Они символизируют и жизнь, и смерть, и мимолетность, и бренность жизни.
Скелет подразделяют на две части: осевой, в состав которого входит череп (29 костей), позвоночный столб (26 костей), грудная клетка (25 костей), и добавочный, включающий кости верхних (64) и нижних (62) конечностей (рис. 2 на цв. вклейке). Общая масса скелета составляет от 14 до 20 % всей массы тела. Кости образуют вместилища, защищающие органы. В полости черепа залегает головной мозг, в позвоночном канале – спинной мозг, в грудной клетке – сердце, крупные сосуды, легкие, бронхи, пищевод и др., в полости таза – мочевые и половые органы. Кости содержат многие витамины, они участвуют в минеральном обмене, являются депо кальция и фосфора; в костномозговых полостях залегает костный мозг.
Кости построены из костной ткани (разновидность соединительной), которая состоит из костных клеток. Костные клетки замурованы в основное вещество, пропитанное кристаллами гидроксиапатита и фосфатом кальция. Большинство костей сформировано пластинчатой костной тканью, имеющей множество по-разному ориентированных пластинок. В зависимости от их расположения различают компактное и губчатое костное вещество. Первое расположено снаружи кости, под ним находится губчатое вещество из множества переплетающихся между собой костных перекладин, образующих ячейки, в которых залегает костный мозг. Форма костей разнообразна. Различают трубчатые кости (например, плечевая, бедренная, пястные, плюсневые и др.), губчатые (например, тела позвонков и др.), плоские (например, теменная, грудина), смешанные (например, позвонки, височная и др.), воздухоносные (например, лобная, верхняя челюсть, решетчатая и др.) – рис. 1.6.
Рис. 1.6.
Основную роль в росте, развитии, форме, прочности костей играет движение. Чем активнее и интенсивнее деятельность мышц, прикрепляющихся к кости, тем прочнее кость и меньше вероятность ее перелома.
Интересные факты: сопротивление свежей кости на излом такое же, как у меди, и в 9 раз больше, чем у свинца. Например, у ребер этот показатель достигает 110 кг/см2. Живая кость выдерживает сжатие силой 10 кг/мм (подобно чугуну).
Высокая физическая активность укрепляет кости, малая способствует их истончению, уменьшению прочности, остеопорозу (разрежению костной ткани), в результате чего кости становятся хрупкими и ломкими. С возрастом эти изменения прогрессируют. Но, – и это очень важно! – так называемые возрастные изменения костей связаны не только и не столько с возрастом, но, в первую очередь, с бездействием мышц, отсутствием мышечной радости. Об этом мы подробнее расскажем далее (см. разд. «Движение – это жизнь, жизнь – это движение» главы 2).
Соединения костей. Скелет реализует свои функции благодаря тому, что все кости соединены между собой. Представьте себе детский конструктор – набор разрозненных разноцветных деталей. Но если соединить их определенным образом, можно получить конкретную модель: дом, животное, башенный кран или фигуру человека. Так и кости скелета. Каждая в отдельности совершенно бесполезна, но, будучи связанными между собой строго определенным образом, они создают устойчивую функциональную конструкцию. Концы костей, соединяющиеся между собой, отделены друг от друга щелью, либо хрящом, либо соединительной тканью. В зависимости от этого различают три основных вида соединений: сустав, в котором кости свободно двигаются относительно друг друга; симфиз – малоподвижное соединение с помощью хряща, в котором имеется щель; непрерывное неподвижное соединение.
Основные особенности скелета человека – расположенный вертикально позвоночный столб с четырьмя изгибами, широкая уплощенная грудная клетка; большой череп с выпуклой округлой крышей и преобладающим мозговым отделом, расположенным над лицевым; свободные верхние конечности, являющиеся органами труда; опорные нижние конечности для прямохождения.
Скелет туловища образован позвоночным столбом и грудной клеткой. Позвоночник человека состоит из 33–34 позвонков, лежащих один на другом, постепенно увеличиваясь в размерах в направлении сверху вниз: 7 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 крестцовых и 4 копчиковых. Крестцовые позвонки взрослого человека срастаются между собой, образуя треугольный крестец, прочно соединенный с последним (пятым) поясничным позвонком. Боковые части крестца сочленяются с тазовыми костями (рис. 1.7).
Позвонки разных отделов несколько отличаются по форме и величине, хотя все они похожи друг на друга. Каждый позвонок состоит из расположенного впереди тела и дуги, между ними находится широкое позвоночное отверстие. Все отверстия, накладываясь одно на другое, образуют длинный позвоночный канал, в котором расположен спинной мозг. От дуги позвонка отходят 7 отростков: назад направлен остистый, вверх и вниз – верхние и нижние суставные, вправо и влево – поперечные отростки (рис. 1.8). Первый и второй шейные позвонки сочленяются с черепом и между собой. Именно они несут тяжесть черепа. Позвонки соединяются друг с другом, образуя длинный прочный весьма подвижный изогнутый столб. Мощные связки увеличивают прочность позвоночного столба. Четыре позвоночных изгиба – два лордоза, обращенные дугой вперед (шейный и поясничный) и два кифоза, обращенные дугой назад, плавно переходят один в другой. Шейный лордоз сменяется грудным кифозом, в свою очередь, переходящим в поясничный лордоз, который продолжается в крестцово-копчиковый кифоз. Изгибы позвоночника пружинят, поэтому удары, сотрясения, толчки не передаются головному и спинному мозгу.
Позвоночный столб удивительно подвижен. Амплитуда сгибания и разгибания достигает 170–245°, боковое сгибание вправо и влево – около 165°, вращение – около 120°. Наибольший объем движений наблюдается в шейном отделе, меньший – в поясничном, подвижность в грудном отделе очень мала, т. к. ограничена ребрами и грудиной.
Рис. 1.7.
Рис. 1.8.
Грудная клетка. Скелет грудной клетки образуют 12 пар ребер, грудина и грудной отдел позвоночника. Каждое ребро представляет собой изогнутую костную пластинку, которая впереди переходит в хрящ. Ребра соединены суставами с позвонками, передние концы хрящей II–VII ребер также соединены с грудиной суставами. Хрящи VIII–X ребер срастаются между собой и с хрящами VII пары ребер, образуя реберные дуги. Благодаря суставам ребра поднимаются и опускаются при дыхании, вместе с ними движется и грудина. При вдохе передние концы ребер и грудина поднимаются, расширяются промежутки между ребрами, размеры грудной клетки увеличиваются. При выдохе передние концы ребер и грудина опускаются, промежутки между ребрами суживаются, объем грудной клетки уменьшается. У мужчин грудная клетка длиннее и шире в нижнем отделе и менее круглая, чем у женщин.
Это интересно! За один год ребра совершают около 5 млн движений.
Череп человека – одна из самых распространенных тем в литературе и искусстве. Это даже дало основание ввести термин «черепизм». В трех крупнейших художественных галереях Европы (Эрмитаж, галерея Уффици и Лувр) один из авторов книги насчитал более 700 картин, в которых изображен череп. Череп – символ разума, интеллекта и суетности. Многие картины так и называются «Суета» («Vanitas»).
Череп защищает головной мозг, органы чувств и создает опору для многих органов пищеварения и дыхания. Череп, образованный 23 костями, состоит из двух отделов: мозгового и лицевого (рис. 3 и 4 на цв. вклейке). Восемь костей (лобная, две теменные, две височные, затылочная, клиновидная и решетчатая), связанные между собой неподвижными соединениями, формируют мозговой отдел. Лицевой отдел образован 15 костями, из них парные кости: носовые, слезные, нижние носовые раковины, верхние челюсти, скуловые, небные; непарные кости: сошник, отделенная от черепа подъязычная кость и нижняя челюсть, подвижно соединенная с черепом височно-нижнечелюстным суставом. Остальные кости неподвижно соединены между собой. В некоторых костях черепа (лобная, клиновидная, решетчатая, верхние челюсти и височные) имеются воздухоносные полости, которые значительно уменьшают массу черепа, не изменяя его прочность. Эти полости обеспечивают тепловую изоляцию органов чувств, расположенных на лице. Кроме того, они участвуют в фонации (окраске звука).
На черепе расположены многие важные образования: глазницы, полость носа, височная, подвисочная и крылонебная ямки, костное небо. В основании черепа находится большое затылочное отверстие, через которое проходит спинной мозг.
Форма черепа во многом зависит от развития мышц, прикрепляющихся к костям черепа. Мышцы оказывают моделирующее влияние. Как правило, череп мужчины крупнее, чем у женщин, средняя вместимость черепа мужчины – 1560 см (женщины 1350 см3), у мужчин сильнее развит лицевой отдел (у женщин – мозговой). Рельеф черепа лучше выражен у мужчин, сильнее выступают надбровные дуги и наружный затылочный бугор, крупнее глазницы и воздухоносные полости, толще кости.
Кости конечностей. В отличие от других животных, у человека верхние и нижние конечности выполняют различные функции: верхние осуществляют трудовые процессы, нижние – прямохождение, передвижение и опору. Функциональная спецификация обусловлена особенностями анатомического строения руки и ноги. Свободная верхняя конечность соединена с костями туловища длинной ключицей, которая далеко отодвигает руку от тела и создает возможность большого объема движений в плечевом суставе. Характер костей и их соединений, большое количество мышц позволяют выполнять тонкие сложные движения. Только рука человека способна играть на скрипке и фортепиано, рисовать, сшивать мельчайшие кровеносные сосуды и нервы, подковать блоху. Более крупные, толстые, массивные кости нижних конечностей, соединенные между собой весьма прочными и менее подвижными суставами, пружинящая стопа, мощные мышцы – все это создает предпосылки для устойчивой опоры тела, сохранения его равновесия и стремительного передвижения.
Скелеты обеих конечностей гомологичны, т. е. сходны. Они образованы поясами и свободными отделами, состоящими из трех сегментов: верхнего – одна кость, среднего – две кости и нижнего – многих костей (см. рис. 2 на цв. вклейке). Многие кости конечностей трубчатые, они имеют тело (диафиз) и два конца (эпифизы).
Кости верхней конечности. Пояс верхней конечности справа и слева образован лопаткой и ключицей. Каждая ключица спереди сочленяется с грудиной, лопатка связана с грудной клеткой мышцами и связками, а с ключицей – суставом. Скелет свободной верхней конечности состоит из плечевой кости (верхний сегмент), лучевой и локтевой костей (средний сегмент) и 27 костей кисти, которые подразделяются на запястье, пясть и фаланги пальцев. Шаровидная головка плечевой кости сочленяется с суставной впадиной лопатки, образуя наиболее подвижный и свободный плечевой сустав. Нижний эпифиз плечевой кости, или мыщелок, сочленяется с обеими костями предплечья (локтевой и лучевой), образуя сложный локтевой сустав. Нижний эпифиз лучевой кости соединяется с верхним рядом костей запястья, формируя лучезапястный сустав. Благодаря соединению костей запястья между собой возникает прочная твердая основа кисти (рис. 5 на цв. вклейке). Для выполнения сложных движений кисти особую роль играет весьма подвижный запястно-пястный сустав большого пальца, имеющий форму седла. Это чисто человеческий сустав, такая форма имеется только у человека разумного! Благодаря этому суставу большой палец человека может противопоставляться остальным пальцам.
Кости нижней конечности состоят из пояса – это две тазовые кости, между которыми сзади вклинивается крестец, и свободная нижняя конечность. Тазовая кость образована тремя костями (подвздошной, лобковой и седалищной), срастающимися между собой к моменту полового созревания в зоне глубокой вертлужной впадины. Подвздошные кости сочленяются с крестцом (крестцово-подвздошный сустав), лобковые соединяются между собой, образуя лобковый симфиз. В результате формируется прочное тазовое кольцо, которое несет на себе туловище и переносит его тяжесть на кости свободной нижней конечности. Таз состоит из двух отделов: большого таза и малого таза. В полости таза расположены внутренние половые органы, часть толстой кишки, мочевой пузырь, прямая кишка. Мужской таз существенно отличается от женского таза: он более высокий и узкий, емкость его меньшая, у женщин – шире, ниже и более вместительный. Крестец мужчины более узкий и более вогнутый, чем у женщины. Выходное отверстие мужского таза значительно меньше, чем у женщин.
Скелет свободной нижней конечности состоит из бедренной кости (верхний сегмент), двух костей голени (большеберцовой и малоберцовой – средний сегмент) и 26 костей стопы, которые подразделяются на предплюсну, плюсну и пальцы. Бедренная кость – самая большая и наиболее массивная кость человека. Ее длина коррелирует с ростом. Верхний эпифиз – шаровидная головка сочленяется с вертлужной впадиной тазовой кости, образуя достаточно подвижный, но весьма прочный тазобедренный сустав. Головка переходит в длинную шейку, соединяющую головку с телом кости. У мужчин угол между шейкой и телом тупой (около 130°), у женщин – почти прямой. Нижний эпифиз сочленяется с верхним эпифизом болыпеберцовой кости и с надколенником, образуя прочный устойчивый коленный сустав. Кости предплюсны губчатые, массивные, прочные. Нижние эпифизы болыпеберцовой и малоберцовой кости имеют вид вилки, которая сочленяется с таранной костью, образуя голеностопный сустав. Стопа выполняет важнейшую функцию. Она выдерживает тяжесть тела и передвигает его в пространстве. Только стопа человека представляет собой прочную, упругую, пружинящую сводчатую арку (рис. 6 на цв. вклейке).
