Костная система
Скелет человека
Опорно-двигательный аппарат, одна из основных функций которого – перемещение тела и отдельных его частей в пространстве, состоит из пассивного и активного двигательного аппарата.
Первый включает костную систему (скелет), а второй – систему скелетных мышц.
Скелет – антигравитационная конструкция, которая противодействует силе земного притяжения и изменению формы тела человека. Все кости скелета служат опорой для мышц, внутренних органов, связок, а кости конечностей выступают своеобразными рычагами, к которым прикрепляются мышцы, перемещающие тело в пространстве.
Одна из основных функций скелета – защита жизненно важных органов, крупных сосудов и нервных сплетений от внешних повреждающих факторов. Так, череп защищает головной мозг, органы зрения и слуха; грудная клетка – сердце с отходящими от него сосудами, легкие; в позвоночнике расположен спинной мозг и т. д.
Кости, из которых состоит скелет человека, участвуют в кроветворении (большинство из них содержит костный мозг) и минеральном обмене.
Скелет представляет собой совокупность всех костей и их соединений и формирует костный каркас тела. У взрослого человека он состоит более чем из 200 костей. У новорожденного костей больше, но в процессе роста ребенка некоторые из них срастаются. Масса скелета взрослого человека составляет примерно 15–20 % общей массы тела.
Кости скелета классифицируются по группам:
• по местоположению: кости головы, туловища, свободных конечностей и их поясов;
• форме и размерам: длинные, короткие, широкие;
• внутреннему строению: трубчатые, губчатые, плоские, смешанные.
Длинные кости образуют основу конечностей и выступают в роли рычагов, которые приводятся в движение мышцами. Средняя часть таких костей имеет цилиндрическую форму, их концы (эпифизы) утолщены, они участвуют в образовании суставов с соседними костями.
Пример длинной кости – кость руки
Короткие кости отличаются тем, что все размеры у них одинаковы. Они встречаются там, где необходимо прочное соединение, которое в то же время должно обладать гибкостью. К таким соединениям относятся позвоночник, мелкие кости стоп и кистей.
Пример коротких костей – позвонки
Широкие, или плоские, кости отличаются тем, что у них длина и ширина значительно преобладают над толщиной. Эти кости участвуют в образовании стенок полостей для защиты органов.
Пример широких костей – кости таза
Смешанные кости (пример – височная кость) выделяются в самостоятельную группу.
Позвоночник, или позвоночный столб (лат. columna vertebralis), выступает основой скелета, участвует в образовании стенок грудной и брюшной полости и служит амортизатором для организма. Включает 33–34 позвонка и их соединения. За счет позвоночника движется (сгибается и разгибается) корпус. Он выполняет защитную функцию – внутри позвоночника проходит спинной мозг.
Вид позвоночника с трех сторон
Позвоночник состоит из шейного, грудного, поясничного и крестцово-копчикового отделов. Его размер – приблизительно 40 % от длины тела. Позвоночник имеет изгибы в сагиттальной плоскости (изгибы выпуклостью назад называются кифозами, выпуклостью вперед – лордозами). У взрослого человека выделяют физиологические шейный и поясничный лордозы, грудной и крестцовый кифозы. Во фронтальной плоскости в норме изгибов нет, поэтому при возникновении боковых изгибов можно предполагать наличие сколиоза.
Отделы позвоночника
Движение позвоночника – результат работы многочисленных комбинированных суставов между позвонками. Он движется за счет действия скелетных мышц. Позвоночник способен наклоняться вперед, прогибаться (сгибание и разгибание), наклоняться вбок (отведение и приведение), а также скручиваться. Наиболее подвижны шейный и поясничный отделы.
Химический состав костей взрослого человека следующий: 50 % воды, 15 % жира, 12 % органических веществ (белок, представляющий собой разновидность коллагена), 22 % неорганических веществ, а именно солей кальция в форме гидроксиапатита, и около 30 % органических веществ. Основные органические вещества кости – белки коллаген и оссеин. Сочетание волокон органического коллагена с солями кальция обеспечивает основные функции костей – прочность и упругость. Прочность – это способность противостоять внешним механическим воздействиям, упругость – возвращать первоначальную форму после окончания действия внешней силы.
Минеральные вещества придают костям твердость и хрупкость, органические – гибкость и упругость. Благодаря сочетанию органических и неорганических веществ кости имеют большую прочность, что позволяет им выносить немалые нагрузки.
Структура кости
Соотношение органических и неорганических веществ с возрастом изменяется. В костях детей немного больше органических веществ, поэтому их кости более упругие, гибкие и реже ломаются. С возрастом в костях увеличивается доля неорганических веществ, из-за чего у пожилых людей кости менее эластичные и более хрупкие и могут ломаться даже при небольших травмах.
Соединения костей связывают кости скелета в одно целое, обеспечивая им ту или иную степень подвижности. Различают три вида соединений:
• непрерывные соединения, в которых полость между соединяющимися костями отсутствует, существует лишь прослойка соединительной ткани или хряща – неподвижные соединения;
• переходная форма от непрерывных соединений к прерывным – симфизы, или полусуставы; имеют небольшую щель в хрящевой или соединительнотканной прослойке между сочленяющимися костями – эти образования обладают большой прочностью и очень ограниченной подвижностью;
• прерывные (синовиальные) соединения или суставы; характеризуются наличием между костями полости и синовиальной оболочки, выстилающей изнутри суставную капсулу, – это подвижные соединения, а степень подвижности зависит от особенностей строения конкретного сустава.
Сустав – самая распространенная и сложная форма соединения костей. Обязательными элементами любого сустава, независимо от места расположения и степени подвижности, являются суставные поверхности, суставная сумка и суставная полость.
Соединение костей в коленном суставе (вверху – рентген, внизу – модель)
Суставные поверхности костей, образующие сустав, плотно прилегают друг к другу. Они покрыты особым гиалиновым хрящом, чья гладкая поверхность и эластичность облегчают движение в суставе, смягчают испытываемые им толчки и сотрясения.
Суставные поверхности костей окружает суставная капсула – оболочка из соединительной ткани. Обычно она крепится к костям в месте перехода суставной поверхности в надкостницу и прочно с ней срастается. Снаружи капсула укреплена связками, которые располагаются в местах наибольшей нагрузки.
Суставные поверхности и капсула ограничивают собой небольшое герметично закрытое пространство – полость сустава, заполненную малым количеством вязкой синовиальной жидкости, роль которой заключается в уменьшении трения в суставах при движении. Благодаря отрицательному давлению в суставной полости поверхности костей тесно прилегают друг к другу.
Суставная капсула
Шаровидный сустав
По форме суставных поверхностей различают плоские, цилиндрические, эллиптические и шаровидные суставы. Наименее подвижны плоские суставы, наиболее – шаровидные.
Так как мы существуем в трехмерном пространстве, то в биомеханике суставов соответственно выделяют три оси вращения: фронтальную (правая – левая стороны, или наружная – внутренняя поверхности), сагиттальную (задняя – передняя поверхности) и продольную (вдоль сочленяющихся костей). В зависимости от формы суставных поверхностей в суставах может быть движение вокруг любой одной, двух или трех указанных осей (одно-, двух- и многоосные суставы). Вокруг указанных осей выполняются соответствующие виды движений. Вокруг фронтальной оси происходят сгибание и разгибание. При сгибании угол между сочленяющимися костями уменьшается (например, в локтевом суставе – угол между плечом и предплечьем). Во время разгибания движение идет в обратном направлении и происходит выпрямление (конечности или туловища).
Вокруг сагиттальной оси осуществляются приведение и отведение. В случае отведения одна из сочленяющихся костей удаляется от срединной плоскости, при приведении – приближается к ней (например, отведение руки в сторону от туловища и снова приближение к нему).
Наши двигательные возможности определяются прежде всего строением суставов
Вокруг продольной оси кость вращается в разные стороны. Круговое движение – это последовательное перемещение вокруг всех осей, при котором свободный конец движущейся кости или конечности (например, кисти руки) описывает окружность.
Размах (объем) движений в суставах зависит от многих факторов:
• от разности угловых величин (выражаются в угловых градусах) сочленяющихся поверхностей (чем больше эта разность, тем больше размах движений);
• разности площадей сочленяющихся поверхностей (чем она больше, тем больше объем движений);
• наличия вспомогательных элементов (они уменьшают объем движений);
• наличия внесуставных связок с учетом их количества и расположения (оказывает ограничительное и направляющее действие при движениях в суставе);
• количества и состояния мышц, окружающих сустав (повышенный мышечный тонус сближает и удерживает сочленяющиеся кости);
• состояния капсулы сустава, количества и качества синовиальной жидкости как при воспалении (артриты, синовиты, бурситы), приводящем к увеличению количества жидкости в суставе, так и при артрозе с его уменьшением (движения в суставе резко ограничены из-за болей и тугоподвижности).
