Глава 5. Возрастные особенности строения и функционирования опорно-двигательного аппарата.

Любой двигательный акт осуществляется при участии опорно-двигательного аппарата (ОДА).ОДА включает в себя костную и мышечную системы, сердечно-сосудистую, которая обеспечивает питанием рабочие органы, и нервную систему, регулирующую двигательный акт.

Кости вместе с соединениями образуют костно-суставную систему. Совокупность костей образуетскелет. Точное количество костей, составляющих скелет, указать нельзя, т.к. оно меняется с возрастом. В течение жизни образуется 806 костных элементов, из которых 270 закладываются внутриутробно, а остальные - после рождения. Часть этих элементов срастаются между собой. В зрелом возрасте скелет содержит 206 отдельных костей; в старческом возрасте их становится менее 200.

Функции скелета:

1.) опора для мягких тканей;

2.) противодействие силе тяжести;

3.) защита для жизненно важных органов;

4.) большинство костей - рычаги, на которые действует тяга мышц;

5.) участие в процессе кроветворения за счет костного мозга костей;

6.) участие в минеральном обмене;

7.) кровяное депо - может содержать до 50 % крови.

5.1. Опорная часть аппарата движения.

А. Кость как орган.Живая кость состоит из трех неразрывно связанных между собой компонентов. Во-первых, сверху кость покрытанадкостницей, состоящей из двух слоев: верхнего, выполняющего защитную функцию, и нижнего, за счет которого кость растет в толщину. Во-вторых, собственно костное вещество кости. Различают два вида костного вещества -компактноеигубчатое. Компактное костное вещество покрывает кость сверху; его самый толстый слой располагается в центральной части кости - теле (диафизе). Внутри тела находится костно-мозговой канал. Губчатое вещество кости обнаруживается в утолщенных концах кости (эпифизах).

Третья составная часть кости - костный мозг. В эпифизах располагаетсякрасныйкостный мозг, в теле кости -желтый. У плода все внутреннее пространство кости заполнено красным костным мозгом. К моменту рождения начинается процесс замены красного костного мозга, содержащегося в костно-мозговом канале, на желтый. Этот процесс заканчивается вскоре после рождения. Желтый костный мозг по составу близок к жировой ткани.

Б. Состав и механические свойства кости. Костная ткань состоит из костных клеток (остеоцитов) и межклеточного вещества, содержащего органические и неорганические соединения. К органическим веществам относится белокоссеин, образующий основное вещество костной ткани. В основном веществе располагаются волокна, построенные из белка коллагена. Неорганические компоненты представлены солями кальция, которые располагаются между волокнами в виде кристаллов. Благодаря такому составу прочность костной ткани превышает прочность многих строительных материалов.

Сопротивление к сжатию и растяжению кости стали изучать еще в 19 веке, когда было установлено, что бедренная кость взрослого человека выдерживает нагрузки на растяжение, соответствующие 5500 кг, а на сжатие - 7787 кг. Большеберцовая кость при сжатии выдерживает груз 1650 кг, то есть вес пирамиды из 21 человека. По прочности и упругости кость равна дубу и чугуну и на один порядок уступает стали. Органические и неорганические компоненты, взятые по отдельности, имеют гораздо меньшую упругость и прочность.

В. Развитие и возрастные особенности костей. В эволюции скелета выделяют три этапа. Во-первых, когда скелет построен из плотной волокнистой соединительной ткани. Во-вторых, когда скелет полностью или преимущественно построен из хрящевой ткани. И, наконец, - костный скелет, более совершенный в механическом отношении.

Эти этапы повторяются и в онтогенезе человека. На 5-й неделе внутриутробного развития скелет представлен плотной соединительной тканью. Эта стадия переходит в "хрящевую". Образуются хрящевые модели будущих костей, в общих чертах повторяющие их форму. В некоторых частях скелета хрящевая ткань не образуется, а плотная соединительная переходит в костную, благодаря сложным структурным перестройкам (крыша черепа, кости лицевого черепа, ключицы). Окостенение начинается на 6-7 неделе развития эмбриона. Островки костной ткани называются точками окостенения. Они закладываются в определенных местах и в определенной последовательности. Большинство костей имеет несколько точек окостенения.

Существуют определенные закономерности процесса окостенения:

1.) в костях, построенных из плотной соединительной ткани, точки окостенения закладываются раньше, чем в хрящевых;

2.) окостенение скелета идет в краниокаудальном направлении, то есть от головы к периферии;

3.) в черепе окостенение распространяется от лицевого отдела к мозговому;

4.) в свободной конечности окостенение идет от центра к периферии.

Вторичные точки окостенения образуются в утолщенных частях кости (эпифизах) в самом конце внутриутробного развития и вскоре после рождения.

В 8-9 лет начинается новая волна окостенения. В это время появляется ряд точек окостенения в отростках, мышечных буграх и гребнях костей. За счет этих точек происходит окончательное моделирование костей. Такие точки окостенения могут появляться до 17-18 лет. По мере окостенения хрящи эмбрионального скелета все больше и больше замещаются костной тканью. Однако, трубчатые кости могут долго сохранять хрящ на границе между диафизом и эпифизами, за счет чего кость растет в длину. С наступлением половой зрелости эти хрящи замещаются костной тканью. К 22-24 годам замена хряща костной тканью завершается и останавливается рост костей в длину.

Наблюдаются значительные индивидуальные различия в темпах окостенения, поэтому костный возраст не всегда совпадает с паспортным. Опережение или отставание по окостенению может достигать 1-2-х лет. Начиная с 9 лет выявляются половые различия в темпах окостенения: девочки опережают мальчиков. В течение всего периода роста скелетный возраст мальчиков составляет около 80 % от такового у девочек. Рост тела в длину в основном завершается среди девочек в 16-17 лет, а среди мальчиков - в 17-18 лет. После этого прирост тела в длину может составить не более 2 %.

Развитие скелета находится под контролирующим влиянием эндокринной, нервной и сосудистой систем. Гормоны щитовидной железы способствуют окостенению. Гормон роста, вырабатываемый гипофизом, способствует росту тела в длину. Гормоны половых желез действуют на ростковые зоны кости, способствуя окостенению (синостозированию) в период полового созревания. Окостенение подвержено влиянию природных и социальных факторов.

С завершением процессов окостенения скелет достигает относительной стабильности. В зрелом возрасте преобладает равновесие между процессом костеобразования, осуществляемого остеобластами, и процессом разрушения костной ткани, осуществляемогоостеокластами. Возможность роста костей в толщину сохраняется за счет надкостницы.

Изменение функциональной нагрузки на кость приводит к ее структурной перестройке. Установлено, что увеличение нагрузки вызывает рабочую гипертрофию кости, которая выражается в расширении диафиза, утолщении компактного вещества и приобретении губчатым веществом крупноячеистого вида. При переходе от физического труда к сидячему образу жизни происходит обратное развитие кости.

В пожилом и старческом возрасте равновесие между процессами костеобразования и резорбции нарушаются: начинают преобладать разрушительные процессы. После 50 лет в трубчатых костях наблюдается рассасывание костного вещества на внутренней поверхности диафиза, в результате чего расширяется костно-мозговая полость. Вместе с этим происходит отложение костного вещества на внешней поверхности диафиза под надкостницей. Костеобразование при этом лишь частично компенсирует потерю костного вещества. При старении в различных частях скелета происходит разряжение костного вещества - остеопороз. Прочность кости при этом уменьшается, поэтому сравнительно небольшие травмы могут привести к переломам костей. Другим проявлением старения скелета является образование костных наростов, обызвествление связок и сухожилий в местах их прикрепления к костям. Старение скелета - индивидуальный процесс: у одних признаки старения проявляются в возрасте 30-40 лет, а у других - позже 60-ти лет.

Г. Соединение костей. Различают непрерывные, полупрерывные и прерывные соединения костей.

Непрерывное соединение костейобеспечивают различные виды соединительной ткани: плотная соединительная, хрящевая и костная. К непрерывным соединениям костей с помощью плотной соединительной ткани относятся: - связки, окружающие суставы; - мембраны, соединяющие кости предплечья и голени; - швы, соединяющие кости лицевого и мозгового черепа.

Полупрерывные соединения костейзанимают промежуточное положение между непрерывными и прерывными соединениями костей. Примером такого полусустава может служить соединение между лобковыми костями таза - лобковый симфиз.

Прерывные соединения костей (суставы)обладают большей подвижностью, по сравнению с другими видами соединений. Суставы состоят из двух или нескольких суставных поверхностей, покрытыхгиалиновым хрящем, что облегчает трение поверхностей. Кроме того, суставной хрящ выполняет функцию амортизатора. Помимо суставных поверхностей к суставу относятсясуставная полостьисуставная капсула, внутренняя поверхность которой выделяет в полость сустава жидкость (синовию), играющую роль смазки. Снаружи сустав окружен связками, которые тормозят и направляют движение в суставах. Некоторые суставы имеют дополнительные элементы в виде внутрисуставных хрящей и связок. Наличие этих элементов связано с особенностями суставных поверхностей и особенностями выполняемой суставом функции.

Форма сустава варьирует. Суставы бывают шаровидной, седловидной, эллипсоидной, цилиндрической и других форм.

Д. Развитие и возрастные изменения суставов. Образование суставов тесно связано с развитием костей. Суставы проходят те же стадии развития, что и кости. При закладке хряща на месте плотной соединительной ткани остаются бесхрящевые зоны, в которых и формируются суставы. У эмбриона 14 мм длиной вырисовываются характерные очертания суставных концов костей. На 7 неделе у зародыша 16-20 мм длиной происходит дифференцировка сложных элементов суставов, формирование суставных хрящей. Путем разжижения центральной части промежуточной зоны происходит образование суставной полости.

Этот процесс происходит гетерохронно в разных суставах. У новорожденных все элементы сустава сформированы, однако их тканевая структура отличается от окончательной. Суставные концы костей целиком составлены из хряща; их окостенение начинается на 1-2 году жизни. В первые 3 года жизни происходит перестройка хряща, затем она замедляется, а к 14-16 годам - суставной хрящ полностью сформирован. С 3-8 лет происходит изменение строения суставной капсулы. В подростковом периоде происходит ее утолщение. Окончательного развития сустав достигает к 22-25 годам. В пожилом и старческом возрасте в суставном и связочном аппарате происходят значительные изменения, в основе которых лежат глубокие ультраструктурные и биохимические процессы, происходящие в соединительной ткани. Они заключаются в уменьшении количества воды и содержания основного вещества, в нарастании количества волокнистых структур с измененными свойствами, в дегенерации эластичных волокон. Основное вещество хряща начинает изменяться уже к 30 годам. В пожилом возрасте изменения связаны с обызвествлением суставных хрящей, а в старческом возрасте - с отложением в них костного вещества. Суставные хрящи становятся тоньше, Сужается промежуток между суставными концами костей. Изменения в суставных хрящах, капсуле и связках приводят к уменьшению объема движений в суставах.

Е. Возрастные особенности отделов скелета. Скелет человека состоит из нескольких отделов:осевой скелет, череп, кости конечностей.

В состав осевого скелета входят позвоночник и грудная клетка.

Позвоночник.Позвоночник состоит из 5 отделов: шейный (7 позвонков), грудной (12 позвонков), поясничный (5 позвонков), крестцовый (5 позвонков) и копчиковый (3-5 позвонков).

У новорожденных позвоночник имеет относительно большую длину. Его шейная, грудная и поясничная части составляют 40 % от общей длины тела ребенка. После рождения интенсивнее всего растет в длину поясничный отдел позвоночника (у новорожденного он составляет 1/4 длины позвоночника, а у взрослого - 1/3). В то же время доля шейного отдела уменьшается с 1/4 до 1/5-1/6. Грудной отдел у новорожденных и взрослых составляет 1/2 длины позвоночника.

Изгибы позвоночного столба у новорожденного слабо выражены. После рождения постепенно формируется изгиб грудной части позвоночника. Когда ребенок начинает держать голову образуется шейный изгиб (лордоз). Поясничный лордоз становится более выражен в конце первого начале второго года жизни, когда ребенок начинает ходить.

При рождении позвоночный столб содержит намного больше костных элементов, чем у взрослых; типичные позвонки при этом состоят из 3-х костных частей, соединенных гиалиновым хрящем. Тела позвонков срастаются с дугами в возрасте 3-6 лет. Формирование остистых отростков происходит по мере окостенения дуг позвонков. Крестцовые позвонки в детском возрасте разделены и соединяются между собой хрящевыми пластинками. Срастание крестцовых позвонков начинается с 16 лет в направлении основания крестца и завершается лишь к 25 годам. В копчике новорожденных имеется лишь одна точка окостенения в первом позвонке. Остальные копчиковые позвонки окостеневают в возрасте от 3 до 18 лет.

Межпозвоночные диски новорожденных обладают относительно большой высотой, поэтому позвоночный столб подвижен и легко сгибается. Большую часть межпозвоночного диска составляет студенистое ядро, а у взрослых -волокнистое кольцо. Студенистое ядро в силу своей упругости поглощает энергию при толчках, поэтому дети характеризуются хорошими амортизационными свойствами позвоночного столба.

Грудная клетка.Грудная клетка состоит из 12 пар ребер и грудины. Ребра сочленяются сзади с позвонками, а спереди - с грудиной. К грудине первые 7 пар ребер присоединяются с помощью хряща (истинные ребра); 8, 9 и 10 пары присоединяются к хрящу вышележащей пары ребер, а затем - к грудине (ложные ребра); 11 и 12 пары ребер к грудине не присоединяются, располагаются в толще мышц (колеблющиеся ребра).

Грудная клетка новорожденного имеет форму усеченного конуса. Нижняя часть ее расширена, т.к. в нее заходит объемная печень. Поперечный и переднезадний размеры грудной клетки почти одинаковы, поэтому ее поперечное сечение приближено к кругу. Окружность грудной клетки на уровне сосков до начала дыхания 30 см, а через несколько дней, когда легкие полностью расправлены, - этот размер увеличивается до 34-35 см.

Окостенение ребер начинается одновременно с окостенением грудных позвонков. Этот процесс можно рассматривать как один из признаков начала созревания функциональной системы дыхания. Окончательное окостенение ребер наступает в 22-25 лет.

Грудина у новорожденных состоит из нескольких фрагментов. Срастание между сегментами грудины начинается с 4 лет, а завершается в 25 лет; рукоятка и мечевидный отросток срастаются с телом грудины после 30 лет.

Скелет грудной клетки новорожденного содержит много хряща и легко сгибается. Ребра у недышавшего ребенка располагаются наклонно, но с началом дыхательных движений принимают почти горизонтальное положение. В первые два года жизни в связи с увеличением легких происходит бурный рост грудной клетки. Изменение статики тела, вызываемое стоянием и ходьбой ребенка, обуславливают перераспределением сил тяжести оказывают воздействие на форму грудной клетки. Формирование грудного изгиба позвоночника оказывает влияние на положение ребер и форму грудной клетки, которая постепенно уплощается в переднезаднем направлении. Развитие мышц плечевого пояса способствует расширению верхнего отдела. В 6-7 лет происходит замедление роста грудной клетки и она приобретает многие черты, характерные для взрослых. Окончательная форма грудной клетки устанавливается не раньше 11-12 лет. В период полового созревания вновь происходит интенсивный рост грудной клетки.

Изменение формы грудной клетки в детском возрасте позволяет совершать более значительные движения, благодаря чему формируется грудной тип дыхания (грудная клетка расширяется во всех направлениях).

Череп.Череп состоит из двух основных отделов:мозгового илицевого. Мозговой отдел принято делить на основание и крышу черепа.

В состав черепа входят парные (например, теменные, височные, скуловые, небные, слезные, носовые, кости верхней челюсти) и непарные кости (например, лобная, затылочная, клиновидная, решетчатая, нижняя челюсть).

Череп новорожденного по своим пропорциям отличается от черепа взрослого человека. Объем лицевого черепа составляет 13 % объема мозгового черепа; у взрослого человека лицевой череп составляет 40 % мозгового. Такое различие в объемах связано с недоразвитием у новорожденного челюстей, особенно альвеолярных отростков, отсутствием зубов, слабым развитием полости носа и ее придаточных пазух. В то же время глазницы имеют относительно большие размеры. В мозговом черепе отмечается преобладание крыши над основанием. Резко выступают лобные и теменные бугры. Многие кости черепа ко времени рождения состоят из нескольких еще не слившихся составных частей, поэтому общее количество костных элементов в черепе новорожденного больше, чем у взрослого. Это как бы повторяет давно минувшие этапы эволюции, когда череп представлял мозаику из многих мелких костей.

К моменту рождения соединения костей черепа с помощью швов еще не сформировались, и между костями крыши черепа имеются перепончатые промежутки (роднички), благодаря которым кости обладают некоторой подвижностью и могут смещаться относительно друг друга, что имеет важное значение при родах. В этот момент голова плода изменяет свою конфигурацию для приспособления к форме родового пути. Кроме того, роднички выравнивают колебания внутричерепного давления, которое возникает при увеличении мозговой массы.

Самый большой размер имеет передний (лобный) родничок, который находится между лобной и теменной костями. Он имеет форму ромба и его размеры варьируют от 18х20 до 26х30 мм; закрывается на втором году жизни.

Задний (затылочный) родничок располагается между затылочной и теменной костями; его форма треугольная. Он закрывается в первые месяцы после рождения, а иногда - в конце внутриутробного периода развития.

На боковой стенке черепа находятся парные клиновидный и сосцевидный роднички неправильной формы. Эти роднички закрываются на последнем месяце внутриутробной жизни.

Окончательное формирование и рост частей черепа происходит после рождения. Мозговой и лицевой отделы черепа растут неравномерно. За весь период роста линейный размеры мозгового черепа увеличиваются в 1,5 раза, лицевого - в 3 раза. Мозговой череп наиболее интенсивно растет в первые два года жизни. Его объем в первые 6 месяцев удваивается, а к 2 годам утраивается; в это время он достигает 2/3 объема черепа взрослого человека. После 2 лет рост крыши черепа замедляется, а основание продолжает расти. К 10 годам вместимость мозгового черепа почти равна таковой у взрослого. Основание черепа продолжает расти до 18-20 лет, когда происходит сращение затылочной и клиновидной костей.

Лицевой череп растет быстрее мозгового и соотношение между их размерами начинает меняться уже в первые два года жизни. Наиболее интенсивно развивается нижняя часть лицевого черепа. К 8 годам объем лицевого черепа составляет 1/2 от его объема у взрослого человека. В подростковом и юношеском периодах продолжается рост костей лицевого черепа, особенно челюстей. После наступления половой зрелости кости лицевого черепа утолщаются.

Изменения отдельных костей мозгового и лицевого черепа в постнатальном онтогенезе состоят в сращении их частей, формировании наружного и внутреннего рельефа. После рождения происходит развитие воздухоносных пазух черепа.

Скелет конечностей. Существует несколько общих закономерностей строения конечностей: многозвенность, расчленения на лучи и симметрия.

Многозвенность - каждая конечность состоит из более или менее подвижно связанных между собой костей. Различают поясикости свободной конечности.

Пояс - соединительное звено между скелетом туловища и костями свободной конечности.

Свободная конечность подразделяется на три отдела: проксимальный, средний и дистальный. Количество постоянных элементов увеличивается в дистальном направлении. Проксимальное звено состоит из 1 кости (плечевой в верхней конечности и бедренной - в нижней). Среднее звено состоит из двух параллельно расположенных, скрепленных между собой костных балок, создающих надежную конструкцию, передающую давление с одной части кости на другую (локтевая и лучевая кости в предплечье, а также большая и малая берцовые кости в голени). Подвижное соединение костей предплечья позволяет производить вращение кисти, что играет важную роль в трудовых движениях. Кости голени у человека утратили подвижность и выполняют в основном опорную функцию.

Расчленение на лучи, характерное для дистальных звеньев скелета конечностей, у наземных позвоночных имеет пятилучевую основу. Благодаря этому, а также наличию множества мелких костей, увеличивается опорная поверхность дистальных частей конечностей и обеспечивается адаптивное изменение формы стопы при ходьбе и формы кисти при манипулировании с различными предметами.

Исходя из взаимного расположения звеньев скелета можно установить гомологию верхних и нижних конечностей человека. Так как большой палец кисти находится на стороне лучевой кости, а большой палец стопы - на стороне большой берцовой, то эти две кости следует считать гомологичными. Отсюда следует, что гомологом локтевой кости является малая берцовая кость. Так же можно проследить соответствие между костями запястья кисти и предплюсны стопы, т.е. и в дистальных отделах конечностей.

Симметрия конечностей носит билатеральный характер. Левые рука и нога представляют собой зеркальное отражение соответствующих правых конечностей. Однако симметрия здесь, как и везде в теле человека, носит приблизительный характер. Отклонение от симметрии выражается в неодинаковом развитии костей с обеих сторон. У большинства людей плечевая кость справа (и кости предплечья) имеют несколько большую длину, ширину диафизов и массу. В нижних конечностях также наблюдается дисимметрия, хотя и выраженная не так отчетливо как в верхних. Так, у большинства людей отмечается преобладающее развитие в длину костей левой ноги. Часто это сочетается с более сильным развитием костей правой руки, поэтому говорят о перекрестной асимметрии конечностей у человека.

При сходном общем плане в верхних и нижних конечностях наблюдаются различия. Так, соединение костей плечевого пояса с грудиной более подвижное, чем костей тазового пояса с крестцом. Достаточно вспомнить, что верхняя конечность соединяется с туловищем посредством двух костных звеньев - ключицы и лопатки, а пояс нижних конечностей представляет собой замкнутое кольцо, в которое вдвинут крестец. Плечевой пояссоединяется с грудиной грудино-ключичным суставом, имеющим 3 степени свободы. Соединение костей плечевого пояса между собой (акромиально-ключичный сустав) обеспечивает дополнительную подвижность плечевого пояса после того как объем движений в грудино-ключичном суставе уже исчерпан. В противоположность этому, пояс нижних конечностей - очень тугое соединение, относительная подвижность которого сохраняется до половой зрелости, а далее начинает уменьшаться.Таз(коститазового поясаи крестец) - опора для нижних конечностей и органов брюшной полости.

Плечевой суставодин из самых подвижных суставов нашего организма, т.к. движения в нем происходят по трем осям. Втазобедренном суставедвижения также возможны по трем осям, однако он окружен мощным связочным аппаратом и, поэтому, объем движений здесь ограничен.

В локтевом суставе, соединяющем проксимальный и средний отделы верхней конечности, движения осуществляются по двум осям. Это сложный сустав, состоящий из трех суставов.Коленный суставсоединяет между собой аналогичные отделы нижней конечности. Особенности коленного сустава обусловлены ходьбой. Форма мыщелков бедренной кости, изогнутость суставных поверхностей - все это имеет важное значение для движения, в котором сочетается скольжение и вращение. В движении участвуют мениски и внутрисуставные связки, которые не только ограничивают, но и направляют движения в суставе. В конце разгибания происходит вращение бедра, что способствует замыканию коленного сустава. Стабильность коленного сустава обеспечивается мышцами, поэтому борцы и боксеры имеют стойку с полусогнутыми ногами, в которых мышцы в наибольшей мере проявляют свою стабилизирующую функцию.

Соединения костей голени менее подвижны, чем соединения костей предплечья. При фиксированной стопе может происходить лишь небольшое вращение малоберцовой кости вокруг большеберцовой.

Лучезапястный сустав, соединяющий средний и дистальный отделы верхней конечности, имеет две степени свободы, а аналогичный сустав нижней конечности (голеностопный) - одну. Оба сустава функционируют совместно с ближайшими к ним суставами кисти и стопы, соответственно. В лучезапястном суставе осуществляются сложные движения рядов костей запястья друг относительно друга. Здесь соединение лучевой кости с костями запястья допускает объем движений, сопоставимый с таковым в плечевом поясе.Голеностопный суставпри движении комбинируется с подтаранным (таранная и пяточные кости предплюсны), обеспечивая стабильность и возможность вращательных движений. В поперечных суставах стопы осуществляются аналогичные вращательные движения, а также вертикальные перемещения костей, что усиливает пружинящее свойство ноги.

Соединения пальцев стопы менее подвижны, чем пальцев кисти, хотя форма суставов сходная. Особенно различаются большие пальцы рук и ног. Большой палец кисти соединяется с запястьем седловидным суставом. Здесь наиболее важна способность к противопоставлению большого пальца всем остальным. Большой палец стопы в основном совершает сгибание и разгибание, а способность к отведению утрачена.