2. Опорно-двигательный аппарат
Одним из важнейших свойств живого организма является передвижение в пространстве. Эту функцию у млекопитающих (и человека) выполняет опорно-двигательный аппарат, состоящий из двух частей: пассивной и активной. К первой относятся кости, соединяющиеся между собой различным образом, ко второй – мышцы.
2.1. Костная система
2.2.1. Строение костей
Костное вещество состоит из минеральных солей (около 70%) и органических веществ (около 30%). Больше половины всех минеральных веществ – это фосфорнокислый кальций. Минеральные вещества придают костям твердость и хрупкость, органические – гибкость, упругость, эластичность. В целом сочетание органических и неорганических веществ придает костям большую прочность. Твердость и прочность костей сравнима с чугуном и кирпичом, поэтому кости могут выносить большие нагрузки. Например, большая берцовая кость выносит, не ломаясь нагрузку около 3 тонн. Соотношение органического и неорганического вещества с возрастом изменяется. У детей немного выше количество органических веществ, поэтому их кости более упруги, эластичны и гибки и реже ломаются. У пожилых и старых людей несколько возрастает количество неорганических веществ, их кости менее эластичны и более хрупки, поэтому чаще ломаются даже при небольших травмах.
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.
Кость живого человека – динамическая структура, в которой происходит постоянный обмен веществ, анаболические и катаболические процессы, разрушение старых и созидание новых костных трабекул и остеонов.
Кости скелета можно изучать у живого человека методом рентгеновского исследования. Наличие в костях солей кальция делает их менее прозрачными для лучей Рентгена, чем окружающие их мягкие ткани. Вследствие неодинакового строения костей, присутствия в них более или менее толстого слоя компактного коркового вещества, а кнутри от него губчатого вещества, можно увидеть и различить кости на рентгенограммах. Суставной хрящ прозрачен для рентгеновского излучения. На рентгенограммах можно видеть точки окостенения и по ним определить возраст, проследить замещение эпифизарного хряща костной тканью, сращение частей кости (появление синостоза).
Все кости скелета можно классифицировать на группы (рис. 2.1):
1) трубчатые (длинные – плечевая, короткие – фаланги пальцев);
2) губчатые (длинные – ребра, короткие – кости запястья, предплюсны);
3) плоские (лопатки);
4) смешанные (основание черепа, позвонки);
5) воздухоносные.
Рис. 2.1. Виды костей:
1 – воздухоносная кость, 2 – длинная (трубчатая) кость, 3 – плоская кость, 4 – губчатые (короткие) кости, 5– смешанная кость
Во внешнем строении трубчатой кости выделяют удлиненную среднюю часть – тело, или диафиз, имеющий цилиндрическую или близкую к трехгранной форму (рис. 2.2). Расширенные концевые участки называются эпифизами. Между эпифизом и диафизом располагается участок, называемый метафизом. Эпифизарный участок кости участвует в образовании сустава, его поверхность покрыта гиалиновым хрящом. Вся остальная поверхность кости покрыта надкостницей. Надкостница образована двумя тканевыми слоями: наружным из плотной соединительной ткани и внутренним из эпителиальной ткани. Надкостница имеет розоватый цвет, в ней расположено много мелких кровеносных сосудов и болевых рецепторов. Трубчатые кости (плечевая, бедренная) имеют вид трубки с полостью, заполненной желтым костным мозгом. Концы этих костей утолщены и заполнены губчатой тканью, содержащей красный костный мозг. Трубчатые кости способны выдерживать большие нагрузки. Плоские кости (лопатки, ребра, тазовые, черепные) состоят из двух пластинок плотного вещества и тонкой прослойки губчатого вещества между ними.
В молодых растущих костях в области метафиза имеется сплошная хрящевая прослойка – метафизарный хрящ. За счет деления его клеток кость растет в длину. В области диафизов имеются костные возвышения – апофизы, к которым прикрепляются скелетные мышцы. В области диафиза внутри кости имеется полость, костная стенка которой ограничена компактным костным веществом. Диафизы образованы губчатым костным веществом, которое содержит многочисленные мелкие ячейки. С поверхности диафизы покрыты тонким слоем компактного костного вещества. Полость внутри диафиза и все ячейки в губчатом веществе эпифизов заполнены костным мозгом. Во внутриутробный период и в раннем детском возрасте в костях находится только красный костный мозг. Он является органом кроветворения и иммунной защиты. Постепенно с возрастом красный костный мозг в полостях диафизов трубчатых костей заменяется желтым костным мозгом, который образован жировой тканью и выполняет запасающую функцию. На форму, размеры, внешнее и внутренне строение костей большое влияние оказывает интенсивность и характер физической нагрузки.
Рис. 2.2. Строение трубчатой кости:
А – кость в период роста, Б – эпифиз кости взрослого человека
Костная ткань растущего организма образуется внутри хряща: примерно на середине диафиза появляются остеобласты. Из надкостницы в хрящ врастают кровеносные сосуды и соединительная ткань, хрящ начинает разрушаться. Часть клеток соединительной ткани превращается в остеобласты, которые разрастаются в виде тяжей, формирующих в глубине хряща губчатое костное вещество. Диафизы окостеневают еще во внутриутробном периоде (первичные точки окостенения). В течение его последнего месяца и после рождения в хрящевых эпифизах появляются 1–3 вторичных точки окостенения, которые увеличиваются в размерах, хрящ изнутри разрушается, а на его месте образуется костная ткань. Трубчатая кость растет в длину до 16–24 лет, когда хрящ полностью заменяется костной тканью: эпифиз срастается с диафизом.