3.3. Системы органов человека

(и их отражение в пластике)

Тело взрослого человека весит около 68 килограммов и состоит из прибли­зительно 100 000 миллиардов клеток. Каждая клетка выполняет определен­ные функции и вместе с другими клетками образует живую ткань. Тело чело­века состоит из четырех основных типов ткани: эпителиальной (покрывает поверх­ность кожи, роговицу глаза, выстилает полости организма, внутреннюю поверх­ность пищеварительной, дыхательной и мочеполовой систем, формирует железы организма), соединительной (выполняет опорную и защитную функции), нервной и мышечной. Соприкасаясь, ткани образуют комплексные структуры, называющие­ся органами. Каждый орган выполняет собственную специфическую.

Органы – это отдельные структуры организма, различающиеся по форме, размеру, функции, которые, тем не менее, не могут работать самостоятельно. Работа одного органа должна быть связана с работой другого и таким образом формируются си­стемы органов – наиболее организованные комплексные единицы тела. Например, мозг, спинной мозг и периферические нервы (состоящие из нервов и соединительных тканей) являются комплексными органами, а все вместе они составляют нервную си­стему человека. Можно выделить одиннадцать систем человеческих органов: покров­ную (кожа, волосы, ногти и молочные железы), костную (кости, хрящи и связки), мышечную (мышцы и сухожилия скелета), нервную (мозг, спинной мозг и перифериче­ские нервы), эндокринную (железы и гормоны), кровеносную, лимфатическую, дыха­тельную, пищеварительную, выделительную и половую. Вместе они образуют орга­низм человека, о котором и пойдет речь в этой книге.

3.3.1. Костная система

Скелет состоит из совокупности костей и непод­вижных или подвижных соединений между ними. Он несет функцию опоры всего тела, а при движениях его части являются рычагами мышц. Костная система состоит из костей, хрящей и связок, создает жесткий каркас тела, выполняет защитную и опорную функции. Она определя­ет очертания тела; составляющие ее кости, хрящи и связки являются местами начала и прикрепления большинства мышц. Благодаря под­вижности суставных сочленений костная система осуществляет двига­тельную функцию, защищает органы, например, - мозг, спинной мозг, сердце, легкие и печень, выполняет жизненно необходимую крове­творную функцию. Скелет взрослого человека насчитывает более 200 костей.

Главными функциональными свойствами кости являются твердость и упругость. Кость является одним из самых прочных материалов, который формиру­ется при температуре около 37° С. Только несколько материалов, про­изведенных в современных условиях при чрезвычайно высоких темпе­ратурах, превосходят ее по своей прочности. Кость, как гранит, может выдержать сжатие в два раза и, как бетон, растяжение в четыре раза. Все это возможно благодаря ее уникальному составу: на 66 процентов кость состоит из неорганических веществ (минеральные соли, в основ­ном, соли кальция и фосфат) и на 33 процента – из веществ органиче­ского происхождения (белки и полисахариды), которые при попадании в кипящую воду превращаются в желатин, или клей. Если органическое вещество сгорает, оставшиеся минералы сохраняют форму кости, но рассыпаются в пыль при касании. Напротив, если минеральные веще­ства растворить разбавленной кислотой, оставшееся органическое ве­щество сохранит форму кости, а при касании проявит свойства удиви­тельной эластичности: длинную, например, бедренную кость можно за­вязать узлом, но она медленно вернется к своей естественной форме.

Живая кость – розовато-белого цвета, влажная, снабженная крове­носными сосудами и нервами, проникающими внутрь через неболь­шие отверстия, называемые каналами.

Кость – это не твердое тело, она состоит из внешней оболочки (или ко­ры) и губчатой внутренней сети трабекул-перекладин (от лат. trabs – луч). Эти перекладины перекрещиваются между собой и образуют множество ячеек. В

длинной кости трабекулы располагаются более плотно в местах, прилегающих к суставам, и более свободно – в ос­новном теле кости. Все кости изогнуты. Это способствует увеличению площади поверхности крепления мышцы. Длинные кости - трубчатые, что добавляет им прочности. Поверхности костей могут быть гладкими или неровными, с впадинами и выступами (рис. 13).

Т

Рис. 14 . Изображение мощного костного остова с выраженным контуром сочленений

ело, или диафиз, длинных трубчатых костей представляет полый цилиндр, предназначенный главным образом для сопротивления силами сдавливания или растяжения. Их концы, или эпифизы, построены из губчатого вещества, костные перекла­дины и пластинки которого расположены по направ­лению сил, действующих на кость. Таким образом структура кости приспособлена к максимуму сопро­тивления с минимальной затратой материала и в совер-шенстве осущест-вляет свои механи-ческие функ­ции. Подобное построе-ние структуры называется функ-циональным. Оно вполне аналогично техни­ческим конст-рукциям, где мате-риал используется экономно, благо-даря его располо-жению по главным направлениям сил.

Форма кости обусловлена глав-ным образом влия-нием внешних сил и отражает ее внутре-ннюю функцио-нальную структуру. Во внешней форме кости соотношение между формой и ее архитек­турой менее выражено, так как на строение кости вли-яют и другие фак-торы, а именно: давление мышц, места их прикрепления, взаимоотношения с соседними анатомическими образованиями (сосудами, нервами и т. д.).

Из сил, воздействующих на кость, одни являются временными, а другие постоянными, как, например, сила тяжести. Эта сила действует главным образом на структуру скелета нижних конечностей.

Существуют силы, которые действуют непостоянно, как, например, растяжение, некоторые воздействия встречаются спорадически, например, силы изгиба, кручения или силы давления на верхние конечности. Функциональные свойства кости, обусловленные ее структурой, позволяют ей выдерживать большие случайные нагрузки, так как запасы ее сопротивляемости намного превосходят силы, которые воздействуют на нее при обычной деятельности.

Рис. 15 . Изображение хрупкого строения скелета кисти

Одной из наиболее замечательных биологических характеристик кости является ее пластичность, выражающаяся в приспособлении ее внутренней структуры и внешней формы в ответ на продолжительные изменения механических воздействий. Так, например, сильная мускулатура вызывает подчеркнутое моделирование кости, на ней появляются выраженные выступы, гребни и углубления в местах начала и прикрепления мышц (Б.А. Долго-Сабуров).

Свойства скелета, связанные со степенью раз­вития мускулатуры, отражаются и на внешних формах живого тела в виде то сильных, то слабых или мало заметных рельефов. И все же непосредственное исследование кости более отчетливо показывает соотношение ее формы с развитием мышечной массы (рис. 13, а и б).

Весь скелет (кроме поверхно­стей суставных соединений) покрыт сосудисто-волокнистой оболоч-кой, которая постоянно меняет свою форму и называется надкостни­цей. Остеокласты, вхо-дящие в состав над-костницы, отвечают за раз­рушение костной ткани при ее пере-стройках, тогда как остеобласты способ-ствуют ее восстанов-лению.

Н

Рис. 16. Различные формы суставов (схема):

А – блоковидный; Б – эллипсовидный;

В – седловидный; Г - шаровидный

адкостница представляет собой прочную соединитель-нотканную пластинку, которая покрывает кость снаружи. Надкос-тница имеет большое значение в жизни кости, она богата кро-веносными, лимфати-ческими сосудами и нервами. У надкост-ницы выделяют два слоя: наружный волок-нистый слой (состоя-щий из пучков кол-лагеновых волокон), и внутренний ростковый (костеобразующий) слой, который непос-редственно прилежит к кости. Вследствие кос-теобразующих свойств надкостницы кость растёт в толщину, а также восстанавливается при заболеваниях кости, при переломах. Если повреждена кость, но цела надкостница, то кость через некоторое время может восстановиться.

Суставы скрепляются связками. Связки повышают прочность скрепле­ния костей, направляют и ограничивают движение в суставах. Тонкие слоистые полупрозрачные тяжи коллагеновых волокон, различные по толщине, длине и степени прозрачности, словно обрисовывают сус­тавные соединения и способны в полной мере отразить рельеф по­верхности каждого из них.

Суставы представляют собой формы соединения костей; их анатомические особенности соответствуют относительной или полной подвижности (рис. 14). Малоподвижные и подвижные суставы связаны с мышечной деятельностью. Они представляют собой места, где под влиянием мышечной силы происходит вращение костных рычагов (скольжение с небольшим перемещением, происходящим между суставными поверхностями, можно не принимать во внимание при изложении общих положений суставной механики).

В синартрозах (полуподвижные соединения) свя­зывающей тканью является хрящ.

Хрящ - это твердая скелетная соединительная ткань. Существуют три типа хрящевой ткани: гиалиновый, эластический и волокнистый. Из во­локнистого хряща формируются фиброзные кольца межпозвонковых дисков и лобковый симфиз; эластический хрящ образует на­ружное ухо; гиалиновый хрящ (наиболее распространенный тип хряща) покрывает суставные поверхности костей, формирует полукольца ске­лета трахеи и бронхов легких, хрящи нижних ребер и носа. Слово «гиа­линовый» происходит от греческого hyalinos и означает «стекловидный»: гиалиновые хрящи полупрозрачные, с голубовато-белым отливом.

Эффект движения в таких соединениях стано­вится заметным только в том случае, если склады­ваются воедино движения многих однозначных синхондрозов сходного строения, например, в со­единениях между телами позвонков.

Суставные концы костей, образующие суставы, постоянно находятся в соприкосновении. Они удерживаются друг около друга суставной капсулой и связками, последние представляют собой уплотнения суставной капсулы, образуются в тех направлениях, где необходимо или ограничить под­вижность суставов, или совершенно ее исключить. Важную роль в обеспечении контакта суставных концов имеют окружающие сустав мышцы.

Сочленяющиеся поверхности покрыты слоем гладкого и блестящего хряща, облегчающего сколь­жение. Этому благоприятствует и синовиальная жидкость, выделяемая оболочкой, покрывающей внутреннюю поверхность суставной сумки.

В некоторых суставах между сочленёнными поверх­ностями имеются внутрисуставные хрящи в форме менисков или дисков, они увеличивают суставную поверхность и обеспечивают равномерное распре­деление давления по поверхности.

Большинство подвижных сочленений играют очень важную роль во внешней пластике.

Суставы конечностей, за исключением тех, кото­рые обеспечивают связь с ту-ловищем и окружены мышеч-ной массой, представляют собой утолщенные области скелета, над ними обык-новенно проходят мышцы и сухожилия. Они заметны на живом, и для понимания особенностей формы данной области необходимо знать строение эпифизов и даже сустав­ных поверхностей, часто доступных исследо-ванию в результате изменения положения суставных кон­цов во время движения.

К

Рис. 17. Сустав­ные поверхности, дос-тупные исследованию в результате изменения положения суставных кон­цов во время движения (колен-ный сустав)

лассификация подвижных сочленений по форме суставных поверх-ностей имеет относительное зна­чение, ибо не всегда прямая зависимость между формой поверхности и движением ясно выражена.

Сравнение суставных концов и их поверхностей с точными геометрическими фи-гурами, какими явля­ются, например, шар, эллипс, седло, цилиндр, блок, дает нам схематическое представление о функции данного сочленения.

Действительные движения в сочленениях зави­сят не только от формы поверхностей, находящихся в контакте, но и от других факторов, какими явля­ются, например, эластичность сочленяющихся по­верхностей, расположение связок и околосуставной мускулатуры, напряжение суставной сумки и апоневрозов.

Так как изучение форм суставных поверхностей не всегда достаточно для понимания характера движения, то пришлось прибегнуть к непосредст­венному исследованию движения. В результате сопоставления данных, полученных различными методами, были установлены для подвижных сочленений оси вращения, форма, амплитуда и границы движения.

В зависимости от возможности движений вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, сочленения были разделены на три группы: сочленения с одной степенью подвижности, в них возможны движения вокруг одной оси, по форме они соответствуют блоку; сочленения с двумя степенями подвижности, в них движения происходят вокруг двух осей, форма их сус-тавных поверхностей напо-минает «седло» или эллипс и сочленения с тремя степенями подвижности, по форме они являются шаровидными (рис. 14).

П

Рис. 18. «Открытая» (верхние конечности) кинематическая цепь

лоскости, в которых совершаются главные дви-жения, находятся под прямым углом к основным осям, расположенным в трех вза-имно перпендикулярных нап-равлениях: вертикальном, фронтальном и сагиттальном. Помимо условно выбранных, основных плоскостей, реаль-ные движения производятся и в промежуточных плоскостях, вокруг промежуточных осей основных направлений (рис. 15).

В связи с тем, что ни одна из поверхностей суставов не является строго геометрической поверх­ностью, не существует точных осей вращения. Следовательно, каждое движение характеризуется его направлением по отношению к основной плос­кости, а не к плоскости поверхности сустава, а также степенью его подвижности, а не оси сочлене­ния.

У живого человека движения часто произво­дятся одновременно во многих сочленениях. Такую систему суставов называют кинематической цепью. Кинематические цепи «открыты», если последнее их звено подвижно (рис.18), или «закрыты», если их по­следний элемент сочленяется непосредственно или опосредованно с первым (рис. 19, 15).

При открытых кинематических цепях степени суставной подвижности отдельных ее элементов суммируются до максимальной подвижности, состо­ящей из шести степеней (три степени являются максимальным числом движений одного сочленения, то есть тела, имеющего одну связь).

В тот период, когда мы фиксируем открытую цепь свободной конечности, подвижность сводится лишь к одной степени. Фиксация кисти очень часто имеет место при ручном труде и приводит к тому, что цепь верхней конечности приобретает лишь одну степень подвижности. В этом случае без дви­жений лопатки верхняя конечность движется только по оси, соединяющей концы своей кинематической цепи.

Если фиксируется плечевой сустав, то кисть сохраняет степени подвижности благодаря другим сочленениям цепи, а если фиксируется и локте­вой сустав, то кисть в этом случае обладает лишь той свободой движения, которая присуща сус­таву кисти.

В закрытых кинематических цепях движения в сочленениях оказывают друг на друга взаимное влияние.

В

Рис. 19. «Открытая» (верхние конечности) и «замкнутая» (нижние конечности) кинематические цепи кинематические цепи.

закрытой цепи соединений нижних конечностей и таза имеется шесть суставов, подвижность этих сочленений взаимно обусловливает друг друга. Они могут двигаться все вместе (например, при движении выпада), или два сустава могут стать фиксирован­ными, тогда человек прихрамывает.

В ограничении движений кинематической цепи основную роль играют антогонистические мышеч­ные группы и, в особен-ности, мышцы, перекидыва­ющиеся через большое количество суста-вов. Эти факторы определяют особенности движений ниж­ней конечности и отличают их по протяжению и способу взаимодей-ствия от движений, которые совершаются в открытой цепи верхней конечности.

В связи с движениями суставов в кинематических цепях важно запомнить то обсто-ятельство, что под­вижные сег-менты одной части тела имеют взаимно обусловленные направле-ния. Понимание механизма, координирующего форму движе-ния всей кинема­тической цепи, является необходимой пред­посылкой для правильного вос-произведения форм в пластике.

Связочный аппарат суставов и мышцы являются теми факторами, которые непосредственно опреде­ляют амплитуду движений в суставах. Костные сочленяющиеся поверхности обыкновен-но допускают значительно большие дви-жения, чем они возможны в жизни при наличии мышечной тяги. Следовательно, сочленения располагают запа­сом подвиж-ности, обеспечивающим им целостность в случаях крайнего перенапряжения.

Движения в суставах, вызванные мышечными сокращениями, называются активными. Свобод­ная мобильность используется в пассивных движе­ниях. Силами, которые используют пассивные дви­жения до пределов суставной подвижности, обык­новенно являются или сила земного притяжения, или силы инерции, вызванные большими ускорениями. Движение в суставах начи­нает тормозиться еще до того, как оно достигает своего предела, в первую очередь за счет растя­жения и контракции мышечной группы, антаго­нистичной направлению движения, а затем уже пассивно благодаря натяжению связочного аппарата. Растяжение связок оказывает тормозящее влияние на движение, а затем вызывает действие мышц, приводящее к его остановке.

В период торможения движения связки за счет их растяжения фиксируют суставные поверхности и ограничивают или устраняют возможность их передви-жения в других направлениях.

В

Рис. 20. Мышцы бедра:

вид спереди

большинстве суставов не существует полного соответствия и контакта между всеми частями сус­тавных поверхностей. Если область соприкосно­вения в суставе велика и суставные поверхности вполне конгруентны, то характер движения и его размах определяются формой суставных концов (плече-локтевое сочленение). Движения в таких сочленениях отличаются стабильностью и меньшим размахом.

В сочленениях, где суставные поверхности кон­тактируют не на всем протяжении, характер движений определяется мышцами и связочным аппаратом. В таких случаях суставы обладают большой подвижностью, но меньшей стабильностью движений (плечевой сустав).