ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА - АНАТОМИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ И ГИГИЕНА ЧЕЛОВЕКА

Опорно-двигательная система состоит из скелета и скелетной мускулатуры. Она позволяет человеку совершать различные движения, а также защищает внутренние органы от повреждения. Кроме того, кости участвуют в минеральном обмене, а также содержат красный костный мозг — орган кроветворения. Скелет определяет форму тела, к нему прикрепляются мышцы. В скелете человека насчитывается более 200 костей и их соединений.

В образовании кости принимают участие несколько видов тканей, но главное место занимает костная ткань. В ее состав входя! иронические вещества (оссеин и оссеомукоид) и неорганические соединения (главным образом соли кальция, фосфора, магния). Органические вещества придают костям эластичность и упругость; минеральные вещества — твердость. С возрастом количество неорганических веществ в костях увеличивается, и они становятся более хрупкими. В состав костной ткани входят костные клетки (остеоциты) с множеством отростков и межклеточное вещество (коллагеновые волокна и минерализированное аморфное вещество). Для новорожденных характерна грубоволокнистая костная ткань (коллагеновые волокна толстые, грубые, идут в межклеточном пространстве в разных направлениях). По мере роста организма грубоволокнистая ткань замещается пластинчатой, состоящей из пластинок (тонкие, параллельно ориентированные коллагеновые волокна, межклеточное вещество и клетки). Структурной единицей костной ткани является остеон (система костных пластинок, которые концентрически расположены вокруг канала, содержащего сосуды и нервы). Промежутки между остеонами заполнены вставочными пластинками. Из остеонов и вставочных пластинок состоят более крупные элементы кости — перекладины. Если перекладины лежат плотно, то образуется компактное вещество кости, а если между перекладинами имеются пространства, — то губчатое вещество.

В скелете человека различают длинные трубчатые (кости плеча, предплечья, бедра, голени), короткие трубчатые (кости кисти и стопы), длинные губчатые (ребра, грудина), короткие губчатые (кости запястья и предплюсны) и плоские (кости черепа, лопатки) кости.

Длинная трубчатая кость (рис. 26.1) состоит из средней части — тела кости, или диафиза, и двух расширенных концов — эпифизов. Внутри диафиза имеется канал, заполненный желтым костным мозгом. В детском и юношеском возрасте между диафизом и эпифизом располагается прослойка хряща. Клетки хрящевой ткани размножаются в сторону концов кости, в результате чего длина кости увеличивается. К 18—20 годам у женщин и 23—25 годам у мужчин происходит полная замена хрящевой ткани на костную и рост кости в длину прекращается. Диафиз образован компактным веществом и снаружи покрыт надкостницей — соединительнотканной прослойкой, пронизанной большим количеством сосудов и нервов. Деление ее клеток обеспечивает рост кости в толщину, а также восстановление костей при переломах. Эпифизы состоят из губчатого вещества, а сверху покрыты суставным хрящом. В костных ячейках губчатого вещества многих костей находится красный костный мозг, клетки которого образуют клетки крови.

Рис. 26.1. Строение трубчатой кости:

1 — надкостница, 2 — вещество кости, свободное от надкостницы, 3 — диафиз, 4 — эпифиз

Губчатые кости построены преимущественно из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Плоские кости состоят из двух пластинок компактного вещества, между которыми располагается губчатое вещество.

Способы соединения костей зависят от их функций (рис. 26.2). Различают непрерывные соединения костей, прерывные соединения костей (суставы) и полусуставы.

Рис. 26.2. Типы соединения костей:

а — посредством швов, б — посредством хряща, в — сустав; 1—3 — швы между костями черепа, 4 — позвонки, 5 — хрящевые прослойки, 6,7 — суставные поверхности, 8 — полость сустава, 9 — надкостница, 10 — суставная сумка

Непрерывные соединения костей имеются между костями черепа, таза. Между соединяющимися костями расположена тонкая прослойка соединительной ткани или хряща. Соединения костей мозгового и лицевого отделов черепа называют швами. Полусуставы также представляют собой хрящевые соединения, но в толще хряща имеется небольшая полость. К ним относятся соединения тел некоторых позвонков, лобковых костей. Небольшая подвижность этих соединений достигается при помощи хрящевых пластинок и упругих связок.

Суставы — полостные подвижные соединения костей, включающие:

• суставные поверхности костей, покрытые хрящом (соответствуют друг другу по форме);

• суставную сумку (обычно укреплена связками);

• суставную полость;

• суставную жидкость (продуцируется клетками, выстилающими внутреннюю поверхность суставной сумки, облегчает скольжение суставных поверхностей костей и служит питательной средой для суставного хряща).

Суставы различают по числу и форме суставных поверхностей костей и по возможному объему движений, т.е. по числу осей, вокруг которых может совершаться движение. Так, по числу поверхностей суставы подразделяют на простые (две суставные поверхности) и сложные (более двух); по форме — на плоские (межзапястные, запястно-пястные, предплюсно-плюсневые суставы), шаровидные (плечевой, тазобедренный), эллипсовидные (между затылочной костью и первым шейным позвонком) и т.д. По характеру подвижности различают одноосные суставы (с одной осью вращения — блоковидные, например межфаланговые суставы пальцев); двуосные (с двумя осями) и многоостные (плечевой сустав).

Отделы скелета

Скелет человека (рис. 26.3) состоит из скелета туловища (позвоночный столб и грудная клетка), скелета головы (мозговой и лицевой отделы), скелета конечностей (скелет поясов и скелет свободных верхних и нижних конечностей).

Рис. 26.3. Скелет человека:

а — спереди, б — сзади;

1 — череп, 2 — ключица, 3 — лопатка, 4 — грудная клетка, 5 — плечевая кость, 6 — ребра, 7 — позвоночник, 8 — кости таза, 9 — кости предплечья, 10 — кости кисти, 11 — бедренная кость, 12 — кости голени, 13 — кости стопы

Позвоночный столб содержит 33—34 позвонка. Позвонок состоит из тела, дуги и отростков. Дуга позвонка замыкает позвоночное отверстие. Позвоночные отверстия образуют позвоночный канал, в котором помешается спинной мозг. Тела позвонков соединены непрерывно посредством хрящевых дисков, имеющих внутри студенистое ядро. Дуги позвонков соединяются друг с другом за счет связок и полусуставов. Различают пять отделов позвоночника: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый.

Шейный отдел состоит из семи шейных позвонков. Два первых шейных позвонка обеспечивают повороты головы. Первый позвонок, сочлененный с черепом, имеет вид кольца, второй — снабжен зубовидным отростком, который входит в углубление кольца первого.

Грудной отдел включает 12 грудных позвонков. Их тела сочленяются с ребрами. Грудные позвонки, ребра и грудина образуют грудную клетку. Ребра с I по VII называют истинными, так как реберные хрящи соединены с грудиной; VIII, IX и X — ложными, так как реберные хрящи соединены с хрящами вышележащих ребер; XI и XII — колеблющимися (свободно заканчиваются в мягких тканях брюшной полости). Грудина состоит из рукоятки (к ней причленяются ключицы), тела (сочленяется с ребрами) и мечевидного отростка. Грудная клетка ограничивает грудную полость, где расположены важнейшие внутренние органы: сердце, легкие, трахея, пищевод, сосуды, нервы. Благодаря движению грудной клетки осуществляются вдох и выдох.

Поясничный отдел состоит из пяти поясничных позвонков, имеющих массивные тела.

Крестцовый отдел содержит пять крестцовых позвонков, которые к 20 годам срастаются и образуют мощный крестец. Увеличение числа крестцовых позвонков до пяти (у человекообразных обезьян — четыре, у низших обезьян — два-три) и их большая массивность объясняются вертикальным положением тела человека.

Копчиковый отдел состоит из четырех-пяти сросшихся недоразвитых копчиковых позвонков.

Позвоночник образует четыре изгиба: два (шейный и поясничный), направленные выпуклостью вперед, — лордозы; и два (грудной и крестцовый), направленные выпуклостью назад, — кифозы. Дети рождаются на свет почти с прямым позвоночником. Развитие шейного изгиба связано с появлением у ребенка способности держать голову, грудного — с сидением, а поясничного и крестцового — со стоянием и ходьбой. Благодаря изгибам ослабляется сотрясение головы и туловища при ходьбе, беге, прыжках, обеспечивается сохранение равновесия.

Скелет головы включает мозговой и лицевой череп. В состав мозгового черепа входят парные кости — височные и теменные кости — и непарные кости: лобная, затылочная, клиновидная (основная) и решетчатая. Затылочная кость имеет большое затылочное отверстие, соединяющее полость черепа с позвоночным каналом. Внутри височной кости расположен орган слуха и равновесия, на ее поверхности имеется наружное слуховое отверстие, ведущее в наружный слуховой проход. Основная кость находится в основании черепа, решетчатая — впереди нее. В состав лицевого черепа входят парные кости: верхнечелюстные, нижние носовые раковины, небные, скуловые, носовые, слезные и непарные кости: сошник (часть носовой перегородки), нижняя челюсть, подъязычная (располагается под корнем языка). Верхняя и нижняя челюсти имеют ячейки для зубов. Для всех костей черепа, кроме нижнечелюстной, характерно непрерывное соединение друг с другом (межкостные швы).

Скелет верхней конечности состоит из скелета плечевого пояса и скелета свободной верхней конечности. Плечевой пояс образован парными лопатками и парными ключицами. Ключица — S-образно изогнутая кость; имеет тело и два конца: один — для сочленения с грудиной, другой — для сочленения с лопаткой. Лопатка — плоская, треугольной формы кость, сочленяющаяся с плечевой костью и грудиной. Лопатки соединены с грудной клеткой посредством мышц подвижно и своими движениями увеличивают объем движений верхней конечности. Скелет свободной верхней конечности состоит из плечевой кости, костей предплечья (локтевой и лучевой) и костей кисти. Кисть включает восемь костей запястья и пять образующих ладонь костей пястья и фаланг пальцев. Большой палец состоит из двух, а остальные — из трех фаланг

Скелет нижней конечности включает кости тазового пояса и кости свободной нижней конечности. Тазовый пояс состоит из двух тазовых костей, которые образуются за счет срастания подвздошной, лобковой и седалищной костей. В месте их соединения находится вертлужная впадина, в нее входит головка бедренной кости. Тазовые кости, соединяясь друг с другом спереди за счет симфиза между двумя лобковыми костями и посредством суставов между подвздошными костями и крестцом сзади, формируют костное кольцо — таз. Он служит для соединения свободных конечностей с туловищем, а также образует полость, содержащую внутренние органы. Скелет свободной нижней конечности состоит из бедренной кости, костей голени (большая берцовая и малая берцовая), костей стопы (семь костей предплюсны, пять костей плюсны и фаланг пальцев). В связи с прямохождением стопа человека приобрела сводчатую форму.

Скелетная мускулатура

Скелетные мышцы входят в структуру опорно-двигательной системы, крепятся к костям скелета и при сокращении приводят их в движение Они участвуют в удержании положения тела и его частей в пространстве, обеспечивают движения при ходьбе, беге, жевании, глотании, дыхании и т.д., вырабатывая при этом тепло. Скелетные мышцы обладают способностью возбуждаться под влиянием нервных импульсов.

Основными структурными элементами скелетной мышцы являются поперечнополосатые мышечные волокна, которые осуществляют ее сокращение. Мышечные волокна собираются в пучки, между которыми находятся соединительнотканные прослойки. Они выполняют опорную функцию. В них расположены кровеносные капилляры, питающие мышцу, а также двигательные и чувствительные нервы. Отдельные мышцы и группы мышц, кроме того, окружены плотными и прочными соединительно-тканными футлярами фасциями. Мышечные волокна образуют тело, или брюшко мышцы, которое на концах переходит в сухожилия, служащие для прикрепления мышц к костям. По форме мышцы подразделяются на длинные, короткие и широкие. В зависимости от количества начальных частей (головок) и средних частей (брюшек) мышцы могут быть двух-, трех- и четырехглавыми, двубрюшными и т.д. По функции мышцы подразделяют на сгибатели, разгибатели, приводящие, отводящие, синергисты (содружественные) и антагонисты, ротаторы (пронаторы и супинаторы).

Основные группы мышц тела человека

Скелетная мускулатура составляет 40*& массы тела человека и насчитывает около 400 скелетных мышц. Выделяют мышцы туловища, верхних и нижних конечностей, головы и шеи (рис. 26.4).

Рис. 26.4. Мышцы теля человека:

1 — мимические мышцы лица, 2 — мышцы затылка, 3 — дельтовидная, 4 — большая грудная; 5 — двуглавая, 6 — трехглавая, 7 — мышцы брюшного пресса, 8 — мышцы предплечья, 9 — ягодичная, 10 — мышцы кисти, 11 — икроножная

Мышцы головы составляют три группы мышц: жевательные, мимические и произвольные мышцы внутренних органов головы (мягкого неба, языка, глаз, среднего уха). Жевательные мышцы приводят в движение нижнюю челюсть. Мимические мышцы прикрепляются одним концом к коже, другим — к кости (лобная, щечная, скуловая и др.) или только к коже (круговая мышца рта). Сокращаясь, они изменяют выражение лица, участвуют в замыкании и расширении отверстий лица (глазниц, рта, ноздрей), обеспечивают подвижность щек, губ, ноздрей.

Мышцы шеи подразделяют на поверхностную, среднюю (мышцы подъязычной кости) и глубокую группы Из поверхностных мышц наиболее крупная грудино-ключично-сосцевидная мышца — наклоняет назад и поворачивает голову в сторону. Мышцы, расположенные выше подъязычной кости, образуют нижнюю стенку ротовой полости и опускают нижнюю челюсть. Мышцы, расположенные ниже подъязычной кости, опускают подъязычную кость и обеспечивают подвижность гортанных хрящей. Глубокие мышцы шеи наклоняют или поворачивают голову и поднимают I и II ребра, действуя как дыхательные мышцы.

К мышцам туловища относят мышцы спины, груди и живота. Различают поверхностные мышцы спины (трапециевидная, широчайшая мышца спины и др.) и глубокие мышцы спины. Поверхностные мышцы спины обеспечивают движение конечностей и отчасти головы и шеи; глубокие мышцы располагаются между позвонками и ребрами и при своем сокращении вызывают разгибание и вращение позвоночника, поддерживают вертикальное положение тела.

Мышцы груди подразделяют на прикрепляющиеся к костям верхних конечностей (большая и малая грудные мышцы, передняя зубчатая и др.), осуществляющие движение верхней конечности, и собственно мышцы груди (наружные и внутренние межреберные и др.), изменяющие положение ребер и тем самым обеспечивающие акт дыхания. К этой группе мышц относят также диафрагму, располагающуюся на границе грудной и брюшной полости. При сокращении диафрагма опускается, ее купол уплощается (объем грудной клетки увеличивается — происходит вдох), при расслаблении она поднимается и принимает форму купола (объем грудной клетки уменьшается — происходит выдох). В диафрагме имеются три отверстия — для пищевода, аорты и нижней полой вены.

Мышцы живота — косые наружные и внутренние, поперечная, прямая и др. — участвуют в образовании стенок брюшной полости. При сокращении этих мышц происходит сгибание позвоночника вперед и повороты туловища в стороны, а также изменение объема грудной клетки. Мышцы брюшной стенки образуют брюшной пресс, способствующий мочеиспусканию, дефекации, а у женщин еще и родовой деятельности.

Мышцы верхней конечности подразделяют на мышцы плечевого пояса и свободной верхней конечности. Мышцы плечевого пояса (дельтовидная и др.) обеспечивают движение руки в области плечевого сустава и движение лопатки. Мышцы свободной верхней конечности содержат мышцы плеча (передняя группа мышц сгибателей в плечевом и локтевом суставе - двуглавая мышца плеча и др.; задняя группа мышц — разгибателей в локтевом суставе — трехглавая мышца плеча и др.). Мышцы предплечья также делят на две группы (переднюю — сгибатели кисти и пальцев, заднюю — разгибатели), мышцы кисти обеспечивают разнообразные движения пальцев.

Мышцы нижней конечности подразделяют на мышцы таза и мышцы свободной нижней конечности (мышцы бедра, голени, стопы). К мышцам таза относят подвздошно-поясничную, большую, среднюю и малую ягодичные и др. Они обеспечиваю г сгибание и разгибание в тазобедренном суставе, а также сохранение вертикального положения тела. На бедре различают три группы мышц: переднюю (четырехглавая мышца бедра и другие разгибают голень и сгибают бедро), заднюю (двуглавая мышца бедра и другие сгибают голень и разгибают бедро) и внутреннюю группу мышц, которые приводят бедро к средней линии тела и сгибают тазобедренный сустав. На голени также различают три группы мышц: переднюю (разгибают пальцы и стопу), заднюю (икроножную, камбаловидную и др., сгибают стопу и пальцы), наружные (сгибают и отводят стопу).

Работа мышц

Сокращаясь, мышцы приводят в движение кости, действуя на них как на рычаги. Кости начинают двигаться вокруг точки опоры под влиянием приложенной к ним силы. Движение в любом суставе обеспечивается как минимум двумя мышцами, действующими в противоположных направлениях. Их называют мышцы-сгибатели и мышцы-разгибатели. Например, при сгибании руки двуглавая мышца плеча сокращается, а трехглавая мышца расслабляется. Это происходит потому, что возбуждение двуглавой мышцы через центральную нервную систему вызывает расслабление трехглавой мышцы. Скелетные мышцы прикрепляются с двух сторон от сустава и при своем сокращении производят в нем движение. Обычно мышцы, осуществляющие сгибание, находятся спереди, а производящие разгибание сзади от сустава. Только в коленном и голеностопном суставах передние мышцы, наоборот, производят разгибание, а задние — сгибание Мышцы, лежащие снаружи от сустава, выполняют функцию отведения (абдукторы), а лежащие внутри от него — приведение (аддукторы). Вращение производят мышцы, расположенные косо или поперечно по отношению к вертикальной оси (пронаторы, вращающие внутрь, и супинаторы — кнаружи). В осуществлении движения участвуют обычно несколько групп мышц. Мышцы, производящие одновременно движение в одном направлении в данном суставе, называют синергистами (плечевая, двуглавая мышцы плеча); мышцы, выполняющие противоположную функцию (двуглавая, треглавая мышца плеча), — антагонистами. Работа различных групп мышц происходит под контролем нервной системы согласованно (координация мышечной деятельности): так, если мышцы-сгибатели сокращаются, то мышцы-разгибатели в ли время расслабляются.

Мышцы сокращаются под влиянием нервных импульсов, поступающих из центральной нервной системы по аксонам двигательных нейронов к каждой мышечной клетке, т.е. работают рефлекторно. Под действием нервного импульса, поступившего к мышечной клетке, в ее мембране возникает потенциал действия и высвобождаются ионы кальция. Они поступают в цитоплазму, активируют белок миозин, который является ферментом, катализирующим отщепление от АТФ одного фосфатного остатка. Вследствие этого освобождается энергия, необходимая для сокращения. Таким образом, достаточное количество ионов кальция — это важное условие нормальной работы мышц. На каждый отдельный нервный импульс мышца отвечает сокращением. Характер сокращения мышц зависит от частоты поступающих нервных импульсов и продолжительности их поступления. В естественных условиях сокращенная мышца находится в состоянии тетануса (длительного сильного сокращения) при частоте нервных импульсов 40—50 в секунду. Тетанус возникает вследствие суммации отдельных мышечных сокращений. При частоте 10—20 импульсов в секунду мышца находится в состоянии тонуса, т.е. некоторого сокращения, что необходимо для поддержания позы, осуществления движений

При интенсивной мышечной работе может наступать утомление мышц — т.е. временное понижение их работоспособности, вызываемое накоплением в них продуктов обмена (фосфорной, молочной кислот), понижающих возбудимость мембран мышечных клеток. Кроме того, происходит истощение энергетических запасов (гликогена, АТФ) и утомление нервных центров, управляющих работой мышц. После некоторого периода отдыха мышцы восстанавливают свою работоспособность. При выполнении статической работы мышцы утомляются быстрее, чем при динамической работе.

Закономерности работы скелетных мышц и развития в них утомления были подробно изучены отечественным физиологом И.М. Сеченовым. Он показал, что временное восстановление работоспособности мышцы утомленной руки может быть достигнуто включением в работу мышцы другой руки или мышцы нижних конечностей. Он рассматривал эти факты как доказательство того, что утомление развивается прежде всего в нервных центрах.

У тренированных людей повышается работоспособность мышц, утолщаются мышечные волокна, возрастает количество гликогена в них, увеличивается коэффициент использования кислорода, восстановительные процессы после мышечной работы происходят быстрее, чем у нетренированных. Мышечная работа сопровождается изменением деятельности многих систем органов. В первую очередь сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной. Ткани получают больше кислорода, активизируется обмен веществ. Физические упражнения благоприятно влияют на весь организм.

Внутренние органы

Внутренние органы человека расположены в основном в грудной и брюшной полостях. К ним относят органы дыхательной, пищеварительной, мочеполовой и сердечно-сосудистой систем. Эти системы органов, за исключением половых органов, обеспечивают обмен веществ в организме. Грудная и брюшная полости выстланы серозной оболочкой, образующей замкнутые мешки (плевральный, перикардиальный и брюшинный). Серозная оболочка состоит из волокнистой соединительной ткани, выстланной снаружи однослойным эпителием. В каждой серозной оболочке различают два листка: париетальный (пристеночный) и висцеральный (внутренностный). Пристеночный листок покрывает стенки грудной и брюшной полостей, а внутренний — органы. Между листками имеется серозная жидкость, которая уменьшает трение между органами при их движении.