Строение, химический состав и физические свойства костей

Основа кости образована костной тканьз&, "которая является разновидностью со­единительной ткани. Костная ткань состоит из костных клеток и межклеточного вещества. В кости находятся кровеносные сосуды и нервы. Кость обладает высо­кой механической прочностью. Например, большая берцовая кость, поставленная вертикально, способна выдержать груз массой в две тонны.

В состав кости входят минеральные и органические вещества в соотношении 2/3:1/3. Минеральные вещества придают костям твердость, органические — упру­гость. Минеральные соединения кости образованы в основном солями кальция.

Снаружи кости покрыты соединительнотканной оболочкой — надкостницей. В надкостнице находится большое количество нервов и кровеносных сосудов, ко­торые питают костную ткань, а также костеобразующие клетки, определяющие рост кости в толщину и сращение костных обломков при переломах.

За надкостницей следует компактное (плотное) вещество кости, а затем губ­чатое. Губчатое вещество имеет пористую структуру, внешне напоминающую губку. Это вещество образовано тонкими костными перекладинами, между ко-. торыми находится костный мозг, участвующий в кроветворении. Соотношение компактного и губчатого веществ в различных костях зависит от их функциональ­ного назначения. Например, кости, выполняющие функции опоры и движения, содержат больше компактного вещества.

На поверхности костей, в местах прикрепления мышц, образуются шерохова­тости — бугорки, гребни, расположение и степень развития которых определяет­ся двигательными нагрузками. У мужчин они выражены больше, чем у женщин.

Кости различаются по форме. Существует четыре типа костей: трубчатые (длинные), короткие, широкие (плоские), смешанные.

Трубчатые кости (рис. 2.2) входят в состав скелета конечностей (бедренная и плечевая кости, кости предплечья и голени и т. д.). Каждая трубчатая кость имеет длинную среднюю часть — тело (диафиз) и два расширенных суставных конца — эпифизы. У детей на границе между диафизом и эпифизами сохраняет­ся прослойка хрящевой ткани (метафиз), за счет которой происходит рост длинных трубчатых костей в длину.

Короткие кости располагаются в подвижных участках тела и там, где необ­ходима большая прочность (позвонки, мелкие кости кисти и стопы), имеют оди­наковую длину и ширину.

Метафиз

Эпифизы

Диафиз

Костные выступы, места прикрепления мышц и связок

Рис. 2.2. Трубчатая кость

Плоские кости выполняют защитные функции, образуют полости для внут­ренних органов (кости черепа, лопатка, тазовые кости). Некоторые плоские кос­ти (лобная кость, верхняя челюсть) имеют внутри полость, выстланную слизис­той оболочкой и заполненную воздухом, что облегчает вес кости, не уменьшая ее прочность. Их называют воздухоносными, или пневматическими.

Смешанные кости (скуловая и носовая кости лицевого скелета, нижняя че­люсть) отличаются сложной формой строения. Поверхность этих костей образует бугры, бугорки, отверстия, борозды и т. п.; здесь прикрепляются сухожилия мышц или проходят сосуды и нервы.

Соединения костей

Существует два основных типа соединения костей: непрерывный и прерывный. Непрерывный тип характеризуется или полной неподвижностью, или полупод­вижностью. Соединения этого типа образуются с помощью соединительной тка­ни (межкостные швы костей черепа; связки, соединяющие отростки позвонков; нижние концы костей голени и др.), хряща (хрящевые прослойки между костями, соединения между ребрами и грудиной, межпозвоночные диски и др.), костной ткани (соединение позвонков в крестце).

К прерывным соединениям костей относятся суставы, которые представляют собой сложное многокомпонентное образование. По форме различают суставы цилиндрические, блоковидные, эллипсовидные, седловидные и шаровидные. В норме суставные поверхности плотно прилегают друг к другу посредством:

■ отрицательного давления в полости сустава по отношению к атмосферному;

" тонуса мышц, прикрепляющихся к суставу;

" связочного аппарата сустава;

" формы сочленяющихся костей (головке одной кости соответствует впадина другой).

В суставах концы костей покрыты гиалиновым хрящом и окружены суставной сумкой. В полости сумки содержится небольшое количество особой жидкости для увлажнения («смазки») трущихся поверхностей. Обычно суставная сумка ук­репляется связками. Связки могут располагаться не только снаружи от суставной сумки, но и внутри нее, как, например, в коленном суставе.

Существует также переходный тип соединения костей — полусуставы. В по­лусуставах отсутствует суставная сумка, но между костями имеется хрящевая ткань (лонное сращение). В результате чрезмерных нагрузок на сустав возможно его повреждение: растяжение или разрыв связок, вывих сустава.

Строение скелета.,_;

В скелете человека различают четыре отдела: скелет головы (череп), скелет туло­вища, скелет верхних и нижних конечностей (см. рис. 2.1).

Скелет туловища включает позвоночник, грудину и ребра. Позвоночник {позвоночный столб) — это своеобразная ось тела. Верхним концом он соеди­няется с черепом, нижним — с костями таза. В позвоночнике 33-34 позвонка, состоящие из тела, дуги и отростков. Выделяют шейный (7 позвонков), грудной (12 позвонков), поясничный (5 позвонков), крестцовый (1 позвонок) и копчико­вый (3-4 позвонка) отделы позвоночника. :,,

Позвонки шейного, грудного и поясничного отделов соединены между собой с помощью межпозвоночных хрящей, связок и суставов. Амплитуда движения между двумя позвонками невелика, но в целом эти отделы обладают значитель­ной подвижностью.

Крестцовый и копчиковый отделы позвоночника состоят из сросшихся меж­ду собой позвонков и поэтому являются практически неподвижными.

Каждый позвонок имеет внутри отверстие, благодаря чему в позвоночнике образуется позвоночный канал, в котором находится спинной мозг.

Если смотреть на позвоночник человека сбоку, то можно заметить четыре че­редующихся изгиба (рис. 2.3): в шейном и поясничных отделах кпереди — лордоз; в грудном и крестцовом кзади — кифоз. Лордозы и кифозы позвоночника смягча­ют удары и сотрясения тела при основных движениях: бег, ходьба, прыжки.

Ребра — это 12 пар симметрично расположенных плоских костей. Грудные позвонки, ребра и грудина в совокупности образуют грудную клетку. Соединения костей грудной клетки достаточно подвижны, что важно при дыхании. В целом грудная клетка человека имеет яйцевидную форму, которая несколько изменяет­ся в зависимости от возраста, пола, профессии и патологических воздействий.

Скелет головы {череп) состоит из двух отделов: лицевого и мозгового (рис. 2.4). Мозговой отдел образован двумя парными костями (теменными, височными) и че­тырьмя непарными (лобной, затылочной, клиновидной, решетчатой). В состав ли­цевого отдела черепа входят пять парных костей (скуловые, носовые, верхнечелюст­ные, слезные, нёбные) и две непарные кости (нижнечелюстная, подъязычная).

Внутри черепа находится полость, в которой размещается высший орган уп­равления и регуляции функций и поведения организма человека — головной мозг. Кости черепа соединены в основном непрерывно с помощью швов. Имеет-

V!

Шейный лордоз

Шейные позвонки

Грудные позвонки

Поясничные > позвонки

Скуловая кость Верхняя челюсть

Поясничный лордоз

Крестцовый кифоз

Шейный кифоз

Лобная кость

Глазница

Крестец

«
J" Копчик {

Вид сбоку Вид спереди

Рис. 2.3. Позвоночник

Теменная кость

Височная кость

Затылочная кость

Нижняя челюсть Рис. 2.4. Череп человека

ся лишь одно прерывное подвижное соединение — височно-нижнечелюстной сустав, который обеспечивает поднимание и опускание нижней челюсти и ее движения влево, вправо, кпереди и кзади.

Скелет верхних конечностей (см. рис. 2.1) состоит из костей плечевого пояса — лопатка и ключица — и костей свободной верхней конечности — плечевая кость, кости предплечья (локтевая и лучевая кости) и кости кисти (кости запястья, пяс-тья и фаланги пальцев).

Скелет нижних конечностей (см. рис. 2.;'1) включает кости тазового пояса и кости свободной нижней конечности: бедренная кость, кости голени (большая и малая берцовая кости) и кости стопы (кбсти предплюсны, плюсны и фаланги пальцев).

Соединения костей конечностей обеспечивают широкий диапазон движе­ний, необходимых человеку.

Развитие костной системы-4

В процессе пренатального и постнатальногоразвития костная система ребенка подвергается сложным преобразованиям. Формирование скелета начинается в середине 2 месяца эмбриогенеза и продолжаемся до 18-25 лет постнатальной жиз­ни. Вначале у эмбриона весь скелет состоит из хрящевой ткани, окостенение кото­рой не завершается к моменту рождения, поэтому новорожденный ребенок содер­жит в своем скелете еще много хрящей, да и сама кость значительно отличается по своему химическому составу от кости взрослого человека.

На первых этапах постнатального онтогенеза кость содержит много органи­ческих веществ. Она непрочна и легко искривляется под влиянием неблагопри­ятных внешних воздействий: узкой обуви, неправильном положении ребенка в кроватке и т. д. До 6-7 лет стенки костей интенсивно утолщаются, повышается их механическая прочность. Затем до 14 лет толщина компактного вещества прак­тически не изменяется, а с 14 до 18 лет вновь происходит возрастание прочности костей.

Окончательное окостенение скелета завершается у женщин в 17-21 год, у мужчин — в 19-25 лет. Кости разных отделов скелета окостеневают в раз­личное время. Например, окостенение позвоночника завершается к 20-25 го­дам, копчиковых позвонков — 30, кисти — в 6-7 лет, запястных костей — в 16-17, окостенение костей нижних конечностей заканчивается приблизитель­но к 20 годам.

Темпы развития костей кисти коррелируют с общим физическим развитием детей и подростков, поэтому сопоставление паспортного и «костного» возраста позволяет относительно правильно охарактеризовать темпы общего физическо­го развития детей и подростков.

Позвоночник новорожденного отличается отсутствием каких-либо изгибов и характеризуется чрезвычайной гибкостью. В 2 месяца постнатальной жизни появляется шейный лордоз, в 6 месяцев — грудной кифоз, к первому году жиз­ни — поясничный лордоз. Последним формируется крестцовый кифоз (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Появление изгибов позвоночника у детей: а — при держании головы; б — сидении; в — стоянии

К 3-4 годам позвоночник приобретает все четыре изгиба, которые наблюдаются у взрослого. Однако до 12 лет позвоночник ребенка остается эластичным, из­гибы его фиксированы слабо, поэтому в неблагоприятных условиях развития позвоночник у ребенка легко искривляется.

Усиление темпов роста позвоночника наблюдается в младшем школьном воз­расте (7-9 лет) и с началом полового созревания. После 14 лет позвоночник прак­тически не растет. Грудная клетка к 12-13 годам уже значительно напоминает груд­ную клетку взрослого.

Три части тазовых костей срастаются в 7-8 лет, с 9 лет формируются половые ртличия в строении таза у девочек и мальчиков. К 14-16 годам строение таза ста­новится аналогичным строению взрослого человека, с этого момента таз спосо­бен выдерживать значительные нагрузки.

Большие изменения претерпевает скелет головы. Закрытие родничков проис­ходит в 1-2 года, а сращивание черепных швов — в 4 года. Лицевая часть черепа интенсивно растет в пубертатном периоде до наступления половой зрелости.

Смена молочных и формирование постоянных зубов заканчиваются к пубер­татному периоду, и только большие коренные зубы (зубы «мудрости») появляют­ся после полового созревания. Сроки появления молочных зубов и их смена на постоянные также коррелируют с общим физическим развитием.

Таким образом, скелет детей и подростков отличается высокой эластичнос­тью. Неправильное положение ребенка за рабочим столом в процессе школьных занятий или при приготовлении уроков дома, перегрузки детей, и подростков в школьных мастерских или на производстве могут нарушить правильное раз­витие скелета и привести к необратимым деформациям. Для правильного раз­вития скелета детей особое значение имеет полноценное и богатое витаминами питание. Например, при недостатке витамина D может развиться рахит, который проявляется в задержке роста и деформации различных частей скелета: в ис­кривлении ног, деформации черепа, грудной клетки и позвоночника.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ

МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА

Мышечная ткань

Мышцы тела человека образованы в основном мышечной тканью, состоящей из мышечных клеток. Различают гладкую, поперечно-полосатую скелетную и сердеч­ную мышечную ткань.

Поперечно-полосатая мышечная ткань образует скелетные мышцы, а также
входит в структуру некоторых внутренних органов (язык, глотка, верхний отдел
пищевода'и др.). '.; '

Клетки поперечно-полосатой мускулатуры имеют очень малый диаметр и большую длину (до 10-12 см), их называют волокнами. В состав мышечные волокон входит большое количестваеще более тонких волоконец — миофибри; которые, в свою очередь, состоят из тончайших нитей — протофибрилл. В со­став протофибрилл входят специальные сократительные белки миозин и актин. Со­кращение — основная функция мышц —"обусловлено скольжением нитей актина и миозина относительно друг друга. Механизм мышечных сокращений представляет собой сложный процесс физических и химических превращений, протекающий в мышечном волокне при обязательном участий'сократительного аппарата. Запуск этого механизма осуществляется нервным импульсом, а энергией для процесса со­кращения является аденозинтрифосфорная кислота. Особенностью строения мы­шечных волокон является также большое количество митохондрий, обеспечиваю­щих мышечное волокно необходимой энергией. Расслабление мышечного волокна происходит пассивно, благодаря эластичности мембраны и внутримышечной со­единительной ткани.

Гладкая мышечная ткань состоит из одноядерных клеток — миоцитов вере-теновидной формы длиной 20-500 мкм. Эта ткань обладает особыми свойствами: она медленно непроизвольно сокращается и расслабляется, обладает автоматией. Гладкая мышечная ткань образует мышечные слои в стенках кровеносных и лим­фатических сосудов, в стенках полых органов (желудок, кишечник, мочевыводя-щие пути, матка и пр.).

Сердечная мышечная ткань состоит из многоядерных кардиомиоцитов. Кар-диомиоциты разветвлены и образуют между собой соединения — вставочные диски, в которых объединяется их цитоплазма. Этот вид мышечной ткани обра­зует миокард сердца. Особым свойством этой ткани является автоматия — спо­собность ритмично сокращаться и расслабляться под действием возбуждения, возникающего в самих клетках. Эта ткань сокращается непроизвольно.