Опорно-двигательная система

Одной из главных функций человека является его движение в пространстве.

Движение - это основная приспособительная реакция организма к окружающей среде. Эту функцию выполняет опорно-двигательный аппарат. Движение осуществляется при участии костей, выполняющих функции рычагов, и скелетных мышц, следовательно, в опорно-двигательном аппарате можно выделить две функционально взаимосвязанные части: пассивную и активную. К пассивной части относятся кости, соединенные между собой, к активной - мышцы, при сокращении которых изменяется положение тела в пространстве. Опорно-двигательный аппарат является источником механической энергии, которая высвобождаясь при движении, совершает работу, связанную с кровообращением и нервной импульсацией. Он неразрывно связан с нервной и кровеносной системами, благодаря которым в нем осуществляются обменные процессы.

Опорно-двигательный аппарат не только осуществляет поступательные движения организма или его частей, но и оказывает влияние на рост, развитие и формирование приспособительных реакций организма.

Скелет человека

Главная функция скелета заключается в том, что он дает телу опору и придает ему "форму". На костях скелета крепится большинство мышц, создавая человеческому телу "мышечный корсет". Скелет, кроме того, защищает от повреждений глубоко лежащие нежные ткани, например головной мозг и легкие.

Скелетная система состоит не только из костей; соединительнотканные волокна также способствуют созданию определенной формы тела, связывая между собой органы. Два типа специализированных структур, состоящих из соединительнотканных волокон, - связки и сухожилия - служат для соединения костей друг с другом и для прикрепления мышц к костям, создавая тем самым возможность для движения тела.

Для человека и других позвоночных характерно наличие внутреннего скелета, в отличие от примитивных животных. Скелет человека состоит примерно из 200 костей. Точное число их варьирует в разные периоды жизни, так как некоторые кости сначала бывают разделены, а впоследствии постепенно сливаются.

Скелет человека можно разделить на осевой скелет (кости и хрящи, расположенные по средней, продольной оси тела) и скелет конечностей. К осевому скелету относятся череп, позвоночник, ребра и грудина (рис. 3).

Рис. 3. Схема строения скелета человека. А. Кости осевого скелета. Б. Кости скелета конечностей и их поясов.

1 - череп; 2- грудина; 3 - ребра; 4 - позвонки; 5 - плечевая кость; 6 -тазовый пояс; 7 - малая берцовая кость; 8 - большая берцовая кость; 9 -кости предплюсны; 10 - кости плюсны; 11 - фаланги пальцев; 12 -ключица; 13 - лопатка; 14 - лучевая кость; 15 - локтевая кость; 16 - кости запястья; 17 - кости пясти; 18 - фаланги пальцев; 19 - бедренная кость

Череп состоит из ряда слившихся друг с другом костей: их делят на кости черепной коробки, непосредственно окружающей мозг, и лицевые кости.

Кости черепной коробки (мозговой череп) образуют полости для головного мозга и частично для органов чувств. К мозговому черепу относят восемь костей: две парные - височная и теменная и четыре непарные - лобная, решетчатая, клиновидная и затылочная.

Лобная кость участвует в образовании передней части свода черепа, передней черепной ямки, глазниц и носовой перегородки.

Теменная кость образует среднюю часть свода черепа. Рельеф ее внутренней поверхности обусловлен прилегающими к ней твердой мозговой оболочкой и ее сосудами.

Затылочная кость окружает большое затылочное отверстие, через которое полость черепа соединяется с позвоночным каналом и участвует в образовании основания черепа. На нижней поверхности ее боковых частей находятся два затылочных мыщелка, служащих для сочленения с первым шейным позвонком.

Решетчатая кость участвует в образовании основания мозгового черепа, стенок глазниц и носовой полости.

Клиновидная кость находится в центре основания черепа и по форме напоминает бабочку. На верхней поверхности кости находится углубление (турецкое седло), в котором расположен гипофиз. В теле кости имеется пазуха, соединенная с носовой полостью.

Височная кость входит в основание черепа и боковую часть свода. Она имеет сложное строение и является вместилищем для органа слуха и равновесия. Отросток височной кости образует полость носа.

Кости лицевого черепа составляют костную основу лица и скелет начальных отделов дыхательной и пищеварительной систем. Они составляют скелет жевательного аппарата, входят в состав полостей и определяют конфигурацию лицевого черепа. Самые крупные кости -челюстные. Нижняя челюсть - единственная подвижная кость в черепе. На челюстных костях имеются ямки, в которых расположены корни зубов.

Мозговая часть черепа у человека преобладает над лицевой, что связано с большим развитием головного мозга.

Имеются возрастные особенности черепа. Для новорожденных характерно:

- существенное преобладание мозгового отдела (в 8 раз больше лицевого);

- наличие родничков;

- наличие хрящевых прослоек между костями основания черепа;

- отсутствие зубов;

- слабое развитие челюстей.

Швы черепа формируются до 3-5 лет, а рост заканчивается к 25-30 годам жизни.

В пожилом возрасте за счет выпадения зубов лицевой отдел несколько укорачивается, кости черепа становятся более тонкими и хрупкими.

Скелет туловища состоит из позвоночного столба, грудной клетки и является частью осевого скелета.

Позвоночник состоит из 33 отдельных позвонков, различающихся по величине и форме в различных участках позвоночного столба. Типичный позвонок состоит из основной части - тела позвонка - и прикрепленного к нему со спинной стороны костного кольца, называемого невральной дугой, которая окружает и защищает нежный спинной мозг. У различных позвонков имеются разные отростки для прикрепления ребер и мышц и для сочленения с соседними позвонками. Череп сочленяется с первый шейным позвонком (атлантом), имеющим на своей поверхности два округлый углубления, в которые входят два отростка основания черепа.

Шейный отдел содержат 7 позвонков. Тела позвонков небольшие по размерам и имеют форму эллипса. Главное их отличие - наличие отверстия поперечного отростка. Первые два позвонка участвуют в движении головы и соединяются с черепом.

Грудной отдел - 12 позвонков. Грудные позвонки крупнее шейных, на боковых поверхностях тела находятся верхние и нижние реберные ямки для сочленения с головками ребер. Остистые отростки грудных позвонков накладываются друг на друга, что ограничивает подвижность данного отдела позвоночника.

Грудная клетка состоит из ряда плоских костей (ребер), поддерживающих стенку грудной полости и не дающих ей спадаться при сокращении диафрагмы. Ребра прикрепляются к позвонкам своими задними концами, причем каждая пара ребер прикрепляется к одному позвонку. Из имеющихся у человека 12 пар ребер первые 7 прикреплены спереди к грудной кости (грудине), следующие 3 пара прикрепляются к ней косвенно, посредством хрящей, а 2 последние вовсе не соединены с грудиной, поэтому их называют свободными (блуждающими) ребрами.

Поясничный отдел - 5 позвонков. Позвонки имеют массивное тело бобовидной формы. Тело V поясничного позвонка самое большое по высоте и ширине. Особое направление остистых отростков придает значительную подвижность этому отделу позвоночника.

Крестцовый отдел - 5 позвонков. Позвонки, соединяясь друг с Другом, образуют единую кость - крестец. Крестец имеет форму треугольника, основание которого соединяется с V поясничным позвонком, а вершина направлена вниз и вперед. По обе стороны Поверхностей крестца расположены по четыре пары крестцовых отверстий,

через которые из крестцового канала выходят ветви спинномозговых нервов.

Копчиковый отдел - 4-5 позвонков. Сросшиеся рудиментарные позвонки образуют копчик. Он имеет форму треугольника, позвонки маленькие и округлые.

Позвоночный столб человека характеризуется наличием изгибов. Изгиб, направленный выпуклостью вперед, называется лордозом. Имеются шейный и поясничный лордозы. Изгиб, направленный выпуклостью назад называется кифозом. Имеются грудной и крестцовый кифозы. На месте перехода шейного лордоза в грудной кифоз находится выступающий VΙΙ шейный позвонок. На границе поясничного лордоза с крестцовым кифозом образуется обращенный вперед мыс крестца.

Изгибы позвоночного столба выполняют рессорную и амортизационную функции при ходьбе, беге и прыжках.

В результате нарушения симметрии в развитии мышечной массы тела человека появляется патологический боковой изгиб - сколиоз.

Кости конечностей и кости поясов, прикрепляющих конечности к осевому скелету, составляют скелет конечностей. Тазовый пояс состоит из 3 пар слившихся костей таза, а плечевой пояс - из двух ключиц и двух лопаток. Тазовый пояс прочно, почти неподвижно причленен к позвоночнику, тогда как плечевой свободно и гибко присоединен к нему при помощи мышц.

Скелет конечности человека сравнительно мало отличается от исходного типа, оканчиваясь пятью пальцами.

Скелет руки состоит из плечевой кости, лучевой и локтевой костей предплечья, 8 мелких косточек запястья, 5 тонких пястных костей и 14 фаланг - двух в большом пальце и по три в каждом из остальных. Скелет ноги состоит из бедренной кости, большой и малой берцовых костей, 7 костей предплюсны, 5 костей плюсны и 14 костей пальцев. Как и в руке, большой палец имеет лишь две фаланги, а остальные пальцы - по три. Коленная чашечка - особая кость свойственная лишь ноге, в рукe аналогичной кости нет.

В процессе эволюции скелет человека приобрел специфические особенности строения, связанные с прямохождением, использованием верхних конечностей в качестве орудия труда, а также с прогрессивным развитием головного мозга. Перечислим основные из этих особенностей:

- преобладание мозговой части черепа над лицевой;

- нижняя челюсть подковообразная, с выступающим подбородком, что связано с речевой деятельностью и развитием мускулатуры языка;

- позвоночник имеет 4 изгиба: два вперед - лордозы и два назад - кифозы, благодаря которым он приобретает S-образную форму и пружинит при ходьбе, смягчая толчки тела;

- кости стопы образуют свод, который опирается на пяточную кость предплюсны и на передние концы костей плюсны. Свод действует как пружина, также смягчая толчки тела при ходьбе;

- тела позвонков увеличиваются в размерах и массе в направлении от шейного к крестцовому отделу, что связано с возрастающей на них нагрузкой;

- грудная клетка плоская и широкая с преобладанием поперечного размера, что связано с вертикальным расположением тела, при котором внутренние органы давят своей тяжестью, в направлении параллельном грудине;

- таз чашеобразный, что позволяет удерживать внутренние органы в соответствующем положении;

- кости верхних конечностей короче нижних. Устойчивое положение туловища на длинных ногах обеспечивается укорочением позвоночника;

- прогрессивное развитие первого, большого пальца, противопоставленного остальным и дифференциация движений пальцев. Рука - орган труда.

Функции костной системы

Опорная функция состоит в прикреплении мягких тканей и органов к различным частям скелета. Двигательная функция становится возможной благодаря строению костей в виде длинных, коротких рычагов, соединенных подвижными сочленениями и перемещающихся в результате сокращения мышц.

Защитная функция заключается в образовании отдельными костями костного канала - позвоночного, предохраняющего спинной мозг; костной коробки - черепа, защищающего головной мозг; костной грудной клетки, защищающей сердце и легкие, и костей таза, предохраняющего органы размножения.

Метаболическая функция связана с участием костей в обмене веществ, особенно в минеральном обмене (кости - депо минеральных солей - фосфора, кальция, железа).

Кости выполняют кроветворную функцию, так как в них содержится костный мозг, вырабатывающий большую часть крови.

Соединение костей

Кости скелета человека объединяются в общую функциональную систему при помощи различных видов соединений.

В зависимости от вида тканей, которые соединяют кости, выделяют следующие виды непрерывных соединений: фиброзные, костные и синхондрозы - хрящевые соединения (рис. 4).

Рис. 4. Виды соединения костей (схема):

А,Б - хрящевые соединения; В - фиброзное соединение; Г – сустав 1 - щель; 2 - хрящ; 3 - волокнистая соединительная ткань; 4 - полость сустава; 5 - суставной хрящ; 6 - суставная сумка

Фиброзные соединения обладают большой прочностью и малой подвижностью. К ним относятся связки, швы и соединения между зубом и костной стенкой. Связки обычно соединяют две кости и подкрепляют суставы.

Места подвижного сочленения между двумя костями называются суставами. Например, сустав между плечевой костью и лопаткой или между бедренной костью и костями таза, напоминает шаровой шарнир и допускает свободное движение во всех направлениях. Лопатка и таз снабжены округлыми углублениями, соответствующими шаровидным головкам плечевой и бедренной костей.

Везде, где кости движутся одна около другой, концы их не соприкасаются непосредственно, а покрыты гладким, скользящим хрящом, уменьшающим трение. Трущиеся поверхности полностью заключены в непроницаемую для жидкости сумку, образованную связками. Суставную полость наполняет синовиальная жидкость, выделяемая внутренней оболочкой этой полости и действующая как смазка. Синовиальная жидкость сходна с лимфой или тканевой жидкостью, но содержит небольшое количество слизи.

Таким образом, в каждом суставе имеются три основные элемента: суставные поверхности, суставная сумка и суставная полость.

По степени сложности суставы делятся на простые и сложные. В образовании простого сустава участвуют две кости, в образовании сложного - больше двух костей; между соединяющимися костями находятся хрящевые пластинки. Сложные суставы: запястный, заплюсневый, коленный ичелюстной. Остальные суставы скелета простые.

Строение кости как органа

Кость- это сложный орган, построенный из костной ткани и снабженный кровеносными сосудами и нервами. Снаружи кость покрыта надкостницей, представляющей собой плотную соединительно-тканную оболочку. Надкостница состоит из двух слоев: наружного - волокнистого и внутреннего - росткового. Затем располагаются компактное и губчатое вещество кости, образованные пластинчатой костной тканью, плавно переходящие друг в друга.

Пластинчатая костная тканьпредставлена двумя основными компонентами - клеточным и межклеточным. Межклеточное вещество минерализованное (97%), состоит из коллагеновых (оссеиновых) волокон и аморфного вещества. Тонкие коллагеновые волокна располагаются параллельно, формируя костные пластинки. Волокна соседних пластинок лежат под углом друг к другу, что способствует равномерному распределению нагрузок. В пластинках закономерно расположены полости (лакуны) и канальцы, в которых залегают костные клетки - остеоциты с многочисленными отростками и циркулирует тканевая жидкость, обеспечивающая обмен веществ. Пластинки образуют несколько систем: гаверсовы системы (остеоны), вставочные, генеральные и трабекулы.

Остеон- это морфофункциональная единица компактного вещества кости. Имеет вид цилиндра, расположенного вдоль длинной оси кости. Состоит из 3-25 костных пластинок, ориентированных концентрически вокруг гаверсова канала, содержащего мелкие кровеносные и лимфатические сосуды, нервные волокна, клетки костной ткани. Каналы остеонов сообщаются друг с другом, с надкостницей и костно-мозговой полостью при помощи фолькмановых каналов, содержащих сосуды. Фолькмановы каналы имеют поперечное и косое расположение.

Пространства между остеонами заполнены вставочными пластинками. Генеральные пластинки располагаются параллельно поверхности кости, формируя наружный и внутренний слои компактного вещества кости.

Губчатое веществокости состоит из трехмерной сети трабекул. Трабекулы образованы костными пластинками неправильной формы, между которыми располагаются лакуны с остеоцитами. Большая часть трабекул тонкие и не содержат кровеносных сосудов. Пространство между трабекулами губчатого вещества и костномозговая полость заполнены костным мозгом. Красный костный мозг находится в ячейках губчатого вещества, а в костномозговой полости - желтый костный мозг.

Костный мозгбывает двух видов: красный и желтый. Красный костный мозг имеет вид красной массы, состоит из ретикулярной ткани, в петлях которой находятся клеточные элементы, участвующие в кроветворении и костеобразовании. Желтый костный мозг обязан своим цветом жировым клеткам, из которых он состоит.

У плода и молодого организма весь костный мозг красный. Кровяные клетки недолговечны. В каждую секунду образуется и погибает около трех миллионов красных кровяных клеток - эритроцитов. Костный мозг ежедневно производит около 300 миллиардов эритроцитов и более 5 миллиардов лейкоцитов.

Костное веществосостоит из органических веществ - оссеина, и неорганических, главным образом фосфорнокислого кальция. Содержание воды - 50%, органических веществ - 25%, неорганических веществ - 22%. С возрастом соотношение между неорганическими и органическими веществами меняется: у детей преобладают органические вещества (кости их упруги, могут изгибаться не ломаясь). У старых людей в костях преобладают минеральные вещества (их кости тверды и очень хрупки).

Кости растут в длину и толщину, формирование оканчивается к 22-25 годам. В толщину растут за счет деления внутренней поверхности надкостницы. В длину рост происходит за счет деления клеток хрящевой

ткани.

По имеющимся учебникам и пособиям изучите какие бывают кости.

Строение трубчатой кости разберите на рис. 5.

МЫШЕЧНАЯ СИСТЕМА

Типичная скелетная мышца состоит из миллионов отдельных мышечных волокон, связанных между собой соединительнотканными волокнами. Все это образование заключено в прочную гладкую соединительнотканную оболочку, что позволяет двигаться относительно соседних мышц и других структур с минимальным трением. Два конца мышцы обычно прикрепляются к двум разным костям, хотя некоторые из мышц идут от кости к коже или даже от одного участка кожи к другому. Таковы, например, мышцы, участвующие в речи и мимике. Тот конец мышцы, который при ее сокращении остается относительно неподвижным, называется началом мышцы, тот, который перемещается, - прикреплением. Утолщенная часть между обоими концами называется брюшком.

Мышцы никогда не сокращаются поодиночке, всегда действуют группами. Мышцы могут только тянуть, но не толкать. Они обычно образуют пары антагонистов: одна тянет кость в одну сторону, другая - в противоположную. Названия сгибатель и разгибатель применяются к мышцам для обозначения типа движения, которые они производят. Так, бицепс, сгибающий руку, является сгибателем, а противодействующая ему трехглавая мышца плеча, начинающаяся у лопатки и верхней части плечевой кости и прикрепленная другим концом к локтевой кости, разгибает руку в локте, т.е. является разгибателем. Подобные же пары противоположно действующих сгибателей и разгибателей находятся у запястного, коленного и других суставов. Когда сгибатель сокращается, соответствующая мышца-разгибатель должна быть расслаблена, чтобы позволить кости двигаться, а это требует надлежащей координации нервных импульсов, идущих к обеим группам мышц. Антагонистами являются также приводящие и отводящие мышцы, перемещающие части тела по направлению к его центральной оси или от нее, пронаторы и супинаторы, поворачивающие, например, кисть ладони вверх или вниз, сфинктеры и делятаторы, сжимающие и расширяющие то или иное отверстие.

Даже в тот момент, когда мышца не сокращена для осуществления какого-либо движения, она не находится в состоянии полного расслабления. Пока человек пребывает в сознании, все его мышцы слегка сокращены. Это явление называется тонусом. Определенное положение тела поддерживается частичным сокращением мышц спины и шеи, а также сгибателей и разгибателей нижних конечностей.

Благодаря нервной координации ни один здоровый человек не может заставить свои мышцы сокращаться с максимальной силой, но при некоторых заболевания, при которых нервный контроль отсутствует.

сокращение мышц бывает настолько сильным, что приводит к разрыву сухожилий и переломам костей.

Мышечное сокращение

Мышца в целом не может сократиться максимально, а реакция отдельного ее волокна может быть только максимальной, если оно вообще реагирует. Этот феномен, названный законом "все или ничего", можно продемонстрировать экспериментально. Если выделить одно мышечное волокно и повторно раздражать его с всевозрастающей силой, начиная с такого слабого раздражения, которое еще не может вызывать реакции, то реакция будет отсутствовать до тех пор, пока эта сила на достигнет определенного уровня, при котором волокно сократиться полностью. После этого никакое усиление раздражения уже не сможет вызвать более сильного сокращения. Поскольку целая мышца состоит из многих тысяч отдельных мышечных волокон, то характер и сила ее сокращения зависят от того, сколько волокон сокращается и как они это делают -одновременно или поочередно.

При изучении различных типов сокращения пользуются тем, что мышца сохраняет сократительную способность и после выделения из организма.

Одиночное сокращение

Когда мышца получает единичный стимул, она отвечает быстрым одиночным сокращением, одиночное сокращение состоит из 3 отдельных фаз:

- латентного периода - промежутка времени от воздействия до начала видимого сокращения;

- периода сокращения, в течение которого мышца укорачивается и производит работу;

- периода расслабления, во время которого мышца возвращается к своей первоначальной длине.

Скелетным мышцам свойствен рефрактерный период - очень короткий, следующий непосредственно за раздражением период, во время которого они не способны отвечать на следующее раздражение. Этот период чрезвычайно краток - 0,002 с. Наложение второго сокращения на первое приводит к более сильному мышечному сокращению - укорочению мышечного волокна, явление это называется суммацией.

Тетанус. Нормальное сокращение мышц протекает не в виде одиночных сокращений, а в форме длительного сокращенного состояния, вызываемого "залпом" отдельных нервных импульсов, приходящих к мышце в быстрой последовательности. Такое длительное сокращение носит название тетануса. Во время тетануса нервные импульсы поступают с такой частотой, что расслабления между последовательными сокращениями произойти не успевают. В большинстве случаев при тетаническом сокращении отдельные мышечные волокна получают импульс не одновременно, а, так сказать, посменно. Хотя отдельные волокна сокращаются и расслабляются, мышца как целое остается частично сокращенной.

Тонусом называется состояние длительного частичного сокращения, в котором находятся все нормальные скелетные мышцы, пока не повреждены идущие к ним нервы. Сердечная мышца и гладкие мышцы сохраняют жизненный тонус даже после перерезки их нервов. В нормальных условиях в каждую мышцу поступает непрерывный ряд нервных импульсов, которые вызывают постоянное слабое сокращение или тонус. После перерезки нерва, идущего к скелетной мышце, тонус тотчас же исчезает. Тонус - это слабо выраженный, поддерживаемый все время тетанус, в котором в каждый данный момент участвует лишь небольшая часть волокон мышцы. Полагают, что отдельные волокна сокращаются поочередно, действуя как бы посменно, так что каждое волокно имеет возможность полностью восстановить свое исходное состояние, прежде чем оно снова будет призвано к работе.

Мышца на 80% состоит из воды, сухой же остаток содержит главным образом белок, а также небольшое количество жира и гликогена и два фософросодержащих соединения: фосфокреатин и аденозинтрифосфат (АТФ). Сократимой частью мышечного волокна является белковая цепь, которая укорачивается в результате изгибания со сближением звеньев или удаления воды из " внутренних пространств" белковой молекулы. В этом участвуют два белка: миозин и актин, которые по отдельности не способны сокращаться. В процессе мышечного сокращения количество гликогена, кислорода, фосфокреатина и АТФ уменьшается, в то время как количество углекислоты, молочной кислоты и неорганического фосфата возрастает.

Расщепление гликогена до молочной кислоты не требует присутствия кислорода и сопровождается быстрым освобождением энергии. При наличии кислорода мышца окисляет около 20% молочной кислоты до СО₂ и Н₂О, а освобождающуюся при этом окислении энергию использует для превращения остальных 80% молочной кислоты в гликоген. Утомление связано с истощением запасов гликогена и накоплением молочной кислоты.

При мышечном сокращении происходит отщепление неорганического фосфора от фосфокреатина и АТФ, сопровождающееся выделением энергии. В мышце резервуаром макроэргических связей служит фосфокреатин, но его макроэргическая фосфатная группа может быть использована для сокращения только после того, как она будет перенесена на АДФ с образованием АТФ.

Таким образом, мышечное сокращение связано со следующими химическими реакциями:

1. АТФ = Неорганический фосфат + АТФ + энергия сокращения мышцы.

2. Фосфокреатин + АТФ = Креатин + АТФ.

3. Гликоген = Молочная кислота + энергия ресинтеза органических фосфатов.

4. Молочная кислота + О₂ = СО + H₂ О + энергия ресинтеза ( цикл Кребса).

Действительное сокращение мышцы и частичное последующее восстановление происходят без участия кислорода. При очень больших физических нагрузках гликоген расщепляется до молочной кислоты быстрее, чем может окисляться молочная кислота, так что происходит накопление последней. В таком случае говорят, что мышца имеет кислородную задолженность, которая впоследствии компенсируется, когда мы быстро вдыхаем повышенное количество кислорода, достаточное для окисления части молочной кислоты и получения таким путем энергии для ресинтеза гликогена из остальной молочной кислоты.

Если мышца впоследствии многократного сокращения, истощения запасов органических фосфатов и гликогена и накопления молочной кислоты не способна больше сокращаться, то говорят, что мышца утомлена. Основная причина утомления - накопление молочной кислоты, хотя усталость чувствуют еще до того, как наступит истощение запасов в мышце. Экспериментальными данными доказывается, что место первичного утомления - это место соединения нерва с мышцей.

В каждой мышце различают активно сокращающуюся часть - брюшко (тело) и пассивную часть, при помощи которой она прикрепляется к костям - сухожилие. Мышечное брюшко построено из поперечнополосатой мышечной ткани, состоит из пучков мышечных волокон, упакованных в соединительнотканный остов. В этом остове проходят кровеносные, лимфатические сосуды и нервы. Пучки мышечных волокон закономерно соединяются с сухожилиями мышц, построенными из плотной соединительной ткани.

Мышцы, расположенные на скелете, выполняют различные функции: сгибания, разгибания, отведения, приведения, вращения, вдыхания и др. Работа мышц происходит под контролем нервной системы. Сокращение мышц в организме совершается рефлекторно, т.е. под действие импульсов, которые поступают по двигательным нервам из центральной нервной системы.

При возбуждении нервного центра, в результате воздействия какого-либо раздражителя (укол, ожог), импульс направляется в мозг, передается через промежуточные клетки, по центробежным нервам к мышцам (вызывая сокращение или расслабление).

Мы уже отмечали, что скелетные мышцы обладают тремя свойствами: возбудимостью, проводимостью и сократимостью. В мембранах саркоплазматического ретикулума находятся системы, обеспечивающие транспорт ионов Са^2+. В каждом мышечном волокне содержится множество миофибрилл, состоящих из актиновых и миозиновых нитей. Толстые миозиновые нити имеют поперечные выступы с головками - поперечные мостики. Тонкие активные нити содержат еще два белка, необходимых для сокращения и расслабления ( тропонин и тропомиозин).

В состоянии покоя актиновые и миозиновые нити разобщены. Тропомиозин блокирует участки актина, способные взаимодействовать с поперечными мостиками миозина, а пропонин тормозит расщепление АТФ. При сокращении мышечного волокна, возникающий потенциал действия вызывает деполяризацию мембран саркоплазматического ретикулума и освобождение из них ионов Са²⁺. Ионы Са²⁺ активируют актиновые нити, в результате чего они соединяются с поперечными мостиками миозина, и мышечное волокно сокращается. При этом происходит "втягивание" актиновых нитей в промежутки между миозиновыми нитями. Источником энергии для сокращения мышечных волокон служит АТФ. Ионы кальция активируют каталитические центры для расщепления АТФ на головках миозина. После снижения концентрации ионов кальция происходит ресинтез АТФ из АДФ и фосфата и отсоединение мостиков. Тогда мышечные волокна начинают расслабляться. Разберите схему строения скелетной мышцы (рис.6).

Рис.6 Схема скелетной мышцы: А - мышечные волокна, прикрепленные к сухожилиям;

Б - отдельное волокно, состоящее из миофибрилл;

В – отдельная миофабрилла: чередование светлых актиновых I-дисков и темных миозиновых А -дисков;

Г - поперечные мостики между миозиновыми и активновыми нитями.

Основные группы мышц тела человека, влияние на их работу ритма и нагрузки изучите по учебнику и пособиям.

Общие замечания

Необходимо прежде всего усвоить общую характеристику опорно-двигательной системы. Это поможет понять строение отдельных частей скелета и увязать их с развитием функций. Особое внимание следует обратить на специфику строения, связанную с прямохождением и трудовой деятельностью. Для лучшего усвоения строения трубчатой кости и мышечного сокращения полезно изображать схемы.

КРОВЬ И КРОВООБРАЩЕНИЕ

Внутренней средой организма называют совокупность биологических жидкостей (кровь, лимфа, тканевая жидкость), омывающих клетки и структуры тканей и принимающих участие в процессе обмена веществ. Среда - это совокупность условий обитания живых существ. Так как живой организм представляет собой открытую систему, он обменивается с внешней средой информацией, веществом и энергией. Внешняя среда оказывает и полезное, и вредное для жизнедеятельности организма влияние. Организм поддерживает относительную стабильность и независимость от изменений в окружающей среде за счет гомеостаза.

Деятельность клеток требует снабжения их кислородом, пластическими и энергетическими веществами и удаления из них углекислого газа и конечных продуктов обмена веществ. Все это клетки получают из окружающей их микросреды через тканевую жидкость. Тканевая жидкость обменивается газами, ионами и молекулами с кровью, с доугой стоооны, тканевая жидкость участвует в образовании лимфы, что позволяет эффективно удалять из клеточной микросреды крупные молекулы, неспособные диффундировать в кровь. В свою очередь, оттекающая из тканей лимфа, через грудной лимфатический проток поступает в кровь, обеспечивая поддержание ее постоянство, следовательно, в организме происходит непрерывный обмен между жидкостями внутренней среды, который является обязательным условием гомеостаза.

Лимфа- это слегка желтоватая жидкость, состоящая из лимфоплазмы и форменных элементов, главным образом лимфоцитов и моноцитов. Лимфа образуется в лимфатических капиллярах тканей и органов, куда под влиянием различных факторов поступают ее составные компоненты.

Тканевая жидкостьзаполняет в организме промежутки между клетками. Она образуется из плазмы, проникающей в межклеточные щели через стенки кровеносных сосудов, и из продуктов обмена, постоянно поступающих из клеток.

Отклонения состава жидкостей внутренней среды воспринимаются многочисленными рецепторами и клеточными элементами с последующим включением регуляторных механизмов, направленных на устранение отклонения. Границы регулирования среду могут быть жесткими и пластичными. Параметры внутренней среды меняются в зависимости от возраста, пола, индивидуальных особенностей, социальных, профессиональных, географических и природных условий, от времени года и суток. Нормальные колебания параметров внутренней среды удерживают организм на уровне оптимального функционирования. Внутренняя среда представляет собой отражение сложной интеграции жизнедеятельности разных клеток, тканей, органов и систем с влияниями внешней среды.

Кровь- это жидкая ткань красного цвета солоноватого вкуса, постоянно движущаяся по кровеносным сосудам организма. Общее количество крови в организме взрослого человека в норме составляет 6-8% от массы тела. Причем циркулирует около 50% всей крови, а остальная находится в специальных депо крови (селезенке - 16%, печени - 20%, коже -10%). Удельный вес крови от 1,045 до 1,075 зависит от сухого остатка крови, составляющего 8-10 %. Основной массой сухого остатка крови -90% являются белки: фибриноген, альбумин, глобулин; рН крови -щелочная ( рН = 7). Вязкость крови в 3-5 раз больше вязкости воды и зависит от содержания белков и количества форменных элементов.

Кровь состоит из форменных элементов ( клеток ) и плазмы (большое количество межклеточного вещества). Форменные элементы составляют 36-40%, а плазма - 60-64% объема крови.

Кровь выполняет четко выраженную защитную и трофическую функции: переносит питательные вещества, доставляет тканям кислород и удаляет углекислый газ, осуществляет выработку антител и путем переноса гормонов регулирует деятельность различных систем организмов.

Структурные компоненты крови могут переходить в соединительную ткань, окружающую кровеносные сосуды - это подвижная система, которая обеспечивает постоянство состава внутренней среды организма.

Форменные элементы крови - белые кровяные тельца (клетки) или лейкоциты; красные кровяные тельца (клетки) или эритроциты и кровяные пластинки (тромбоциты).

В свою очередь, лейкоциты могут быть зернистыми (имеют в цитоплазме гранулы) и незернистыми. К зернистыми лейкоцитам относят:

- эозинофилы (гранулы, окрашивающиеся кислым красителем эозином);

- базофилы (гранулы, окрашивающиеся основными красителями);

- нейтрофилы (гранулы восприимчивы и к основным и к кислым красителям).

На рис. 7 схематически изображены форменные элементы крови.

Рис. 7. Форменные элементы крови: 1 - эритроциты; 2- нейтрофилы; 3 -эозинофилы; 4 - базофилы; 5 - моноциты; 6 - лимфоциты; 7 - тромбоциты

Плазма крови- жидкое межклеточное вещество желтоватого цвета. Состоит из смеси белков, аминокислот, углеводов, жиров, солей, гормонов,

ферментов и растворенных газов. Состав плазмы: вода - 90-93%; белки -7-8%; глюкоза - 0,1%; соли - 0,9%. Белки плазмы различных типов : α , β ,

у - глобулины, альбумины, компоненты комплемента, фибриноген.

Альбумины- самая однородная и преобладающая фракция белков. Они переносят ряд метоболитов, гормонов, ионов, служат резервом аминокислот для белкового синтеза, основная функция - поддержание онкотического давления крови.

Глобулины:

-α - глобулины - включают гликопротеины ( 2/3 всей глюкозы плазмы циркулирует в их составе), эритропоэтин ( гуморальный стимулятор кроветворения), протромбин ( фактор свертывания крови). Они
осуществляет транспорт липидов;

- β - глобулины - самая богатая липидами фракция белка (3/4 всех липидов плазмы). К этой фракции относится трансферрин (обеспечивает транспорт железа и многие факторы свертывания крови;

- у - глобулины - их называют иммуноглобулинами, так как сюда входят иммуноглобулины пяти классов: Ig A, Ig G, Ig M, Ig E.

Компоненты комплемента - участвуют в неспецифических защитных реакциях.

Фибриноген- обеспечивает свертывание крови, превращаясь в нерастворимый белок фибрин под действием тромбина.

Кроме того, в плазме находятся различные органические соединения, конечные продукты обмена веществ, поступающие в кровь из клеток и тканей ( мочевина, мочевая кислота и др.) и буферные системы, поддерживающие стабильное значение рН (около 7,36).

После свертывания крови и выпадения фибрина плазма крови превращается в сыворотку.

Эритроциты - высокоспециализированные клетки, в цитоплазме которых содержится дыхательный пигмент гемоглобин, обуславливающий красный цвет крови. Содержание гемоглобина - 33% от массы клетки. В связи с высокой специализацией эритроциты утратили митохондрии, клеточный центр, ЭПС и даже ядро. В одном куб. мм крови содержится 4-5 млн. эритроцитов. Эритроциты имеют форму двояковогнутого диска, диаметр приблизительно 8 мкм. Эритроциты могут контактировать своими поверхностями, образуя скопления, похожие на монетные столбики. Отсутствие ядра и органелл, синтезирующих белок, в зрелых эритроцитах приводит к их ранней гибели, они существуют около 120 суток. Образуются в красном костном мозге, эмбриональной печени, а затем разрушаются макрофагами селезенки, печени и красного костного мозга.

Лейкоциты- клетки шаровидной формы, имеющие ядро. В одном куб. мм крови - 8-4 тыс. лейкоцитов. На протяжении суток их количество может меняться в связи с пищеварением или физической нагрузкой. Лейкоциты способны к активному движению при помощи временных выпячиваний цитоплазмы (псевдоподий). Лейкоциты способны передвигаться не только в кровяном русле, но и проникать между эндотелиальными клетками капилляров в окружающую соединительную и эпителиальную ткани. Они способны к захватыванию и внутриклеточному перевариванию инородных тел, микроорганизмов, что определяется наличием в их цитоплазме разнообразных гидролитических ферментов. Велика роль лейкоцитов в образовании иммунокомпетентных белков и бактерицидных веществ.

- Зернистые лейкоциты - клетки с полиморфным ядром, способны к активному передвижению и не способны к делению.

- Эозинофилы - диаметр 12-14 мкм, гранулы шаровидной или овальной формы (самые крупные). В одном куб.мм крови - 105 эозинофилов. Имеют хорошо развитую ЭПС, комплекс Гольджи и клеточный центр. Ядро состоит из двух сегментов. Составляют 3-5% от общего числа лейкоцитов. Основная часть находится не в крови, а в тканях. Способны обезвреживать чужеродные белки и белки отмерших тканей. Образуются в красном костном мозге, функционируют в течение нескольких суток, затем отмирают в тканях.

- Базофилы - диаметр 11-12 мкм, гранулы шаровидной или овальной формы. В одном куб. мм крови 20-80 клеток. Содержат гепарин (кислый мукополисахарид), препятствующий свертыванию крови. Хорошо развита ЭПС и комплекс Гольджи, в их цитоплазме обнаружено много ЭРК и гликогена. Ядра менее сегментированы и более крупные составляют 0,5 -1% от общего числа лейкоцитов. Принимают участие в процессах свертывания крови иммунных аллергических реакциях и обеспечивают проницаемость сосудов для форменных элементов крови. Образуются в красном костном мозге, функционируют от нескольких часов до нескольких суток, отмирают в тканях.

- Нейтрофлы - диаметр 10-12 мкм, в одном куб. мм 3-7 тыс.клеток. За сутки костный мозг выделяет 10¹¹ нейтрофилов и столько же их гибнет в тканях. Гранулы самые мелкие, овальной формы. Они содержат гидролитические ферменты. В цитоплазме имеются все органеллы общего назначения; ядро – полиморфное, что связывают с возрастом и интенсивностью обмена веществ. Молодые клетки имеют ядро палочковидное; зрелые – сегментированное ( до 5 сегментов ). Нейтрофилы способны захватывать и переваривать микроорганизмы, т.е. осуществляют фагоцитоз. Они активно передвигаются и скапливаются в больших количествах в очагах воспаления ( образуя затем гной ). Способны вырабатывать цитокины, которые регулируют деятельность других клеток. Они мигрируют в ткани, где функционируют о 1 до 8 суток и разрушаются в очаге воспаления, на слизистых и в коже.

Незернистые лейкоциты имеют крупное несегментированное ядро.

- Лимфоциты - 25-30%, имеют шаровидную форму, диаметр 7-10мкм, играют центральную роль в иммунных реакциях. Ядро крупное шаровидное, богатое хроматином.

Различают малые, средние и большие лимфоциты. Малые и средние лимфоциты циркулируют в крови, а большие - в лимфоидной ткани и в крови.

По функциональному признаку различают Т- и В- лимфоциты. Т- лимфоциты развиваются в тимусе из клеток, поступающих из красного костного мозга. Из тимуса они поступают в кровь и могут покидать сосудистое русле и локализуются в лимфатических узлах, в селезенке, миндалинах, в аппендиксе и др. В- лимфоциты развиваются в красном костном мозге ( у плодов в печени и селезенке). Из костного мозга попадают в кровь, а затем направляются в периферические иммунные органы, где они созревают и превращаются в плазмоциты, продуцирующие антитела. Продолжительность жизни от 3-х суток до 6 месяцев ( иногда до 5 лет).

- Моноциты - самые крупные клетки крови, диаметр до 20 мк, составляют 5-8%. В одном куб. мм крови 240 -700 клеток. Ядра очень крупные, с нежным сетевидным хроматином. Форма ядра чаще бобовидная. Имеют все органеллы общего назначения, много митохондрий и лизосом. Способны к фагоцитозу и выполняют защитные функции, регулируют состояние межклеточного вещества и других типов клеток.

По современным представлениям они активно мигрируют в ткани и образуются в красном костном мозге, в крови функционируют от 8 часов до 4-х суток

- Тромбоциты - бесцветные тельца различной формы, которые лишены ядер. Содержат фермент тромбопластин, играющий важную роль в начальных процессах свертывания крови, участвуют в заживлении ран. В одном куб. мм крови 200-400 тыс. клеток. Продолжительность жизни - 5-10 суток, образуются в красном костном мозге, поступают в кровь, после чего фагоцитируются макрофагами в селезенке и легком. Для тромбоцитов характерен мощный гликокаликс с многочисленными рецепторами. Активация тромбоцитов сопровождается изменением их формы.

Малейшее ранение кровеносных сосудов вызывает гибель тромбоцитов. Разрушаясь, они склеиваются и образуют тромб, который закупоривает отверстие в поврежденном сосуде, приостанавливая кровотечение. Процесс свертывания крови происходит при взаимодействии плазменных факторов крови и соединений, содержащихся в форменных элементах и ткани.

Процесс свертывания крови можно разделить на три фазы.

В первой фазе при повреждении сосуда в крови образуется активное вещество - тромбопластин ( тромбокиназа). В зависимости от источника образования различают кровяной и тканевой тромбопластин.

Кровяной тромбопластин образуется при взаимодействии семи факторов плазмы и одного фактора тромбоцитов. Тканевой тромбопластин образуется при взаимодействии трех факторов плазмы и тканевого сока, поступающего в кровь через рану.

Во второй фазе свертывания крови под влиянием тромбопластина (кровяного и тканевого) неактивный белок протромбина превращается в активный белок - фермент тромбин.

Третья фаза - образование нерастворимого фибрина из белка фибриногена под влиянием тромбина, который отщеплет от молекул фибриногена пептиды (образуя фибринмономеры), взаимодействие их и приводит к образованию фибрина. Из фибрина выделяется сыворотка, происходит раскрытие раны и уплотнение сгустка, препятствующее просачиванию крови.

Большинство факторов свертывания крови - белки, синтез которых происходит в печени в образовании тромбина и ряда факторов участвует витамин К, поэтому при его недостатке время свертывания крови удлиняется и может наступить кровоточивость. Существуют наследственные формы заболевания крови, в том числе гемофилия (состояние пониженной гемокоагуляции). Причина - недостаточность следующих факторов в плазме крови фибриназы, плазменного компонента тромбопластина, протромбиназы.

Свертывание крови не происходит, если удалить из нее ионы кальция.

В здоровом организме тромб образуется только в месте повреждения сосудистой стенки. Выполнив гомеостатическую функцию, он вскоре растворяется. Этот процесс называется фибринолизом.

Схематически свертывание крови можно представить следующим обоазом:

Тромбопластин + Са²⁺ + протромбин ———→ тромбин

Тромбин + фибриноген ——→ фибрин

где:

Тромбопластин - белок -фермент, образуется при разрушении тромбоцитов;

2+

Са - ионы кальция, присутствующие в плазме крови;

Протромбин - неактивный белок -фермент плазмы крови;

Тромбин - активный белок фермент;

Фибриноген - белок, растворенный в плазме крови;

Фибрин - волокна белка, нерастворимые в плазме крови (тромб).

Иммунитет

Человек живет в окружении самых разнообразных микробов, в том числе болезнетворных бактерий и вирусов. Болезни, вызываемые болезнетворными бактериями и вирусами, называются заразными или инфекционными. Инфекция может передаваться здоровым людям различными путями: через поврежденные ткани, воздушно-капельным путем и др. Однако человек, даже заразившись, не всегда болеет. Барьером, препятствующим проникновению инфекции и инородных тел во внутреннюю среду организма, являются кожа и слизистые оболочки. И.И.Мечников установил, что лейкоциты, обладающие амебоидным движением, захватывают и переваривают микробы, чужеродные клетки и отмершие клетки организма. Свойство лейкоцитов захватывать и переваривать попавшие в кровь и ткани микробы Мечников И.И. назвал фагоцитозом, а клетки, способные осуществлять фагоцитоз, подразделил на микрофаги и макрофаги.

К микрофагам принадлежат гранулярные лейкоциты - нейтрофилы, эозинофилы и базофилы; из них только нейтрофилы обладают весьма выраженной способностью к фагоцитозу. Эозинофилы и базофилы характеризуются слабой фагоцитарной активностью.

Фагоцитоз происходит при участии макрофагов: подвижных (моноциты крови, клетки лимфатических узлов и селезенки и др.) и неподвижных (клетки пульпы селезенки, мозгового вещества лимфоидной ткани, эндотелия кровеносных сосудов).

В настоящее время доказано, что фагоцитарной активностью обладают многие клетки организма, объединенные в единую димфоидно-макрофагальную систему.

В процессе фагоцитоза наблюдается изменение фагоцитированных частиц. В частности, у микробов наблюдаются морфологические изменения, характерные для деградации и разрушения.

К факторам, ускоряющим фагоцитоз, относятся соли кальция, магния, наличие электролитов, антител. С другой стороны, токсины бактерий, капсульные вещества бактерий, холестерин, алкалоиды и блокада ретикулоэндотелиальной системы угнетают фагоцитоз.

За исследования фагоцитоза ИИ.Мечникову в 1908 году была присуждена Нобелевская премия.

Защита организма от инфекций обеспечивается также образованием белыми клетками крови особых белковых веществ - антител (иммуноглобулинов). Антитела склеивают чужеродные белки, растворяют или расщепляют их. Они образуются некоторыми видами лейкоцитов, плазматическими клетками и содержатся в плазме крови.

Невосприимчивость организма к действию инфекционных и других чужеродных агентов называется иммунитетом. Существуют два механизма иммунитета: клеточный и гуморальный.

За гуморальный иммунитет ответственны В-лимфоциты и плазмоциты. Гуморальный ответ является немедленной иммунологической реакций, например, реакции гиперчувствительности на лекарство, пыльцу, осложнения после переливания крови.

В клеточном иммунитете принимают участие Т-лимфоциты. Клеточный иммунитет ответ развивается сравнительно быстро, достигая максимума за 48 ч, однако его называют отложенным ответом (по сравнению с более быстрым гуморальный ответом).К реакциям этого типа относятся многие виды контактной аллергии, например, действие на кожу синтетических веществ.

Выделяют следующие формы иммунитета:

Невосприимчивость к тому или иному заболеванию, полученная организмом по наследству или приобретенная в результате перенесенного заболевания называется естественным иммунитетом. Этот иммунитет прочный, держится многие годы. Врожденный иммунитет обычно характеризует данный вид и является результатом филогенеза. Он обусловлен неспособностью определенного вида болезнетворных микробов размножаться в организме данного вида. Например, человек невосприимчив к возбудителю чумы рогатого скота.

Приобретенный иммунитет - это защитная реакция, повышающая устойчивость организма к повторным действиям болезнетворных агентов. Например, люди, переболевшие в детстве коклюшем, корью, обычно не болеют ими повторно.

Иммунитет можно выработать искусственно. Для образования активного иммунитета производят прививки, в организм вводят вакцины. Вакцины состоят из убитых или живых микробов или вирусов, предварительно ослабленных. Активный иммунитет длится в течение месяцев, лет и даже десятков лет. Например, прививки против оспы и полиомиелита. При активном иммунитете в крови образуются антитела после введения вакцины.

Пассивный иммунитет приобретается при введении сыворотки крови переболевших людей и животных. Антитела уже содержатся в сыворотках, которые вводят в организм. Такой иммунитет кратковременный, продолжается всего несколько недель. Например, противодифтерийная и противостолбнячная сыворотки.

Вирусное заболевание, которое характеризуется глубоким поражением иммунной системы организма, присоединением вторичных сопутствующих инфекций и образованием опухолей или прогрессирующим поражением центральной нервной системы носит название СПИД (синдром приобретенного иммунного дефицита, ВИЧ-инфекция).СПИД развивается в результате заражения вирусами иммунодефицита человека (ВИЧ). Они относятся к РНК-вирусам, которые содержат фермент обратную транскриптазу. В результате вирус встраивается в геном некоторых клеток организма и сохраняется, на протяжении всей жизни человека. Больше всего вирусов наблюдается в крови, сперме, выделениях из влагалища и цереброспинальной жидкости. Заражение происходит половым путем, при переливании крови или с препаратами из инфицированной крови, при использовании шприцев или инструментария, при нарушении кожи или слизистых оболочек. Передача инфекции может быть от зараженной матери новорожденному. Вирус наиболее часто поражает Т-лимфоциты, которые играют ключевую роль в регуляции иммунного ответа организма. Кроме того, поражаются моноциты и макрофаги. В центральной нервной системе вирус приводит к дегенерации белого вещества. При заражении вирусом отмечаются злокачественные опухоли. У больных может наблюдаться лихорадка, потливость, слабость, боли в суставах и мышцах. Затем возникают стойкие увеличения лимфатических узлов. Плохо поддаются лечению инфекционные заболевания.

Средства лечения СПИД и вакцины против СПИД находятся в стадии разработки.