В чем заключается механические функции скелета
В чем заключается механические функции скелета
Значение скелета
Костная система выполняет ряд функций, имеющих или преимущественно механическое, или преимущественно биологическое значение. Рассмотрим функции, имеющие преимущественно механическое значение. Для всех позвоночных характерен внутренний скелет, хотя среди них встречаются виды, которые наряду с внутренним скелетом имеют еще и более или менее развитый наружный скелет, возникающий в коже (костная чешуя в коже рыб).
В начале своего появления твердый скелет служил для защиты организма от вредных внешних влияний (наружный скелет беспозвоночных). С развитием внутреннего скелета у позвоночных он сначала стал опорой и поддержкой (каркасом) для мягких тканей. Отдельные части скелета превратились в рычаги, приводимые в движение мышцами, вследствие чего скелет приобрел локомоторную функцию. В итоге механические функции скелета проявляются в его способности осуществлять защиту, опору и движение.
Опора достигается прикреплением мягких тканей и органов к различным частям скелета.
Движение возможно благодаря строению костей в виде длинных и коротких рычагов, соединенных подвижными сочленениями и приводимых в движение мышцами, управляемыми нервной системой.
Развитие скелета
У низших видов позвоночных [круглоротые, селахии (акулы) и хрящевые ганоиды] соединительнотканный скелет вокруг хорды и на остальном протяжении замещается хрящевым скелетом, который в свою очередь у более высокоорганизованных позвоночных, начиная с костистых рыб и кончая млекопитающими, становится костным.
С развитием последнего хорда исчезает, за исключением ничтожных остатков (студенистое ядро межпозвоночного диска). Водные формы могли обходиться хрящевым скелетом, так как механическая нагрузка в водной среде несравненно меньше, чем в воздушной. Но только костный скелет позволил животным выйти из воды на сушу, поднять свое тело над землей и прочно стать на ноги.
Таким образом, в процессе филогенеза как явление приспособления к окружающей среде происходит последовательная смена 3 видов скелета. Эта смена повторяется и в процессе онтогенеза человека, в течение которого наблюдаются 3 стадии развития скелета:
1) соединительнотканная (перепончатая),
2) хрящевая и
3) костная.
Эти 3 стадии развития проходят почти все кости, за исключением костей свода черепа, большинства костей лица, части ключицы, которые возникают непосредственно на почве соединительной ткани, минуя стадию хряща.
Эти, как их называют, покровные кости можно рассматривать как производные некогда бывшего наружного скелета, сместившиеся в глубь мезодермы и присоединившиеся в дальнейшей эволюции к внутреннему скелету в качестве его дополнения.
Механические функции скелета
1. Опорная функция состоит в том, что кости поддерживают прикрепляющиеся к ним мягкие ткани (мышцы, фасции и другие органы), участвуют в образовании стенок полостей, в которых помещаются внутренние органы.
2. Рессорная функция обусловлена наличием в скелете образований, смягчающих толчки и сотрясения (хрящевые прокладки, суставной хрящ между соединяющимися костями и т.п.)
3. Защитная функция состоит в том, что скелет образует вместилища для жизненно важных органов и защищает их от внешних воздействий.
4. Двигательная функция возможна благодаря строению костей в виде длинных и коротких рычагов, соединенных подвижными сочленениями и приводимых в движение мышцами, управляемыми нервной системой.
5. Антигравитационная функция проявляется в том, что скелет создает опору для устойчивости тела, приподнимающегося над землей.
Кроме того, кости определяют направление хода сосудов, нервов и мышц, а также форму тела и его размеры.
Биологические функции скелета
3. Иммунологическая функция также связана с красным костным мозгом: последний содержит самоподдерживающуюся популяцию стволовых кроветворных клеток, из которых образуются также клетки иммунной системы или лимфоциты.
Кость как орган
В каждой трубчатой кости различаются следующие части:
1. Диафиз (тело кости) представляет собой костную трубку, содержащую у взрослых желтый костный мозг и выполняющую соответственно функцию опоры и защиты.
2. Метафизы (концы диафиза), прилегающие к метаэпифизарному хрящу, развиваются вместе с диафизом, но участвуют в росте костей в длину и состоят из губчатого вещества.
3. Эпифизы (суставные концы каждой трубчатой кости) расположены по другую сторону метаэпифизарного хряща.
4. Апофизы (костные выступы, расположенные вблизи эпифиза).
Число отдельных костей, входящих в состав скелета взрослого человека, больше 200 (206 костей). Кости разнообразны по величине и форме, занимают определенное положение в теле. По внешней форме различают кости длинные, короткие, широкие и смешанные.
КОСТИ
Трубчатые Губчатые Плоские Смешанные Воздухоносные
Длинные Длинные Короткие Кости черепа
Короткие Сесамовидные Кости поясов
Соединение костей
Выделяют три вида соединения костей:
1) Непрерывные соединения (синартрозы), когда между костями имеется прослойка соединительной ткани или хряща. Щель или полость между соединяющимися костями отсутствуют.
2) Прерывные соединения или суставы (диартрозы, или синовиальные соединения) – когда между костями имеется полость и синовиальная мембрана, выстилающая изнутри суставную капсулу.
3) Полусуставы или симфизы (гемиартрозы), когда имеется небольшая щель в хрящевой или соединительно тканной прослойке между соединяющимися костями.
1. Непрерывные соединения – синартрозы. В зависимости от строения ткани, соединяющей кости выделяют следующие группы этих соединений:
— фиброзные (синдесмозы) или соединительнотканные;
— костные соединения (синостозы);
Фиброзные соединения (синдесмозы) это прочные соединения посредством плотной волокнистой соединительной ткани. К ним относятся:
а)мембраны или межкостные перепонки.
— зубчатый (например, соединение лобной и теменной кости);
— чешуйчатый (например, соединение височной кости с теменной);
— гладкий (например, соединения между костями лицевого черепа)/
Хрящевые соединения (синхондрозы) представляют собой соединения костей с помощью хрящевой ткани. По длительности своего существования синхондрозы бывают:
а)временные – существуют до определенного, возраста, после чего заменяются синостозами (например, между костями тазового пояса).
б) постоянные–существуют до определенного возраста, после чего заменяются синостозами (например, между пирамидой височной кости и соседними костями тазового пояса);
Эластические соединения не обладают той крепостью, которую имеют соединительнотканные или фиброзные соединения.
Костные соединения (синостозы): в промежутке между костями соединительная ткань переходит в костную или сначала в хрящевую, а затем в костную.
Мышечные соединения представляют собой подвижные и изменчивые по своей протяженности соединения двух или нескольких костей при помощи поперечно-полосатых мышц.
2. Прерывные соединения или суставы (диартрозы)являются наиболее совершенными видами соединения костей.
В каждом суставе различают следующие основные элементы:
— суставные поверхности, покрытые хрящем;
— суставная капсула или сумка;
— суставная полость с небольшим количеством синовиальной жидкости.
В некоторых суставах есть еще вспомогательные образования в виде суставных дисков, менисков и суставной губы.
Суставные поверхности чаще всего соответствуют друг другу у сочленяющихся костей. Они покрыты суставным хрящем, за счет которого облегчается скольжение суставных поверхностей и смягчаются толчки.
Суставная капсула прирастает к сочленяющимся костям по краю их суставных поверхностей или же несколько отступив от них и герметически окружает суставную полость.
Капсула имеет 2 слоя: наружный фиброзный и внутренний синовиальный.
Фиброзный слой местами образует связки – утолщения, которые укрепляют капсулу, а также выполняют роль пассивных тормозов, ограничивая движения в суставе.
Синовиальный слой тонкий. Он изнутри выстилает фиброзный слой и продолжается на поверхности кости, не покрытой суставным хрящем.
Суставная полость представляет собой герметически закрытое щелевидное пространство, ограниченное суставными поверхностями и синовиальной мембраной. Суставная полость содержит небольшое количество синовиальной жидкости.
Классификация суставов
В суставах в зависимости от строения сочленяющихся поверхностей (форма, изогнутость, размер) движения могут совершаться вокруг различных осей. В биомеханике суставов выделяют следующие оси вращения: 1) фронтальную, 2) сагиттальную и 3) вертикальную. Кроме того, выделяют круговое движение.
Классификацию суставов проводят по следующим признакам:
— по числу суставных поверхностей;
— по форме суставных поверхностей;
I.По числу суставных поверхностей различают:
а) простой сустав – имеет 2 суставные поверхности (напр., плечевой, межфаланговые)
б) сложной сустав – имеет более 2-х сочленовых поверхностей (напр., локтевой, коленный). Сложный сустав состоит из нескольких простых сочленений, в которых движения могут совершаться отдельно.
в) комплексный сустав – содержит внутри суставной сумки внутрисуставной хрящ, который разделяет сустав на две камеры (напр., височно- нижнечелюстной сустав, коленный).
г) комбинированный сустав – представляет комбинацию нескольких изолированных друг от друга суставов, расположенных отдельно друг от друга суставов, но функционирующих вместе (например, оба височно-нижне-челюстных сустава, проксимальное и дистальное луче-локтевое сочленения и др.)
II.По форме и по функциям классификация проводится следующим образом: функция сустава определяется количеством осей, вокруг которых совершаются движения. Количество же этих осей зависит от формы сочленовых поверхностей сустава. Исходя из этого различают суставы:
1. Одноосные суставы (цилиндрические или вращательные и блоковидные):
2. Двуосные суставы (эллипсовидный, седловидный, мыщелковый):
3. Трехосные или многоосные суставы (шаровидные, ореховидные, плоские):
Скелет человека
Функции скелета человека
Опорная функция скелета заключается в прикреплении мягких тканей, внутренних органов к различным частям скелета.
Кости в местах суставов (подвижных соединений) образуют рычаги, которые, сокращаясь, приводят в движение мышцы.
Внутри трубчатых костей расположен костномозговой канал, в котором находится желтый костный мозг. Он выполняет питательную функцию (накопление жиров), в случае кровопотери способен превращаться в красный костный мозг (резервная функция).
Осевой скелет
У поясничных позвонков наиболее массивные и большие тела: соразмерно нагрузке, которую им приходится выполнять (по сравнению с шейными позвонками).
В связи с прямохождением у человека формируются 4 физиологических изгиба, то есть у всех имеются в норме: шейный лордоз (изгиб вперед), грудной кифоз (изгиб назад), поясничный лордоз и крестцовый кифоз. Кифозы и лордозы позволяют равномерно распределить нагрузку на весь позвоночник.
Чтобы легко запомнить для себя два новых термина, рекомендую воспользоваться следующей ассоциацией: спросите себя, как ходит английский лорд? Представьте всю его важность и пафосность, выставленную вперед грудь и выгнутую вперед спину (вот и лордоз!). Ассоциируя слово лорд со словом лордоз, вы не будете путаться 😉
Осанкой называют привычное положение спины. Часто у подростков возникают нарушения осанки из-за слабого развития мышц спины. Могут быть слишком сильно выражены лордозы и кифозы, либо, наоборот, очень плохо выражены, плоская спина. Возможно искривление позвоночника вправо или влево: в этом случае говорят о наличии сколиоза.
Последствия неправильной осанки: нарушение кровоснабжения, смещение и сдавливание внутренних органов, деформация грудной клетки.
Скелет грудной клетки состоит из 12 пар ребер, грудины. Череп подразделяется на два отдела: лицевой и мозговой.
Парные кости лицевого отдела черепа: скуловая, носовая, слезная, небная кости и верхняя челюсть. Непарные кости лицевого отдела черепа: нижняя челюсть, подъязычная кость.
Мозговой отдел черепа включает в себя затылочную, лобную, височную и теменную кости, а также решетчатую и клиновидную кость.
Парные кости мозгового отдела черепа: височная и теменная кости. Непарные кости мозгового отдела черепа: лобная, затылочная, клиновидная, решетчатая.
Скелет поясов конечностей
Пояс нижних конечностей (тазовый) состоит из двух тазовых костей, каждая из которых образована сросшимися подвздошной, лобковой и седалищной костями. Тазовый пояс служит опорой для внутренних органов, местом прикрепления многих мышц.
Скелет конечностей
Скелет нижней конечности включает в себя бедренную кость и надколенник (бедро), малоберцовую и большеберцовую кости (голень), предплюсну, плюсну и фаланги пальцев (стопа). Скелет верхней конечности состоит из плечевой кости (плеча), лучевой и локтевой кости (предплечья), запястья, пястья и фаланг пальцев (кисть).
Бедренная кость сочленяется с тазовым поясом с помощью головки бедренной кости, образующей тазобедренный сустав с вертлужной впадиной тазовой кости. Головка плечевой кости образует плечевой сустав с суставной поверхностью лопатки.
Особенности скелета человека
Мы уже изучили скелет человека, однако следует обратить внимание на некоторые его детали. Может быть, они покажутся вам незначительными и слишком очевидными, но именно они отличают человека от многих других животных. Некоторые из этих особенностей связанны с прямохождением и трудовой деятельностью.
Заболевания опорно-двигательного аппарата
Наиболее часто при слабости мышц голени и стопы, связочного аппарата, изменяется форма стопы, опускается ее поперечный и продольный свод: такое заболевание называется плоскостопием.
Причины: неправильная обувь, избыточный вес, длительное хождение или стояние (чрезмерно повышенная или пониженная нагрузка). Сопровождается болями в стопе, неестественной походкой. Из-за смещения центра тяжести организма плоскостопие может приводить к нарушению осанки.
Лечение: физические упражнения, ортопедические стельки (греч. orthos – прямой, правильный + paedos – ребенок).
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
В чем заключается механические функции скелета
Опорно-двигательный аппарат обеспечивает передвижение и сохранение положения тела животного в пространстве, образует внешнюю форму тела и участвует в обменных процессах. На его долю приходится около 60% от массы тела взрослого животного.
Условно опорно-двигательный аппарат разделяют на пассивную и активную части. К пассивной части относят кости и их соединения, от которых зависит характер подвижности костных рычагов и звеньев тела животного (15%). Активную часть составляют скелетные мышцы и их вспомогательные приспособления, благодаря сокращениям которых, приводятся в движение кости скелета (45%). Как активная, так и пассивная части имеют общее происхождение (мезодерма) и находятся в тесной взаимосвязи.
Функции аппарата движения:
1) Двигательная активность является проявлением жизнедеятельности организма, именно она отличает животные организмы от растительных и обуславливает возникновение самых разнообразных способов передвижения (ходьба, бег, лазанье, плавание, полет).
2) Опорно-двигательный аппарат образует форму тела – экстерьер животного, так как его формирование происходило под влиянием гравитационного поля Земли, то его величина и форма у позвоночных животных отличаются значительным разнообразием, что объясняется разными условиями их обитания (наземное, наземно-древесное, воздушное, водное).
3) Кроме этого, аппарат движения обеспечивает ряд жизненно-важных функций организма: поиск и захват пищи; нападение и активную защиту; осуществляет дыхательную функцию легких (респираторную моторику); помогает сердцу при продвижении крови и лимфы в сосудах («периферическое сердце»).
4) У теплокровных животных (птиц и млекопитающих) аппарат движения обеспечивает сохранение постоянной температуры тела;
Функции аппарата движения обеспечиваются нервной и сердечно-сосудистой системами, органами дыхания, пищеварения и мочеотделения, кожным покровом, железами внутренней секреции. Так как развитие аппарата движения неразрывно связано с развитием нервной системы, то при нарушении этих связей происходит сначала парез, а затем и паралич аппарата движения (животное не может двигаться). При снижении физических нагрузок происходит нарушение обменных процессов и атрофия мышечной и костной тканей.
Органы опорно-двигательного аппарата обладают свойствами упругих деформаций, при движении в них возникает механическая энергия в виде упругих деформаций, без которой не могут осуществляться нормальное кровообращение и импульсация головного и спинного мозга. Энергия упругих деформаций в костях преобразуется в пъезоэлектрическую, а в мышцах – в тепловую. Высвобождаемая энергия во время движения, вытесняет кровь из сосудов и вызывает раздражение рецепторного аппарата, от которого нервные импульсы поступают в центральную нервную систему. Таким образом, работа аппарата движения тесно связана и не может осуществляться без нервной системы, а сосудистая система в свою очередь не может нормально функционировать без аппарата движения.
Периферический скелет представлен двумя парами конечностей: грудными и тазовыми. В скелете конечностей присутствует только одна закономерность – билатеральность (антимерия). Конечности парные, имеются левые и правые конечности. Остальные элементы ассиметричны. На конечностях различают пояса (грудной и тазовый) и скелет свободных конечностей.
В соответствии с основным биогенетическим законом Бэра и Э.Геккеля в онтогенезе скелет проходит так же три стадии развития: перепончатую (соединительно-тканную), хрящевую и костную.
На самой ранней стадии развития зародыша опорной частью его тела является плотная соединительная ткань, которая формирует перепончатый скелет. Затем у зародыша появляется хорда, и вокруг нее начинают формироваться вначале хрящевой, а позднее костный позвоночный столб и череп, а затем конечности.
В предплодном периоде весь скелет, за исключением первичных покровных костей черепа, хрящевой и составляет около 50% от массы тела. Каждый хрящ имеет форму будущей кости и покрыт надхрящницей (плотной соединительно-тканной оболочкой). В этот период начинается окостенение скелета, т.е. формирование костной ткани на месте хряща. Окостенение или оссификация (лат. оs-кость, facio-делаю) происходит как с наружной поверхности (перихондральная оссификация), так и изнутри (энхондральная оссификация). На месте хряща образуется грубо-волокнистая костная ткань. В результате этого, у плодов скелет построен из грубо-волокнистой костной ткани.
Только в неонатальный период грубо-волокнистая костная ткань замещается на более совершенную пластинчатую костную ткань. В этот период требуется особое внимание к новорожденным, так как их скелет еще не отличается прочностью. Что же касается хорды, то ее остатки располагаются в центре межпозвоночных дисков в виде пульпозных ядер. Особое внимание в этот период надо обратить на покровные кости черепа (затылочную, теменные и височные), так как они минуют хрящевую стадию. Между ними в онтогенезе образуются значительные соединительно-тканные пространства, называемые родничками (fonticulus), только к старости они полностью подвергаются окостенению (эндесмальная оссификация).