ОПОРНО - ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
Функции скелета:
Механические функции:
1. Опорная – скелет является опорой тела, к которой прикрепляются мягкие ткани и органы
3. Хрящевые прослойки скелета и форма стопы и позвоночника смягчает толчки и удары при ходьбе
4. Защитная – скелет защищает жизненно важные органы(череп, грудная клетка, позвоночный канал)
5. Двигательная – кости являются системой рычагов, приводящих в движение мышцы тела
6. Антигравитационная – скелет противодействует силе тяжести
Биологические функции:
7. Участие костей в минеральном обмене солей. Здесь накапливаются и по мере необходимости высвобождаются соли кальция, магния, фториды, карбонаты, фосфаты
8. Кроветворение: в костях содержится красный костный мозг, в котором стволовые клетки образуют все типы клеток крови
Строение и состав костей
Кости состоят из соединительной ткани (опорно-скелетная группа). Клетки костной ткани – остеоциты – имеют звездчатую форму, слаборазвитые органоиды, не способны к делению.
Межклеточное вещество костной ткани плотное и твердое, содержит много органических и неорганических веществ.
Органические вещества (коллаген, оссеин, органические кислоты, полисахариды) придают костям упругость и эластичность . Неорганические вещества (минеральные соли) придают прочность и твердост ь. Такое сочетание свойств делает кости очень устойчивыми к нагрузкам.
Костная ткань взрослого человека образует костные пластинки. В зависимости от того, как они залегают, различают:
· плотное (компактное) вещество кости – костные пластинки лежат очень плотно друг к другу
· губчатое вещество кости - костные пластинки залегают в разных направлениях, между ними имеются полости.
Классификация костей
1. Трубчатые кости – имеют удлиненную форму. Располагаются в тех отделах скелета, где совершаются движения с большой амплитудой (конечности). Могут быть длинными (плечевая, бедренная) или короткими (фаланги пальцев)
2. Плоские кости – участвуют в образовании защитных вместилищ для органов (кости черепа, ребра, тазовые кости)
3. Смешанные кости – имеют сложную форму (пяточная кость, позвонки)
Строение трубчатой кости
Средняя (удлиненная часть кости) называется диафиз . По его периферии
находится плотное вещество кости, в середине – губчатое. В нем содержится
разновидность соединительной ткани – желтый костный мозг , выполняющий
запасающую функцию. Сверху диафиз покрыт надкостницей , которая срастает-
ся с костью.
На концах трубчатых костей находятся утолщения – эпифизы . Они состоят
преимущественно из губчатого вещества. В нем находится орган кроветворения
– красный костный мозг . Сверху эпифизы покрыты гладким гиалиновым хрящом.
Каждая кость человека представляет собой сложный орган: она занимает определенное положение в теле, имеет свою форму и строение, выполняет свойственную ей функцию. В образовании кости принимают участие все виды тканей, но преобладает костная ткань.
Общая характеристика костей человека
Хрящ покрывает только суставные поверхности кости, снаружи кость покрыта надкостницей, внутри расположен костный мозг. Кость содержит жировую ткань, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы.
Костная ткань обладает высокими механическими качествами, ее прочность можно сравнить с прочностью металла. Химический состав живой кости человека содержит: 50% воды, 12,5% органических веществ белковой природы (оссеин), 21,8% неорганических веществ (главным образом фосфат кальция) и 15,7% жира.
Виды костей по форме разделяют на:
- Трубчатые (длинные - плечевая, бедренная и др.; короткие - фаланги пальцев);
- плоские (лобная, теменная, лопатка и др.);
- губчатые (ребра, позвонки);
- смешанные (клиновидная, скуловая, нижняя челюсть).
Строение костей человека
Основной структурой единицей костной ткани является остеон, который виден в микроскоп при малом увеличении. Каждый остеон включает от 5 до 20 концентрически расположенных костных пластинок. Они напоминают собой вставленные друг в друга цилиндры. Каждая пластинка состоит из межклеточного вещества и клеток (остеобластов, остеоцитов, остеокластов). В центре остеона имеется канал - канал остеона; в нем проходят сосуды. Между соседними остеонами расположены вставочные костные пластинки.
Костную ткань образуют остеобласты , выделяя межклеточное вещество и замуровываясь в нем, они превращаются в остеоциты - клетки отростчатой формы, неспособные к митозу, со слабо выраженными органеллами. Соответственно в сформировавшейся кости содержатся в основном остеоциты, а остеобласты встречаются только в участках роста и регенерации костной ткани.
Наибольшее количество остеобластов находится в надкостнице - тонкой, но плотной соединительно-тканной пластинке, содержащей много кровеносных сосудов, нервных и лимфатических окончаний. Надкостница обеспечивает рост кости в толщину и питание кости.
Остеокласты содержат большое количество лизосом и способны выделять ферменты, чем можно объяснить растворение ими костного вещества. Эти клетки принимают участие в разрушении кости. При патологических состояниях в костной ткани количество их резко увеличивается.
Остеокласты имеют значение и в процессе развития кости: в процессе построения окончательной формы кости они разрушают обызвествленный хрящ и даже новообразованную кость, «подправляя» ее первичную форму.
Структура кости: компактное и губчатое вещество
На распиле, шлифах кости различают две ее структуры - компактное вещество (костные пластинки расположены плотно и упорядоченно), расположенное поверхностно, и губчатое вещество (костные элементы расположены рыхло), лежащее внутри кости.
Такое строение костей в полной мере соответствует основному принципу строительной механики - при наименьшей затрате материала и большой легкости обеспечить максимальную прочность сооружения. Это подтверждается и тем, что расположение трубчатых систем и основных костных балок соответствует направлению действия силы сжатия, растяжения и скручивания.
Структура костей представляет собой динамическую реактивную систему, изменяющуюся в течение всей жизни человека. Известно, что у людей, занимающихся тяжелым физическим трудом, компактный слой кости достигает относительно большого развития. В зависимости от изменения нагрузки на отдельные части тела могут изменяться расположение костных балок и структура кости в целом.
Соединение костей человека
Все соединения костей можно разделить на две группы:
- Непрерывные соединения , более ранние по развитию в филогенезе, неподвижные или малоподвижные по функции;
- прерывные соединения , более поздние по развитию и более подвижные по функции.
Между этими формами существует переходная - от непрерывных к прерывным или наоборот - полусустав .
Непрерывное соединение костей осуществляется посредством соединительной ткани, хрящей и костной ткани (кости собственно черепа). Прерывное соединение костей, или сустав, является более молодым образованием соединения костей. Все суставы имеют общий план строения, включающий суставную полость, суставную сумку и суставные поверхности.
Суставная полость выделяется условно, так как в норме между суставной сумкой и суставными концами костей пустоты не существует, а находится жидкость.
Суставная сумка охватывает суставные поверхности костей, образуя герметическую капсулу. Суставная сумка состоит из двух слоев, наружный слой которой переходит в надкостницу. Внутренний слой выделяет в полость сустава жидкость, играющую роль смазки, обеспечивая свободное скольжение суставных поверхностей.
Виды суставов
Суставные поверхности сочленяющихся костей покрыты суставным хрящом. Гладкая поверхность суставных хрящей способствует движению в суставах. Суставные поверхности по форме и величине очень разнообразны, их принято сравнивать с геометрическими фигурами. Отсюда и название суставов по форме : шаровидные (плечевой), эллипсовидные (луче-запястный), цилиндрические (луче-локтевой) и др.
Так как движения сочленяющихся звеньев совершаются вокруг одной, двух или многих осей, суставы принято также делить по количеству осей вращения на многоосные (шаровидный), двуосные (эллипсовидный, седловидный) и одноосные (цилиндрический, блоковидный).
В зависимости от количества сочленяющихся костей суставы делятся на простые, в которых соединяется две кости, и сложные, в которых сочленяется больше двух костей.
Трубчатые кости имеют наиболее сложное строение. Центр кости, ее средняя часть, состоит из плотного остова, из компактной пластинчатой костной ткани, образующей настоящую трубку (смотрите рисунок ниже), заполненную костным мозгом (костномозговой канал), а проксимальные и дистальные отделы (суставные концы) образуют утолщения, состоящие из губчатого вещества, уплотненного с поверхности до степени компактной пластинки.
Наибольшую плотность и гладкость эта поверхностная пластинка приобретает на концах костей, образующих сустав, или, как говорят, на суставных концах костей, которые сверху покрыты гиалиновым хрящом, играющим важную роль в физиологии и патологии сустава.
В растущем организме в толще губчатого вещества трубчатых костей располагаются пластинки росткового хряща, хорошо видимого на продольных распилах и на рентгеновских снимках, отделяющих концевое костное ядро от остальной кости, т. е. эпифиз от диафиза, названия, определяющие положение того или иного отдела кости по отношению к ростковой зоне (с греческого fuein — расти, epi - вне, dia - через, между; отсюда диафиз - междуростковая зона, эпифиза пределами зоны роста, нарост) (смотрите рисунок ниже).
Кроме того, выделяется промежуточная зона, так называемый метафиз, т. е. губчатый отдел кости, располагающийся по другую сторону росткового хряща от эпифиза, на границе с диафизом; это и есть ростковая зона кости, в собственном смысле слова, поскольку здесь происходит аппозиционное разрастание кости, ее наслаивание, определяющее продольный рост.
Энергия продольного роста различна в разных костях и в разных отделах костей, что было уточнено в нашем институте опытами на щенках моего сотрудника В. С. Геликоновой с контрольными металлическими штифтами (смотрите рисунок ниже).
а - на костях нижней конечности; 1 - бедро; 2 - голень (рост больше в области ); б - на костях верхней конечности; 1 - плечо; 2 - предплечье (рост меньше в области локтевого сустава).
При каждой локализации представлено: слева (меньших размеров) - зарисовано с рентгенограммы, сделанной через 2 недели после операции; справа (больших размеров) - та же кость через несколько месяцев после операции. Опыты на щенках В. С. Геликоновой.
У человека к моменту окончания роста, примерно, к 16 - 20 годам, ростковый хрящ исчезает и оба суставных отдела - эпифиз и метафиз - сливаются в общую эпиметафизарную массу с губчатым строением.
«Костно-суставной туберкулез», П.Г.Корнев
Химический состав костей
Все кости состоят из органических и неорганических (минеральных) веществ и воды, масса которой достигает 20% массы костей. Органическое вещество костей — оссеин — обладает эластичными свойствами и придаёт костям упругость. Минеральные вещества — соли углекислого, фосфорнокислого кальция — придают костям твёрдость. Высокая прочность костей обеспечивается сочетанием упругости оссеина и твёрдости минерального вещества костной ткани.
Макроскопическое строение кости
Снаружи все кости покрыты тонкой и плотной плёнкой из соединительной ткани — надкостницей . Только головки длинных костей не имеют надкостницы, но они покрыты хрящом. В надкостнице имеется много кровеносных сосудов и нервов. Она обеспечивает питание костной ткани и принимает участие в росте кости в толщину. Благодаря надкостнице срастаются переломленные кости.
Разные кости имеют неодинаковое строение. Длинная кость имеет вид трубки, стенки которой состоят из плотного вещества. Такое трубчатое строение
длинных костей придаёт им прочность и лёгкость. В полостях трубчатых костей находится жёлтый костный мозг
— богатая жиром рыхлая соединительная ткань.
Концы длинных костей содержат губчатое костное веществ о . Оно также состоит из костных пластинок, образующих множество перекрещенных перегородок. В местах, где кость подвержена наибольшей механической нагрузке, количество этих перегородок самое высокое. В губчатом веществе находится красный костный моз г , клетки которого дают начало клеткам крови. Короткие и плоские кости тоже имеют губчатое строение, только снаружи они покрыты слоем плотного вещества. Губчатое строение придаёт костям прочность и лёгкость.
Микроскопическое строение кости
Костная ткань относится к соединительной ткани и имеет много межклеточного вещества, состоящего из оссеина и минеральных солей.
Это вещество образует костные пластинки, расположенные концентрически вокруг микроскопических канальцев, идущих вдоль кости и содержащих кровеносные сосуды и нервы. Костные клетки, а следовательно, и кость — это живая ткань; она получает питательные вещества с кровью, в ней протекает обмен веществ и могут происходить структурные изменения.
Межклеточное вещество имеет высокую плотность и составляет около 2/3 всего объема костной ткани. В состав костной ткани входят неорганические и органические вещества. К неорганическим веществам относятся соли кальция и калия; органические вещества представлены белками. С органическими веществами связана эластичность кости (её гибкость и упругость). Прочность кости обеспечивается сочетанием твердости её неорганических соединений с упругостью органических. Кости растущего организма обладают большей гибкостью, а кости взрослого (но не старого) — прочностью.
Значение минеральных и органических веществ легко проследить, проделав простой опыт. Если долго прокаливать кость (сжигать её), то из нее удаляется вода и сгорают органические соединения. Когда это делают осторожно, кость не теряет своей формы, но становится настолько хрупкой, что при прикосновении рассыпается на мелкие, твердые частицы, состоящие из неорганических соединений.
Проследить роль органических веществ можно, удалив из кости неорганические соединения. Для этого кость выдерживают в течение суток в 10% растворе соляной кислоты. Соли кальция постепенно растворяются и кость становится настолько гибкой, что её можно завязать в узел (рис. 43).
Рис. 43. Нормальная (а) и декальцинированная (б) костиТипы костей
Строение костей определено процессом длительного исторического развития, в течение которого организм наших предков изменялся под влиянием окружающей среды и приспосабливался путём естественного отбора к условиям существования.
В зависимости от формы различают трубчатые, губчатые, плоские и смешанные кости.
Трубчатые кости находятся в органах, которые совершают быстрые и обширные движения. Среди трубчатых костей есть длинные кости (плечевая, бедренная) и короткие (фаланги пальцев).
В трубчатых костях различают среднюю часть — тело и два конца — головки. Внутри длинных трубчатых костей имеется полость, заполненная жёлтым костным мозгом. Трубчатое строение обуславливает нужную для организма крепость костей при затрате на них наименьшего количества материала. В период роста кости между телом и головкой трубчатых костей находится хрящ, благодаря которому осуществляется рост кости в длину.
Плоские кости ограничивают полости, внутри которых помещаются органы (кости черепа), или служат поверхностями для прикрепления мышц (лопатка). Плоские кости, подобно коротким трубчатым костям, преимущественно состоят их губчатого вещества. Концы длинных трубчатых костей, а также короткие трубчатые и плоские кости полостей не имеют.
Губчатые кости построены преимущественно из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Среди них различают длинные губчатые кости (грудина, рёбра) и короткие (позвонки, запястье, предплюсна).
К смешанным костям относятся кости, слагающиеся из нескольких частей, имеющих разное строение и функцию (височная кость).
Выступы, гребни, шероховатости на кости — это места прикрепления к костям мышцы. Чем лучше они выражены, тем сильнее развиты прикрепляющиеся к костям мышцы.
Величина и форма костей скелета человека различны. Кости могут быть длинными и короткими (рис. 44). Длинные кости называют также трубчатыми. Внутри они полые. Такое строение длинных костей обеспечивают одновременно их легкость и прочность. В полостях трубчатых костей находится желтый костный мозг, состоящий преимущественно из жировых клеток. Головки трубчатых костей образованы плотным и губчатым веществом (рис. 42, б). Губчатое вещество кости образовано костными перекладинами, перекрещивающимися в направлениях, по которым кости испытывают наибольшее растяжение или сжатие. Такое строение губчатого вещества также обеспечивает прочность и легкость костей. Промежуток (ячейки) между перекладинами в губчатом веществе головок трубчатых костей заполнен красным костным мозгом, который представляет собой кроветворный орган — в нем образуются клетки крови.Рис. 44.
Короткие кости образованы в основном губчатым веществом. Такое же строение имеют плоские кости, из которых состоят такие части скелета, как лопатки, ребра.
Кость по всей длине, вплоть до головки, покрыта надкостницей — тонкой, плотной соединительной тканью, с которой срастается кость. В надкостнице проходят нервы и кровеносные сосуды. Головка кости покрыта суставным хрящем и не имеет надкостницы.
Рост костей. В детстве и юности кости людей растут в длину и утолщаются. Формирование скелета заканчивается в возрасте 22—25 лет. Увеличение кости в толщину происходит за счет деления клеток внутренней поверхности надкостницы. В результате на поверхность кости откладываются новые слои клеток, вокруг которых образуется межклеточное вещество.
Рост трубчатой кости в длину происходит за счет деления клеток хрящевой ткани, находящейся между эпифизом и диафизом.
Рост костей регулируют биологически активные вещества, например гормон роста, выделяемый гипофизом. При недостаточном количестве этого гормона кости ребенка растут очень медленно. Во взрослом состоянии такие люди имеют карликовый рост, не превышающий рост детей 5—6 летнего возраста. Если в детстве гипофиз вырабатывает слишком много гормона роста, то вырастает великан — человек ростом 2 м и выше (рис. 45).
Рис. 45. 13 летний мальчик – гипофизарный великан, рядом со своим отцом и 9 летним братом
У взрослых людей рост кости в длину и ее утолщение прекращается, но замена старого костного вещества новым продолжается всю жизнь.
Костное вещество способно изменяться под влиянием действующих на скелет нагрузок. Например, кости больших пальцев стопы, на которые опирается балерина, утолщаются за счет расширения внутренней полости. Чем выше нагрузка на скелет, тем активнее идут процессы обновления костного вещества и тем прочнее оно становится. Неорганические вещества придают костям твердость, а органические — гибкость и упругость (рис. 43).
Правильно организованный физический труд, занятия физкультурой во время формирования скелета способствуют его развитию и укреплению.
По материалам сайтов Биоуроки и http://blgy.ru/
Трубчатая кость покрыта надкостницей, за исключением суставных поверхностей эпифизов, покрытых разновидностью гиалинового хряща.
Надкостница, или периост, покрывающая кость содержит два слоя: наружный (волокнистый) и внутренний (клеточный).
Наружный слой образован, в основном, волокнистой соединительной тканью.
Внутренний слой содержит остеогенные камбиальные клетки, преостеобласты и остеобласты различной степени дифференцировки.
Камбиальные клетки веретеновидной формы, с небольшим объемом цитоплазмы и умеренно развитым синтетическим аппаратом.
Преостеобласты – активно пролиферирующие клетки овальной формы, способные синтезировать мукополисахариды.
Остеобласты характеризуются сильно развитым белоксинтезирующим аппаратом.
Питание кости осуществляется из надкостницы, через которую в кость проходят кровеносные сосуды, а также нервы.
Надкостница принимает участие в развитии, росте и регенерации кости.
Строение диафиза.
Макроскопически в кости выделяют губчатое и компактное вещество. Губчатое вещество формирует внутреннюю часть кости. Это масса костных трабекул, расположенных соответственно направлению сил сжатия и растяжения и составляющих структурную основу кости.
Компактная кость, состоящая из компактного вещества, представлена пластинчатой костной тканью. В компактном веществе диафиза различают три слоя: наружный слой общих пластинок, средний, образованный концентрически напластованными вокруг сосудов костными пластинками – остеонами и внутренний слой общих пластинок.
Наружные общие или генеральные пластинки расположены непосредственно под надкостницей, не образуют полных колец вокруг диафиза кости, перекрываются на поверхности следующими слоями пластинок.
Внутренние общие генеральные пластинки хорошо развиты только там, где компактное вещество кости непосредственно граничит с костномозговой полостью. Там, где компактное вещество переходит в губчатое, его внутренние общие пластинки продолжаются в пластинки перекладины губчатого вещества.
В наружных общих пластинках находятся прободающие (фолькмановы) каналы, по которым из надкостницы внутрь кости входят сосуды.
Также из надкостницы в кость проникают коллагеновые (шарпеевые) волокна.
Остеоны или гаверсовы системы .
Остеоны являются структурными единицами компактного вещества трубчатой кости. Они представляют собой костные пластинки цилиндрической формы как бы вставленные друг в друга. В костных пластинках и между ними располагаются тела и отростки костных клеток, замурованные в межклеточном веществе.
Остеоны отграничены от соседних остеонов спайной линией, образованной основным веществом, цементирующим их. В центральном канале остеона проходят кровеносные сосуды с сопровождающей их соединительной тканью и остеогенными клетками.
Остеоны в диафизе расположены в основном параллельно длинной оси. Сосуды, расположенные в каналах остеонов сообщаются друг с другом и с сосудами костного мозга и надкостницы. Каналы идущие от надкостницы называют прободающими или питательными.
На внутренней поверхности диафиза пластинчатая костная ткань образует костные перекладины губчатого вещества кости.
Со стороны костномозговой полости кость покрыта эндостом. В эндосте различают осмиофильную линию на наружном крае минерализованного вещества кости; остеоидный слой , состоящий из аморфного вещества, коллагеновых фибрилл и остеобластов, кровеносных капилляров и нервных окончаний, слоя чешуевидных клеток , нечетко отделяющих эндост от элементов костного мозга.
Толщина эндоста превышает 1-2мкм, но меньше, чем у периоста.
Эпифизы трубчатой кости снаружи покрыты тонким слоем компактной кости. Внутренняя часть эпифиза состоит из тонких балок и перекладин, образующих губчатую кость.
РОСТ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ
Начинается у человека с ранних эмбриональных стадий и заканчивается в среднем к 20-летнему возрасту. В процессе роста кость увеличивается как в длину, так и в ширину.
Рост в длину обеспечивается наличием метаэпифизарной хрящевой пластинки роста , в которой проявляются два противоположных гистогенетических процесса: разрушение эпифизарной пластинки и пополнение хрящевой ткани путем образования новых клеток.
После окостенения в диафизе и эпифизе рост кости в длину заканчивается.
Рост трубчатой кости в ширину осуществляется за счет периоста.
