Опорно-двигательная система
Опорно-двигательная система объединяет скелет и скелетные мышцы. Кости образуют опору и защищают внутренние органы, суставы соединяют кости и обеспечивают их подвижность, а мышцы сокращаются и создают движение.
Состав и функции опорно-двигательной системы
В состав системы входят пассивная часть — кости и их соединения, и активная часть — скелетные мышцы. Кости сами по себе не перемещаются: движение возникает благодаря сокращению мышц, прикреплённых к костям сухожилиями.
- Опорная функция: скелет поддерживает тело и сохраняет его форму.
- Двигательная функция: кости работают как рычаги, суставы — как подвижные соединения, мышцы — как источник силы.
- Защитная функция: череп защищает головной мозг, позвоночник — спинной мозг, грудная клетка — сердце и лёгкие.
- Кроветворная функция: в красном костном мозге образуются клетки крови.
- Минеральная функция: костная ткань запасает соли кальция и фосфора.
Совокупность костей, их соединений и скелетных мышц, обеспечивающая опору, движение и защиту организма.
К скелету человека относят осевой и добавочный отделы. Осевой скелет включает череп, позвоночник и грудную клетку. Добавочный скелет образован костями верхних и нижних конечностей, а также их поясами.
Кости и скелет
Кость — орган, состоящий из костной ткани, надкостницы, костного мозга, кровеносных сосудов и нервов. Костная ткань содержит клетки и межклеточное вещество. Органические вещества, прежде всего белок коллаген, придают кости упругость, а минеральные соли — твёрдость.
| Часть кости | Строение и значение |
|---|---|
| Надкостница | Соединительнотканная оболочка; содержит сосуды и нервы, участвует в росте кости в толщину и восстановлении. |
| Компактное вещество | Плотный наружный слой, особенно развит в средней части длинных костей. |
| Губчатое вещество | Система перекладин; делает кость прочной и лёгкой, в плоских и коротких костях занимает значительную часть. |
| Костномозговая полость | В длинных костях взрослых обычно содержит жёлтый костный мозг. |
| Красный костный мозг | Расположен в губчатом веществе некоторых костей; образует клетки крови. |
По форме кости бывают длинными, короткими, плоскими и смешанными. Длинная кость имеет тело — диафиз — и расширенные концы — эпифизы. У детей между диафизом и эпифизом находится хрящевая зона роста: за счёт деления клеток в ней кость увеличивается в длину. Рост в толщину происходит благодаря надкостнице.
Прочность кости зависит от сочетания органических и неорганических веществ. При удалении минеральных солей кость становится гибкой, а при удалении органической основы — твёрдой, но хрупкой.
Кости соединяются неподвижно, полуподвижно или подвижно. Неподвижные соединения характерны для костей черепа. Полуподвижные соединения есть между телами позвонков. Подвижные соединения называют суставами; их строение и виды разобраны на странице суставы.
Суставы и движение костей
Типичный сустав образован суставными поверхностями костей, покрытыми хрящом, суставной капсулой и суставной полостью с синовиальной жидкостью. Связки укрепляют сустав и ограничивают чрезмерные движения. Хрящ уменьшает трение и смягчает нагрузку.
- Шаровидный сустав обеспечивает движения вокруг многих осей; пример — плечевой.
- Блоковидный сустав в основном позволяет сгибание и разгибание; пример — локтевой.
- Цилиндрический сустав обеспечивает вращение вокруг одной оси.
Движение в суставе описывают относительно положения частей тела: сгибание уменьшает угол между костями, разгибание увеличивает его, отведение удаляет конечность от средней линии тела, приведение приближает её. Вращение — движение вокруг продольной оси.
Сустав не создаёт силу движения. Он задаёт направление и допустимый объём перемещения костей, а силу создают мышцы.
Какая структура непосредственно уменьшает трение между суставными поверхностями?
Скелетные мышцы и механизм движения
Скелетные мышцы состоят из поперечнополосатых мышечных волокон и сокращаются произвольно под управлением нервной системы. Мышца обычно прикрепляется к костям двумя концами: один конец условно называют началом, другой — прикреплением. При сокращении мышца укорачивается и тянет кость.
Мышцы работают попарно или группами. Мышцы-антагонисты выполняют противоположные действия: например, двуглавая мышца плеча сгибает предплечье, а трёхглавая — разгибает. Мышцы-синергисты действуют в одном направлении. Для движения необходимы также мышцы, стабилизирующие положение тела.
Сокращающаяся мышца укорачивается и тянет кость к месту своего прикрепления. Поэтому противоположные движения конечности обеспечиваются антагонистическими мышцами, а не одной мышцей, которая «толкает» кость.
Кости конечностей работают как рычаги. Сустав является точкой опоры, мышца прикладывает силу, а внешняя нагрузка создаётся массой конечности или предмета. У человека многие мышцы прикрепляются близко к суставу, поэтому для движения требуется значительная сила, зато движение получается быстрым и широким.
В простых расчётах силу трения в суставе или на поверхности можно оценить по формуле (1), где \(\mu\) — коэффициент трения, а \(N\) — сила нормальной реакции. В организме трение в суставе мало благодаря хрящу и синовиальной жидкости, но при повреждении этих структур оно увеличивается.
Пусть при движении условная сила давления на сустав равна \(N=500\) Н, а коэффициент трения между повреждёнными поверхностями \(\mu=0{,}04\). Найдём силу трения.
Ответ: сила трения равна 20 Н. Если коэффициент трения уменьшить вдвое при той же нагрузке, сила трения также уменьшится вдвое.
Регуляция, нагрузка и профилактика травм
Сокращение мышцы начинается после возбуждения, поступившего по двигательному нерву. В мышечных волокнах используются энергия АТФ и ионы кальция. При недостатке кислорода возрастает роль анаэробного расщепления глюкозы, поэтому быстрее накапливаются продукты обмена и возникает утомление.
Координацию движений обеспечивает нервная система, особенно мозжечок, который участвует в поддержании равновесия и точности движений. Рефлекторные реакции и поддержание позы связаны также с работой спинного мозга и продолговатого мозга. Гормоны влияют на обмен веществ костей и мышц: например, гормоны щитовидной железы участвуют в регуляции общего обмена.
- Питаться полноценно, обеспечивая организм белками, кальцием, фосфором и витамином D.
- Подбирать физическую нагрузку постепенно, с разминкой и восстановлением.
- Соблюдать правильную осанку и технику подъёма тяжестей.
- При травме сустава или кости не продолжать нагрузку и обратиться за медицинской помощью.
Не путайте сухожилие со связкой: сухожилие соединяет мышцу с костью, а связка — кость с костью. Не утверждайте, что мышцы «толкают» кости: они создают тяговое усилие. Рост кости в длину происходит в зоне роста, а не только за счёт надкостницы. Красный костный мозг образует клетки крови, жёлтый в основном запасает жир.
Итоговая проверка
Главное
- Опорно-двигательная система состоит из костей, соединений костей и скелетных мышц.
- Кости обеспечивают опору, защиту, кроветворение и запас минеральных солей.
- Суставы соединяют кости, уменьшают трение и задают направление движения.
- Мышцы сокращаются и тянут кости; противоположные движения выполняют мышцы-антагонисты.
- Прочность и здоровье системы зависят от состава костной ткани, питания, физической активности и правильной нагрузки.