ГЛАВА 5. ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА 1 страница

Значение опорно-двигательной системы. К опорно-двигательной системе относятся скелет и мышцы, объединенные в единую костно-мышечную систему. Она выполняет опорную, защитную функции и играет важную роль в движении.

Скелет и мышцы являются опорными структурами организма, ограничивают полости, в которых расположены внутренние органы. Защитная функция осуществляется за счет образования из отдельных костей костного канала. Так, в полости черепа находится головной мозг, в позвоночном канале — спинной мозг, грудная клетка защищает сердце, легкие, крупные сосуды, а костный таз — органы половой и мочевой системы. Движение возможно благодаря строению костей в виде длинных и коротких рычагов, приводимых в движение мышцами, управляемыми нервной системой. В условиях ограничения движений у детей замедляется как физическое, так и психическое развитие.

В ряде исследований отмечено, что если новорожденных животных лишить возможности свободно передвигаться, то уже на первом месяце их масса уменьшается в 3 раза по сравнению с особями того же помета. Двигательная активность рук является одним из условий развития мозга, речевой функции и мышления. Двигательная активность играет большую роль в обменных процессах, в частности в минеральном (соли кальция, фосфора, магния и других элементов), а также оказывает положительное влияние на работу внутренних органов. Кроме того, скелет выполняет еще кроветворную функцию, так как полости костей заполнены костным мозгом (красным и желтым).

Скелет человека образован отдельными костями, соединенными между собой с помощью суставов и связок.

В образовании скелета взрослого человека принимают участие более 200 костей, которые образуют позвоночный столб, грудную клетку, скелет головы — череп, верхние конечности с плечевым поясом и нижние конечности с тазовым поясом (Атл., рис. 4,5, с. 6—7).

Строение кости.Каждая кость является самостоятельным органом и состоит из нескольких тканей, главной из которых является костная, состоящая из костных клеток (остеоцитов) и основного вещества (Атл., рис. 18, с. 16). Остеоциты располагаются в лакунах по всему основному веществу. Костная ткань пронизана многочисленными каналами, соединяющимися друг с другом, в которых проходят кровеносные сосуды и нервы. Эти каналы образованы концентрически расположенными костными пластинками. Система костных пластинок является структурной единицей кости и называется остеоном.

Остеон — это система костных пластинок, окружающих канал (Атл., рис. 2, с. 45). Из остеонов образуются 2 вида костного вещества. Когда остеоны плотно прилежат друг к другу, то образуется плотный слой кости — компактное вещество. В другом случае остеоны образуют перекладины, между которыми имеются костные ячейки, и получается губчатое вещество (по внешнему виду напоминает губку). Компактное вещество находится снаружи кости, а губчатое — внутри нее. Распределение губчатого и компактного вещества в кости зависит от функции, формы ее величины и положения в теле. Компактное вещество преобладает в тех костях, функция которых связана с опорой и движением (например, диафизы длинных костей). Губчатое вещество располагается в эпифизах длинных костей, в коротких и плоских костях. Ячейки между перекладинами губчатого вещества и костно-мозговой полости заполнены костным мозгом. У новорожденных кости содержат красный костный мозг, основу которого составляет ретикулярная ткань. В красном костном мозге развиваются эритроциты, зернистые лейкоциты и кровяные пластинки.

С возрастом происходит замещение части красного костного мозга желтым. Красный костный мозг сохраняется у взрослых людей в губчатом веществе коротких и плоских костей и эпифизах длинных костей. Желтый костный мозг состоит преимущественно из жировых клеток, которые придают ему желтый цвет. У взрослых людей он заполняет мозговую полость длинных костей.

Каждая кость снаружи покрыта надкостницей — тонкой бледно-розового цвета соединительной оболочкой. Она состоит из 2-х слоев: наружного и внутреннего. Наружный слой состоит из плотной соединительной ткани, а внутренний представлен рыхлой соединительной тканью, содержащей костеобразующие клетки (остеобласты), благодаря которым происходит рост кости в толщину, а при переломах костей — сращение. Надкостница богато снабжена кровеносными сосудами и нервами. Суставные поверхности костей свободны от надкостницы и покрыты гиалиновым хрящом. Кость отличается очень большой пластичностью. При изменяющихся условиях (физическая нагрузка, спортивные упражнения) в кости происходит перестройка: увеличивается или уменьшается число остеонов, изменяется их расположение. Так, при постоянной физической нагрузке на кость происходит утолщение компактного вещества, сужение костно-мозговой полости. Сидячий образ жизни, длительный постельный режим во время болезни, когда действие мышц на скелет заметно уменьшается, приводят к истощению кости, ее ослаблению.

Таким образом, в понятие кости как органа входит костная ткань, образующая главную массу кости, а также костный мозг, надкостница, суставной хрящ и многочисленные нервы и сосуды.

Химический состав кости.Кость состоит из ряда химических веществ: органических (около 30%), главным образом осеина, и неорганических — 70%. Главным неорганическим компонентом кости является гидроксианатит Са₁₀ (PO4) ₆ (ОН) ₂, но имеются также в различных количествах натрий, магний, калий, хлор, фтор, карбонаты и нитраты. Кроме того, кость содержит 50% воды, 15,75% жира.

Органическое вещество легко отделить от неорганического. Если опустить кость в соляную или азотную кислоту, то через некоторое время она становится мягкой и эластичной (декальцинированная кость). Такая кость легко сгибается. Это происходит потому, что кислота растворяет соли и в кости остается только осеин, за счет которого кость эластична.

При обжигании на огне кость, как и в первом случае, сохраняет свою первоначальную форму, однако становится хрупкой и ломкой вследствие сгорания осеина. В результате обжигания остаются только неорганические вещества. Следовательно, эластичность кости обеспечивается наличием осеина, а ее твердость обусловлена наличием неорганических веществ. Сочетание в кости органических и неорганических веществ, а также строение костной ткани обеспечивают ее прочность, что делает кость очень устойчивой к механическим нагрузкам, во много раз превышающим вес тела. Например, бедренная кость человека в вертикальном положении выдерживает давление груза до 1,5 т, а большеберцовая кость до 1,8 т.

Содержание осеина и неорганических веществ с возрастом меняется. У детей в сравнении со взрослыми органических веществ относительно больше, поэтому их кости очень эластичны. С возрастом количество неорганических веществ увеличивается, поэтому у людей пожилого и старческого возраста кости становятся более хрупкими.

Виды костей.По внешней форме различают кости длинные, короткие, широкие и смешанные.

Наиболее правильно классифицировать кости на основании трех принципов: формы (строение), функции и развития.

Рис. 14. Классификация костей (по: Привес, 1985)

Трубчатые костипостроены из губчатого и компактного вещества, образующего трубку с костно-мозговой полостью, и выполняют все З функции скелета (опору, защиту, движение).

Длинные трубчатые костивходят в состав скелета конечностей. К ним относятся плечевая и бедренная кости, кости предплечья и голени (Атл., рис. 4, 5, с. 6—7). Эти кости являются длинными рычагами движения, имеют очаги окостенения (Атл., рис. 3, с. 46).

Короткие трубчатые кости — кости пясти и плюсны, кости пальцев (фаланги) кисти и стопы — представляют короткие рычаги движения. В каждой длинной кости различают тело (диафиз) и два суставных конца (эпифизы). Тело кости имеет форму цилиндрической или призматической трубки из компактного вещества, внутри которой имеется мозговая полость (Атл., рис. 1, В, с. 45). Эпифизы обычно утолщены, состоят из губчатого вещества, которое снаружи покрыто тонким слоем компактного вещества.

Эпифизы имеют суставные поверхности, участвующие в образовании суставов, а также костные выступы, к которым прикрепляются мышцы и связки.

Губчатые костипостроены преимущественно из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Среди них различают длинные губчатые кости (ребра, грудина) и короткие (позвонки, кости запястья и предплюсны). К губчатым костям относятся сесамовидные кости, то есть кости, похожие на сесамовые зерна растения кунжут, отсюда и происходит их название. К ним относятся костная чашечка, гороховидная кость, сесамовидные кости пальцев руки и ноги. Они выполняют вспомогательную функцию (приспособление для работы мышц), располагаются около суставов, участвуя в их образовании и способствуя их движениям, но с костями скелета непосредственно не связаны.

Плоские кости.К ним относятся покровные кости черепа (лобная, теменная), выполняющие защитную функцию, а также плоские кости поясов конечностей (лопатка и тазовые кости). Окостенение первых осуществляется на основе соединительной ткани, а последних — на почве хрящевой ткани.

Смешанные кости.К этим костям относятся кости основания черепа (клиновидная, височная кости), сросшиеся из нескольких частей, имеющих разную функцию, строение и развитие. К смешанным костям относится также и ключица.

Развитие кости.Формирование скелета начинается в середине 2-го месяца утробной жизни из мезенхимы. В дальнейшем развитие костей происходит непосредственно из мезенхимы или путем замещения хрящевой ткани костной. Следовательно, часть костей в своем развитии проходит две стадии: соединительно-тканную и костную — такие кости называются первичными(покровные кости черепа, кости лица, ключица). Другая часть в своем развитии проходит три стадии: соединительно-тканную, хрящевую и костную, в этом случае они называются вторичными(кости основания черепа, туловища и конечностей).

Развитие первичных костей.Первичные кости развиваются непосредственно из мезенхимы. В местах закладки первичных костей из соединительной ткани появляется одна точка окостенения или несколько. Точка окостенения состоит из молодых костных клеток — остеобластов, расположенных в виде балок. Постепенно она увеличивается в размерах, костные (перекладины) балки разрастаются по радиусам и в глубину, образуя своеобразную сеть, в которую заключены кровеносные сосуды и клетки костного мозга. Остеобласты вырабатывают межклеточное вещество, в котором откладываются соли кальция. Сами остеобласты превращаются в костные клетки (остеоциты).

Благодаря сложному превращению мезенхимных клеток и процессам костеобразования, появляется губчатое вещество, покрытое тонким слоем компактного вещества. Из прилегающего к компактному веществу слоя мезенхимы образуется надкостница; в ячейках губчатого вещества появляется красный костный мозг.

Развитие вторичных костей происходит из нескольких точек окостенения. Первая появляется в средней части хряща на 8-й неделе эмбриогенеза и постепенно распространяется в стороны, соответствуя форме развивающейся кости (Атл., рис. 3, с. 46). Затем начинается процесс костеобразования. Вначале внутренний слой надхрящницы образует молодые костные клетки, которые откладываются на поверхности хряща (перихондральное окостенение). Сама надхрящница постепенно превращается в надкостницу, а образующиеся молодые костные клетки наслаиваются на предыдущие, формируя на поверхности хряща костную пластинку. Вокруг кровеносных сосудов костные клетки располагаются концентрическими рядами, образуя костные канальцы. Таким образом, за счет надкостницы кость растет в толщину. Одновременно костная ткань начинает образовываться внутри хряща. В хрящ со стороны надкостницы прорастают кровеносные сосуды, вместе с которыми соединительная ткань образует молодые костные клетки. Разрастающиеся молодые клетки формируют на месте хряща губчатое костное вещество. Такой способ образования кости (внутри хряща) называется энходральный. Эпифизы длительное время сохраняют хрящевое строение, поэтому на рентгенограммах плодов видны только костные диафизы (Атл., рис. 8, с. 49).

На последнем месяце внутриутробного развития и преимущественно после рождения точки окостенения появляются в эпифизах, которые до этого оставались хрящевыми. В некоторых крупных эпифизах образуется по 2—3 точки окостенения, увеличивающиеся в размерах и постепенно замещающие хрящевую ткань. В конечном итоге хрящевыми остаются тонкие пластинки в области суставной поверхности.

Небольшая прослойка между окостеневающими эпифизом и костным диафизом — эпифизарный хрящ, который выполняет костеобразующую функцию в течение постнатального роста кости, пока кость не достигнет своих окончательных размеров (18—25 лет). К этому периоду эпифизарный хрящ замещается костной тканью, эпифиз срастается с диафизом, и кость представляет единое целое. Вследствие костеобразующей функции эпифизарного хряща трубчатая кость растет в длину. Так же, как в эпифизах трубчатых костей, происходит окостенение губчатых костей. В них может закладываться несколько точек окостенения. Кроме одной-двух главных, появляются добавочные (или вторичные). Когда первичные и вторичные точки окостенения объединяются в одну кость, прослойки между ними исчезают, рост кости заканчивается.

Рост костей.Образовавшиеся в процессе эмбрионального развития кости в постнатальном периоде растут в длину и толщину. После рождения ребенка рост костей происходит под действием двух процессов: образование новых костных клеток и межклеточного вещества и разрушение ранее образовавшейся костной ткани (резорбция). Кость разрушают особые многоядерные крупные клетки (остеокласты — костеразрушители). На месте разрушающейся кости формируются новые остеоны, новые костные балки. В результате одновременного протекания процессов — резорбции и костеобразования — изменяются внутреннее строение, форма, величина кости.

Плоские кости увеличиваются в размерах за счет надкостницы. При этом происходит как бы постепенное наращивание все новых слоев кости, благодаря чему она растет в толщину. Таким путем растут плоские кости черепа, которые увеличиваются в размерах за счет соединительно-тканных прослоек между отдельными костями (роднички, швы).

Рост длинных костей происходит за счет надкостницы и эпифизарных хрящей. За счет остеогенной функции надкостницы происходит увеличение кости в толщину. Увеличение костей в длину осуществляется за счет роста эпифизарного хряща. Если в силу каких-либо причин прекращается рост эпифизарного хряща, то костная ткань его полностью замещает и рост кости в длину прекращается.

За период роста в костях ребенка количество воды сокращается, а количество минеральных веществ увеличивается. Содержание органических веществ при этом уменьшается.

После 3 лет процесс резорбции постепенно стихает, а позднее пяти лет снижается и лакунарная резорбция, к 4—5 годам интенсивно протекает формирование остеонов; преобладают остеоны с клеточными и пластинчатыми наслоениями. В 6—7 лет усиливается процесс костеразрушения над резорбцией, что приводит к утолщению стенок кости, повышению их сопротивляемости к механическим воздействиям. Постепенно увеличивается количество законченных структур, соответствующих механическим воздействиям нагрузок на разные отделы кости. С 6 до 14 лет относительная толщина компактного слоя остается постоянной. С 14 лет она отчетливо увеличивается и продолжает нарастать до 18-летнего возраста.

К началу предпубертатного периода появляются все основные точки окостенения и имеются половые различия в сроках их появления: у девочек на 1—4 года раньше, чем у мальчиков.

В нормальных условиях рост костей в длину, как и рост скелета в целом у женщин заканчивается в возрасте 17—21 года, а у мужчин в 19—23 года. К этому времени эпифизарные хрящи замещаются костной тканью, диафизы срастаются с эпифизами, заканчивается рост костей в длину. Возрастные изменения костей можно проследить на примере развития нижней челюсти (Атл., рис. 7, с. 48). Нижняя челюсть новорожденного представлена тонкой костной пластинкой с гладкими поверхностями. У взрослого человека на верхнем крае ее образуются углубления, так называемые альвеолы, в которых находятся корни зубов. На поверхности кости ясно видны бугры и гребни, к которым прикрепляются мышцы.

В старческом возрасте нижняя челюсть утрачивает зубы, альвеолы исчезают, кость становится тонкой, гладкой и очень напоминает по своей внешней форме кость новорожденного.

Типы соединения костей.Развитие связочно-суставного аппарата (соединение костей) в эмбриогенезе происходит одновременно с развитием скелета (костей). Вначале кости соединены друг с другом мезенхимной тканью (Атл., рис. 6, А, Б, В, Г, с. 47). В стадии образования хряща развивающихся костей мезенхимная ткань между ними постепенно разрыхляется и затем исчезает. В результате образуется суставная полость, которая ограничена от окружающих тканей суставной капсулой, возникшей также из мезенхимы. Из нее в некоторых суставах развиваются суставные мениски, диски и связки. Подобным образом формируются прерывные соединения (суставы).

Если в процессе развития мезенхима не исчезает между хрящами будущих костей, то образуются непрерывные соединения. В этом случае кости могут соединяться друг с другом соединительной, хрящевой или костной тканью.

Непрерывные соединения (синартрозы) характеризуются ограниченностью размахов движений и сравнительно небольшой подвижностью. В зависимости от характера ткани, соединяющей кости, непрерывные соединения делятся на три вида: синдесмозы — соединение костей соединительной тканью; синхондрозы — соединение костей хрящевой тканью и синостозы — соединение костей при помощи костной ткани.

Синдесмозы — соединение костей посредством соединительной ткани. Если соединительная ткань имеет строение волокнистых пучков, то получаются фиброзные связки (связки позвоночного столба). Когда промежуточная соединительная ткань приобретает характер тонкой прослойки между костями черепа, то возникают швы: а) зубчатый — когда зубцы на краю одной кости входят в промежутки между зубцами другой (соединение костей свода черепа); б) чешуйчатый — когда край одной кости накладывается на край другой (между краями височной и теменной костей); в) плоский — прилегание незазубренных краев (между костями лицевого черепа).

Рис. 15. Классификация синартрозов

Синхондрозы —соединение костей посредством хрящевой ткани. Это упругие соединения, движения их невелики и имеют пружинящий характер. Они зависят от толщины хрящевой прослойки: чем она толще, тем подвижность больше. Хрящевая ткань в этом соединении может быть двух видов: гиалиновый хрящ (например, соединение между 1-м ребром и грудиной) и волокнистый хрящ, возникающий там, где сказывается большое сопротивление механическим воздействиям, например, между телами позвонков.

Синостозы — соединение посредством костной ткани. Они являются результатом сращения ранее обособленных друг от друга костей или их частей. Например, сращение диафиза с эпифизами у взрослого и образование длинной кости.

Прерывные соединения, или суставы, относятся к более сложной форме подвижных соединений костей. Каждый сустав имеет три основных элемента: суставные поверхности, суставную сумку и суставную полость.

Суставные поверхности покрыты суставным хрящом, гиалиновым, реже волокнистым, толщиной 0,2—0,5 мм. Суставной хрящ облегчает скольжение суставных поверхностей, вследствие своей эластичности он смягчает толчки и служит буфером.

Суставная капсула (сумка) герметически окружает суставную полость, прирастает к суставным поверхностям по их краю или несколько отступает от них. Она состоит из двух слоев: наружного (фиброзного) и внутреннего (синовиального). Фиброзный слой образован плотной соединительной тканью, а синовиальный — из рыхлой соединительной ткани. Она выделяет в полость сустава липкую прозрачную синовиальную жидкость — синовию, которая обеспечивает смазку соприкасающихся суставных поверхностей.

Суставная полость — это герметически закрытое щелевидное пространство, ограниченное суставными поверхностями и синовиальной жидкостью, которая увлажняет и смазывает суставные поверхности, уменьшая трение между ними. Кроме того, синовия играет роль в обмене жидкости и в укреплении сустава благодаря сцеплению поверхностей. Она служит также буфером, смягчающим сдавление и толчки суставных поверхностей при их скольжении и расхождении. Между суставными поверхностями создается отрицательное давление (меньше атмосферного), поэтому их расхождению препятствует атмосферное давление. Этим объясняется чувствительность суставов к колебаниям атмосферного давления при некоторых заболеваниях.

При повреждении суставной капсулы воздух попадает в полость сустава, вследствие чего суставные поверхности немедленно расходятся. Кроме трех основных элементов, образующих сустав, имеется еще вспомогательный аппарат: суставные связки, суставные диски, мениски и синовиальные сумки, суставные губы.

Суставные связки состоят из плотной соединительной ткани и направляют движение суставных поверхностей вокруг оси вращения. В некоторых суставах имеются связки, располагающиеся в суставной полости.

Внутрисуставные хрящи развиваются из хрящей первичных непрерывных соединений, придают суставу крепость и эластичность, содействуя движению в суставах.

Синовиальные сумки являются мешкообразными выворотами внутреннего слоя капсулы: синовиальная оболочка, выпячиваясь через участок фиброзного слоя суставной капсулы, образует сумку, которая располагается под сухожилием или под мышцей и находится непосредственно у сустава. Синовиальные сумки уменьшают трение между сухожилиями, мышцами и прилегающей к ним костью.

Классификация суставов.В организме человека суставы имеют следующее значение: 1) они содействуют сохранению положения тела; 2) участвуют в перемещении частей тела; 3) являются органами передвижения тела в пространстве.

По форме суставные поверхности могут быть: цилиндрические, блоковидные, эллипсоидные, седловидные и шаровидные (Атл., рис. 5, с. 47). В суставах могут совершаться вращательные движения вокруг одной, двух и трех осей. В соответствии с этим различают одноосные, двуосные и трехосные суставы.

Одноосные суставы.К этому виду суставов относятся цилиндрический и блоковидный; разновидностью блоковидного сустава является винтообразный сустав.

1. Цилиндрический сустав характеризуется суставными поверхностями цилиндрической формы (Атл., рис. 5, А (6), с. 47), которые располагаются на боковых поверхностях костей, а ось вращения — вертикально. Обеспечивается движение вокруг одной вертикальной оси — вращение (лучелоктевой сустав).

2. Блоковидный сустав, так же как и предыдущий, имеет цилиндрической формы суставные поверхности. Движения в блоковидном суставе совершаются вокруг фронтальной оси — сгибание и разгибание. На одной из суставных поверхностей (вогнутой) имеется гребешок, а на другой (выпуклой) — соответствующая этому гребешку направляющая бороздка, в которой скользит гребешок. Благодаря наличию гребешка и бороздки, получается блок. Примером такого сустава являются межфаланговые сочленения пальцев.

3. Винтообразный сустав имеет черты строения блоковидного сустава. Однако направляющая бороздка располагается не перпендикулярно к оси сустава (как в блоковидном суставе), а под некоторым углом к ней (плечелоктевой сустав).

К двуосным суставам относятся эллипсоидные, седловидные и мыщелковые суставы.

1. Эллипсоидный сустав имеет суставные поверхности, одна из которых выпукла и напоминает по своей форме часть эллипсоида (Атл., рис. 5, А (2), с. 47), а другая вогнута и соответствует по кривизне первой (например, лучезапястный сустав). Движения совершаются вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Вокруг фронтальной оси происходит сгибание и разгибание, а вокруг сагиттальной осуществляется приведение и отведение (движение, во время которого конечность или часть конечности приближается к телу, называется приведением, а движение в противоположном направлении называется отведением).

2. Седловидный сустав образован двумя седловидными поверхностями, сидящими «верхом» друг на друге, из которых одна движется вдоль и поперек другой. Благодаря этому в нем возможны движения вокруг двух взаимно перпендикулярных осей: фронтальной (сгибание и разгибание) и сагиттальной (отведение и приведение). Примером такого сустава является запястно-пястное сочленение 1-го пальца).

3. Мыщелковый сустав имеет выпуклую суставную головку в виде выступающего округлого отростка, близкого по форме к эллипсу, и называется мыщелком, от чего и происходит название сустава. На другой суставной поверхности имеется впадина, соответствующая мыщелку. Основной осью вращения является фронтальная, но она может быть и вертикальной, как в коленном суставе. Мыщелковый сустав можно рассматривать как разновидность эллипсоидного, его переходную форму от блоковидного сустава. От блоковидного он отличается величиной и формой суставных поверхностей; от эллипсоидного его отличает число суставных головок. Мыщелковый сустав имеет два мыщелка, которые могут располагаться в одной капсуле или в разных суставных капсулах. В первом случае мыщелковый сустав будет ближе по функции к блоковидному (коленный сустав), а во втором случае — к эллипсоидному (атлантозатылочное сочленение).

Многоосные суставы.К ним относятся шаровидные суставы и их разновидности (ореховидный, или чашеобразный, сустав и плоский).

1. Шаровидный сустав. Одна из суставных поверхностей этого сустава имеет сферическую головку, а другая — соответственно вогнутую суставную впадину, которая по размерам значительно меньше размеров суставной поверхности головки. Это обеспечивает большой размах движений в суставе (плечевой сустав). Теоретически движения в нем могут совершаться вокруг множества осей, однако среди них выделяют три главные оси: 1) поперечную (фронтальную), вокруг которой происходит сгибание и разгибание; 2) переднезаднюю (сагиттальную), вокруг которой совершаются отведение и приведение; 3) вертикальную, вокруг которой происходят движения внутрь (пронация) и наружу (супинация). Шаровидный сустав — самый свободный из всех суставов, связок мало, что определяет свободу их движений.