ОПОРНО-РУХОВИЙ АПАРАТ
Одним з важливих моментів пристосування організму до навколишнього середовища є рух. Він здійснюється системою органів, до яких належать кістки, їх з'єднання і м'язи, що об'єднані в єдине ціле — апарат руху, або опорно-рухову систему. Усі кістки, з'єднані між собою різними видами сполучної тканини, утворюють скелет — пасивну частину апарату руху, а прикріплені до кісток скелетні м'язи — його активну частину.
Кістково-м'язова система підтримує людину у вертикальному положенні (кістки хребта і нижніх кінцівок). Захисну функцію виконують кістки черепа, хребта, грудної клітки, таза, а також м'язи живота, захищаючи від впливу зовнішніх факторів головний і спинний мозок, легені, серце та органи черевної порожнини. Рухову функцію виконують кістки і м'язи кінцівок, хребет, м'язи спини і грудей.
Кровотворну функцію виконують переважно плоскі кістки, в яких міститься червоний кістковий мозок. Як депо деяких мінеральних солей і мікроелементів, скелет бере участь у мінеральному обміні (солей кальцію, заліза, фосфору), а м'язи, депонуючи глікоген, — у вуглеводному обміні.
Скелет людини, хоча й подібний до скелета тварин, має певні особливості, що пов'язано з прямоходінням та трудовою діяльністю. Скелет людини поділяють на скелет тулуба, скелет верхніх і нижніх кінцівок, скелет голови — череп (мал. 102).
Скелет тулуба складається з хребта і грудної клітки. Хребет поділяють на п'ять відділів: шийний, що складається з 7 хребців, грудний — з 12, поперековий — з 5, крижовий — з 5 і куприковий — з 4—5 хребців. Останні 9—10 хребців зрослися між собою. Отже, в хребті налічується 33—34 хребці. Хребці — короткі кістки, розміщені одна над одною. Хребець складається з тіла, дуги і семи відростків. Задній відросток (непарний) можна промацати на спині у вигляді горбка. Між дугою й тілом хребця є отвір. Отвори усіх хребців утворюють хребетний канал, в якому розміщений спинний мозок. Розміри тіл хребців залежать від навантаження на них: вони найменші в шийному відділі і найбільші — в поперековому. Хребці, з'єднуючись один з одним за допомогою хрящів і зв'язок, утворюють гнучкий і еластичний хребетний стовп, якому властива значна рухливість.
Для хребта людини характерні вигини, які надають йому форми, що в профіль нагадує латинську літеру S. Шийний і поперековий вигини спрямовані вперед (лордоз), грудний і крижовий — назад (кіфоз). Така форма хребта є результатом прямоходіння, вона надає хребту пружності. У новонародженого хребет прямий (крім невеликого крижового вигину) і тільки з розвитком прямоходіння утворюються всі вигини: шийний, коли дитина починає тримати голову, грудний, коли починає сидіти, поперековий і крижовий, коли починає стояти. Вигини хребта збільшують розміри грудної й тазової порожнин, полегшують утримання рівноваги і забезпечують пом'якшення поштовхів та струсів тіла під час стрибків і бігу.
Сильні вигини грудного відділу (сутулість, горб) або поперекового ("внутрішні горби"), а також більш-менш виражені вигини вбік (сколіоз) розвиваються при різних захворюваннях (рахіт) або внаслідок неправильної пози під час роботи (наприклад, під час тривалого сидіння за партою, столом).
Мал. 102. Скелет людини:
І — череп; 2 — хребет; 3 — ключиця; 4 — ребро; 5 — груднина; в — плечова кістка; 7 — променева кістка; 8 — ліктьова кістка; 9 — кістки зап'ястка; 10 — кістки п'ястка; 11, 13— фаланги пальців; 12, 19, 20 — тазові кістки (12 — сіднична, 19 — лобкова, 20 — клубова); 14 — кістки заплесне і плесна; 15 — великогомілкова кістка; 16 — малогомілкова кістка; 17— надколінок; 18 — стегнова кістка
Грудна клітка утворена непарною грудною кісткою (грудниною), 12 парами ребер і грудними хребцями. Ребра рухомо-з'єднані з хребцями (у них є суглобові ямки для зчленування з голівками ребер) і напіврухомо (за допомогою хрящів) з грудною кісткою. Грудна кістка, або груднина, належить до плоских кісток. З нею з'єднуються передніми кінцями 7 пар ребер (згори вниз). Наступні 3 пари з'єднуються одна з одною своїми хрящами (нижня до верхньої), утворюючи реберну дугу. Передні кінці 11ї і 12ї пар ребер не досягають дуги і вільно закінчуються в м'язах черевної стінки. Грудна клітка обмежує грудну порожнину, в якій розміщені серце, легені, стравохід, трахея, судини і нерви. Вона бере участь у дихальних рухах завдяки ритмічним скороченням міжреберних м'язів. Форма грудної клітки зазвичай схожа на конус, зрізана верхівка якого звернута вгору, а основа — вниз, і залежить від статі, віку, статури й фізичного розвитку людини. Вона може бути широкою і короткою, довгою і вузькою. У зв'язку з прямоходінням передньозадній розмір грудної клітки людини, на відміну від тварин, менший від поперечного. Добре розвинена грудна клітка в людей, які займаються фізичною працею, фізкультурою і спортом.
Скелет верхніх кінцівок складається із скелета плечового поясу, за допомогою якого кінцівки з'єднуються з тулубом (лопатка, ключиця), і скелета вільних верхніх кінцівок.
Лопатка — плоска кістка трикутної форми, яка передньою поверхнею прилягає до задньої стінки грудної клітки. її зовнішній кут має суглобову ямку, до якої приєднується голівка плечової кістки.
Ключиця має Sподібну форму, її контури добре видно під шкірою і її завжди можна промацати. Груднинний кінець ключиці з'єднується з грудниною, зовнішній — з відростком лопатки. Функція ключиці полягає в тому, що вона відсуває плечовий суглоб від грудної клітки, забезпечуючи значну свободу рухів верхніх кінцівок.
Скелет вільної верхньої кінцівки утворюють плечова кістка, дві кістки передпліччя — ліктьова і променева та кістки кисті. Кисть утворена кістками зап'ястка, п'ястка та фалангами пальців. Зап'ясток складається з двох рядів дрібних кісток, що з'єднуються між собою, з передпліччям і кістками п'ястка (до складу зап'ястка входить вісім кісток). П'ять п'ясткових кісток входить до складу кисті. Фаланги утворюють скелет пальців. Перший, або великий, палець має дві фаланги, решта пальців — по три.
Скелет нижніх кінцівок утворений тазовим поясом і скелетом вільних нижніх кінцівок.
До складу тазового поясу входять дві тазові кістки, які спереду з'єднані одна з одною, а ззаду утворюють з крижовим відділом хребта малорухомий суглоб. У дітей тазова кістка складається з трьох кісток (клубової, сідничної і лобкової), відокремлених одна від одної хрящем. Тільки після 16 років вони зростаються в одну. На місці їх зростання є вертлюжна суглобова западина, куди входить голівка стегнової кістки. Складна будова тазової кістки зумовлена її функцією. З'єднуючись із стегном і крижовим відділом хребта, тазові кістки переносять масу тіла на нижні кінцівки і забезпечують функцію руху, опори і захисту. У зв'язку з вертикальним положенням тіла людини таз у неї ширший і масивніший, ніж у тварин. Він має вигляд чаші і підтримує внутрішні органи черевної порожнини. Таз жінки ширший і коротший, ніж у чоловіка. Це зумовлено значенням таза жінки як родового каналу.
До кісток вільної нижньої кінцівки належать стегнова кістка, надколінок, великогомілкова, малогомілкова і кістки стопи. Великогомілкова й малогомілкова кістки утворюють гомілку. Стопу утворюють кістки заплесна, плесна і фаланги пальців. Заплесно має 7 кісток, з яких найбільшими є п'яткова й надп'яткова. З надп'ятковою кісткою гомілкові кістки утворюють суглоб. Плесно складається з п'яти довгих кісток. Фаланги утворюють скелет пальців, їх кіль
Кістки голови, або череп, міцно з'єднані між собою швами. Винятком є нижня щелепа. Череп утворює коробку для мозку, оточує отвори, де починаються органи дихання, травлення і органи чуття. Кістки черепа також виконують опорну функцію для дихальних шляхів (порожнина носа) і травної системи (порожнини рота, глотки). Скелет голови поділяють на мозковий і лицевий
У скелеті всі кістки з'єднуються між собою різними способами залежно від ролі певної кістки чи групи кісток. З'єднання кісток бувають неперервні, або нерухомі чи малорухомі (без щілин), і переривчасті, або рухомі (з порожнинами між кістками). Є й проміжні форми з'єднання — напівсуглоби (наприклад, з'єднання тазових кісток між собою). Неперервно кістки з'єднуються зрощенням (наприклад, кістки таза), зв'язками (хребці), хрящем (ребра) або швами (кістки мозкового черепа).
Переривчасте з'єднання кісток, або суглоб (мал. 104), — більш молодий утвір організму. Всі суглоби мають загальний план будови, який включає суглобову порожнину, суглобову сумку і суглобові поверхні. Суглобову порожнину виділяють умовно, оскільки в нормі між суглобовою сумкою і суглобовими кінцями кісток порожнини не існує, а міститься рідина.
Суглобова сумка охоплює суглобові поверхні кісток, утворюючи герметичну капсулу. Суглобова сумка складається з двох шарів. Зовнішній шар переходить в окістя, внутрішній шар виділяє в порожнину суглоба рідину, що відіграє роль мастила, забезпечуючи вільне ковзання суглобових поверхонь.
Структура кісток є динамічною реактивною системою, що змінюється упродовж усього життя людини. Відомо, що у людей, які займаються важкою фізичною працею, компактний шар кістки досягає відносно більшого розміру. Залежно від зміни навантаження на окремі частини тіла можуть змінюватися розміщення кісткових перекладок і структура кістки загалом.
М'язи, їх будова та функції. Скелетні м'язи — це активна частина опорнорухової системи, скорочення якої зумовлює переміщення частин тіла і всього тіла в просторі.
М'яз, як і всі інші органи, має складну будову (мал. 106). До його складу входить кілька тканин. Основу скелетного м'яза становить посмугована м'язова тканина. В кожному м'язі розрізняють активну (м'язове черевце, або тіло) і пасивну (сухожилки) частини. Як правило, м'яз має два сухожилки, якими він прикріплений до кісток (місце прикріплення сухожилка до кістки позбавлене окістя і називається горбистістю).
М'язове черевце складається з багатьох м'язових волокон, що утворюють пучки різних розмірів і забезпечують скорочення. В кожному пучку м'язові волокна зв'язані одне з одним пухкою волокнистою сполучною тканиною у вигляді тонкої сітки. Пучки м'язових волокон сполучені між собою прошарками сполучної тканини. Весь м'яз зовні також вкритий сполучною тканиною.
Сухожилки м'яза побудовані з щільної сформованої сполучної тканини. Колагенові волокна сухожилків проникають у м’язове черевце І там навколо посмугованих м'язових волокон утворюють кілька шарів, які міцно сполучають черевце із сухожилком. Сукупність сполучної тканини утворює так званий м'який скелет м'яза.
До м'яза, як і до інших органів, підходять нерви і кровоносні судини. В складі нервів проходять рухові (відцентрові, еферентні) і чутливі (доцентрові, аферентні) волокна. Нервові імпульси, що передаються по рухових нервових волокнах від мозку до м'яза, зумовлюють його скорочення. По чутливих нервових волокнах у мозок надходить інформація з м'язових рецепторів про стан м'яза. Як орган з інтенсивним обміном речовин, м'яз має добре кровопостачання, інтенсивність якого регулюється автономною (вегетативною) нервовою системою. Найчастіше один і той самий м'яз отримує кров, а з нею і поживні речовини з кількох артерій.
Скорочуючись, м'яз стає коротшим і товщим, при цьому він виконує певну механічну роботу. Величина виконуваної роботи залежить від сили його скорочення і довжини, на яку м'яз коротшає. Сила м'яза пропорційна кількості м'язових волокон, з яких він побудований, а точніше — площі поперечного перерізу всіх м'язових волокон м'яза.
Скелетні м'язи, перекидаючись через суглоб, а іноді через два і більше суглобів, прикріплюються своїми кінцями до різних кісток. Вкорочення м'яза під час скорочення супроводжується зближенням його кінців і кісток, до яких прикріплений м'яз. При цьому кістки й суглоби, в яких здійснюється рух кістки, виконують функцію важелів.
У здійсненні кожного руху бере участь, як правило, кілька груп м'язів, причому м'язи однієї групи, наприклад передні м'язи плеча, скорочуються, а м'язи протилежної групи (задні) в цей час розслабляються. Завдяки одночасному скороченню і розслабленню протилежних груп м'язів забезпечується плавність рухів. М'язи, що виконують одну й ту саму роботу — один і той самий рух у певному суглобі, називають синергістами, а м'язи, що діють у протилежних напрямках, — антагоністами. Наприклад, усі м'язи, які здійснюють згинання плечового суглоба, складатимуть групу синергістів цього руху, синергістами між собою будуть і м'язи, що зумовлюють розгинання цього суглоба. Однак ці дві групи м'язів — згиначі і розгиначі — одна відносно одної будуть антагоністами. Антагоністична дія м'язів — важливе пристосування в роботі рухового апарату. Під час кожного руху напружуються не лише м'язи, що його здійснюють, а й їхні антагоністи, протидіючи тязі і тим самим надаючи рухові точності й плавності.
Узгоджене чергування скорочення і розслаблення різних груп м'язів та координація всіх рухів здійснюються нервовою системою і мають рефлекторний характер. Якщо ми, наприклад, наступили на щонебудь гостре або доторкнулись до чогось гарячого, то руку чи ногу ми відсмикнемо ще до того, як виникне відчуття болю. Гаряче тіло або колючий предмет подразнюють рецептори шкіри. Збудження, що виникло в них, по доцентрових нервових волокнах передається в центральну нервову систему, де відбувається передавання збудження на відцентровий нейрон, і до м'яза надходить імпульс, який викликає його скорочення і відсмикування ноги чи руки. В той же час у м'язахантагоністах виникає гальмування, і вони розслабляються. Інколи м'язизгиначі і м'язирозгиначі можуть одночасно перебувати в розслабленому (рука вільно провисає вздовж тіла) або скороченому (рука зафіксована зігнутою в ліктьовому суглобі) стані.
Часто м'язові рефлекси виникають у відповідь на подразнення рецепторів, що містяться в самих м'язах або сухожилках. Прикладом може бути колінний рефлекс. Складні дії нашого повсякденного життя, наприклад ходіння, здійснюються внаслідок узгодженої дії не окремого органа, а цілої групи органів опорно-рухового апарату, що зумовлено регулювальною функцією нервової системи.
Під час скорочення м'яз виконує роботу, яку можна виміряти. Для цього значення маси вантажу, який підіймає м'яз, множать на висоту його підняття. При збільшенні вантажу робота зростає, а потім, досягши певного рівня (максимуму для кожного окремого м'яза), поступово знижуватиметься. Якщо вантаж досить великий і м'яз не здатний його підняти, робота дорівнюватиме нулю. Якщо взяти середній для певного м'яза вантаж і підіймати його з різною частотою, то виявиться, що найбільша робота м'яза спостерігатиметься при середньому ритмі рухів.