Анатомические механизмы статики и динамики 1 глава

Положение человека в природе

Развитие учения о происхождении человека. В 1735 г. шведский ученый Карл Линней представил классификацию животного мира, в которой человек был помещен вместе с обезьянами в отряд приматов. При этом Линней не отрицал божественного сотворения человека. В 1809 г. французский естествоиспытатель Ж. Ламарк указал на человекообразных обезьян, как на предков человека. В 1871 г. английский ученый Ч. Дарвин опубликовал свой труд "Происхождение человека", в котором на большом фактическом материале доказывалась гипотеза о развитии человека от вымерших человекоподобных обезьян. Дарвин сделал попытку решить вопрос о происхождении человека как биологического вида.

В России учение о происхождении человека развивалось в стенах Московского Государственного университета имени М.В. Ломоносова крупнейшими профессорами Института и кафедры антропологии Д.Н. Анучиным, В.В. Бунаком, М.А. Гремяцким, Я.Я. Рогинским, М.Ф. Дебецом. В настоящее время это направление развивается их учениками – профессором Е.Н. Хрисанфовой, академиками В.П. Алексеевым, Т.И. Алексеевой, известными у нас в стране и за рубежом.

Основные черты сходства и различия человека и млекопитающих животных, включая приматов, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Положение человека в природе

Контрольные вопросы

Что изучает анатомия человека и как она связана с другими науками?

Какие существуют методы анатомического исследования?

Раскройте содержание терминов: дорсальный, вентральный, медиальный, латеральный, проксимальный, дистальный.

Дайте определение понятиям: ткань, орган, система органов.

Какие черты объединяют человека с млекопитающими?

В чем заключаются черты сходства человека с приматами?

В чем состоят особенности человека, как биологического вида?

Глава 1

ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Опорно-двигательный аппарат включает скелет и мышцы. У некоторых водных позвоночных (рыбы) скелет хрящевой, так как в водной среде механическая нагрузка на опорные структуры меньше, чем в воздушной. Скелет взрослого человека в основном состоит из костей. Хрящ сохранился в местах, где требуется гибкость и упругость; таковы, например, реберные хрящи, хрящ на суставных поверхностях костей и т.д.

Скелет выполняет механическую, защитную и опорную функции. Некоторые части скелета, как, например, череп, грудная клетка и таз, служат вместилищем и защитой жизненно важных органов – мозга, легких, сердца, кишечника и т.д. Наконец, скелет – пассивный орган движения, так как к нему прикрепляются мышцы.

Кости скелета принимают участие в обмене веществ, являясь депо кальция, фосфора и других макро- и микроэлементов. Кроме того, в полостях костей содержится костный мозг, где происходит кроветворение (гемопоэз).

Мышцы – активная часть опорно-двигательного аппарата. Активность мышц связана с одним из основных свойств живого – возбудимостью, которая проявляется в изменении их упругих свойств или напряжения.

Мышцы прикрепляются к костям скелета, перекидываясь через суставы. При сокращении мышц осуществляются двигательные акты и совершается динамическая работа. В ряде случаев при возбуждении мышцы ее длина не изменяется: сокращения или расслабления не происходит, но увеличивается напряжение мышцы. При этом она закрепляет (фиксирует) подвижные точки скелета, совершая статическую работу. Рецепторы мышц раздражаются при мышечном сокращении и сигнализируют в ЦНС об их напряжении.

Если пропорции и телосложение определяются, в основном, костной системой, то контуры фигуры человека в первую очередь зависят от мышц. Поэтому изучение их особенно важно для врачей, учителей, художников, скульпторов, артистов, спортсменов. Некоторая степень напряжения, поддерживаемая мышцами даже в состоянии покоя, называется их тонусом. Живая мышца отличается от мертвой прежде всего своим тонусом.

СТРОЕНИЕ СКЕЛЕТА

Общие сведения о скелете

На протяжении филогенеза скелет проходит три стадии развития – соединительнотканную (перепончатую), хрящевую и костную. У примитивных хордовых (ланцетник) скелет представлен хордой, вокруг которой закладывается перепончатый скелет. У взрослых форм хрящевых рыб скелет хрящевой, у высших позвоночных он замещается костным. В эмбриогенезе человека повторяется смена этих трех стадий развития скелета.

Химический состав и строение костей. Костное вещество состоит из органических (оссеин) – 1/3 и неорганических (2/3) (главным образом, солей кальция, 95%) веществ. Если кость подвергнуть действию раствора соляной кислоты, соли кальция растворятся, а органическое вещество останется, сохраняя форму кости. Такая декальцинированная кость приобретает исключительную эластичность и легко деформируется. Если же кость подвергнуть обжиганию, то органическое вещество сгорает, а неорганическое остается. Такая кость сохраняет прежнюю форму, но приобретает исключительную хрупкость. Она может расколоться при малейшем прикосновении. С возрастом количественное соотношение оссеина и минеральных солей изменяется. Кости детей содержат больше оссеина и поэтому они более эластичны. В старости в костях становится больше минеральных солей, их содержание может доходить до 80%. Поэтому кости стариков более хрупкие, а при падении у них часто случаются переломы.

Лежащие в земле кости теряют органическое вещество под воздействием бактерий и становятся хрупкими. В сухом грунте кости сохраняются лучше, так как для размножения бактерий необходима влага. Такие кости постепенно мумифицируются. В известковой почве кости пропитываются кальцием – "окаменевают".

Самая прочная кость нашего скелета – большая берцовая, на нее ложится наибольшая тяжесть при поддержании тела в вертикальном положении. Эта кость способна выдержать нагрузку до 1650 кг, т.е. примерно в 25 раз больше ее обычной нагрузки. Таков запас технической прочности природной конструкции.

Кость уникальна не только по сочетанию твердости и упругости, обусловленному ее химическим составом. Она отличается также исключительной легкостью. Это связано с особенностями ее микроскопического строения. Поверхность кости покрыта надкостницей (рис. 1.1). Она состоит из двух слоев –

Рис. 1.1. Большеберцовая кость (часть надкостницы разрезана и откинута):

1 – наружный и 2 – внутренний слои надкостницы; 3 – передняя поверхность кости, освобожденная от надкостницы

наружного (соединительнотканного) и внутреннего – остеогенного, содержащего стволовые костные клетки и остеобласты. При переломах костей остеобласты "зарубцовывают" щель грубоволокнистой костной тканью, образуя "костную мозоль". Надкостница богата нервами и сосудами, через нее осуществляется питание и иннервация кости. На распиле через кость обнаруживается неоднородность ее строения. На поверхности расположено так называемое плотное, или компактное, вещество (substantia compacta), а в глубине – губчатое (substantia spongiosa) (рис. 1.2). Толщина слоя компактного вещества изменяется в зависимости от нагрузки, испытываемой костью, и наиболее значительна в области диафизов. Губчатое вещество образовано очень тонкими костными перекладинами, которые располагаются не беспорядочно, а в соответствии с распределением функциональных нагрузок на всю кость или ее части. Преимущественно из губчатого

Рис. 1.2. Проксимальный конец бедренной кости: А – фронтальный распил:

1 – костномозговая полость; 2 – губчатое вещество; 3 – компактное

вещество; Б – схема расположения перекладин в губчатом веществе

вещества состоят эпифизы длинных костей, все короткие кости, часть смешанных и плоских костей, т.е. легкие и прочные части скелета, испытывающие напряжение в различных направлениях. Диафизы и некоторые тонкие плоские кости почти полностью лишены губчатого вещества. Они выполняют функции опоры и движения.

Структурной единицей костной ткани являются остеон или гаверсова система (рис. 1.3). Остеон представляет собой систему костных пластинок в виде вставленных друг в друга цилиндров, между которыми лежат костные клетки – остеоциты. Расположенный в центре остеона гаверсов

Рис. 1.3. Схема строения трубчатой кости:

А – надкостница; Б – компактное вещество кости; В – эндост; Г – костно-мозговая полость. 1 – вставочные пластинки; 2 – слой наружных общих пластинок; 3 – кровеносные сосуды; 4 – остеоциты; 5 – канал остеона; 6 – прободающий канал; 7 – волокнистый слой надкостницы; 8 – костная трабекула губчатой ткани; 9 – слой внутренних общих пластинок; 10 – остеон

канал, содержит кровеносные сосуды, обеспечивающие обмен веществ клеток кости. Между остеонами находятся вставочные пластинки. Из остеонов состоит компактное вещество и перекладины губчатого вещества. Распределение компактного и губчатого вещества зависит от функциональных условий кости.

Костные ячейки губчатого вещества заполнены красным костным мозгом. Желтый костный мозг находится в центральном канале трубчатых костей – костно-мозговой полости.

У взрослых вся полость заполнена желтым костным мозгом, но в период роста и развития ребенка, когда требуется интенсивная кроветворная функция, преобладает красный костный мозг. С возрастом он постепенно замещается желтым.

Форма костей. Кости, входящие в состав скелета, составляют примерно 10% общего веса тела.

Величина и форма костей зависит от выполняемой ими функции. Различают кости длинные, короткие, широкие и смешанные.

Длинные кости, находятся, например, в обеих конечностях; их длина значительно превышает прочие размеры. Значение кости как рычага, к которому прикрепляются мышцы, увеличивается с ее удлинением.

Относительно более тонкая средняя часть длинных костей называется телом или диафизом, а утолщенные концы – эпифизами.

Диафиз длинных костей имеет внутри полость, поэтому такие кости называются трубчатыми. Утолщение концов длинных костей функционально оправдано. Эпифизы служат местом сочленения костей друг с другом, здесь происходит прикрепление мышц. Чем шире поверхность соприкосновения костей, тем прочнее и устойчивее их соединение. В то же время утолщенный эпифиз отдаляет от длинной оси кости мышцу, в следствие чего последняя подходит к месту прикрепления под большим углом и увеличивает силу полезного действия в соответствии с правилом параллелограмма.

Короткие кости расположены в запястье и предплюсне, т.е. там, где одновременно необходимы большая прочность и подвижность скелета. Эти кости имеют кубическую или неправильную форму и почти одинаковые размеры во всех направлениях.

Широкие, или плоские, кости образуют стенки полостей, содержащих внутренние органы. Такие кости с одной стороны вогнуты, с другой – выпуклы; ширина и длина их значительно преобладают над толщиной. Примером служит тазовая кость, лопатка, кости мозгового черепа.

Смешанные кости, например клиновидная в черепе, имеют различную форму, сложность которой соответствует многообразию выполняемых функций.

Среди широких и смешанных костей черепа имеются пневматизированные, заключающие в себе полость, выстланную слизистой оболочкой и заполненную воздухом, что облегчает вес кости без ущерба для ее прочности (например, верхнечелюстная и клиновидная кости).

Кости непосредственно связаны с обменом веществ всего организма и постоянно перестраиваются в связи с изменением динамической нагрузки. Например, при изменении профессии, когда меняется нагрузка на кость, происходит разрушение старых остеонов и формирование новых, соответствующих новым условиям нагрузки.

Развитие и рост костей. В процессе индивидуального развития, как и в филогенезе, скелет проходит три стадии: соединительнотканную

(мезенхимную), хрящевую и костную. Кости, возникающие в мезенхиме, называются первичными или покровными (кости крыши черепа). Большинство костей развивается через хрящевую стадию они называются вторичными или замещающими.

На втором месяце внутриутробной жизни скелет человека представляет собой хрящевое образование. Хрящевой скелет зародыша человека по своим грубым формам похож на ископаемые скелеты древних амфибий. В нем представлены еще не все кости, например, в основании черепа не сформирован свод, нет многих костей лицевого отдела – здесь позже разовьются покровные кости. Существенно, что эмбриональный хрящ не превращается в кость, а замещается ею.

Различают окостенение внутрихрящевое, или энхондралъное, и перихондралъное, при котором костная ткань появляется сначала на поверхности хряща, под покрывающей его надхрящницей (рис. 1.4)

Рис. 1.4. Последовательные стадии развития большеберцовой кости:

Точками показаны части, окостеневающие энхондрально; поперечной штриховкой – перихондрально; белым цветом – хрящ, черным – костно-мозговая полость диафиза

Энхондральное окостенение происходит внутри хрящевых зачатков. Кости, состоящие преимущественно из губчатого вещества (позвонки, грудина и др.), развиваются энхондрально, а состоящие из губчатого и компактного вещества – эн- и перихондрально.

В дальнейшем на поверхности кости, под надкостницей, наращиваются все новые и новые слои костной ткани, что обеспечивает рост кости в толщину. Одновременно внутри кости путем разрушения (резорбции) ее губчатого вещества формируется костно-мозговая полость. Рост диафизов длинных костей в длину происходит за счет эпифизарной пластинки роста, прослойки хряща между эпифизом и диафизом, которая сохраняется в течение всего периода детства и юности. Эпифизы длинных костей долго остаются хрящевыми, и энхондральные очаги окостенения последовательно появляются в них лишь в течение первого десятилетия.

Наступление физической зрелости человека выражается завершением роста скелета и сращением (синостозом) отдельных очагов окостенения в каждой кости. Развитие скелета у мужчин заканчивается к 20–24 годам, у женщин – на 2–3 года раньше В связи с этим у женщин рост в высоту прекращается в 18–21 год За весь период роста масса костного скелета увеличивается почти в 24 раза.

С прекращением роста и достижением полной физической зрелости скелет человека не перестает изменяться. Так, к старости в костной системе нарушается соотношение между темпами созидания и разрушения костной ткани, кости становятся тоньше, суставные концы их деформируются, костно-мозговые пространства и воздухоносные пазухи увеличиваются Половые различия

сказываются и в темпах старения скелета, первые признаки которого у женщин наступают раньше (начиная с 45–50 лет).

На формирование костей влияют экологические факторы. Уровень минерализации скелета в значительной степени связан с рационом питания. Так доказано, что у детей, находящихся на диете, бедной белками, жирами и минеральными веществами, имеется более низкий уровень минерализации скелета, чем у их сверстников с нормальным питанием. Минеральная недостаточность и, как следствие этого, остеопороз, или разрежение костной ткани, особенно выражен в районах, где для питья употребляется опресненная вода. Тяжелые заболевания, недостаток витаминов и минеральных веществ, нарушение функции желез внутренней секреции также задерживают рост и развитие скелета. В условиях высокогорья развивается увеличение костно-мозговой полости и уменьшение площади компактного вещества кости. Эта особенность обусловлена увеличением гемопоэтической активности костного мозга в условиях высокогорной гипоксии.

Части скелета. В скелете человека различают три отдела: скелет туловища, скелет конечностей и скелет головы или череп (см. Атл.).

Скелет туловища, или осевой скелет, состоит из позвоночника и грудной клетки. В нем ясно выступает характерный признак строения позвоночных – сегментация, или метамерия. Каждый сегмент скелета туловища у примитивных позвоночных образован позвонком и парой ребер. У млекопитающих и человека полные сегменты сохранились лишь в грудном отделе туловища.

Скелет конечностей – верхних и нижних – принято делить на скелет свободной конечности (руки и ноги) и скелет пояса (плечевого и тазового), который укрепляет ее на туловище. Скелет руки состоит из трех отделов – плеча, предплечья (образованного лучевой и локтевой костями) и кисти, а плечевой пояс – из двух парных костей: лопатки и ключицы. Скелет ноги также расчленяется на три отдела – бедро, голень (в состав которой входят большая и малая берцовые кости) и стопу, а скелет тазового пояса – на парные тазовые кости. Скелеты кисти и стопы состоят из трех частей: кисть – из запястья, пясти и фаланг пальцев, стопа включает предплюсну, плюсну и фаланги пальцев.

Череп по сравнению с другими частями скелета, построен особенно сложно, что объясняется различным происхождением его отдельных частей. Череп служит вместилищем головного мозга и составляет костную основу для начальных отделов пищеварительного и дыхательного путей. Соответственно этому в нем различают два отдела – мозговой и лицевой. Кости черепа прочно соединены друг с другом, и многие из них у взрослых полностью срастаются между собой.

1.1.2. Типы соединения костей

Классификация соединений. Существуют два основных типа соединений костей: непрерывные и прерывные, или суставы (рис. 1.7, см. Атл.). Непрерывные соединения имеются у всех низших позвоночных и на эмбриональных стадиях развития у высших. Когда у последних формируются закладки костей, между ними сохраняется их исходный материал (соединительная ткань, хрящ). При помощи этого материала происходит сращение костей, т.е. образуется непрерывное соединение. Прерывные

соединения развиваются на более поздних стадиях онтогенеза у наземных позвоночных и являются более совершенными, так как обеспечивают более дифференцированную подвижность частей скелета. Они развиваются вследствие возникновения щели в исходном материале, сохранившемся между костями. В последнем случае остатки хряща покрывают сочленяющиеся поверхности костей. Существует еще третий, промежуточный тип соединений – полусустав.

Непрерывные соединения. Непрерывное соединение – синартроз, или сращение, имеет место в том случае, когда кости связаны друг с другом соединяющей тканью. Движения при этом крайне ограниченны или вовсе отсутствуют. По характеру связующей ткани различают соединительнотканные сращения, или синдесмозы (рис. 1.5, A), хрящевые сращения, или синхондрозы (рис. 1.5, Б), и сращения при помощи костной ткани – синостозы.

Синдесмозы бывают трех родов: 1) межкостные перепонки, например между костями предплечья или

Рис. 1.5. Типы соединения костей (схема):

А – синдесмоз; Б – синхондроз; В – сустав; 1 – надкостница; 2 – кость; 3 – волокнистая соединительная ткань; 4 – хрящ; 5 – синовиальный и 6 – фиброзный слой суставной сумки; 7 – суставные хрящи; 8 – полость сустава

голени; 2) связки, соединяющие кости (но не связанные с суставами), например связки между отростками позвонков или их дугами; 3) швы между костями черепа.

Межкостные перепонки и связки допускают некоторое смещение костей. В швах прослойка соединительной ткани между костями очень незначительна и движения невозможны.

Синхондрозом является, например, соединение I ребра с грудиной посредством реберного хряща, упругость которого допускает некоторую подвижность этих костей.

Синостозы развиваются из синдесмозов и синхондрозов с возрастом, когда соединительная ткань или хрящ между концами некоторых костей заменяется костной тканью. Примером могут служить сращение крестцовых позвонков и заросшие швы черепа. Движения здесь, естественно, отсутствуют.

Прерывные соединения. Прерывное соединение – диартроз, сочленение, или сустав (рис. 1.5, В), характеризуется незначительным пространством (щелью) между концами соединяющихся костей. Различают суставы простые, образованные лишь двумя костями (например, плечевой сустав), сложные – когда в соединение входит большее число костей (например, локтевой сустав), и комбинированные, допускающие движение лишь одновременное с движением в других анатомически обособленных суставах (например, проксимальный и дистальный лучелоктевые суставы). В состав сустава входят: суставные поверхности, суставная сумка, или капсула, и суставная полость.

Суставные поверхности соединяющих костей более или менее соответствуют друг другу (конгруэнтны). На одной кости, образующей сустав, суставная поверхность обычно выпуклая

и носит название головки. На другой кости развивается соответствующая головке вогнутость – впадина, или ямка. Как головка, так и ямка могут быть образованы двумя или несколькими костями. Суставные поверхности покрыты гиалиновым хрящом, что снижает трение и облегчает движение в суставе.

Суставная сумка прирастает к краям суставных поверхностей костей и образует герметичную суставную полость. Суставная сумка состоит из двух слоев. Поверхностный, фиброзный слой, образован волокнистой соединительной тканью, сливается с надкостницей сочленяющихся костей и несет защитную функцию. Внутренний, или синовиальный, слой богат кровеносными сосудами. Он образует выросты (ворсинки), выделяющие вязкую жидкость – синовию, которая смазывает сочленяющиеся поверхности и облегчает их скольжение. В нормально функционирующих суставах очень мало синовии, например в самом крупном из них – коленном – не более 3,5 см3. В некоторых суставах (в коленном), синовиальная оболочка образует складки, в которых откладывается жир, имеющий здесь защитную функцию. В других суставах, например, в плечевом, синовиальная оболочка образует наружные выпячивания, над которыми почти отсутствует фиброзный слой. Эти выпячивания в виде синовиальных сумок располагаются в области прикрепления сухожилий и уменьшают трение при движениях.

Суставной полостью называется герметически закрытое щелевидное пространство, ограниченное сочленяющими поверхностями костей и суставной сумкой. Оно заполнено синовией. В суставной полости между суставными поверхностями имеется отрицательное давление (ниже атмосферного). Атмосферное давление, испытываемое капсулой, способствует укреплению сустава. Поэтому при некоторых заболеваниях повышается чувствительность суставов к колебаниям атмосферного давления, и такие больные могут "предсказывать" изменения погоды. Плотное прижатие суставных поверхностей друг к другу в ряде суставов обусловлено тонусом, или активным напряжением мускулатуры.

Помимо обязательных, в суставе могут встречаться вспомогательные образования. К ним относятся суставные связки и губы, внутрисуставные диски, мениски и сесамовидные (от араб, sesamo – зерно) кости.

Суставные связки представляют собой пучки плотной волокнистой ткани. Они расположены в толще или поверх суставной сумки. Это местные утолщения ее фиброзного слоя. Перекидываясь через сустав и прикрепляясь к костям, связки укрепляют сочленение. Однако основная их роль заключается в ограничении размаха движения: они не допускают его перехода за известные пределы. Большинство связок не эластичны, но очень прочны. В некоторых суставах, например в коленном, есть внутрисуставные связки.

Суставные губы состоят из волокнистого хряща, кольцевидно охватывающего края суставных впадин, площадь которых они дополняют и увеличивают. Суставные губы придают суставу большую прочность, но уменьшают размах движений (например, плечевой сустав).

Диски и мениски представляют собой хрящевые прокладки – сплошные и с отверстием. Они располагаются внутри сустава между суставными поверхностями, а по краям срастаются с суставной сумкой. Поверхности дисков и менисков повторяют форму суставных поверхностей костей, прилегающих к ним с обеих сторон. Диски и мениски содействуют разнообразию движений в суставе. Они имеются в коленном и нижнечелюстном суставах.

Сесамовидные кости невелики и располагаются вблизи некоторых суставов. Одни из этих костей залегают в толще суставной сумки и увеличивая площадь суставной ямки, сочленяются с суставной головкой (например, в суставе большого пальца стопы); другие включаются в сухожилия мышц, перекидывающихся через сустав (например, надколенник, который заключен в сухожилие четырехглавой мышцы бедра). Сесамовидные кости относятся также к вспомогательным образованиям мышц.

У спортсменов под влиянием тренировки подвижность суставов увеличивается. У детей большинство суставов, как правило, более подвижно, чем у взрослых или пожилых людей.

Классификация суставов основывается на сравнении формы сочленовных поверхностей с отрезками различных геометрических фигур вращения, получающихся от движения прямой или кривой линии (так называемой образующей) вокруг неподвижной условной оси. Разные формы движения образующей линии дают разные тела вращения. Например, прямая образующая, вращаясь параллельно оси, опишет цилиндрическую фигуру, а образующая в виде полуокружности дает шар (рис. 1.6). Суставная поверхность определенной геометрической формы позволяет совершать движения только по свойственным этой форме осям. Вследствие этого суставы классифицируются на одноосные, двуосные и трехосные (или практически многоосные).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: