ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АНАТОМИЯ ОРГАНОВ СИСТЕМ ИСПОЛНЕНИЯ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА (ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ)

Опорно-двигательным аппаратом называется функциональное объединение разнородных органов, включающих систему скелета (кости и их соединения) и мышечную систему. Основная его функция — движение, перемещение тела или его частей в окружающем пространстве.

Весь аппарат движения делят на пассивную часть (кости и их соединения) и активную часть (мышцы).

Обе эти части тесно связаны между собой функционально. Имеются морфологические различия мужчин и женщин. На долю скелета (костной массы) у мужчин в среднем приходится 18%, у женщин — 16% массы тела. На долю мышечного компонента у мужчин приходится 42% (у спортсменов до 50%), у женщин — 36% массы тела.

КОСТИ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

Строение и функции костей

Скелет состоит из отдельных костей, которые скрепляются между собой как непрерывными соединениями, которые характеризуются большой прочностью и малой подвижностью, так и прерывистыми, наиболее подвижными соединениями — суставами.

Скелет выполняет в организме человека механические и биологические функции (рис. 2.1 и 2.2).

Рис. 2.1. Скелет человека:

а — вид спереди; 6 — вид сзади;

• 1 — лобная кость; 2 — височная кость; 3 — глазница; 4 — верхняя челюсть; 5 — нижняя челюсть; 6 — позвоночник; 7 — ключица; 8 — плечевая кость; 9 — ребра; 10 — лучевая кость; 11 — локтевая кость; 12 — кости запястья; 13 — кости пясти; 14 — фаланги пальцев; 15 — бедренная кость; 16 — надколенник; 17 — большеберцовая кость;
• 18 — малоберцовая кость; 19 — лодыжка; 20 — фаланги; 21 — латеральный мыщелок бедренной кости; 22 — большой вертел; 23 — лобковый бугорок; 24 — копчик;
• 25 — крестец; 26 — подвздошный гребень; 27 — грудина; 28 — лопатка;
• 29 — грушевидное отверстие; 30 — носовая кость; 31 — теменная кость;
• 32 — затылочная кость; 33 — кость лопатки; 34 — плечевая кость; 35 — локтевая кость; 36 — лучевая кость; 37 — бедренная кость; 38 — большеберцовая кость;
• 39 — малоберцовая кость; 40 — пяточная кость

Рис. 2.2. Скелет — костная основа аппарата движения:

• 1 — грудина; 2 — ребро; 3 — лопатка; 4 — ключица; 5 — плечевая кость; 6 — лучевая кость; 7 — локтевая кость; 8 — запястье; 9 — пясть; 10 — фаланги пальцев;
• 11 — позвоночный столб; 12 — крестец; 13 — копчик; 14 — тазовая кость;
• 15 — бедренная кость; 16 — большеберцовая кость; 17 — малоберцовая кость;
• 18 — предплюсна; 19 — плюсна; 20 — фаланги пальцев

Механическая функция скелета заключается в сто способности осуществлять защиту, опору, движения. Защита осуществляется путем образования костных каналов и полостей, защищающих жизненно важные органы (позвоночный канал, черепная коробка, грудная клетка, таз). Опора достигается прикреплением мягких тканей и органов к различным частям скелета (мышцы, внутренние органы). Движение стало возможным благодаря тому, что кости скелета приобрели строение длинных и коротких рычагов, связанных прерывными подвижными соединениями.

Биологическая функция скелета связана с его участием в процессе обмена веществ — как депо минеральных солей (фосфора, кальция, железа).

Кроветворная функция скелета связана с красным костным мозгом, который располагается в губчатом веществе костей.

Кость как орган живого организма состоит из нескольких тканей, но главной, образующей основную массу кости является костная, которая состоит из клеток: остеоцитов, средняя продолжительность жизни которых 25 лет; остеобластов; остеокластов и межклеточного вещества. Помимо костной ткани, в понятие кости как органа входят костный мозг, надкостница, суставной хрящ и многочисленные нервы и сосуды.

Костное вещество состоит из органических веществ (на 1/3), главным образом оссеина, и неорганических (на 2/3), в основном солей кальция в виде фосфорнокислой извести. Эластичность кости зависит от органических веществ, твердость — от неорганических. У маленьких детей, у которых оссеина сравнительно больше, кости более гибкие, редко ломаются. В старости, когда соотношение органических и неорганических веществ изменяется в пользу последних, кости становятся более хрупкими и чаще подвержены переломам. В костях содержатся также витамины A, D и С. При недостатке солей или витамина D в период роста костей твердость костей уменьшается; у детей отмечается искривление костей (рахит). Недостаток витамина А ведет к утолщению костей и запустению костных каналов.

Костные ячейки содержат костный мозг — орган кроветворения и биологической защиты организма. Он участвует также в питании, развитии и росте кости. В трубчатых костях костный мозг находится также в центральном канале, называемом костномозговой полостью.

Костный мозг бывает двух видов: красный и желтый. Красный костный мозг имеет вид красной нежной массы; состоит из клеточных элементов, имеющих отношение к кроветворению и костеобразованию (остеобласты - костесоздатели, остеокласты — костеразрушители). Он пронизан нервами и кровеносными сосудами, питающими, кроме костного мозга, внутренние слои кости. Именно кровеносные сосуды и кровяные элементы придают костному мозгу красный цвет. Желтый костный мозг своим цветом обязан жировым клеткам, из которых он состоит. В период роста и развития организма, когда большую роль играют кроветворная и костеобразующая функция, преобладает красный костный мозг (у зародышей и новорожденных имеется только красный костный мозг). По мере роста ребенка красный костный мозг замещается желтым костным мозгом. Снаружи кость, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей.

Надкостница — тонкая соединительнотканная пленка розоватого цвета, окружающая кость снаружи и прикрепленная к ней с помощью соединительнотканных пучков, проникающих в кость через особые каналы — так называемые питательные отверстия. Надкостница богата нервами и сосудами, благодаря чему участвует в питании кости. Внутренний слой надкостницы содержит большое число остеобластов, за счет которых происходит рост костей в толщину.

Суставные поверхности кости, свободные от надкостницы, покрывает суставной хрящ, имеющий обычно строение гиалинового хряща.

Длительный рост организма делает неизбежной перестройку кости в течение этого периода. В процессе перестройки наряду с образованием новых остеонов — системы концентрических костных пластинок с каналом в середине (гаверсовой системы) — идет параллельный процесс рассасывания старых, остатки которых можно видеть среди новообразующих гаверсовых систем. Рассасывание есть результат деятельности в кости особых клеток — остеокластов. Таким образом, рост кости — это результат деятельности остеобластов и остеокластов, выполняющих противоположные функции — созидания и разрушения.

Классификация костей. В скелете человека различают:

• — скелет туловища (позвоночный столб и скелет грудной клетки);
• — скелет головы (кости мозгового черепа и кости лицевого черепа);
• — кости верхних конечностей (пояс верхних конечностей и свободные части верхних конечностей);
• — кости нижних конечностей (пояс нижних конечностей и свободные части нижних конечностей).

Число отдельных костей, входящих в состав скелета взрослого человека, больше 200, из них 36—40, расположенные по средней линии тела, являются непарными, остальные — парные кости.

Кости скелета различают на основании трех признаков: формы, функции и развития.

Заслуживает особого внимания классификация костей Михаила Григорьевича Привеса (1974 г.).

• 1. Трубчатые кости: длинные (плечо, предплечье, бедро, голень); короткие (пясть, плюсна, фаланги пальцев).
• 2. Губчатые кости: длинные (ребра, грудина, ключица); короткие (запястье, предплюсна, позвонки, сесамовидные кости).
• 3. Плоские кости (чешуя лобной кости, теменная, затылочная, височная, некоторые кости лицевого черепа, лопатки, тазовые кости).
• 4. Пневматизированные кости (верхняя челюсть, клиновидная, решетчатая, лобная кости, отчасти височная).

Трубчатые кости построены из губчатого и компактного костного вещества, образующего трубку с костномозговой полостью; выполняют все три функции скелета (опору, защиту, движение).

В каждой трубчатой кости можно выделить следующие части:

• — диафиз, или тело кости, — состоит из плотного компактного вещества;
• - эпифизы — расположены на концах каждой трубчатой кости; состоят из губчатого вещества;

метафиз — участок кости между эпифизом и диафизом; в период роста состоит из хрящевой ткани, в последующем замещается костной тканыо;

- апофизы — расположенные вблизи эпифиза костные выступы, к которым прикрепляются мышцы и связки.

Губчатые кости построены преимущественно из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного костного вещества. Среди них различают длинные (ребра, грудина) и короткие (позвонки, кости запястья, предплюсны) губчатые кости.

Среди плоских костей различают: плоские кости черепа (лобную и теменные), имеющих преимущественно защитную функцию; плоские кости поясов (лопатка, тазовые кости) с функциями опоры и защиты.

Пневматизированые кости имеют в своем теле полость, которая изнутри покрыта слизистой оболочкой и заполнена воздухом.

Влияние занятий физической культурой и спортом на рост и развитие костей. Организм человека — эго сложная саморегулирующаяся система, которая находится в динамическом равновесии с окружающим миром. Важную роль в жизнедеятельности человека играет адаптация — способность организма приспосабливаться к изменяющимся условиям существования. Приспособление к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды характерно нс только для всего организма в целом, но и для каждой его клетки в отдельности. Различают генотипическую и фенотипическую адаптацию.

Генотипическая адаптация выявляется на определенной части населения, как результат длительных, на протяжении многих поколений, приспособлений к определенным биоэкологическим условиям среды обитания (пример — расовые признаки). Фенотипическая адаптация есть результат адаптации человека в ходе его индивидуального развития.

Адаптация человека зависит от многих условий, но ведущими являются следующие факторы:

• — специфика и интенсивность внешнего воздействия;
• — норма реакции организма, которая характеризует либо восприимчивость, либо устойчивость организма к фактору воздействия.

Физические нагрузки слабой интенсивности не вызывают заметных изменений в морфофункциональных характеристиках организма. Нагрузки средней интенсивности оказывают стимулирующее влияние на организм. Сильные нагрузки, наоборот, тормозят морфофункциональную перестройку. Однако необходимо отмстить, что оптимальность уровня интенсивности физической нагрузки, так же, как и восприимчивость организма к действию любого средового фактора, строго индивидуальна и зависит от нормы реакции организма на действие этого, конкретного фактора. Норма реакции организма (реактивность) обусловлена генетическими особенностями, зависит от пола, возраста, конституциональных особенностей, физиологического состояния, уровня тренированности. Следует отметить, что норма реакции организма неодинакова для разных его структур и функций.

В основе любых адаптационных, приспособительных реакций организма на влияние воздействия (на примере спортивной деятельности) лежат морфофункциональные процессы, направленные на поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаза. Механизм самозащиты, общий адаптационный синдром (реакция — стресс) описан еще в 1930-е гг. канадским патофизиологом Гансом Селье. В его основе лежат три фазы адаптационной перестройки нейроэндокринной регуляции организма: фаза тревоги, фаза сопротивления и фаза истощения. Следует отметить, что в спортивной деятельности в основе спортивной тренировки лежит механизм общей адаптации организма спортсмена ко все возрастающим физическим нагрузкам. Морфофункциональные адаптационные изменения затрагивают все уровни биологической организации человека — клетки, ткани, органы, системы: исполнения движений (костную, соединение костей, мышечную), обеспечения движений (сердечно-сосудистую, дыхательную, пищеварительную, мочеполовую), регуляции движений (нервную систему, органы чувств, эндокринный аппарат).

На рост костей и, особенно, на их развитие оказывают влияние многие факторы. Так, занятия физическими упражнениями способствуют выработке более совершенных механических свойств кости в смысле сопротивляемости на излом, изгиб, сдавливание, растяжение, скручивание. В этом отношении пластические свойства кости значительны. Изменения функциональных свойств костей под влиянием физических упражнений протекают под постоянным контролем нервной системы.

В процессе занятий физическими упражнениями увеличивается приток крови ко всему двигательному аппарату, в частности к костям, но особенно к тем образованиям двигательного аппарата, на которые при выполнении упражнения падает основная нагрузка. Характер ее при занятиях различными физическими упражнениями неодинаков. Так, у гимнастов во время работы на перекладине или на кольцах нагрузка на верхние конечности гораздо больше, чем у бегунов или прыгунов. При одних упражнениях (в упоре) происходит сдавливание костей верхних конечностей по их длине, при других (в висе) — растягивание их в том же направлении. Постоянная тренировка в этих упражнениях способствует укреплению костных перекладин, идущих в направлении сдавливания и растягивания этих костей. В местах наибольшей нагрузки наблюдаются структурные изменения - увеличивается компактный слой кости, утолщаются костные перекладины, губчатое вещество становится крупноячеистым.

Рост костей в длину продолжается в основном до 18—20 лет, иногда до 25 лет. Как показали экспериментальные исследования Петра Францевича Лесгафта*, чем сильнее работа мышц, тем лучше развивается кость. При этом в местах прикрепления сухожилий образуются выступы (бугры, шероховатости), а на местах прикрепления мышечных пучков — ровные или вогнутые поверхности. Чем сильнее развита мускулатура, тем лучше выражены на костях места прикрепления мышц.

Таким образом, длительные и систематические сокращения мускулатуры, как это имеет место при физических упражнениях, вызывают развитие так называемой рабочей гипертрофии. Для нее характерны: изменение формы, увеличение ширины и длины кости, утолщение компактного вещества и уменьшение размеров мозгового пространства, изменение структуры губчатого вещества, что подтверждает рентгенологический метод исследования. Так, например, ширина костей у тяжелоатлетов по мере увеличения спортивного стажа увеличивается больше, чем у гимнастов; ширина плюсневых костей футболистов превалирует над соответствующими размерами костей лиц, не занимающихся спортом. Соответственно утолщению компактного вещества при рабочей гипертрофии уменьшается костномозговая полость, а также изменяется структура губчатого вещества. При усиленной физической нагрузке ей соответствует крупноячеистая структура. У работников сидячего труда чаще всего встречается мелкоячеистая структура.

В условиях отсутствия физической нагрузки (например, в космическом полете) в состоянии невесомости развивается так называемая остеодистро-

¹ Лесгафт П. Ф. Главные труды / П. Ф. Лесгафт; коммент. В. А. Таймазова, Ю. Ф. Курам - шина, А. Т. Марьяновича. СПб., 2006.

фи я, проявляющаяся в снижении прочности кости, ее сопротивляемости к действию ударных нагрузок за счет снижения минеральной плотности костной ткани и уменьшения содержания солей кальция.

Рассмотрим форму кости на примере позвоночника. Встречаются две основные формы тел позвонков: четырехугольная — у людей, занятия которых не связаны с большой нагрузкой на позвоночник (у пловцов), и клиновидные — у представителей тяжелого физического труда, например у штангистов; при этом клин суживается кпереди.

Таким образом, кость не является застывшей моделью. Она изменяется в течение всей жизни человека и в процессе жизнедеятельности подчиняется ряду биологических законов:

• — приспособления (адаптации) к новым жизненным условиям;
• — единства организма и среды;
• — единства формы и функции;
• — изменчивости в результате упражнения.

В скелете лучших спортсменов обнаруживаются резко выраженные прогрессивные морфофизиологические изменения. Они носят характер гипертрофии, усиливают скелет и, безусловно, являются благоприятными.