Опора и движение (система органов движения)

Определения и обозначения

Опорно-двигательная система — совокупность костей, их соединений и мышц, обеспечивающая опору, движение и защиту органов. Проще говоря, это единая система, которая удерживает тело и позволяет ему двигаться. Такое определение помогает понять, почему нельзя рассматривать скелет, суставы и мышцы полностью отдельно.

Скелет — система костей и их соединений, образующая основу тела и выполняющая опорную и защитную функции. Кости поддерживают мягкие ткани, а их соединения определяют, какие части тела могут двигаться. Скелет нужен не только для формы тела: он также защищает наиболее уязвимые органы.

Сустав — подвижное соединение костей, позволяющее изменять положение частей тела. В суставе кости могут сгибаться, разгибаться или совершать другие движения относительно друг друга. Это понятие важно отличать от любого соединения костей, потому что некоторые соединения почти или совсем неподвижны.

Мышца — орган, способный сокращаться и создавать силу для движения костей. При сокращении мышца укорачивается и тянет кость в месте прикрепления. Поэтому мышцы являются активной частью системы и приводят в действие костные рычаги.

Как это устроено

Опорно-двигательная система делится на пассивную и активную части, потому что они выполняют разные механические задачи. Скелет и соединения костей не сокращаются, но образуют опору и рычаги. Мышцы сокращаются и создают силу, которая передаётся костям через места прикрепления. Движение появляется только при согласованной работе обеих частей.

Скелет образует опору тела, поскольку его кости соединены в прочную конструкцию, способную выдерживать нагрузку. Он сохраняет форму тела и поддерживает мягкие ткани. Череп защищает головной мозг, позвоночник — спинной мозг, а грудная клетка — сердце и лёгкие. Такое расположение костей объясняет, почему защитная функция связана с формой и строением отдельных отделов скелета.

Строение кости помогает ей быть одновременно прочной и достаточно лёгкой. Плотное вещество особенно хорошо выдерживает нагрузку, а губчатое вещество с перекладинами распределяет её и уменьшает массу. Снаружи кость покрыта надкостницей, в которой проходят сосуды и нервы и благодаря которой кость растёт и восстанавливается. Внутри длинных костей находится костномозговая полость, что также снижает вес конструкции.

Разные соединения костей обеспечивают разную степень подвижности, потому что части тела испытывают неодинаковые нагрузки. Неподвижные соединения надёжно защищают органы, полуподвижные позволяют немного изменять положение костей и смягчать толчки. Подвижные соединения, или суставы, дают широкий диапазон движений. Так, кости черепа почти неподвижны, позвонки соединены более подвижно, а кости конечностей образуют суставы.

Мышцы приводят кости в движение, сокращаясь и изменяя их положение вокруг суставов. Одна мышца может тянуть кость только в свою сторону, поэтому противоположные движения выполняют мышцы-антагонисты или группы мышц. Например, одна мышца сгибает руку, а другая разгибает её. Сустав необходим потому, что именно в нём кость может повернуться или изменить угол относительно соседней кости.

Части опорно-двигательной системы и их функции

Таблица помогает сопоставить строение каждой части системы с её ролью. При повторении сначала назовите часть, затем вспомните её особенности и только после этого — функцию и пример. Особенно важно увидеть, что скелет создаёт опору, сустав обеспечивает подвижность, а мышцы создают силу.

Разбор задач

Сгибание руки в локтевом суставе

Условие. Нужно объяснить, какие части опорно-двигательной системы обеспечивают сгибание руки в локтевом суставе. Следует назвать не только мышцы, но и кости с соединением между ними. Ответ должен показать, как все элементы действуют вместе.

1. Определяем кости: плечeвая кость и кости предплечья работают как рычаги.
2. Находим соединение: локтевой сустав подвижно соединяет плечо и предплечье и задаёт ось движения.
3. Определяем источник силы: при сокращении двуглавой мышцы плеча она тянет кости предплечья и уменьшает угол в суставе.
4. Связываем элементы: мышца создаёт силу, сустав направляет движение, а кости перемещаются как рычаги.

Ответ. Сгибание руки обеспечивают плечeвая кость и кости предплечья, локтевой сустав и двуглавая мышца плеча. Кости выполняют роль рычагов, сустав даёт подвижность, а мышца создаёт силу сокращением. Без любого из этих элементов движение было бы невозможным.

Функции позвоночника, грудной клетки и черепа

Условие. Нужно определить, какие функции выполняют позвоночник, грудная клетка и череп. Для решения надо связать положение каждого отдела скелета с органами, которые он поддерживает или защищает. Один и тот же отдел может выполнять сразу несколько функций.

1. Рассматриваем позвоночник: он поддерживает туловище, сохраняет вертикальное положение тела и защищает спинной мозг.
2. Рассматриваем грудную клетку: рёбра и грудина образуют защитный каркас для сердца и лёгких, а также участвуют в движениях дыхания.
3. Рассматриваем череп: его кости защищают головной мозг и образуют опору для органов чувств.
4. Сравниваем результаты: все три отдела выполняют защитную функцию, но защищают разные органы и по-разному участвуют в опоре.

Ответ. Позвоночник поддерживает тело и защищает спинной мозг. Грудная клетка защищает сердце и лёгкие, а череп — головной мозг. Следовательно, строение каждого отдела соответствует его расположению и защищаемым органам.

Работа мышц-антагонистов

Условие. Нужно объяснить, почему при сокращении одной мышцы конечность сгибается, а при сокращении другой — разгибается. Речь идёт о мышцах-антагонистах, которые действуют в противоположных направлениях. Примером служат двуглавая и трёхглавая мышцы плеча.

1. Определяем сустав: в локтевом суставе кости предплечья могут менять положение относительно плечевой кости.
2. Рассматриваем сгибание: сокращение двуглавой мышцы тянет предплечье и уменьшает угол между плечом и предплечьем.
3. Рассматриваем разгибание: сокращение трёхглавой мышцы тянет кость в противоположную сторону и увеличивает угол в суставе.
4. Делаем вывод: мышцы не толкают кости, а поочерёдно тянут их, создавая противоположные движения.

Ответ. Конечность сгибается или разгибается в зависимости от того, какая мышца сокращается. Мышцы-антагонисты прикреплены так, что их тяга изменяет положение костей в противоположных направлениях. Сустав обеспечивает возможность такого перемещения.

Типичные ошибки

Ошибка: считать кости и мышцы одинаково активными органами движения. Так происходит, если не различать опору и источник силы; проверить себя можно вопросом: что именно сокращается?

Ошибка: называть суставом любое соединение костей. Такое смешение возникает из-за бытового употребления слова; нужно выяснить, есть ли в соединении заметная подвижность.

Ошибка: полагать, что мышца толкает кость. Мышца только сокращается и тянет место прикрепления, поэтому для обратного движения нужна другая мышца.

Ошибка: смешивать функции скелета и мышц. Скелет главным образом поддерживает и защищает, а мышцы создают движение и помогают сохранять позу; это легко проверить по характеру действия органа.

Связь с другими темами

До изучения темы нужны знания об уровнях организации организма, клетках и тканях, особенно о свойствах мышечной ткани. Эти сведения помогают понять, почему мышца сокращается, а кость выполняет опорную роль.

Тема пригодится при изучении профилактики нарушений осанки, травм и первой помощи. Она также связана с работой нервной системы, которая управляет сокращениями мышц.

С физикой тему связывает понятие рычага: кости действуют как рычаги, а суставы — как подвижные опоры. Поэтому положение кости и место прикрепления мышцы влияют на движение.

Что запомнить

• Опорно-двигательная система включает скелет, соединения костей и мышцы.
• Скелет является пассивной частью системы органов движения.
• Мышцы являются активной частью системы органов движения.
• Кости выполняют опорную, защитную и двигательную функции.
• Сустав обеспечивает подвижное соединение костей.
• Мышцы часто работают парами-антагонистами.
• Движение возникает благодаря совместной работе мышц, суставов и костей.