Опора и движение

Определения и обозначения

Опорно-двигательная система — это скелет и мышцы, которые вместе поддерживают тело и обеспечивают его движения. Скелет задаёт телу форму, а мышцы приводят его части в движение. Благодаря совместной работе этих компонентов человек может стоять, ходить и выполнять разные действия.

Скелет — совокупность костей, поддерживающих тело, защищающих внутренние органы и служащих местом прикрепления мышц. Кости образуют основу тела и помогают сохранять его форму. Они также создают прочную защиту для особенно уязвимых органов.

Сустав — подвижное соединение костей. Его основные части — соединяющиеся поверхности костей, покрытые хрящом, суставная капсула и полость с суставной жидкостью; связки укрепляют соединение. Жидкость смазывает поверхности, поэтому кости легче скользят друг относительно друга.

Скелетная мышца — орган, способный сокращаться и тянуть прикреплённые к костям части скелета. Мышца не толкает кость, а передаёт ей усилие при сокращении. Благодаря этому меняется положение костей и происходит движение.

Как это устроено

Кость должна быть прочной, но при этом не слишком тяжёлой, чтобы тело могло двигаться. Её наружный слой образован плотным компактным веществом, которое хорошо выдерживает нагрузку, а внутри находится более лёгкое губчатое вещество. Снаружи кость покрыта надкостницей — оболочкой с сосудами и нервами, которая участвует в питании и восстановлении кости. Внутренние полости содержат костный мозг, где образуются клетки крови или запасаются жиры.

Костная ткань одновременно твёрдая и упругая благодаря сочетанию веществ разного типа. Минеральные соли придают ей твёрдость, поэтому кость может выдерживать давление. Органические вещества, прежде всего белковые волокна, делают её упругой и помогают сопротивляться изгибу. Если одного из компонентов становится меньше, свойства кости меняются: она может стать более хрупкой или, наоборот, мягкой.

Кости соединяются по-разному, потому что одним частям тела нужна неподвижность, а другим — гибкость или большая свобода движения. При неподвижном соединении кости прочно связаны, что подходит для защиты, например в черепе. Полуподвижное соединение позволяет совершать небольшие движения и амортизировать нагрузку, как между позвонками. Подвижные соединения нужны конечностям, чтобы сгибаться и разгибаться.

В суставе концы костей покрыты гладким хрящом, который смягчает соприкосновение. Суставная капсула окружает соединение, а суставная жидкость уменьшает трение между поверхностями при движении. Связки укрепляют сустав и помогают удерживать кости в правильном положении. Такое устройство позволяет костям двигаться, не стираясь друг о друга при каждом сгибании.

Мышца приводит кость в движение, когда её волокна сокращаются и укорачиваются. Усилие передаётся на кость через сухожилия — прочные образования, которыми мышца прикрепляется к скелету. Для движения в противоположных направлениях обычно работают мышцы-антагонисты: пока одна сокращается, другая расслабляется. При обратном движении они меняются ролями, поэтому сустав может сгибаться и разгибаться.

Кости и их соединения: строение и функции

Таблица помогает сравнить способы соединения костей по их устройству, подвижности и назначению. Сопоставьте примеры с частями тела: так легче понять, почему в одних местах нужна защита, а в других — движение. Подвижность указана относительно соединённых костей.

Разбор задач

Задача 1. Назовите две функции скелета и укажите, какие части скелета защищают головной и спинной мозг. Чтобы ответить, нужно вспомнить общие задачи скелета, а затем связать защиту каждого мозга с его расположением. Не следует путать защиту с движением: обе функции важны, но выполняют разные задачи.

1. Сначала назовём две функции: скелет поддерживает тело и защищает внутренние органы. Кроме того, к костям прикрепляются мышцы, но для ответа достаточно выбрать две функции.
2. Головной мозг расположен внутри черепа, поэтому его защищают кости черепа. Эта костная оболочка окружает мозг и предохраняет его от повреждений.
3. Спинной мозг проходит внутри позвоночного канала. Его окружают и защищают позвонки, образующие позвоночник.

Ответ. Скелет поддерживает тело и защищает внутренние органы. Головной мозг защищает череп, а спинной мозг — позвоночник.

Задача 2. В образце кости после обработки исчезли органические вещества; предскажите, как изменятся её свойства, и объясните почему. Важно разделить роль органических веществ и минеральных солей, а не приписывать костям только твёрдость. Затем нужно определить, какой компонент остался и какое свойство он обеспечивает.

1. Органические вещества придают костной ткани упругость и помогают ей сопротивляться изгибу. После их удаления кость теряет это свойство.
2. Минеральные соли в образце сохраняются и продолжают обеспечивать твёрдость. Однако оставшаяся кость уже не будет достаточно упругой.
3. Значит, образец станет более хрупким и будет легче ломаться при сгибании или ударе. Причина — исчезновение органической основы, смягчавшей действие нагрузки.

Ответ. Кость станет хрупкой и будет легче ломаться: минеральные соли сохранят её твёрдость, но без органических веществ исчезнет значительная часть упругости.

Задача 3. При сгибании руки в локте одна мышца сокращается, а другая расслабляется. Объясните, как это приводит к движению предплечья. Чтобы разобраться, проследим передачу усилия от мышцы к кости и учтём, что мышцы, действующие противоположно, работают согласованно.

1. Сокращающаяся мышца укорачивается и тянет за сухожилие кость, к которой прикреплена. Так усилие мышцы передаётся предплечью.
2. Кости руки соединены в локтевом суставе, поэтому предплечье может повернуться относительно плеча. Расслабленная мышца не мешает этому движению.
3. Мышцы-антагонисты способны выполнять противоположные действия. Для сгибания одна из них сокращается, а другая расслабляется; для разгибания их роли меняются.

Ответ. Сокращающаяся мышца через сухожилие тянет кость предплечья, и та движется в локтевом суставе. Расслабление мышцы-антагониста позволяет движению произойти.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что кости сами совершают движения. Кости действительно меняют положение, но усилие создают сокращающиеся мышцы, прикреплённые к ним. Ошибку легко допустить, если видеть движение конечности, но не учитывать работу мышц. Проверьте себя: проследите, что тянет кость при сгибании, — ответом будет мышца через сухожилие.

Ошибка: называть суставом любое соединение костей. Сустав — только подвижное соединение, а некоторые кости соединены неподвижно или полуподвижно. Такое заблуждение возникает, если воспринимать слово «соединение» как синоним сустава. Для проверки спросите, могут ли кости свободно двигаться относительно друг друга.

Ошибка: думать, что твёрдость кости обеспечивают только органические вещества. На самом деле минеральные соли придают кости твёрдость, а органические вещества — упругость. Путаница появляется, если свести прочность к одному свойству. Проверьте себя, вспомнив результат удаления каждого компонента: без органических веществ кость становится хрупкой, а не мягкой и гибкой.

Ошибка: считать, что при любом движении мышцы только сокращаются. Мышцы-антагонисты действуют согласованно: одна сокращается, а другая расслабляется, а при обратном движении их роли меняются. Можно ошибиться, если представить движение как работу одной мышцы. Проверьте себя, назвав, какая мышца должна расслабиться, чтобы кость смогла переместиться в нужную сторону.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в теме, пригодятся знания об основных тканях организма, особенно о мышечной ткани, и умение отличать орган от системы органов. Эти понятия помогают понять, почему мышца — отдельный орган, а скелет и мышцы вместе образуют систему. Знание устройства костей, суставов и мышц понадобится при изучении осанки, профилактики нарушений опорно-двигательной системы и первой помощи при травмах костей и суставов. Понимание работы суставов и мышц также помогает объяснить движения тела во время физической нагрузки.

Что запомнить

• Скелет и мышцы образуют опорно-двигательную систему.
• Скелет поддерживает тело и защищает внутренние органы.
• Кости сочетают прочность и упругость благодаря разным компонентам костной ткани.
• Кости соединяются неподвижно, полуподвижно или подвижно.
• Сустав обеспечивает подвижное соединение костей.
• Мышцы приводят кости в движение, сокращаясь и расслабляясь.
• Мышцы-антагонисты действуют согласованно.