Раздел 5. Опора и движение

Определения и обозначения

Опорно-двигательная система — совокупность скелета, мышц и соединений костей. Скелет образует опору тела, мышцы создают движения, а соединения обеспечивают нужную подвижность. Вместе эти органы также защищают некоторые внутренние органы, поэтому система важна и для движения, и для сохранения целостности тела.

Скелет — совокупность костей, соединённых между собой; его основные отделы — череп, скелет туловища и скелет конечностей. Череп и грудная клетка защищают органы, а кости конечностей участвуют в движениях. Такое деление помогает понять, где расположены кости и какие задачи они выполняют.

Сустав — подвижное соединение костей, в котором их концы покрыты суставным хрящом и окружены суставной капсулой. Внутри находится суставная жидкость: хрящ смягчает соприкосновение, а жидкость уменьшает трение. Благодаря этим частям кости могут двигаться плавно и не стираются быстро.

Скелетная мышца — орган, который при сокращении укорачивается и тянет кость за место прикрепления. Сокращение мышцы передаёт кости усилие, поэтому она перемещается в суставе. Мышцы нужны не только для движения конечностей: они также помогают удерживать тело в определённом положении.

Как это устроено

Скелет поддерживает тело, потому что его кости образуют прочную основу, на которой располагаются мягкие ткани. Он защищает внутренние органы: например, череп окружает головной мозг, а рёбра вместе с грудиной прикрывают сердце и лёгкие. К костям прикрепляются мышцы, поэтому скелет служит для них опорой и помогает передавать усилие при движении.

Кость состоит из костной ткани, клеток, кровеносных сосудов и нервов; снаружи её покрывает оболочка, а внутри находится костный мозг. Минеральные вещества придают кости твёрдость, а органические компоненты помогают ей сохранять упругость, поэтому кость одновременно прочная и не слишком хрупкая. Клетки получают питание через сосуды и участвуют в обновлении ткани — именно поэтому кость живая, а не просто нежёсткая деталь скелета.

В длину кости растут благодаря участкам хрящевой ткани возле их концов: там образуется новая ткань, которая постепенно замещается костной. В толщину кость увеличивается за счёт клеток оболочки, нарастающих снаружи. Для роста нужны вещества из полноценного питания, а физическая активность создаёт полезную нагрузку, стимулирующую развитие костей; без движения и питания их развитие может нарушаться.

При неподвижном соединении кости скреплены настолько прочно, что заметно перемещаться не могут; пример — швы между костями черепа. Полуподвижное соединение допускает небольшие движения благодаря упругим прослойкам между костями, как между позвонками. В подвижном соединении, то есть суставе, кости могут перемещаться относительно друг друга, поэтому оно позволяет сгибать и разгибать конечности.

Мышцы прикрепляются к костям и при сокращении тянут их, изменяя положение в суставе. Часто движение обеспечивают мышцы-антагонисты — мышцы, выполняющие противоположные действия: когда одна сокращается, другая расслабляется. Это необходимо, потому что мышца активно тянет кость, но не может сама толкнуть её в обратном направлении; для обратного движения нужна работа другой мышцы.

Типы соединения костей

Таблица показывает, как устройство соединения связано с возможностью двигать кости. Сопоставляйте сначала строение, а затем примеры: так легче определить тип соединения. У одного скелета есть все три типа, потому что разным его частям нужны разные сочетания прочности и подвижности.

Разбор задач

Шов между костями черепа

Условие. Определите, какой тип соединения костей образует шов между костями черепа. Нужно сопоставить пример с особенностями трёх типов соединений, а не просто ориентироваться на название. Важно выяснить, могут ли кости заметно двигаться друг относительно друга.

1. Шов прочно соединяет соседние кости черепа.
2. В таком соединении нет подвижного сочленения, как в суставе, и кости не перемещаются при обычных движениях тела.
3. По таблице соединения без заметной подвижности относятся к неподвижным.

Ответ. Шов между костями черепа — неподвижное соединение. Оно сохраняет прочность черепа и помогает защищать головной мозг.

Движение костей предплечья и черепа

Условие. Объясните, почему кости предплечья могут двигаться относительно плечевой кости, а кости черепа — нет. Для ответа сравните не сами кости, а способы, которыми они соединены. Именно устройство соединения определяет степень подвижности.

1. Кости предплечья и плечевая кость соединяются в области локтя подвижно, образуя сустав.
2. В суставе концы костей покрыты хрящом, а суставная жидкость уменьшает трение, поэтому поверхности могут двигаться относительно друг друга.
3. Кости черепа соединены швами, которые прочно скрепляют их и не дают им свободно перемещаться.

Ответ. Предплечье движется благодаря подвижному локтевому суставу, а кости черепа связаны неподвижными швами. Разница в движении объясняется строением соединений.

Сгибание и разгибание руки в локте

Условие. При сгибании руки в локте бицепс сокращается. Объясните, что происходит с костью предплечья и почему для разгибания нужна другая мышца. Проследите, как усилие мышцы передаётся кости, и учтите противоположную работу мышц.

1. При сокращении бицепс укорачивается и тянет кость предплечья за место прикрепления.
2. Предплечье перемещается в локтевом суставе, и рука сгибается.
3. Для разгибания нужно потянуть предплечье в обратном направлении; бицепс не может активно толкнуть его назад.
4. Поэтому сокращается другая мышца-антагонист, а бицепс расслабляется.

Ответ. При сгибании предплечье перемещается к плечу под действием тяги сокращённого бицепса. Разгибание обеспечивает другая мышца, которая тянет кость в противоположную сторону.

Типичные ошибки

Ошибка: считать кость неживой тканью. Кость кажется твёрдым материалом, поэтому её можно принять за неживую часть тела. Но в ней есть клетки, сосуды и нервы, а сама она растёт и восстанавливается. Проверь себя: если ткань получает питание и способна обновляться, она живая.

Ошибка: путать скелет с опорно-двигательной системой. Скелет — это кости, а система включает также мышцы и соединения костей. Их легко смешать, потому что они действуют вместе, но названия обозначают разный состав органов. Проверь себя: если в ответе есть только кости, ты описал скелет, а не всю систему.

Ошибка: думать, что мышца толкает кость. Движение в обе стороны может создать впечатление, будто мышца толкает конечность. На самом деле сокращённая мышца тянет кость за место прикрепления, а обратное движение выполняет другая мышца. Проверь себя: представь, что мышца укорачивается, — она приблизит место прикрепления, а не оттолкнёт его.

Ошибка: считать, что при движении работает только одна мышца. Иногда заметно сокращение лишь одной мышцы, поэтому роль остальных легко не заметить. Обычно движению помогают группы мышц: одни сокращаются, другие расслабляются или стабилизируют положение тела. Проверь себя: подумай, какая мышца сможет вернуть часть тела обратно, если первая только тянет её в одну сторону.

Связь с другими темами

Для изучения опорно-двигательной системы полезно знать основные ткани и понимать, что органы объединяются в системы: кость и мышца имеют разное строение, но работают сообща. Строение костей и суставов важно при изучении профилактики травм, первой помощи и сохранения здоровья. Связь с физикой заметна в движениях тела: мышцы прикладывают силу, а кости работают как рычаги, помогая перемещать части тела.

Что запомнить

• Опорно-двигательная система включает скелет и мышцы.
• Скелет поддерживает тело, защищает органы и служит опорой для мышц.
• Кость — живая ткань, способная расти и восстанавливаться.
• Кости соединяются неподвижно, полуподвижно или подвижно.
• Сустав обеспечивает подвижное соединение костей.
• Мышцы приводят кости в движение, сокращаясь и передавая им усилие.
• Многие мышцы работают парами: сокращение одной сопровождается расслаблением другой.