§ 20. Значение опорно-двигательного аппарата. Состав, строение и рост костей. Соединения костей

Определения и обозначения

Опорно-двигательный аппарат — это скелет и мышцы. Скелет образуют кости и их соединения, а мышцы прикрепляются к костям и сокращаются, вызывая движения. Вместе они поддерживают тело, сохраняют его форму и защищают внутренние органы.

Костная ткань состоит из клеток и твёрдого межклеточного вещества. В нём есть органические вещества, придающие кости упругость, и минеральные соли, делающие её твёрдой и прочной. Такое сочетание позволяет кости выдерживать нагрузку и не ломаться от каждого движения.

Надкостница — наружная оболочка кости, богатая кровеносными сосудами и нервами. Через неё кость получает питательные вещества, а её внутренний слой участвует в росте кости в толщину и восстановлении после повреждений. Поэтому при травме надкостница имеет большое значение.

Соединения костей — места, где кости соприкасаются или связываются друг с другом. Они бывают неподвижными, полуподвижными и подвижными, то есть суставами. Разный способ соединения помогает каждой части скелета выполнять свою задачу: защищать органы, сохранять устойчивость или обеспечивать движения.

Как это устроено

Скелет служит каркасом тела: кости поддерживают мягкие ткани и не дают телу потерять форму. Мышцы прикреплены к костям и при сокращении тянут их, поэтому движение происходит совместно с суставами. Кости черепа защищают головной мозг, грудная клетка — сердце и лёгкие, а позвоночник — спинной мозг. Кроме того, внутри некоторых костей образуются клетки крови.

Прочность кости объясняется минеральными солями, главным образом соединениями кальция и фосфора. Органические вещества делают её не хрупкой, а упругой, поэтому кость может немного изменять форму под нагрузкой. Если удалить соли, кость станет гибкой, а после сжигания органическая часть исчезнет и останется ломкий минеральный остаток. Значит, полноценные свойства кости создаёт сочетание двух компонентов.

Трубчатая кость снаружи покрыта надкостницей, под которой находится плотное компактное вещество. В средней части оно окружает костномозговую полость, а у концов внутри больше губчатого вещества, построенного из костных перекладин. Такая конструкция уменьшает массу кости и одновременно распределяет нагрузку. В полости взрослой кости обычно находится жёлтый костный мозг, а в губчатом веществе многих костей сохраняется красный костный мозг, где образуются клетки крови.

Рост кости в длину происходит в хрящевых зонах около её концов: клетки хряща делятся, а затем постепенно заменяются костной тканью. В толщину кость увеличивается благодаря клеткам внутреннего слоя надкостницы, которые откладывают новые костные слои. Рост прекращается, когда хрящевые зоны окостеневают и деление клеток уже не обеспечивает удлинение. После этого кость всё равно может перестраиваться и восстанавливаться при повреждениях.

Неподвижные соединения почти не позволяют костям смещаться, поэтому особенно полезны там, где нужна защита. Полуподвижные соединения допускают небольшие движения и смягчают нагрузку, как между позвонками. В суставе кости имеют покрытые хрящом поверхности, окружены капсулой и образуют суставную полость. Суставная жидкость уменьшает трение, а связки укрепляют соединение и ограничивают чрезмерные движения.

Типы соединений костей

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, насколько свободно могут двигаться соединённые кости. Затем найдите особенность строения, которая это объясняет, и сравните её с примером. Наличие суставной полости сразу указывает на подвижное соединение.

Разбор задач

Свойства кости после опытов

Условие. После удаления минеральных солей кость стала гибкой, а после сжигания — хрупкой. Нужно определить, какие вещества обеспечивают её упругость, твёрдость и прочность.

1. При удалении минеральных солей остаётся органическая часть кости. Раз кость стала гибкой, органические вещества отвечают за упругость.
2. При сжигании органические вещества разрушаются, остаётся минеральный остаток. Его хрупкость показывает, что без органической основы соли не обеспечивают упругость.
3. Следовательно, минеральные соли придают кости твёрдость и прочность, но для целостности и упругости нужны оба компонента.

Ответ. Органические вещества обеспечивают упругость кости, а минеральные соли — её твёрдость и прочность. Только вместе они создают нормальные свойства костной ткани.

Часть трубчатой кости

Условие. По описанию нужно определить часть трубчатой кости, которая обеспечивает рост в толщину и восстановление после перелома. Она расположена снаружи и содержит кровеносные сосуды.

1. Костномозговая полость находится внутри кости и в основном содержит костный мозг, поэтому она не подходит.
2. Компактное вещество образует плотный слой и выдерживает нагрузку, но само описание наружной оболочки к нему не относится.
3. Надкостница покрывает кость снаружи, питает её и содержит клетки, формирующие новые костные слои.

Ответ. Это надкостница. Она обеспечивает рост кости в толщину и участвует в восстановлении повреждённой костной ткани.

Типы соединений

Условие. Нужно определить тип соединения костей черепа, позвоночника и плечевого сустава и объяснить различия в подвижности. Для этого сопоставим строение каждого соединения с его функцией.

1. Кости черепа соединены швами, почти не смещаются и защищают головной мозг. Это неподвижное соединение.
2. Позвонки связаны хрящевыми прослойками и связками, поэтому возможны небольшие движения, а нагрузка смягчается. Это полуподвижное соединение.
3. Плечевой сустав имеет суставную полость, хрящ и капсулу, поэтому кости могут свободно двигаться относительно друг друга. Это подвижное соединение.

Ответ. Швы черепа — неподвижные, соединения позвонков — полуподвижные, плечевой сустав — подвижный. Степень подвижности соответствует назначению части скелета: защите, амортизации или движению.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что кость состоит только из минеральных солей. Так думают из-за её твёрдости, но без органических веществ она была бы хрупкой. Проверка: вспомните опыт с удалением солей и назовите роль каждого компонента.

Ошибка: путать надкостницу с костным мозгом. Надкостница покрывает кость снаружи, а костный мозг находится внутри, в губчатом веществе или костномозговой полости. Проверка: мысленно проведите путь от поверхности кости к центру.

Ошибка: утверждать, что кость растёт только в длину. Удлинение связано с хрящевыми зонами, но утолщение происходит благодаря клеткам надкостницы. Проверка: отдельно назовите место продольного и поперечного роста.

Ошибка: называть любое соединение костей суставом. Суставом является только подвижное соединение с суставной полостью, капсулой и хрящевыми поверхностями. Проверка: ищите не просто контакт костей, а полный набор частей сустава.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о клетках и тканях, особенно о хрящевой ткани, а также представление о работе мышц. Позже эти сведения помогут объяснить осанку, профилактику переломов и первую помощь при травмах. Связь с физикой проявляется в том, что кости и мышцы работают как система рычагов: мышцы создают силу, а кости перемещаются вокруг суставов.

Что запомнить

• Опорно-двигательный аппарат включает скелет и мышцы.
• Кости обеспечивают опору, движение, защиту органов и участвуют в кроветворении.
• Органические вещества придают кости упругость, а минеральные соли — твёрдость.
• Трубчатая кость состоит из надкостницы, компактного и губчатого вещества и костномозговой полости.
• Кость растёт в длину в области хрящевых зон, а в толщину — за счёт надкостницы.
• Соединения костей бывают неподвижными, полуподвижными и подвижными.
• Сустав обеспечивает движение благодаря суставным поверхностям, хрящу, капсуле и суставной жидкости.