Что такое костная система человека
Костная система человека
Костная система человека это, по сути, каркас для всего тела, а части костной системы это как бы отдельные элементы этого каркаса. К ним относятся кости, суставы, хрящи, связки, и все они формируют скелет человека.
Если взять за аналогию кирпичную стену, то можно представить, что кости – это кирпичи, которые соединены цементом – соединительной тканью. Костная система человека насчитывает около 206 костей различной формы и размеров. Их роль заключается не только в создании опоры, своеобразного остова, но и в кроветворении и накапливании различных минералом. Кости это такая же живая ткань, как и, к примеру, ткани кожи, и также может разрушаться или восстанавливаться.
В составе скелета взрослого человека около 205—207 костей, из них 32—34 — непарные, остальные — парные. 23 кости образуют череп, 32—34 — позвоночный столб, 25 — ребра и грудину, 64 — скелет верхних конечностей, 62 — скелет нижних конечностей.
Каждая кость — это орган, форма и структура которого обусловлена функцией. Кости скелета образованы костной и хрящевой тканями, которые относятся к соединительным тканям. Состоят кости из клеток и межклеточного вещества. В состав кости как органа входят собственно костная ткань, надкостница, эндост, суставные хрящи, сосуды и нервы. Кроме того, кости являются вместилищем кроветворного костного мозга. Все указанные образования, объединённые в единое целое, позволяют кости выполнять сложную функцию. Так, кость принимает активное участие в общем обмене веществ, в частности солевом, и представляет собой депо минеральных солей. Состав кости довольно стабилен. В ней содержится 45 % минеральных солей (соли кальция, калия, натрия и других элементов), 25 % воды и 30 % органических веществ. По форме и строению различают:
Длинные кости — бедренная, плечевая и другие. Выполняют функцию рычагов и служат для прикрепления мышц конечностей. В них различают среднюю часть — диафиз и суставные концы — эпифизы. У детей открыты зоны роста — прослойка эпифизарного хряща. Между диафизом и эпифизом у взрослых определяют метафиз.
Плоские кости — кости черепа, лопатка, тазовые кости, грудина, рёбра защищают внутренние органы, некоторые являются основой прикрепления мышц.
Воздухоносные кости — кости черепа и лица — клиновидная, решетчатая, лобная, височная, верхнечелюстная содержат воздухоносные пазухи или ячейки. По структурным особенностям в костях различают губчатое и плотное (корковое) вещество.
Надкостница представляет собой плотную соединительнотканную пластинку, связанную с костью коллагеновыми волокнами. Благодаря деятельности остеобластов и остеокластов происходит рост и построение костной ткани.
У взрослых людей на протяжении большей части жизни соотношение массы скелета и тела удерживается на уровне 20 %. У пожилых и старых этот показатель несколько уменьшается. Сухой, мацерированный (последовательно обезжиренный, отбеленный, высушенный) скелет человека весит 5—6 кг.
Подъязычная кость — единственная кость непосредственно не связанная с другими, — топографически находится на шее, но традиционно относится к костям лицевого отдела черепа. Она подвешена мышцами к костям черепа и соединена с гортанью. Непосредственно к скелету не относятся 6 особых косточек (по три с каждой стороны), расположенных в среднем ухе; слуховые косточки соединяются только друг с другом и участвуют в работе органа слуха, осуществляя передачу колебаний с барабанной перепонки во внутреннее ухо.
Функции скелета
Строение
Скелет человека устроен по общему для всех позвоночных животных принципу. Кости скелета подразделяются на две группы: осевой скелет и добавочный скелет. К осевому скелету относятся кости, лежащие посередине и образующие остов тела; это все кости головы и шеи, позвоночник, рёбра и грудина. Добавочный скелет составляют ключицы, лопатки, кости верхних конечностей, кости таза и кости нижних конечностей.
Осевой скелет
Добавочный скелет
Развитие скелета
В эмбриональном периоде у всех Позвоночных первым зачатком внутреннего скелета является спинная струна (chorda dorsalis), или хорда, происходящая из мезодермы.
Скелет человека в процессе развития последовательно проходит 3 стадии:
Эти все стадии проходят все («вторичные») кости скелета, кроме костей свода черепа, большинства костей лица и части ключицы, которые развиваются без стадии хряща и, соответственно, называются «первичными» или «покровными» костями скелета. Покровные кости можно рассматривать как производные наружного скелета, сместившегося вглубь мезодермы и присоединившегося к внутреннему скелету в качестве его дополнения.
У новорождённого ребёнка в скелете почти 270 костей, что намного больше, чем у взрослого. Такое различие возникло из-за того, что детский скелет содержит большое количество мелких косточек, которые срастаются в крупные кости только к определённому возрасту. Это, например, кости черепа, таза и позвоночника. Крестцовые позвонки, например, срастаются в единую кость (крестец) только в возрасте 18—25 лет. И остаётся 205—207 костей, в зависимости от особенностей организма.
Заболевания
Известно множество заболеваний костной системы. Многие из них сопровождаются ограничением подвижности, а некоторые могут приводить и к полному обездвиживанию человека. Серьёзную угрозу для жизни и здоровья представляют злокачественные и доброкачественные опухоли костей, требующие часто проведения радикального хирургического лечения; обычно поражённую конечность ампутируют. Помимо костей нередко поражаются и суставы. Болезни суставов часто сопровождаются значительным нарушением подвижности и сильными болями. При остеопорозе увеличивается ломкость костей, кости становятся хрупкими; это системное заболевание скелета чаще всего возникает у пожилых людей и у женщин после менопаузы.
♦ Артрит: заболевание костной системы, характеризующееся износом костей и суставов
Артрит существует в двух основных формах. Артроз – это износ наших костей и суставов, который происходит с возрастом. Ожирение является одним из важных факторов, которые могут ускорить остеоартрит, особенно коленей и бедер. Все стыки костей выстланы хрящом и синовиальной жидкостью, которые помогают смазывать сустав во время движений. Со временем эти ткани разрушаются и стираются, что приводит к формированию костной шпоры, совместному сужению, воспалению и боли. Лечение тяжелого остеоартрита заключается в применении обезболивающих средств, а также инъекций стероидов. В запущенных случаях требуется замена сустава.
Аутоиммунный артрит возникает, когда организм атакует свои суставы и повреждает их. Ревматоидный артри т является одним из примеров таких заболеваний. Со временем они приводят к уничтожению суставов и хронической слабости. Лечение направлено на управление болью и модулирует иммунную систему, что позволяет ограничить ее дальнейшее разрушение.
♦ Остеохондроз (от др.-греч. ὀστέον — кость и χόνδρος — хрящ) — комплекс дистрофических нарушений в суставных хрящах. Может развиваться практически в любом суставе, но чаще всего поражаются межпозвонковые диски. В зависимости от локализации выделяют шейный, грудной и поясничный остеохондроз.
♦ Остеопороз: заболевание костной системы, характеризующееся снижением плотности костей
Остеопороз – это уменьшение прочности и минеральной плотности костей. Возраст, гормональный статус и диета играют жизненно важную роль в развитии остеопороза. Кости становятся постепенно слабыми и склонны к переломам с незначительными травмами.
♦ Рахит: заболевание костной системы, связанное с дефицитом витамина Д
Рахит/остеомаляция возникает вследствие сильного дефицита кальция, витамина Д и фосфатов. Кости размягчаются и становятся слабыми, теряют свою нормальную форму. Отмечаются боль в костях, судороги и скелетные деформации.
♦ Тендинит: заболевание костной системы, обусловленное травмой сухожилий
Травма сухожилий приводит к появлению воспаления и боли. Сухожилия «подключают» мышцы к кости и облегчают движения. Болезненными участками являются колено, локоть, запястье и ахиллесовы сухожилия. Лечение включает отдых, прикладывание льда и изменение деятельности до тех пор, пока не произойдет устранение боли и воспаления.
♦ Бурсит: заболевание костной системы, связанное со скоплением жидкости вокруг суставов
Бурса – это специализированная жидкость вокруг наших суставов. Она обеспечивает амортизацию между суставами и близлежащими мышцами, сухожилиями и связками. Известное состояние «воды в колене» является примером преднадколенникового бурсита. Это состояние вызывает боль, покраснение, отек и мягкость тканей. Лечение включает в себя применение таких безрецептурных препаратов, как ибупрофен. Также нужно избегать давления на пораженный участок ткани и отдых.
♦ Врожденные заболевания костной системы
Косолапость – врожденный дефект. Косолапость – это врожденный дефект в развитии одной или обеих ног, которые выгнуты внутрь и вниз. В результате этого заболевания ребенку очень сложно научиться ходить. Часто необходима специализированная ортопедическая терапия или операция.
Спина бифида – это врожденный дефект, который связан с неполным закрытием позвонка вокруг позвоночного канала. Многие люди имеют слабые формы этого заболевания и даже не знают об этом. Более тяжелые формы заболевания сопровождаются нервными дефектами, трудностями при ходьбе, а также проблемами с функцией кишечника и мочевого пузыря.
♦ Другие заболевания костной системы
Несовершенный остеогенез – это спектр заболеваний костной системы, начиная от легких до тяжелых и опасных для жизни. Люди с этими заболеваниями склонны к переломам даже при незначительных травмах. Наиболее тяжелые формы этих заболеваний приводят еще к внутриутробной смерти. У людей с этими заболеваниями склеры (белая часть глаза) часто имеют голубоватый оттенок.
Остеопетроз (мраморная болезнь) – редкое заболевание костной системы, при котором кости становятся буквально окаменевшими и могут легко ломаться.
Болезнь Педжета приводит к тому, что кости ломаются быстрее, чем они могут восстанавливаться. Обычно в организме этот процесс находится в балансе. Однако, при болезни Педжета происходит ускоренный распад костной ткани, а кости становятся хрупкими. Это приводит к повышенному риску переломов.
Что такое костная система человека
Структура костной ткани и кровообращение
Кость представляет собой сложную материю, это сложный анизотропный неравномерный жизненный материал, обладающий упругими и вязкими свойствами, а также хорошей адаптивной функцией. Все превосходные свойства костей составляют неразрывное единство с их функциями.
Форма и структура костей являются различными в зависимости от выполняемых ими функций. Разные части одной и той же кости вследствие своих функциональных различий имеют разную форму и структуру, например, диафиз бедренной кости и головка бедренной кости. Поэтому полное описание свойств, структуры и функций костного материала является важной и сложной задачей.
Структура костной ткани
«Ткань» представляет собой комбинированное образование, состоящее из особых однородных клеток и выполняющих определенную функцию. В костных тканях содержатся три компонента: клетки, волокна и костный матрикс. Ниже представлены характеристики каждого из них:
Клетки: В костных тканях существуют три вида клеток, это остеоциты, остеобласт и остеокласт. Эти три вида клеток взаимно превращаются и взаимно сочетаются друг с другом, поглощая старые кости и порождая новые кости.
Костные клетки находятся внутри костного матрикса, это основные клетки костей в нормальном состоянии, они имеют форму сплющенного эллипсоида. В костных тканях они обеспечивают обмен веществ для поддержания нормального состояния костей, а в особых условиях они могут превращаться в два других вида клеток.
Остеобласт имеет форму куба или карликового столбика, они представляют собой маленькие клеточные выступы, расположенные в довольно правильном порядке и имеют большое и круглое клеточное ядро. Они расположены в одном конце тела клетки, протоплазма имеет щелочные свойства, они могут образовывать межклеточное вещество из волокон и мукополисахаридных белков, а также из щелочной цитоплазмы. Это приводит к осаждению солей кальция в идее игловидных кристаллов, расположенных среди межклеточного вещества, которое затем окружается клетками остеобласта и постепенно превращается в остеобласт.
Остеокласт представляет собой многоядерные гигантские клетки, диаметр может достигать 30 – 100 µm, они чаще всего расположены на поверхности абсорбируемой костной ткани. Их цитоплазма имеет кислотный характер, внутри ее содержится кислотная фосфотаза, способная растворять костные неорганические соли и органические вещества, перенося или выбрасывая их в другие места, тем самым ослабляя или убирая костные ткани в данном месте.
Костные волокна в основном состоит из коллагенового волокна, поэтому оно называется костным коллагеновым волокном, пучки которого расположены послойно правильными рядами. Это волокно плотно соединено с неорганическими составными частями кости, образуя доскообразную структуру, поэтому оно называется костной пластинкой или ламеллярной костью. В одной и той же костной пластинке большая часть волокон расположена параллельно друг другу, а слои волокон в двух соседних пластинках переплетаются в одном направлении, и костные клетки зажаты между пластинками. Вследствие того, что костные пластинки расположены в разных направлениях, то костное вещество обладает довольно высокой прочностью и пластичностью, оно способно рационально воспринимать сжатие со всех направлений.
Морфология кости
С точки зрения морфологии, размеры костей неодинаковы, их можно подразделить на длинные, короткие, плоские кости и кости неправильной формы. Длинные кости имеют форму трубки, средняя часть которых представляет собой диафиз, а оба конца – эпифиз. Эпифиз сравнительно толстый, имеет суставную поверхность, образованную вместе с соседними костями. Длинные кости главным образом располагаются на конечностях. Короткие кости имеют почти кубическую форму, чаще всего находятся в частях тела, испытывающих довольно значительное давление, и в то же время они должны быть подвижными, например, это кости запястья рук и кости предплюсны ног. Плоские кости имеют форму пластинок, они образуют стенки костных полостей и выполняют защитную роль для органов, находящихся внутри этих полостей, например, как кости черепа.
Кость состоит из костного вещества, костного мозга и надкостницы, а также имеет разветвленную сеть кровеносных сосудов и нервов, как показано на рисунке. Длинная бедренная кость состоит из диафиза и двух выпуклых эпифизарных концов. Поверхность каждого эпифизарного конца покрыта хрящом и образует гладкую суставную поверхность. Коэффициент трения в пространстве между хрящами в месте соединения сустава очень мал, он может быть ниже 0.0026. Это самый низкий известный показатель силы трения между твердыми телами, что позволяет хрящу и соседним костным тканям создать высокоэффективный сустав. Эпифизарная пластинка образована из кальцинированного хряща, соединенного с хрящом. Диафиз представляет собой полую кость, стенки которой образованы из плотной кости, которая является довольно толстой по всей ее длине и постепенно утончающейся к краям.
Костный мозг заполняет костномозговую полость и губчатую кость. У плода и у детей в костномозговой полости находится красный костный мозг, это важный орган кроветворения в человеческом организме. В зрелом возрасте мозг в костномозговой полости постепенно замещается жирами и образуется желтый костный мозг, который утрачивает способность к кроветворению, но в костном мозге по-прежнему имеется красный костный мозг, выполняющий эту функцию.
Надкостница представляет собой уплотненную соединительную ткань, тесно прилегающую к поверхности кости. Она содержит кровеносные сосуды и нервы, выполняющие питательную функцию. Внутри надкостницы находится большое количество остеобласта, обладающего высокой активностью, который в период роста и развития человека способен создавать кость и постепенно делать ее толще. Когда кость повреждается, остеобласт, находящийся в состоянии покоя внутри надкостницы, начинает активизироваться и превращается в костные клетки, что имеет важное значение для регенерации и восстановления кости.
Микроструктура кости
Костное вещество в диафизе большей частью представляет собой плотную кость, и лишь возле костномозговой полости имеется небольшое количество губчатой кости. В зависимости от расположения костных пластинок, плотная кость делится на три зоны, как показано на рисунке: кольцевидные пластинки, гаверсовы (Haversion) костные пластинки и межкостные пластинки.
Кольцевидные пластинки представляют собой пластинки, расположенные по окружности на внутренней и внешней стороне диафиза, и они подразделяются на внешние и внутренние кольцевидные пластинки. Внешние кольцевидные пластинки имеют от нескольких до более десятка слоев, они располагаются стройными рядами на внешней стороне диафиза, их поверхность покрыта надкостницей. Мелкие кровеносные сосуды в надкостнице пронизывают внешние кольцевидные пластинки и проникают вглубь костного вещества. Каналы для кровеносных сосудов, проходящие через внешние кольцевидные пластинки, называются фолькмановскими каналами (Volkmann’s Canal). Внутренние кольцевидные пластинки располагаются на поверхности костномозговой полости диафиза, они имеют небольшое количество слоев. Внутренние кольцевидные пластинки покрыты внутренней надкостницей, и через эти пластинки также проходят фолькмановские каналы, соединяющие мелкие кровеносные сосуды с сосудами костного мозга. Костные пластинки, концентрично расположенные между внутренними и внешними кольцевидными пластинками, называются гаверсовыми пластинками. Они имеют от нескольких до более десятка слоев, расположенных параллельно оси кости. В гаверсовых пластинках имеется один продольный маленький канал, называемый гаверсовым каналом, в котором находятся кровеносные сосуды, а также нервы и небольшое количество рыхлой соединительной ткани. Гаверсовы пластинки и гаверсовы каналы образуют гаверсову систему. Вследствие того, что в диафизе имеется большое число гаверсовых систем, эти системы называются остеонами (Osteon). Остеоны имеют цилиндрическую форму, их поверхность покрыта слоем цементина, в котором содержится большое количество неорганических составных частей кости, костного коллагенового волокна и крайне незначительное количество костного матрикса.
Межкостные пластинки представляют собой пластинки неправильной формы, расположенные между остеонами, в них нет гаверсовых каналов и кровеносных сосудов, они состоят из остаточных гаверсовых пластинок.
Внутрикостное кровообращение
В кости имеется система кровообращения, например, на рисунке показа модель кровообращения в плотной длинной кости. В диафизе есть главная питающая артерия и вены. В надкостнице нижней части кости имеется маленькое отверстие, через которое внутрь кости проходит питающая артерия. В костном мозге эта артерия разделяется на верхнюю и нижнюю ветви, каждая из которых в дальнейшем расходится на множество ответвлений, образующих на конечном участке капилляры, питающие ткани мозга и снабжающие питательными веществами плотную кость.
Кровеносные сосуды в конечной части эпифиза соединяются с питающей артерией, входящей в костномозговую полость эпифиза. Кровь в сосудах надкостницы поступает из нее наружу, средняя часть эпифиза в основном снабжается кровью из питающей артерии и лишь небольшое количество крови поступает в эпифиз из сосудов надкостницы. Если питающая артерия повреждается или перерезается при операции, то, возможно, что снабжение кровью эпифиза будет заменяться на питание из надкостницы, поскольку эти кровеносные сосуды взаимно связываются друг с другом при развитии плода.
Кровеносные сосуды в эпифизе проходят в него из боковых частей эпифизарной пластинки, развиваясь, превращаются в эпифизарные артерии, снабжающие кровью мозг эпифиза. Есть также большое количество ответвлений, снабжающих кровью хрящи вокруг эпифиза и его боковые части.
Верхняя часть кости представляет собой суставный хрящ, под которым находится эпифизарная артерия, а еще ниже ростовой хрящ, после чего имеются три вида кости: внутрихрящевая кость, костные пластинки и надкостница. Направление кровотока в этих трех видах кости неодинаково: во внутрихрящевой кости движение крови происходит вверх и наружу, в средней части диафиза сосуды имеют поперечное направление, а в нижней части диафиза сосуды направлены вниз и наружу. Поэтому кровеносные сосуды во всей плотной кости расположены в форме зонтика и расходятся лучеобразно.
Поскольку кровеносные сосуды в кости очень тонкие, и их невозможно наблюдать непосредственно, поэтому изучение динамики кровотока в них довольно затруднительно. В настоящее время с помощью радиоизотопов, внедряемых в кровеносные сосуды кости, судя по количеству их остатков и количеству выделяемого ими тепла в сопоставлении с пропорцией кровотока, можно измерить распределение температур в кости, чтобы определить состояние кровообращения.
В процессе лечения дегенеративно-дистрофических заболеваний суставов безоперационным методом в головке бедренной кости создается внутренняя электрохимическая среда, которая способствует восстановлению нарушенной микроциркуляции и активному удалению продуктов обмена разрушенных заболеванием тканей, стимулирует деление и дифференциацию костных клеток, постепенно замещающих дефект кости.
Костная система
Человеческий скелет состоит из двухсот с небольшим отдельных костей, и почти все они соединяются в одно целое с помощью суставов, связок и других соединений.
В течение жизни скелет постоянно претерпевает изменения. Во время внутриутробного развития хрящевой скелет плода постепенно замещается костным. Этот процесс продолжается также и в течение нескольких лет после рождения. У новорождённого ребенка в скелете почти 270 костей, что намного больше чем у взрослого. Такое различие возникло из-за того, что детский скелет содержит большое количество мелких косточек, которые срастаются в крупные кости только к определённому возрасту. Это, например, кости черепа, таза и позвоночника. Крестцовые позвонки, например, срастаются в единую кость (крестец) только в возрасте 18—25 лет.
Непосредственно к скелету не относятся 6 особых косточек (по три с каждой стороны), расположенных в среднем ухе; слуховые косточки соединяются только друг с другом и участвуют в работе органа слуха, осуществляя передачу колебаний с барабанной перепонки во внутреннее ухо.
Подъязычная кость — единственная косточка непосредственно не связанная с другими, — топографически находится на шее, но традиционно относится к костям лицевого отдела черепа. Она подвешена мышцами к костям черепа и соединена с гортанью.
Самая длинная кость скелета — бедренная кость, а самая маленькая — стремя в среднем ухе.
Содержание
Функции
Помимо механических функций по поддержанию формы тела, обеспечению возможности движения и защите внутренних органов, скелет является также и местом кроветворения: в костном мозге происходит образование новых клеток крови. (Одно из самых распространённых заболеваний, поражающих костный мозг — лейкоз, часто несмотря на лечение приводит к смерти.) Кроме этого, скелет, являясь хранилищем большей части кальция и фосфора организма, играет важную роль в обмене минеральных веществ.
Организация
Скелет человека устроен по общему для всех позвоночных животных принципу. Кости скелета подразделяются на две группы: осевой скелет и добавочный скелет. К осевому скелету относятся кости, лежащие посередине и образующие остов тела; это все кости головы и шеи, позвоночник, рёбра и грудина. Добавочный скелет составляют ключицы, лопатки, кости верхних конечностей, кости таза и кости нижних конечностей.
Половые особенности
Мужской и женский скелет в целом построены по одному типу, и кардинальных различий между ними нет. Они заключаются лишь в немного изменённой форме или размерах отдельных костей и, соответственно, включающих их структур. Вот некоторые из наиболее явных различий. Кости конечностей и пальцев у мужчин в среднем длиннее и толще. У женщин более широкий таз, а также более узкая грудная клетка, менее угловатые челюсти и слабее выражены надбровные дуги и затылочные мыщелки. Существует еще множество более мелких различий.
Некогда распространённое мнение о том, что у мужчины на одно ребро меньше чем у женщины, ошибочно. Библейская легенда о сотворении Евы из ребра Адама не имеет отражения в действительности и произошла из-за ошибки в переводе ивритского слова «цэля» (ивр. צלע ), имеющего значения как «ребро», так и «тень». Скелет и мужчины и женщины имеет 24 ребра, или 12 пар.
Заболевания
Известно множество заболеваний костной системы. Многие из них сопровождаются ограничением подвижности, а некоторые могут приводить и к полному обездвиживанию человека. Серьёзную угрозу для жизни и здоровья представляют злокачественные и доброкачественные опухоли костей, требующие часто проведения радикального хирургического лечения; обычно поражённую конечность ампутируют. Помимо костей нередко поражаются и суставы. Болезни суставов часто сопровождаются значительным нарушением подвижности и сильными болями. При остеопорозе увеличивается ломкость костей, кости становятся хрупкими; это системное заболевание скелета чаще всего возникает у пожилых людей и у женщин после менопаузы.