Скелет (анатомия человека): обзор, функции и строение
Определение скелета
Скелет – это поддерживающий каркас организма. Обычно он сделан из твердой жесткой ткани, которая поддерживает форму тела животного и защищает уязвимые органы.
Для наземных животных скелеты также необходимы для поддержки движения, поскольку ходьба и полет зависят от способности прикладывать силу к жестким рычагам, таким как ноги и крылья.
Членистоногие, такие как насекомые, имеют «экзоскелет» — внешнее покрытие из твердого материала, называемого хитином, который защищает их внутренние ткани и позволяет им ходить, прыгать и летать.
Позвоночные, такие как люди, имеют внутренний скелет, состоящий из ткани, называемой костью, которая придает конечностям жесткость и защищает жизненно важные органы, такие как сердце и мозг.
Термин «позвоночные» на самом деле происходит от определенной части внутреннего скелета — «позвонки» — это маленькие кости, которые заключают в себе и защищают спинной мозг, жизненно важную ткань, которая действует как информационный канал между мозгом и остальными тела.
Скелеты большинства позвоночных, включая человека, состоят из костей. Кости представляют собой сложные структуры, состоящие из множества различных типов тканей, выполняющих как структурные, так и биологические функции.
На изображении ниже показан скелет человека с некоторыми из наиболее важных групп костей, помеченных: другой угол. Это не стандартное положение, встречающееся на большинстве анатомических диаграмм, поэтому имейте в виду, что на большинстве диаграмм обе руки расположены так же, как и левая рука этого скелета.
Здесь мы поговорим подробнее о функциях скелета и структурах, функциях и классификациях его костей.
Функция скелета
У позвоночных, таких как человек, скелет выполняет множество важных функций. Некоторые из них напрямую связаны с назначением всех скелетов обеспечивать структурную поддержку, защиту и поддержку передвижения. Другие являются биологическими функциями, не связанными со структурной поддержкой, которые со временем были приняты костными тканями позвоночных.
К функциям скелета относятся:
Структурная поддержка
Скелет служит жизненно важной цели придания формы телу животного. Некоторые животные, живущие в воде, например, осьминоги, не имеют скелета. Это возможно, потому что их ткани частично поддерживаются окружающей их водой, которая намного тяжелее воздуха и позволяет некоторым структурам тела животного плавать. Вы заметите, что осьминоги не очень хорошо себя чувствуют на суше!
Для наземных животных важно иметь скелет, который борется с силой гравитации, которая в противном случае может препятствовать движению и даже раздавить органы. Вот почему все подвижные наземные животные имеют либо экзоскелет, как у насекомых и пауков, либо внутренний скелет, как у человека и других позвоночных.
Передвижение
Почти все формы передвижения по суше требуют способности использовать жесткие рычаги против окружающей среды. Когда мы идем, кости наших ног представляют собой рычаги, которые воздействуют на землю, толкая нас вперед.
Когда птицы летают, кости их крыльев представляют собой рычаги, которые толкают молекулы воздуха, позволяя им двигаться.
Роль костей в передвижении является основной причиной того, что сломанные кости могут быть смертным приговором для животных в дикой природе. Без неповрежденных рычагов, на которые можно было бы надавить, животные не могут двигаться быстро или вообще не могут двигаться, что, в свою очередь, делает их неспособными найти пищу или убежать от хищников.
Защита
Помимо поддержки структуры тела от силы тяжести и обеспечения возможности передвижения, скелет играет жизненно важную роль в защите важных органов от повреждений. Некоторые важные защитные кости в организме человека включают:
- Череп представляет собой толстый слой кости, защищающий мозг от повреждений.
- Позвоночник, состоящий из «позвонков», от которых «позвоночные» получили свое название, защищает спинной мозг, который является основным нервным шнуром, обеспечивающим связь между мозгом и телом.
- Грудная клетка образует защитный барьер вокруг легких и сердца, без которого тело не сможет снабжать кровью мозг и вскоре умрет.
Тело позвоночных должно искать компромисс между защитой и подвижностью. Наши нижние органы брюшной полости, такие как кишечник, например, не защищены грудной клеткой. Но это отсутствие твердого покрытия вокруг нашего живота позволяет нам наклоняться и перемещать свой вес таким образом, что это значительно повышает нашу подвижность!
Производство клеток крови
У животных с внутренним скелетом кости также выполняют другие жизненно важные биологические функции, не связанные напрямую с их ролью в качестве структурной опоры. У людей одной из наиболее важных из этих ролей является производство клеток крови.
Наши кости состоят из живой ткани. Их внешние ткани твердые и жесткие, а внутренние ткани мягкие и служат другим целям. Внутри наших костей — в части, называемой «костный мозг», — можно найти стволовые клетки, которые создают наши красные и белые кровяные тельца.
Без здорового костного мозга наши тела перестали бы замещать клетки крови и вскоре потеряли бы способность транспортировать кислород и бороться с инфекцией!
Вот почему трансплантацию костного мозга иногда назначают людям с «раком крови». При раке крови, таком как лейкемия, раковые клетки фактически возникают в костном мозге. Эти раковые клетки производят большое количество клеток крови, но клетки крови, которые они производят, не работают должным образом.
В результате у людей с раком стволовых клеток, вырабатывающих лейкоциты, может быть очень высокое количество лейкоцитов, но им трудно бороться с инфекцией, потому что эти лейкоциты, вырабатываемые раковыми стволовыми клетками, не работают должным образом.
При трансплантации костного мозга врачи пытаются убить стволовые клетки в собственном костном мозге пациента, а затем заменить часть костного мозга костным мозгом здорового донора, который может производить здоровые клетки крови.
Хранение
Кости могут хранить богатые калориями жиры и минералы, которые могут понадобиться другим тканям организма позднее.
Твердая часть костной ткани богата кальцием, который в экстренных случаях организм может высвобождать из костей для других целей.
Желтая ткань костного мозга состоит в основном из жира, который может служить местом хранения калорий и питательных веществ.
Ткань красного костного мозга богата железом, необходимым компонентом эритроцитов. Дефицит железа является частой причиной анемии — состояния, при котором недостаточное производство эритроцитов может привести к слабости, утомляемости, головокружению и даже обмороку.
Эндокринная регуляция
Костные клетки выделяют гормон остеокальцин, который влияет на уровень сахара в крови, накопление жира и мужские половые гормоны.
Высвобождение остеокальцина костными клетками побуждает поджелудочную железу выделять больше инсулина, что приводит к снижению уровня сахара в крови и увеличению потребления сахара клетками. Это также заставляет жировые клетки выделять гормон, называемый адипонектином, который способствует расщеплению жира для получения энергии.
Остеокальцин заставляет мужские яички вырабатывать больше тестостерона, а также, как полагают, побуждает организм вырабатывать больше костных клеток.
Сложное взаимодействие между гормонами в организме человека изучено недостаточно. В этом случае возможно, что, стимулируя высвобождение инсулина и расщепление жиров для получения энергии, высвобождается дополнительная энергия, которую организм может использовать для роста большего количества костных клеток.
Типы костей
Хотя все кости состоят из одинаковой ткани, существует несколько различных видов костей, которые имеют разные характеристики и модели роста, что позволяет им выполнять различные функции в организме человека. Это:
Длинные кости
Длинные кости играют жизненно важную роль в передвижении и удержании нашего веса от силы гравитации. К ним относятся длинные кости рук, ног, кистей и стоп.
Длинные кости существенно удлиняются по мере роста человека и имеют на концах «пластинки роста» или «эпифизарные пластинки», где во время роста формируется новая кость.
У детей большая часть клеток крови вырабатывается красным костным мозгом в длинных костях. У взрослых большая часть красного костного мозга в длинных костях заменяется желтым костным мозгом, а образование клеток крови происходит в основном в плоских костях.
Врачи иногда могут определить приблизительный возраст человека, глядя на его эпифизарные пластинки, поскольку они сжимаются и изменяются по мере того, как человек стареет и перестает расти. Этот подход иногда используется для оценки возраста человека или животного на момент смерти судебно-медицинскими экспертами, археологами и палеонтологами.
Короткие кости
Короткие кости представляют собой кости примерно кубической формы, которые обеспечивают поддержку и подвижность в сложных структурах, таких как запястья и лодыжки.
Наши запястья и лодыжки требуют сложного большого диапазона движений, но также требуют чрезвычайной силы и стабильности, особенно наши лодыжки, которые должны выдерживать наш вес.
Чтобы решить эту проблему, тело использует ряд взаимосвязанных костей кубической формы, скрепленных прочными связками. Они обеспечивают прочную структуру, но также могут сдвигаться друг относительно друга, вызывая большие или маленькие изменения в форме и положении наших рук и ног.
Плоские кости
Плоские кости служат в первую очередь для защиты важных органов. Этим костям не требуется такой же диапазон движений, как коротким костям, и они не подвергаются выраженному росту, как длинные кости.
У взрослых большая часть продукции клеток крови происходит в красном костном мозге плоских костей.
Примеры плоских костей включают череп, грудину, ребра и лопатки, которые защищают наши легкие и сердце сзади.
Кости неправильной формы
Кости неправильной формы — это кости сложной формы, которые позволяют им выполнять очень специфические функции. Они часто служат как для защиты внутренних органов, так и для придания структуры телу.
Примеры костей неправильной формы включают сами позвонки, сложная форма которых позволяет им защищать позвоночник со всех сторон, позволяя нашим позвоночникам быть подвижными и гибкими.
Тазовый пояс, который защищает некоторые внутренние органы, а также обеспечивает структурную основу для наших ног, является еще одним примером кости неправильной формы.
Сесамовидные кости
Сесамовидные кости — это кости, встроенные в сухожилия и обеспечивающие дополнительную защиту и амортизацию в зонах тела, подверженных высоким нагрузкам и движениям.
Одним из примеров сесамовидной кости является надколенник — небольшая круглая кость, которая покрывает коленную чашечку и защищает находящиеся под ней сухожилия. Сесамовидные кости также встречаются в руках, коленях и ступнях.
Структура костей
Строение костей лучше всего видно на примере длинных костей, которые подвергаются наибольшему росту и содержат отдельные полости для костного мозга. Длинные кости содержат несколько типов тканей, каждая из которых помогает выполнять функции, которые должны выполнять наши кости.
Анатомия длинной костиК тканям, обнаруженным в наших костях, относятся:
Компактная кость
Компактная кость, также называемая «кортикальной костью», представляет собой твердую внешнюю оболочку всех костей.
Он состоит из «костной ткани», состоящей из «остеоцитов» или костных клеток.
В костной ткани костные клетки окружены твердой матрицей из минералов и белков. Наиболее важным минералом является гидроксиапатит, богатый кальцием и фосфором минерал, который также содержится в зубной эмали и в некоторых природных горных породах.
Гидроксиапатит твердый и твердый, но также склонен к разрушению, поэтому в компактной костной ткани он переплетается с коллагеновыми волокнами. Коллаген — это такой же жесткий, сильный тип белка, который содержится в коже. В результате получается твердая и прочная матрица, обладающая гибкостью и устойчивостью.
Основными структурными единицами кортикального слоя костей являются «остеоны» – микроскопические цилиндры костной ткани. Через центр каждого цилиндра проходит пучок кровеносных сосудов и нервов.
Эта структура крошечных цилиндров гарантирует, что костные клетки получают кислород и питательные вещества, необходимые им для выживания.
Губчатая кость
Губчатая кость, также известная как «губчатая кость», представляет собой кость, имеющую «губчатую» структуру, состоящую из волокон твердой костной ткани, переплетенных с более мягкими тканями, такими как кровеносные сосуды и костный мозг.
Губчатая кость структурно слабее, чем более плотные типы костной ткани, но обеспечивает превосходное место для важных биологических функций, таких как обмен ионов кальция с кровью и производство эритроцитов.
Губчатая кость находится вблизи концов длинных костей и внутри позвонков.
Суставной хрящ
Суставной хрящ, как следует из названия, является таким же прочным, но гибким веществом, из которого состоят наши нос и уши. На концах костей хрящи обеспечивают амортизацию и гибкость, позволяя костям скользить относительно друг друга и обеспечивая движение.
Название «суставной хрящ» происходит от глагола «сочленять», что означает «соединяться суставом». Это означает, что две конструкции соединены, но способны двигаться относительно друг друга из-за стыка между ними.
Боль и травмы могут возникнуть, когда этот сустав разрывается или изнашивается, в результате чего твердые, жесткие поверхности костей непосредственно трутся друг о друга. Разрыв хряща в колене является одной из распространенных спортивных травм, которая может произойти, когда коленный сустав сильно ударяется или сильно выкручивается.
В некоторых случаях хирургическое восстановление хряща необходимо, чтобы избежать повреждения твердых наружных оболочек костей ног от прямого трения друг о друга.
Эпифизарная пластина или эпифизарная линия
Как упоминалось выше, «эпифизар» относится к области кости, где кость может расти, производя новые костные клетки.
У детей и подростков «эпифизарная пластинка» представляет собой место активного роста и образования новой кости; у взрослых сусло этой ткани роста исчезает, и остается «эпифизарная линия», которая показывает, где когда-то происходил рост. Эти эпифизарные области наиболее заметны на концах длинных костей, которые подвергаются интенсивному росту в течение жизни человека.
Эпифизарная пластинка состоит из хряща – того самого прочного, но гибкого вещества, о котором мы слышали ранее. Кости растут, откладывая слой хряща, а затем используя этот хрящ в качестве матрицы для роста новых клеток кости. Таким образом, рост новой кости начинается с гибкости, но становится сильным и твердым, а хрящ помогает направлять форму и характер роста новых клеток кости.
Мягкие области, обеспечивающие рост костей, также можно найти в других типах костей, таких как «родничок» черепа. Родничок — это «мягкое место» на голове ребенка, где мягкие ткани еще не заменены костными клетками, потому что череп все еще должен иметь гибкость, чтобы приспособиться к растущему мозгу.
У взрослых родничок, как и эпифизарная пластинка, исчезает, оставляя лишь след своего существования в виде шва, где срастаются костные пластинки черепа.
Красный костный мозг
Неудивительно, что в красном костном мозге образуются эритроциты. Это также место производства лейкоцитов и тромбоцитов.
При рождении большую часть костного мозга в организме составляет красный мозг; с возрастом около половины этого красного костного мозга превращается в желтый костный мозг, оставляя красный костный мозг в основном возле концов длинных костей и внутри плоских костей, таких как таз и грудина.
Эта богатая железом ткань жизненно важна для здоровья всего организма, поскольку она отвечает за производство транспортных средств, которые доставляют кислород к мозгу и другим органам, а также клеток, предотвращающих инфекции и борющихся с ними.
Заболевания, которые разрушают красный костный мозг или делают его неспособным функционировать, могут привести к тяжелым осложнениям, включая смерть.
Желтый костный мозг
Желтый костный мозг представляет собой жировую ткань, которая содержит стволовые клетки, производящие жир, хрящи и кости. Он не производит клетки крови, а, скорее, функционирует в основном для хранения жира и обеспечения правильной среды для поддержания здоровья окружающих костей.
В случае сильной кровопотери или болезни желтый костный мозг может снова превратиться в красный костный мозг, чтобы заменить потерянные клетки крови.
Надкостница
Надкостница представляет собой мембрану, покрывающую внешнюю поверхность костей. Единственным исключением являются суставы длинных костей, покрытые хрящевой прокладкой.
Надкостница состоит из соединительной ткани, богатой коллагеном. Он также содержит нервные окончания, которые могут чувствовать боль. Это позволяет надкостнице служить двойной цели: защищать наши кости, сопротивляясь травмам, и информировать нас через боль, когда что-то не так.
Надкостница также является местом роста новой кости костными клетками, называемыми «остеобластами», по мере того, как кости растут и становятся толще.
Даже когда новая кость откладывается остеобластами под надкостницей, клетки, называемые «остеокластами», переваривают костную ткань изнутри, расширяя внутреннюю полость кости, содержащую костный мозг, и предотвращая утолщение костной оболочки.
Питательная артерия
Питательная артерия — это часть кровеносной системы, отвечающая за доставку кислорода, питательных веществ и других жизненно важных материалов к костям.
Эти артерии входят в кости через каналы, называемые «отверстиями», которые представляют собой отверстия в костях, которые существуют для того, чтобы артерии могли проникать в костную ткань.
От питательной артерии разветвляются кровеносные сосуды до уровня остеонов, где микроскопические кровеносные сосуды проходят через центр крошечных цилиндров костных клеток.
Если питающие артерии блокируются или повреждаются, это может привести к гибели костной ткани и инфицированию. Хотя кости могут выглядеть как твердая, «мертвая» ткань, они нуждаются в деятельности живых клеток, чтобы оставаться сильными и не становиться добычей опасных патогенов.
Эндост
Эндост — это мембрана, покрывающая внутреннюю часть медуллярных полостей кости — полых пространств, обычно заполненных костным мозгом.
Эндост очень похож на надкостницу, состоящую из тонкого слоя очень жесткой волокнистой ткани, которая также содержит нервные клетки.
Во время голодания организм может поглощать и переваривать эндост вместе с некоторым количеством жира из костного мозга. Это приводит к ослаблению костей, но может помочь организму продолжать функционировать дольше, пока не будут найдены питательные вещества.
Эндост также является местом резорбции кости по мере того, как кости растут и становятся толще. Чтобы твердая оболочка компактной кости не стала слишком толстой, костная ткань поглощается и переваривается клетками, называемыми «остеокластами», внутри костномозговой полости, в то время как новые слои откладываются снаружи кости. под надкостницу.
Этот оригинальный механизм позволяет костям расти как в длину, так и в толщину, одновременно расширяя костно-мозговую полость в тандеме с ростом компактной костной ткани.
Тест
1. Что из перечисленного НЕ является основной функцией скелета?
A.
Обеспечивает структурную поддержку
B. Позволяет двигаться
C. Выводит токсины из крови
D. Производит клетки крови Ответ на вопрос №1
C правильный. A, B и D — все это жизненно важные функции скелета. Скелет, однако, не очищает кровь; эту функцию выполняют печень, почки и селезенка.
2. Что из перечисленного НЕ является изменением скелета в период между рождением и взрослением?
A. Эпифизарные пластинки сморщиваются и становятся эпифизарными линиями
B. Около половины красного костного мозга превращается в желтый костный мозг
C. Несколько костных пластинок в черепе сливаются вместе, образуя одну твердую кость
D Ничего из вышеперечисленного
Ответ на вопрос № 2
D неверен. Все вышеперечисленное – это изменения, происходящие в скелете человека в период между рождением и взрослением!
3.
Какая из следующих комбинаций неправильно соответствует образцу кости и ее типу кости?
A. Череп – плоская кость
B. Позвонок – неправильная кость
C. Бедренная кость – длинная кость
D. Плюсневая кость – короткая кость
Ответ на вопрос №3
D верно. Хотя они намного короче по длине, чем бедро или плечевая кость, плюсневые кости представляют собой длинные кости, которые имеют общие структурные характеристики со своими более крупными собратьями.
Ссылки
- Грей, Генри. Анатомия человеческого тела. London, England, Bounty, 2012.
- Опорно-двигательный аппарат / Анатомия, физиология и нарушения обмена веществ. Summit, NJ, Ciba-Geigy, 1987.
- Zimmermann, Kim Ann. «Скелетная система: факты, функции и болезни». LiveScience,
