Краткие сведения о строении и функционировании опорно-двигательного аппарата человека

Краткие сведения о строении и функционировании опорно-двигательного аппарата человека

Опорно-двигательный аппарат человека состоит из костей (совокупность которых называется скелетом), соединений между ними (суставы и связки) и мышц.

Без скелета (от греч. skeletos – высушенный) наше тело было бы бесформенной массой мышц, кровеносных сосудов и внутренних органов. Но упругие, твердые кости образуют прочный остов, поддерживающий все остальные части тела. Трудясь вместе с мышцами, скелет дает нам полную свободу бегать, прыгать и сгибаться в разные стороны.

Скелет человека состоит более чем из 200 костей и делится на кости черепа, туловища, верхних и нижних конечностей (рис. 1). Часть костей соединена между собой неподвижно (кости черепа, таза) или полуподвижно (позвонки, кости запястья и плюсны), часть – подвижно с помощью суставов (большинство костей конечностей).

В зависимости от формы суставных поверхностей суставы могут иметь одну, две и даже больше осей движения. Каждый сустав, как правило, имеет суставную сумку и несколько связок, которые его укрепляют и ограничивают в нем движения в определенных направлениях.

Кости, соединенные между собой с помощью суставов, являются как бы системой рычагов 1 и 2 рода, приводимых в движения мышцами. Почти все мышцы прикрепляются к костям с помощью сухожилий. Всего в теле человека насчитывается около 500 мышц (рис. 2, а, б). Каждая мышца снабжена большим количеством кровеносных и лимфатических сосудов, а также нервами. По одним кровеносным сосудам (артериям) к мышцам притекает кровь, приносящая им кислород и питательные вещества. По другим кровеносным сосудам (венам) кровь оттекает из мышц, унося с собой продукты обмена веществ и распада (углекислый газ, воду, остатки распавшихся белков и т. п.). По лимфатическим сосудам от мышц и других органов и тканей происходит отток межтканевой жидкости (лимфы). Лимфа образуется в межклеточных пространствах из плазмы крови, которая проникает в них сквозь стенки капилляров.

Рис. 1. Скелет человека

Рис 2. а) мускулатура человека (вид спереди)

б) мускулатура человека (вид сзади)

По двигательным нервам в мышцы передаются импульсы возбуждения из центральной нервной системы (головной и спинной мозг). И, наоборот, из мышц и связок поступают импульсы в центральную нервную систему и «информируют» последнюю о том, что происходит на периферии, в каком состоянии находятся суставы и кости.

Основным свойством мышечной ткани является ее сократимость. Во время сокращения мышцы укорачиваются, что и вызывает движение частей тела, приближая более подвижные части к менее подвижным. Мышцы работают группами, на рисунке 2 (а, б) показано, что разные мышцы выполняют одну и ту же функцию (например, двуглавая мышца бедра, большая ягодичная, полуперепончатая и полусухожильная мышцы разгибают бедро).

Но функция мышц не ограничивается только передвижением костных рычагов. Гармоничное развитие мускулатуры способствует удержанию различных частей тела в правильном положении, придавая ему нормальную, красивую форму.

Из опорно-двигательного аппарата человека наибольшее значение в связи с рассматриваемой нами темой имеют такие части скелета, как позвоночник, грудная клетка, плечевой пояс и таз. Поговорим о них подробнее.

Позвоночник представляет собой вертикальный столб, несущий вверху голову и опирающийся внизу на нижние конечности. Позвоночный столб человека состоит из 33–34 позвонков и делится на пять отделов: шейный (7 позвонков), грудной (12 позвонков), поясничный (5 позвонков), крестцовый (5 позвонков) и копчиковый (4–5 позвонков). Позвонки находятся не строго прямо один над другим, а образуют ряд характерных изгибов, речь о которых пойдет ниже.

Каждый позвонок, кроме первого шейного, имеет следующее строение (рис. 3):

– тело позвонка;

Рис. 3. Строение позвонка

– дуга, прикрепленная к телу сзади, в результате чего между телом и дугой образуется позвоночное отверстие. Совокупность позвоночных отверстий в позвоночном столбе образует позвоночный канал, в котором располагается спинной мозг;

– 7 отростков, отходящих от дуги (кзади – остистый отросток, по бокам с каждой стороны – поперечные, вверх и вниз – парные суставные отростки). Отростки приспособлены для движения позвонков, прикрепления связок и мышц.

Через отверстия в поперечных отростках шейных позвонков, образующих канал, проходит в череп позвоночная артерия. Уменьшение размеров канала при остеохондрозе может вызвать синдром позвоночной артерии, о котором будет рассказано позднее при описании дегенеративного процесса в шейном отделе позвоночника.

Суставные отростки ограничивают межпозвонковые отверстия, образующиеся между двумя позвонками. Через межпозвонковые отверстия (см. рис. 8) выходят корешки спинного мозга, отсюда и встречающееся в медицинских диагнозах понятие «корешковый синдром», что означает наличие отека, воспаления нервного корешка. В обыденной жизни корешковый синдром называют радикулитом от латинского названия корешка radix.

Тела позвонков постепенно увеличиваются по направлению сверху вниз, достигая наибольших размеров у поясничных позвонков. Крестцовые позвонки срастаются в единую кость – крестец, поскольку несут на себе всю тяжесть головы, туловища, рук и соединяют верхнюю часть скелета с нижней. Копчиковые позвонки представляют собой остаток исчезнувшего у человека хвоста, имеют вид маленьких костных образований и сливаются в среднем возрасте в одну кость – копчик.

Позвоночник человека в связи с прямохождением имеет своеобразную форму (рис. 4). В шейном и поясничном отделах различают изгибы выпуклостью вперед – лордозы, в грудном и крестцовом – изгибы выпуклостью назад – кифозы. Это физиологические (т. е. правильные) искривления позвоночника. Такое строение придает позвоночнику большую прочность и сопротивляемость, делает его более стойким к силовым воздействиям извне и увеличивает объем грудной клетки и таза, что очень важно для развития и функций таких органов, как сердце, легкие, матка. Правильно изогнутый позвоночный столб выдерживает большую нагрузку с пружинящим воздействием. При увеличении нагрузки изгибы позвоночника, словно рессоры, усиливаются, при снижении – уменьшаются. В результате этого при ходьбе, беге, прыжках изгибы смягчают толчки и сотрясения вдоль позвоночного столба, сила толчка уходит на усиление кривизны изгибов, не достигая в полной мере черепа и находящегося в нем головного мозга.

Рис. 4. Отделы позвоночника и его физиологические изгибы

У новорожденного позвоночный столб почти прямой, изгибы его едва намечены. Когда ребенок начинает держать головку, образуется изгиб в области шеи. Поскольку большая часть головы расположена спереди от проекции позвоночника, то голова стремится опуститься вниз, и для удержания ее в поднятом положении позвоночный столб изгибается вперед, формируя шейный лордоз (изгиб кпереди) (рис. 5, а). Затем, когда ребенок начинает сидеть, усиливается грудной кифоз (изгиб кзади) (рис. 5, б). А когда ребенок учится стоять и ходить, образуется главный изгиб – поясничный лордоз (рис. 5, в). При его формировании происходит наклон таза, с которым связаны ноги. Поэтому позвоночный столб, чтобы остаться в вертикальном положении, изгибается в поясничном отделе, центр тяжести перемещается кзади, этим предупреждается уклон туловища кпереди. Появление двух лордозов обуславливает развитие двух кифозов – грудного и крестцово-копчикового, что поддерживает равновесие при вертикальном положении тела. Окончательное формирование физиологических изгибов позвоночника заканчивается в 15—16-летнем возрасте.

Рис. 5. Формирование физиологических изгибов позвоночника

От характера изгибов позвоночника зависит осанка человека. В старости обычно изгибы уплощаются, но может произойти увеличение грудного кифоза, тогда образуется старческий горб и позвоночник сгибается кпереди (см. рис. 11, в).

Между телами всех позвонков, кроме первого и второго шейных, располагаются межпозвонковые диски (рис. 6). Именно благодаря им обеспечивается подвижность позвоночника, его упругость, способность выдерживать огромные нагрузки. Межпозвонковый диск называют «душой» движения позвоночника.

Рис. 6. Межпозвонковый диск: а – схема строения: 1 – тело позвонка; 2 – пограничная пластинка; 3 – фиброзное кольцо; 4 – центральная часть ядра; 5 – пульпозное ядро; б – распределение сил внутри межпозвонкового диска

Любое патологическое изменение в состоянии диска ведет к нарушению нормального функционирования позвоночника, с дегенеративных изменений в нем начинается остеохондроз позвоночника. Поэтому рассмотрим подробнее строение и функции межпозвонкового диска.

Диск состоит из весьма плотного фиброзного кольца, в центре которого размещается пульпозное ядро (рис. в, а). Диск является не просто амортизатором, он обладает переменной жесткостью, как современные автомобили. При усилении нагрузки на межпозвонковый сегмент, диск словно «вспухает»: увеличивается его толщина и упругость. Таким образом, даже сильный удар (прыжки) или подъем груза, увеличивающие осевую нагрузку на позвоночник, гасятся и амортизируются межпозвонковой «гидравликой».

Гидравлическая амортизация межпозвонкового диска обеспечивается за счет регулярного насыщения пульпозного ядра жидкостью, т. е. водой, которую получает из окружающих тканей: костей, мышц, связок.

Пульпозное ядро находится под постоянным давлением. О силе давления можно судить по такому факту: известно, что после сна рост человека увеличивается в среднем на 2–4 см – это расправляются диски, которые были сдавлены за целый день пребывания человека в вертикальном положении. Диски расправляются именно благодаря свойствам пульпозного ядра и эластичности связок. Жидкости, как известно, практически несжимаемы, поэтому всякое давление, действующее на ядро, передается во всех направлениях. Фиброзное кольцо удерживает ядро, т. е. давление ядра уравновешивается напряжением фиброзного кольца, окружающих позвоночник связок и тонусом мышц спины (рис. 6, б). В противодействии двух этих сил – ключ к пониманию дегенеративно-дистофических процессов, происходящих в позвоночнике.

В процессе нашей жизни межпозвонковый диск выдерживает очень большие нагрузки. Величина нагрузки на позвоночник определяется положением тела. Наименьшая – когда человек лежит. В положении стоя она возрастает в 2,5 раза. При наклоне тела вперед в 10 раз (по сравнению с положением лежа). А когда человек поднимает предмет, наклонившись вперед с выпрямленными ногами, она резко увеличивается и составляет несколько сотен килограммов. Например, если человек поднимает груз весом 40 кг, то на позвоночник (а именно на межпозвонковый диск) действует сила 360 кг. Деформация межпозвонкового диска наступает при силе сжатия примерно 950 кг. Давление в межпозвоночных дисках в барах представлено в таблице 1.

Таблица 1

Давление в межпозвоночных дисках (в барах) в зависимости от положения тела

При вытяжении позвоночника, например, когда человек висит на руках без опоры на ноги, давление бывает меньше, чем в положении лежа. При этом в межпозвонковом диске может даже возникнуть разряжение. Данное обстоятельство используется при лечении остеохондроза позвоночника.

Таким образом, говоря о функции диска, надо отметить следующее: во-первых, они играют важную роль в стабильном положении позвонков; во-вторых, обеспечивают подвижность позвоночника; в-третьих, выполняют функцию биологического амортизатора (рис. 7).

Рис. 7. Функции диска:

а – дает возможность позвоночнику сгибаться в стороны; б – вперед-назад; в – амортизирует толчки при ходьбе и беге

Теперь поговорим о функциях, которые выполняет позвоночник. Они следующие: опорная, защитная, амортизационная и двигательная.

Опорная функция позвоночного столба заключается в том, что он является своего рода гибким стержнем, по которому вес вышележащих отделов тела передается на тазовый пояс и далее через него на нижние конечности через стопу на опору.

Защитная функция заключается в предохранении спинного мозга от внешних воздействий. Позвоночник является твердой костной защитой для спинного мозга и прилегающих к нему образований.

Амортизационная функция. Позвоночник выполняет функцию амортизации толчков и сотрясений, предохраняет центральную нервную систему от микротравм. Значительную роль в амортизации играют физиологические кривизны позвоночника, межпозвонковые диски, а также многочисленные межпозвонковые суставы (их около 50).

Двигательная функция. Движение позвоночного столба осуществляется в межпозвонковых суставах вокруг трех осей (вертикальной, фронтальной, сагитальной). Наибольшая подвижность позвоночника отмечается в нижнешейном и нижнепоясничном отделах.

В осуществлении прочного соединения позвонков друг с другом наряду с дисками участвуют связки и межпозвонковые суставы. Связки – это плотные соединительно-тканные образования, которые прочно соединяют кости и ограничивают или направляют движения в разные стороны. Случается, что при сильном растяжении наступает не разрыв связок, а отрыв участка кости, к которой связка прикреплена. Колонна тел позвонков, соединенных между собой межпозвонковыми дисками, скрепляется двумя продольными связками, идущими спереди и сзади по средней линии. Передняя продольная связка идет от первого шейного позвонка до крестца. Она препятствует чрезмерному разгибанию позвоночника кзади. Задняя продольная связка – несколько уже и тоньше передней, расположена внутри позвоночного канала, покрывает заднюю поверхность тел позвонков и препятствует чрезмерному сгибанию позвоночника кпереди. Связки между дугами позвонков состоят из волокон желтого цвета и называются желтыми связками. Они стремятся сблизить дуги, препятствуют увеличению межпозвонковых промежутков и вместе с упругостью межпозвонковых дисков содействуют выпрямлению позвоночника и прямохождению. Остистые отростки связаны между собой межостистыми и надостистыми связками. Они тормозят чрезмерное сгибание позвоночника. Связки между поперечными отростками, межпоперечные, ограничивают боковые движения позвоночного столба в противоположную сторону. Суставные отростки соединены между собой межпозвонковыми суставами, они плоские и малоподвижные. Крестец соединен с копчиком с помощью крестцово-копчиковых сустава и связок, что позволяет копчику отклоняться назад при акте родов.

Верхним своим концом позвоночник соединяется с черепом. Первый шейный позвонок малоподвижно сочленен с затылочной костью черепа при помощи суставов, в которых возможны небольшие сгибания и разгибания, а второй шейный позвонок с первым – посредством коловратного сустава, позволяющего делать головой повороты вправо и влево. Подвижность между остальными позвонками сравнительно небольшая.

В создании надежного соединения позвонков и подвижности позвоночника в целом участвуют также многочисленные поверхностные и глубокие, длинные и короткие мышцы спины. Основными мышцами, обеспечивающими сгибание туловища при ускоренном движении, являются прямая мышца живота и подвздошно-поясничная мышца.

Движения позвоночника осуществляются многими мышцами. Однако наибольшее значение имеют так называемые глубокие (длинные) мышцы спины – мышцы-разгибатели туловища, удерживающие позвоночник в правильном положении (рис. 8). Они расположены по обеим сторонам остистых отростков позвонков и тянутся в виде более или менее выраженных мышечных валиков от крестцовой области до затылочной кости, к которой некоторые из этих мышц прикрепляются. Глубокие мышцы производят разгибание как отдельных частей, так и всего позвоночника в целом.

Рис 8. Глубокие мышцы спины

Помимо этого, сокращаясь на одной стороне, они осуществляют боковые сгибания позвоночника, а также его вращение. Так как часть глубоких мышц прикрепляется к верхним и нижним ребрам, то они участвуют и в акте дыхания. И, наконец, глубокие мышцы спины при сгибании туловища удерживают его от падения вперед и обеспечивают плавность движения.

Подвижность позвоночника. В целом подвижность позвоночника хорошая. В нем возможны следующие движения: сгибание, разгибание, боковые наклоны (отведение и приведение), вращение (повороты вправо и влево) и круговое движение. В норме при сгибании туловища грудной кифоз увеличивается, а поясничный лордоз уменьшается, опущенные руки касаются пола. При разгибании увеличивается шейный и поясничный лордозы, а грудной кифоз уменьшается.

Объем и направление движений в каждом из отделов позвоночного столба неодинаковы. Шейный отдел позвоночника является наиболее подвижным. Строение шейных позвонков таково, что голова может поворачиваться в разные стороны. Обычно мы можем наклонять голову на 50–60° вперед (рис. 9, а). В этом положении подбородок касается верхней части груди. Назад голова откидывается на 70–80°, до положения, когда лицо смотрит вверх (рис. 9, б). Набок голова может наклоняться на 50°, при этом ухо немного не достает до плеча (рис. 9, в, г). Подвижность шейного отдела столь велика, что при повороте головы в сторону лицо смотрит в направлении плеча, т. е. поворот достигает 80–90° в каждую сторону (рис. 9, д). Все вышесказанное относится к здоровому человеку молодого возраста. С возрастом подвижность позвоночника уменьшается, об этом речь пойдет ниже.

Рис. 9. Подвижность шейного отдела позвоночника:

Голова может наклоняться: вперед (а), назад (б), в стороны (в, г) и поворачиваться (д)

По сравнению с шейным отделом поясничный отдел позвоночника обладает меньшей подвижностью. Тем не менее, человек способен наклоняться вперед на 40–60° (рис. 10, а), разгибаться на 30–40° назад и наклоняться на 20° в стороны (рис. 10, б). При вращении туловища степень свободы ограничена примерно 15° в каждую сторону.

Рис. 10. Подвижность поясничного отдела позвоночника

Грудной отдел позвоночного столба наименее подвижен. Амплитуда движений при сгибании в нем равна 35–45°, при разгибании 25°, боковой наклон 20°.

Возрастные изменения позвоночника. Начиная с 20 лет, позвонки подвергаются дегенеративному (обусловленному старением организма) процессу. По данным рентгенологических исследований было установлено, что изменения начинаются у верхних и нижних краев позвонков, где образуются небольшие костные образования неправильной формы (остеофиты) – в результате размеры верхней и нижней поверхностей тела позвонка несколько увеличиваются, однако при этом эластичность и толщина межпозвонкового диска уменьшается. Изменениям подвергаются и суставы между верхними и нижними суставными отростками, поскольку у их краев вырастают новообразования неправильной формы из костного вещества (рис. 11, а, б). Уменьшается высота тел позвонков в основном в передней их части. Изменения в позвонках приводят к постепенному уменьшению гибкости позвоночника и его укорочению, в результате человек в пожилом возрасте становится ниже ростом, чем он был, например, в 25 лет (рис. 11, в).

Рис. 11. Возрастные изменения в позвоночнике:

а – позвонки молодого человека; б – позвонки пожилого человека; в – внешний вид и рост человека в результате возрастных изменений

Указанные изменения в позвоночнике можно рассматривать как нормальные, физиологичные, связанные с процессом старения организма.

Интересно заметить, что у некоторых людей, не испытывающих болевых ощущений в области спины, рентгеновские снимки показывают большие изменения в телах позвонков. В то же время у многих, страдающих от болей в спине, рентгеновские снимки не выявляют никаких отклонений от нормы. Таким образом, дегенеративные изменения тел позвонков, которые видны на рентгенограмме, далеко не всегда прямо соотносятся со степенью нарушений функций позвоночника.

Грудная клетка образована грудными позвонками, 12 парами ребер и грудиной (рис. 12).

Рис. 12. Грудная клетка:

а – костная основа (вид сзади); б – мышцы грудной клетки (вид сбоку)

Все ребра своими задними концами соединяются с грудными позвонками (рис. 12, а). Семь верхних пар ребер соединяются впереди с грудиной при помощи хряща. Хрящи VIII, IХ, X ребер прикрепляются к хрящам вышележащих ребер, а последние две пары (XI и XII) ребер имеют свободные передние концы.

Во время вдоха в соединениях ребер с позвонками происходит вращательное движение, в результате которого передние концы ребер вместе с грудиной приподнимаются и отдаляются от позвоночника, увеличивая тем самым переднезадний размер грудной клетки. А так как ребра изогнуты, то при этом происходит увеличение и поперечного размера грудной клетки. Во время выдоха передние концы ребер, наоборот, опускаются и ребра вращаются таким образом, что грудная клетка уменьшается не только в переднезаднем, но и в поперечном направлении.

Между ребрами расположены межреберные мышцы, которые делятся на наружные и внутренние (рис. 12, б). Волокна наружных межреберных мышц идут сверху вниз и сзади наперед. Волокна внутренних межреберных мышц имеют обратное направление. Первые поднимают передние концы ребер и способствуют вдоху, вторые – опускают их, помогая выдоху.

Снизу грудная клетка отделена от брюшной полости особой мышцей – диафрагмой. Середина (купол) диафрагмы при вдохе опускается вниз, а при выдохе поднимается вверх. Межреберные мышцы и диафрагма являются основными дыхательными мышцами человека.

Плечевой пояс образован двумя лопатками и двумя ключицами. Лопатки свободно прилежат к грудной клетке. Они сочленяются с наружными концами ключиц, которые, в свою очередь, внутренними концами соединяются с грудиной (рис. 12, а, б).

В плечевом поясе возможны разнообразные движения: поднимание и опускание ключиц и лопаток, сдвигание их вперед и отведение назад, круговое движение плечевых суставов вперед-назад и вращение лопаток вокруг их переднезадней оси.

К плечевому поясу прикрепляется очень много различных мышц; нас же интересуют те, которые удерживают его в правильном положении. К таковым относятся: трапециевидные, ромбовидные, широкие мышцы спины и передние зубчатые мышцы. Трапециевидные мышцы начинаются от затылочной кости и грудных позвонков, прикрепляются к наружным концам ключиц и лопаткам. Ромбовидные мышцы начинаются от нижних шейных и верхних грудных позвонков и прикрепляются к лопаткам. Широкие мышцы спины начинаются от грудных, поясничных и крестцовых позвонков, тазовых костей и ребер; при этом, имея косое направление волокон, сходящихся у подмышечных впадин, они прикрепляются к верхней части плечевых костей. Все эти мышцы сближают лопатки, поднимают и опускают их. Передние зубчатые мышцы начинаются от ребер и прикрепляются к лопаткам. Они удерживают лопатки возле ребер и сдвигают их в стороны и вперед. Выполняя функцию, противоположную функции ромбовидных мышц, передние зубчатые мышцы вместе с последними закрепляют (фиксируют) лопатки.

Таз у взрослого человека образуют две тазовые кости и крестец. (До 14–16 лет тазовая кость состоит из соединенных хрящом трех отдельных костей: подвздошной, лобковой и седалищной.) Таз представляет собой кольцо, внутри которого находится полость, содержащая внутренности. Впереди тазовые кости сочленяются между собой с помощью лонного сращения, а сзади почти неподвижно соединяются с крестцом. С обеих сторон таза имеются глубокие суставные ямки (вертлужные впадины) для соединения таза с нижними конечностями.

В тазобедренных суставах возможны разнообразные движения нижних конечностей: сгибание, разгибание, отведение, приведение, вращение, круговое движение. Наибольшее сгибание (118–121°) возможно при согнутой в коленном суставе голени. Если коленный сустав разогнут, натяжение мышц на задней поверхности бедра тормозит сгибание и его объем равен 84–87°.

При вертикальном положении тела человека таз имеет наклон вперед. У женщин этот угол составляет 55–60°, у мужчин – 50–55°. Степень наклона таза варьируется у одного и того же человека в зависимости от положения его тела. Так, в сидячем положении этот угол значительно уменьшается, в вертикальном («военная» осанка) приближается к максимальным величинам. Чем больше наклонен таз, тем более выражен у человека изгиб позвоночника в поясничном отделе и наоборот: уменьшение наклона таза выпрямляет изгиб поясничного отдела позвоночника.

Рис. 13. Отличия в строении таза мужчин и женщин

В строении мужского и женского таза есть существенные отличия (рис. 13). Мужской таз уже и длиннее женского, а более массивные кости рассчитаны на большую нагрузку. Более широкий просвет в центре женского таза облегчает прохождение плода во время родов. Тазовые сочленения роженицы способны слегка расходиться, помогая рождению ребенка.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.