Энциклопедический словарь
юного биолога

Скелет

Скелет — это совокупность твердых образований в организме животных и человека, выполняющих опорную и защитную функции. Роль скелета могут выполнять структуры, состоящие из кости, хряща, кератина (панцирь черепахи), хитина, известковых образований и др.

Кость — это комплекс соединительных тканей, состоящих из клеток и плотного межклеточного вещества, которое содержит соли кальция и белки (главным образом коллаген) и обеспечивает твердость и эластичность кости. Вместе с суставами, связками и мышцами, прикрепленными к кости, скелет образует опорно-двигательный аппарат, или аппарат движения (рис. 1, 2, 3).

Рис. 1. Лицевой и мозговой отделы черепа:
1 — затылочная кость; 2 — теменная кость; 3 — лобная кость; 4 — височная кость; 5 — клиновидная кость; 6 — скуловая кость; 7 — носовая кость; 8 — верхнечелюстная кость; 9 — нижняя челюсть.

Рис. 2. Коленный сустав человека:
1 — суставные поверхности; 2 — суставная полость; 3 — суставная капсула.

Рис. 3. Формы суставов:
1 — эллипсовидная (лучезапястный сустав); 2 — седловидная (запястно-пястный сустав); 3 — шаровидная (пястно-фаланговый сустав); 4 — блоковид- ная (межфаланговый сустав).

Снаружи кости кроме их суставных поверхностей покрывает надкостница. Это тонкая соединительнотканная оболочка, богатая кровеносными, сосудами и нервами. Внутренний слой надкостницы состоит из клеток, которые растут, размножаются, что обеспечивает рост кости в толщину и ее регенерацию при переломах. За счет кровеносных сосудов происходит питание клеток кости.

Рис. 4. Строение пластинчатой костной ткани:
1 — остеон; 2 — гаверсов канал; 3 — кровеносные сосуды; 4 — костные пластинки.

Клетки кости — остеоциты и остеобласты — участвуют в построении костной ткани. Кости взрослого человека в большинстве построены из пластинчатой костной ткани, которая образует остеоны, или гаверсовы системы (рис. 4). Остеон состоит из концентрически расположенных пластинок костной ткани. В центре его проходит канал, содержащий кровеносные сосуды и нервы. Остеоны располагаются не хаотично, а в соответствии с действующими на кость физическими нагрузками: в трубчатых костях — параллельно продольной оси кости, в губчатых — перпендикулярно силам сжатия и растяжения (рис. 5, 6). В губчатом веществе кости и в полости трубчатых костей находится костный мозг, являющийся органом кроветворения.

Рис. 5. Типы костей:
1 — губчатая; 2 — трубчатая.

Рис. 6. Строение кости:
1 —продольный срез бедренной кости; видно губчатое вещество эпифазы; 2 — схема расположения костных пластинок губчатого вещества эпифиза бедренной кости; 3 — горизонтальный распил грудного позвонка.

Кость содержит 30% органических веществ (в основном коллаген и особые полисахариды), 60% минеральных веществ (кальций, магний, фосфаты) и 10% воды.

В процессе эволюции скелет животных претерпел ряд изменений (рис. 7). Сначала он был наружным — это кутикула червей, известковые раковины некоторых беспозвоночных (радиолярий, фораминифер), хитиновый покров у насекомых и ракообразных. У позвоночных он становится внутренним, и в связи с этим изменяется его материал — перепончатый скелет представлен хордой, состоящей из соединительной ткани (у ланцетника); хрящевой скелет образует хрящевая ткань (у акул, круглоротых, осетровых); костный скелет представлен в основном костной тканью (у остальных позвоночных — от костистых рыб до млекопитающих).

Рис. 7. Эволюция скелета позвоночных животных:
1 — рыбы; 2 — земноводные; 3 — пресмыкающиеся; 4 — млекопитающие.

Рис. 8. возможная степень разгибания позвоночника человека.

Развитие скелета в организме человека протекает постепенно, проходя три стадии. В период внутриутробного развития скелет закладывается в виде длинного плотного тяжа и называется спинной струной или хордой. Эту стадию называют перепончатой. Затем хорда вытесняется хрящевой тканью позвонков и происходит формирование хрящевых моделей будущих костей. Но для интенсивного развития мышц необходима более твердая опора. Поэтому с третьего месяца внутриутробного развития начинает формироваться костный скелет. Кости обычно являются рычагами, с помощью которых совершаются разнообразные движения тела и его частей в пространстве (рис. 9, 10, 11).

Рис. 9. Рычаг первого рода — «рычаг равновесия» (положение головы): 1 — направление силы тяжести; 2 — направление силы мышечной тяги; 3 — плечо силы тяжести; 4 — плечо силы мышечной тяги; 5 — точка опоры.

Рис. 10. Рычаг второго рода — «рычаг силы» (стопа): 1 — направление силы тяжести; 2 — направление силы тяги трехглавой мышцы голени; 3 — точка опоры

Рис. 11. Рычаг третьего рода — «рычаг скорости» (предплечье): / — направление силы тяжести; 2 — направление мышечной силы тяги; 3 — плечо силы тяжести; 4 — положение поперечной оси локтевого сустава.

Процесс окостенения скелета у человека протекает в течение всего периода развития организма. Окостенение позвоночника у мужчин заканчивается к 20—21 году, у женщин — к 18—20 годам.

Функциональные свойства костей под влиянием физических нагрузок изменяются. Эти изменения сводятся к увеличению компактного слоя кости в местах наибольшей нагрузки, костные перекладины утолщаются, губчатое вещество становится более крупноячеистым.

Рис. 12. Формирование изгибов позвоночника у ребенка:
1 — шейный лордоз (изгиб вперед); 2 — грудной кифоз (изгиб назад); 3 — поясничный лордоз.

Гибкий, еще не окостеневший позвоночник детей легко искривляется, может возникать патологическая осанка (рис. 12, 13). Обычно этому способствует мягкая постель, неправильное ношение портфеля, неправильно подобранная школьная мебель. При плоской грудной клетке положение позвоночника неправильное, что ведет к нарушению деятельности органов грудной полости. Поэтому соблюдение гигиенических рекомендаций врачей и занятия физкультурой важны и для правильного развития скелета (см. Гигиена школьника) .

Рис. 13. А — отделы позвоночника человека:
1 — шейный; 2 — грудной, 3 — поясничный; 4 — крестцовый; 5 — копчиковый.
В — точки наибольшей гибкости позвоночника:
а — затылочно-позвоночное соединение; б — соединение между 1-м грудным и 7-м шейным позвонками; в — соединение между 1-м и 3-м поясничными позвонками.