какое значение имеет опорно двигательная система
Какое значение имеет опорно двигательная система
Лекция «Возрастная анатомия опорно-двигательного аппарата»
Стадии развития скелета в филогенезе.
У животных выделяют наружный и внутренний скелет.
Наружный скелет у разных животных (рис. 1) имеет разное строение и происхождение. У многих беспозвоночных он является продуктом выделения кожного эпителия: кутикула дождевого червя, хитин членистоногих, известковые раковины молюсков.
Наружный скелет у позвоночных появляется в форме чешуи у рыб. Из чешуй у высших рыб развиваются покровные кости головы и плечевого пояса.
Чешуя рыб и кожные окостенения наземных позвоночных всегда дополняются внутренним скелетом.
Внутренний скелет у низших животных (рис. 1) развит слабо и представляет собой систему соединительнотканных образований, иногда включающих рогоподобные волокна, кремниевые или известковые иглы.
Внутренний скелет у головоногих молюсков представлен хрящом.
У позвоночных животных внутренний скелет всегда хорошо развит.
У бесчерепных он перепончатый, у низших рыб – хрящевой, у высших рыб и наземных позвоночных он построен преимущественно из костной ткани.
Развитие скелета в онтогенезе у человека.
Согласно основному биогенетическому закону Геккеля-Мюллера онтогенез есть краткое повторение филогенеза. Онтогенез твердого скелета у человека не является исключением: в развитии костей у человека выделяются три последовательных стадии (рис. 2):
1. Соединительнотканная.
2. Хрящевая.
3. Костная.
Большинство костей в своем развитии последовательно проходят все три стадии – это вторичные кости. Ряд костей при развитии пропускают хрящевую стадию – это первичные кости. К первичным по развитию костям относятся: кости свода черепа, кости лицевого черепа, часть ключицы (акромиальный конец).
Первичные и вторичные кости.
По развитию кости человека делятся на две группы (рис. 3):
Характеристика остеобластов и остеокластов развиваюшейся кости.
Для развития костной ткани в костях необходимо наличие популяций двух видов клеток (рис. 4):
Остеобласты представляют собой кубовидной формы клетки (20-30 мкм в диаметре) с одним крупным ядром, располагающиеся близко друг к другу на костном матриксе (межклеточном веществе). Фибробласты продуцируют все компоненты костного матрикса. Они имеют два разных эмбриональных источника:
Для формирования кости как органа необходимо совместная работа двух видов клеток: остеобластов и остеокластов.
Cпособы развития костей (окостенения).
В зависимости от того где начинается формирование костной ткани в костях (включая их закладки) выделяют четыре способа окостенения (рис. 5):
При эндесмальном окостенении (рис. 5) первичная точка окостенения появляется в центре соединительнотканной закладки кости. Затем новообразующаяся костная ткань распространяется от цента органа к периферии. Таким способом окостеневают первичные кости. На месте первичной точки окостенения обычно наблюдается утолщение (например, теменной бугор, наружный затылочный выступ и т.п.).
Периходральное окостенение характерно для вторичных костей. Остеобласты выстраиваются на поверхности хрящевой закладки кости и начинают синтезировать костный матрикс. Это приводит с сдавливанию и нарушению трофика подлежащей хрящевой ткани, изменения которой активирует остеокласты. В результате этого на поверхности хрящевой закладки кости появляется и постепенно нарастает костная ткань (рис. 5). За счет перихондрального окостенения формируется компактное костное вещество. У длинных трубчатых костей так во внутриутробном периоде образуется диафиз.
При энхондральном окостенении точка (первичный очаг) окостенения появляется в центре хрящевой закладки кости. Затем костная ткань разрастается из центра к периферии (рис. 6). В результате этого формируется губчатое костное вещество. Этим способом развиваются вторичные кости: эпифизы и апофизы трубчатых костей, губчатые, плоские (кроме свода черепа) кости.
Периостальное окостенение происходит за счет надкостницы (periosteum, лат – надкостница). У детей за счет надкостницы кости растут в толщину (напоминаем, что рост кости в длину идет за счет метафизарного хряща)(рис. 6). У взрослых периостальное окостенение обеспечивает физиологическую регенерацию кости.
Развитие костей туловища (общие свойства). Развитие и аномалии развития позвонков.
Рис. 8. Развитие и аномалии развития позвонков.
Рис. 9. Расщелина дуг позвонков на протяжении всех грудных позвонков.
Кости туловища по развитию относятся к вторичным костям. Они окостеневают энхондрально (рис. 7).
Развитие позвонков:
У зародыша закладывается 38 позвонков: 7 шейных, 13 грудных, 5 поясничных, 12-13 крестцовых и копчиковых (рис. 8).
13-й грудной превращается в 1-й поясничный, последний поясничный – в 1-й крестцовый, Идет редукция большинства копчиковых позвонков.
Каждый позвонок имеет первоначально три ядра окостенения: в теле и по одному в каждой половинке дуги. Они срастаются лишь к третьему году жизни.
Вторичные центры появляются по верхнему и нижнему краям тела позвонка у девочек в 6-8 лет, у мальчиков – в 7-9 лет. Они прирастают к телу позвонка в 20-25 лет.
Самостоятельные ядра окостенения образуются в отростках позвонков.
Аномалии развития позвонков (рис. 8, 9):
— Врожденные расщелины позвонков:
— Клиновидные позвонки и полупозвонки.
— Платиспондилия – расширение тела позвонка в поперечнике.
— Брахиспондилия – уменьшение тела позвонка по высоте, уплощение и укорочение.
— Аномалии суставных отростков: аномалии положения, аномалии величины, аномалии сочленения, отсутствие суставных отростков.
— Спондилолиз – дефект в межсуставной части дуги позвонка.
— Врожденные синостозы: полный и частичный.
— Os odontoideum – неслияние зуба с телом осевого позвонка.
— Ассимиляция (окципитализация) атланта – слияние атланта с затылочной костью.
— Сакрализация – полное или частичное слияние последнего поясничного позвонка с крестцом.
— Люмбализация – наличие шестого поясничного позвонка (за счет мобилизации первого крестцового).
Развитие и аномалии развития ребер и грудины.
Рис. 10. Развитие и аномалии развития ребер.
Рис. 11. Развитие и аномалии развития грудины.
Развитие ребер (рис. 10):
Закладывается 13 пар ребер. Затем 13-е ребро редуцируется и срастается с поперечным отростком 1-го поясничного позвонка.
Основных точек окостенения в ребре две: точка окостенения на месте будущего угла ребра (окостеневает тело ребра) и в головке ребра (на 15-20 году жизни). У 10 верхних ребер появляется точка окостенения в бугорке ребра.
Передние концы 9 пар верхних ребер образуют грудные полоски – источник развития грудины.
Развитие грудины (рис. 11):
Источником развития грудины являются грудные полоски – расширенные концы хрящевых концов девяти пар верхних ребер. В грудине бывает до 13 точек окостенения.
Аномалии развития ребер (рис. 10):
— Отсутствие ребра
— Отсутствие части ребра
— Дефект ребра
— Раздвоение ребра (вилка Лушки)
— Шейное ребро
— XIII ребро
Аномалии развития грудины (рис. 11):
— Аплазия рукоятки грудины
— Отсутствие отдельных сегментов тела грудины <
— Расщепление грудину
— Отсутствие тела грудины
— Воронкообразная деформация
— Куриная грудь
Развитие костей конечностей.
Рис. 14. Развитие эпифизов трубчатых костей.
Рис. 15. Развитие костей верхней конечности.
Рис. 16. Развитие тазовой и бедренной костей.
Кости конечностей по развитию относятся к вторичным костям. Исключение представляет собой ключица: ее тело и акромиальный конец окостеневают эндесмально (точка окостенения появляется на 6-7-й неделях внутриутробного развития.
Диафизы длинных трубчатых костей окостеневают перихондральными и энходральными способами. В диафизах первичная точка окостенения появляется на 2-м – начале 3-го месяцев внутриутробного развития и растет по направлению к проксимального и дистальному эпифизам.
Эпифизы и апофизы длинных трубчатых костей окостеневают энходральным способом. Они у новорожденных хрящевые. Вторичные точки окостенения появляются в течение первых 5-10 лет жизни. Исключение составляют эпифизы костей, образующих коленный сустав: точка окостенения в дистальном конце бедренной кости появляется на 6 месяце, а в проксимальном конце большеберцовой кости – на 7 месяце внутриутробного развития. Прирастают эпифизы к диафизам после 15-17 лет и позже.
Варианты и аномалии развитие костей конечностей.
Рис. 19. Аномалии развития костей верхней конечности.
Рис. 20. Аномалии развития костей нижней конечности.
Аномалии развития лопатки:
Аномалии развития ключицы:
Варианты и аномалии развития плечевой кости
Аномалии развития костей предплечья:
Аномалии развития костей кисти:
Варианты и аномалии развития тазовой кости:
Варианты и аномалии развития бедренной кости:
Варианты и аномалии развития костей голени:
Варианты и аномалии развития костей стопы
Развитие костей черепа.
Рис. 22. Источники развития костей лицевого черепа.
Рис. 24. Развитие костей черепа после рождения.
Кости свода и лицевого черепа по развитию относятся к первичным костям, окостеневающим на основе соединительной ткани эндесмальным способом окостенения.
Кости лицевого черепа развиваются на основе жаберных дуг (первой и второй висцеральной дуги).
Из первой висцеральной дуги развиваются следующие кости: верхняя, нижняя челюсти, частично скуловая и небные кости, медиальная пластинка крыловидного отростка клиновидной кости; молоточек, наковальня – слуховые косточки; костное небо и его швы, нижняя часть глазницы.
Из второй висцеральной дуги развиваются: стремечко, шиловидный отросток височной кости, малые рога подъязычной.
Кости основания черепа проходят три стадии развития: соединительнотканную, хрящевую и костную. Т.е. они являются вторичными. Они окостеневают энхондрально.
Варианты и аномалии развития костей черепа.
Рис. 25. Вставочные кости швов черепа (слева), деформации черепа (справа).
Известны следующие аномалии развития черепа
Филогенез соединений костей
У рыб, обитающих в водной среде, многочисленные кости скелета (рис. 28) соединяются при помощи непрерывных соединений: соеденительнотканных и хрящевых.
Важным биомеханическим фактором, повлиявшим на филогенез соединений костей, является выход животных на сушу. Кратковременное пребываниена твердой поверхности (в том числе перемещение с места на место), которое наблюдается, напрмер, у двоякодышащих рыб, приводит к появлению гемиартрозов между костями конечностей (рис. 29). Большинство исследователей считают такую форму пререходной от снартроза к диартрозу.
Окончательный выход животных на сушу формирует два направления морфогенеза мягкого остова. Во-первых, формируются суставы со всеми обязательными и вспомогательными элементами и высокой степенью подвижности. Во-вторых, в местах контакта костей с увеличившейся нагрузкой (из-за возросшего действия силы тяжести) формируются синостозы (кости срастаются между собой). Признаки обоих изменений строения соединений костей уже выявляются у земноводных (рис. 30).
Онтогенез соединений костей
Рис. 31. Варианты дисплазии тазобедренного сустава.
В онтегенезе соединения костей наблюдаются сходные с филогенезом тенденции. Первоначально все соединения образованые скоплением мезенхимальных клеток (эмбриональная соединительная ткань).
В конце первой половины пренатального онтогенеза (16-18-ая недели внутриутробного развития) между костями, которые смещаются (движутся) друг относительно друга, формируются суставы. Важным биомеханическим фактором их морфогенеза являются силы мышц, двигающих кости. Между зачатками костей, которые соединяются без смещание, формируются непрерывные соединения.
У новорожденных имеется закладка всех элементов суставов на нижней конечности. Однако большинство из них достигают функциональной зрелости к юношескому возрасту.
Основной аномалией развития соединения костей является дисплазия суставов. Для данные аномалии характерно изменение формы одной из суставных поверхностей, сопровождающееся изменениями строения расположенных рядом элементов сустава (рис. 31).
ГДЗ биология 8 класс Пасечник, Суматохин, Калинова Просвещение 2019-2020 Задание: § 7 Опорно-двигательная система Состав, строение и рост костей
Стр. 32. Вспомните
№ 1. Каковы особенности наземно-воздушной среды обитания? Сравните её с водной средой.
Главная особенность наземно-воздушной среды в том, что обитающие в ней организмы окружены газообразной средой – воздухом, который характеризуется низкой плотностью, влажностью и давлением, а также высоким содержанием кислорода. Свет здесь по сравнению с водной средой, интенсивнее, влажность меняется в зависимости от сезона, времени суток и географического положения, характерны сильные перепады температур. К специфическим свойствам водной среды обитания относятся: сильные перепады давления, большая плотность, чрезмерное поглощение солнечных лучей и относительно малое содержание кислорода.
У представителей наземно-воздушной среды обитания в процессе эволюции выработались специфические физические, анатомо-морфологические и поведенческие адаптации. Например, у них появились органы, которые обеспечивают усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания при помощи устьиц (у растений), легких и трахей (у птиц, животных, насекомых и т.д.). Тогда как у жителей водной среды для дыхания предназначены жабры, которые усваивают кислород из воды. Также претерпели сильное развитие скелетные образования, которые помогают поддерживать все тело в условиях незначительной плотности среды (скелет у животных, опорные и механические ткани у растений). Для защиты от неблагоприятных условий выработались особые приспособления: сложное строение покровов тела, ритмика и периодичность жизненных циклов. Для передвижения и поиска пищи у жителей наземно-воздушной среды обитания развились крылья, крепкие конечности, зубы.
№ 2. Какое строение имеет опорно-двигательная система у млекопитающих?
Опорно-двигательная система у млекопитающих представлена костным скелетом и мышцами, которые крепятся к нему. Скелет образован 4 отделами: череп (скелет головы), позвоночник и грудная клетка (туловище), скелет поясов верхних и нижних конечностей и скелет свободных верхних и нижних конечностей.
Скелет является опорой для тела и органов движения, а также защищает важнейшие внутренние органы. Движение происходит за счет работы мышц, которые хорошо развиты и дифференцированы.
Стр. 35. Лабораторная работа. Изучение микроскопического строения кости
Рассматриваем препарат при малом увеличении микроскопа. Сравниваем уведенное с рисунком 15.
Обращаем внимание на упорядоченное расположение костных пластинок.
Зарисовываем увиденное и делаем соответствующие обозначения.
Вывод
Костная ткань состоит из клеток и межклеточного вещества, которое окружает эти клетки. Под микроскопом можно увидеть строение кости: надкостницу, общие костные пластинки, большое количество остеонов (круговые системы), внутренние общие пластинки и эндост. В состав клетки входят: стволовые клетки, остеобласты, остеоциты и остеокласты.
Стр. 35. Вопросы после параграфа
№ 1. Какое значение имеет опорно-двигательная система?
Опорно-двигательная система называется еще костно-мышечной, потому что скелет и мышцы в организме работают согласованно, определяют форму тела, обеспечивают двигательную, опорную и защитную функции.
Двигательная функция в теле возможна только при условии полноценного взаимодействия костей скелета и мышц, поскольку именно мышцы приводят в движение все костные рычаги. Также большинство костей в скелете соединены между собой подвижно при помощи суставов.
Опорная функция состоит в том, что мышцы и кости скелета образуют прочный каркас. Он определяет положение внутренних органов в теле и не позволяет им смещаться.
Защитная функция заключается в защите внутренних органов от травм разного характера. Например, головной мозг надежно защищен костями черепа, спинной мозг – позвоночником. Грудная клетка надежно защищает дыхательные пути, легкие, сердце, крупные кровеносные сосуды и пищевод. Органы брюшной полости также защищены позвоночником сзади, мышцами брюшного пресса спереди и тазовыми костями снизу.
№ 2. Какое строение имеет костная ткань?
Структура и форма костей различны, в зависимости от выполняемых функций этими костями. Вследствие своей функциональности разные части одной и той же кости могут иметь разную структуру и форму. Структурной основой любой кости является костная ткань, в состав которой входят неорганические (минеральные соли магния, фосфора и кальция), которые обеспечивают прочность и твердость, и органические вещества, придающие упругость.
Костная ткань является комбинированным образованием, которое состоит из особых однородных клеток. В ней содержится три компонента: волокна, клетки, костный матрикс.
Костные волокна состоят в основном из коллагенового волокна, пучки которого располагаются послойно правильными рядами. Коллагеновое волокно плотно соединено с неорганическими составными частями костями, чем образует костную пластинку или ламеллярную кость. Из-за того, что костные пластинки располагаются в разных направлениях, костное вещество обладает высокой пластичностью и прочностью.
В костной ткани присутствует три вида клеток: остеоциты, остеобласт и остеокласт. Все они взаимно превращаются и сочетаются друг с другом, тем самым не только поглощая старые кости, но и порождая новые.
Остеоциты располагаются внутри костного матрикса, являются основными в нормальном состоянии костей, имеют форму сплющенного эллипсоида и обеспечивают обмен веществ, необходимых для поддержания нормального состояния костей. Они располагаются вокруг канала, по которому проходят нервные волокна и кровеносные сосуды.
Остеобласты имеют форму куба и представляют собой маленькие клеточные выступы, которые расположены в правильном порядке и имеют круглое большое клеточное ядро.
Остеокласты – многоядерные гигантские клетки, которые располагаются на поверхности абсорбируемой костной ткани.
№ 3. Какое строение имеет трубчатая кость?
Трубчатая кость – это кость трехгранной или цилиндрической формы, длина которой преобладает над ее шириной. Растет преимущественно за счет удлинения тела и имеет на концах эпифизы (расширенные концевые участки), которые покрыты суставным гиалиновым хрящом.
Между удлиненным телом – диафизом и эпифизом есть участок – метафиз, который у человека в детском и подростковом возрасте содержит хрящевые эпифизарные пластинки. Поверхность данного участка покрыта гиалиновым хрящом, а сам он образует сустав.
Остальная часть кости покрыта надкостницей, образованной плотной соединительной тканью – наружный слой и эпителиальной тканью – внутренний слой. В надкостнице расположены болевые рецепторы и мелкие кровеносные сосуды, за счет чего она имеет розоватый оттенок.
№ 4. Какие виды костей вам известны и каково значение такого многообразия?
Различают несколько видов костей:
Трубчатые (короткие и длинные) – построены из компактного губчатого вещества и выполняют функцию опоры, движения и защиты;
Губчатые (короткие и длинные) – построены из губчатого вещества, которое покрыто тонким слоем компактного;
Плоские – построены из двух пластинок компактного костного вещества, между которыми находится губчатое вещество кости и выполняют функцию защиты, опоры;
Смешанные – имеют сложную форму, состоят из нескольких частей, которые отличаются разным строением и происхождением.
Кости являются частью опорно-двигательной системы человека. В скелете насчитывается более 200 костей вместе с их соединениями. Их разнообразие и расположение в теле связано с выполняемыми ими функциями. Главное значение такого многообразия в том, чтобы защищать внутренние органы от сотрясений и толчков, быть опорой для организма, обеспечивая одновременно крепость и легкость.
№ 5. Благодаря каким структурам происходит рост кости в длину и толщину?
Развитие кости происходит либо из соединительной ткани, либо на месте хряща. Рост кости непосредственно в длину происходит как в неокостеневших частях (в трубчатых – между эпифизами и диафизом), но и путем отложения новых частиц ткани между существующими.
Рост кости в толщину происходит путем отложения на ее поверхности новых слоев, что обеспечивается деятельностью остеобластов надкостницы.
Стр. 35. Подумайте
Какие именно особенности состава и строения костей обеспечивают их гибкость, прочность и относительную лёгкость?
Лёгкость и прочность костям придает не только их полая структура, но особое строение губчатого вещества. Оно образовано костными перекладинами, которые перекрещиваются в тех направлениях, где кости испытывают наибольшее сжатие или растяжение.
Также прочность костей обеспечивает содержание в них твердых неорганических соединений (минеральные соли магния, фосфора и кальция) и упругость органических веществ. Это можно понять на примере: у организма, который еще растет и развивается, кости отличаются большей гибкостью. А вот у взрослого человека, но еще не старого, кости прочные, твердые.