Строение и функции опорно-двигательного аппарата человека

Опора достигается прикреплением  мягких тканей и органов к различным  частям скелета. Движение возможно благодаря  тому, что кости являются длинными и короткими рычагами, соединенными подвижными сочленениями и приводимыми  в движение мышцами, управляемыми нервной  системой.

Наконец, защита осуществляется путем образования из отдельных

костей костного канала —  позвоночного, защищающего спинной  мозг, костной коробки — черепа, защищающего головной мозг; костной  клетки — грудной, защищающей жизненно важные органы грудной полости (сердце, легкие, печень, желудок, селезенку, частично почки и др., то есть важнейшие  органы разных систем); костного вместилища — таза, защищающего важные для  продолжения вида органы размножения, выделения.

Биологическая функция костной  системы связана с участием скелета  в обмене веществ, особенно в минеральном  обмене (скелет является депо минеральных  солей — фосфора, кальция, железа и др.). Это важно учитывать  для понимания болезней обмена (рахит  и др.) и для диагностики с  помощью лучи-стой энергии (рентгеновские лучи, радионуклиды). Кроме того, скелет выполняет еще кроветворную функцию. При этом кость является не просто защитным футляром для костного мозга, а последний составляет органическую часть ее. Определенное развитие и деятельность костного мозга отражаются на строении костного вещества, и, наоборот, механические факторы сказываются на функции кроветворения: усиленное движение способствует кроветворению, поэтому при разработке физических упражнений необходимо учитывать единство всех функций скелета.

Скелетные мышцы

На поперечном сечении продольноволокнистой мышцы видно, что она состоит из первичных пучков, содержащих 20 – 60 волокон. Каждый пучок отделен соединительной тканной оболочкой – перимизиумом, а каждое волокно – эндомизиумом. В мышце животных насчитывается от нескольких сот до нескольких сот тысяч волокон с диаметром от 20 до 100 мкм и длиной до 12 – 16 см.

Отдельное волокно покрыто истинной клеточной оболочкой – сарколеммой. Сразу под ней, примерно через  каждые 5 мкм по длине, расположены  ядра. Волокна имеют характерную поперечную исчерченность, которая обусловлена чередованием оптически более и менее плотных участков.

Волокно образовано множеством (1000 – 2000 и более) плотно упакованных миофибрилл (диаметр 0,5 – 2 мкм), тянущихся из конца  в конец. Между миофибриллами рядами расположены митохондрии, где происходят процессы окислительного фосфорилирования, необходимые для снабжения мышцы энергией. Под световым микроскопом миофибриллы представляют образования, состоящие из правильно чередующихся между собой темных и светлых дисков..Диски А называются анизотропными (обладают двойным лучепреломлением), диски И – изотропными (почти не обладают двойным лучепреломлением). Длина А-дисков постоянна, длина И-дисков зависит от стадии сокращения мышечного волокна. В середине каждого изотропного диска находится Х-полоска, в середине анизотропного диска – менее выраженная М-полоска.

За счет чередования изотронных и анизотропных сегментов каждая миофибрилла имеет поперечную исчерченность. Упорядоченное же расположение миофибрилл в волокне придает такую же исчерченность волокну в целом.

Электронная микроскопия показала, что каждая миофибрилла состоит  из параллельно лежащих нитей, или  протофибрилл (филаментов), разной толщины и разного химического состава. В одиночной миофибрилле насчитывается 2000 – 2500 протофибрилл. Тонкие протофибриллы имеют поперечник 5 – 8 нм и длину 1 – 1,2 мкм, толстые – соответственно 10 – 15 нм и 1,5 мкм.

Толстые протофибриллы, содержащие молекулы белка миозина, образуют анизотропные диски. На уровне полоски М миозиновые нити связаны тончайшими поперечными соединениями. Тонкие протофибриллы, состоящие в основном из белка актина, образуют изотропные диски.

Нити актина прикреплены к полоске  Х, пересекая ее в обоих направлениях; они занимают не только область И-диска, но и заходят в промежутки между нитями миозина в области А-диска. В этих участках нити актина и миозина связаны между собой поперечными мостиками, отходящими от миозина. Эти мостики наряду с другими веществами содержат фермент АТФ-азу. Область А-дисков, не содержащая нитей актина, обозначается как зона Н. На поперечном разрезе миофибриллы в области краев А-дисков видно, что каждое миозиновое волокно окружено шестью актиновыми нитями.

Структурно-функциональной сократительной единицей миофибриллы является саркомер – повторяющийся участок фибриллы, ограниченный двумя полосками Х. Он состоит из половины изотропного, целого анизотропного и половины другого изотропного дисков. Величина саркомера в мышцах теплокровных составляет около 2 мкм. На электронном микрофото саркомеры проявляются отчетливо.

Гладкая эндоплазматическая сеть мышечных волокон, или саркоплазматический ретикулум, образует единую систему трубочек и цистерн. Отдельные трубочки идут в продольном направлении, образуя в зонах Н миофибрилл анастомозы, а затем переходят в полости (цистерны), опоясывающие миофибриллы по кругу. Пара соседних цистерн почти соприкасается с поперечными трубочками (Т-каналами), идущими от сарколеммы поперек всего мышечного волокна. Комплекс из поперечного Т-канала и двух цистерн, симметрично расположенных по его бокам, называется триадой. У амфибий триады располагаются на уровне Х-полосок, у млекопитающих – на границе А-дисков. Элементы саркоплазматического ретикулума участвуют в распространении возбуждения внутрь мышечных волокон, а также в процессах сокращения и расслабления мышц.

В 1 г поперечнополосатой мышечной ткани содержится около 100 мг сократительных белков, главным образом миозина  и актина, образующих актомиозиновый комплекс. Эти белки нерастворимы в воде, но могут быть экстрагированы растворами солей. К другим сократительным белкам относятся тропомиозин и комплекс тропонина (субъединицы Т, 1, С), содержащиеся в тонких нитях. В мышце содержатся также миоглобин, гликолитические ферменты и другие растворимые белки, не выполняющие сократительной функции.

Белковый состав скелетной мышцы

Работа мышц

Основными свойствами мышечной ткани является возбудимость, проводимость и сократимость. На этих свойствах основана работа мышц. Вследствие сокращения брюшка мышцы происходит ее укорочение и сближение двух пунктов прикрепления мышцы (подвижный пункт приближается к неподвижному). В итоге происходит движение в данной части тела. Неподвижный пункт прикрепления мышцы - это начало мышцы, а подвижный - ее конец. Начало мышц приближено к туловищу или к его средней линии, а конец, наоборот, удален.

В выполнении движения, как  правило, участвует одновременно несколько  мышц. Мышцы, выполняющие одновременно движение в одном направлении, называются синергистами (например, мышцы сгибатели плеча). Мышцы, выполняющие движение в противоположных направлениях, называютсяантагонистами (например, мышцы сгибатели - разгибатели плеча).

Мышцы работают  рефлекторно, т.е. сокращаются под влиянием нервных импульсов, поступающих из центральной нервной системы по аксонам двигательных нейронов к каждой мышечной клетке. Под действием нервного импульса, поступившего к мышечной клетке, в ее мембране возникает потенциал действия и высвобождаются ионы кальция. Ионы кальция запускают весь механизм сокращения мышечных клеток. Таким образом, достаточное количество ионов кальция - это важное условие нормальной работы мышц. На каждый отдельный нервный импульс мышца отвечает сокращением. Характер сокращения мышц зависит от частоты поступающих нервных импульсов и продолжительности их поступления. В естественных условиях сокращенная мышца находится в состоянии  тетануса  (длительного сильного сокращения) при частоте нервных импульсов 40 - 50 в секунду. Тетанус возникает вследствие суммации отдельных мышечных сокращений. При частоте 10 - 20 имп/сек мышца находится в состоянии тонуса, т.е. некоторого сокращения, что необходимо для поддержания позы, осуществления движений.

1 - двуглавая мышца плеча (сгибатель); 
2 - трехглавая мышца плеча (разгибатель).

При интенсивной мышечной работе может наступать утомление мышц - т.е. временное понижение их работоспособности, вызываемое с накоплением в них продуктов обмена (фосфорной, молочной кислот), понижающих возбудимость мембран мышечных клеток. Кроме того, происходит истощение энергетических запасов (гликогена, АТФ) и утомление нервных центров, управляющих работой мышц. После некоторого периода отдыха мышцы восстанавливают свою работоспособность. При выполнениистатической работы мышцы утомляются быстрее, чем при динамической работе.

Закономерности работы скелетных  мышц и развития в них утомления  были глубоко изучены отечественным  физиологом И.М. Сеченовым в конце XIX века. В результате этих работ  ученый научно обосновал необходимость  соблюдения определенного ритма  сокращений мышц, оптимальность нагрузки для достижения наиболее эффективной, продолжительной работы без особого  утомления. Был сделан важный вывод  о том, что мышечная работа стимулирует  умственную работу.

У тренированных людей  мышцы более работоспособны: в  них повышено содержание гликогена, мышечные клетки более толстые, больше количество мышечных волокон, выше коэффициент  использования кислорода, быстрее  происходят восстановительные процессы. Длительная бездеятельность мышц ведет  к их атрофии и потере ими работоспособности.

Осанка — это привычное  положение тела, которое человек  принимает стоя или сидя. Формируется  осанка с самого раннего детства, в процессе воспитания и развития ребенка. Правильная осанка нужна каждому  человеку, т. к. она делает фигуру красивой и способствует нормальной деятельности двигательного аппарата и всего  организма в целом.

При правильной осанке левая  и правая стороны человеческого  тела симметричны, физиологические  прогибы позвоночника соответствуют  норме и выражены умеренно, лопатки  расположены симметрично, а плечи  находятся на одном уровне. Любые  нарушения осанки обычно вызывают изменения  всего скелета, расстройство двигательного  аппарата, головные боли, снижение аппетита, расстройство работы дыхательной, нервной  и сердечно-сосудистых систем.

Самыми распространенными  видами неправильной осанки являются сутулость, вялая осанка и искривления  позвоночника.

 Опишем их.

Сутулость. При этом виде нарушения осанки грудной отдел  позвоночника значительно и равномерно выступает назад, голова наклонена  вперед, грудная клетка уплощена, плечи сведены, живот выдается вперед.

Вялая осанка проявляется  опущением головы, уплощением грудной  клетки, отставанием лопаток от спины, сведением плеч, согнутыми в коленях  ногами.

Искривления позвоночника бывают трех видов: лордоз (искривление позвоночника выпуклостью кпереди), кифоз (искривление  позвоночника назад), сколиоз (боковое  искривление).

Причины неправильной осанки: слабое развитие мышц спины, привычное  неправильное положение тела, некоторые  виды профессиональной деятельности, врожденные или приобретенные недостатки опорно-двигательного аппарата, односторонние  занятия некоторыми видами спорта. У детей к нарушению осанки могут вести некоторые заболевания, в первую очередь рахит, гипотрофия, ожирение, плоскостопие, инфекционные болезни, а также нерациональный режим, неполноценное питание, неверно  подобранная мебель дома и в школе, неправильное ношение портфеля и  т. д. Предупредить возникновение неправильной осанки гораздо легче, чем исправить  ее в дальнейшем.

Основная часть процесса формирования правильной осанки приходится на младенческий, дошкольный и школьный периоды. Поэтому родители и родственники, сотрудники дошкольных и школьных учреждений должны постоянно следить за формированием  осанки у детей, строго контролировать позу детей при сидении за столом, стоянии и ходьбе. Важное значение имеют своевременное полноценное питание, свежий воздух, массаж, гимнастика, закаливающие процедуры, подбор мебели в соответствии с ростом. Желательно, чтобы ребенок сам контролировал свою осанку. Не следует допускать, чтобы дети спали в мягкой постели и постоянно на одном и том же боку. В первые месяцы жизни нельзя подкладывать ребенку под голову подушку. До 6 месяцев не рекомендуется придавать ребенку специально сидячее положение, а до 9 месяцев — ставить на ножки. Обучая ребенка ходьбе, надо использовать специальные приспособления — вожжи. Когда малыш научится ходить, не надо совершать с ним далеких прогулок. Необходимо следить, чтобы дети не сидели подолгу на корточках, за столом, на коленях у родителей. Во время занятий и приема пищи следует обращать внимание на посадку ребенка. Она может быть правильной только в том случае, если мебель соответствует росту и пропорциям тела.

Для предупреждения неправильной осанки следует проводить профилактику плоскостопия, т. к. уплощение стопы  нарушает опорную функцию ног, что  сопровождается изменениями костного скелета тела ребенка. Режим ребенка  должен рационально сочетать подвижные  и малоподвижные игры. Большое  внимание следует уделять укреплению опорно-двигательного аппарата ребенка. В возрасте 1,5-2 месяцев рекомендуется  начинать массаж. Упражнения со сгибанием  и разгибанием конечностей надо начинать в возрасте 3-4 месяцев, когда  физиологическое положение мышц-сгибателей и мышц-разгибателей рук становится одинаковым.

Воспитание осанки у детей 3 лет и старше начинается с усвоения прямой стойки. Затем выполняются упражнения: у вертикальной плоскости (дверь, шкаф, стена) — отведение рук и ног в стороны, поднимание на носки, касание плоскости затылком, спиной, лопатками, ягодицами; с предметом на голове — на темени ближе ко лбу устанавливают деревянные кружки, кубики, подушечки, наполненные орехами, мелкой галькой, песком, и в заданном направлении проходят определенное расстояние, держа руки перед грудью или в стороны; в равновесии и для стопы — стойка на левой (правой) ноге, ходьба на носках по бревну, скамейке с предметом на голове, повороты, поднимание пальцами ног лежащей на полу скакалки, бечевки или шнура.

Все эти упражнения способствуют тому, чтобы правильно держать  тело, развивать статическую выносливость мышц шеи, являются профилактикой плоскостопия.

Проводите также подвижные  игры, в которых дети должны принять  заранее установленное положение. Одежда во время подвижных игр  должна быть свободной и не стеснять движений. Физическая нагрузка строго дозируется и сочетается с отдыхом.

Во время занятий с  детьми надо обращать внимание на освещенность комнаты, т. к. при недостаточном  освещении дети сутулятся, принимают  неправильные позы.

Формированию правильной осанки способствуют закаливающие процедуры., укрепляющие здоровье ребенка, повышающие жизненный тонус. При сутулости полезно заниматься плаванием. Большое значение имеет достаточный сон, который дает отдых нервной системе, мышцам, уменьшает нагрузку на позвоночник и суставы ребенка.

Формирование осанки продолжается в течение всей жизни человека. Хотя наследственность в той или  иной степени влияет на тип осанки, главную роль в ее формировании играет приобретенный навык прямостояния.

Перед тем как перейти  к упражнениям, помогающим выработать правильную осанку, нужно усвоить  несколько положений тела, которые  помогут вам в этом:

1. При ходьбе голову  надо держать прямо и высоко, чтобы воображаемая линия соединяла  мочку уха и плечо. Не следует  задирать нос и сильно выставлять  вперед подбородок. Смотреть нужно  прямо перед собой, но не  под ноги. Старайтесь не двигать  головой при ходьбе. Пусть она  будет постоянно в одном положении.