Опорно-двигательная система. Скелет и мышцы

Определение. Опорно-двигательная система

Опорно-двигательная система — совокупность костей скелета, хрящей, суставов, связок и мышц, обеспечивающих опору тела, его форму, защиту внутренних органов и движение.

Кости — активные живые органы, а не инертные «подпорки». Они пронизаны кровеносными сосудами и нервами, постоянно перестраиваются в ответ на нагрузку, участвуют в кроветворении и минеральном обмене.

Строение кости

Название|Трубчатая кость (бедренная) Класс|Скелет конечностей Среда|Опорный аппарат Факты|Диафиз (тело) — компактное костное вещество снаружи + губчатое внутри; эпифизы (концы) — преимущественно губчатое вещество с красным костным мозгом; надкостница (периост) — рост в толщину, регенерация; жёлтый костный мозг в диафизе — жировое депо

Химический состав кости:

• Органические вещества (~35%): коллаген (оссеин) → гибкость.
• Неорганические вещества (~65%): кальций и фосфор (гидроксиапатит) → твёрдость.

💡 Опыт: кость, выдержанная в соляной кислоте, теряет минералы — становится гибкой как резина (остаётся коллаген). Прокалённая кость теряет органику — становится хрупкой, крошится (остаётся гидроксиапатит). У пожилых людей доля коллагена снижается → кости хрупкие → переломы при падении.

Поперечный срез компактного вещества кости: видны остеоны (гаверсовы системы) — концентрические слои костных пластинок вокруг центрального канала (Гаверсов канал) с кровеносным сосудом. В лакунах между пластинками — остеоциты с отростками. Остеоны — «кирпичики» компактной кости.

Скелет человека

Отдел скелета|Кости|Функция Череп|Мозговой (8 костей) + лицевой (15 костей)|Защита мозга; формирование полостей Позвоночник|33–34 позвонка (7 шейных + 12 грудных + 5 поясничных + 5 крестцовых + 4–5 копчиковых)|Ось тела; защита спинного мозга; рессорная функция (4 изгиба) Грудная клетка|12 пар рёбер + грудина|Защита органов грудной полости; дыхание Пояс верхней конечности|Ключица + лопатка|Крепление руки к туловищу Свободная верхняя конечность|Плечо (плечевая) + предплечье (лучевая + локтевая) + кисть (27 костей)|Хватание, манипуляция Пояс нижней конечности|Тазовые кости (2) + крестец|Опора; защита органов малого таза Свободная нижняя конечность|Бедро (бедренная) + голень (большеберцовая + малоберцовая) + стопа (26 костей)|Опора при стоянии и ходьбе

В скелете человека ~206 костей. При рождении их больше (~350), затем многие срастаются.

Соединения костей

Тип соединения	Пример	Особенность
Непрерывное (синдесмоз, синостоз)	Кости черепа, крестец	Неподвижное
Хрящевое (синхондроз)	Рёбра с грудиной, межпозвоночные диски	Полуподвижное
Сустав (диартроз)	Плечевой, коленный	Подвижное

Сустав состоит из: суставных поверхностей (покрыты гиалиновым хрящом), суставной сумки (капсулы), суставной полости (синовиальная жидкость — смазка).

Мышечная система

Название|Скелетная мышца Класс|Орган опорно-двигательной системы Среда|Прикреплена к костям через сухожилия Факты|Мышца = пучки мышечных волокон + соединительная ткань (эндомизий, перимизий, эпимизий); сухожилие крепит к кости; вставки — место прикрепления, начало — неподвижная точка; мышцы работают парами: агонисты/антагонисты

Механизм мышечного сокращения

Название|Скользящие нити (теория Хаксли) Шаг 1|Нервный импульс → синапс → выход ацетилхолина → потенциал действия на мышечном волокне Шаг 2|Ионы Ca²⁺ выходят из саркоплазматического ретикулума в цитоплазму Шаг 3|Ca²⁺ связывается с тропонином → тропомиозин открывает активные центры актина Шаг 4|Миозиновые головки прикрепляются к актину и «гребут» — актиновые нити скользят к центру саркомера Шаг 5|Саркомер укорачивается → всё волокно укорачивается → мышца сокращается Итог|Расслабление: Ca²⁺ закачивается назад, миозин отсоединяется от актина (тратится АТФ)

⚠️ Трупное окоченение — мышцы после смерти твердеют, потому что кончается АТФ, и миозиновые головки не могут отсоединиться от актина. Это доказывает, что для расслабления нужна энергия.

Пример. Рычаги в опорно-двигательной системе

Кости работают как рычаги. Бицепс сгибает предплечье: точка опоры — локтевой сустав, сила — мышца у бугристости лучевой кости, груз — масса предплечья + объект в руке. Плечо силы (расстояние от мышцы до сустава) мало, поэтому для подъёма 1 кг мышца должна развивать ~10 кг — проигрыш в силе, выигрыш в скорости и диапазоне движения.

Рост костей и влияние нагрузки

Кости — живые органы, постоянно перестраивающиеся под воздействием механической нагрузки. Клетки-остеобласты синтезируют новое костное вещество; клетки-остеокласты разрушают старое. В норме эти процессы уравновешены. Перестройка кости — непрерывный процесс: за 10 лет весь скелет взрослого человека полностью обновляет своё минеральное вещество.

Физическая нагрузка стимулирует остеобласты → кости становятся плотнее и прочнее. Именно поэтому спортсмены имеют более плотные кости, чем малоподвижные люди. У космонавтов при длительной невесомости кости теряют минеральную плотность — без нагрузки остеокласты преобладают.

Явление|Перестройка кости под влиянием нагрузки Пример 1|Теннисист: кость ракетной руки заметно толще, чем другой — результат многолетних асимметричных нагрузок Пример 2|Лежачий больной: за 3–4 недели постельного режима кости теряют 1–2% минерального вещества Пример 3|Рост подростка: эпифизарные зоны роста закрываются к 18–20 годам; после этого кость в длину уже не растёт Вывод|Механическая нагрузка — обязательное условие нормального формирования и поддержания костей на протяжении всей жизни; профилактика остеопороза начинается не в старости, а в детстве и юности

Важно! Осанка и физическая нагрузка

⚠️ Сколиоз — боковое искривление позвоночника. Причина — слабость мышц спины и длительное сидение в неправильной позе. Позвоночник формируется до 20–22 лет — именно в этот период важны физическая нагрузка и правильная осанка.

💡 Остеопороз — снижение минеральной плотности костей. Профилактика с детства: кальций + витамин D (синтезируется в коже под УФ) + физическая нагрузка (нагрузка на кость стимулирует отложение минералов).