Опорно-двигательный аппарат

Функции опоры и движения на уровне организма обеспечиваются опорно-двигательным аппаратом, который состоит из скелета и скелетных (соматических) мышц. Скелет представляет собой совокупность костей и их соединений. Каждая кость и каждая скелетная мышца являются отдельными органами. При этом у взрослого человека насчитывается более 200 костей и около 400 скелетных мышц. В целом же на долю скелета приходится около 15% массы тела, а на долю скелетных мышц – около 35-40% массы тела. Органы опорно-двигательного аппарата создают опору для организма в целом и для его внутренних органов, а также осуществляют перемещения тела и его частей в пространстве. Такие образования опорно-двигательного аппарата, как череп, грудная клетка, таз или мышцы "брюшного пресса" защищают внутренние органы от механических повреждений. Опорно-двигательный аппарат непосредственно участвует в работе органов дыхания, пищеварения, зрения и некоторых других органов. Кроме своих основых функций (опоры, защиты и движения) элементы опорно-двигательного аппарата выполняют и некоторые особые функции. Так, в костях происходит кроветворение и сосредоточены основные запасы кальция, а скелетные мышцы являются главным источником тепла в организме. В опорно-двигательном аппарате различают активную (движущую) и пассивную (движимую) части. Пассивная часть опорно-двигательного аппарата представлена, преимущественно, элементами скелета и образована различными видами соединительных тканей. Наиболее важное свойство этих видов тканей – способность противостоять механическим нагрузкам – определяется свойствами их межклеточного вещества. Так, белковые волокна межклеточного вещества придают соединительным тканям опорно-двигательного аппарата прочность и упругость. Клетки этих тканей синтезируют межклеточное вещество и поддерживают рост и постоянное обновление ткани в целом. В костной ткани около 70% массы межклеточного вещества приходится на минеральные соли кальция (остальная часть распределяется примерно поровну между органическими веществами и водой). Кристаллы солей кальция придают костной ткани твердость. Хрящевая ткань отличается высокой упругостью. Она участвует в построении отдельных хрящей (например, хрящей носа или ушной раковины), а также образует непрерывные соединения между некоторыми костями (например, между позвонками). Волокнистая соединительная ткань является основой большинства непрерывных соединений костей, образуя между костями прочные перемычки (например, связки). Наиболее сложное строение имеют шарнирные соединения костей – суставы. В их образовании участвуют и хрящевая, и волокнистая соединительные ткани. Активная часть опорно-двигательного аппарата – скелетные мышцы. Их главной тканью является поперечно-полосатая скелетная (соматическая) мышечная ткань. Благодаря способности волокон этой ткани к сокращению осуществляются перемещения элементов скелета. Сила сокращения целой мышцы зависит от силы сокращения отдельного волокна и от количества одновременно сокращающихся мышечных волокон. Движения в суставах происходят под действием силы тяги мышц, которые прикреплены к костям, образующим сустав. В зависимости от того, какое именно движение осуществляется данной мышцей, различают мышцы сгибатели и разгибатели конечностей, мышцы, приводящие и отводящие конечности от туловища, и другие. Мышца действует на кость в суставе по принципу рычага. Рука сгибается в локтевом суставе под действием мышцы-сгибателя. Максимальная сила тяги развивается в месте прикрепления мышцы (точка А). Чем дальше от этой точки, тем сила меньше. В точке В, где расположен груз, сила тяги во столько же раз меньше, во сколько расстояние ОА меньше, чем расстояние ОВ (на рисунке – в 7 раз). Следовательно, чтобы поднять груз массой 1 кг так, как показано на рисунке, мышца должна развить силу в 7 кг. Сгибая руку в локте, можно поднять в несколько раз больший груз, если держать его не в кисти, а положить на предплечье ближе к локтевому сгибу. Таким образом, движения во многих суставах совершаются с существенной потерей силы. Однако проигрыш в силе равен выигрышу в расстоянии, на которое перемещается удаленная от сустава точка (b > a), и выигрышу в скорости ее движения. Иначе говоря, короткие ноги – сильные, а длинные – быстрые. Мышца может только тянуть, но не толкать. Поэтому одна и та же мышца не может обеспечить противоположные движения в суставе (например, сгибание и разгибание), и все суставы должны "обслуживаться" несколькими мышцами. Мышцы, вызывающие противоположные движения, называются мышцами-антагонистами. Сокращения скелетных мышц происходят только под влиянием импульсов, которые приходят из центральной нервной системы по соматическим нервным волокнам. Сокращение скелетных мышц происходит в результате возбуждения соматических нервных волокон, которые выходят из центральной нервной системы в составе спинномозговых и черепно-мозговых нервов. Эти волокна содержат аксоны двигательных нейронов, тела которых находятся в передних рогах спинного мозга и в стволе головного мозга. Уже на этом уровне может осуществляться самый простой механизм регуляции движений — рефлекс (например, защитные рефлексы отдергивания конечности от источника боли, зажмуривание глаз при действии яркого света и др.). При осуществлении рефлекса сигналы от рецепторов по отросткам чувствительных нейронов поступают в нервный центр этого рефлекса, где находятся вставочные нейроны. От них возбуждение направляется к двигательным нейронам и, далее, к скелетным мышцам. Даже простейшие двигательные акты не могут быть обеспечены единственной рефлекторной дугой, поскольку они требуют согласования деятельности нескольких мышц. Так, для совершения какого-либо движения необходимо не только сокращение определенных мышц, но и одновременное расслабление мышц-антагонистов. Например, при рефлекторном отдергивании руки от горячего предмета, двуглавая мышца плеча (сгибатель) сокращается, а трехглавая (разгибатель) — расслабляется. Такое согласование деятельности мышц-антагонистов осуществляется благодаря тормозным вставочным нейронам. Более сложная координация рефлексов осуществляется некоторыми ядрами ствола головного мозга. Так, при ориентировочном рефлексе в ответ на действие звукового раздражителя происходит поворот головы и глаз в сторону раздражителя. При позных рефлексах происходит согласованное изменение тонуса различных мышечных групп туловища и конечностей в ответ на изменение положения головы. Например, поворот головы влево вызывает сокращение мышц-разгибателей и расслабление мышц-сгибателей левой конечности. При этом тонус мышц правой конечности изменяется противоположным образом. В результате формируется поза, облегчающая возможное движение в сторону поворота головы. Относительно сложные целенаправленные движения не являются суммой рефлексов. Они осуществляются по специальным программам, которые создаются при участии многих отделов головного мозга, в частности, мозжечка, а также коры и подкорковых ядер полушарий большого мозга. Кора полушарий большого мозга необходима для осуществления произвольной регуляции движений. Сигналы от других отделов мозга, участвующих в создании программы движения, поступают в двигательную зону. Она расположена в коре одной из извилин лобной доли полушарий большого мозга. В этой зоне находятся тела нейронов, аксоны которых направляются к двигательным (соматическим) нейронам спинного мозга и ствола головного мозга. Существует точное соответствие между отдельными участками двигательной зоны коры и мышцами, которыми они управляют.