ОПОРНО-РУХОВИЙ АПАРАТ

Переміщення в просторі і зміна положення тіла – одна з основних функцій організму. Цю функцію забезпечує опорно-руховий апарат, який складається з активної і пасивної частин. Пасивна частина – це кістки  і  з’єднання  між  ними.  Активна  частина опорно-рухового апарату представлена скелетними посмугованими  м’язами.

З кісток утворений скелет (skeleton, від грецького skeletos – висушений), що виконує різноманітні функції. Це в першу чергу опора і пересування. Форма тіла людини також залежить від скелета, який має бічну симетрію і сегментну будову .

Кістки є важелями, що приводяться в рух м’язами. При скороченні м’язів частини тіла змінюють своє положення і переміщують тіло в просторі. До кісток прикріплюються зв’язки, фасції та інші сполучнотканинні утвори. Крім цього, кістки скелета утворюють стінки порожнин (порожнини черепа, грудної клітки, таза, хребтовий канал), які надійно захищають розташовані в них органи від ушкоджень. Так, у порожнині черепа розташований головний мозок, у хребтовому каналі – спинний мозок, у порожнині грудної клітки – серце і великі судини, легені, стравохід тощо, у порожнині таза – сечостатеві органи. Кістки беруть участь у мінеральному обміні, депонують солі кальцію, фосфору тощо. Жива кістка містить вітаміни A, D, С та інші.

Маса “живого” скелета становить 14–20 % від маси тіла людини. Твердий скелет складається з 206–210 кісток, 33–35 кісток з яких – непарні. Це хребці, крижова кістка, куприк, деякі кістки черепа і груднина. Решта кісток – парні. Скелет поділяється на осьовий, до якого належить череп, що складається з 29 кісток, хребтовий стовп (32–34 хребці) і грудна клітка (24 ребра і груднина), і додатковий скелет, що включає кістки верхніх (64) і нижніх (62) кінцівок. М’який скелет утворюють сполучнотканинні структури: зв’язки, апоневрози, фасції, міжкісткові перетинки.

Кістки побудовані з кісткової та хрящової тканини, яка складається з клітин і щільної міжклітинної речовини.

Хрящ і кістка об’єднані між собою спільністю походження, будови і функції. Так, попередником більшості кісток є хрящ. Хрящовий скелет у зародка людини складає приблизно 60 % від маси всього тіла. Поступово хрящ заміняється кісткою. Хрящові моделі довгих кісток, хребців, кісток основи черепа, кінцівок замінюються кісткою. Ріст цих кісток забезпечується проліферативною активністю хряща. Кістки лицевого черепа і склепіння мозкового черепа розвиваються з перетинчастого черепа, минаючи стадію хряща. Такі ж стадії розвитку проходить ключиця. Хрящі вушної раковини і повітроносних шляхів не замінюються кісткою.

Будова скелета

Хрящ (латинською – cartilago, грецькою – chondros) як орган, утворений з хрящової тканини. Хрящі покриті  охрястям  (perichondrium),  що  складається з двох шарів. Зовнішній шар охрястя утворений волокнистою сполучною тканиною, у якій є багато кровоносних судин і нервових закінчень. Внутрішній шар охрястя – хондрогенний, у ньому є прехондробласти і хондробласти. Безпосередньо під охрястям містяться хондроцити – веретеноподібної форми клітини, які розташовані декількома шарами паралельно до охрястя. Ці клітини за будовою дуже подібні до фібробластів. Глибше розміщені різні за формою і розмірами хондроцити. Ще глибше в лакунах залягають ізогенні групи хрящових клітин. У деяких клітинах можна побачити фігури мітозу.

Кістки скелета мають високу механічну міцність, що зумовлена фізико-хімічною єдністю органічних і неорганічних речовин, а також особливою конструкцією кісткової тканини. За міцністю кістка не поступається міді та залізу. Значна кількість органічних речовин (особливо у дітей) забезпечує її велику пружність і еластичність. Якщо в кістці переважають неорганічні речовини, то кістка стає ламкішою (у старих людей). Так, опір живої кістки і міді на розтягання приблизно однаковий. Кістка витримує стиснення 10 кг/мм2 (аналогічно чавуну). Межа міцності ребер на злам досягає 110 кг/см2. Це пов’язано з особливостями хімічного складу і будови кісток.

Вміст води в “живій” кістці сягає 50 %. У сухому  залишку  кісткової  тканини  є  приблизно  33 % органічних речовин, які називають “осеїном”, і 67 % неорганічних речовин (солей кальцію, фосфору, магнію та інших елементів).

Кістка (оs) іззовні (крім зон суглобового хряща) вкрита окістям (periosteum) – це міцна сполучнотканинна пластинка, в якій багато кровоносних і лімфатичних судин та нервових закінчень . Окістя міцно зрощене з кісткою за допомогою сполучнотканинних волокон, що проникають у глибину кістки. Зовнішній шар окістя волокнистий і утворений переважно колагеновими волокнами. Внутрішній шар окістя – остеогенний, він безпосередньо  прилягає до кісткової тканини. У ньому розташовані веретеноподібні “спочиваючі” остеогенні клітини, за рахунок яких відбуваються ріст кістки у товщину та її регенерація після пошкодження. Остеогенні клітини вважаються стовбуровими, бо вони здатні до інтенсивного мітотичного поділу і є поліпотентними. У процесі диференціації з них, у залежності від мікрооточення, можуть утворюватися клітини декількох типів – остеобласти і хондробласти.

На поверхнях кожної кістки  помітні  випуклості, заглибини, борозни, отвори, шорсткості. До цих структур прикріплюються сухожилки м’язів, фасції, зв’язки, проходять судини і нерви. Підвищення, що виступають над поверхнею кістки, називають приростками, або апофізами (від латинського apophysis – виріст). До них належать: горб (tuber), горбок (tuberculum), гребінь (crіsta), відросток  (processus). На кістках є також заглибини: ямка (fossa), ямочка (fossula). Поверхні кістки обмежені краями (margo). На ділянках кісток, до яких прилягають нерви, кровоносні судини та інші структури, мають борозни (sulcus – борозна). У місцях проходження через кістку судини або нерва утворюються: канал (canalis), каналець (canaliculus), щілина (fissura), вирізка (incisura). На поверхні кожної кістки, особливо з внутрішнього боку, помітні маленькі отвори, що йдуть углиб кістки, – це живильні отвори (foramina nutricia).

Розрізняють щільну і губчасту кісткову речовину. Щільна кісткова речовина (substantia ossium compacta) побудована зі щільної тканини, пронизаної тонкими каналами остеонів (каналами Гаверса), що містять кровоносні судини і нервові волокна. Навколо кожного каналу кісткова речовина утворює по 4–20 циліндричних  пластинок  остеона . Структура з каналу Гаверса разом з навколишніми кістковими пластинками називається остеоном, або системою Гаверса. Діаметр остеона дорівнює приблизно 0,3–0,4 мм, довжина – до 2 см і більше. На межі між пластинками залягають кісткові клітини – остеоцити.

У сусідніх пластинках одного остеона волокна орієнтовані в різних напрямках, що забезпечує міцність кістки. Сусідні пластинки з’єднані між собою колагеновими волокнами. Кількість пластинок остеона і його діаметр максимально віддалені від джерела живлення – судини, яка проходить в каналі остеона. Ця відстань не повинна перевищувати 0,2 мм, а діаметр остеона – 0,4 мм, бо остеоцити живляться за рахунок міжклітинної рідини, що надходить по системі кісткових канальців, де проходять їх відростки. Між остеонами залягають вставні пластинки – залишки остеонів, які руйнуються в процесі життєдіяльності і перебудови кістки. Ці пластинки слугують матеріалом для утворення нових остеонів. Ззовні від остеонів під окістям розташовані рівнобіжними рядами зовнішні оточуючі (генеральні) пластинки .

Внутрішній шар щільної речовини кістки, що межує з кістковомозковою порожниною і покритий ендоостом, представлений внутрішніми оточуючими (генеральними) пластинками. Канали остеонів з’єднуються між собою і з поверхнею кістки короткими поперечними проникаючими каналами (канали Фолькмана, живильні канали). Через ці канали з окістя у кістку проникають судини, які живлять кістку, і нервові волокна. Зсередини канали остеонів вистелені ендоостом, утвореним з тонкої сполучнотканинної пластинки, внутрішнім шаром якої є плоскі остеогенні клітини. Остеогенні клітини диференціюються в остеобласти, які утворюють нові остеони, беруть участь у відновленні кістки перетворюючись в остеобласти, які утворюють нові остеоми, беруть участь у відновленні кістки при пошкодженнях. Остеогенні клітини у “спочиваючому” стані морфологічно не відрізняються від інших клітин, розташованих поруч. Лише після “активації”, При цьому цитоплазма стає більш базофільною, бо зростає кількість рибосом і елементів гранулярної ендоплазматичної сітки.

Губчаста кісткова речовина (substantia ossium spongiosa) складається з тонких кісткових пластинок і поперечин (кісткових балок), які перехрещуються між собою. Напрямок поперечин (балок трабекул) у губчастій речовині збігається з кривими стиснення і розтягнення, утворюючи конструкції склепінних арок. Таке розташування кісткових балок між собою під певним кутом забезпечує рівномірну передачу тиску чи тяги м’язів на кістку.

Губчаста речовина, що розташована між двома пластинками щільної речовини в кістках склепіння черепа, називається губчаткою (диплоє). Її ще називають пластинчастою губчастою речовиною, бо вона не формує остеонів. Зовнішня пластинка цих кісток склепіння черепа – товста і міцна, а внутрішня – тонка, при травмі легко ламається, тому її ще називають “скляною” пластинкою.

П. Ф. Лесгафт сформулював ряд загальних принципів організації кісток: 1) губчаста кісткова речовина утворюється в місцях найбільшого стиснення або розтягнення; 2) розвиток кісткової тканини залежить від діяльності приєднаних до даної кістки м’язів; 3) трубчаста й аркова будова кістки забезпечує найбільшу міцність при мінімальних затратах кісткового матеріалу; 4) зовнішня форма кістки залежить від тиску на неї навколишніх тканин і органів, у першу чергу м’язів; форма кістки змінюється при зменшенні або збільшенні тиску; 5) зміна форми кістки залежить від зовнішніх сил.

Рельєф кісток залежить від характеру прикріплення до них м’язів. Так, у місцях прикріплення до кістки сухожилків утворюються кісткові виступи. Якщо м’яз вплітається в окістя своєю м’ясистою частиною, то на кістці утворюється заглибина. У місцях проходження судин і нервів на кістках утворюються борозни.

Різні кістки скелета відрізняються  між  собою як за формою, так і за функцією. Структура і функція кістки взаємозалежні і взаємообумовлені.

Класифікація кісток

Кістки у філота онтогенезі проходять три стадії розвитку: сполучнотканинну, хрящову, кісткову. Ті кістки, що пройшли три стадії розвитку (непрямий остеогенез), називаються вторинними кістками. Ті кістки, що пройшли дві стадії розвитку, виключаючи хрящову стадію (прямий остеогенез), називаються первинними.

Розрізняють три різновиди скостеніння: ендесмальне   (розвивається   безпосередньо   в   сполучній тканині); перихондральне (за рахунок охрястя хрящового зачатка кістки); енхондральне (внутрішньохрящове) – при цьому різновиді утворюються ядра скостеніння. За часом появи в онтогенезі ядра скостеніння поділяють на: первинні (формують діафіз трубчастих кісток); вторинні (формують епіфізи трубчастих кісток); додаткові (формують апофізи).

За формою кістки поділяються на: довгі (трубчасті та губчасті) кістки, короткі (трубчасті та губчасті) кістки, плоскі кістки, атипові кістки, повітроносні кістки .

Довга трубчаста кістка (os longum) має видовжену середню частину – діафіз (diaphysis; від грецького dia – між, phyo – росту), циліндричної або тригранної форми і два стовщені кінці – наростки, або епіфізи (epiphysis, від грецького epi – над). Наближений до тулуба наросток називають ближчим, або проксимальним (proximalis), а протилежний – дальшим (кінцевим),  або  дистальним  (distalis).  На  кожному з епіфізів розташована суглобова поверхня (facies articularis), яка вкрита наростковим хрящем (cаrtilago epiphysialis), який сполучається в суглобі з відповідною кісткою.

Суглобова поверхня може бути опуклою (головка), увігнутою (суглобова ямка) або у вигляді виростка (condylus). Тіло трубчастої кістки побудоване з щільної речовини, у середині тіла є кістковомозкова порожнина (cavitas medullaris), яка заповнена кістковим мозком. Спочатку в онтогенезі наявний червоний кістковий мозок (medulla ossium rubra), який виконує кровотворну функцію, а потім він поступово замінюється жовтим кістковим мозком (речовини, яка ззовні  вкрита  тонкою  пластинкою зі щільної речовини. У губчастій речовині розміщений червоний кістковий мозок.

Ділянка трубчастої кістки, що розташована між діафізом і епіфізом, називається метафізом (metaphysis). У дітей та підлітків метафіз утворений з метафізарного хряща, який є джерелом росту кістки у довжину. Поступово хрящ замінюється кісткою.

Короткі трубчасті кістки є моноепіфізарними та, відповідно,   монометафізарними.

Плоска кістка (os planum). Це такі кістки, які беруть участь в утворенні порожнин і поясів кінцівок, виконують захисну функцію (кістки склепіння черепа, тазові кістки). До їхніх поверхонь прикріплюються м’язи.

Атипова кістка (os irregulare) має неправильну форму. Наприклад, скронева кістка черепа, яка складається з окремих частин різної форми.

Повітроносна кістка (os pneumaticum) має заповнену повітрям порожнину, стінка якої вистелена слизовою оболонкою. До цього класу кісток належать такі кістки черепа: лобова, клиноподібна, решітчаста, верхня щелепа.

Кістки немовлят утворені в основному з губчастої речовини, яка вкрита тонким шаром компактної речовини, кісткові балки ще не впорядковані, остеони тонкі, кісткові канальці неправильної форми. Окістя відносно товсте. У кістковому матриксі переважають органічні речовини. Майбутні короткі кістки, наростки, виростки і приростки довгих кісток ще побудовані з хряща, але діафізи – з кістки. Заміщення хрящової тканини кістковою відбувається поступово до 20–25 років.

Кістка дуже пластична. У живому організмі, коли на нього діють різноманітні фактори зовнішнього середовища, постійно відбувається перебудова кісток: збільшується або зменшується  кількість  остеонів, їх розташування, змінюється напрямок ліній стиснення та розтягнення. Зокрема, при тренуваннях, спортивних вправах, фізичному навантаженні змінюється структура і форма кісток. При постійному фізичному навантаженні на кістку наступає її робоча гіпертрофія: щільна речовина потовщується, кістковомозкова порожнина звужується.

При сидячому способі життя, тривалому перебуванні в постелі під час хвороби, коли дія м’язів на кістки скелета зменшується, кістки тоншають і слабшають. Перебудовується як щільна, так і губчаста речовина, яка стає комірчастою. Будова кістки залежить від професійної діяльності людини. При значних фізичних навантаженнях тяга сухожилків, що прикріплюються до кісток у визначених місцях, призводить до утворення додаткових виступів і горбів. Прилягання м’язових пучків безпосередньо до кістки призводить до утворення на ній плоских поверхонь і навіть ямок. Вплив м’язів обумовлює характерний для кожної кістки рельєф її поверхні і відповідну внутрішню будову.

Перебудова кісткової тканини можлива завдяки одночасному руйнуванню старої кісткової тканини (резорбція) і утворенню нової кісткової  тканини. На місці кісткової тканини, що руйнується, формуються нові остеони і кісткові трабекули. Таким чином, не  тільки  біологічний  початок (спадковість), але й умови зовнішнього середовища, соціальні фактори впливають на конструкцію кістки. Кістка змінює свою будову відповідно до зміни фізичного навантаження, виду виконуваної роботи.

Рентгеноанатомія кісток

Кістки скелета можна вивчати  на  живій  людині  під час рентгенівського дослідження. Наявність солей кальцію в кістках робить їх менш прозорими для променів, ніж навколишні м’які тканини. На рентгенограмах можна чітко побачити ділянки щільної і губчастої речовини, розрізнити окремі частини кістки.

Щільна речовина на рентгенограмі має щільні тіні у вигляді світлих смуг більшої чи меншої ширини, а губчаста – сіткоподібний малюнок різних розмірів. Середня частина діафізів довгих кісток досить товста, її щільна речовина дає відповідної ширини тінь, що звужується у напрямку до епіфізів, де щільна речовина стає тоншою. Між двома світлими тінями щільної речовини діафіза помітна темніша широка смуга, що відповідає кістковомозковій порожнині. Щільна речовина коротких кісток і епіфізів довгих кісток, яка розташована ззовні, на рентгенограмах виглядає вузькою світлою смугою. Усередині помітна сіточка губчастої речовини, за напрямками трабекул якої можна простежити лінії стиснення і розтягнення.

Кісткові порожнини, що містять прозорі для рентгенівських променів м’які тканини або повітря (очна ямка, пазухи повітроносних кісток – лобова, клиноподібна, верхня щелепа і  порожнина  носа), на рентгенограмах мають вигляд великих темних утворень (просвітлень), обмежених світлими лініями – тінями, що відповідають їх кістковим стінкам. Борозни на кістках, у яких проходять кровоносні судини або пазухи твердої мозкової оболони, на рентгенограмах відповідають темним лініям. Суглобова порожнина на рентгенограмах суглобів представлена темною смугою, що обмежена світлими лініями щільної речовини кісток. Ширина рентгенівської суглобової щілини залежить від товщини прозорого для рентгенівських променів наросткового хряща. На рентгенограмах можна бачити центри скостеніння, за якими визначають вік людини, простежити заміщення метафізарного хряща кістковою тканиною, зрощення частин кісток тощо.

Кістки тулуба

Скелет тулуба як частина осьового скелета утворений хребтовим стовпом (хребтом),  що  складається з 33–34 хребців, і грудною кліткою, яку формує груднина, 12 пар ребер і відповідні грудні хребці.

Хребтовий стовп (хребет) (cоlumna vertebralis) поєднує частини тіла в єдине ціле, виконує захисну й опорну функцію для спинного мозку і вихідних початкових ділянок спинномозкових нервів. Верхній кінець хребта підтримує голову. До хребта за допомогою поясів кріпиться скелет верхніх і нижніх кінцівок. Положення і форма хребта людини зумовлюють  прямоходіння.