Кости, хрящи и суставы - ДВИЖЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. Скелет должен быть прочным и обеспечивать опору телу.

Факт 2. Скелет должен быть подвижным.

• Сравните факты. В чём состоит их противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332).

Повторение необходимых знаний

• Из каких частей состоит скелет? (§ 25)

• Что такое соединительная ткань? (§ 3)

Решение проблемы

• С помощью текста и рисунков объясните, из каких элементов состоит скелет. Как строение костей связано с выполняемой ими функцией?

Такие разные кости

Скелет человека состоит более чем из 200 костей, имеющих разные размер и форму. Самая большая - бедренная кость - длиной в четверть роста человека и у некоторых людей достигает 47 см. А самая маленькая кость находится в ухе — это стремечко. Ее длина всего лишь 0,5 см.

Наружные слои костей состоят из компактного (плотного) “камнеподобного” вещества. Но оно не сплошное, а напоминает по строению железобетон. Вещество кости образуют прочные волокна белка коллагена, способные противодействовать сгибанию и растяжению, и твёрдые кристаллики минеральных солей, устойчивые к сжатию и придающие кости твёрдость. Несмотря на то что кости по физическим свойствам не уступают камню, это живая, непрерывно обновляемая и растущая ткань.

Во внутренних частях кости преобладает губчатое вещество. Оно образует решётчатую систему перекладин, напоминающих конструкцию металлического моста.

Сочетание компактного и губчатого веществ делает кости при их небольшой массе очень прочными.

По форме костей и соотношению в них компактного и губчатого вещества их можно разделить на три основных типа.

Известно, что трубка почти так же прочна, как равный ей по длине и диаметру сплошной стержень из того же материала, но существенно легче его. Лишним доказательством этого может служить строение длинных костей конечностей, испытывающих большие нагрузки. Их цилиндрическая часть, к которой не прикрепляются мышцы, представляет собой трубку из компактного вещества.

26.1. Кости: А - плоская; Б - губчатые; В - трубчатая

Полость трубки обычно заполнена лёгкой, богатой жиром соединительной тканью — жёлтым костным мозгом. Головки этих костей образованы губчатым веществом. Полости губчатого вещества заполнены красным костным мозгом, а его “балки” и “перекладины” вытянуты в направлениях, по которым кость испытывает воздействия сил тяжести и растяжения под действием прикреплённых к ней мышц. В центре такая кость обладает большей твёрдостью и меньшей гибкостью, чем на концах. Такие кости называют трубчатыми (рис. 26.1. В). Это плечевые, бедренные кости, кости предплечья и голени.

Губчатые кости (рис. 26.1. Б) в основном состоят из губчатого вещества. Тонкий слой компактного вещества расположен лишь на их поверхности. Такие кости находятся в местах, где большая нагрузка сочетается с подвижностью. Это позвонки, кости запястья, мелкие кости стопы.

Плоские кости (рис. 26.1. А) обрамляют полости и выполняют главным образом защитную функцию. Они образованы двумя параллельными пластинками компактного вещества, между которыми располагается небольшое количество губчатого вещества. Это кости крыши черепа, лопатки.

Однажды сформировавшись, кости не могут оставаться неизменными. Они должны увеличиваться в размерах с ростом ребёнка, а когда человек перестаёт расти, необходимо приспосабливаться к меняющимся нагрузкам, для чего старая костная ткань должна заменяться новой. Но для создания новой костной ткани нужно разрушить старое прочное межклеточное вещество. Эту работу выполняют клетки кости. Клетки одного типа разрушают старое костное вещество, а другие - строят новое. Так старая костная ткань заменяется на новую. Работы по моделированию, перестройке и обновлению межклеточного вещества непрерывно идут даже в самой плотной кости.

Надкостница

Поверхность костей покрыта тонким, но плотным слоем соединительной ткани, сросшейся с костью, — надкостницей. Она состоит из двух слоёв. Внешний слой — более грубый и волокнистый. К нему прикрепляются сухожилия мышц. Внутренний слой — тонкий, нежный — состоит из живых клеток, за счёт деления которых кость утолщается в процессе роста человека, восстанавливается при повреждениях и переломах.

Гибкий и упругий хрящ

В строении скелета, кроме костной ткани, принимает участие и хрящ. Хрящевая ткань - сравнительно мягкая, гибкая, легко разрастающаяся, способная образовывать очень гладкие поверхности. Её механические свойства можно оценить довольно просто - согните собственное ухо. Его можно согнуть пополам и даже свернуть в трубочку, но стоит ухо отпустить — и оно выправится и примет первоначальную форму. Такие свойства хряща предполагают его использование в тех частях скелета, где требуются гибкость или упругое смягчение ударов.

26.2. Клетки хряща располагаются в небольших полостях, разбросанных в большом количестве ими же созданного межклеточного вещества

• Сравните механические свойства хряща и кости.

Упругость обеспечивает белок — коллаген, который содержится в межклеточном веществе хряща. Клетки, поначалу тесно упакованные, вскоре оказываются изолированы друг от друга созданным ими межклеточным веществом. Но поскольку стенки камер, в которых заключены клетки, растяжимы, они продолжают делиться и создавать межклеточное вещество. Таким образом, в отличие от костей хрящ может расти изнутри.

“Веревки” и “канаты”

Связки и сухожилия “связывают” кости друг с другом и прикрепляют к ним мышцы (рис. 26.3). Основу их соединительной ткани также составляют волокна белка коллагена, но здесь они организованы в толстые пучки.

26.3. Связки - это ленты или пластины соединительной ткани, различные по упругости и прочности, укрепляющие места соединений костей скелета. Сухожилия - часть скелетных мышц, при помощи которых они прикрепляются к костям, мышечным перегородкам, коже. Они почти нерастяжимы и прочны на разрыв

• Для чего необходимы связки и сухожилия?

Составляющие сухожилия волокна коллагена на одном конце уходят в мышцу и тесно переплетаются с её волокнами, а на другом — вплетены в специальный слой соединительной ткани кости — надкостницу.

В отличие от быстро заживающей кости повреждённые связки и сухожилия восстанавливаются плохо.

“Соединяем” кости

Подвижные соединения костей, придающие гибкость и подвижность телу человека, называют суставами (рис. 26.4).

26.4. Строение сустава

• Каковы механические свойства тканей, из которых построены суставы?

Суставы достаточно разнообразны, но в их строении есть и общие черты. На одной из костей сустава обычно имеется углубление — суставная впадина, в которую входит соответствующая ей по форме головка другой кости. Головка и впадина костей плотно прижаты друг к другу, а их поверхности покрыты очень гладким хрящом. Он снижает трение костей друг о друга, повышает упругость и сопротивление износу. Сустав покрыт суставной сумкой из соединительной ткани. Клетки, выстилающие изнутри суставную сумку, выделяют жидкость. Она заполняет узкую щель между суставными поверхностями, облегчает их скольжение и служит питательной средой для суставного хряща. Кости, образующие суставы, дополнительно соединяются очень прочными связками. Бывают и другие типы соединения костей — полуподвижное и неподвижное (рис. 26.5).

26.5. Типы соединения костей: А - неподвижное; Б - полуподвижное; В - подвижное

• Каковы свойства типов этих соединений?

Развитие скелета

Как обеспечить быстрый рост и развитие такой сложной структуры, как скелет? Рост костей начинается во время развития зародыша в организме матери. Сначала из хряща формируются их миниатюрные “модели”. Некоторое время они увеличиваются благодаря росту и образованию новой хрящевой ткани. Затем более старый хрящ начинает замещаться костью. У новорождённых многие кости ещё частично хрящевые. По мере роста ребёнка идёт процесс окостенения. Он длится много лет: окостенение мелких косточек кисти и стопы заканчивается только к 21 году, а формирование всего скелета завершается в 20—25 лет. Единственное, что остаётся от хряща во многих костях взрослого человека, — это тонкий слой, образующий гладкое покрытие в области суставов, где одна кость сочленяется с другой.

Формулирование вывода

Кроме костей в состав скелета входят хрящи, связки и сухожилия. Кость - прочная и твёрдая, хрящ - упругий и гибкий. Подвижность скелета обеспечивают суставы. Скелет формируется у зародыша из хрящевых “моделей” костей. Хрящ по мере роста замещается костью.

Кость, надкостница, хрящ, связки, сухожилия, суставы

Применение знаний

1. Что обеспечивает кости твёрдость и прочность?

2. Что обеспечивает эластичность хряща?

3. Как мышцы прикрепляются к костям?

4. Что обеспечивает подвижность скелета?

5. Как растёт скелет вслед за человеком?

6. Двигая рукой, попробуйте определить, сколько суставов обеспечивают её движение и чем эти суставы отличаются друг от друга.

7. В результате обжига кость становится хрупкой. Если кость погрузить в соляную кислоту, она теряет твёрдость. Объясните почему.

8. Бедренная кость выдерживает массу автомобиля. Отчего же тогда случаются её переломы?

Мои биологические исследования

Определение при внешнем осмотре местоположения костей скелета

Используя изображение скелета, нащупайте свои локтевую и лучевую кости, ключицу, грудину, посчитайте количество рёбер. Определите степень подвижности различных суставов. Какие движения позволяет совершать локтевой сустав, запястный сустав большого пальца, плечевой сустав? Как вы думаете, как должны быть устроены эти суставы для того, чтобы выполнять такие движения?