Задачи урока:
образовательные – познакомить учащихся со значением и составом опорно-двигательной системы, с химическим составом костей, с их микро - и макроскопическим строением, с типами костей;
развивающие –
Ход урока.
1.Актуализация знаний.
Беседа с учащимися:
1) вспомните, какие функции выполняет опорно-двигательная система млекопитающих животных, какое она имеет строение?
2) Почему, по-вашему, опорно-двигательную систему называют костно-мышечной?
3) Какой тканью образованы кости?
4) Каковы особенности строения соединительной ткани? Чем определяются функции этой ткани?
5) В чем проявляется опорная функция? двигательная?
6) Попробуйте сформулировать задачи урока, проанализировав тему и исходя из того, что вам неизвестно.
2. Постановка проблемы.
В 17 веке на острове Окинава были разработаны приемы японского карате. Завоевав остров, японцы отобрали у местных жителей все в иды оружия, запретили его производство и импорт. Чтобы защитить себя, окинавцы разработали систему приемов борьбы с помощью пустой (кара) руки (те). Методы карате значительно отличаются от приемов других видов самообороны без оружия. Каратист концентрирует свой удар на очень малом участке, не делая при этом длинных махов руками. Каратист может в течение нескольких миллисекунд передавать в ударе мощность в несколько киловатт и легко разбивать такие прочные предметы, как дубовые или бетонные бруски.
Возникает вопрос, как может голая рука производить столь разрушительные действия, оставаясь при этом невредимой?
На этот вопрос мы найдем ответ в процессе урока.
3. Изучение нового материала.
1) Типы костей.
2) Макроскопическое строение костей.
Рассказ с элементами беседы.
Скелет является каркасом нашего тела, состоящим приблизительно из 220 костей. Форма, размеры и внутренняя структура каждой кости определяются функцией в скелете. Как и любые строительные элементы, кости нашего скелета работают, в основном, на сжатие и растяжение, или на изгиб. Эти два режима работы предъявляют к костям как элементам скелета далеко не одинаковые требования. Но в любом случае желательно сочетание прочности и легкости. Как же достигается прочность конструкции?
Попробуйте предложить инженерное решение данной проблемы.
Рассказ о макроскопическом строении костей (с использованием таблицы и рисунка 18 учебника).
Факт. Измерения показывают, например, что для самой крупной трубчатой кости скелета – бедренной – отношение внутреннего диаметра поперечного сечения к внешнему примерно равно 0,5 – 0,6, что дает возможность приблизительно на 25% уменьшить массу скелета при сохранении той же прочности.
Какой же запас прочности у наших костей? В таблице приведены значения критических напряжений, при которых нарушается целостность различных материалов, испытанных на сжатие и растяжение.
Средняя часть плечевой кости человека имеет площадь поперечного сечения около 3.3см 2. Пользуясь данными таблицы легко показать, что максимальный вес груза, который может удерживать эта кость, находясь в вертикальном положении и работая на сжатие, близок к 60000 Н.
Теперь попробуйте ответить на вопрос:
как может голая рука производить столь разрушительные действия, оставаясь при этом невредимой? (То, что рука каратиста не ломается при ударе о бетонный брусок, частично объясняется гораздо большей прочностью кости по сравнению с бетоном).
Как видно из таблицы кость по своей прочности уступает только твердым сортам стали, и оказывается гораздо прочнее ставших образцами прочности гранита и бетона. Чем же объясняется такая высокая прочность костного материала?
3) Химический состав костей.
Причиной высокой прочности костей является её химический состав.
Кость по своему химическому составу состоит из двух совершенно различных компонентов – коллагена (органическое вещество) и минерального вещества. Коллаген – это один из главных компонентов соединительной ткани. Большая часть второго, минерального компонента кости – соли кальция. Атомы кальция составляют 22% общего количества атомов в кости (для сравнения – в остальных тканях –около 2-3%). Можно легко удалить любой из главных компонентов кости, практически не меняя её формы. Если, например, подержать достаточно долго кость в 5%-ном растворе уксусной кислоты, то весь неорганический компонент в ней растворится. Оставшаяся кость, состоящая в основном из коллагена, станет эластичной как резиновый жгут и её можно будет свернуть в кольцо. Наоборот, если кость сжечь, то весь коллаген сгорит, а неорганический компонент останется. При малейшем ударе кость рассыплется на мелкие очень прочные пластины.
сформулируйте вывод о роли органических и неорганических веществ в костях.
4) микроскопическое строение костей.
3.Закрепление знаний.
Обсуждение вопросов:
1) рассмотрите рисунок 18, Б и В. объясните, почему перекладины губчатого вещества ориентированы по направлению сил сжатия и растяжения кости;
2) два ученика спорили. Один утверждал, что кость – сложный живой орган, а другой отрицал это. Кто из них прав и почему?
3) давно известно, что если ампутировать одну ногу, то происходит изменение внутреннего строения другой ноги. Дайте объяснение этому явлению.
4. Задание на дом: п. 10
Урок на тему:
«Оплодотворение и зародышевое развитие у животных».
Задачи урока:
образовательные – расширить представления учащихся об оплодотворении у животных, полученные в процессе изучения зоологии, познакомить учащихся с понятием онтогенеза, с этапами зародышевого развития у животных;
развивающие – продолжить формирование навыков работы с текстом, умение ориентироваться в источниках информации, адекватно понимать прочитанное, сортировать информацию с точки ее важности, делать выводы и обобщения.
воспитательные – показать роль здорового образа жизни в формировании зародыша.
Ход урока.
1. Проверка домашнего задания.
1) индивидуальная работа по карточкам: составьте связный текст используя термины и понятия: гаметы, мейоз, половое размножение, гаметогенез, двойной набор хромосом, оогенез, гаплоидный набор хромосом, сперматогенез.
2) соотнесите фазы мейоза и процессы;
а) расхождение гомологичных хромосом к полюсам клетки; б) конъюгация;
в) хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки, нити веретена деления прикрепляются к центромерам; г) образование двух клеток с одинарным набором хромосом.
1. Профаза I.
2. Метафаза I.
3. Анафаза I.
4. Телофаза I.
3) составьте схему «Размножение организмов», используя понятия: половое размножение, бесполое размножение, деление, почкование, споруляция, вегетативное размножение, гаметы.
4) сравните оогенез и сперматогенез, найдите сходство и отличия.
5) устный опрос (вопрос-ответ, работа по цепочке)
2.Изучение нового материала.
1) актуализация знаний: обратите внимание на тему урока. Что вам известно по данной теме? Что не известно? Сформулируйте основные задачи урока.
2) задание учащимся: проведите анализ текста. Для этого прочитайте статью «Оплодотворение» п.22. отметьте знаком «+» то, что было вам известно ранее и «-» то, что неизвестно. Отметьте наиболее значимые, по- вашему, моменты знаком «!». Представьте свой вариант анализа для обсуждения.
3) рассказ об этапах онтогенеза. Задание учащимся: по ходу обсуждения запишите в тетрадь основные понятия темы.
4) осмысление.
Задание: прочитайте статью «Онтогенез организма и эмбриональное развитие», разбейте текст на несколько смысловых кусков, озаглавьте каждый, напишите 5, 7, 9 слов, которые наиболее полно отражают содержание каждого фрагмента. Попытайтесь воспроизвести содержание каждого фрагмента. Постарайтесь запомнить.
Обсуждение статьи «Влияние различных факторов на развитие зародыша» Беседа по вопросам: Какое практическое значение могут иметь эти знания?
Какие этапы развития наиболее уязвимы? Почему вы так считаете? Какие факторы могут оказать негативное влияние на эмбриональное развитие человека?
3.Рефлексия.
Заполнение таблицы и обсуждение таблицы.
4. Задание на дом: п. 22, подготовить сообщение (по желанию) «Влияние различных факторов на развитие зародыша».
Урок на тему: «Генетика и здоровье» (10 класс)
Образовательные – познакомить учащихся с наследственными заболеваниями и причинами их вызывающими, рассказать о возможности лечения некоторых наследственных аномалий;
Развивающие – продолжить формирование навыков критического мышления, умения анализировать полученную информацию, аргументировать ответы, применять знания для решения практических задач.
Воспитательные – на основе материала о причинах наследственных заболеваний, продолжить работу по пропаганде здорового образа жизни, ответственного отношения к своему здоровью и здоровью будущего потомства.
Ход урока.
1. Проверка знаний:
1) тренинг по доказательству: докажите обоснованность использования близнецового, цитогенетического биохимического , генеалогического методов исследования.
2) тренинг по опровержению: опровергните возможность использования классических методов для изучения генетики человека.
3) проанализируйте близнецовый метод в генетике человека. В чем его достоинства, а в чем – недостатки?
4) Какой из методов генетики человека кажется вам наиболее эффективным? Ответ обоснуйте.
5) приведите пример родословной семьи, в которой обнаружена аномалия, наследуемая по типу рецессивного и сцепленного с полом признака (индивидуальное задание для 2-3 учащихся).
2.Изучение нового материала.
1) из истории изучения вопроса.
Доменделевский период развития генетики человека - это накопление эмпирических данных о семейных случаях болезней и попытки объяснения закономерностей наследования. Несколько десятков наследственных болезней были идентифицированы как семейные формы или формы с неясной этиологией (нейрофиброматоз, гемофилия, полидактилия, синдром Дауна и др.). В этот период были заложены основы клинико-генеалогического и близнецового методов. Роль наследственности в этиологии болезней в этот период уже признавалась.
Переоткрытие законов Менделя и последующее развитие хромосомной теории наследственности поставило на научную основу изучение дискретных наследственных признаков и болезней, а также глубокое проникновение генетики в медицину.
Слияние ветвей формальной генетики человека, цитогенетики и биохимической генетики в конце 50-х годов привело к формированию клинической генетики и ее продвижению на передовые позиции в медицине и генетике. Человек становился главным объектом генетических исследований. Благодаря новым методам цитогенетических, биохимических, молекулярно-генетических исследований и информационных технологий на пороге XXI века заканчивается инвентаризация признаков у человека и структурная расшифровка полного генома человека. Открыты новые классы болезней и объясняются отклонения от законов Менделя (импринтинг, антиципация).
Три обстоятельства способствовали интенсивному развитию генетики человека во второй половине XX в.: снижение инфекционных и алиментарных заболеваний позволило организаторам здравоохранения направить средства на болезни эндогенной природы, в том числе наследственные: прогресс лабораторной и инструментальной медицины обеспечивал все более дискретное вычленение отдельных симптомов, синдромов и нормальных вариаций ; прогресс генетики принципиально изменил методологию генетического изучения человека. Основным прикладным итогом разработок явилось создание генетических технологий для медицины, широко проникших в диагностику, лечение и профилактику наследственных болезней. На их основе принципиально изменились подходы к расшифровке патогенеза многих болезней, и создалась основа для нового направления, названного молекулярной медициной. Сейчас уже вошли в клиническую медицину такие понятия, как доклиническая (предсказывающая) диагностика, преконцепционная профилактика, генодиагностика, генотерапия.
Итоги развития генетики человека в XX веке внушительны, и их значение для медицины огромно.
2) понятие о наследственных заболеваниях
наследственные болезни
Аутосомно-доминантное Аутосомно-рецессивное Сцепленное с полом
(АА, Аа) (аа) (ХНХh, ХHХH, ХHУ, ХhУ)
Синдром Марфона, Альбинизм, фенилкетонурия Гемофилия, дольтонизм
Полидактилия
4) презентации учащихся.
а) хромосомные болезни.
б) генные болезни.
5) обсуждение вопроса: можно ли предупредить наследственные заболевания и возможно ли их лечение?(возможна групповая работа или диалоговое общение)
3.Закрепление.
Задание учащимся: ваши предложения о механизмах лечения наследственных заболеваний.
4. Домашнее задание: п.50 , подготовить аналитический обзор 2-3 статей из Интернета на тему «Профилактика и лечение наследственных заболеваний»
Урок на тему: «Основные этапы антропогенеза» (11 класс)
Задачи урока:
образовательные – познакомить учащихся с этапами эволюции человека, выявить движущие силы антропогенеза,
развивающие - формировать умение ориентироваться в источниках информации, адекватно воспринимать полученную информацию, сортировать её с точки зрения важности, делать выводы и обобщения;
воспитательные – формировать способность выдвигать и аргументировано отстаивать свою точку зрения, опираясь на конкретные знания.
Ход урока.
1. Заполнение таблицы
Знаю по данной теме | Хочу узнать |
2. Обсуждение записей и формулирование учащимися задач урока с ориентацией на наиболее часто встречающиеся вопросы.(вопросы следует записать на доске)
3. Вступительное слово учителя.
Если всю историю Земли принять за сутки, то:
Полночь, начало суток - образовалась планета.
Через 12 часов, в полдень, на дне древнего океана шевелились уже первые комочки живого белка. К 16 ч. 48 мин. Из простейших белковых тел развились черви, раки, моллюски, водоросли . Позднее появились рыбы.
В 21 ч. 36 мин. наступило царство динозавров. За 40 минут до конца суток все ящеры вымерли, и Землю стали завоевывать млекопитающие. И лишь в 23 часа 59 минут 56 секунд появился, наконец, человек.
Но историческая эпоха - время, когда человеческое общество эволюционировало от дикости до современной цивилизации - длилось всего 2 секунды.
Что же произошло в этот короткий для эволюции срок и что предшествовало появлению человека - вопросы сегодняшнего урока.
4. Просмотр фрагментов учебного фильма «Происхождение человека».
Организация групповой работы.
1) напишите мини-рецензию на фильм, отметив наиболее удачные моменты, слабые стороны фильма, вопросы, не освещенные в фильме.
2) Отметьте биологические изменения на разных этапах антропогенеза. Предположите механизм их возникновения.
3) Проследите формирование материальной культуры. Благодаря чему, каким биологическим особенностям, стали возможны эти изменения в жизни?
4) Дайте характеристику этапов эволюции человека.
5.Обсуждение фильма, отчет групп.
6. Организация диспута по вопросам:
а) насколько убедительным кажется вам предложенный сценарий развития событий? Найдите самые убедительные, на ваш взгляд, доказательства в защиту предложенной точки зрения.
б) предложите свою гипотезу. Попробуйте привести убедительные доказательства в ее защиту.
дополнение таблицы.
Задание на дом: п. 70, подготовить мини – выступление на тему: «Основные этапы эволюции человека».
Скелет человека включает более 200 костей. Он является пассивной частью опорно-двигательной системы. Функции скелета. опорная, защитная, участие в обмене минеральных веществ, кроветворная.
Кости
образованы костной тканью, состоящей из клеток и плотного межклеточного вещества, содержащего белок - оссеин и минеральные компоненты - фосфорнокислый и углекислый кальций. Содержание органических и неорганических компонентов составляет 33 % и 67 % соответственно. Высокая прочность костей обеспечивается сочетанием упругости оссеиновых волокон и твердости минерального вещества. При недостатке витамина D в растущем организме нарушается процесс минерализации костей и они становятся гибкими, легко искривляются (рахит). У пожилых людей доля минеральных веществ возрастает, а органических - уменьшается, кости становятся хрупкими, при переломах плохо срастаются.
Межклеточное вещество представлено тонкими костными пластинками, расположенными концентрически вокруг каналов, в которых проходят питающие кость кровеносные сосуды. Пластинки, объединяясь, образуют перекладины или балки. Если перекладины плотно прилегают друг к другу, формируется плотное , или компактное , вещество; рыхло расположенные перекладины образуют губчатое вещество. Оси балок ориентированы в направлении, в котором на кости воздействует нагрузка. Это придает кости устойчивость к напряжению и сжатию при минимальной ее массе. Компактное вещество находится снаружи кости и придает ей прочность, губчатое вещество находится под компактным веществом и уменьшает массу кости.
Снаружи кость, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей - плотным соединительнотканым чехлом, пронизанным кровеносными сосудами и нервами. На ее внутренней поверхности расположены костеобразуюшие клетки, которые, размножаясь делением, обусловливают рост кости в толщину и ее восстановление при переломах.
Губчатое вещество кости содержит красный костный мозг . В красном костном мозге находятся клетки, которые обладают способностью к кроветворению, а также кровеносные сосуды, питающие внутренние зоны кости. Полости трубчатых костей заполнены желтым костным мозгом - богатой жиром рыхлой соединительной тканью.
По форме кости подразделяются на трубчатые, губчатые, плоские и смешанные . Трубчатые кости состоят из средней части, или тела, и двух концов - головок (плечевая, бедренная, фаланги, пальцев). В головках преимущественно расположено губчатое вещество; в теле имеется полость, заполненная желтым костным мозгом. В период роста кости между телом и головкой трубчатых костей имеется слой хряща, за счет деления клеток которого происходит рост кости в длину. После замещения хряща костной тканью рост кости в длину прекращается.
Губчатые кости (ребра, грудина, кости запястья, предплюсны) преимущественно состоят из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного.
Плоские кости формируют защитные стенки для внутренних органов (кости черепа, тазовые кости) и служат поверхностью для прикрепления мышц (лопатки).
Смешанные кости (кости основания черепа - височная, клиновидная) состоят из нескольких частей, имеющих различное строение.
Поверхности костей имеют выступы, гребни, шероховатости, служащие для прикрепления мыши.
Рассмотрим строение кости. У каждой кости выделяют плотное (компактное) и губчатое вещество. Распределение компактного и губчатого вещества зависит от места в организме и функции костей.
Компактное вещество находится в тех костях и в тех их частях, которые выполняют функции опоры и движения, например в диафизах трубчатых костей.
В местах, где при большом объеме требуется сохранить легкость и вместе с тем прочность, образуется губчатое вещество, например в эпифизах трубчатых костей. Губчатое вещество находится также в коротких (губчатых) и плоских костях.
Наружный слой кости представлен толстой (в диафизах трубчатых костей) или тонкой (в эпифизах трубчатых костей, в губчатых и плоских костях) пластинкой компактного вещества . Под компактным веществом располагается губчатое (трабекулярное) вещество, пористое, построенное из костных балок с ячейками между ними, по виду напоминающие губку. Рисунок строения кости хорошо виден на срезах (шлифах) костей (рис.1). Внутри диафиза трубчатых костей находится костномозговая
полость , содержащая костный мозг. Компактное вещество построено из пластинчатой костной ткани и пронизано системой тонких питательных канальцев , одни из которых ориентированы параллельно поверхности кости, а в трубчатых костях - вдоль длинного их размера (центральный, или гаверсов, канал ), другие, прободающие (каналы Фолькмана),- перпендикулярно поверхности. Эти костные канальцы служат продолжением более крупных питательных каналов, открывающихся на поверхности кости в виде отверстий, один - два из которых бывают довольно крупными. Через питательные отверстия в кость, в систему ее костных канальцев проникают артерия, нерв и выходит вена.
Рис.1. Строение кости (схема).
1 –губчатое вещество; 2 – компактное вещество;
Стенками центральных каналов служат концентрически расположенные костные пластинки в виде тонких трубочек, вставленных одна в другую. Центральный канал с системой концентрических пластинок, вставленных друг в друга (4-20), является структурной единицей кости и получил название остеона, или гаверсовой системы (рис.2). Диаметр остеона 3-4 мм. Пространства между остеонами выполнены вставочными (промежуточными, интерстициальными) пластинками . Наружный слой компактного вещества кости образован наружными окружающими пластинками . Внутренний слой кости, ограничивающий костномозговую полость и покрытый эндостом (тонкой и нежной оболочкой, образованной соединительной тканью и содержащей остеобласты и пучки коллагеновых волокон), представлен внутренними окружающими пластинками . Остеоны и вставочные пластинки образуют компактное корковое вещество кости, напоминающее многослойный «пирог».
Компактное костное вещество, состоящее из концентрически расположенных костных пластинок, хорошо развито в костях, выполняющих функцию опоры и роль рычагов (трубчатые кости). Кости, имеющие значительный объем и испытывающие нагрузку по многим направлениям, состоят преимущественно из губчатого вещества. Снаружи они имеют лишь тонкую пластинку компактного костного вещества [эпифизы трубчатых костей, короткие (губчатые) кости].
Губчатое вещество кости построено из костных балок с ячейками между ними. Губчатое вещество, расположенное между двумя пластинками компактного вещества в костях свода черепа, получило название промежуточного - диплоэ. Наружная пластинка компактного вещества у костей свода черепа довольно толстая, прочная, а внутренняя - тонкая, при ударе легко ломается, образуя острые обломки, поэтому ее называют стеклянной пластинкой . Тонкие костные перекладины (балки, трабекулы) губчатого вещества перекрещиваются между собой и образуют множество ячеек, т.е. расположены не беспорядочно, а в определенных направлениях, по которым кость испытывает нагрузки в виде сжатия и растяжения (рис.3).
Линии, соответствующие ориентации костных балок и получившие название кривых сжатия и растяжения, могут быть общими для нескольких смежных костей. Такое расположение костных балок под углом друг к другу обеспечивает равномерную передачу напряжения, давления, тяги развиваемых мышцами, на кости. Трубчатое и арочное строение кости обусловливает максимальную прочность при наибольшей легкости и наименьшей затрате костного материала. Строение каждой кости соответствует ее месту в организме и назначению, направлению силы тяги действующих на нее мышц. Чем больше нагружена кость, чем больше деятельность окружающих ее мышц, тем кость прочнее. При уменьшении силы действующих на кость мышц кость становится тоньше, слабее.
Кроме суставных поверхностей, покрытых хрящом, снаружи кость покрыта надкостницей. Надкостница - тонкая прочная соединительнотканная пластинка, которая богата кровеносными и лимфатическими сосудами, нервами. В ней можно выделить два слоя: наружный - адвентициальный, внутренний - ростковый, камбиальный (остеогенный, костеобразующий), прилежит непосредственно к костной ткани. За счет внутреннего слоя надкостницы образуются молодые костные клетки (остеобласты ), откладывающиеся на поверхности кости. Внутренний слой состоит из тонковолокнистой соединительной ткани, содержащей коллагеновые и эластические волокна. В этом слое проходят мелкие кровеносные сосуды и располагаются остеобласты, при нормальных условиях они не проявляют остеогенной функции. При переломах кости они активизируются, приобретают форму типичных остеобластов и принимают участие в костеобразовании. Наружный слой надкостницы построен из плотной соединительной ткани, содержащей грубые пучки коллагеновых волокон. В этом слое проходят кровеносные сосуды, к нему прикрепляются своими сухожилиями мышцы и связки. Таким образом, вследствие костеобразующих свойств надкостницы кость растет в толщину.
С костью надкостница прочно сращена при помощи прободающих волокон, уходящих в глубь кости.
Внутри кости, в костномозговой полости и ячейках губчатого вещества, находится костный мозг . Во внутриутробном периоде и у новорожденных во всех костях содержится красный костный мозг , выполняющий кроветворную и защитную функции. Он представлен сетью ретикулярных волокон и клеток. В петлях этой сети находятся молодые и зрелые клетки крови и лимфоидные элементы. В костном мозге разветвляются нервные волокна и сосуды. У взрослого человека красный костный мозг содержится только в ячейках губчатого вещества плоских костей (кости черепа, грудина, крылья подвздошных костей), в губчатых (коротких) костях, эпифизах трубчатых костей. В костномозговой полости диафизов трубчатых костей находится желтый костный мозг , представляющий собой перерожденную ретикулярную строму с жировыми включениями. Масса костного мозга составляет 4-5 % от массы тела, причем половина - это красный костный мозг, другая - желтый.
Рис.2. Строение остеона.
1 - пластинка остеона; 2 - остеоциты (костные клетки); 3- центральный канал (канал остеона).
Рис.3. Расположение костных перекладин в губчатом веществе (схема). (Распил проксимального конца бедра во фронтальной плоскости.)
1 -линии сжатия (давления); 2- линии растяжения.
Кость отличается очень большой пластичностью. При изменяющихся условиях действия на кость различных сил происходит перестройка кости: увеличивается или уменьшается число остеонов, изменяется их расположение. Таким образом, тренировки, спортивные упражнения, физическая нагрузка оказывают на кость формообразующее воздействие, укрепляют кости скелета.
При постоянной физической нагрузке на кость развивается ее рабочая гипертрофия: компактное вещество утолщается, костномозговая полость суживается. Сидячий образ жизни, длительный постельный режим во время болезни, когда действие мышц на скелет заметно уменьшается, приводят к истончению кости, ослаблению ее. Перестраивается и компактное, и губчатое вещество, которое приобретает крупноячеистое строение. Отмечены особенности строения костей в соответствии с профессиональной принадлежностью. Тяга сухожилий, прикрепляющихся к костям в определенных местах, ведет к образованию выступов, бугров. Прикрепление мышцы к кости без сухожилия, когда мышечные пучки непосредственно вплетаются в надкостницу, образует на кости плоскую поверхность или даже ямку.
Влияние действия мышц обусловливает характерный для каждой кости рельеф ее поверхности и соответствующее внутреннее строение.
Перестройка костной ткани возможна благодаря одновременному протеканию двух процессов: разрушению старой, ранее образовавшейся костной ткани (резорбция) и образованию новых костных клеток и межклеточного вещества. Кость разрушают особые крупные многоядерные клетки - остеокласты (костеразрушители). На месте разрушающейся кости формируются новые остеоны, новые костные балки. В результате одновременно протекающих процессов - резорбции и костеобразования - изменяются внутреннее строение, форма, величина кости. Таким образом, не только биологическое начало (наследственность), но и условия внешней среды, социальные факторы влияют на конструкцию кости. Кость меняется в соответствии с изменением степени физической нагрузки, характера выполняемой работы.
Одним из важнейших актов приспособления организма к окружающей среде является движение. Оно осуществляется системой органов, к которым относятся кости, их соединения и мышцы, вместе составляющие аппарат движения. Все кости, соединенные между собой с помощью соединительной, хрящевой и костной ткани, в совокупности составляют скелет. Скелет и его соединения являются пассивной частью аппарата движения, а прикрепленные к костям скелетные мышцы - его активной частью.
Учение о костях носит название остеологии , учение о соединениях костей - артрологии , о мышцах - миологии .
Скелет (skeleton) взрослого человека составляет более 200 соединенных между собой костей (рис. 23); он образует твердую основу тела.
Значение скелета велико. От особенностей его строения зависит не только форма всего тела, но и внутреннее строение организма. Скелету присущи две основные функции: механическая и биологическая . Проявлениями механической функции являются опора, защита, движение. Опорная функция осуществляется прикреплением мягких тканей и органов к разным частям скелета. Защитная функция достигается путем образования некоторыми частями скелета полостей, в которых размещены жизненно важные органы. Так, в полости черепа находится, головной мозг, в грудной полости расположены легкие и сердце, в полости таза - мочеполовые органы.
Функция движения обусловлена подвижным соединением большинства костей, выполняющих роль рычагов и приводимых в движение мышцами.
Проявлением биологической функции скелета является его участие в обмене веществ, особенно минеральных солей (преимущественно кальция и фосфора), и участие в кроветворении.
Скелет человека делится на четыре главных отдела: скелет туловища, скелет верхних конечностей, скелет нижних конечностей и скелет головы - череп.
Строение костей
Каждая кость (os) представляет собой самостоятельный орган, имеющий сложное строение. Основу кости составляет компактное и губчатое (трабекулярное) вещество. Снаружи кость покрыта периостом (надкостница). Исключение составляют суставные поверхности костей, которые не имеют надкостницы, а покрыты хрящом. Внутри кости содержится костный мозг. Кости, как все органы, снабжены сосудами и нервами.
Компактное вещество (substantia compacta) составляет наружный слой всех костей (рис. 24) и представляет собой плотное образование. Оно состоит из строго ориентированных, обычно параллельно расположенных костных пластинок. В компактном веществе многих костей костные пластинки образуют остеоны. Каждый остеон (см. рис. 8) включает от 5 до 20 концентрически расположенных костных пластинок. Они напоминают собой вставленные друг в друга цилиндры. Костная пластинка состоит из обызвествленного межклеточного вещества и клеток (остеоцитов). В центре остеона имеется канал, в нем проходят сосуды. Между соседними остеонами расположены вставочные костные пластинки. В поверхностном слое компактного вещества, под надкостницей, находятся наружные генеральные, или общие, костные пластинки, а во внутреннем его слое со стороны костномозговой полости - внутренние генеральные костныe пластинки. Вставочные и генеральные пластинки не входят в состав остеонов. В наружных общих пластинках имеются прободающие их каналы, по которым из надкостницы внутрь кости проходят сосуды. В разных костях и даже в различных отделах одной кости толщина компактного вещества неодинакова.
Губчатое вещество (substantia spongiosa) расположено под компактным веществом и имеет вид тонких костных перекладин, которые переплетаются в разных направлениях и образуют своеобразные сети. Основу этих перекладин составляет пластинчатая костная ткань. Перекладины губчатого вещества расположены в определенном порядке. Их направление соответствует действию на кость сил сжатия и растяжения. Сила сжатия обусловлена давлением на кость веса тела человека. Сила растяжения зависит от активной тяги мышц, воздействующей на кость. Поскольку обе силы действуют на 1 кость одновременно, перекладины губчатого вещества образуют единую балочную систему, обеспечивающую равномерное разложение этих сил на всю кость.
Периост (надкостница) (periosteum) представляет собой тонкую, но достаточно прочную соединительнотканную пластинку (рис. 25). Она состоит из двух слоев: внутреннего и наружного (волокнистого). Внутренний (камбиальный) слой представлен рыхлой волокнистой соединительной тканью с большим количеством коллагеновых и эластических волокон. В нем проходят сосуды и нервы, а также находятся костеобразующие клетки - остеобласты. Наружный (волокнистый) слой состоит из плотной соединительной ткани. Надкостница участвует в питании кости: из нее через отверстия в компактном веществе проникают сосуды. За счет надкостницы развивающаяся кость растет в толщину. При переломах кости остеобласты надкостницы активизируются и участвуют в формировании новой костной ткани (на месте перелома образуется костная мозоль). Надкостница плотно сращена с костью посредством пучков коллагеновых волокон, проникающих из надкостницы в кость.
Костный мозг (medulla ossium) является кроветворным органом, а также депо питательных веществ. Он находится в костных ячейках губчатого вещества всех костей (между костными перекладинами) и в каналах трубчатых костей. Различают два вида костного мозга: красный и желтый.
Красный костный мозг - нежная ретикулярная ткань, рогатая кровеносными сосудами и нервами, в петлях которой находятся кроветворные элементы и зрелые клетки крови, а также клетки костной ткани, участвующие в процессе костеобразования. Созревшие клетки крови по мере образования проникают в кровяное русло через стенки расположенных в костном мозге сравнительно широких кровеносных капилляров со щелевидными порами (они называются синусоидными капиллярами).
Желтый костный мозг состоит главным образом из жировой ткани, определяющей его цвет. В период роста и развития организма в костях преобладает красный костный мозг, с возрастом он частично замещается желтым. У взрослого человека красный костный мозг находится в губчатом веществе, а желтый - в каналах трубчатых костей.
По современным представлениям, красный костный мозг, а также вилочковая железа считаются центральными органами кроветворения (и иммунологической защиты). В красном костном мозге из кроветворных клеток образуются эритроциты, гранулоциты (зернистые лейкоциты), кровяные пластинки (тромбоциты), а также В-лимфоциты и предшественники Т-лимфоцитов. Предшественники Т-лимфоцитов с током крови поступают в вилочковую железу, где превращаются в Т-лимфоциты. В- и Т-лимфоциты из красного костного мозга и вилочковой железы поступают в периферические органы кроветворения (лимфатические узлы, селезенка), в которых происходят их размножение и превращение под влиянием антигенов в активные клетки, участвующие в защитных реакциях.
Химический состав костей . В состав костей входят вода, органические и неорганические вещества. Органические вещества (оссеин и др.) обусловливают эластичность кости, а неорганические (главным образом соли кальция) - ее твердость. Сочетание этих двух видов веществ определяет прочность и упругость костей. Соотношение органических и неорганических веществ в костях изменяется с возрастом, что отражается на их свойствах. Так, в старости содержание органических веществ в костях уменьшается, а неорганических увеличивается. Вследствие этого кости становятся более хрупкими и легче подвергаются переломам.
Развитие костей
Кости развиваются из эмбриональной соединительной ткани - мезенхимы, являющейся производным среднего зародышевого листка - Мезодермы. В своем развитии они проходят три стадии: 1) соединительнотканную (перепончатую), 2) хрящевую, 3) костную. Исключение составляют ключица, кости крыши черепа и большая часть костей лицевого отдела черепа, которые в своем развитии минуют хрящевую стадию. Кости, проходящие две стадии развития, называются первичными, а три стадии - вторичными.
Процесс окостенения (рис. 26) может протекать по-разному: эндесмально, энхондрально, перихондрально, периостально.
Эндесмальное окостенение происходит в соединительнотканной закладке будущей кости благодаря действию остеобластов. В центре закладки появляется ядро окостенения, от которого процесс окостенения лучеобразно распространяется по всей плоскости кости. При этом поверхностные слои соединительной ткани сохраняются в виде периоста (надкостницы). В такой кости можно обнаружить местоположение этого первичного ядра окостенения в виде бугра (например, бугор теменной кости).
Энхондральное окостенение возникает в толще хрящевой закладки будущей кости в виде очага окостенения, причем хрящевая ткань предварительно обызвествляется и не замещается костной, а разрушается. Процесс распространяется от центра к периферии и приводит к образованию губчатого вещества. Если аналогичный процесс идет наоборот, от наружной поверхности хрящевого зачатка кости к центру, то он носит название перихондрального окостенения, при этом активная роль принадлежит остеобластам надхрящницы.
Как только закончится процесс окостенения хрящевой закладки кости, дальнейшее отложение костной ткани по периферии и рост ее в толщину осуществляются за счет периоста (периостальное окостенение).
Процесс окостенения хрящевых закладок некоторых костей начинается в конце 2-го месяца внутриутробной жизни, а полностью во всех костях он завершается лишь к концу второго десятилетия жизни человека. Следует заметить, что разные части костей окостеневают неодновременно. Позже других хрящевая ткань замещается костной в области метафизов трубчатых костей, где происходит рост костей в длину, а также в местах прикрепления мышц и связок.
Форма костей
По форме различают длинные, короткие, плоские и смешанные кости. Длинные и короткие кости в зависимости от внутреннего строения, а также особенностей развития (процесс окостенения) можно подразделить на трубчатые (длинные и короткие) и губчатые (длинные, короткие и сесамовидные).
Трубчатые кости построены из компактного и губчатого вещества и имеют костномозговую полость (канал). Из них длинные являются рычагами движения и составляют скелет проксимальных и средних отделов конечностей (плечо, предплечье, бедро, голень). В каждой длинной трубчатой кости различают среднюю часть - диафиз , или тело, и два конца - эпифизы (участки кости между диафизом и эпифизами называются метафизами ). Короткие трубчатые кости также являются рычагами движения, составляя скелет дистальных участков конечностей (пясть, плюсна, пальцы). В отличие от длинных трубчатых костей они являются моноэпифизарными костями - только один из эпифизов у них имеет собственное ядро окостенения, а второй эпифиз (основание кости) окостеневает за счет распространения этого процесса с тела кости.
Губчатые кости имеют преимущественно губчатое строение и снаружи покрыты тонким слоем компактного вещества (не имеют внутри канала). К длинным губчатым костям относят ребра и грудину, а к коротким - позвонки, кости запястья и др. В эту группу могут быть включены и сесамовидные кости, развивающиеся в сухожилиях мышц около некоторых суставов.
Плоские кости состоят из тонкого слоя губчатого вещества, расположенного между двумя пластинками компактного вещества. К ним относят часть костей черепа, а также лопатки и тазовые кости.
Смешанные кости - это кости, длившиеся из нескольких частей, имеющие разную форму и развитие (кости основания черепа).
Соединения костей
Соединения костей подразделяются на две основные группы: непрерывные соединения - синартрозы и прерывные соединения - диартрозы (рис. 27).
Синартрозы - это соединения костей посредством сплошного слоя ткани, занимающего полностью промежутки между костями или их частями. Эти соединения, как правило, малоподвижны и встречаются там, где угол смещения одной кости по отношению к другой невелик. В некоторых синартрозах подвижность отсутствует. В зависимости от ткани, соединяющей кости, все синартрозы подразделяются на три вида: синдесмозы, синхондрозы и синостозы.
Синдесмозы , или фиброзные соединения, - это непрерывные соединения с помощью волокнистой соединительной ткани. Наиболее распространенной разновидностью синдесмоза являются связки. К синдесмозам относятся также мембраны (перепонки) и швы. Связки и мембраны обычно построены из плотной соединительной ткани и представляют собой прочные фиброзные образования. Швы - сравнительно тонкие прослойки соединительной ткани, посредством которых соединяются между собой почти все кости черепа.
Синхондрозы , или хрящевые соединения, - соединения костей с помощью хряща. Это упругие сращения, которые с одной стороны допускают подвижность, а с другой - амортизируют при движениях толчки.
Синостозы - неподвижные соединения с помощью костной ткани. Примером такого соединения является сращение крестцовых позвонков в монолитную кость - крестец.
На протяжении жизни человека один вид непрерывного соединения может замещаться другим. Так, некоторые синдесмозы и синхондрозы подвергаются окостенению. С возрастом, например, происходит окостенение швов между костями черепа; синхондрозы, имеющиеся в детском возрасте между крестцовыми позвонками, переходят в синостозы и т. д.
Между синартозами и диартрозами есть переходная форма - гемиартроз (полусустав). В этом случае в центре хряща, соединяющего кости, имеется узкая щель. К гемиартрозам относится лобковый симфиз - соединение между лобковыми костями.
Диартрозы , или суставы (цолостные, или синовиальные соединения), - прерывные подвижные соединения, для которых характерно наличие четырех основных элементов: суставной капсулы, суставной полости, синовиальной жидкости и суставных поверхностей (рис. 28). Суставы (articulationes) являются наиболее распространенным видом соединения в скелете человека; в них совершаются точные дозированные движения по определенным направлениям.
Суставная капсула окружает суставную полость и обеспечивает ее герметичность. Она состоит из наружной - фиброзной и внутренней - синовиальной мембран. Фиброзная мембрана срастается с периостом (надкостницей) сочленяющихся костей, а синовиальная мембрана - с краями суставных хрящей. Синовиальная мембрана изнутри выстлана эндотелиальными клетками, что обусловливает ее гладкость и блестящий оттенок.
В некоторых суставах фиброзная мембрана капсулы местами истончается, а синовиальная мембрана образует в этих местах выпячивание, которые называют синовиальными сумками, или бурсами. Они, как правило, расположены вблизи суставов под мышцами или их сухожилиями.
Суставная полость - это щель, ограниченная суставными поверхностями и синовиальной оболочкой, герметически изолированная от тканей, окружающих сустав. Давление в полости сустава отрицательное, что способствует сближению суставных поверхностей.
Синовиальная жидкость (синовия) является продуктом обмена синовиальной мембраны и суставных хрящей. Это прозрачная, клейкая жидкость, по своему составу напоминающая плазму крови. Она заполняет суставную полость, увлажняет и смазывает суставные поверхности костей, что снижает трение между ними и способствует их лучшему сцеплению.
Суставные поверхности костей покрыты хрящом. Благодаря наличию суставных хрящей сочленяющиеся поверхности более гладкие, что способствует лучшему скольжению, а эластичность хрящей смягчает возможные толчки при движениях.
Суставные поверхности по форме сравнивают с геометрическими фигурами и рассматривают как поверхности, получившиеся от вращения прямой или кривой линии вокруг условной оси. При вращении прямой линии вокруг параллельной оси получается цилиндр, а при вращении кривой линии в зависимости от формы кривизны образуется шар, эллипс или блок и т. д. По форме суставных поверхностей различают шаровидные, эллипсовидные, цилиндрические, блоковидные, седловидные, плоские и другие суставы (рис. 29). Во многих суставах одна суставная поверхность имеет форму головки, а другая - форму впадины. Размах движений в суставе зависит от разности длины дуги головки и дуги впадины: чем больше разница, тем больше объем движений. Суставные поверхности, соответствующие друг другу, называются конгруэнтными.
В некоторых суставах, помимо основных элементов, имеются дополнительные: суставные губы, суставные диски и мениски, суставные связки.
Суставная губа состоит из хряща, располагается в виде ободка вокруг суставной впадины, чем увеличивает ее размер. Суставную губу имеют плечевой и тазобедренный суставы.
Суставные диски и мениски построены из волокнистого хряща. Расположенные в дубликатуре синовиальной оболочки они внедряются в полость сустава. Суставной диск при этом делит полость сустава на два не сообщающихся между собой отдела; мениск полость сустава полностью не разделяет. По своей наружной окружности диски и мениски сращены с фиброзной мембраной капсулы. Диск имеется в височно-нижнечелюстном суставе, а мениски - в коленном суставе. Благодаря суставному диску изменяются объем и направление движений в суставе.
Суставные связки делятся на внутрикапсульные и вне- капсульные. Внутрикапсульные связки, покрытые синовиальной мембраной, находятся внутри сустава и прикрепляются к сочленяющимся костям. Внекапсульные связки укрепляют суставную капсулу. Одновременно они влияют на характер движений в суставе: способствуют движению кости в определенном направлении и могут ограничивать размах движений. Помимо связок, в укреплении суставов участвуют мышцы.
В связках и капсулах суставов имеется большое количество чувствительных нервных окончаний (проприорецепторов), которые воспринимают раздражения, вызванные изменением натяжения связок и капсулы при движении суставов.
Для определения характера движений в суставах проводят условно три взаимно перпендикулярные оси: фронтальную, сагиттальную и вертикальную. Вокруг фронтальной оси совершаются сгибание (flexio) и разгибание (extensio), вокруг сагиттальной - отведение (abductio) и приведение (adductio), а вокруг вертикальной - вращение (rotatio). В некоторых суставах возможно также круговое движение (circumductio), при котором кость описывает конус.
В зависимости от количества осей, вокруг которых может происходить движение, суставы делятся на одноосные, двухосные и трехосные. К одноосным суставам относятся цилиндрические и блоковидные, к двуосным - эллипсовидные и седловидные, к трехосным - шаровидные. В трехосных суставах возможен, как правило, большой размах движений.
Плоские суставы отличаются малой подвижностью, имеющей характер скольжения. Суставные поверхности плоских суставов рассматривают как отрезки шара, имеющего большой радиус.
В зависимости от количества сочленяющихся костей суставы делятся на простые, в которых соединяются две кости, и сложные, в которых соединяется больше двух костей. Суставы, анатомически обособленные друг от друга, но движения в которых могут происходить только одновременно, называются комбинированными. Примером таких суставов являются два височно-нижнечелюстных сустава.