Развитие костной системы

В процессе пренатального и постнатального развития костная система ребенка подвергается сложным преобразованиям. Формирование скелета начинается в середине 2 месяца эмбриогенеза и продолжается до 18-25 лет постнатальной жиз­ни. Вначале у эмбриона весь скелет состоит из хрящевой ткани, окостенение кото­рой не завершается к моменту рождения, поэтому новорожденный ребенок содер­жит в своем скелете еще много хрящей, да и сама кость значительно отличается по своему химическому составу от кости взрослого человека.

На первых этапах постнатального онтогенеза кость содержит много органи­ческих веществ. Она непрочна и легко искривляется под влиянием неблагопри­ятных внешних воздействий: узкой обуви, неправильном положении ребенка в кроватке и т. д. До 6-7 лет стенки костей интенсивно утолщаются, повышается их механическая прочность. Затем до 14 лет толщина компактного вещества прак­тически не изменяется, ас 14 до 18 лет вновь происходит возрастание прочности костей.

Окончательное окостенение скелета завершается у женщин в 17-21 год, у мужчин — в 19-25 лет. Кости разных отделов скелета окостеневают в раз­личное время. Например, окостенение позвоночника завершается к 20-25 го­дам, копчиковых позвонков — 30, кисти в 6-7 лет, запястных костей — в 16-17, окостенение костей нижних конечностей заканчивается приблизитель­но к 20 годам.

Темпы развития костей кисти коррелируют с общим физическим развитием детей и подростков, поэтому сопоставление паспортного и «костного» возраста позволяет относительно правильно охарактеризовать темпы общего физическо­го развития детей и подростков.

Позвоночник новорожденного отличается отсутствием каких-либо изгибов и характеризуется чрезвычайной гибкостью. В 2 месяца постнатальной жизни появляется шейный лордоз, в 6 месяцев — грудной кифоз, к первому году жиз­ни — поясничный лордоз. Последним формируется крестцовый кифоз (рис. 2.5).

К 3-4 годам позвоночник приобретает все четыре изгиба, которые наблюдаются у взрослого. Однако до 12 лет позвоночник ребенка остается эластичным, из­гибы его фиксированы слабо, поэтому в неблагоприятных условиях развития позвоночник у ребенка легко искривляется.

Усиление темпов роста позвоночника наблюдается в младшем школьном воз­расте (7-9 лет) и с началом полового созревания. После 14 лет позвоночник прак­тически не растет. Грудная клетка к 12-13 годам уже значительно напоминает груд­ную клетку взрослого.

Три части тазовых костей срастаются в 7-8 лет, с 9 лет формируются половые отличия в строении таза у девочек и мальчиков. К 14-16 годам строение таза ста­новится аналогичным строению взрослого человека, с этого момента таз спосо­бен выдерживать значительные нагрузки,

Большие изменения претерпевает скелет головы. Закрытие родничков проис­ходит в 1-2 года, а сращивание черепных швов — в 4 года. Лицевая часть черепа интенсивно растет в пубертатном периоде до наступления половой зрелости.

Смена молочных и формирование постоянных зубов заканчиваются к пубер­татному периоду, и только большие коренные зубы (зубы «мудрости») появляют­ся после полового созревания. Сроки появления молочных зубов и их смена на постоянные также коррелируют с общим физическим развитием.

Таким образом, скелет детей и подростков отличается высокой эластичнос­тью. Неправильное положение ребенка за рабочим столом в процессе школьных занятий или при приготовлении уроков дома, перегрузки детей и подростков в школьных мастерских или на производстве могут нарушить правильное раз­витие скелета и привести к необратимым деформациям. Для правильного раз­вития скелета детей особое значение имеет полноценное и богатое витаминами питание. Например, при недостатке витамина D может развиться рахит, который проявляется в задержке роста и деформации различных частей скелета: в ис­кривлении ног, деформации черепа, грудной клетки и позвоночника.

2.2. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ

МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫЧЕЛОВЕКА

Мышечная ткань

Мышцы тела человека образованы в основном мышечной тканью, состоящей из мышечных клеток. Различают гладкую, поперечно-полосатую скелетную и сердеч­ную мышечную ткань.

Поперечно-полосатая мышечная ткань образует скелетные мышцы, а также входит в структуру некоторых внутренних органов (язык, глотка, верхний отдел пищевода и др.).

Клетки поперечно-полосатой мускулатуры имеют очень малый диаметр и большую длину (до 10-12 см), их называют волокнами. В состав мышечных волокон входит большое количество еще более тонких волоконец — миофибрилл, которые, в свою очередь, состоят из тончайших нитей — протофибрилл. В со­став протофибрилл входят специальные сократительные белки миозин и актин. Со­кращение — основная функция мышц — обусловлено скольжением нитей актина и миозина относительно друг друга. Механизм мышечных сокращений представляет собой сложный процесс физических и химических превращений, протекающий в мышечном волокне при обязательном участии сократительного аппарата. Запуск этого механизма осуществляется нервным импульсом, а энергией для процесса со­кращения является аденозинтрифосфорная кислота. Особенностью строения мы­шечных волокон является также большое количество митохондрий, обеспечиваю­щих мышечное волокно необходимой энергией. Расслабление мышечного волокна происходит пассивно, благодаря эластичности мембраны и внутримышечной со­единительной ткани.

Гладкая мышечная ткань состоит из одноядерных клеток — миоцитов вере­теновидной формы длиной 20-500 мкм. Эта ткань обладает особыми свойствами: она медленно непроизвольно сокращается и расслабляется, обладает автоматией. Гладкая мышечная ткань образует мышечные слои в стенках кровеносных и лим­фатических сосудов, в стенках полых органов (желудок, кишечник, мочевыводя­щие пути, матка и пр.).

Сердечная мышечная ткань состоит из многоядерных кардиомиоцитов. Кардиомиоциты разветвлены и образуют между собой соединения — вставочные диски, в которых объединяется их цитоплазма. Этот вид мышечной ткани обра­зует миокард сердца. Особым свойством этой ткани является автоматия — спо­собность ритмично сокращаться и расслабляться под действием возбуждения, возникающего в самих клетках. Эта ткань сокращается непроизвольно.

Строение, форма и классификация скелетных мышц

Активной частью опорно-двигательного аппарата является скелетная мышца. Ске­летная мышца — это орган, образованный поперечнополосатой мышечной тка­нью и содержащий соединительную ткань, нерпы и сосуды.

Каждая скелетная мышца или группа мышц окружена своеобразным «фут­ляром» из соединительной ткани — фасцией. На поперечном срезе мышцы легко

различаются скопления мышечных волокон (пучки), которые также окружены соединительной тканью.

Во внешнем строении мышцы различают:

■ сухожильную головку, соответствующую началу мышцы;

■ брюшко мышцы, или тело, образованное мышечными волокнами;

■ сухожильный конец мышцы, или хвост, с помощью которого мышца прикрепляется к другой кости.

Как правило, хвост мышцы является подвижной точкой прикрепления, а начало неподвижной. В процессе движения их функции могут меняться: подвижные точки становятся неподвижными и наоборот. Если мышца имеет одну головку, ее называют простой, если две или больше — сложной (например, двуглавая, трех­главая и четырехглавая мышцы).

Общепринятой классификации мышц нет. Мышцы подразделяются по их по­ложению в теле человека, форме, функции и т. д.

По форме различают длинные, короткие, широкие, ромбовидные, квадрат­ные, трапециевидные и другие мышцы.

По расположению мышечных волокон различают параллельные, косые, по­перечные и круговые (сфинктеры*) мышцы. Если мышечные волокна присоеди­няются сухожилиями только с одной стороны, то мышцы называют одноперисты­ми, если с двух сторон — двуперистыми.

По функциональному назначению мышцы можно разделить на сгибатели и разгибатели, вращатели кнаружи (супинаторы) и вращатели кнутри (пронаторы), приводящие мышцы и отводящие. Выделяют также мышцы-синергисты и мышцы- антагонисты. Сокращение мышц-синергистов вызывает совместные движения, со­кращение мышц-антагонистов — противоположные движения.

По месту расположения мышц, т. е. по их топографо-анатомическому при­знаку, выделяют мышцы спины, груди, живота, головы, шеи, верхних и нижних ко­нечностей, Всего различают 327 парных скелетных мышц и 2 непарных. Все вместе они составляют около 40 % массы тела человека.

Основные свойства мышц

Основными свойствами мышц являются сократимость, возбудимость и лабиль­ность.

Сократимость заключается в способности мышцы укорачивать или раз­вивать мышечное напряжение. Напряжение или сокращение происходит под влиянием нервного импульса, приходящего в мышцу через нервно-мышечный синапс**.

* Сфинктер — мышца в виде кольца, функция которой заключается в перекрытии про­света полого органа

** Синапсы (грсч. synapsis — соединение, связь) — специализированные функцио­нальные контакты между возбудимыми клетками, служащие для передачи и преобразо­вания сигналов

Мышечные сокращения могут быть изотопическими и изометрическими.

Изотопическое сокращение при неизменном напряжении мышцы выражает­ся в уменьшении ее длины и увеличении поперечного сечения. Изометрическое мышечное сокращение заключается в усилении напряженности мышцы при не­изменной длине, например, сокращение мышцы конечности, оба конца которой прикреплены неподвижно.

В естественных условиях в организме к мышце посылается всегда серия им­пульсов, мышечные сокращения носят смешанный характер, и движения человека сопровождаются как изотоническими, так и изометрическими сокращениями.

Б экспериментальных условиях для мышечного сокращения достаточно одно­го нервного импульса. Такое сокращение мышцы называют одиночным, оно про­текает очень быстро, в пределах нескольких десятков миллисекунд. Одиночные сокращения суммируются в одно более продолжительное сокращение, которое называется тетаническим сокращением, или тетанусом. Именно тетанус обес­печивает длительность и плавность мышечных сокращений.

В ответ на раздражение в мышце развивается процесс возбуждения. Уровень возбудимости мышцы является одним из важнейших функциональных показате­лей, характеризующих функциональное состояние всего нервно-мышечного аппа­рата. Процесс возбуждения мышцы сопровождается изменением обмена веществ в клетках мышечной ткани и соответственно изменением ее биоэлектрических особенностей,

Лабильность — скорость или длительность протекания процесса возбужде­ния в возбудимой ткани. Этот термин был впервые предложен российским фи­зиологом Н. Е. Введенским. Мышечные волокна обладают значительно меньшей лабильностью в сравнении с нервными волокнами, но большей, чем лабильность синапсов.

Уровни возбудимости и лабильности мышцы не являются постоянными и ме­няются при действии различных факторов. Например, небольшая физическая на­грузка (утренняя зарядка) повышает возбудимость и лабильность нервно-мышеч­ною аппарата, а значительные физические и умственные нагрузки понижают.

Сила мышц

Сила мышц измеряется тем максимальным напряжением, которое она способна развить в условиях изометрического сокращения. Величина напряжения зависит от количества и толщины мышечных волокон, образующих мышцу.

Количество и толщина мышечных волокон определяются по физиологическо­му поперечнику мышцы, под которым понимается площадь поперечного разреза мышцы (см²), проходящею через все мышечные волокна. Толщина мышцы не всег­да совпадает с ее физиологическим поперечником. Например, при равной толщине мышцы с параллельным и перистым расположением волокон значительно отлича­ются по физиологическому поперечнику. Перистые мышцы имеют больший попе­речник и обладают большей силой сокращения. Характеризует силу мышц также ее анатомическая толщина (анатомический поперечник), представляющая собой площадь поперечного сечения мышцы. Чем толще мышца, тем она сильнее.

Влияние мышечной работы на функциональное состояние физиологических систем организма

Мышечная работа влияет на все стороны жизнедеятельности организма, по­скольку она связана с большими энергетическими затратами организма: уве­личивается интенсивность обмена веществ и энергии, приток кислорода в ор­ганизм, более напряженно функционирует сердечно-сосудистая система и т. д. Например, энергетические затраты организма в покое в среднем составляют 4,18кДж/кг массы, при легкой работе (учителя, канцелярские служащие и др.) требуется уже более 8,36 кДж/кг массы, работа средней тяжести (маляры, тока­ри, слесари и др.) — 16,74 Дж/кг. Тяжелая физическая работа увеличивает расход энергии до 29,29 Дж/кг. В покое объем воздуха, прошедший легкие за I мин, со­ставляет 5-8 л, при физических нагрузках он может увеличиваться до 50-100 л. Мышечная работа увеличивает также нагрузку на сердце. В покое оно при каж­дом сокращении выбрасывает в аорту до 60-80 мл крови, при усиленной работе количество крови возрастает до 200 мл.

Таким образом, мышечная работа оказывает широкое активизирующее вли­яние на все стороны жизнедеятельности организма, что имеет большое физио­логическое значение: поддерживается высокая функциональная активность всех физиологических систем, значительно повышается общая реактивность организ­ма и его иммунные качества, увеличиваются адаптационные резервы.

Физическое утомление

Длительные и интенсивные мышечные нагрузки приводят к временному сниже­нию физической работоспособности организма — утомлению. Процесс утомле­ния затрагивает изначально ЦНС, затем нервно-мышечный синапс и в послед­нюю очередь мышцу. 'Гак, люди, которые недавно лишились руки или ноги, еще долгое время ощущают их наличие. Если им дать задание мысленно работать от­сутствующей конечностью, то они вскоре заявят о своей усталости. Следователь­но, процессы утомления у таких людей развиваются в ЦНС, поскольку никакой мышечной работы не производилось.

Утомление — это нормальный физиологический процесс, выработанный для защиты физиологических систем от систематического переутомления, которое яв­ляется патологическим процессом и ведет к расстройству деятельности нервной и других физиологических систем организма. Рациональный отдых быстро способ­ствует восстановлению работоспособности. После физической работы полезно сме­нить род деятельности, так как полный покой медленнее восстанавливает силы.