Строение и возрастные особенности скелета

Скелет (с греч. — высохший) — это комплекс костей различной формы и величины. В состав скелета входит 206 костей, из них 85 парных и 36 непарных. Масса скелета составляет 20 % массы тела. В скелете человека различают отделы: скелет головы, туловища и конечностей (рис. 13).

А Б

Рис. 13. Скелет человека: А — вид спереди; Б — вид сзади.

1 — череп; 2 — грудная клетка; 3 — кости верхней конечности; 4 — позвоночный столб; 5 — тазовая кость; 6 — кости нижних конечностей

Скелет выполняет следующие функции: 1) опорная, 2) защита от механических повреждений мозга и внутренних органов, 3) участие в осуществлении движений, 4) депо минеральных солей.

Скелет головы включает мозговой и лицевой череп. Мозговой череп образуют кости: парные — теменные и височные— и непарные — затылочная, клиновидная, лобная, решетчатая. Лицевой череп образован верхнечелюстными, носовыми, слезными, скуловыми, небными, нижними носовыми раковинами, сошником, нижней челюстью и подъязычной костями. В черепе имеется только одна подвижно-соединительная кость — нижняя челюсть. В лобной, височной, клиновидной и верхнечелюстных костях заполненные воздухом имеются пазухи, открывающиеся в носовую полость и таким образом соединяющиеся с внешней средой.

Череп начинает дифференцироваться на втором месяце внутриутробной жизни. К моменту рождения ядра окостенения имеются во всех костях черепа, но их разрастание и срастание происходит в постнатальном периоде. У новорожденного объем мозгового черепа в восемь раз больше лицевого, а у взрослого — только в 2—2,5, раза. В два года отношение лицо череп равно 1:6, в 5 лет — 1:4, в 10 лет — 1:3. Меньшая величина лицевого черепа у новорожденных зависит от недоразвития лицевых, главным образом челюстных, костей. С ростом зубов эти соотношения приближаются к соотношению их у взрослого. У новорожденного между костями черепа имеются пространства размером около
3 мм, заполненные соединительной тканью. Их называют швами. В процессе постнатального развития ширина швов уменьшается, так что соединительно-тканная прослойка становится едва различимой. После
30 лет происходит окостенение швов. Углы костей черепа не окостеневают к моменту рождения, и места их соединения также заполняет соединительная ткань. Эти участки называют родничками. Различают передний, задний и боковые роднички. Передний, лобный родничок расположен между лобной и теменными костями, его размер составляет 2,5—5 см. Он прогрессивно уменьшается к шести месяцам постнатального развития и полностью закрывается к 1,5—2 годам. Задний, затылочный родничок находится между затылочной и теменными костями, он имеет размер до 1 см. Обычно он уже закрыт к моменту рождения, но иногда сохраняется до 4—8 недель. Боковой передний родничок помещается в месте схождения лобной, теменной и височной костей, а боковой задний — между затылочной и височной костями. Их закрытие происходит либо во внутриутробном периоде развития, либо в первые недели после рождения. При рахите закрытие родничков происходит в более поздние сроки.

У новорожденного кости черепа очень тонкие, их толщина в восемь раз меньше, чем у взрослого. Однако благодаря интенсивному процессу костеобразования уже на первом году жизни толщина стенок увеличивается в три раза. Довольно быстро изменяется объем черепа: у новорожденного он составляет 1/3, в 6 месяцев — 1/2, а к 2 годам — 2/3 объема черепа взрослого. С 10—12 лет величина его меняется мало.

Скелет туловища состоит из позвоночника и грудной клетки. Позвоночник включает 33—34 позвонка: 7 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 сросшихся крестцовых и 4—5 сросшихся копчиковых. Соответственно выделяют шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый отделы позвоночника.

Каждый позвонок состоит из тела, дуги и отростков. Различают непарный остистый отросток, парные поперечные, верхние и нижние суставные отростки, отходящие от дуги. Между задней поверхностью тела позвонка и его дугой находится позвоночное отверстие. Позвоночные отверстия всех позвонков образуют позвоночный канал, в котором расположен спинной мозг. На верхней и нижней границе дуги и тела позвонка находятся вырезки. Выше- и нижележащие вырезки формируют межпозвоночные отверстия, в которых помещаются спинальные ганглии. Позвонки разных отделов позвоночника имеют некоторые отличия. Так, первый шейный позвонок, называемый атлантом, имеет форму несколько вытянутого кольца. На его передней поверхности находится суставная ямка для сочленения со вторым позвонком. Второй позвонок — эпистрофей — имеет зубовидный отросток, с помощью которого осуществляется сочленение с первым позвонком. Вокруг зубовидного отростка осуществляется вращение атланта вместе с черепом.

Грудная клетка образуется грудиной и 12 парами ребер. Ребро — изогнутая пластинка имеет головку, шейку и бугорок. Головкой и бугорком ребра сочленяются с грудными позвонками. Передние концы ребер хрящевые. Ребра с I по VII сочленяются с грудиной называются истинными, с VIII по X присоединяются к вышележащему ребру называются ложными, концы XI и XII пар ребер находятся в мышцах живота называются колеблющимися.

Грудина состоит из рукоятки, тела и мечевидного отростка. Рукоятка соединяется с ключицей и I парой ребер, II—VII пары ребер сочленяются с телом грудины.

Позвонки, формирующие позвоночный столб, развиваются как вторичные кости на втором месяце внутриутробного развития. Процесс окостенения позвоночного столба происходит в строго определенном порядке. Очаги окостенения сначала появляются в грудных позвонках, и затем окостенение распространяется по направлению к шейному отделу и копчиковому.

Позвоночный столб новорожденного имеет только небольшой крестцовый изгиб. Первым появляется шейный изгиб в возрасте 2,5—3 месяцев, когда ребенок начинает держать головку. Изгиб, направленный выпуклостью вперед, называют лордозом. Следовательно, первым появляется шейный лордоз. В возрасте около 6 месяцев, когда ребенок начинает сидеть, возникает изгиб в грудном отделе, направленный выпуклостью назад. Такие изгибы, направленные выпуклостью назад, называют кифозами. К моменту начала ходьбы формируется поясничный лордоз. Это сопровождается изменением положения центра тяжести, что предотвращает падение тела при переходе к вертикальному положению. Таким образом, к году имеются уже все изгибы позвоночника. Сначала образовавшиеся изгибы не фиксированы и исчезают при расслаблении мускулатуры. Фиксация изгибов в шейном и грудном отделах позвоночника происходит в 6—7 лет, а в поясничном — к 12 годам.

Окостенение грудины начинается во внутриутробном периоде развития и первые ядра окостенения появляются в рукоятке и теле. В мечевидном отростке ядро окостенения возникает лишь в 6—12 лет. Полное срастание всех костных участков грудины заканчивается после 25 лет.

Окостенение хрящевых ребер начинается на 6—8 неделе внутриутробного развития и заканчивается в 20—25 лет.

Скелет конечности состоит из скелета свободной конечности и скелета пояса.

Пояс верхних конечностей включает в себя парные кости лопатки и ключицы. Лопатка имеет ось, которая заканчивается плечевым отростком — акромионом. Он образует сустав с ключицей. На одном из углов лопатки имеется суставная впадина для сочленения с головкой плечевой кости.

Скелет свободной верхней конечности состоит из плечевой кости, костей предплечья и кисти. Плечевая кость сочленяется своей головкой с лопаткой, а в нижней своей части образует локтевой сустав с костями предплечья: локтевой, расположенной по линии мизинца, и лучевой — по линии большого пальца. Нижний конец лучевой кости образует лучезапястный сустав с тремя костями верхнего ряда запястья. Кисть образуют кости запястья, пястья и фалангов пальцев. Запястье состоит из восьми костей, расположенных в два ряда. Пясть образует пять трубчатых костей. Скелет пальцев состоит из фаланг: второй-пятый пальцы имеют по три фаланги, а первый палец — две.

Пояс нижних конечностей образуют парные тазовые кости и крестец. Каждая тазовая кость состоит из подвздошной, седалищной и лонной. В месте их схождения образуется вертлужная впадина, куда входит головка бедра, формируя тазобедренный сустав. На поверхности подвздошной кости имеется, суставная поверхность для сочленения с крестцом. Правая и левая лонные кости соединяются спереди, образуя полусустав.

Скелет свободной нижней конечности состоит из бедра, голени и стопы. Бедренная кость в нижнем эпифизе имеет латеральный и медиальный мыщелки. Мыщелки снабжены суставными поверхностями, с которыми сочленяются надколенник и большеберцовая кость, образуя коленный сустав. Скелет голени состоит из большеберцовой и малоберцовой костей. В верхнем конце большеберцовой кости имеются два мыщелка, сочленяющиеся с мыщелками бедра. Ниже и снаружи бокового мыщелка большеберцовой кости расположена суставная площадка для сочленения с малоберцовой костью. Нижний конец большеберцовой кости соединяется с таранной костью, которая на наружной своей стороне имеет суставную поверхность для соединения с поверхностью малоберцовой кости. Нижние концы малоберцовой и большеберцовой костей срастаются неподвижно, между ними и таранной костью формируется голеностопный сустав.

Стопа состоит из предплюсны, плюсны и фаланг пальцев. Кости предплюсны расположены в два ряда. Верхний ряд включает таранную и пяточную кости, нижний — первую, вторую, третью клиновидные и кубовидную. Между этими двумя рядами расположена ладьевидная кость. Таким образом, всего предплюсна включает семь костей. Плюсна содержит пять трубчатых костей. Скелет первого пальца состоит из двух фаланг, а второго-пятого — из трех.

Все кости пояса верхних конечностей, за исключением ключицы, проходят хрящевую стадию развития. Процесс окостенения, начавшись на шестой неделе внутриутробного развития, заканчивается к 25 годам. В большинстве костей свободных верхних конечностей окостенение начинается в первые 2—3 месяца эмбрионального развития и заканчивается к 16—25 годам.

Почти во всех костях пояса нижних конечностей первичные ядра окостенения появляются в эмбриональном периоде развития. Лишь в костях предплюсны (ладьевидной, кубовидной и клиновидных) они образуются в период от трех месяцев после рождения до пяти лет. Таз у новорожденного имеет форму воронки и состоит из отдельных, несросшихся костей. Ядра окостенения в подвздошной, седалищной и лобковой костях появляются в период от 3,5 до 4,5 месяцев внутриутробного развития. Срастание всех трех костей таза происходит в 14—16 лет, а полное окостенение заканчивается только к 25 годам. В постнатальном периоде происходит изменение формы и размера таза: под влиянием давления, оказываемого массой тела и органами брюшной полости, под воздействием мышц, в результате давления головки бедренной кости, под влиянием половых гормонов и т. д. В результате этих воздействий увеличивается переднезадний диаметр таза (с 2,7 см у новорожденного до 8,5 см в 6 лет и 9,5 см в 12 лет), возрастает его поперечный размер, который в 13—14 лет становится таким же, как и у взрослых. После девяти лет отмечается разница в форме таза у мальчиков и девочек: у мальчиков таз более высокий и более узкий, чем у девочек. Таким образом, не только в дошкольном возрасте, но и в школьном рост и развитие скелета далеко еще не закончены.

6.4. Строение, функции, классификация и возрастные
особенности мышц

Скелетные мышцы активно участвуют в организации движения. Любая двигательная реакция организма осуществляется при участии мышц, которые, превращая скелет в систему рычагов, способствуют перемещению тела в пространстве. Помимо этого мышцы удерживают положение тела и его частей в пространстве, выполняют жевательные, глотательные и дыхательные движения, участвуют в артикуляции речи и мимике и вырабатывают тепло.

Во всех мышцах различают сухожильную головку — начало мышцы, брюшко, состоящее из мышечных волокон, и конец мышцы, называемый сухожилием. Обычно мышца прикрепляется к двум или нескольким костям, образующим сустав, что позволяет ей при сокращении производить то или иное движение в данном суставе. Существуют мышцы, у которых между прикреплением ее начала и конца имеется несколько суставов. При таком характере прикрепления мышцы ее сокращение вызывает одновременное движение во всех этих суставах.

Мышцы могут быть простыми и сложными. В сложных мышцах в отличие от простых брюшко образуется несколькими головками, которые, начинаясь от разных костных точек, затем сливаются вместе (двуглавая, трехглавая и четырехглавая). Подобно этому, сухожилие мышцы может делиться на несколько частей и прикрепляться к разным костям. Местом прикрепления мышц, помимо костей, могут быть кожа, глазное яблоко и др.

Поверхность мышцы покрыта фасцией, образованной плотной соединительной тканью. В местах соприкосновения двух сухожилий или сухожилия и кости образуются соединительно-тканные синовиальные сумки, в которых имеется небольшое количество жидкости, уменьшающей трение трущихся поверхностей.

Мышцы классифицируются по их форме и функции. В зависимости от формы мышцы делят на широкие (мышцы туловища и поясов свободных конечностей), длинные (мышцы свободных конечностей), короткие (между позвонками), круговые (вокруг отверстий тела).
По функции различают мышцы сгибатели, разгибатели, приводящие, отводящие, вращающие.

А Б

Рис. 14. Мышцы человека:
А — спереди: 1 — надчерепная мышца; 2 — височная; 3 — круговая мышца
глаза; 4 — круговая мышца рта; 5 — собственно-жевательная;
6 — грудино-ключично-сосцевидная; 7 — дельтовидная; 8 — большая грудная;
9 — зубчатая; 10 — двуглавая; 11 — трехглавая; 12 — сгибатели кисти
и пальцев; 13 — косая мышца живота; 14 — прямая мышца живота;
15 — портняжная; 16 — четырехглавая мышца бедра; 17 — передняя
большеберцовая мышца; 18 — икроножная;

Б — сзади: 1 — височная; 2 — затылочная надчерепная;
3 — грудино-ключично-сосцевидная; 4 — трапециевидная; 5 — дельтовидная;
6 — двуглавая; 7 — трехглавая; 8 — широчайшая мышца спины;
9 — разгибатели кисти и пальцев; 10 — большая ягодичная;
11 — двуглавая бедра; 12 — полусухожильная; 13 — икроножная;
14 — ахиллово сухожилие

В длинных мышцах волокна могут иметь: 1) параллельное расположение, ориентированное вдоль длинной оси мышц; 2) параллельное расположение по отношению друг к другу и косое относительно длинной оси брюшка; 3) косое расположение по отношению друг к другу и к длинной оси брюшка. Соответственно расположению волокон различают мышцы веретенообразные, полуперистые и перистые. Полуперистые и перистые мышцы имеют волокна более короткие, чем веретенообразные, поэтому размах движений при их сокращении меньше. В широких мышцах волокна могут располагаться параллельно (ромбовидные мышцы), радиально и веерообразно (большая грудная мышца). Мышцы, в которых волокна расположены радиально, могут сокращаться и в целом, и отдельными своими частями в направлениях, пересекающих различные оси движения в суставе. Поэтому они находятся в основном в области шаровидных суставов, отличающихся большой подвижностью.

В зависимости от места расположения мышц их делят на мышцы головы, шеи, туловища (груди, живота, спины), мышцы верхних, нижних конечностей (рис. 14).

Структурной единицей скелетных мышц является поперечно-полосатое мышечное волокно — сократительное многоядерное образование. Диаметр волокна колеблется от 12 до 70 мкм, а длина может достигать нескольких сантиметров. Снаружи поперечно-полосатое мышечное волокно покрыто оболочкой — сарколеммой. Внутри волокна находятся все обычные для клетки компоненты: цитоплазма, которая в мышечном волокне называется саркоплазмой, митохондрии, саркоплазматический ретикулум и т. д. В поперечно-полосатом мышечном волокне может быть более ста ядер. Специфические структуры представлены в мышечном волокне миофибриллами — тонкими нитями, которые тянутся от одного конца мышечного волокна к другому. Диаметр миофибриллы составляет 0,5—2 мкм. Каждая миофибрилла состоит из очень тонких волоконец— протофибрилл — различной длины и толщины. Протофибриллы имеют характерное упорядоченное расположение. Вдоль всей миофибриллы на расстоянии 2—3 мкм друг от друга расположены полоски, обозначаемые буквой Z. Участок миофибриллы между двумя соседними полосками называют саркомером. Следовательно, вся миофибрилла состоит из повторяющихся саркомеров. Различают толстые и тонкие протофибриллы. Толстые протофибриллы состоят из белка миозина, а тонкие — актина и тропомиозина. Актин составляет 20 % от общего количества структурных белков мышц, он лишен ферментативных свойств. На долю миозина приходится 60 % белка мышц. Миозин обладает способностью расщеплять АТФ. Участки толстых миофибрилл обозначают диском А, который обладает двояким лучепреломлением, называется анизотропным и выглядит более темным. Участок тонких миофибрилл обозначается как диск И, не обладает двояким лучепреломлением называется изотропным и выглядит более светлым. Чередование в миофибриллах темных и светлых дисков придает мышечному волокну поперечную исчерченность.

Изменения макро- и микроструктуры скелетных мышц происходят во все возрастные периоды. Формирование скелетных мышц начинается на очень ранних этапах развития. На восьмой неделе внутриутробного развития различимы уже все мышцы, а к 10-й неделе развиваются их сухожилия. Первыми дифференцируются волокна мышц языка, губ, межреберных мышц, мышц спины и диафрагмы. Затем — мышцы верхней конечности и в последнюю очередь — мышцы нижней конечности.

У новорожденных масса мышц составляет 23,3 % (у взрослых — 44,2 %) от массы всего тела. В целом масса мышц за весь период развития увеличивается примерно на 21 %. К восьми годам масса мышц по отношению к массе всего тела становится равной 27,2 %, к периоду полового созревания—32,6 %, а в 17—18 лет — 44,2 %. Масса мышц-разгибателей увеличивается интенсивнее, чем сгибателей, так как к моменту рождения сгибатели, обусловливающие в период внутриутробного развития характерную позу плода, уже значительно развиты. Разгибатели, обеспечивающие вертикальное положение тела, интенсивно созревают после рождения ребенка. Мышцы, которые обусловливают большой размах движения, интенсивно растут в длину, а мышцы, функция которых требует сокращений большой силы, увеличиваются в диаметре. С возрастом происходит увеличение длины сухожилия и
к 12—14 годам отношение длины сухожилия и брюшка мышцы становится таким же, как и у взрослых.

Рост мышц в длину может продолжаться до 23—25 лет. Он осуществляется за счет зоны роста, расположенной на границе мышечной и сухожильной частей. В зоне роста имеется скопление ядер, число которых с возрастом уменьшается, причем особенно значительно после семи лет. К 15—18 годам зона роста уменьшается в три раза. К 15—16 годам заканчивается формирование сарколеммы, когда ее волокна приобретают определенную ориентацию; они направлены перпендикулярно к продольной оси мышечного волокна. Развитие в постнатальном онтогенезе соединительной ткани мышц характеризуется уменьшением числа клеток, приходящихся на единицу площади, и увеличением числа волокон. Диаметр мышечных волокон увеличивается до 35 лет. Наиболее интенсивный рост волокон отмечается в период полового созревания. Так, в первые шесть месяцев жизни диаметр волокон двуглавой мышцы плеча составляет 17—19 мкм, в 2—3 года — 20—22 мкм, в 9—12 лет —
20—25 мкм, а у взрослых — 41—58 мкм.

С возрастом растет число миофибрилл за счет их продольного расщепления. У новорожденного в каждом мышечном волокне содержится 50—120 миофибрилл, в полтора года их число становится в два раза большим, в 3—4 года оно увеличивается в 5—6 раз, к семи годам —
в 15—20 раз.

В процессе созревания скелетной мускулатуры меняется форма и количество ядер, приходящихся на единицу площади. К трем годам количество ядер уменьшается по сравнению с их числом у новорожденных примерно в два раза, к пяти годам в 2,5 раза и к семи годам —
в 3—4 раза. Ядра из овальных принимают палочковидную форму, в которой длина превышает поперечник в 4 раза. По мере развития мышц ядра все более перемещаются к периферии. Расположение ядер и их число, характерное для взрослых, отмечается уже в возрасте 7—10 лет.

Развитие двигательных нервных окончаний происходит особенно интенсивно в первые месяцы после рождения. Но только к 11—13 годам полностью заканчивается их структурное оформление.

С возрастом увеличивается мышечная сила за счет роста диаметра мышечных волокон и их числа. Для разных мышц наибольшая величина их силы отмечается в разном возрасте. Большинство мышц верхней конечности и шеи достигает наибольшей силы к 20—30 годам. В то же время сила мышц, разгибающих туловище, становится максимальной к 16 годам. Разница между силами мышц-сгибателей и мышц-разгибателей увеличивается с возрастом.

Характеристикой функционального созревания мышц служит мышечная выносливость. В дошкольном и младшем школьном возрасте происходит наибольшее по сравнению с другими возрастами увеличение выносливости. Однако даже в 16—19 лет ее величина составляет лишь 85 % от выносливости взрослого. Чем меньше возраст, тем меньшее время может сохраняться одновременное возбуждение волокон мышцы и тем быстрее в ней наступает утомление.

Морфологическое и функциональное созревание опорно-двигатель-ного аппарата зависит от очень многих факторов: наследственных, условий жизни, питания, двигательной активности. Правильно организованные занятия физической культурой и спортом способствуют формированию как костной, так и мышечной системы. Под влиянием этих занятий увеличивается диаметр мышечных волокон, растет их число, более совершенными становятся координационные отношения между мышцами-антагонистами. Однако следует помнить, что мышечная деятельность вызывает у детей по сравнению со взрослыми значительно большие изменения в деятельности всех органов, что требует дифференцированного подхода к организации всякого рода занятий физкультурой с детьми различного возраста.