Механические свойства костей скелета
Лекционное занятие № 3.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ: СКЕЛЕТА
План лекции:
1. Состав опорно-двигательного аппарата человека
2. Строение, функции и механические свойства пассивных элементов ОДА
3. Прочностные характеристики костей скелета
4. Подвижное соединение костей (суставы)
5. Суставы классифицируют по следующим принципам
6. Трение в суставах
7. Соединение мышц и костей (сухожилия и связки)
Состав опорно-двигательного аппарата человека
Опорно-двигательный аппарат (ОДА) человека и животного состоит из двух частей: пассивной и активной.
Пассивная часть ОДА содержит следующие элементы:
• кости скелета - 206 костей (85 парных и 36 непарных).
• соединения костей скелета (непрерывные, полупрерывные и прерывные) - анатомические образования, позволяющие объединять кости скелета в единое целое, удерживая их вместе, и обеспечивает им определенную степень подвижности. Биомеханика ОДА рассматривает в основном прерывные соединения костей - суставы.
• связки - упругие образования, служащие для укрепления соединения костей и ограничения подвижности между ними.
Активная часть ОДА содержит следующие элементы:
• скелетные мышцы (более 600).
• Двигательные нервные клетки (мотонейроны). Двигательные нейроны расположены в сером веществе спинного и продолговатого мозга. По длинным отросткам (аксонам) этих клеток к мышцам поступают сигналы из центральной нервной системы (ЦНС).
|
|
|
• Рецепторы ОДА. Различные рецепторы, расположенные в мышцах, сухожилиях и суставах информируют ЦНС о текущем состоянии элементов ОДА.
• Чувствительные нейроны (афферентные нейроны). По чувствительным нервным клеткам информация от рецепторов мышц, сухожилий и суставов поступает в ЦНС. Тела чувствительных нейронов вынесены за пределы ЦНС и лежат в чувствительных узлах спинномозговых и черепных нервов (ганглиях).
У 80% людей скелет состоит из 206 -207 костей, а 20% - наблюдаются различные отклонения (у каждого пятого есть отклонения в количестве позвонков поясничной и шейной областей, а у каждого двадцатого есть лишнее ребро), некоторых со временем часть костей срастается, а у некоторых - нет.
Трубчатые кости: построены из губчатого и компактного вещества, образующего трубку с костномозговой полостью. Они выполняют все три функции скелета (опора, защита и движение). Из них длинные трубчатые кости (плечо и кости предплечья, бедро и кости голени) являются стойками и длинными рычагами движения; короткие трубчатые кости (кости пясти, плюсны, фаланги) - короткие рычаги движения.
Губчатые кости: построены преимущественно из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Среди них различают длинные губчатые кости (рёбра и грудина) и короткие (кости запястья, предплюсны).
|
|
|
Плоские кости: построены из двух пластинок компактного вещества, между которыми расположено губчатое вещество кости. Различают плоские кости черепа (лобная и теменные), которые выполняют преимущественно защитную функцию, и плоские кости поясов (лопатка, тазовые кости), которые выполняют функции опоры и защиты.
Смешанные кости имеют сложную форму. Они состоят из нескольких частей, имеющих различное строение и происхождение (кости основания черепа, позвонки).
Строение, функции и механические свойства пассивных элементов ОДА
Кость – элемент ОДА человека, представляющий собой жесткую конструкцию из нескольких материалов, различных по механическим свойствам. В основном кость состоит из костной ткани, которую сверху покрывает соединительнотканная оболочка – надкостница. Костная ткань образована плотным компактным и рыхлым губчатым веществом. Суставные поверхности кости покрыты суставным хрящом.
Механические функции костей скелета
Опорная функция: связана с их центральным положением внутри каждого сегмента тела человека, которое обеспечивает механическую опору другим элементам ОДА: мышцам и связкам. Кроме того, кости нижних конечностей и позвоночника обеспечивают опору для вышележащих сегментов тела.
|
|
|
Локомоторная функция: скелетные мышцы приводят в движение костные рычаги или обеспечивают сохранение равновесия. Благодаря этому возможно выполнение двигательных действий и статических положений.
Защитная функция:
v череп - защищает мозг и сенсорную систему;
v позвоночный столб – спинной мозг
v ребра и грудина - внутренние органы (сердца, легкие, диафрагму);
v тазовая кость - мочевой пузырь и половые органы.
Запасающая функция: накапливать и сохранять запасы кальция, фосфора и железа, необходимые для нормальной работы нервов и мышц;
Синтезирующая функция:вырабатывать различные формы клеток крови в костном мозге, заполняющем полости губчатой костной ткани.
Функция облегчения массы тела: пояс конечностей имеет продолговатые и трубчатые - это позволяет им противостоять значительным нагрузкам и при этом в 2-2,5 раза снижать их массу. Если бы скелет был сделан из стали, то его вес доходил бы до 240 кг.
Функция формообразование: внешняя структура костей - так же как и форма скелета связана с ее функциональным назначением в основном с прямохождением и приспособлением к трудовой деятельности
|
|
|
Амортизационная функция: силы, возникающие в теле при движениях (ходьба, бег, прыжки и проч.), имеют преимущественно динамический характер, поэтому многие образования опорного аппарата человека служат ослаблению толчков: межпозвоночные диски, изогнутость позвоночного столба, сводчатость стопы и т.д. Амортизаторы в природе (дятел, меч-рыба 90 км/ч, соты наполненные жиром, толстые межпозвоночные диски)
Механические свойства костей скелета
Строение костей может служить одним из подтверждений оптимальности конституции человеческого скелета. Например, структура длинных костей ближе к суставам переходит из плотной в пористую, за счет чего плавно изменяется жесткость и обеспечиваются равномерное распределение направления. Механические свойства костной скелета - объясняется их сложной внутренней структурой. Так в костях сочетаются двух веществ:
v Органических веществ (коллагенные волокна) - способные к деформации упругие, сравнительно непрочные
v Неорганических веществ (Na, Ca, Mg, Cl, F, карбонаты и цитраты) -высокопрочные кристаллы. В этой связи кости обладают большей прочностью, чем фибриллы и меньшей хрупкостью, чем кристаллы.
Выделяют пять структурных уровней компактной костной ткани (рис. 1).
Первичный структурный уровень - составляет биополимерная макромолекула тропокалогена, построенная из 3 левых спиральных полипептидных цепочек, которая образует правую спираль, и неорганические кристаллы (диаметр 1,2-1,5 нм)
Вторичный структурный уровень – состоит из микрофибрилл коллагена, образуемых пяти молекулами тропоколлагена (диаметр 3,5 нм)
Третичный структурный уровень – это волокно, состоящее из микрофибрилл и связанных с ними микрокристаллов. Между отдельными кристаллами образуется связи в продольном и поперечном направлениях. Эта совокупность органических и не органических веществ является армирующим компонентом костной ткани (диаметр 100-300 нм)
Четвертый структурный уровень - образуется из ламелл - тонких изогнутых пластин, представляющих наименьший конструкционной элемент компактной костной ткани. Коллогеноминиральные композиции, объеденные при помощи вяжущего вещества, служат материалом этих пластинок (4-7 мкм)
Пятый структурный уровень - представлен остеоном – конструкционным элементом, который образуется вокруг кровеносных сосудов, включающихся в объем кости при ее образовании. Остеон формируется из концентрически расположенных костных ламелл (0,25 мм).
Скелет взрослого человека насчитывает - 206 костей (85 парных и 36 непарных), подвижно или неподвижно соединенных между собой. Кости скелета составляют 18% массы тела у мужчин и 16% у женщин (Бунак,1941). По данным Ямада 1970, кости до 20 - 25 лет прочность костей растет, а затем начинает постепенно падать, кроме зубов, прочность которых растет до 50 лет (см. рис. 2).
Дата добавления: 2018-08-07; просмотров: 1551; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!