Читать книгу Биология. Человек. 8 класс - Группа авторов - Страница 16

1. Какие качества кости обеспечивают её лёгкость и прочность?

2. Почему костную ткань относят к соединительной?

Скелет и мышцы. Опорно-двигательный аппарат нередко называют костно-мышечным, поскольку скелет и мышцы функционируют вместе. Они определяют форму тела, обеспечивают опорную, защитную и двигательную функции.

Опорная функция проявляется в том, что кости скелета и мышцы образуют прочный каркас, определяющий положение внутренних органов и не дающий им возможности смещаться.

Кости скелета защищают органы от травм. Так, спинной и головной мозг находятся в костном «футляре»: головной мозг защищён черепом, спинной – позвоночником. Грудная клетка закрывает сердце и лёгкие, дыхательные пути, пищевод и крупные кровеносные сосуды. Органы брюшной полости сзади защищены позвоночником, снизу – тазовыми костями, спереди – мышцами брюшного пресса.

Двигательная функция возможна только при условии взаимодействия мышц и костей скелета, так как мышцы приводят в движение костные рычаги.

Большинство костей скелета соединено подвижно с помощью суставов. Мышца прикрепляется одним концом к одной кости, образующей сустав, другим концом – к другой кости. При сокращении мышца приводит кости в движение. Благодаря мышцам противоположного действия кости могут не только совершать те или иные движения, но и фиксироваться относительно друг друга.

Кости и мышцы принимают участие в обмене веществ, в частности в обмене фосфора и кальция.

Химический состав костей. Если сжечь кость, она почернеет от углерода, оставшегося от сгорания органических веществ. Если выгорит и углерод, получится белый остаток, чрезвычайно твёрдый, но хрупкий. Это минеральное вещество кости.

Чтобы определить свойства органических веществ кости, надо удалить минеральные вещества с помощью соляной кислоты. Кость при этом сохранит свою форму. Но свойства кости резко изменятся. Она станет настолько гибкой, что её можно будет завязать узлом. Гибкость кости зависит от наличия органических веществ, твёрдость – от неорганических.

Сочетание твёрдого, хотя и хрупкого неорганического вещества и эластичного органического вещества придаёт костям и прочность, и упругость. Наиболее прочны кости человека в его зрелом возрасте (от 20 до 40 лет). У детей в костях относительно велика доля органических веществ. Поэтому детские кости редко ломаются, но легко деформируются под влиянием неправильной позы или неравномерной нагрузки. У пожилых людей в костях увеличивается доля минеральных веществ. Поэтому их кости становятся более ломкими.

Микроскопическое строение кости. Под микроскопом видно, что костная ткань организована в виде пластинок, расположенных определённым образом. Они или перекрещиваются, как металлические балки сложных инженерных конструкций, или образуют плотные костные цилиндры. Такое строение придаёт костям прочность. В зависимости от расположения костных пластинок различают два типа костного вещества: компактное и губчатое (рис. 22). Костные пластинки – это неклеточное вещество кости.

Пластинки компактного вещества образуют сложные системы – остеоны (рис. 23). Остеоны представляют собой несколько слоёв тончайших костных пластинок, расположенных концентрически вокруг канала, в котором проходят кровеносные сосуды и нервы. Между костными пластинками находятся костные клетки.

Рис. 22. Костная ткань: А – компактное вещество; Б – губчатое вещество (микрофотографии)

В губчатом веществе перекрещивающиеся тонкие костные перекладины, состоящие из костных пластинок, образуют множество ячеек. Перекладины формируют сводчатые конструкции, ориентированные по линиям сжатия и растяжения, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки. В ячейках губчатого вещества находится красный костный мозг.

Костный мозг – это ткань, заполняющая у человека полости костей. Различают два вида этой ткани: красный костный мозг (рис. 24), основная функция которого – образование клеток крови, и жёлтый костный мозг, богатый жировыми клетками. Кровеобразующие элементы в жёлтом костном мозге отсутствуют. Однако после больших кровопотерь на месте жёлтого костного мозга может образоваться кроветворная ткань.

Рис. 23. Микроскопическое строение компактного вещества кости: А – в объёмном изображении: 1 – концентрические цилиндры, образованные костными пластинками; 2 – костные клетки; 3 – кровеносные сосуды, проходящие в костных полостях внутри цилиндров; Б – на поперечном срезе

Рис. 24. Красный костный мозг в ячейках губчатого вещества (микрофотография)

Соотношение компактного и губчатого вещества в кости зависит от места кости в скелете и её функции.

Типы костей. По типу строения различают трубчатые, губчатые, плоские кости.

Трубчатые кости имеют вид цилиндров с утолщёнными краевыми концами. Средняя часть трубчатой кости называется тело, расширенные концы – головки (рис. 25). Снаружи тело трубчатых костей покрыто плотной соединительнотканной пластинкой – надкостницей. В ней находится большое число кровеносных сосудов и множество нервных окончаний. Клетки внутреннего слоя надкостницы активно делятся, обеспечивая рост кости в толщину и срастание её при переломе. Под надкостницей расположен слой компактного вещества. В центре кости находится канал (костномозговая полость), заполненный жёлтым костным мозгом. Стенки костномозговой полости содержат клетки, растворяющие кость. Благодаря сложной и согласованной работе клеток костной ткани достигается оптимальная прочность кости при наименьших массе и затрате материала.

Рис. 25. Строение костей конечности: А – большеберцовая кость: 1 – надкостница (наружная поверхность); 2 – компактное вещество кости; 3 – внутренняя поверхность надкостницы; 4 – суставный хрящ; Б – распил головки бедренной кости: 1 – губчатое вещество; 2 – компактное вещество; 3 – костномозговая полость; В – ориентация перекладин губчатого вещества

Головки образованы губчатым веществом и покрыты хрящом. Суженная часть между телом и головками трубчатой кости – это шейка. В детском и юношеском возрасте шейка состоит из хрящевой ткани. Клетки хрящевой ткани активно делятся, обеспечивая рост кости в длину. С возрастом хрящевая ткань постепенно замещается костной. Окончательное окостенение шеек трубчатых костей заканчивается у женщин к 16–18 годам, а у мужчин – к 20–22 годам. После этого рост костей в длину прекращается.

В скелете человека различают два вида трубчатых костей: длинные (кости плеча и предплечья, бедра и голени) и короткие (кости плюсны, пясти и фаланги пальцев).

Губчатые кости имеют на поверхности довольно тонкое компактное вещество, под которым находится губчатое вещество. К губчатым костям относятся кости тел позвонков, грудины, кости запястья и предплюсны. В основном губчатые кости располагаются там, где необходимо совместить прочность и подвижность.

Плоские кости расположены там, где необходима повышенная прочность. Они состоят из двух параллельных пластинок компактного вещества, между которыми располагается губчатое вещество. К плоским костям относятся кости, образующие свод черепа, лопатки, тазовые кости.

СКЕЛЕТ, МЫШЦЫ, НАДКОСТНИЦА, КОМПАКТНОЕ И ГУБЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО КОСТИ, КРАСНЫЙ КОСТНЫЙ МОЗГ, ЖЁЛТЫЙ КОСТНЫЙ МОЗГ; ТИПЫ КОСТЕЙ: ТРУБЧАТЫЕ, ГУБЧАТЫЕ, ПЛОСКИЕ.

Вопросы

1. Почему скелет и мышцы относят к единому аппарату органов?

2. В чём заключаются опорная, защитная и двигательная функции скелета и мышц?

3. Каков химический состав костей? Как можно выяснить свойства его компонентов?

4. Объясните, почему искривления костей чаще бывают у детей, a переломы – у пожилых людей.

Задания

1. Рассмотрите рисунок 25, А, Б и В. Сравните его с препаратом распила натуральной кости. Найдите надкостницу, компактное вещество, губчатое вещество, костномозговую полость.

2. Рассмотрите рисунок 25, Б и В. Объясните, почему перекладины губчатого вещества ориентированы по направлению сил сжатия и растяжения кости.

Лабораторная работа

Микроскопическое строение кости

Оборудование: микроскоп, постоянный препарат «Костная ткань».

Ход работы

1. Рассмотрите при малом увеличении микроскопа костную ткань. С помощью рисунка 23, А и Б определите, поперечный или продольный срез вы рассматриваете.

2. Найдите канальцы, по которым проходили сосуды и нервы. На поперечном срезе они имеют вид прозрачного кружка или овала.

3. Найдите костные клетки, которые находятся между кольцами и имеют вид чёрных паучков. Они выделяют межклеточное вещество, которое потом пропитывается минеральными солями.

4. Подумайте, почему компактное вещество состоит из многочисленных трубочек с прочными стенками. Как это способствует прочности кости при наименьшем расходе материала и массы костного вещества? Почему корпус самолёта делают из прочных дюралюминиевых трубчатых конструкций, а не из листового проката?