Определение скелета
Скелет несущий каркас организм, Это обычно делается из твердого, жесткого ткань это поддерживает форму тела животного и защищает уязвимые органы.
Для животных, обитающих на суше, скелеты также необходимы для поддержки движения, так как при ходьбе и полете полагаться на способность оказывать воздействие на жесткие рычаги, такие как ноги и крылья.
Членистоногие, такие как насекомые, имеют «экзоскелет »- внешнее покрытие из твердого материала, называемое хитин это защищает их внутренние ткани и позволяет им ходить, прыгать и летать.
У позвоночных, таких как люди, есть внутренние скелеты, сделанные из ткани, называемой костью, которая придает конечностям жесткость и защищает жизненно важные органы, такие как сердце а также головной мозг.
Термин «позвоночное», на самом деле, происходит от определенной части внутреннего скелета – «позвонки »- это маленькие кости, которые окружают и защищают спинной мозг, жизненно важную ткань, которая действует как информационный канал между мозгом и остальной частью тела.
Скелеты большинства позвоночных, включая людей, сделаны из костей. Кости представляют собой сложные структуры, состоящие из множества различных типов тканей, которые выполняют как структурные, так и биологические функции.
На изображении ниже показан человеческий скелет с пометкой некоторых наиболее важных групп костей:
Здесь мы поговорим больше о функциях скелета и структурах, функциях и классификациях его костей.
Функция скелета
Для позвоночных, таких как человек, скелет выполняет много важных функций. Некоторые из них имеют прямое отношение к цели всех скелетов – обеспечивать структурную поддержку, защиту и поддержку передвижения. Другие представляют собой биологические функции, не связанные со структурной поддержкой, которые были приняты костными тканями позвоночных с течением времени.
Функции скелета включают в себя:
Структурная поддержка
Скелет служит жизненной цели придания формы животному телу. Некоторые животные, которые живут в воде, такие как осьминог, не имеют скелета. Это возможно, потому что их ткани частично поддерживаются окружающей их водой, которая намного тяжелее воздуха и позволяет плавать некоторым структурам тела животного. Вы заметите, что осьминоги не так хороши на суше!
Для наземных животных очень важно иметь скелет, который борется с силой тяжести, которая в противном случае могла бы препятствовать движению и даже разрушать органы. Вот почему все подвижные наземные животные имеют либо экзоскелет, такой как у насекомых и пауков, либо внутренний скелет, как у людей и других позвоночных.
передвижение
Почти все формы передвижения по суше требуют умения давить жесткими рычагами на окружающую среду. Когда мы идем, кости наших ног – это рычаги, которые оказывают силу на землю, чтобы продвигать нас вперед. Когда птицы летают, их крылья являются рычагами, которые давят на молекулы воздуха, позволяя им двигаться.
Роль костей в передвижении является основной причиной, почему сломанные кости могут быть смертным приговором для животных в дикой природе. Без неповрежденных рычагов, на которые можно давить, животные могут быть неспособны к быстрому движению или вообще вовсе, что в свою очередь лишает их возможности находить пищу или убегать от хищников.
защита
Помимо поддержки структуры тела против силы тяжести и обеспечения возможности передвижения, скелет играет жизненно важную роль в защите важных органов от травм. Некоторые важные защитные кости в организме человека включают в себя:
- Череп – это толстое покрытие кости, защищающее мозг от травм.
- Позвоночный столб – сделанный из «позвонков», от которого «позвоночные» получают свое имя – защищает спинной мозг, который является основным нервным шнуром, который позволяет мозгу связываться с телом.
- Грудная клетка образует защитный барьер вокруг легких и сердца, без которого организм не сможет ее обеспечить. кровь в мозг и скоро умрет.
Тело позвоночного должно идти на компромисс между защитой и мобильностью. Наши нижние органы брюшной полости, такие как кишечник, например, не защищены грудной клеткой. Но это отсутствие твердого покрытия вокруг нашего живот позволяет нам сгибаться, подниматься и сдвигать вес таким образом, который значительно увеличивает нашу мобильность!
Производство клеток крови
У животных с внутренними скелетами кости также выполняют другие жизненно важные биологические функции, которые напрямую не связаны с их ролью в качестве структурной опоры. У людей одна из наиболее важных ролей – это кровь. клетка производство.
Наши кости сделаны из живой ткани. Их наружные ткани жесткие и жесткие, но их внутренние ткани мягкие и служат другим целям. Внутри наших костей – в части, называемой «костный мозг» – можно найти стволовые клетки, которые создают наши красные и белые кровяные клетки.
Без здорового костного мозга наши тела прекратили бы заменять свои клетки крови – и скоро потеряли бы способность транспортировать кислород и бороться с инфекцией!
Вот почему пересадка костного мозга иногда назначается людям с «раком крови». При раке крови, таком как лейкоз, раковые клетки на самом деле происходят из костного мозга. Эти раковые клетки производят большое количество клеток крови, но клетки крови, которые они производят, не работают должным образом.
В результате у людей с раком стволовых клеток, которые продуцируют лейкоциты, может быть очень высокое количество лейкоцитов – но им трудно бороться с инфекцией, потому что эти лейкоциты, вырабатываемые раковыми стволовыми клетками, не работают должным образом.
При трансплантации костного мозга врачи пытаются убить стволовые клетки в собственном костном мозге пациента, а затем заменить часть костного мозга здоровым донором, который может производить здоровые клетки крови.
Место хранения
Кости могут хранить богатые калориями жиры и минералы, которые могут понадобиться другим тканям организма в будущем.
Твердая часть костной ткани богата кальцием, который в чрезвычайных ситуациях организм может высвободить из костей для других целей.
Желтая ткань костного мозга состоит в основном из жира, который может служить хранилищем калорий и питательных веществ.
Ткань красного костного мозга богата железом, необходимым компонентом для эритроцитов. Дефицит железа является распространенной причиной анемии – состояния, при котором недостаточное производство эритроцитов может привести к слабости, усталости, головокружению и даже обмороку.
Эндокринная регуляция
Костные клетки высвобождают гормон называется остеокальцин, который влияет на уровень сахара в крови, накопление жира и мужские половые гормоны.
Высвобождение остеокальцина костными клетками побуждает поджелудочную железу выделять больше инсулина, что приводит к снижению уровня сахара в крови и увеличению потребления сахара клетками. Это также заставляет жировые клетки выделять гормон адипонектин, который стимулирует расщепление жира для получения энергии.
Остеокальцин направляет мужские яички на выработку большего количества тестостерона, а также, как считается, стимулирует организм вырабатывать больше костных клеток.
Сложное взаимодействие между гормонами в организме человека недостаточно изучено. В этом случае возможно, что, вызывая выделение инсулина и расщепление жиров для получения энергии, он может высвобождать дополнительную энергию, которую организм может использовать для роста большего количества костных клеток.
Типы костей
Хотя все кости сделаны из одинаковых тканей, существует несколько различных видов костей, которые имеют разные характеристики и схемы роста, которые позволяют им выполнять свои различные функции в организме человека. Эти:
Длинные кости
Длинные кости – это те, которые играют жизненно важную роль в передвижении и в поддержании нашего веса против силы тяжести. К ним относятся длинные кости рук, ног, кистей и ступней.
Длинные кости существенно удлиняются по мере роста человека и имеют на концах «ростовую пластинку» или «эпифизарную пластинку», где во время роста образуется новая кость.
У детей большинство клеток крови вырабатывается красным костным мозгом в длинных костях. У взрослых большая часть красного костного мозга в длинных костях заменяется желтым костным мозгом, и производство клеток крови происходит главным образом в плоских костях.
Врачи иногда могут определить приблизительный возраст человека, глядя на его эпифизарные пластинки, поскольку они уменьшаются и изменяются по мере старения и прекращения роста человека. Этот подход иногда используется для оценки возраста человека или животного на момент смерти судебно-медицинскими экспертами, археологами и палеонтологами.
Короткие кости
Короткие кости представляют собой кости в форме куба, которые обеспечивают поддержку и подвижность в сложных структурах, таких как запястье и лодыжки.
Наши запястья и лодыжки требуют сложного большого диапазона движений, но также требуют чрезвычайной силы и устойчивости, особенно лодыжки, которые должны выдерживать наш вес.
Чтобы решить эту проблему, тело использует ряд взаимосвязанных кубовидных костей, скрепленных крепкими связками. Они обеспечивают прочную структуру, но также могут быть сдвинуты друг против друга, чтобы вызвать большие или маленькие изменения в форме и положении наших рук и ног.
Плоские кости
Плоские кости служат основной цели защиты важных органов. Эти кости не требуют того же диапазона движения, что и короткие кости, и не претерпевают выраженного роста, как длинные кости.
У взрослых большая часть продукции клеток крови происходит в красном костном мозге плоских костей.
Примерами плоских костей являются череп, грудина, ребра и лопатки, которые защищают наши легкие и сердце от спины.
Нерегулярные кости
Нерегулярные кости – это кости, которые имеют сложные формы, которые позволяют им служить в очень специфических целях. Они часто служат как для защиты внутренних органов, так и для придания структуры организму.
Примеры неправильных костей включают сами позвонки, чья сложная форма позволяет им защищать позвоночник со всех сторон, в то же время позволяя нашим позвоночникам быть подвижными и гибкими.
Тазовый пояс, который защищает некоторые внутренние органы, а также обеспечивает структурную основу для наших ног, является еще одним примером неправильной кости.
Сесамовидные кости
Сезамоидальные кости – это кости, которые встроены в сухожилия и которые обеспечивают дополнительное экранирование и амортизацию для областей тела с высоким напряжением и высоким движением.
Одним из примеров сесамовидных костей является коленная чашечка – маленькая круглая кость, которая покрывает коленную чашечку и защищает сухожилия под ней. Сесамовидные кости также находятся в руках, коленях и ступнях.
Костная структура
Структура костей лучше всего иллюстрируется при взгляде на длинные кости, которые подвергаются наибольшему росту и содержат отчетливые полости для костного мозга. Длинные кости содержат несколько типов тканей, каждый из которых помогает выполнять функции, которые должны выполнять наши кости.
Компактная кость
Компактная кость также называется «кортикальная кость», является твердой внешней оболочкой всех костей. Он состоит из «костной ткани», состоящей из «остеоцитов» или костных клеток.
В костной ткани костные клетки окружены твердой матрицей минералов и белков. Наиболее важным минералом является гидроксиапатит, богатый кальцием и фосфором минерал, также содержащийся в эмали зубов и в некоторых природных породах.
Гидроксиапатит твердый и твердый, но также подвержен разрушению, поэтому он переплетается в компактной костной ткани с коллагеновыми волокнами. Коллаген такой же крепкий, сильный тип белка, который содержится в кожа, В результате получается матрица, которая является твердой и прочной, но также обладает гибкостью и устойчивостью.
Основными структурными единицами кортикальных костей являются «остеоны» – микроскопические цилиндры костной ткани. Через центр каждого цилиндра проходит шнур кровеносных сосудов и нервов.
Эта структура крошечных цилиндров гарантирует, что костные клетки получают кислород и питательные вещества, необходимые для выживания.
Губчатая кость
Губчатая кость также известная как «губчатая кость», является костью, которая имеет «губчатую» структуру, которая состоит из волокон твердой костной ткани, переплетенных с более мягкими тканями, такими как кровеносные сосуды и костный мозг.
Губчатая кость структурно слабее, чем более плотные типы костных тканей, но обеспечивает превосходное место для важных биологических функций, таких как обмен ионов кальция с кровью и производство красных кровяных клеток.
Губчатая кость встречается у концов длинных костей и внутри позвонков.
Суставной хрящ
Суставной хрящ как следует из названия, хрящ – то же самое жесткое, но гибкое вещество, которое составляет наши носы и уши. На концах костей хрящ обеспечивает амортизацию и гибкость, позволяя костям скользить мимо друг друга и позволяя двигаться.
Название «суставной хрящ» происходит от глагола «сочленять», что означает «объединять суставом». Это означает, что две структуры связаны, но могут перемещаться относительно друг друга из-за соединения между ними.
Боль и травма могут возникнуть, когда этот сустав разрушается или изнашивается, в результате чего твердые, жесткие поверхности костей непосредственно трутся друг о друга. Разорванный хрящ в колене – одна из распространенных спортивных травм, которая может возникнуть, когда коленный сустав сильно ударился или сильно вырвался.
В некоторых случаях хирургическое восстановление хряща необходимо, чтобы избежать повреждения твердых наружных оболочек костей ног от непосредственного трения друг о друга.
Эпифизарная пластинка или эпифизарная линия
Как упоминалось выше, «эпифизарный» относится к области кости, где кость может расти, производя новые костные клетки.
У детей и подростков «эпифизарная пластинка» является местом активного роста и образования новой кости; у взрослых затухание этой ростовой ткани исчезает, и остается «эпифизарная линия», показывающая, где когда-то происходил рост. Эти эпифизарные области наиболее очевидны на концах длинных костей, которые подвергаются интенсивному росту в течение всей жизни человека.
Эпифизарная пластинка сделана из хряща – того самого твердого, но гибкого вещества, о котором мы слышали ранее. Кости растут, откладывая слой хряща, а затем используя этот хрящ в качестве матрицы для роста новых костных клеток. Таким образом, рост новой кости начинается гибко, но становится крепким и твердым, а хрящ помогает направлять форму и паттерны роста новых костных клеток.
Мягкие области, которые позволяют рост кости, также могут быть обнаружены в других типах кости, таких как «родничок» черепа. Родничок – это «мягкое место» ребенка глава где мягкие ткани еще не были заменены костными клетками, потому что череп все еще должен обладать гибкостью, чтобы приспособиться к растущему мозгу.
У взрослых родничок, как и эпифизарная пластинка, исчезает, оставляя лишь след своего существования в виде шва, где срослись костные пластинки черепа.
Красный костный мозг
Неудивительно, что красный костный мозг – это место, где производятся эритроциты. Это также сайт производства лейкоцитов и тромбоцитов.
При рождении большая часть костного мозга в организме является красным костным мозгом; с возрастом около половины этого красного костного мозга превращается в желтый костный мозг, оставляя красный костный мозг главным образом вблизи концов длинных костей и внутри плоских костей, таких как таз и грудина.
Эта богатая железом ткань жизненно важна для здоровья всего организма, так как она отвечает за производство транспортных средств, которые переносят кислород к мозгу и другим органам, а также клеток, которые предотвращают инфекцию и борются с ней.
Заболевания, которые разрушают красный костный мозг или делают его неспособным функционировать, могут привести к серьезным осложнениям, включая смерть.
Желтый костный мозг
Желтый костный мозг – это жировая ткань, которая содержит стволовые клетки, которые производят жир, хрящи и кости. Он не продуцирует клетки крови, а скорее функционирует, главным образом, для накопления жира и обеспечения необходимой среды для сохранения здоровья окружающей кости.
В случаях крайней кровопотери или болезни желтый мозг может превратиться в красный мозг, чтобы помочь заменить потерянные клетки крови.
надкостница
Надкостница – это мембрана, которая покрывает внешнюю поверхность костей. Единственным исключением являются суставы длинных костей, которые покрыты хрящевой амортизацией.
Надкостница состоит из соединительной ткани, богатой коллагеном. Он также содержит нервные окончания, которые могут чувствовать боль. Это позволяет надкостнице выполнять двойную цель защиты наших костей, сопротивляясь травме, и информируя нас через боль, когда что-то не так.
Надкостница также является местом роста новой кости костными клетками, называемыми «остеобластами», поскольку кости растут и становятся более толстыми.
Несмотря на то, что остеобласты под надкостницей закладывают новую кость, клетки, называемые «остеокластами», переваривают костную ткань изнутри, расширяя внутреннюю полость, содержащую костный мозг, и предотвращая слишком толстую оболочку кости.
Питательная артерия
Питательная артерия является частью сердечно-сосудистая система отвечает за доставку кислорода, питательных веществ и других жизненно важных материалов к кости.
Эти артерии попадают в кости через каналы, называемые «отверстиями», которые представляют собой отверстия в кости, которые существуют для того, чтобы артерии могли проникать в костную ткань.
От питательной артерии кровеносные сосуды разветвляются до уровня остеонов, где микроскопические кровеносные сосуды проходят через центр крошечных цилиндров костных клеток.
Если питательные артерии заблокированы или повреждены, это может привести к смерти костной ткани и инфекции. Хотя кости могут выглядеть как сплошная, «мертвая» ткань, им требуется, чтобы живые клетки оставались сильными и не становились добычей опасных патогенов.
эндост
Эндост – это мембрана, которая покрывает внутреннюю часть медуллярных полостей кости – полые пространства, которые обычно заполнены костным мозгом.
Эндост очень напоминает надкостницу, состоящую из тонкого слоя очень жесткой волокнистой ткани, которая также содержит нервные клетки.
В периоды голодания организм может поглощать и переваривать эндост, а также часть жира из костного мозга. Это приводит к ослаблению костей, но может помочь организму продолжать функционировать дольше, пока не будут найдены питательные вещества.
Эндост является также местом реабсорбции кости, поскольку кости растут и становятся более толстыми. Для предотвращения того, чтобы твердая оболочка компактной кости стала слишком толстой, костная ткань поглощается и переваривается клетками, называемыми «остеокластами», на внутренней стороне медуллярной полости, в то же время, когда на внешней стороне кости располагаются новые слои, под надкостницей.
Этот оригинальный механизм позволяет костям расти как по длине, так и по толщине, расширяя при этом медуллярную полость в тандеме с ростом компактной костной ткани.
викторина
1. Что из нижеперечисленного НЕ является основной функцией скелета?A. Обеспечивает структурную поддержкуB. Включает движениеC. Очищает токсины от кровиD. Производит клетки крови
Ответ на вопрос № 1
С верно. A, B и D – все жизненно важные функции скелета. Скелет, однако, не очищает кровь; эта функция выполняется печень, почки и селезенка,
2. Что из следующего НЕ является изменением, которое происходит в скелете между рождением и взрослой жизнью?A. Эпифизарные пластинки сжимаются и становятся эпифизарными линиямиB. Около половины красного костного мозга превращается в желтый костный мозгC. Несколько костных пластин в черепе сливаются, в результате чего получается одна твердая костьD. Ни один из вышеперечисленных
Ответ на вопрос № 2
D верно. Все вышеперечисленное – это изменения, которые происходят в человеческом скелете между рождением и взрослой жизнью!
3. Какая из следующих комбинаций неправильно сопоставляет пример кости с ее типом кости?A. Череп – Плоская костьB. Позвонок – Нерегулярная КостьC. Бедренная кость – длинная костьD. Метатарзал – короткая кость
Ответ на вопрос № 3
D верно. Хотя длина их намного короче, чем у бедренной кости или плечевой кости, плюсневые кости – это длинные кости, которые имеют общие структурные характеристики со своими старшими родственниками.
Ссылки
- Грей, Генри. Анатомия человеческого тела. Лондон, Англия, Баунти, 2012.
- Костно-мышечная система / Анатомия, физиология и нарушения обмена веществ. Саммит, Нью-Джерси, Ciba-Geigy, 1987.
- Циммерманн, Ким Энн. «Система скелета : Факты, функции и болезни. » LiveScience,
- Колледж OpenStax, анатомия и физиология. OpenStax CNX. http://cnx.org/contents/14fb4ad7-39a1-4eee-ab6e-3ef2482e3e22@8.103.
- Костный мозг – Что делает костный мозг? http://www.medicalnewstoday.com/articles/285666.php
- Стил, Дэвид Джентри и др. Анатомия и биология скелета человека. College Station, Texas A & M University Press, 2007.