Скелет


СКЕЛЕТ - ОПОРА ТЕЛА

Скелет служит опорой тела, и в этом его основное значение. Скелет человека состоит более чем из двухсот костей. Некоторые из них, например лобная, две теменные, затылочная в другие кости черепа, соединены друг с другом неподвижно и очень прочно, потому что у них

многочисленные выступы одной кости входят в соответствующие углубления другой. Примерно так соединяют доски шипами. Костные шипы очень разнообразны и причудливы. В глубокой древности в Индии принимали их за таинственные знаки и думали, что этими знаками на черепе человека написана его судьба.

Скелет не только опора тела. Он вместе с тем и защищает некоторые органы от ударов и повреждений. Так, головной мозг надежно защищен черепной коробкой; спинной мозг находится в позвоночном канале, который образован из отдельных костяных колец-позвонков; легкие, сердце, печень, селезенка прикрыты ребрами, которые соединены сзади с позвоночником, а спереди с грудиной.

 

ОПОРА ПОДВИЖНА

Если бы все кости соединялись друг с другом неподвижно, человек был бы похож на каменное изваяние: он не мог бы совершить никакого движения. Но многие кости соединены не неподвижно, и это дает возможность человеку двигаться и принимать различные положения. Такие подвижные соединения костей называются суставами. В суставе соприкасающиеся между собой участки соседних костей покрыты гладким, скользким хрящом и как бы притерты друг к другу. Если поверхность одной кости выпукла, то поверхность другой имеет соответствующее углубление.

Движения костей в различных суставах неодинаковы. Например, нога в колене только сгибается и разгибается, а другие движения для нее почти невозможны. Пальцы руки мы не только сгибаем и разгибаем, но и двигаем в сторону. В некоторых суставах кость может еще и вращаться.

Особенности движений в каждом суставе зависят от формы суставных поверхностей костей. Наиболее разнообразны движения костей там, где поверхность суставов шарообразной формы, например в плечевом суставе.

В каждом суставе вокруг соприкасающихся частей той и другой кости находится плотная, непроницаемая даже для воздуха оболочка. Ее края сращены с прилегающими участками костей. Эта оболочка называется суставной сумкой. Ее прочность увеличивают сращенные с костями особые связки.

Из физики известно, что если приложить друг к другу два полых полушария, края которых во всех своих точках плотно соприкасаются, и выкачать из них воздух, то для разъединения их нужно приложить огромную силу, которая преодолела бы давление атмосферного воздуха на наружную поверхность полушарий.

То же самое можно сказать и о суставах. Внутри суставов воздуха нет. Растянуть сустав, т. е. раздвинуть соприкасающиеся кости, очень трудно, потому что этому будет препятствовать атмосферное давление наружного воздуха, которое прижимает кости друг к другу. Установлено, что прочность сустава резко снижается, если проколоть его булавкой. Произвести движения в суставе очень легко. Можно поднять руку, протянуть ее вперед или отвести в сторону. При каждом таком движении кости продолжают соприкасаться друг с другом, но их взаимное положение меняется.

Казалось бы, подвижные соединения костей должны препятствовать опорной функции скелета. В самом деле, попробуйте обычные ножки стола заменить такими, которые, подобно человеческим ногам, состояли бы из нескольких подвижно соединенных звеньев. Вряд ли кто-нибудь согласится обедать или работать за таким столом. Однако в действительности подвижное соединение большинства костей скелета не только не нарушает его опорной функции, но, наоборот, делает ее более совершенной.

 

И ВСЕ ЖЕ ОПОРА УСТОЙЧИВА

Скелет служит опорой всего тела и отдельных его частей при любых условиях: и когда человек лежит или стоит, и когда он ходит или работает. Это объясняется тем, что каждый сустав может временно закрепляться в том или ином положении и становиться неподвижным. Когда человек стоит, его коленный сустав прочно закреплен в разогнутом положении. Стоит опуститься на корточки, как тот же сустав окажется закрепленным в согнутом положении.

Временное закрепление сустава, а также изменение его положения осуществляется скелетными мышцами. Почти все мышцы своими концами соединены с двумя костями, чаще всего соседними.

К каждой мышце от спинного и головного мозга подходит нерв. По нему одна за другой мчатся волны возбуждения. Достигая мышцы, они заставляют ее работать. А работа мышцы заключается в том, что она сокращается, иными словами, укорачивается. Сокращаясь, мышцы тянут за собой кости, а это и ведет к перемещению тела или отдельных его частей. Следовательно, при движениях мышцы играют активную роль, а кости — пассивную; они продолжают выполнять основную свою функцию, а именно служить опорой каждой части тела. Кости вместе с прикрепленными к ним мышцами принято называть органами движения или, правильнее, опорно-двигательным аппаратом.

 

РЫЧАГИ НАШЕГО ТЕЛА

Что же происходит с костями, к которым прикреплены концы сокращающейся мышцы?

Предположим, человек сгибает руку в локте при неподвижном положении плечевой кости. Тогда предплечье вместе с кистью можно рассматривать как рычаг, который приводится в движение плечевой мышцей и двуглавой, или бицепсом: локтевой сустав — это точка опоры; центр тяжести предплечья и кисти — точка приложения силы, которая тянет рычаг вниз; место прикрепления обеих мышц — точка приложения силы, поднимающей рычаг.

Это рычаг второго рода. В нем точки приложения действующей и противодействующей сил находятся по одну сторону от точки опоры. Подобным рычагом мы нередко пользуемся в жизни. Таковы, например, щипцы для орехов или вага — шест, который применяют, чтобы сдвинуть или повернуть толстое бревно, большой камень или другой тяжелый предмет. В рычагах второго рода точка приложения действующей силы обычно находится на большем расстоянии от точки опоры, чем точка приложения противодействующей силы. Это дает возможность преодолеть весьма значительное противодействие при помощи сравнительно небольших усилий.

Попробуем разобраться, в чем здесь дело. Возьмем рычаг второго рода длиной 50 см. К его середине прикрепим два шнура с одинаковыми гирями, весящими по 20 Г. Один шнур перекинут через блок и тянет рычаг вверх, а другой тянет его вниз. Гири точно уравновешивают друг друга, и рычаг не поднимается и не опускается.

Теперь переместим точки прикрепления шнуров. Шнур, перекинутый через блок, укрепим на самом конце рычага, а другой шнур оставим на старом месте. При этом первый шнур, который тянет рычаг вверх, окажется прикрепленным к рычагу на расстоянии, вдвое большем от точки опоры, чем второй шнур. Сохранится ли равновесие? Конечно, нет: рычаг тотчас же поднимется. Для восстановления равновесия надо либо вдвое уменьшить груз дальнего шнура, либо вдвое увеличить груз ближнего шнура.

Проделаем более сложный опыт. Шнур, который тянет рычаг вниз, придвинем к точке опоры так, чтобы он оказался на расстоянии 5 см от нее. Вес груза по-прежнему 20 Г. Другой шнур будем постепенно передвигать вдоль рычага. Сначала укрепим его на расстоянии 10 см от точки опоры. Тогда для уравновешивания на этом шнуре надо подвесить не 20, а только 10 Г. Передвинем шнур еще дальше, чтобы он был в 25 см от точки опоры. Теперь для достижения равновесия достаточно 4 Г.

Чем больше удаляется от точки опоры место прикрепления шнура, тянущего рычаг вверх, тем меньшим грузом можно уравновесить рычаг. Если прикрепить этот шнур на расстоянии 50 см от точки опоры, т. е. на самом конце рычага, то достаточно 2 Г, чтобы уравновесить груз в 20 Г, прикрепленный к рычагу на расстоянии 5 см от точки опоры.

Нетрудно заметить, что сила, необходимая для того, чтобы сдвинуть рычаг, должна быть тем меньше, чем больше расстояние от места се приложения до точки опоры. Кладя орех в углубление щипцов, находящееся очень близко от точки опоры рычага, мы легко его раскалываем. Производимое для этого усилие значительно меньше того, которое необходимо, чтобы расколоть орех, давя на него без применения рычага.

В рычагах нашего тела почти всегда точки приложения усилия и противодействия расположены иначе: ближе к точке опоры находится место прикрепления мышцы, т. е. действующей силы. Поэтому, чтобы преодолеть противодействие, мышцы должны развивать очень большую силу. Однако при этом получается значительный выигрыш в размахе движения.

Предположим, что человек держит в согнутой руке предмет, весящий 1 кГ. Точка противодействия, т. е. центр тяжести предплечья вместе с нагруженной кистью, находится в 8—10 раз дальше от точки опоры, чем точка приложения силы, т. е. место прикрепления мышцы. Поэтому, чтобы удержать груз, весящий всего лишь 1 кГ, мышца должна сократиться с силой, необходимой для поднятия груза весом около 10 кГ.

 

ЧАСТИЧНО СУСТАВЫ ЗАКРЕПЛЕНЫ ДАЖЕ ПРИ ДВИЖЕНИИ

Когда человек стоит, опорная функция скелета может осуществляться лишь при условии, если каждое подвижное соединение костей ног, туловища, шеи и головы неподвижно закреплено в определенном положении. Работу по укреплению подвижных соединений костей выполняют наши мышцы. Их согласованная работа обеспечивает сохранение равновесия. Сила сокращения отдельных мышц непрерывно меняется в полном соответствии с создающимися в каждый данный момент условиями сохранения равновесия. Если бы кости были соединены друг с другом неподвижно, скелет не мог бы с таким совершенством выполнять свою опорную функцию.

Особый интерес представляет опорная функция скелета во время движения. Когда надо протянуть руку вперед, плечевой сустав должен быть закреплен так, чтобы в нужном направлении движение совершалось легко, но чтобы невозможно было вращение руки и движение ее в сторону. Иными словами, происходит частичное закрепление сустава, допускающее только одно определенное движение.

Во время работы направление движения в суставах непрерывно меняется, а это означает, что в каждый данный момент частичное закрепление суставов происходит по-разному.

 

САМАЯ СОВЕРШЕННАЯ СМАЗКА

Чем сильнее два предмета трутся друг о друга, тем больше разогреваются их трущиеся поверхности. От образующегося тепла могут вспыхнуть и загореться легко воспламеняющиеся предметы. Уже первобытные люди умели добывать огонь при помощи трения. И до сих пор для добывания огня мы обычно пользуемся трением: чиркаем спичку о коробку.

Однако нам гораздо чаще приходится думать не о том, как использовать трение, а о том, как с ним бороться. Трение — помеха движению. Дело не только в том, что в машинах трущиеся поверхности разогреваются. Трение задерживает, тормозит движение. Трущиеся части обычно постепенно стираются, разрушаются, а потому время от времени машина нуждается в ремонте.

При всяком движении суставные поверхности костей трутся друг о друга. Чтобы уменьшить и предупредить вредные последствия трения, необходима смазка. И в самом деле, в каждом суставе есть смазочное вещество, оно выделяется на внутренней поверхности суставной сумки. Кроме того, смазку образуют сами трущиеся хрящевые прокладки.

Хрящ не мертвое вещество. Та его часть, которая срастается с костью, все время растет, приходя на смену трущейся, разрушающейся поверхности хряща. Чем больше движений совершается в суставе, чем сильнее стираются поверхности его хрящевых прослоек, тем быстрее растет хрящ. Таким путем происходит как бы постоянный текущий ремонт трущихся частей нашего тела.

Разрушаясь, поверхностный слой хрящевых прокладок превращается в смазку для сустава. Трущиеся поверхности сами себя смазывают, постоянно поддерживая равномерную тонкую прослойку смазочного вещества. Вот почему суставные поверхности костей всегда влажны и скользки.

В мире нет ни одной машины, у которой, подобно человеческому суставу, трущаяся поверхность, частично разрушаясь, превращалась бы в смазку, и вместе с тем сама восстанавливалась.

Каждую машину надо время от времени чистить, надо удалять отработанные смазочные вещества. А человеческий сустав не нуждается в чистке. Отработанная смазка через стенку суставной сумки всасывается в кровь, подобно тому как в стенке кишечника всасываются в кровь необходимые для организма питательные вещества. В результате этого избыточная и ставшая негодной смазка постоянно удаляется из сустава.

Суставы сами себя обслуживают. И это самообслуживание столь совершенно, что в течение всей человеческой жизни они могут безотказно работать. Лишь при некоторых заболеваниях — при суставном ревматизме, подагре — нарушается нормальная работа суставов, и тогда движения становятся трудными и болезненными.