Развитие опорно двигательной системы позвоночных. Развитие опорно-двигательной системы человека. Функции покровов тела

Филогенез двигательной функции лежит в основе прогрессивной эволюции животных. Поэтому уровень их организации в первую очередь зависит от характера двигательной активности, которая определяется особенностями организации опорно-двигательного аппарата, претерпевшего в типе Хордовые большие эволюционные преобразования в связи со сменой сред обитания и изменения форм локомоции. Действительно, водная среда у животных, не имеющих наружного скелета, предполагает однообразные движения за счет изгибов всего тела, в то время как жизнь на суше более способствует их перемещению с помощью конечностей.

Скелет

У хордовых скелет внутренний. По строению и функциям подразделяется на осевой, скелет конечностей и головы.

Осевой скелет

В подтипе Бесчерепные имеется только осевой скелет в виде хорды. Она построена из сильно вакуолизированных клеток, плотно прилегающих друг к другу и покрытых снаружи общими эластической и волокнистой оболочками. Упругость хорде придают тургорное давление ее клеток и прочность оболочек.

На протяжении всей жизни у позвоночных хорда сохраняется только у круглоротых и некоторых низших рыб. У всех остальных животных она редуцируется. У человека в постэмбриональном периоде сохраняются рудименты хорды в виде nucleus pulposus межпозвоночных дисков.

У всех позвоночных хорда постепенно вытесняется позвонками, развивающимися из склеротомов сомитов, и функционально заменяется позвоночным столбом. Это один из выраженных примеров гомотопной субституции органов. Формирование позвонков в филогенезе начинается с развития их дуг, охватывающих нервную трубку и становящихся местами прикрепления мышц. Начиная с хрящевых рыб обнаруживается охрящевение оболочки хорды и разрастание оснований позвонковых дуг, в результате чего формируются тела позвонков. Срастание верхних позвонковых дуг над нервной трубкой образует остистые отростки и позвоночный канал, в который заключена нервная трубка.

Замещение хорды позвоночным столбом - более мощным органом опоры, имеющим сегментарное строение,- позволяет увеличить общие размеры тела и активизирует двигательную функцию.

У рыб только два отдела позвоночника: туловищный и хвостовой. Это связано с перемещением их в воде за счет изгибов тела.

Земноводные приобретают также шейный и крестцовый отделы, представленные каждый одним позвонком. Первый обеспечивает большую подвижность головы, а второй - опору задним конечностям.

У пресмыкающихся удлиняется шейный отдел позвоночника, первые два позвонка которого подвижно соединены с черепом и обеспечивают большую подвижность головы. Появляется поясничный отдел, еще слабо отграниченный от грудного, а крестец состоит уже из двух позвонков.

Млекопитающие характеризуются стабильным количеством позвонков в шейном отделе, равным 7. В связи с большим значением в движении задних конечностей крестец образован 5-10 позвонками. Поясничный и грудной отделы четко отграничены друг от друга.

У рыб все туловищные позвонки несут ребра, не срастающиеся друг с другом и с грудиной. Они придают телу устойчивую форму и обеспечивают опору мышцам, изгибающим тело в горизонтальной плоскости. Эта функция ребер сохраняется у всех позвоночных, совершающих змеевидные движения,- у хвостатых земноводных и пресмыкающихся, поэтому у них ребра также располагаются на всех позвонках, кроме хвостовых.

У пресмыкающихся часть ребер грудного отдела срастается с грудиной, формируя грудную клетку, а у млекопитающих в состав грудной клетки входит 12-13 пар ребер.

Скелет головы

Продолжением осевого скелета спереди является осевой, или мозговой, череп, служащий для защиты головного мозга и органов чувств. Рядом с ним развивается висцеральный, или лицевой череп, образующий опору передней части пищеварительной трубки. Обе части черепа развиваются по-разному и из разных зачатков. На ранних этапах эволюции и онтогенеза они не связаны между собой.

В задней части осевого черепа в процессе развития обнаруживаются следы сегментации, поэтому считают, что он представляет собой результат слияния друг с другом закладок передних позвонков. В состав мозгового черепа включаются также закладки хрящевых капсул мезенхимального происхождения, окружающие органы слуха, обоняния и зрения. Кроме того, часть мозгового черепа (лежащая кпереди от турецкого седла), не имеющая сегментации, развивается, по-видимому, как новообразование в связи с увеличением размеров переднего мозга.

Филогенетически мозговой череп прошел три стадии развития: перепончатую, хрящевую и костную.

У круглоротых он практически весь перепончатый и не имеет передней, не сегментированной, части.

Череп хрящевых рыб почти полностью хрящевой, причем включает в себя как заднюю, первично сегментированную, часть, так и переднюю.

У костных рыб и остальных позвоночных осевой череп становится костным за счет процессов окостенения хряща в области его основания (основная, клиновидная, решетчатая кости) и за счет возникновения покровных костей в верхней его части (теменные, лобные, носовые кости).

Висцеральный череп впервые появляется также у низших позвоночных. Он формируется из мезенхимы эктодермального происхождения, которая группируется в виде сгущений, имеющих форму дужек, в промежутках между жаберными щелями глотки. Первые две дужки получают особенно сильное развитие и дают начало челюстной и подъязычной дугам взрослых животных. Следующие дуги в числе 4-5 пар выполняют опорную функцию для жабр и называются жаберными.

У хрящевых рыб впереди челюстной дуги располагаются обычно еще 1-2 пары предчелюстных дуг, имеющих рудиментарный характер.

Челюстная дуга состоит из двух хрящей. Верхний называют нёбно-квадратным, он выполняет функцию первичной верхней челюсти. Нижний, или меккелев, хрящ - первичная нижняя челюсть.

У костных рыб начинается замещение первичных челюстей вторичными, состоящими из накладных костей - челюстной и предчелюстной сверху и зубной внизу. Нёбно-квадратный и меккелев хрящи при этом уменьшаются в размерах и смещаются кзади.

Земноводные в связи с переходом к наземному существованию претерпели значительные изменения висцерального черепа. Жаберные дуги частично редуцируются, а частично, меняя функции, входят в состав хрящевого аппарата гортани. Челюстная дуга своим верхним элементом - нёбно-квадратным хрящом - срастается полностью с основанием мозгового черепа. Гиомандибулярный хрящ выполняет функцию слуховой косточки - столбика,- передающей звуковые колебания от наружного к внутреннему уху.

Для челюстного аппарата пресмыкающихся характерна более высокая степень окостенения, чем у земноводных. Часть хрящевого материала жаберных дуг входит в состав не только гортани, но и трахеи.

Нижняя челюсть млекопитающих сочленяется с височной костью сложным суставом, позволяющим не только захватывать пищу, но и совершать сложные жевательные движения.

Одна слуховая косточка - столбик,- характерная для земноводных и пресмыкающихся, уменьшаясь в размерах, превращается в стремечко, а рудименты нёбно-квадратного и меккелева хрящей, полностью выходящие из состава челюстного аппарата, преобразуются соответственно в наковаленку и молоточек. Таким образом, создается единая функциональная цепь из трех слуховых косточек в среднем ухе, характерная только для млекопитающих.

Скелет конечностей

У хордовых выделяются непарные и парные конечности. Непарные (спинные, хвостовой" и анальный плавники) являются основными органами передвижения у бесчерепных, рыб и в меньшей степени у хвостатых амфибий. У рыб возникают также парные конечности - грудные и брюшные плавники, на базе которых впоследствии развиваются парные конечности наземных четвероногих животных.

У личинок рыб, а также у современных бесчерепных вдоль тела с обеих сторон тянутся боковые кожные складки, называемые метаплевральными . Они не имеют ни скелета, ни собственной мускулатуры, выполняя пассивную роль - стабилизацию положения тела и увеличение площади брюшной поверхности, облегчающие перемещение в водной среде. Эволюция шла по пути интенсификации функций крайних отделов и ослабления функций центральных частей.

В результате из передних отделов складок развились грудные, а из задних - брюшные плавники За счет слияния оснований хрящевых лучей возникли плечевой и тазовый пояса. Остальные их участки дифференцировались в скелет свободных конечностей.

В скелете запястья сохранено правильное радиальное расположение костных элементов в 3-4 ряда, в пястье располагается 7-5 костей, а далее также радиально лежат фаланги 7-5 пальцев.

У современных земноводных количество пальцев в конечностях равно пяти или происходит их олигомеризация до четырех.

Дальнейшее прогрессивное преобразование конечностей выражается в увеличении степени подвижности соединений костей, в уменьшении количества костей в запястье сначала до трех рядов у амфибий и затем до двух - у пресмыкающихся и млекопитающих. Параллельно уменьшается также и количество фаланг пальцев. Характерно также удлинение проксимальных отделов конечности и укорочение дистальных.

Расположение конечностей в ходе эволюции также меняется. Если у рыб грудные плавники находятся на уровне первого позвонка и обращены в стороны, то у наземных позвоночных в результате усложнения ориентации в пространстве появляется шея и возникает подвижность головы, а у пресмыкающихся и особенно у млекопитающих в связи с приподнятием тела над землей передние конечности перемещаются кзади и ориентируются не горизонтально, а вертикально. То же касается и задних конечностей.

2. Мышечная система

У представителей типа Хордовые мускулатура подразделяется по характеру развития и иннервации на соматическую и висцеральную.

Соматическая мускулатура развивается из миотомов и иннервируется нервами, волокна которых выходят из спинного мозга в составе брюшных корешков спинномозговых нервов. Висцеральная мускулатура развивается из других участков мезодермы и иннервируется нервами вегетативной нервной системы. Вся соматическая мускулатура поперечно-полосата, а висцеральная может быть как поперечно-полосатой, так и гладкой.

Наиболее существенные изменения претерпела висцеральная мускулатура, связанная с висцеральными дугами передней части пищеварительной трубки. У низших позвоночных большая часть этой мускулатуры представлена общим сжимателем висцерального аппарата - m. constrictor superficialis, покрывающим всю область жаберных дуг со всех сторон. В области челюстной дуги эта мышца иннервируется тройничным нервом (V), в области подъязычной дуги - лицевым (VII), в области первой жаберной дуги - языкоглоточным (IX), наконец, ее часть, лежащая каудальнее,- блуждающим нервом (X). В связи с этим все производные соответствующих висцеральных дуг и мышц, связанных с ними, иннервируются впоследствии у всех позвоночных перечисленными нервами.

В передней части сжимателя обособляется крупная мускулатурная масса, обслуживающая челюстной аппарат. Позади висцерального аппарата дифференцируется трапециевидная мышца m. trapezius, отдельными пучками прикрепляющаяся к последним жаберным щелям и переднему краю спинного отдела плечевого пояса. Часть поверхностного сжимателя в области подъязычной дуги у пресмыкающихся разрастается, охватывает шею снизу и с боков и образует сжиматель шеи m. sphincter colli. У млекопитающих эта мышца делится на два слоя: глубокий и поверхностный. Глубокий сохраняет прежнее название, а поверхностный называется platysma myoides и располагается подкожно. Эти две мышцы разрастаются на всю область головы и дают начало сложной системе лицевой подкожной мускулатуры, которую у приматов и человека называют мимической. Поэтому вся мимическая мускулатура иннервируется так же, как и мышца, из которой она происходит,- лицевым нервом.

Мышцы собственно жаберного аппарата с утратой жаберного дыхания редуцируются, но отдельные их элементы сохраняются в виде мышц подъязычного аппарата, глотки и гортани. Трапециевидная мышца полностью теряет связь с жаберным аппаратом и становится исключительно мышцей плечевого пояса. Часть ее у млекопитающих отходит от сосцевидного отростка черепа и приклепляется к ключице и грудине, обособляется - грудино-ключично-сосцевидная мышца т. sternocleidomastoideus. Иннервирующая эту мышцу задняя часть блуждающего нерва становится самостоятельным черепно-мозговым нервом XI пары, добавочным - п. accessorius.

Основные этапы филогенеза висцеральной мускулатуры жаберной области рекапитулируют в эмбриогенезе млекопитающих и человека. Знание этих рекапитуляции позволяет объяснить сложность иннервации мышц лица и шеи, объединенных с ними общностью происхождения.

Соматическая мускулатура

Мускулатура головы. У всех позвоночных животных в процессе эмбриогенеза нижние концы миотомов образуют выросты в вентральном направлений, охватывающие полость тела снаружи и срастающиеся по центральной линии на брюшной стороне. Таким образом, закладки соматической мускулатуры становятся сегментарными не только на дорсальной стороне в связи с сегментацией сомитов, но и на вентральной. В миотомах и в их вентральных отростках идет образование продольных мускульных волокон.

Миотомы, лежащие на головном конце тела, распадаются на мезенхиму и образуют зачатки отдельных мышц. Из первого миотома головы формируются верхняя внутренняя и нижняя прямые и нижняя косая мышцы глаза, иннервируемые глазодвигательнъш нервом п. oculomotorius (III пара). Из второго миотома - верхняя косая мышца, иннервируемая блоковым нервом п. trochlearis (IV пара); а из третьего - наружная прямая мышца, получающая иннервацию от отводящего нерва п. abducens (VI пара).

Задние миотомы головы, образующие мощные вентральные отростки, распространяющиеся вокруг висцеральной мускулатуры глоточной области, образуют подъязычную мускулатуру, которая у рыб слабо дифференцирована, а начиная с земноводных распадается на m. sternohyoideus, т. omohyoideus и т. geniohyoideus. У наземных позвоночных за счет последней мышцы формируется собственная мускулатура языка - m. genioglossus и m. hyoglossus. Вся подъязычная мускулатура иннервируется подъязычным нервом п. hypoglossus, который у амниот становится типичным черепно-мозговым нервом.

Мускулатура туловища и конечностей. У бесчерепных, а также у рыб вся мускулатура туловища состоит из ряда мышечных сегментов, или миомеров, правой и левой сторон, которые вместе образуют так называемые боковые мышцы. Каждый миомер развивается из миотома одного сомита и иннервируется первоначально двигательной ветвью одного спинномозгового нерва. Миомеры отделены друг от друга миосептами - соединительнотканными перегородками. Такой же перегородкой, идущей продольно, бокойая мышца разделена на спинную и брюшную мышцы.

Уже у рыб направление пучков мышечных волокон в миомерах начинает изменяться на разной глубине мышечного слоя. Эта дифференцировка значительно более выражена у наземных позвоночных и приводит у них к постепенному обособлению различных слоев брюшной и спинной мускулатуры. В результате этого возникают сложные группы мышц, от первоначальной четкой метамерии которых остаются только следы в виде глубоких мышц спины и шеи, связывающих друг с другом соседние позвонки. Значение спинной мускулатуры наземных позвоночных снижается в связи с передвижением большинства из них с помощью конечностей, а брюшные мышцы претерпевают смену функций: первоначально принимающие участие в перемещениях тела, они у пресмыкающихся и млекопитающих служат для изменения объема грудной и брюшной полостей в процессе дыхания.

Мускулатура парных плавников рыб закладывается в виде ряда мускульных почек, вырастающих от вентральных концов миотомов. Каждая из этих почек подразделяется на два мышечных зачатка, врастающих в основание закладки плавника с его спинной и брюшной сторон. Первые функционально становятся мышцами, отводящими плавник, вторые - приводящими. У наземных позвоночных из мышечного зачатка, гомологичного отводящей мышце плавника, развивается группа разгибателей пятипалой конечности, а из зачатка ее антагонистов - группа сгибателей. В пределах каждой группы идет дифференцировка на поверхностные и глубокие мышечные пучки, становящиеся самостоятельными мышцами. В целом мышцы наземных позвоночных, гомологичные мышцам плавников рыб, образуют первичную мускулатуру конечностей. Она иннервируется нервами плечевого и пояснично-крестцового сплетений, образованных в процессе перемещения поясов конечностей в ходе эмбриогенеза.

При дальнейшей дифференцировке миотомов грудной клетки развивается группа мышц, приводящая в движение сам плечевой пояс, или вторичная мускулатура. К ней относят широчайшую мышцу спины, большую и малую грудные, а также зубчатую мышцы. Они иннервируются непосредственно спинномозговыми нервами сегментов спинного мозга, расположенных каудальнее тех его участков, которые осуществляют иннервацию первичной мускулатуры. Задняя пара конечностей не имеет вторичной мускулатуры в связи с тем, что гетеротопия тазового пояса по отношению к позвоночнику в процессе эволюции менее выражена.

Изменение среды обитания и характера движений позвоночных привело к усилению и обособлению большого числа мышц, обслуживающих конечности, и к относительной редукции собственно мышц туловища. Такие мышцы, как грудные, широчайшая мышца спины и трапециевидная, в значительной мере покрывают туловищную мускулатуру и даже частично вытесняют ее функционально.

Похожая информация.

Развитие опорно-двигательной системы в значительной степени зависит от степени двигательной активности, питания, деятельности желез внутренней секреции. Особое значение для формирования скелета и развития мышц имеют физические упражнения и труд. При постоянной нагрузке на организм сильнее развиваются мышцы тела, крепче становятся кости скелета. При регулярных занятиях физическим трудом, физкультурой человек становится более выносливой, работоспособнее благодаря лучшему кровоснабжению мышц и развитию их физических качеств. Работа, физические упражнения развивают и внутренние мышцы, ведет к совершенствованию всех функций организма и деятельности систем органов. Физическая работа является единственным физиологическим средством снятия эмоционального напряжения, благодаря чему нервная система будет находиться в оптимальном состоянии и сможет обеспечивать четкую регуляцию работы мышц. Систематические занятия физкультурой повышают защитные свойства крови и кожи, устойчивость организма к недостатку кислорода, к низким и высоким температурам, к проникающей радиации.

Помните ! Занятия физическими упражнениями и связанное с ними физическую нагрузку благотворно влияют на организм лишь тогда, когда их объем, интенсивность, продолжительность соответствуют возрасту и состоянию здоровья.

Одним из самых вредных факторов, негативно влияет на процессы роста и развития человека, на продолжительность ее жизни, состояние организма, является гиподинамия - снижена двигательная активность. В наше время она в основном является следствием освобождения человека от тяжелого физического труда и развития транспорта. Особенно негативно продолжалась гиподинамия влияет на сердечно-сосудистую систему (ослабляется сила сокращений сердца, уменьшается его работоспособность, снижается тонус сосудов), а также на обмен веществ и энергии. Гиподинамия снижает не только физическую, но и умственную работоспособность, жизненный тонус, а это приводит к ограничению социальной активности, стремление преодолевать трудности. Влияние гиподинамии сказывается на каждой системе организма человека.

Каждому человеку свойственна определенная осанка, то есть положение тела во время стояния, сидения, ходьбы, работы. Осанка определяется развитием скелета и мышц. Признаками правильной осанки является умеренные изгибы позвоночника, развернутые плечи, прямые ноги с нормальным сводом стопы. Формируется осанка в детском и юношеском возрасте и может меняться в течение жизни. Недостатки осанки возникают, в основном, из-за несоблюдения гигиенических правил.

причины нарушений	Правила предотвращения нарушений осанки
1. Несоблюдение правил сидения за рабочим столом или партой (неправильная поза, постоянная сутулость и згорбленисгь). 2. Несоответствие высоты стола роста ребенка. 3. Плохое освещение. 4. Постоянное ношение тяжелого портфеля в одной руке. 5. сна на слишком мягком или вогнутой постели. 6. Недостаточное питание и нехватка витаминов	1. Регулярно заниматься физкультурой, никогда не згорблюватися, за столом сидеть ровно, не гнуться в сторону. 2. Устраивать рабочие места в соответствии с санитарными нормами. 3. Пользоваться ранцем или равномерно нагружать обе руки. 4. Не спать на вогнутой постели. 5. Соблюдать рационального питания

Искривление позвоночника - это нарушение, при которых увеличиваются физиологические изгибы позвоночника или появляются новые. Здоровый позвоночник имеет четыре умеренные изгибы, которые помогают ему быть упругим и уравновешивать центр тяжести тела. Шейный и поясничный отделы изогнутые несколько вперед, одновременно грудной и крестцовый изогнутые назад. Увеличены или аномальные изгибы могут быть врожденной недостатком, следствием ослабления опорно-двигательного аппарата или заболеваний костей. Различают следующие основные типы нарушения осанки: поясничный лордоз - избыточный изгиб позвоночника вперед в поясничном отделе; грудной кифоз - чрезмерный изгиб позвоночника назад в грудном отделе; сколиоз - боковые искривления позвоночника.

Плоскостопие - уплощение свода стопы. Вследствие плоскостопия сжимаются кровеносные сосуды, нарушается кровообращение стопы, постоянно раздражаются ее нервные окончания, вызывает болевые ощущения в ступни, косточках, голенях и изменение походки. Плоскостопие развивается вследствие слабости мышц стопы, большой массы тела, ношение обуви на высоком каблуке.

Основными заболеваниями костной системы является врожденные, дистрофические, воспалительные и опухолевые.

Врожденные болезни составляют группу поражений, основным признаком которых является нарушение развития отдельных костей или всего скелета во внутриутробном развитии и после рождения. Причины этих поражений полностью не изучены, но известно, что они нередко связаны с родственными браками; возникают эти болезни и в результате воздействия на организм беременных женщин вредных факторов (травм, химических агентов, нервных перегрузок, курения, алкоголя).

Дистрофические заболевания развиваются при нарушении питания костной ткани. Примером таких поражений является рахит, артроз, остеохондроз и др. К дистрофических болезней относится большая группа так называемых остеохондропатий, которые наблюдаются, в основном, у детей и подростков. Они обусловлены нарушением питания того или иного участка костной системы, в результате этого омертвевает, размягчается и под действием нагрузки деформируется. Позже она заменяется здоровой костной тканью, но искривление остается. Примером таких заболеваний является сколиоз, лордоз, кифоз, плоскостопие.

С воспалительных заболеваний чаще всего встречаются остеомиелит и туберкулез костей и суставов. Воспаление костной ткани может развиваться также, как осложнения перенесенных инфекционных заболеваний. Иногда они возникают при попадании возбудителей инфекции на обнаженную костную поверхность при открытых переломах.

Механические повреждения костной системы наблюдаются часто. К ним относят различные переломы костей, вывихи суставов, растяжения связок. Удар - это повреждения мягких тканей, часто сопровождается кровоизлияниями под кожу. Признаками ударов является припухлость, боль, кровоизлияния под кожу. При ударах следует немедленно приложить что-то холодное, потом плотно забинтовать сустав и обратиться к врачу. Вывих - выход суставной головки из суставной впадины. Признаками вывихов является изменение формы сустава, боль. При оказании первой помощи сначала прикладывают холод, затем фиксируют сустав неподвижно и доставляют пострадавшего в больницу. Упражнения вывихов без врача не допускается. Перелом кости - это нарушение целостности костей. Различают переломы травматические и патологические:

■ травматические переломы - возникают вследствие неожиданной действия значительной механической силы на здоровую кость; делятся на закрытые (без поражения кожи) и открытые (наблюдается ранения кожи в зоне перелома)

■ патологические переломы - возникают в костях, ослабленные каким патологическим процессом, в случае незначительной травмы и даже спонтанно.

Для переломов характерны резкая боль, усиливающаяся при движениях и нагрузках, появление отека, патологическая подвижность костей, изменение их положения. По открытого перелома кости могут торчать из раны.

Заболевания мышц могут возникать в результате нарушений обмена веществ, воспалительных процессов, травм, при закупорке крупных артерий и др. Незначительная двигательная активность может приводить к атрофии мышц. К наиболее распространенных заболеваний мышечной системы принадлежит воспаление мышц - миозит. Повреждение мышц бывает и в виде ушибов и разрывов.

Кровь, нужно знать, это особый сок...

Одно из основных свойств животных организмов - передвижение (локомоция)- осуществляется за счет опорно-двигательного аппарата. Опорные образования беспозвоночных разнообразны и могут иметь экто-, энто- и мезодермальное происхождение. Так, у кишеч-нополостных опорную функцию выполняет мезоглея, локомоцию -эпителиально-мускульные клетки экто- и энтодермы; скелет коралловых полипов развивается из Эктодермы. У большинства беспозвоночных скелет наружный. У хордовых животных скелет внутренний (эн-то- и мезодермальное происхождение). Основой их тела служит мы-

шечно-хордальный комплекс (миохорд), состоящий из хорды (осевой упругий тяж) и метамерной мускулатуры прилегающей к ней. Хорда закладывается в эмбриональном периоде всех хордовых животных и выполняет морфогенетическую роль - под влиянием хордо-мезодермального зачатка развиваются нервная трубка, позвоночник, дифференцируются сомиты.

В процессе прогрессивной эволюции хордовых произошли: замещение хорды позвоночным столбом, состоящим из позвонков; приобретение позвонками процельности (передневогнутость) и плa-тицельности (передняя и задняя поверхности позвонков плоские); формирование черепа; утрата метамерного строения мускулатуры и появление специализированных групп мышц; изменение места расположения конечностей и типа их прикрепления. Адаптации к разным условиям обитания привели к формированию многообразных типов передвижения, что расширило возможности добывания пищи, спасения от врагов, поиск оптимальных зон обитания и заселение хордовыми почти всех биотопов суши, воды, нижних слоев атмосферы.

Функции опорно-двигательного аппарата.

1. Сохранение определенной формы тела.

2. Защита органов от воздействий.

3. Опора для всей массы тела, приподнятие его над землей.

4. Локомоция - скелет служит местом прикрепления двигатель-ных мышц, при их сокращении части скелета работают как рычаг, обеспечивая различные движения.

Основные эволюционные преобразования опорно-двигательного аппарата позвоночных животных.

1. Замещение хорды позвоночным столбом (субституция).

2. Смена хрящевого скелета на костный (субституция).

3. Дифференцировка скелета.

4. Слияние костей черепа (олигомеризация).

5. Уменьшение объема сегментарной мускулатуры, изменение направления пучков мышечных волокон, обособление все большего числа специализированных групп мышц.

6. Формирование на основе парных плавников кистеперых рыб конечностей наземного типа.

7. Уменьшение объема спинной, туловищной мускулатуры, увеличение и значительное усложнение мышц конечностей.

8. Расширение числа выполняемых функций (брюшная мускулатура при наземном образе жизни участвует в поддержании стенок брюшной полости, в дыхании).

9. Увеличение проксимальных и уменьшение дистальных отделов конечностей.

10.Увеличение подвижности соединения костей (активация функции); уменьшение количества костей в запястье, уменьшение количества фаланг пальцев.

Особенности опорно-двигательного аппарата человека

1. Вертикальное расположение позвоночного столба; наличие в нем изгибов.

2. Увеличение размеров позвонков (сверху вниз).

3. Перемещение затылочного отверстия ближе к середине основания черепа привело к исчезновению затылочных гребней, к которым прикреплялись мышцы для удерживания головы.

4. Развитие сосцевидного отростка височной кости, к которому прикрепляется мышца, удерживающая голову в вертикальном положении.

5. Увеличение мозгового отдела черепа и уменьшение лицевого отдела.

6. Развитие дифференцированной мускулатуры пальцев рук; противопоставление большого пальца.

7. Наклон таза под углом 60° в связи с перемещением центра тяжести тела.

Онто-филогенетические пороки развития скелета человека.

1. Сохранение избыточного количества хордального материала (может привести к развитию опухолей - хордом).

2. Уменьшение или увеличение количества позвонков (на один позвонок) в каждом отделе позвоночника.

3. Расщелина дуги позвонков и несрастание остистых отрост-ков позвонков (приводит к образованию спинномозговых грыж).

4. Шейные ребра у последнего шейного позвонка.

5. Нарушение гетеротопии пояса верхних конечностей - врожденное высокое стояние лопаток.

6. Слияние шейных и верхнегрудных позвонков (резкое укорочение шеи).

7. Добавочные ребра у первого поясничного позвонка.

8. Хвостовой придаток (персистирование хвоста).

9. Синдактилия (сращение пальцев).

10.Полифалангия (увеличение числа фаланг пальцев).

11.Полидактилия (увеличение количества пальцев).



БУ ВО «Сургутский государственный университет»

Методическая разработка

Лабораторного занятия № 9 для студентов I-курса.

Тема занятия: «Эволюция покровов тела.

Эволюция опорно-двигательной системы».

Выполнил (а) студент (ка) I курса

Медицинского института

_____ группы

Ф.И.О._________________________

_________________________

Сургут, 2015 г.

Цель занятия: Изучить основные этапы эволюции покровов тела у бес­позвоночных и хордовых животных. Выделить главные направ­ления эволюции покровов у животных. Обосновать возмож­ность формирования у человека онтофилогенетических поро­ков развития покровов.

Изучить основные этапы развития опорно-двигательного аппарата у беспозвоночных и позвоночных животных. Выде­лить основные эволюционные преобразования опорно-двига­тельного аппарата. Отметить отличия в строении скелета чело­века и скелета млекопитающих. Обосновать возможности фор­мирования у человека онтофилогенетических пороков опорно-двигательной системы.

Вопросы для самоподготовки студентов:

1. Производными каких зародышевых листков являются по­кровы беспозвоночных и хордовых животных?

2. Какова роль покровов в жизнедеятельности организма?

3. По какому пути шла эволюция покровов беспозвоночных?

4. Каковы функции производных покровов у беспозвоночных?

6. Каковы эволюционные преобразования покровов у позво­ночных?

7. Каково происхождение плакоидной чешуи, костной чешуи рыб, роговой чешуи рептилий, волос млекопитающих?

8. Какие онтофилогенетические пороки развития покровов мо­гут быть у человека и чем они обусловлены?

9. Из каких зародышевых листков развиваются скелет беспо­звоночных, хорда и скелет позвоночных животных?

10. У каких животных хорда функционирует в течение всей жизни, у каких - только в эмбриональном периоде?

11. Какова роль опорно-двигательного аппарата?

12. Каковы характерные особенности опорно-двигательного аппарата у беспозвоночных?

13. Каковы основные эволюционные преобразования опорно-двигательного аппарата у хордовых животных?

14. На какие отделы дифференцирован позвоночник рыб, ам­фибий, рептилий, млекопитающих, человека? Каково коли­чество позвонков в каждом отделе?

15. Позвонки каких отделов несут ребра у различных классов позвоночных? У кого впервые появилась грудная клетка и какое значение это имело?

16. Каковы основные филогенетические стадии развития моз­гового черепа у позвоночных?

17. Каковы принципы эволюционных преобразований мозго­вого черепа?

18. Каково происхождение плавников рыб, плечевого и тазово­го поясов наземных позвоночных?

19. Каковы особенности строения плавников кистеперых рыб? Каково происхождение конечностей наземного типа?

20. В чем заключаются прогрессивные преобразования конечно­стей и соматической мускулатуры у позвоночных животных?

21. В чем сходство строения скелета человека и позвоночных животных?

22. Каковы особенности опорно-двигательного аппарата человека?

23. Чем объясняется факт, что иннервация плечевого пояса у млекопитающих и человека осуществляется шейными, а не грудными сегментами спинного мозга?

24. Какие онтофилогенетические пороки опорно-двигательной системы встречаются у человека и чем они обусловлены?

Покровы тела

Покровы тела непосредственно соприкасаются с внешней средой и выполняют разнообразные функции. У беспозвоноч­ных животных эволюция покровов происходила от мерцатель­ного эпителия (ресничные черви) к эпителию, лишенному рес­ничек (сосальщики, ленточные, круглые, кольчатые черви). У многих беспозвоночных эпителий снаружи покрыт много­слойной кутикулой (дополнительная опора и защита). У члени­стоногих хитинизированная кутикула выполняет функцию экзоскелета, с появлением которого они утратили способность ме­нять форму тела. У них развились многоколенные конечности, соединяющиеся с телом при помощи суставов, которые обеспе­чивают сложные движения. Эволюция мышечного компонента опорно-двигательного аппарата у беспозвоночных осуществля­лась от кожно-мускульного мешка (черви) к специализирован­ным группам поперечнополосатых мышц (членистоногие).

У всех хордовых животных покров тела дифференцируется на эпидермис и дерму, которые тесно связаны друг с другом, но различны по происхождению: эпидермис развивается из экто­дермы, дерма - из дерматома мезодермы. Эволюция эпидерми­са происходила в направлении от однослойного цилиндрическо­го эпителия (подтип Бесчерепные) к многослойному плоскому (подтип Позвоночные). У рыб и амфибий эпидермис образован живыми клетками; освоение позвоночными суши обусловило ороговение поверхностных слоев эпидермиса, создалась воз­можность препятствовать неконтролируемой потере воды путем испарения, что важно в условиях постоянного наземного суще­ствования. Переход от внутренней части эпидермиса к наруж­ной у амфибий и рептилий постепенный, а у млекопитающих между ростковым слоем и роговым есть граница (блестящий слой). Производными эпидермиса являются разнообразные спе­циализированные структуры: чешуя, рога, копыта, когти, ногти, волосы (видоизменения рогового слоя), а также многочислен­ные экзокринные железы (слизистые, ядовитые, церуминозные, сальные, потовые, млечные). Эволюция желез происходила в направлении усложнения от одноклеточных к многоклеточным оформленным структурам, которые углубились в дерму.

Эволюция дермы совершалась по пути увеличения волокни­стого компонента (коллагеновых волокон), развития сосудистых сетей и нервных сплетений, формирования подкожно-жировой клетчатки. Следует отметить, что волокнистое строение дермы является вторичным (первично наличие в ней костных образований - у костных рыб дерма состоит из толстых костных че­шуй). Об этом свидетельствуют палеонтологические данные последовательных стадий редукции костных чешуй и перехода к современному строению дермы у амфибий и рептилий.

Покровы млекопитающих построены наиболее сложно в связи с расширением количества выполняемых функций. В дерме формируются сосочковый и сетчатый слои; дермальные сосочки обеспечивают более тесный контакт между эпи­дермисом и дермой, приближают кровеносные сосуды к эпи­дермису (интенсификация терморегуляции). Формируется но­вый структурный элемент эпидермиса - волосяной покров. Он различается у разных животных, на разных участках тела, в раз­ное время года, у особей разного возраста. Большое приспосо­бительное значение имеет разнообразная окраска животных: защита, предупреждение, роль в брачном поведении и др.

У млекопитающих развиваются специализированные произ­водные потовых желез - млечные железы, давшие название классу; никаких предшественников этих желез у представите­лей предыдущих классов позвоночных не имеется.

Онтогенез покровов млекопитающих и человека отражает их эволюцию по типу архаллаксиса, который не допускает река­питуляции предкового состояния признака (например, роговых чешуй), в противном случае изменяется весь ход эмбриогенеза. Нарушение раннего эмбриогенеза покровов тела может при­вести к формированию онтофилогенетических пороков, не за­трагивающих, однако, жизненно важных функций организма.

Опорно-двигательная система

Прогрессивная эволюция животных в значительной мере обусловлена особенностями строения опорно-двигательного аппарата и характером двигательной активности. У большинст­ва беспозвоночных скелет наружный, в виде кутикулярных об­разований. Развитие опорно-двигательного аппарата у беспо­звоночных происходило по пути появления твердого экзоскелета (хитинизированная кутикула), членистых суставных ко­нечностей и поперечнополосатой мускулатуры. Это вывело членистоногих на путь широкой адаптации и позволило осво­ить все среды обитания. В настоящее время это самая много­численная группа животного мира.

У хордовых формируется внутренний скелет. Основой его служит мышечно-хордальный комплекс (миохорд). Хорда за­кладывается в эмбриогенезе всех хордовых и выполняет морфогенетическую роль - под влиянием миохорда развиваются нервная трубка, позвоночник, происходит дифференцировка склеротома в хрящ или кость. В течение всей жизни хорда явля­ется осевым скелетом у бесчерепных, круглоротых и ганоидных рыб. У большинства позвоночных она замешается хрящевым или костным позвоночником, состоящим из позвонков; это позволило увеличить прочность осевого скелета при сохране­нии его подвижности.

В процессе эволюции позвоночных произошли дифференцировка позвоночника на отделы, формирование мозгового че­репа для защиты головного мозга и органов чувств. Лицевой череп является производным висцерального скелета и поддер­живает у предков позвоночных переднюю часть кишечной трубки. У водных форм возникают парные конечности: груд­ные и брюшные плавники, на основе которых развились ко­нечности наземного типа. Эволюция конечностей и их поясов сопровождалась уменьшением количества костных элементов, заменой неподвижных сочленений подвижными суставами, удлинением проксимальных и укорочением дистальных отделов. Строение конечностей адаптировано к условиям обитания и способу передвижения. Изменение строения позвонков от амфицелъных - двояковогнутых (рыбы) на ацельные - с плоски­ми торцевыми поверхностями (млекопитающие) увеличило прочность соединения позвонков при сохранении подвижно­сти позвоночного столба. У высших позвоночных формируется грудная клетка.

Смена среды обитания (выход на сушу) обусловила измене­ние способа прикрепления конечностей к туловищу: в отличие от земноводных и рептилий у млекопитающих конечности от туловища направлены вниз, что значительно облегчило пере­движение и увеличило его экономичность. У земноводных ут­рачивается связь между плечевым поясом и черепом, в силу чего голова и передние конечности получили возможность дви­гаться независимо друг от друга. У наземных форм происходит укорочение шейных ребер (земноводные) или исчезновение их (рептилии, млекопитающие) (приложение 1 ).

Развитие мышечной системы коррелировало с усилением опорной функции, что выразилось в замене метамерной муску­латуры на специализированные группы мышц, в возрастании относительной массы мышц конечностей и в уменьшении мас­сы дорсальной и туловищной мускулатуры. У высших позво­ночных метамерность сохраняется в расположении части мышц позвоночного столба, брюшного пресса и межреберных мышц.

Адаптации к разным условиям наземного существования способствовали формированию многообразных типов передви­жения, что расширило возможности добывания пищи, спасе­ния от врагов, поиска оптимальных зон обитания и заселения позвоночными почти всех биотопов суши, воды, нижних слоев атмосферы.

В эмбриогенезе человека происходит рекапитуляция основ­ных филогенетических стадий становления опорно-двигатель­ного аппарата. Нарушение механизма смены предкового состоя­ния признака на видоспецифическое приводит к развитию онтофилогенетических пороков опорно-двигательного аппарата.

Задание для студентов

Работа 1. Функции покровов тела .

Изучите функции и запишите в рабочую тетрадь.

1. Защита от механических, физических, химических и био­логических (бактерии, вирусы, грибы) воздействий.
2. Опорная.
3. Рецепторная (тактильная, болевая, температурная чувст­вительность).
4. Осязание.
5. Газообмен.
6. Регуляция водно-солевого обмена.
7. Терморегуляция (теплообмен, теплоизоляция).
8. Метаболическая (образование подкожно-жировой клетчатки, витамина D, молока).
9. Экскреторная.
10. Адаптационная (приспособительная окраска; вариабельность волосяного покрова; многообразие придатков; секрет желез определяет поведенческие реакции).

Работа 2.Сравнительная характеристика покровов тела у различных типов беспозвоночных животных.

Используя материалы учебников и предлагаемой табл. 1, изучите особенности строения покровов у разных типов беспо­звоночных животных.

Таблица1

Работа 3. Эволюционные преобразования покровов у хор­довых животных.

Изучите преобразования и запишите в рабочую тетрадь.

1. Усиление главной - защитной функции за счет:

а) формирования многослойного эпидермиса;

б) кератинизации верхних слоев эпидермиса;

в) образования специализированных структур (чешуя, ког­ти, ногти);

г) приспособительной окраски;

д) разрастания соединительной ткани в дерме.

2. Усиление функции терморегуляции за счет:

а) обильной кровеносной сети дермы;

б) быстрого изменения диаметра артериальных сосудов.

3. Расширение количества выполняемых функций:

а) участие в теплообмене;

б) теплоизоляционная;

в) водно-солевой обмен;

г) рецепторная;

д) сигнальная;

е) метаболическая.

4. Смена функций:

а) деление эпидермиса на два слоя: ростковый и роговой;

б) формирование зубов позвоночных из плакоидной чешуи хрящевых рыб;

в) особый тип волос - вибриссы выполняют функцию ося­зания.

5. Формирование у млекопитающих новых структурных эле­ментов кожи - волосяного покрова, подкожной жировой клет­чатки, желез нового типа:сальных, потовых, млечных.

Работа 4.Сравнительная характеристика покровов тела у животных типа Хордовые.

Используя приведенные ниже характеристики эпидермиса и дермы, проведите сравнительный анализ строения покровов бесчерепных и различных классов позвоночных животных. Ра­боту оформите в виде табл. 2.

В процессе эволюции животные осваивали всё новые и новые территории, виды пищи, приспосабливались к изменившимся условиям жизни. Эволюция постепенно меняла облик животных. Для того чтобы выжить, необходимо было активнее искать пищу, лучше прятаться или защищаться от врагов, перемещаться быстрее. Изменяясь вместе с организмом, опорно-двигательная система должна была обеспечивать все эти эволюционные изменения. Самые примитивные простейшие не имеют опорных структур, медленно передвигаются, перетекая с помощью ложноножек и постоянно меняя форму.

Первая появившаяся опорная структура - оболочка клетки . Она не только отграничила организм от внешней среды, но и позволила повысить скорость перемещения за счёт жгутиков и ресничек. Многоклеточные животные имеют большое разнообразие опорных структур и приспособлений для движения. Появление наружного скелета повысило скорость передвижения за счёт развития специализированных групп мышц. Внутренний скелет растёт вместе с животным и позволяет достигать рекордных скоростей. У всех хордовых внутренний скелет. Несмотря на значительные различия в строении опорно-двигательных структур у разных животных, их скелеты выполняют сходные функции: опоры, защиты внутренних органов, перемещения тела в пространстве. Движения позвоночных осуществляется за счёт мышц конечностей, которые осуществляют такие виды движения, как бег, прыжки, плавание, полёт, лазание и т.д.

Скелет и мышцы

Опорно-двигательная система представлена костями, мышцами, сухожилиями, связками и другими соединительнотканными элементами. Скелет определяет форму тела и вместе с мускулатурой защищает внутренние органы от всевозможных повреждений. Благодаря соединениям кости могут перемещаться друг относительно друга. Движение костей происходит в результате сокращения мышц, которые к ним прикрепляются. В этом случае скелет представляет собой пассивную часть двигательного аппарата, выполняющую механическую функцию. Скелет состоит из плотных тканей и защищает внутренние органы и мозг, образуя для них естественные костные вместилища.

Кроме механических функций, костная система выполняет ряд биологических функций. В костях содержится основной запас минеральных веществ, которые используются организмом по мере надобности. В костях находится красный костный мозг, вырабатывающий форменные элементы крови.

В состав скелета человека входят в общей сложности 206 костей - 85 парных и 36 непарных.

Строение костей

Химический состав костей

Все кости состоят из органических и неорганических (минеральных) веществ и воды, масса которой достигает 20% массы костей. Органическое вещество костей - оссеин - обладает эластичными свойствами и придаёт костям упругость. Минеральные вещества - соли углекислого, фосфорнокислого кальция - придают костям твёрдость. Высокая прочность костей обеспечивается сочетанием упругости оссеина и твёрдости минерального вещества костной ткани.

Макроскопическое строение кости

Снаружи все кости покрыты тонкой и плотной плёнкой из соединительной ткани - надкостницей . Только головки длинных костей не имеют надкостницы, но они покрыты хрящом. В надкостнице имеется много кровеносных сосудов и нервов. Она обеспечивает питание костной ткани и принимает участие в росте кости в толщину. Благодаря надкостнице срастаются переломленные кости.

Разные кости имеют неодинаковое строение. Длинная кость имеет вид трубки, стенки которой состоят из плотного вещества. Такое трубчатое строение длинных костей придаёт им прочность и лёгкость. В полостях трубчатых костей находится жёлтый костный мозг - богатая жиром рыхлая соединительная ткань.

Концы длинных костей содержат губчатое костное вещество . Оно также состоит из костных пластинок, образующих множество перекрещенных перегородок. В местах, где кость подвержена наибольшей механической нагрузке, количество этих перегородок самое высокое. В губчатом веществе находится красный костный мозг , клетки которого дают начало клеткам крови. Короткие и плоские кости тоже имеют губчатое строение, только с наружи они покрыты слоем плотинного вещества. Губчатое строение придаёт костям прочность и лёгкость.

Микроскопическое строение кости

Костная ткань относится к соединительной ткани и имеет много межклеточного вещества, состоящего из оссеина и минеральных солей.

Это вещество образует костные пластинки, расположенные концентрически вокруг микроскопических канальцев, идущих вдоль кости и содержащих кровеносные сосуды и нервы. Костные клетки, а следовательно, и кость - это живая ткань; она получает питательные вещества с кровью, в ней протекает обмен веществ и могут происходить структурные изменения.

Типы костей

Строение костей определено процессом длительного исторического развития, в течение которого организм наших предков изменялся под влиянием окружающей среды и приспосабливался путём естественного отбора к условиям существования.

В зависимости от формы различают трубчатые, губчатые, плоские и смешанные кости.

Трубчатые кости находятся в органах, которые совершают быстрые и обширные движения. Среди трубчатых костей есть длинные кости (плечевая, бедренная) и короткие (фаланги пальцев).

В трубчатых костях различают среднюю часть - тело и два конца - головки. Внутри длинных трубчатых костей имеется полость, заполненная жёлтым костным мозгом. Трубчатое строение обуславливает нужную для организма крепость костей при затрате на них наименьшего количества материала. В период роста кости между телом и головкой трубчатых костей находится хрящ, благодаря которому осуществляется рост кости в длину.

Плоские кости ограничивают полости, внутри которых помещаются органы (кости черепа), или служат поверхностями для прикрепления мышц (лопатка). Плоские кости, подобно коротким трубчатым костям, преимущественно состоят их губчатого вещества. Концы длинных трубчатых костей, а также короткие трубчатые и плоские кости полостей не имеют.

Губчатые кости построены преимущественно из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Среди них различают длинные губчатые кости (грудина, рёбра) и короткие (позвонки, запястье, предплюсна).

К смешанным костям относятся кости, слагающиеся из нескольких частей, имеющих разное строение и функцию (височная кость).

Выступы, гребни, шероховатости на кости - это места прикрепления к костям мышцы. Чем лучше они выражены, тем сильнее развиты прикрепляющиеся к костям мышцы.

Скелет человека.

Скелет человека и большинства млекопитающих имеет одинаковый тип строения, состоит из тех же отделов и костей. Но человек отличается от всех животных способностью к труду и разумом. Это наложило существенный отпечаток и на строение скелета. В частности, объём полости черепа у человека намного больше, чем у любого животного, которое имеет тело такого же размера. Размер лицевого отдела черепа человека меньше, чем мозгового, а у животных, наоборот, он значительно больше. Это связано с тем, что у животных челюсти являются органом защиты и добывания пищи и поэтому хорошо развиты, а объём головного мозга меньше, чем у человека.

Изгибы позвоночника, связанные с перемещение центра тяжести вследствие вертикального положения тела, способствуют сохранению человеком равновесия и смягчают толчки. У животных таких изгибов нет.

Грудная клетка человека сжата спереди назад и приближена к позвоночнику. У животных она сжата с боков и вытянута к низу.

Широкий и массивный тазовый пояс человека имеет вид чаши, поддерживает органы брюшной полости и переносит массу тела на нижние конечности. У животных масса тела равномерно распределена между четырьмя конечностями и тазовый пояс длинный и узкий.

Кости нижних конечностей человека заметно толще, чем верхние. У животных нет значительной разницы в строении костей передних и задних конечностей. Большая подвижность передних конечностей, особенно пальцев рук, даёт возможность человеку выполнять руками разнообразные движения и виды работ.

Скелет туловища осевой скелет

Скелет туловища включает позвоночник, состоящий из пяти отделов, а грудные позвонки, рёбра и грудина образуют грудную клетку (см. таблицу).

Череп

В черепе различают мозговой и лицевой отделы. В мозговом отделе черепа - черепной коробке - находится головной мозг, она защищает головной мозг от ударов и т.п. Черепная коробка состоит из неподвижно соединённых плоских костей: лобной, двух теменных, двух височных, затылочной и основной. Затылочная кость соединяется с первым позвонком позвоночника с помощью эллипсовидного сустава, который обеспечивает наклон головы вперёд и в сторону. Вращается голова вместе с первым шейным позвонком благодаря соединению между первым и вторым шейными позвонками. В затылочной кости есть отверстие, через которое головной мозг соединяется со спинным. Дно черепной коробки образовано основной костью с многочисленными отверстиями для нервов и кровеносных сосудов.

Лицевой отдел черепа образует шесть парных костей - верхняя челюсть, скуловая, носовая, нёбная, нижняя носовая раковина, а также три непарные кости - нижняя челюсть, сошник и подъязычная кость. Нижнечелюстная кость - единственная кость черепа, подвижно соединённая с височными костями. Все кости черепа (за исключением нижней челюсти), соединены неподвижно, что обусловлено защитной функцией.

Строение лицевого черепа у человека определено процессом «очеловечивания» обезьяны, т.е. ведущей ролью труда, частичным перенесением хватательной функции с челюстей на руки, ставшими органами труда, развитием членораздельной речи, употреблением искусственно приготавливаемой пищи, облегчающей работу жевательного аппарата. Мозговой череп развивается параллельно с развитием головного мозга и органов чувств. В связи с увеличением объёма мозга увеличился объём черепной коробки: у человека он составляет около 1500 см 2 .

Скелет туловища

Скелет туловища состоит из позвоночника и грудной клетки. Позвоночник - основа скелета. Он состоит из 33–34 позвонков, между которыми находятся хрящевые прокладки - диски, что придает позвоночнику гибкость.

Позвоночный столб человека образует четыре изгиба. В шейном и поясничном отделах позвоночника они обращены выпуклостью вперёд, в грудном и крестцовом - назад. В индивидуальном развитии человека изгибы появляются постепенно, у новорождённого позвоночник почти прямой. Сначала образуется шейный изгиб (когда ребёнок начинает держать голову прямо), затем грудной (когда ребёнок начинает сидеть). Появление поясничного и крестцового изгибов связано с поддержанием равновесия при вертикальном положении тела (когда ребёнок начинает стоять и ходить). Эти изгибы имеют важное физиологическое значение - увеличивают размеры грудной и тазовой полостей; облегчают сохранение телом равновесия; смягчают толчки при ходьбе, прыжках, беге.

При помощи межпозвоночных хрящей и связок позвоночник образует гибкий и эластичный столб, обладающий подвижностью. Она не одинакова в разных отделах позвоночника. Большей подвижностью обладают шейные и поясничные отделы позвоночника, менее подвижен грудной отдел, так как соединён с рёбрами. Крестец совершенно неподвижен.

В позвоночнике выделяют пять отделов (см. схему «Отделы позвоночника»). Размеры тел позвонков увеличиваются от шейных к поясничным в связи с большей нагрузкой на нижележащие позвонки. Каждый из позвонков состоит из тела, костной дуги и нескольких отростков, к которым прикреплены мышцы. Между телом позвонка и дугой есть отверстие. Отверстия всех позвонков образуют позвоночный канал , в котором расположен спинной мозг.

Грудная клетка образована грудиной, двенадцатью парами рёбер и грудными позвонками. Она служит вместилищем для важных внутренних органов: сердца, лёгких, трахеи, пищевода, крупных сосудов и нервов. Принимает участие в дыхательных движениях благодаря ритмичному поднятию и опусканию рёбер.

У человека в связи с переходом к прямохождению и рука освобождается от функции передвижения и становится органом труда, вследствие этого грудная клетка испытывает тягу прикрепляющихся мышц верхних конечностей; внутренности давят не на переднюю стенку, а на нижнюю, образованную диафрагмой. Это приводит к тому, что грудная клетка становится плоской и широкой.

Скелет верхней конечности

Скелет верхних конечностей состоит из плечевого пояса (лопатка и ключица) и свободной верхней конечности. Лопатка представляет собой плоскую треугольную кость, прилегающую к задней поверхности грудной клетки. Ключица имеет изогнутую форму, напоминающую латинскую букву S. Её значение в организме человека заключается в том, что она отставляет плечевой сустав на некоторое расстояние от грудной клетки, обеспечивая большую свободу движений конечности.

К костям свободной верхней конечности принадлежат плечевая кость, кости предплечья (лучевая и локтевая) и кости кисти (кости запястья, кости пястья и фаланги пальцев).

Предплечье представлено двумя костями - локтевой и лучевой. За счет этого оно способно не только к сгибанию и разгибанию, но и пронации - поворотам вовнутрь и наружу. Локтевая кость в верхней части предплечья имеет вырезку, соединяющуюся с блоком плечевой кости. Лучевая кость соединяется с головкой плечевой кости. В нижней части наиболее массивный конец имеет лучевая кость. Именно она при помощи суставной поверхности вместе с костями запястья принимает участие в формировании лучезапястного сустава. Напротив, конец локтевой кости здесь тонкий, он имеет боковую суставную поверхность, при помощи которой соединяется с лучевой костью и может вращаться вокруг нее.

Кисть - это дистальная часть верхней конечности, скелет которой составляют кости запястья, пястья и фаланги. Запястье состоит из восьми коротких губчатых костей, расположенных в два ряда, по четыре в каждом ряду.

Скелет руки

Рука - верхняя или передняя конечность человека и обезьян, для которой прежде считалось характерной особенностью способность противопоставлять большой палец всем остальным.

Анатомическое строение руки достаточно простое. Рука прикрепляется к туловищу посредством костей плечевого пояса, суставов и мышц. Состоит из 3-х частей: плеча, предплечья и кисти. Плечевой пояс является самым мощным. Сгибание рук в локте дает рукам большую подвижность, увеличивая их амплитуду и функциональность. Кисть состоит из множества подвижных суставов, именно благодаря им человек может щелкать по клавиатуре компьютера или мобильного телефона, показывать пальцем в нужном направлении, нести сумку, рисовать и т.д.

Плечи и кисти соединяются посредством плечевых костей, локтевой и лучевой костей. Все три кости между собой соединяются с помощью суставов. В локтевом суставе руку можно сгибать и разгибать. Обе кости предплечья соединяются подвижно, поэтому во время движения в суставах лучевая кость вращается вокруг локтевой кости. Кисть можно повернуть на 180 градусов.

Скелет нижних конечностей

Скелет нижней конечности состоит из тазового пояса и свободной нижней конечности. В состав тазового пояса входят две тазовые кости, сочленённые сзади с крестцом. Тазовая кость образована слиянием трёх костей: подвздошной, седалищной и лобковой. Сложное строение этой кости обусловлено рядом выполняемых ею функций. Соединяясь с бедром и крестцом, перенося тяжесть тела на нижние конечности, она выполняет функцию движения и опоры, а также защитную функцию. В связи с вертикальным положением тела человека скелет таза у него относительно шире и массивнее, чем у животных, так как поддерживает лежащие над ним органы.

К костям свободной нижней конечности относятся бедро, голень (большая и малая берцовые кости) и стопа.

Скелет стопы образован костями предплюсны, плюсны и фалангами пальцев. Стопа человека отличается от стопы животного сводчатой формой. Свод смягчает толчки, получаемые телом при ходьбе. В стопе слабо развиты пальцы, за исключением большого, так как она утратила свою хватательную функцию. Предплюсна, наоборот, развита сильно, особенно велика в ней пяточная кость. Эти все особенности стопы тесно связаны с вертикальным положением человеческого тела.

Прямохождение человека привело к тому, что различие в строении верхних и нижних конечностей стало значительно большим. Ноги человека гораздо длиннее рук, а кости их массивнее.

Соединения костей

В скелете человека имеется три типа соединения костей: неподвижное, полуподвижное и подвижное. Неподвижный тип соединения - это соединение вследствие сращения костей (тазовые кости) или образования швов (кости черепа). Это сращение является приспособлением к несению большой нагрузки, испытываемой крестцом человека в виду вертикального положения туловища.

Полуподвижное соединение осуществляется при помощи хрящей. Так соединены между собой тела позвонков, что способствует наклону позвоночника в разные стороны; рёбра с грудной костью, что обеспечивает движение грудной клетки при дыхании.

Подвижное соединение, или сустав , - это наиболее распространённая и вместе с тем сложная форма соединения костей. Конец одной из костей, образующих сустав, выпуклый (головка сустава), а конец другой - вогнутый (суставная впадина). Форма головки и впадины соответствуют друг другу и движениям, осуществляемыми в суставе.

Суставная поверхность сочленяющихся костей покрыты белым блестящим суставным хрящом. Гладкая поверхность суставных хрящей облегчает движение, а их эластичность смягчает толчки и сотрясения, испытываемые суставом. Обычно суставная поверхность у одной кости, образующей сустав, выпуклая и называется головкой, у другой - вогнутая и называется впадиной. Благодаря этому соединяющиеся кости плотно прилегают друг к другу.

Суставная сумка натянута между сочленяющимися костями, образуя герметически замкнутую полость сустава. Суставная сумка состоит из двух слоёв. Наружный слой переходит в надкостницу, внутренний выделяет в полость сустава жидкость, которая играет роль смазки, обеспечивая свободное скольжение суставных поверхностей.

Особенности скелета человека, связанные с трудовой деятельностью и прямохождением

Трудовая деятельность

Тело современного человека хорошо приспособлено к трудовой деятельности и прямохождению. Прямохождение является приспособлением к важнейшей черте человеческой жизнедеятельности - труду. Именно он проводит резкую грань между человеком и высшими животными. Труд оказал прямое воздействие на строение и функции руки, которая стала влиять на остальной организм. Первоначальное развитие прямохождения и возникновение трудовой деятельности повлекло за собой дальнейшее изменение всего человеческого организма. Ведущая роль труда способствовала, частичное перенесение хватательной функции с челюстей на руки (в дальнейшем ставшие органами труда), развитием человеческой речи, употреблением искусственно приготовленной пищи (облегчает работу жевательного аппарата). Мозговой отдел черепа развивается параллельно с развитием головного мозга и органов чувств. В связи с этим увеличивается объём черепной коробки (у человека - 1 500 см 3 , у человекообразных обезьян - 400–500 см 3).

Прямохождение

С развитием двуногой походки связана значительная часть признаков присущих для скелета человека:

• опорная стопа с сильно развитым, мощным большим пальцем;
• кисть с очень развитым большим пальцем;
• форма позвоночника с его четырьмя изгибами.

Форма позвоночника выработалась благодаря пружинистого приспособления к ходьбе на двух ногах, что обеспечивает плавность движений туловища, оберегает его от повреждений при резких движениях и прыжках. Туловище в грудном отделе уплощенное, что приводит к сжатости грудной клетки спереди назад. Нижние конечности тоже претерпели изменения в связи с прямохождением - широко расставленные тазобедренные суставы придают устойчивость телу. В ходе эволюции произошло перераспределение тяжести тела: центр тяжести переместился вниз и занял положение на уровне 2–3 крестцового позвонка. У человека очень широк таз, а ноги сильно расставлены, это даёт возможность телу быть устойчивым при передвижении и стоянии.

Кроме позвоночника с изогнутой формой, пяти позвонков в составе крестца, сжатой грудной клетки можно отметить удлинение лопатки и расширенный таз. Всё это повлекло за собой:

• сильное развитие таза в ширину;
• скрепление таза с крестцом;
• мощное развитие и особый способ укрепления мышц и связок в тазобедренной области.

Переход предков человека к прямохождению повлёк за собой развитие пропорций тела человека, отличающих его от обезьян. Так для человека характерны более короткие верхние конечности.

Прямохождение и труд привели к образованию асимметрии тела человека. Правая и левая половины человеческого тела не симметричны по форме и строению. Ярким примером этому является рука человека. Большинство людей являются правшами, а левшей около 2–5%.

Развитие прямохождения, сопровождающее переход наших предков к проживанию на открытой местности, привело к значительным изменениям скелета и всего организма в целом.