Теоретический блок

Опорно-двигательный аппарат — это единая функциональная система костей, их соединений и мышц. К активной части относятся мышцы, к пассивной — кости и их соединения, образующие вместе скелет человека.

Функции скелета: 1. образует вместилище для жизненно важных органов (головного и спинного мозга, органов грудной полости и малого таза); 2) кости функционируют как рычаги, приводимые в движение мышечной силой; хранилище минеральных соединений; 3). участвуют в регуляции постоянства минерального состава внутренней среды организма. Помимо защитной функции в каждом сегменте тела кости выполняют своеобразную архитектурную роль, определяя направление хода других анатомических структур: мышц, сосудов, нервов.

Классификация костей по форме и строению. У человека кости бывают длинные, короткие, плоские, смешанные и воздухоносные. Длинные кости образуют основу конечностей. Они имеют форму трубки с расширенными концами. Центральная часть — диафиз — построена из компактного вещества и содержит внутри костномозговой канал. Концевые расширения — эпифизы — образуют подвижные сочленения со смежными костями, построены из губчатого вещества.

Строение, физические и химические свойства. Костное вещество отличается большой плотностью, состоит из органической и неорганической фракций. В состав органического вещества входит белок, образующий основу — матрицу кости, неорганический компонент включает фосфор и кальций, а также ряд микроэлементов (медь, железо и др.).

Рост и развитие кости. Можно выделить две различающиеся по происхождению группы костей. Одни развиваются на основе соединительной ткани, минуя хрящевую стадию. Это кости свода черепа и ключица, окостеневающие эндесмально. Другие развиваются на месте хряща, пройдя перед этим перепончатую стадию. Если окостенение происходит в толще хряща, оно называется энхондральны м, если по периферии — перихондральным. Большая часть костей нашего тела развивается на месте хряща. В толще хрящевой модели кости появляются одна или несколько точек окостенения; увеличиваясь в размерах, они сливаются друг с другом, образуя в конечном итоге кость. В трубчатых костях центры окостенения диафизов появляются раньше, чем эпифизов.

Рост костей в толщину происходит по их поверхности. Снаружи имеется тонкая перепонка, построенная из соединительной ткани, — надкостница. В ней разветвляются сосуды и нервы, входящие внутрь кости и обеспечивающие процессы ее жизнедеятельности. На внутренней поверхности надкостницы располагаются клетки, образующие кость (остеобласты) и разрушающие ее (остеокласты). Такие же клетки присутствуют в ростковом эпифизарном хряще, на поверхности, обращенной в костномозговую полость (эндост), и в толще кости вокруг кровеносных сосудов, лежащих в остеонах (мезост). На протяжении жизни кость непрестанно перестраивается. Разрушение старого и образование нового костного вещества происходит периостально, эндостально и мезостально. Подсчитано, что средняя продолжительность жизни одной костной клетки (остеоцита) составляет 25 лет. А это значит, что на протяжении жизни масса костного вещества обновляется не один раз.

С возрастом у детей и подростков кости увеличиваются во всех размерах, делаются более массивными, толщина компактного вещества нарастает, перекладины губчатой кости разрастаются. Активность костеобразования высока в первые годы жизни, уменьшается к концу первого десятилетия, затем снова нарастает в период полового созревания; в 30—40 лет она минимальна и вновь повышается в пожилом и старческом возрасте.

Старение костей начинается очень рано. Начальные его признаки могут обнаруживаться в костях, подвергающихся механической перегрузке, на втором десятилетии жизни. Они включают в себя истончение суставного хряща и появление по периферии суставных поверхностей костных выростов — краевых остеофитов. В кисти они наблюдаются у головок средних фаланг, а позже — у основания дистальных и средних фаланг.

Активность разрушения кости изменяется с возрастом по той же динамике, что и активность образования. Соотношение этих процессов определяет положительный баланс в период роста и отрицательный — в период старения. В ходе последнего масса костного вещества уменьшается, однако при этом нагрузки на кость не только не снижаются, а могут даже увеличиваться. Трубчатым костям приходится приспосабливаться к сохранению механической прочности в условиях пониженной массивности. Это происходит за счет расширения диафизов и эпифизов костей, т. е. повышенного периостального костеобразования. Приспособительным изменениям подвергаются также и микроскопические конструкции костей — остеоны: их диаметр увеличивается. На конечных этапах старения, предшествующих естественной смерти, они уступают место периостальному костеразрушению, уменьшению наружных размеров костей и диаметра остеонов.

Рост и старение костей зависят от многих факторов, как внешних по отношению к организму, так и внутренних.

Классификация соединений костей. Соединения костей обеспечивают либо подвижность, либо устойчивость частей тела как механических конструкций. В зависимости от этого соединения костей делятся на две основные группы: прерывные и непрерывные. К непрерывным относятся соединения, образованные при помощи хрящевой ткани (синхондрозы), костной ткани (синостозы) и соединительной ткани (синдесмозы).

Примеры хрящевого соединения — синхондрозы основания черепа. Здесь наряду с соединениями двух примыкающих друг к другу костей обеспечивается, с одной стороны, неподвижность, а с другой — амортизация механических сотрясений при сдавливании хрящевой плоскости между костями.

Костные сращения (синостозы) — заключительный этап превращений соединительнотканного и хрящевого типов соединений костей. Пример синостоза — сращение подвздошной, лобковой и седалищной костей в единую тазовую кость к 18—25 годам.

Прерывные соединения подразделяются на суставы и полусуставы. Суставы классифицируются по числу осей вращения на одноосные, двухосные и многоосные.

Суставы также подразделяют на простые, сложные и комбинированные. Простой сустав внутри суставной капсулы имеет всего две сочленяющиеся кости.

Анатомические составные части любого сустава следующие: концы костей, хрящ, капсула, внутри- и внесуставные связки, хрящевые внутрисуставные образования (диски и мениски), жидкость (синовия).

Полусуставы занимают пограничное положение между синхондрозом и суставом и представляют собой как бы недоразвитый сустав. В качестве примера можно привести лобковый симфиз.

Вариации структуры основных отделов скелета.

На морфогенез скелета оказывают влияние очень многие факторы. Данные близнецовых и семейных обследований показывают наследственную обусловленность развития костного компонента в целом и многих парциальных скелетных размеров.

Мощным фактором морфогенеза черепа, прежде всего в дифференциации свода, является эмбриональный головной мозг, тогда как другой индуктор — хорда — влияет в основном на базальную часть черепа и лишь косвенно на свод.

В росте и развитии скелета велика роль гормональных факторов. На морфогенез скелета и метаболизм костной ткани значительное воздействие оказывает питание, через которое частично опосредуются социально-экономические факторы.

Позвоночник. Позвоночная формула. Типичный вариант позвоночной формулы человека: C₇Th₁₂L₅S₅Co₃. Изменение общего числа позвонков встречается редко Ассимиляция атланта (его слияние с черепом) наблюдается в разных сериях в 0, 1—2% случаев. Столь же редка и манифестация проатланта — выявление элементов позвонка в области затылочного отверстия, чаще всего в виде гребней по его краям.

Длина докрестцового отдела позвоночника весьма стабильна.

По-видимому, позвоночная формула в онтогенезе человека и других приматов определяется рано, что соответствует данным о ранней детерминации ее в онто- и филогенезе других позвоночных. Численные вариации позвоночника имеют наследственную основу. Для человека это было показано данными близнецовых и семейных исследований: при этом наследуется сама тенденция к краниальному (каудальному) сдвигу, использующаяся даже для антропологического доказательства отцовства (Мартин, Заллер, 1958).

Формирование хрящевого позвоночника начинается у двухмесячного эмбриона. В первые годы жизни позвоночник растет быстрее, чем длина тела дальнейшем его рост замедляется. Завершается развитие позвоночника к 25 годам. У новорожденных и детей первого года жизни межпозвоночные диски составляют 39%, в 9 лет — 33, у взрослых — 25% длины позвоночника. С возрастом (20—60 лет) высота тел большей части позвонков и дисков уменьшается.

Форма позвоночника. S-образная форма позвоночника создает наиболее благоприятные условия для балансирования головы при минимальных мышечных затратах (шейный лордоз) и для поддержания выпрямленного положения тела (поясничный лордоз), а также обеспечивает его эластичность. Шейный и поясничный лордозы появляются в эволюции человека в связи с прямохождением, т. е. значительно позже, чем грудной кифоз, характерный для четвероногих млекопитающих. Изгибы во фронтальной плоскости связаны с асимметрией положения внутренних органов и ролью праворукости в процессе трудовой деятельности. Типичное для человека развитие изгибов позвоночника формируется в онтогенезе лишь к 6—7 годам.

Наибольший интерес представляют лордозы. О степени развития поясничного лордоза судят на основе вертикального поясничного указателя, т. е. процентного отношения суммы задних высот тел поясничных позвонков к сумме передних. Его рубрикация: до 97, 9 — курторахия, от 98 до 101, 9 — орторахия, 102 и более — койлорахия.

Крестец. «Гоминидный тип» крестца — относительно широкий и короткий, с вогнутой передней поверхностью, выраженным мысом и значительным развитием сочленовных поверхностей с тазом. Половые различия выражены также в соотносительном развитии сагиттального и поперечного размеров крыльев крестца (индекс выше у мужчин) и его общей форме.

На основе широтно-высотного индекса выделяются следующие классы: до 99, 9 — долихохиерия; 100—105, 9 — мезо(субплати)хиерия; 106 и выше — платихиерия (от греч. hieros — тазовая кость). Групповые вариации для мужчин: 91, 4—112, 4; для женщин — 101, 3—115, 8. Индивидуальные вариации: 67, 0—159, 0. Половые различия перекрывают групповые: так почти все женские крестцы плати(субплати)хиерические.

Грудина. Представляет собой широкую плоскую пластинку, расширяющуюся книзу.

Половой диморфизм проявляется как в абсолютных размерах, так и в пропорциях грудины. Длина грудины у мужчин абсолютно и относительно больше, чем у женщин. Вариации абсолютной длины (с мечевидным отростком) составляют 155—235 мм у мужчин и 140—205 мм у женщин. Относительная длина кости (к длине тела) равна в среднем соответственно 9, 59 и 9, 08.

Ребра. Колебания числа ребер незначительны. На ранних стадиях эмбрионального развития ребра человека имеют прямолинейное направление, их искривленность появляется в конце 2-го мес, скрученность — на 7—8-м мес. Для ребра человека типичны удлиненная и уплощенная шейка, уплощенная головка, овально-выпуклый бугорок, изгиб тела и искривление грудинного конца, поперечное сечение имеет овальную форму. Вместе с тем наблюдаются значительные вариации массивности и формы поперечника ребер: от «ножевидных», толщиной до 2, 5 мм, до очень массивных. Гипертрофированная массивность, с мощным развитием медиального гребня, составляющего дно реберного желобка, и округленно-треугольным сечением типична для неандертальского человека.

Лопатка. У человека лопаточный индекс слева указатель обычно выше, чем справа; у женщин он больше, чем у мужчин. Половые различия существуют и в абсолютных размерах лопатки: у мужчин они больше. Широтно-длиннотный указатель соответственно от 66, 9 до 81, 8.

Ключица. Длина ключицы варьирует по группам от 116 до 156 мм (мужчины). Половые различия в длине и весе ключиц проявляются уже при рождении и отчетливо выражены у человека, отражая половой диморфизм в пропорциях верхней части туловища. По величине ключично-плечевого указателя колебания групповых средних у мужчин составляют 42, 4—52, 1, у женщин — 40, 4—48, 7. Левая ключица обычно длиннее правой и более изогнута. Значительно варьирует массивность ключиц, причем абсолютная больше, чем относительная.

Плечевая кость. Вращение верхнего эпифиза плечевой кости человека по отношению к нижнему (торзион, скрученность) у современного человека в среднем: 129—167°; индивидуальные вариации: 113—185. Групповые средние длиннотно-толстотного указателя (процентное отношение наименьшей окружности кости к ее длине) составляют для мужчин 18, 2—22, 5, у женщин индекс обычно ниже. Индивидуальный максимум достигает 25, 2. Как правило, правая плечевая кость длиннее и толще левой.

Лучевая кость. Групповые различия выражены в таких признаках, как массивность кости (значения длиннотно-толстотного указателя (15, 7—20, 2), изгиб (2, 5—3, 2), коллодиафизарный угол (160—172°), форма поперечного сечения диафиза (72, 2—77, 8). Форма и развитие бугристости лучевой кости исключительно изменчивы: от гладкой овальной площадки до сильно выступающего шероховатого возвышения. Изменяется и ее положение.

Локтевая кость. Вариации групповых средних длиннотно-толстотного индекса от 12, 7 до 16, 8, а также различия в изгибе диафиза (0—5, 1). У женщин он обычно ниже, чем у мужчин.

Скелет кисти. Пропорции. Относительная длина кисти (в процентах к длине тела) составляет 10—11 при вариациях групповых средних от 9, 8 до 12, 2 (по данным на живых людях). Указатель длины кисти к длине верхней конечности у современного человека обычно равен 24—25 при межгрупповых колебаниях от 22, 7 до 25, 5.

Длиннотная метакарпальная формула человека: II > III > IV > V> I. Фаланговая (пальцевая) формула, как и у обезьян: III> IV> II> V> I.

Форма кисти. Человек в масштабе других приматов имеет относительно широкое запястье. Индекс ширины запястья представляет процентное отношение суммы широтных размеров костей запястья (кроме гороховидной) к длине III луча. Его рубрикация (по Саразину, 1932): до 42, 0 — стенокарпия; 42, 1—42, 9 — метриокарпия; 43, 0 и более — эурикарпия. Вариации групповых средних: 41, 3—48, 6. Индекс формы пясти определяется как процентное отношение ширины ладони (по сумме широтных размеров проксимальных концов II— V пястных костей) к длине III пястной. Его рубрикация: до 74, 9 — стенохейрия; 75—84, 9 — мезохейрия; 85 и более — эурихейрия (от греч. heir — рука). Групповые вариации обоих указателей разграничивают «силовой тип» кисти (свойственный в большей мере неандертальцам) от более грацильного. В целом относительная ширина кисти у мужчин обычно выше, чем у женщин.

При праворукости правая кисть оказывается значительно шире левой.

Сустав I луча у человека имеет седловидную форму. Она встречается также у узконосых обезьян, у которых впервые появляется противопоставление I луча, хотя и в меньшем объеме, чем у человека. Форма сустава I луча у человека варьирует: выделены три наиболее типичные ее варианта — спиральный, циркулярный и S-образный. Наряду с «преувеличенной» седловидностью описаны и более или менее уплощенные варианты. В онтогенезе человека признаки противопоставления проявляются рано: так уже у эмбриона длиной 13, 5 мм закладка I пястной кости отделена от других лучей.

Тазовый пояс. Строение тазового пояса человека существенно отличает его от негоминидных приматов, являясь индикатором прямохождения. К числу основных признаков «гоминидного комплекса» таза относятся: укорочение и расширение подвздошной кости, дорсальная ротация крестцово-подвздошных сочленений по отношению к тазобедренным суставам и уменьшение расстояния между ними, укрепление вертлужной впадины и изменение ее положения, отчетливо оформление большой седалищной вырезки и обеих передних подвздошных остей.

Таблица 28.

Особенности строения таза у мужчин и женщин (по В. М. Пашкову, 1963).

Изменение общей формы таза человека по сравнению с другими приматами определяется расширением крыла подвздошной кости, особенно его крестцовой части, и укреплением крестцово-подвздошных сочленений. Другой процесс, оказавший влияние на общую форму таза человека, — укорочение тазовой кости и в первую очередь нижней части подвздошной кости, что обусловило сближение тазобедренных и крестцово-подвздошных сочленений. Все эти изменения отразились на общей форме таза: его высотно-широтный индекс равен у человека в среднем 70—85 (у обезьян — 92—135). Существуют и половые различия: мужской таз относительно выше и уже женского. Абсолютные размеры таза человека тоже проявляют половой диморфизм. Однако при межгрупповых сопоставлениях здесь также не обнаруживается сколько-нибудь отчетливой связи с длиной тела, как это отмечалось выше и применительно к плечевому поясу.

Одна из типичных особенностей человеческого таза — изменение взаимного положения трех его компонентов в связи с дорсальной ротацией крестцовой части подвздошной кости. Так, величина подвздошно-седалищного угла 109° у мужчин, 115° у женщин. С этим тесно связано четкое оформление большой седалищной вырезки (больше у мужчин). Этот комплекс типичных для человеческого таза признаков сформировался в филогенезе человека очень рано, по крайней мере уже несколько миллионов лет назад.

Таз человека несет на себе отчетливые признаки полового диморфизма. Наибольший интерес в этом плане представляют форма большой седалищной вырезки и лобковый угол. У мужчин форма вырезки более глубокая и суженная V-образная, у женщин — U-образная. Лобковый угол у женщин в среднем на 15° выше, чем у мужчин. Его групповые вариации у мужчин составляют 56—60° (индивидуально 38—87°), у женщин — 70—85° (индивидуально 54—100°). Лобковый симфиз у мужчин располагается выше, вершина угла острее, тогда как у женщин она более округла. Полость малого таза у женщин имеет обычно цилиндрическую, у мужчин — конусовидную форму. Рубрикация сагиттально-поперечного указателя входа в малый таз: до 89, 9 — платипельвия, 90—94, 9 — мезопельвия, 95 и более — долихопельвия. Женский таз во всех группах имеет тенденцию к платипельвии, индивидуальные вариации значительны. Половые различия еще более подчеркнуты в форме выхода из малого таза, который имеет у мужчин вид продольного, а у женщин — поперечного овала. Типичная для человека форма таза с низким расширенным крылом подвздошной кости и отчетливой большой седалищной вырезкой является ранним признаком эмбриогенеза человека.

Бедренная кость — одна из наиболее изученных морфологами частей скелета. Для человеческого бедра типичным является прежде всего наклонное положение его оси. Для оценки этого признака служит кондилодиафизарный угол (угол инклинации), составленный анатомической осью кости и касательной к плоскости обоих мыщелков. Вариации групповых средних этого угла довольно узкие: 78—82° (индивидуальные 72—88°), что говорит об его относительной стабильности у человека. Низшие приматы и обезьяны имеют более высокие значения угла инклинации. Коллодиафизарный угол, определяющий положение шейки бедренной кости по отношению к диафизу, характеризуется у человека довольно высокой групповой (121 — 133°) и особенно индивидуальной (114—153°) изменчивостью. Взаимное положение осей обоих эпифизов бедренной кости определяет угол торзиона, величина которого для человека 8—39, 7° (групповые вариации торзиона у человека); индивидуальные вариации: от —25 до +49°, хотя отрицательные углы встречаются весьма редко, т.е. типичен положительный торзион (антеверсия): ось шейки бедра проходит сзади латерально — вперед медиально. Угол торзиона существенно меняется в онтогенезе: на 12-й неделе утробного развития он составляет —9, 75°, на 14-й неделе равен 0°, далее увеличивается до 32°; на 1—2-м году жизни наблюдается «деторзия», вплоть до статуса взрослого.

Таким образом, для бедренной кости человека типично сочетание антеверсии, сравнительно невысокого мыщелкодиафизарного угла, более или менее выраженного изгиба с крупной головкой, относительно крупным латеральным мыщелком, глубокой межмыщелковой ямкой.

Надколенник. Индивидуальные различия в форме и величине этой кости значительны. Абсолютные размеры отчасти связаны с длиной тела; у плодов и новорожденных кость относительно крупнее, чем у взрослых.

Самая частая форма кости — треугольная (66%). В среднем для человека характерно преобладание широтного размера над высотным.

Большеберцовая кость. Вариации положения верхнего эпифиза выражаются значениями углов ретроверсии и инклинации — соответственно отклонению эпифиза от диафизарной оси или физиологической оси кости. Групповые средние угла ретроверсии человека: 7, 6—20°, инклинации: 5, 3—16, 5°. Индивидуальные колебания значительно шире (для угла ретроверсии до 31, 5°). Специфическим признаком большеберцовой кости человека является положительный торзион, связанный с торзионом бедра (оси обеих стоп конвергируют назад). Вариации групповых средних — от 0 до 53°. Отрицательный торзион в норме почти не встречается.

Малоберцовая кость. Играет значительно меньшую роль в статике. Групповые вариации ее структуры слабее выражены и менее изучены на фоне очень высокой индивидуальной изменчивости формы и рельефа.

Скелет стопы. Стопа человека, как и таз, служит отчетливым индикатором прямохождения. Основные отличия стопы человека: пронированное положение, укрепление предплюсны, укорочение II—V пальцев, приведенность и укрепление I луча, утрата им способности к противопоставлению, формирование сводов.

Пропорции. Относительная длина стопы (к длине тела) составляет в среднем 13, 8—16, 0.

Гоминидный тип стопы характеризуется относительным удлинением предплюсны и укорочением пальцевого отдела. Метатарзальная формула достаточно консервативна; наиболее типичный ее вариант для человека: II > III> IV> V> I. Фаланговая формула человека обычно I> II> > III> IV> V или II> I> III> IV> V; у взрослых чаще встречается первый, а у детей—второй вариант

Форма стопы. Вариации формы стопы могут быть выражены индексами таранной кости — широтно-длиннотным и высотно-длиннотным. Их групповые колебания у современного человека равны, соответственно 71, 2—84, 7 и 48, 2—58, 8.

Особой чертой человеческой стопы является укрепление ее медиального края — «тибиализация» — по аналогии с «радиализацией» кисти. Этот процесс выражается, прежде всего, в приведении и усилении I луча стопы. Индекс соотношения I— III лучей составляет у человека в среднем 98.

Широтно-длиннотный указатель дистальной фаланги большого пальца стопы равен у человека 52—54, 5. Существенная особенность этой кости человека — ее уплощенность.

Положение большого пальца может быть варусным, когда ось его проходит внутрь от оси I плюсневой кости; вальгусным, когда она идет кнаружи; или же обе оси могут соответствовать друг другу. У человека в среднем существует небольшая степень вальгусного отклонения: от 0, 9 до 6, 9°. С возрастом она увеличивается, половые различия нечеткие. При ношении обуви степень вальгуса выше, но и без нее соотношение варусного и вальгусного типов составляет 95: 111.

Сводчатость. Различают продольный свод, в формировании которого принимают участие все кости предплюсны и плюсны, и поперечный, образованный ладьевидной, клиновидными и кубовидной костями; в морфологии человека наибольшее внимание уделяется продольному своду. У грудного ребенка стопа плоская, супинированная; в дальнейшем происходит пронация предплюсны. С возрастом своды повышаются, а в период старения вновь происходит их уплощение.

Варианты развития и окостенения кисти и стопы. С различной частотой отмечаются сесамовидные кости пальцев, оссификация которых начинается в детстве и ранней юности. Обычно постоянны оба сесамоида у пястно- фалангового сустава большого пальца; медиальный сесамоид мизинца отмечен в 70—79% случаев и т. д. Общее число сесамовидных костей на одной кисти обычно 2—4. Брахимезофалангия (укорочение средней фаланги прежде всего на мизинце) варьирует в разных группах. В среднем она наблюдается в 0, 4—5% случаев, наиболее часта у монголоидов, очень редка у европейцев и негров. Предполагается наследственная обусловленность этого признака. Его частота велика при некоторых хромосомных аномалиях, например при болезни Дауна она превышает 25%.

В стопе описано большое количество добавочных скелетных элементов. Наиболее известно удвоение внутренней клиновидной кости. Брахимезофалангия V (при индексе соотносительного развития средних фаланг V/IV пальцев ниже 50), как и на кисти, встречается с различной частотой, наиболее часто она отмечается у монголоидов. Симфалангия средней и дистальной фаланг мизинца рано определяется в онтогенезе (50% у плодов, начиная с 10 недели развития и далее).