11.5 Опорно-двигательная система — Биологические концепции — 1-е канадское издание

К концу этого раздела вы сможете:

• Обсудить осевую и аппендикулярную части скелетной системы
• Объясните роль суставов в движении скелета
• Объясните роль мышц в движении =

Мышечная и скелетная системы поддерживают тело и позволяют двигаться. Кости скелета защищают внутренние органы тела и выдерживают вес тела.Мышцы мышечной системы сокращаются и растягивают кости, позволяя выполнять самые разнообразные движения, такие как стояние, ходьба, бег и хватание предметов.

Травма или заболевание опорно-двигательного аппарата могут быть очень изнурительными. Наиболее распространенные в мире заболевания опорно-двигательного аппарата вызваны недоеданием, которое может отрицательно сказаться на развитии и поддержании костей и мышц. Другие заболевания поражают суставы, например, артрит, который может затруднять движение, а в запущенных случаях полностью нарушать подвижность.

Прогресс в области дизайна протезов привел к разработке искусственных суставов, наиболее распространенной из которых является операция по замене суставов на бедрах и коленях. Также доступны заменяющие суставы для плеч, локтей и пальцев.

Скелет человека — это эндоскелет взрослого человека, состоящий из 206 костей. Эндоскелет развивается внутри тела, а не снаружи, как экзоскелет насекомых. Скелет выполняет пять основных функций: обеспечение поддержки тела, хранение минералов и липидов, производство клеток крови, защита внутренних органов и обеспечение движения.Скелетная система позвоночных подразделяется на осевой скелет (который состоит из черепа, позвоночного столба и грудной клетки) и аппендикулярный скелет (который состоит из костей конечностей, грудного или плечевого пояса и тазового пояса).

Концепция в действии

Исследуйте человеческий скелет, просмотрев следующее видео с помощью цифрового трехмерного моделирования.

Осевой скелет образует центральную ось тела и включает кости черепа, косточки среднего уха, подъязычную кость горла, позвоночный столб и грудную клетку (грудную клетку) (Рисунок 11.25).

Кости черепа поддерживают структуры лица и защищают мозг. Череп состоит из костей черепа и лицевых костей.Кости черепа образуют полость черепа, которая охватывает головной мозг и служит местом прикрепления мышц головы и шеи. У взрослого они плотно соединены соединительной тканью, и прилегающие кости не двигаются.

Слуховые косточки среднего уха передают звуки из воздуха в виде колебаний в заполненную жидкостью улитку. Слуховые косточки состоят из двух костей молоточка (молотка), двух костей наковальни (наковальни) и двух стремени (стремени), по одной с каждой стороны. Кости лица служат полостями для органов чувств (глаз, рта и носа) и служат точками крепления лицевых мышц.

Подъязычная кость лежит ниже нижней челюсти в передней части шеи. Он действует как подвижная основа для языка и соединяется с мышцами челюсти, гортани и языка. Нижняя челюсть образует сустав с основанием черепа. Нижняя челюсть контролирует открытие рта и, следовательно, дыхательные пути и кишечник.

Позвоночный столб, или позвоночник, окружает и защищает спинной мозг, поддерживает голову и действует как точка крепления ребер и мышц спины и шеи.Он состоит из 26 костей: 24 позвонков, крестца и копчика. В теле каждого позвонка в центре имеется большое отверстие, через которое спинной мозг проходит до уровня первого поясничного позвонка. Ниже этого уровня отверстие содержит спинномозговые нервы, которые выходят между позвонками. На каждой стороне отверстия есть выемки, через которые спинномозговые нервы могут выходить из спинного мозга для обслуживания различных областей тела. Позвоночный столб у взрослых составляет примерно 70 см (28 дюймов) и изогнут, что видно сбоку.

Межпозвоночные диски, состоящие из фиброзного хряща, лежат между соседними позвонками от второго шейного позвонка до крестца. Каждый диск помогает сформировать слегка подвижный сустав и действует как амортизатор, поглощающий удары от движений, таких как ходьба или бег.

Грудная клетка, также известная как грудная клетка, состоит из ребер, грудины, грудных позвонков и реберных хрящей. Грудная клетка охватывает и защищает органы грудной полости, включая сердце и легкие.Он также обеспечивает опору для плечевых поясов и верхних конечностей и служит точкой крепления диафрагмы, мышц спины, груди, шеи и плеч. Изменения объема грудной клетки позволяют дышать. Грудина или грудина — это длинная плоская кость, расположенная в передней части грудной клетки. Как и череп, он состоит из многих костей эмбриона, которые срастаются у взрослого человека. Ребра представляют собой 12 пар длинных изогнутых костей, которые прикрепляются к грудным позвонкам и изгибаются к передней части тела, образуя грудную клетку.Реберные хрящи соединяют передние концы большинства ребер с грудиной.

Аппендикулярный скелет состоит из костей верхних и нижних конечностей. Он также включает грудной или плечевой пояс, который прикрепляет верхние конечности к телу, и тазовый пояс, который прикрепляет нижние конечности к телу (рис. 11.25).

Кости грудного пояса передают силу, создаваемую мышцами, действующими на верхнюю конечность, на грудную клетку. Он состоит из ключиц (или ключиц) спереди и лопаток (или лопаток) сзади.

Верхняя конечность содержит кости руки (от плеча до локтя), предплечья и кисти. Плечевая кость — самая большая и длинная кость верхней конечности. Он образует сустав с плечом и предплечьем в локтевом суставе. Предплечье простирается от локтя до запястья и состоит из двух костей. Рука включает кости запястья, ладони и кости пальцев.

Тазовый пояс прикрепляется к нижним конечностям осевого скелета. Поскольку тазовый пояс отвечает за вес тела и передвижение, он надежно прикреплен к осевому скелету прочными связками.Он также имеет глубокие лунки с прочными связками, которые надежно прикрепляются к бедренной кости. Тазовый пояс в основном состоит из двух больших тазобедренных костей. Тазобедренные кости соединяются в передней части тела в суставе, называемом лобковым симфизом, и с костями крестца в задней части тела.

Нижняя конечность состоит из бедра, голени и стопы. Кости нижних конечностей толще и прочнее, чем кости верхних конечностей, чтобы выдерживать весь вес тела и силы, возникающие при движении.Бедренная кость или бедренная кость — самая длинная, тяжелая и крепкая кость в теле. Бедро и таз образуют тазобедренный сустав. На другом конце бедренная кость вместе с большеберцовой костью и коленной чашечкой образуют коленный сустав.

Точка, в которой встречаются две или более костей, называется суставом или сочленением. Суставы отвечают за движение, такое как движение конечностей, и стабильность, например стабильность, присущую костям черепа.

Есть два способа классифицировать суставы: по их структуре или по их функции.Структурная классификация делит суставы на фиброзные, хрящевые и синовиальные суставы в зависимости от материала, из которого состоит сустав, а также наличия или отсутствия полости в суставе. Кости фиброзных суставов скреплены волокнистой соединительной тканью. Между костями нет полости или пространства, поэтому большинство фиброзных суставов вообще не двигаются или способны к незначительным движениям. Суставы между костями черепа и между зубами и костью их лунок являются примерами фиброзных суставов (Рисунок 11.26 а ).

Хрящевые суставы — это суставы, в которых кости соединены хрящами (рис. 11.26 b ). Пример можно найти в суставах между позвонками, так называемых «дисках» позвоночника. Хрящевые суставы позволяют очень мало двигаться.

Синовиальные суставы — единственные суставы, у которых есть пространство между соседними костями (рис. 11.26 c ). Это пространство называется суставной полостью и заполнено жидкостью. Жидкость смазывает сустав, уменьшая трение между костями и обеспечивая большее движение.Концы костей покрыты хрящом, а весь сустав окружен капсулой. Синовиальные суставы способны к наибольшему движению из всех типов суставов. Колени, локти и плечи являются примерами синовиальных суставов.

Широкий диапазон движений, допускаемый синовиальными суставами, обеспечивает различные типы движений.Угловые движения возникают при изменении угла между костями сустава. Сгибание или сгибание происходит при уменьшении угла между костями. Подъем предплечья вверх в локтевом суставе — это пример сгибания. Разгибание противоположно сгибанию, поскольку угол между костями сустава увеличивается. Вращательное движение — это движение кости, когда она вращается вокруг своей продольной оси. Движение головы, как если бы вы говорили «нет», — это пример вращения.

Ревматолог

Ревматологи — это врачи, специализирующиеся на диагностике и лечении заболеваний суставов, мышц и костей.Они диагностируют и лечат такие заболевания, как артрит, нарушения опорно-двигательного аппарата, остеопороз, а также аутоиммунные заболевания, такие как анкилозирующий спондилит, хроническое воспалительное заболевание позвоночника и ревматоидный артрит.

Ревматоидный артрит (РА) — это воспалительное заболевание, которое в первую очередь поражает синовиальные суставы рук, ног и шейный отдел позвоночника. Пораженные суставы опухают, становятся жесткими и болезненными. Хотя известно, что РА является аутоиммунным заболеванием, при котором иммунная система организма по ошибке атакует здоровые ткани, точная причина РА остается неизвестной.Иммунные клетки из крови попадают в суставы и суставную капсулу, вызывая разрушение хряща и отек суставной выстилки. Из-за разрушения хряща кости трутся друг о друга, вызывая боль. РА чаще встречается у женщин, чем у мужчин, и возраст начала обычно составляет от 40 до 50 лет.

Ревматологи могут диагностировать РА на основании таких симптомов, как воспаление и боль в суставах, рентгеновских снимков и МРТ, а также анализов крови. Артрография — это вид медицинской визуализации суставов с использованием контрастного вещества, такого как краситель, непрозрачный для рентгеновских лучей.Это позволяет визуализировать структуры мягких тканей суставов, такие как хрящи, сухожилия и связки. Артрограмма отличается от обычного рентгена тем, что помимо костей сустава показывает поверхность мягких тканей, выстилающих сустав. Артрограмма позволяет выявить ранние дегенеративные изменения суставного хряща до того, как будут затронуты кости.

В настоящее время нет лекарства от РА; однако у ревматологов есть несколько вариантов лечения. Процедуры делятся на те, которые уменьшают симптомы болезни, и те, которые уменьшают повреждение костей и хрящей, вызванное заболеванием.Ранние стадии можно лечить остальными пораженными суставами с помощью трости или суставных шин, которые минимизируют воспаление. Когда воспаление уменьшилось, можно использовать упражнения для укрепления мышц, окружающих сустав, и для поддержания гибкости суставов. Если поражение суставов более обширное, можно использовать лекарства для облегчения боли и уменьшения воспаления. Противовоспалительные препараты, которые можно использовать, включают аспирин, местные болеутоляющие средства и инъекции кортикостероидов. Операция может потребоваться в случаях серьезного повреждения сустава.В настоящее время врачи используют лекарства, которые уменьшают повреждение костей и хрящей, вызванное заболеванием, чтобы замедлить его развитие. Эти препараты разнообразны по своим механизмам, но все они действуют, чтобы уменьшить влияние аутоиммунного ответа, например, путем ингибирования воспалительного ответа или уменьшения количества Т-лимфоцитов, клетки иммунной системы.

Мышцы позволяют совершать движения, такие как ходьба, а также облегчают такие процессы организма, как дыхание и пищеварение. Тело состоит из трех типов мышечной ткани: скелетных мышц, сердечных мышц и гладких мышц (Рисунок 11.27).

Ткань скелетных мышц образует скелетные мышцы, которые прикрепляются к костям, а иногда и к коже, и контролируют передвижение и любое другое движение, которое можно сознательно контролировать. Скелетную мышцу также называют произвольной мышцей, поскольку ею можно намеренно управлять. При просмотре под микроскопом ткань скелетных мышц имеет полосатый или полосатый вид. Этот вид является результатом расположения белков внутри клетки, ответственных за сокращение.Клетки скелетной мускулатуры длинные и сужающиеся, с множеством ядер на периферии каждой клетки.

Гладкая мышечная ткань встречается в стенках полых органов, таких как кишечник, желудок и мочевой пузырь, а также вокруг проходов, например, в дыхательных путях и кровеносных сосудах. Гладкая мышца не имеет бороздок, не находится под произвольным контролем и называется непроизвольной мышцей. Гладкомышечные клетки имеют одно ядро.

Ткань сердечной мышцы находится только в сердце.Сокращения сердечной мышечной ткани перекачивают кровь по всему телу и поддерживают кровяное давление. Как и скелетная мышца, сердечная мышца имеет поперечнополосатую форму, но в отличие от скелетных мышц, сердечная мышца не может контролироваться сознательно и называется непроизвольной мышцей. Клетки сердечной мышечной ткани связаны друг с другом вставными дисками и обычно имеют только одно ядро ​​на клетку.

Каждое волокно скелетных мышц представляет собой клетку скелетных мышц. Внутри каждого мышечного волокна находятся миофибриллы, длинные цилиндрические структуры, расположенные параллельно мышечному волокну.Миофибриллы проходят по всей длине мышечного волокна. Они прикрепляются к плазматической мембране, называемой сарколеммой, на своих концах, так что по мере укорачивания миофибрилл сокращается вся мышечная клетка (рис. 11.28).

Поперечно-полосатый вид ткани скелетных мышц является результатом повторяющихся полос белков актина и миозина, которые встречаются по длине миофибрилл.

Миофибриллы состоят из более мелких структур, называемых миофиламентами. Существует два основных типа миофиламентов: толстые и тонкие. Толстые нити состоят из белкового миозина. Основным компонентом тонких филаментов является белок актин.

Толстые и тонкие волокна чередуются друг с другом в структуре, называемой саркомером.Саркомер — это единица сокращения мышечной клетки. Сокращение стимулируется электрохимическим сигналом нервной клетки, связанной с мышечным волокном. Чтобы мышечная клетка сократилась, саркомер должен укорачиваться. Однако толстые и тонкие нити не укорачиваются. Вместо этого они скользят друг по другу, заставляя саркомер укорачиваться, а нити остаются той же длины. Скольжение достигается, когда молекулярное расширение миозина, называемое головкой миозина, временно связывается с актиновой нитью рядом с ней и, изменяя конформацию, изгибается, таща две нити в противоположных направлениях.Затем миозиновая головка высвобождает актиновую нить, расслабляется, а затем повторяет процесс, волоча две нити друг за другом. Комбинированная активность многих участков связывания и повторяющиеся движения внутри саркомера заставляют его сокращаться. Скоординированные сокращения многих саркомеров в миофибрилле приводят к сокращению всей мышечной клетки и, в конечном итоге, самой мышцы. Движение головки миозина требует АТФ, который обеспечивает энергию для сокращения.

Концепция в действии

Просмотрите эту анимацию, чтобы увидеть, как организованы мышечные волокна.

Модель сжатия скользящей нити

Чтобы мышечная клетка сократилась, саркомер должен укорачиваться. Однако толстые и тонкие нити — компоненты саркомеров — не укорачиваются. Вместо этого они скользят друг по другу, заставляя саркомер укорачиваться, а нити остаются той же длины. Теория мышечного сокращения скользящей нити была разработана с учетом различий, наблюдаемых в названных полосах на саркомере при разной степени сокращения и расслабления мышц.Механизм сокращения — это связывание миозина с актином, образуя поперечные мостики, которые генерируют движение филаментов (рис. 11.29).

Когда саркомер укорачивается, некоторые области укорачиваются, тогда как другие остаются той же длины. Саркомер определяется как расстояние между двумя последовательными Z-дисками или Z-линиями; когда мышца сокращается, расстояние между Z-дисками уменьшается.Зона H — центральная область зоны A — содержит только толстые волокна и укорачивается при сокращении. Полоса I содержит только тонкие нити и также укорачивается. Полоса А не укорачивается — она ​​остается той же длины, — но полосы А разных саркомеров сближаются во время сокращения и в конечном итоге исчезают. Тонкие нити тянутся толстыми нитями к центру саркомера, пока Z-диски не приблизятся к толстым нитям. Зона перекрытия, в которой тонкие волокна и толстые волокна занимают одну и ту же площадь, увеличивается по мере продвижения тонких волокон внутрь.

АТФ и сокращение мышц

Движение сокращения мышц происходит, когда миозиновые головки связываются с актином и тянут актин внутрь. Это действие требует энергии, которую обеспечивает АТФ. Миозин связывается с актином в сайте связывания на глобулярном белке актина. Миозин имеет еще один сайт связывания для АТФ, в котором ферментативная активность гидролизует АТФ до АДФ, высвобождая молекулу неорганического фосфата и энергию.

Связывание АТФ заставляет миозин высвобождать актин, позволяя актину и миозину отделяться друг от друга.После этого вновь связанный АТФ превращается в АДФ и неорганический фосфат, P _i . Фермент в сайте связывания миозина называется АТФаза. Энергия, выделяющаяся при гидролизе АТФ, изменяет угол наклона миозиновой головки в «взведенное» положение. Головка миозина тогда находится в положении для дальнейшего движения, обладая потенциальной энергией, но ADP и P _i все еще прикреплены. Если сайты связывания актина закрыты и недоступны, миозин будет оставаться в высокоэнергетической конфигурации с гидролизованным АТФ, но все еще присоединенным.

Если сайты связывания актина открыты, образуется поперечный мостик; то есть головка миозина охватывает расстояние между молекулами актина и миозина. Затем высвобождается P _i , позволяя миозину расходовать накопленную энергию в качестве конформационного изменения. Головка миозина движется к линии М, увлекая за собой актин. Когда актин вытягивается, волокна перемещаются примерно на 10 нм в сторону M-линии. Это движение называется рабочим ходом, так как это шаг, на котором создается сила.Когда актин тянется к линии M, саркомер укорачивается, а мышца сокращается.

Когда миозиновая головка «взведена», она содержит энергию и находится в высокоэнергетической конфигурации. Эта энергия расходуется, когда миозиновая головка движется во время силового удара; в конце силового удара миозиновая головка находится в низкоэнергетическом положении. После силового удара ADP высвобождается; однако образовавшийся поперечный мостик все еще на месте, а актин и миозин связаны вместе. Затем АТФ может присоединяться к миозину, что позволяет возобновить цикл поперечного моста, и может произойти дальнейшее сокращение мышц (Рисунок 11.30).

Концепция в действии

Посмотрите это видео, в котором объясняется, как сигнализируется сокращение мышцы.

Скелет человека — это эндоскелет, состоящий из осевого и аппендикулярного скелета. Осевой скелет состоит из костей черепа, косточек уха, подъязычной кости, позвоночника и грудной клетки. Череп состоит из восьми черепных костей и 14 лицевых костей. Шесть костей составляют косточки среднего уха, а подъязычная кость расположена на шее под нижней челюстью.Позвоночный столб состоит из 26 костей, окружает и защищает спинной мозг. Грудная клетка состоит из грудины, ребер, грудных позвонков и реберных хрящей. Аппендикулярный скелет состоит из верхних и нижних конечностей. Грудной пояс состоит из ключиц и лопаток. Верхняя конечность состоит из 30 костей руки, предплечья и кисти. Тазовый пояс прикрепляет нижние конечности к осевому каркасу. Нижняя конечность включает кости бедра, голени и стопы.

Структурная классификация суставов делит их на фиброзные, хрящевые и синовиальные суставы. Кости фиброзных суставов скреплены волокнистой соединительной тканью. Хрящевые суставы — это суставы, в которых кости соединены хрящом. Синовиальные суставы — это суставы, у которых есть пространство между соседними костями. Движение синовиальных суставов бывает угловым и вращательным. Угловые движения возникают при изменении угла между костями сустава. Вращательное движение — это движение кости, когда она вращается вокруг своей продольной оси.

Тело состоит из трех типов мышечной ткани: скелетных мышц, сердечных мышц и гладких мышц. Мышцы состоят из отдельных клеток, называемых мышечными волокнами. Мышечные волокна состоят из миофиламентов, состоящих из белков актина и миозина, расположенных в единицах, называемых саркомерами. Сокращение мышцы происходит за счет комбинированного действия волокон миозина и актина, скользящих друг мимо друга, когда миозиновые головки связываются с волокном актина, изгибаются, разъединяются, а затем повторяют процесс.

аппендикулярный скелет: скелет, состоящий из костей верхних конечностей, которые служат для захвата предметов и манипулирования ими, и нижних конечностей, которые обеспечивают передвижение.

слуховые косточки: (также кости среднего уха) кости, которые преобразуют звуки из воздуха в вибрации в заполненной жидкостью улитке

осевой скелет: скелет, который образует центральную ось тела и включает кости черепа, косточки среднего уха, подъязычную кость горла, позвоночный столб и грудную клетку (грудную клетку)

сердечная мышечная ткань: мышечная ткань, обнаруженная только в сердце; сердечные сокращения перекачивают кровь по всему телу и поддерживают кровяное давление

хрящевой сустав: сустав, в котором кости соединены хрящом

фиброзный сустав: сустав, скрепленный волокнистой соединительной тканью

подъязычная кость: кость, которая находится ниже нижней челюсти в передней части шеи

сустав: точка, в которой две или более кости встречаются

миофибриллы: длинные цилиндрические структуры, расположенные параллельно мышечным волокнам

миофиламент: небольшие структуры, из которых состоят миофибриллы

грудной пояс: кости, передающие силу, создаваемую верхними конечностями, на осевой скелет

тазовый пояс: кости, передающие силу, создаваемую нижними конечностями, на осевой скелет

сарколемма: плазматическая мембрана волокна скелетных мышц

саркомер: функциональная единица скелетной мускулатуры

Ткань скелетных мышц: образует скелетные мышцы, которые прикрепляются к костям и контролируют передвижение и любое движение, которое можно сознательно контролировать

череп: кость, которая поддерживает структуры лица и защищает мозг

гладкая мышечная ткань: мышца, которая находится в стенках полых органов, таких как кишечник, желудок и мочевой пузырь, а также вокруг проходов, таких как дыхательные пути и кровеносные сосуды

синовиальных суставов: единственных суставов, у которых есть пространство между соседними костями

грудная клетка: (также грудная клетка) скелет грудной клетки, который состоит из ребер, грудных позвонков, грудины и реберных хрящей

позвоночный столб: (также позвоночник) столбик, который окружает и защищает спинной мозг, поддерживает голову и действует как точка крепления для ребер и мышц спины и шеи

15.3: Типы мышечной ткани

Работайте с мышцами глаз!

Поверните глаза — крошечное движение, учитывая заметно большие и сильные внешние глазные мышцы, которые контролируют движения глазного яблока. Эти мышцы были названы самыми сильными мышцами человеческого тела в отношении выполняемой ими работы. Однако на самом деле внешние мышцы глаза выполняют удивительный объем работы. Движение глаз происходит почти постоянно в часы бодрствования, особенно когда мы сканируем лица или читаем. Глазные мышцы также тренируются каждую ночь во время фазы сна, называемой сном с быстрым движением глаз.Внешние мышцы глаза могут двигать глазами, потому что они состоят в основном из мышечной ткани.

Что такое мышечная ткань?

Мышечная ткань — это мягкая ткань, которая составляет большую часть тканей мускулов мышечной системы человека. Другие ткани в мышцах — это соединительные ткани, такие как сухожилия, которые прикрепляют скелетные мышцы к костям, и оболочки соединительных тканей, которые покрывают или выстилают мышечные ткани. Однако только мышечная ткань сама по себе имеет клетки, способные сокращаться.

В организме человека есть три основных типа мышечных тканей: скелетные, гладкие и сердечные. На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показано, как три типа мышечной ткани выглядят под микроскопом. Прочитав ниже о каждом типе, вы узнаете, почему эти три типа выглядят именно так.

Ткани скелетных мышц

Скелетная мышца — это мышечная ткань, прикрепленная к костям сухожилиями , которые представляют собой пучки коллагеновых волокон. Двигаете ли вы глазами или пробегаете марафон, вы задействуете скелетные мышцы.Сокращения скелетных мышц являются произвольными или находятся под сознательным контролем центральной нервной системы через соматическую нервную систему. Ткань скелетных мышц — наиболее распространенный тип мышечной ткани в организме человека. По весу средний взрослый мужчина составляет около 42 процентов скелетных мышц, а средняя взрослая женщина — около 36 процентов скелетных мышц. Некоторые из основных скелетных мышц человеческого тела обозначены на рисунках \ (\ PageIndex {3} \) и \ (\ PageIndex {4} \) и перечислены в таблице \ (\ PageIndex {1} \).

Пары скелетных мышц

Чтобы перемещать кости в противоположных направлениях, скелетные мышцы часто состоят из мышечных пар, которые работают в противовес друг другу. Например, когда мышца двуглавой мышцы (в передней части плеча) сокращается, это может привести к сгибанию или сгибанию руки в локтевом суставе, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {5} \). Когда мышца трехглавой мышцы (на тыльной стороне плеча) сокращается, это может заставить локоть выпрямиться или выпрямить руку.Мышцы бицепса и трицепса являются примерами пары мышц, в которой мышцы работают в противовес друг другу.

Структура скелетных мышц

Каждая скелетная мышца состоит из сотен — или даже тысяч — волокон скелетных мышц, которые представляют собой длинные, похожие на струны клетки. Как показано на рисунке \ (\ PageIndex {6} \), волокна скелетных мышц индивидуально обернуты соединительной тканью, называемой endomysium .Волокна скелетных мышц собраны вместе в единицы, называемые мышечных пучков , окруженных оболочками соединительной ткани, называемыми перимизий . Каждый пучок содержит от десяти до 100 (или даже больше!) Волокон скелетных мышц. В свою очередь, пучки соединяются вместе, образуя отдельные скелетные мышцы, которые обернуты соединительной тканью, называемой эпимизий . Соединительные ткани в скелетных мышцах выполняют множество функций. Они поддерживают и защищают мышечные волокна, позволяя им противостоять силам сокращения, распределяя силы, приложенные к мышцам.Они также обеспечивают нервы и кровеносные сосуды пути к мышцам. Кроме того, эпимизий прикрепляет мышцы к сухожилиям.

Та же самая структура пучков внутри пучков повторяется в каждом мышечном волокне. Как показано на рисунке \ (\ PageIndex {7} \), мышечное волокно состоит из пучка миофибрилл, которые сами по себе представляют собой пучки белковых нитей. Эти белковые волокна состоят из тонких волокон белкового актина, прикрепленных к структурам, называемым Z-дисками, и толстых волокон белкового миозина. Нити расположены вместе внутри миофибриллы в повторяющиеся единицы, называемые саркомерами , , которые проходят от одного Z-диска к другому.Саркомер — это основная функциональная единица скелетных (и сердечных) мышц. Он сокращается, когда филаменты актина и миозина скользят друг по другу. Ткань скелетных мышц называется поперечно-полосатой, потому что она кажется полосатой. Он имеет такой вид из-за регулярных, чередующихся A (темных) и I (светлых) полос нитей, расположенных в виде саркомеров внутри мышечных волокон. Другие компоненты волокна скелетных мышц включают несколько ядер и митохондрий.

Медленно- и быстро сокращающиеся волокна скелетных мышц

Волокна скелетных мышц можно разделить на два типа: медленные (или тип I) мышечные волокна и быстро сокращающиеся (или тип II) мышечные волокна.

• Медленно сокращающиеся мышечные волокна плотны с капиллярами и богаты митохондриями и миоглобином, белком, который накапливает кислород до тех пор, пока он не понадобится для мышечной активности. По сравнению с быстросокращающимися волокнами, медленно сокращающиеся волокна могут переносить больше кислорода и поддерживать аэробную активность (использование кислорода). Медленно сокращающиеся волокна могут сокращаться в течение длительного времени, но не с большой силой. Они используются в первую очередь в соревнованиях на выносливость, таких как бег на длинные дистанции или езда на велосипеде.
• Быстро сокращающиеся мышечные волокна содержат меньше капилляров и митохондрий и меньше миоглобина.Этот тип мышечных волокон может быстро и сильно сокращаться, но он очень быстро утомляется. Быстро сокращающиеся волокна могут выдерживать только короткие анаэробные (не использующие кислород) всплески активности. По сравнению с медленно сокращающимися волокнами, быстро сокращающиеся волокна вносят больший вклад в мышечную силу и имеют больший потенциал для увеличения массы. На них полагаются в первую очередь в коротких, напряженных упражнениях, таких как спринт или поднятие тяжестей.

Пропорции типов волокон значительно различаются от мышцы к мышце и от человека к человеку.Люди могут быть генетически предрасположены к большему процентному содержанию одного типа мышечных волокон, чем другого. Как правило, человек, у которого больше медленно сокращающихся волокон, лучше подходит для занятий, требующих выносливости. Напротив, человек, у которого больше быстро сокращающихся волокон, лучше подходит для занятий, требующих коротких всплесков энергии.

Гладкие мышцы

Гладкая мышца — это мышечная ткань в стенках внутренних органов и других внутренних структурах, таких как кровеносные сосуды.Когда гладкие мышцы сокращаются, они помогают органам и сосудам выполнять свои функции. Когда гладкие мышцы стенки желудка сокращаются, они сжимают пищу внутри желудка, помогая перемешивать и взбивать пищу и разбивать ее на более мелкие кусочки. Это важная часть пищеварения. Сокращения гладких мышц непроизвольны, поэтому они не контролируются сознанием. Вместо этого они контролируются вегетативной нервной системой, гормонами, нейротрансмиттерами и другими физиологическими факторами.

Структура гладкой мускулатуры

Клетки, из которых состоят гладкие мышцы, обычно называются миоцитами . В отличие от мышечных волокон поперечно-полосатой мышечной ткани, миоциты гладкой мышечной ткани не имеют волокон, расположенных в виде саркомеров. Следовательно, гладкая ткань не имеет бороздок.Однако миоциты гладкой мускулатуры содержат миофибриллы, которые содержат пучки миозиновых и актиновых филаментов. Нити вызывают сокращение, когда они скользят друг по другу, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {8} \).

Функции гладкой мускулатуры

В отличие от поперечно-полосатой мышцы, гладкая мышца может выдерживать очень длительные сокращения. Гладкая мышца также может растягиваться и при этом сохранять свою сократительную функцию, чего не может сделать поперечно-полосатая мышца. Внеклеточный матрикс, секретируемый миоцитами, увеличивает эластичность гладких мышц. Матрикс состоит из эластина, коллагена и других эластичных волокон. Способность растягиваться и при этом сокращаться — важный атрибут гладких мышц в таких органах, как желудок и матка (рис. \ (\ PageIndex {9} \)), которые должны значительно растягиваться, поскольку они выполняют свои обычные функции.

В следующем списке указано, где находится много гладких мышц, а также указаны некоторые их специфические функции.

• Стенки желудочно-кишечного тракта (например, пищевода, желудка и кишечника), перемещающие пищу по тракту за счет перистальтики.
• Стенки дыхательных путей дыхательных путей (например, бронхов), контролирующие диаметр проходов и объем воздуха, который может проходить через них
• Стенки органов мужского и женского репродуктивного тракта; в матке, например, выталкивая ребенка из матки в родовые пути
• Стенки структур мочевыделительной системы, включая мочевой пузырь, позволяют мочевому пузырю расширяться, чтобы он мог удерживать больше мочи, а затем сокращаться по мере выделения мочи.
• Стенки кровеносных сосудов, контролирующие диаметр сосудов и тем самым влияющие на кровоток и кровяное давление
• Стенки лимфатических сосудов, выдавливающие жидкость, называемую лимфой, по сосудам.
• Радужная оболочка глаз, контролирующая размер зрачков и тем самым количество света, попадающего в глаза
• Arrector pili в коже, поднимая волосы в волосяных фолликулах в дерме.

Сердечная мышца

Сердечная мышца находится только в стенке сердца. Его еще называют миокардом. Как показано на рисунке \ (\ PageIndex {10} \), миокард заключен в соединительные ткани, включая эндокард внутри сердца и перикард снаружи сердца.Когда сердечная мышца сокращается, сердце бьется и качает кровь. Сокращения сердечной мышцы непроизвольные, как и сокращения гладких мышц. Они управляются электрическими импульсами от специализированных клеток сердечной мышцы в области сердечной мышцы, называемой синоатриальным узлом.

Как и скелетная мышца, сердечная мышца имеет поперечно-полосатую форму, потому что ее волокна расположены в виде саркомеров внутри мышечных волокон. Однако в сердечной мышце миофибриллы разветвлены под неправильными углами, а не расположены параллельными рядами (как в скелетных мышцах).Это объясняет, почему ткани сердца и скелетных мышц выглядят по-разному.

Клетки сердечной мышечной ткани организованы в взаимосвязанные сети. Такое расположение обеспечивает быструю передачу электрических импульсов, которые стимулируют практически одновременное сокращение клеток. Это позволяет клеткам координировать сокращения сердечной мышцы.

Сердце — это мышца, которая выполняет наибольший объем физической работы за всю жизнь. Хотя выходная мощность сердца намного меньше максимальной выходной мощности некоторых других мышц человеческого тела, сердце непрерывно выполняет свою работу в течение всей жизни без отдыха.Сердечная мышца содержит множество митохондрий, которые производят АТФ для получения энергии и помогают сердцу сопротивляться усталости.

Характеристика: Человеческое тело в новостях

Человеческое сердце развивается в результате последовательности событий, которые контролируются посредством взаимодействия между различными типами клеток, включая клетки, которые станут миокардом (сердечная мышца, формирующая стенку сердца), и клетки, которые станут эндокардом (соединительная ткань, которая покрывает внутреннюю поверхность миокарда).Если связь между клетками нарушена, это может привести к различным порокам сердца, таким как гипертрофия сердца или аномальное увеличение сердечной мышцы. Гипертрофия сердца приводит к тому, что сердце со временем утолщается и ослабевает, поэтому оно менее способно перекачивать кровь. В конце концов может развиться сердечная недостаточность, в результате чего в легких и конечностях скапливается жидкость.

Аномальная клеточная коммуникация — это механизм, с помощью которого мутация, называемая PTPN11, приводит к гипертрофии сердца при заболевании, называемом NSML (синдром Нунана с множественными лентиго).Новое исследование, проведенное учеными из медицинского центра Beth Israel Deaconess в Бостоне, определило, какой тип клеточных аномалий приводит к NSML. В ходе исследования ученые сконструировали модели мышей для экспрессии мутации PTPN11 по мере их развития. Исследователи манипулировали моделями мышей так, чтобы мутация проявлялась только в клетках, которые у некоторых мышей разовьются в миокард. Напротив, у других мышей мутация экспрессировалась только в клетках, которые могли развиться в эндокард.Неожиданно гипертрофия сердца произошла только у мышей, которые экспрессировали мутацию в эндокардиальных клетках, а не в клетках миокарда, которые долгое время считались пораженными клетками. Результаты исследования указывают на потенциальные цели для лечения NSML. Они также могут помочь ученым понять причины других сердечных заболеваний, которые встречаются гораздо чаще, чем NSML.

Обзор

1. Что такое мышечная ткань?

2. Где находится скелетная мышца и какова ее общая функция?

3.Почему многие скелетные мышцы работают в парах?

4. Опишите строение скелетной мышцы.

5. Соотнесите структуру мышечных волокон с функциональными единицами мышц.

6. Почему в тканях скелетных мышц поперечно-полосатая?

7. Сравните и сопоставьте медленно сокращающиеся и быстро сокращающиеся волокна скелетных мышц.

8. Где находится гладкая мышца? Что контролирует сокращение гладких мышц?

9. Сравните и сопоставьте гладкие мышцы и поперечно-полосатые мышцы (например, скелетные мышцы).

10. Где находится сердечная мышца? Что контролирует его сокращения?

11. Ткани сердечной и скелетной мускулатуры имеют поперечнополосатую форму, но внешне они отличаются друг от друга. Почему?

12. Сердечная мышца меньше и менее мощна, чем некоторые другие мышцы тела. Почему сердце — это мышца, которая выполняет наибольший объем физической работы в жизни? Как сердце сопротивляется переутомлению?

13. Расположите следующие единицы внутри скелетной мышцы в порядке от наименьшего к наибольшему: пучок; саркомер; мышечное волокно; миофибриллы

14.Приведите один пример соединительной ткани, которая находится в мышцах. Опишите одну из его функций.

15. Верно ли: волокна скелетных мышц — это клетки с множеством ядер.

Узнать больше

Вы можете узнать больше о трех типах мышечной ткани, посмотрев это видео Khan Academy:

11 функций мышечной системы: схемы, факты и структура

Мышечная система включает более 600 мышц, которые работают вместе, чтобы обеспечить полноценное функционирование тела.

В теле есть 3 типа мышц:

Скелетная мышца

Скелетные мышцы — единственные мышцы, которыми можно сознательно управлять. Они прикреплены к костям, и сокращение мышц вызывает движение этих костей.

Любое сознательное действие человека предполагает задействование скелетных мышц. Примеры таких действий включают бег, жевание и письмо.

Гладкая мышца

Гладкая мышца выстилает внутреннюю часть кровеносных сосудов и органов, таких как желудок, также известна как висцеральная мышца.

Это самый слабый тип мышц, но он играет важную роль в перемещении пищи по пищеварительному тракту и поддержании кровообращения по кровеносным сосудам.

Гладкие мышцы действуют непроизвольно и не могут контролироваться сознательно.

Сердечная мышца

Сердечная мышца, расположенная только в сердце, перекачивает кровь по всему телу.Сердечная мышца стимулирует собственные сокращения, которые формируют наше сердцебиение. Сигналы нервной системы контролируют скорость сокращения. Этот тип мышц сильный и действует непроизвольно.

Основные функции мышечной системы следующие:

1. Подвижность

Основная функция мышечной системы — обеспечивать движение. Когда мышцы сокращаются, они способствуют грубому и тонкому движению.

Грубое движение относится к большим, скоординированным движениям и включает:

Тонкое движение включает в себя меньшие движения, например:

• письмо
• разговор
• выражение лица

За этот тип действий обычно отвечают меньшие скелетные мышцы. .

Большая часть мышечных движений тела находится под сознательным контролем. Однако некоторые движения рефлексивны, например, отдергивание руки от источника тепла.

2. Стабильность

Мышечные сухожилия растягиваются над суставами и способствуют стабильности суставов. Мышечные сухожилия в коленном и плечевом суставах имеют решающее значение для стабилизации.

Основные мышцы — это мышцы живота, спины и таза, они также стабилизируют тело и помогают при выполнении таких задач, как поднятие тяжестей.

3. Осанка

Скелетные мышцы помогают удерживать тело в правильном положении, когда кто-то сидит или стоит. Это называется позой.

Хорошая осанка зависит от сильных гибких мышц. Жесткие, слабые или напряженные мышцы способствуют неправильной осанке и неправильному расположению тела.

Длительная неправильная осанка приводит к боли в суставах и мышцах в плечах, спине, шее и других местах.

4. Кровообращение

Сердце — это мышца, которая перекачивает кровь по всему телу.Движение сердца находится вне пределов сознательного контроля, и оно автоматически сокращается при стимуляции электрическими сигналами.

Гладкие мышцы артерий и вен играют дополнительную роль в кровообращении по всему телу. Эти мышцы поддерживают кровяное давление и кровообращение в случае кровопотери или обезвоживания.

Они расширяются, чтобы увеличить кровоток во время интенсивных упражнений, когда организму требуется больше кислорода.

5. Дыхание

Дыхание задействует диафрагму.

Диафрагма — это куполообразная мышца, расположенная ниже легких. Когда диафрагма сжимается, она толкается вниз, в результате чего грудная полость становится больше. Затем легкие наполняются воздухом. Когда мышца диафрагмы расслабляется, она выталкивает воздух из легких.

Когда кто-то хочет дышать глубже, ему требуется помощь других мышц, в том числе мышц живота, спины и шеи.

6. Пищеварение

Гладкие мышцы желудочно-кишечного тракта или желудочно-кишечного тракта контролируют пищеварение. Желудочно-кишечный тракт простирается ото рта до ануса.

Пища движется по пищеварительной системе волнообразным движением, которое называется перистальтикой. Мышцы стенок полых органов сокращаются и расслабляются, вызывая это движение, которое выталкивает пищу через пищевод в желудок.

Верхняя мышца желудка расслабляется, позволяя пище проникнуть, в то время как нижние мышцы смешивают частицы пищи с желудочной кислотой и ферментами.

Переваренная пища перемещается из желудка в кишечник по перистальтике. Отсюда сокращается больше мышц, чтобы вывести пищу из организма в виде стула.

7. Мочеиспускание

Мочевыделительная система включает гладкие и скелетные мышцы, в том числе:

• мочевой пузырь
• почки
• половой член или влагалище
• простата
• мочеточники
• уретра

мышцы и нервы должны работать вместе, чтобы удерживать и выводить мочу из мочевого пузыря.

Проблемы с мочеиспусканием, такие как плохой контроль мочевого пузыря или задержка мочи, вызваны повреждением нервов, передающих сигналы мышцам.

8. Роды

Гладкие мышцы матки расширяются и сокращаются во время родов. Эти движения проталкивают ребенка через влагалище. Кроме того, мышцы тазового дна помогают направлять голову ребенка по родовым путям.

9. Зрение

Шесть скелетных мышц вокруг глаза контролируют его движения. Эти мышцы работают быстро и точно и позволяют глазу:

• поддерживать стабильное изображение
• сканировать окружающее пространство
• отслеживать движущиеся объекты

Если кто-то испытывает повреждение глазных мышц, это может ухудшить его зрение.

10. Защита органов

Мышцы туловища защищают внутренние органы спереди, по бокам и сзади тела. Кости позвоночника и ребра обеспечивают дополнительную защиту.

Мышцы также защищают кости и органы, поглощая удары и уменьшая трение в суставах.

11. Регулировка температуры

Поддержание нормальной температуры тела — важная функция мышечной системы. Почти 85 процентов тепла, которое человек производит в своем теле, происходит от сокращения мускулов.

Когда температура тела падает ниже оптимального уровня, скелетные мышцы увеличивают свою активность, выделяя тепло. Дрожь — один из примеров этого механизма. Мышцы кровеносных сосудов также сокращаются, чтобы поддерживать тепло тела.

Температуру тела можно вернуть в нормальный диапазон за счет расслабления гладких мышц кровеносных сосудов. Это действие увеличивает кровоток и высвобождает избыточное тепло через кожу.

Вспомогательные системы | Биология для майоров II

Опишите мышечную, скелетную и покровную системы

Этот набор систем тела был сгруппирован как «системы поддержки».Помните, что это не жесткая категоризация: эти системы сгруппированы вместе, чтобы помочь вам организовать обучение. Эти системы поддержки обеспечивают структуру (и поддержку!) Вашего тела: ваши мышцы, скелет и кожу.

Цели обучения

• Определить структуру и функцию мышечной системы
• Определить структуру и функцию скелетной системы
• Определить структуру и функцию покровной системы

Мышечная система

Мышечная система — это биологическая система человека, которая производит движение.Мышечная система позвоночных контролируется нервной системой, хотя некоторые мышцы, например сердечная, могут быть полностью автономными. Мышца — это сократительная ткань, происходящая из мезодермального слоя эмбриональных половых клеток. Его функция — создавать силу и вызывать движение, локомоцию или движение во внутренних органах. Мышечные сокращения в значительной степени происходят без осознанного мышления и необходимы для выживания, например, сокращение сердца или перистальтика, которые проталкивают пищу через пищеварительную систему.Произвольное сокращение мышц используется для движения тела и может точно контролироваться, например, движениями пальцев или грубыми движениями, такими как бицепсы и трицепсы.

Рисунок 1. Структура мышц

Мышца состоит из мышечных клеток (иногда называемых «мышечными волокнами»). Внутри клеток находятся миофибриллы; миофибриллы содержат саркомеры, состоящие из актина и миозина. Отдельные мышечные клетки выстланы эндомизием. Мышечные клетки связаны перимизием в пучки, называемые пучками.Эти пучки затем группируются вместе, образуя мышцы, и выстилаются эпимизием. Мышечные веретена распределены по мускулам и обеспечивают сенсорную обратную связь с центральной нервной системой.

Скелетная мышца, которая включает мышцы скелетной ткани, состоит из отдельных групп (рис. 1). Пример — двуглавая мышца плеча. Связан сухожилиями с отростками скелета. Напротив, гладкие мышцы встречаются на разных уровнях почти в каждом органе, от кожи (в которой она контролирует эрекцию волос на теле) до кровеносных сосудов и пищеварительного тракта (в которых она контролирует калибр просвета и перистальтику, соответственно).

В теле человека около 640 скелетных мышц. Вопреки распространенному мнению, количество мышечных волокон нельзя увеличить с помощью упражнений; вместо этого мышечные клетки просто становятся больше. Однако считается, что миофибриллы обладают ограниченной способностью к росту за счет гипертрофии и расщепляются, если к ним предъявляется повышенный спрос. В теле есть три основных типа мышц: гладкие, сердечные и скелетные (см. Рисунок 2). Хотя они во многом различаются, все они используют актин, скользящий по миозину, для сокращения и расслабления мышц.В скелетных мышцах сокращение стимулируется каждой клеткой нервными импульсами, которые высвобождают ацетилхолин в нервно-мышечном соединении, создавая потенциалы действия вдоль клеточной мембраны. Все скелетные мышцы и многие сокращения гладких мышц стимулируются связыванием нейромедиатора ацетилхолина. На мышечную активность приходится большая часть потребления энергии организмом. Мышцы накапливают энергию для собственного использования в виде гликогена, который составляет около 1% от их массы. Гликоген может быстро превращаться в глюкозу, когда требуется больше энергии.

Типы

Рис. 2. Гладкомышечные клетки не имеют бороздок, в отличие от клеток скелетных мышц. Клетки сердечной мышцы имеют бороздки, но, в отличие от многоядерных скелетных клеток, имеют только одно ядро. Ткань сердечной мышцы также имеет вставные диски, специализированные области, проходящие вдоль плазматической мембраны, которые соединяются с соседними клетками сердечной мышцы и помогают передавать электрический импульс от клетки к клетке.

• Гладкая мышца или «непроизвольная мышца» состоит из веретенообразных мышечных клеток, находящихся в стенках органов и структур, таких как пищевод, желудок, кишечник, бронхи, матка, мочеточники, мочевой пузырь и кровеносные сосуды.Гладкомышечные клетки содержат только одно ядро ​​и без бороздок.
• Сердечная мышца также является «непроизвольной мышцей», но имеет поперечно-полосатую структуру и внешний вид. Как и гладкие мышцы, клетки сердечной мышцы содержат только одно ядро. Сердечная мышца находится только в сердце.
• Скелетная мышца или «произвольная мышца» прикрепляется сухожилиями к кости и используется для обеспечения движения скелета, например, передвижения. Клетки скелетных мышц многоядерные, с периферическими ядрами.Скелетные мышцы называются «поперечнополосатыми» из-за того, что под световым микроскопом они выглядят как продольные. Функции скелетной мышцы включают:
  • Опора кузова
  • Помощь в движении костей
  • Помогает поддерживать постоянную температуру по всему телу
  • Помогает в движении сердечно-сосудистых и лимфатических сосудов посредством сокращений
  • Защита внутренних органов и обеспечение стабильности суставов

Сердечные и скелетные мышцы имеют поперечнополосатую форму, поскольку они содержат саркомеры и упакованы в очень регулярные группы пучков; гладкие мышцы не имеют ни того, ни другого.Поперечно-полосатая мышца часто используется короткими интенсивными импульсами, тогда как гладкая мышца выдерживает более длительные или даже почти постоянные сокращения.

Скелетные мышцы делятся на несколько подтипов:

1. Тип I, медленный окислительный, медленно сокращающийся , или «красная» мышца, плотная с капиллярами и богатая митохондриями и миоглобином, придающими мышечной ткани характерный красный цвет. Он может переносить больше кислорода и поддерживать аэробную активность.
2. Тип II, быстро сокращающийся , мышцы делятся на три основных типа, которые в порядке увеличения скорости сокращения:
   1. Тип IIa, который, как и медленные мышцы, является аэробным, богат митохондриями и капиллярами и кажется красным.
   2. Тип IIx (также известный как тип IId), который менее плотен в митохондриях и миоглобине. Это самый быстрый тип мышц у человека. Он может сокращаться быстрее и с большей силой, чем окислительная мышца, но может выдерживать только короткие анаэробные всплески активности, прежде чем мышечное сокращение станет болезненным (что часто объясняется накоплением молочной кислоты). N.B. в некоторых книгах и статьях эта мышца у людей была названа типом IIB
   , что сбивает с толку.
   3. Тип IIb, анаэробная, гликолитическая, «белая» мышца, еще менее плотная по митохондриям и миоглобину.У мелких животных, таких как грызуны или кролики, это основной быстрый тип мышц, объясняющий бледный цвет их мяса.

Для большинства скелетных мышц сокращение происходит в результате сознательного усилия, исходящего из головного мозга. Мозг посылает сигналы в виде потенциалов действия через нервную систему к двигательному нейрону, который иннервирует мышечное волокно. Однако некоторые мышцы (например, сердце) не сокращаются в результате сознательного усилия. Они считаются автономными.Кроме того, не всегда необходимо, чтобы сигналы исходили из мозга. Рефлексы — это быстрые бессознательные мышечные реакции, возникающие из-за неожиданных физических раздражителей. Потенциалы действия для рефлексов возникают не в головном, а в спинном мозге.

Существует три основных типа мышечных сокращений, соответствующих типам мышц: сокращения скелетных мышц, сокращения сердечной мышцы и сокращения гладких мышц.

Скелетная система

Рисунок 3.Части длинной кости.

Скелетная система не только помогает обеспечить движение и поддержку, но также служит местом хранения кальция и неорганических солей и источником клеток крови. В теле взрослого человека 206 костей самых разных форм и размеров. В основном есть 4 типа костей, классифицируемых по форме:

• Длинные кости имеют продольную ось (рис. 3).
• Короткие кости имеют короткую продольную ось и имеют форму куба.
• Плоские кости тонкие и изогнутые, как некоторые кости черепа.
• Кости неправильной формы часто встречаются группами и имеют различные формы и размеры.

Обратите внимание на длинный стержень или диафиз в середине кости. Диафиз содержит компактную кость, окружающую медуллярную полость, содержащую костный мозг. На обоих концах находится эпифиз, содержащий губчатую или губчатую кость. Эпифизарная линия — это остаток пластинки роста. Эпифизы также содержат гиалиновый хрящ для образования суставов с другими костями. Кость окружает мембрана, называемая надкостницей.Надкостница содержит кровеносные сосуды и клетки, которые помогают восстанавливать и восстанавливать кости.

В костях также есть 2 типа костной ткани в разном количестве. Компактная кость (иногда называемая кортикальной костью) очень плотная. Губчатая кость (иногда называемая губчатой ​​костью) больше похожа на трабекулярный матрикс (рис. 4). Он обнаруживается в центральных областях некоторых костей черепа или на концах (эпифизах) длинных костей. Клетки, образующие кость (остеоциты), получают питательные вещества путем диффузии.

Обратите внимание на губчатый вид костно-губчатой ​​кости.Кортикальная кость расположена у краев кости и более плотная.

Рисунок 4. Трабекулярная и кортикальная кость бедренной кости. (Фото Брюса Форсиа).

Костная структура

Рисунок 5. Гаверсова система.

Компактная кость организована в соответствии со структурными единицами, называемыми гаверсовскими системами или остеонами (рис. 5). Они расположены вдоль силовых линий и выстраиваются вдоль длинной оси кости. Гаверсовы системы соединены вместе и образуют взаимосвязанную структуру, которая обеспечивает поддержку и прочность костей.

Гаверсовские системы содержат центральный канал (гаверсовский канал), по которому проходят кровеносные сосуды и нервы. Кость откладывается по концентрическим кольцам, называемым ламелями. Вдоль ламелей есть небольшие отверстия, называемые лакунами. Лакуны содержат жидкость и костные клетки, называемые остеоцитами. Во всех направлениях от лакун расходятся небольшие каналы, называемые каналикулами. Системы Гаверса связаны между собой серией более крупных каналов, называемых каналами Фольксмана (перфорирующими каналами).

Костные клетки

В кости есть 3 основных типа клеток.Остеобласты подвергаются митозу и выделяют вещество, которое действует как каркас кости. Как только это вещество (называемое остеоидом) выделяется, минералы могут откладываться и образовывать затвердевшие кости. Остеобласты реагируют на определенные гормоны образования костей, а также на физический стресс. Остеоциты — это зрелые остеобласты, которые не могут делиться путем митоза (рис. 6).

Рис. 6. Остеоциты — это зрелые остеобласты, расположенные в лакуне. Они окружены костным матриксом.

Остеоциты располагаются в лакунах.Остеокласты способны деминерализовать кость. Они высвобождают кальций из костей, чтобы сделать его доступным для организма в зависимости от потребностей организма.

Костный мозг

Костный мозг находится в костномозговой полости длинных костей и в некоторых губчатых костях. Есть 2 вида кабачков. Красный костный мозг содержится в костях младенцев и детей. Его называют красным, потому что он содержит большое количество красных кровяных телец. У взрослых красный костный мозг заменяется желтым. Его называют желтым, потому что он содержит большую долю жировых клеток.Желтый костный мозг снижает его способность образовывать новые эритроциты. Однако не все кости взрослого человека содержат желтый костный мозг. Следующие кости по-прежнему содержат красный костный мозг и вырабатывают эритроциты:

• Проксимальный конец плечевой кости
• Ребра
• Тела позвонков
• Таз
• Бедренная кость

Скелет

Каркас разделен на 2 части: аксиальный и аппендикулярный (рис. 7). Осевой скелет включает череп, позвоночник, грудную клетку и крестец и обозначен синим цветом на рисунке 7.Аппендикулярный скелет обозначен красными метками.

Рисунок 7. Каркас.

Видеообзор

Это видео дает еще одно введение в систему скелета:

Покровная система

Покровная система состоит из кожи, волос, ногтей, подкожной клетчатки под кожей и различных желез. Наиболее очевидной функцией покровной системы является защита, которую кожа обеспечивает нижележащим тканям.Кожа не только задерживает попадание большинства вредных веществ, но и предотвращает потерю жидкости.

Основная функция подкожной клетчатки — соединение кожи с нижележащими тканями, такими как мышцы. Волосы на коже головы обеспечивают защиту головы от холода. Волосы на ресницах и бровях защищают глаза от пыли и пота, а волосы в ноздрях не позволяют пыли попадать в носовые полости. Ногти защищают кончики пальцев рук и ног от механических травм. Ногти позволяют пальцам поднимать мелкие предметы.

В покровной системе есть четыре типа желез: потовые (потовые), сальные, серные и молочные железы. Все это экзокринные железы, секретирующие материалы вне клеток и тела. Судоносные железы — это железы, производящие пот. Они важны для поддержания температуры тела. Сальные железы — это сальные железы, которые помогают подавлять бактерии, сохраняют водонепроницаемость и предотвращают высыхание волос и кожи. Керуминозные железы производят ушную серу, которая сохраняет эластичность наружной поверхности барабанной перепонки и предотвращает ее высыхание.Молочные железы производят молоко.

Кожа

В зоологии и дерматологии кожа — это орган покровной системы, состоящий из слоя тканей, которые охраняют нижележащие мышцы и органы. Как интерфейс с окружающей средой, он играет важнейшую роль в защите от патогенов. Его другие основные функции — изоляция и регулирование температуры, ощущение и синтез витаминов D и B. Кожа считается одной из важнейших частей тела.

Кожа имеет пигментацию, известную как меланин, которая обеспечивается меланоцитами.Меланин поглощает часть потенциально опасного излучения солнечного света. Он также содержит ферменты репарации ДНК, которые обращают вспять УФ-повреждение, и люди, у которых нет генов этих ферментов, страдают от рака кожи. Одна из форм, преимущественно вызываемых ультрафиолетовым излучением, злокачественная меланома, является особенно инвазивной, вызывая быстрое распространение и часто может быть смертельной. Пигментация кожи человека разительно различается в зависимости от населения. Иногда это приводило к классификации людей по цвету кожи.

Поврежденная кожа будет заживать путем образования рубцовой ткани, что часто приводит к обесцвечиванию и депигментации кожи.

Кожу часто называют «самым большим органом человеческого тела». Это относится к внешней поверхности, так как она покрывает тело и имеет наибольшую площадь поверхности среди всех органов. Более того, это относится к весу, так как он весит больше, чем любой отдельный внутренний орган, составляя около 15 процентов веса тела. У среднего взрослого человека площадь поверхности кожи составляет от 1.5–2,0 квадратных метра, большая часть толщиной 2–3 мм. В среднем квадратный дюйм кожи содержит 650 потовых желез, 20 кровеносных сосудов, 60 000 меланоцитов и более тысячи нервных окончаний.

Использование натуральной или синтетической косметики для улучшения внешнего вида лица и состояния кожи (например, контроль пор и очищение кожи головы) широко распространено во многих культурах.

Слои

Кожа состоит из двух основных слоев, состоящих из разных тканей и выполняющих очень разные функции.

Кожа состоит из эпидермиса и дермы . Ниже этих слоев находится гиподерма или подкожный жировой слой , который обычно не классифицируется как слой кожи.

Рис. 8. Кожа состоит из двух основных слоев: эпидермиса, состоящего из плотно упакованных эпителиальных клеток, и дермы, состоящей из плотной нерегулярной соединительной ткани, в которой находятся кровеносные сосуды, волосяные фолликулы, потовые железы и другие структуры. Под дермой находится гиподерма, которая состоит в основном из рыхлой соединительной и жировой ткани.

Внешний эпидермис состоит из многослойного плоского ороговевающего эпителия с подлежащей базальной мембраной. Он не содержит кровеносных сосудов и питается за счет диффузии из дермы. Основным типом клеток, составляющих эпидермис, являются кератиноциты, также присутствуют меланоциты и клетки Лангерганса. Эпидермис можно далее подразделить на следующие слоев (начиная с самого внешнего слоя): роговой, просветный, гранулезный, шиповидный, базальный. Клетки образуются путем митоза в самых внутренних слоях.Они продвигаются вверх по слоям, изменяя форму и состав по мере дифференциации, вызывая экспрессию новых типов кератиновых генов. В конечном итоге они достигают рогового слоя и отслаиваются (шелушение). Этот процесс называется кератинизацией и происходит в течение примерно 30 дней. Этот слой кожи отвечает за удержание воды в организме и предотвращение проникновения других вредных химикатов и патогенов.

Кровеносные капилляры находятся под дермой и связаны с артериолой и венулой.Сосуды артериального шунта могут обходить сеть в ушах, носу и на кончиках пальцев.

Дерма лежит ниже эпидермиса и содержит ряд структур, включая кровеносные сосуды, нервы, волосяные фолликулы, гладкие мышцы, железы и лимфатическую ткань. Он состоит из рыхлой соединительной ткани, иначе называемой ареолярной соединительной тканью, в которой присутствуют коллаген, эластин и ретикулярные волокна. Мышцы-эректоры, прикрепленные между волосяным сосочком и эпидермисом, могут сокращаться, в результате чего волосяное волокно вытягивается вертикально, что приводит к появлению мурашек по коже.Основными типами клеток являются фибробласты, адипоциты (жировые отложения) и макрофаги. Сальные железы — это экзокринные железы, вырабатывающие смесь липидов и воскообразных веществ: смазывающее, водонепроницаемое, смягчающее и антибактерицидное действие — это одни из многих функций кожного сала. Потовые железы открываются через канал к коже через поры.

Дерма состоит из волокнистой соединительной ткани неправильной формы, состоящей из волокон коллагена и эластина. Его можно разделить на сосочковых и ретикулярных слоев.Сосочковый слой является крайним наружным и простирается в эпидермис, снабжая его сосудами. Он состоит из рыхлых волокон. Папиллярные гребни составляют линии рук, оставляющие нам отпечатки пальцев. Ретикулярный слой более плотный и переходит в гиподерму. Он содержит основную массу структур (например, потовых желез). Сетчатый слой состоит из неравномерно расположенных волокон и сопротивляется растяжению.

Гиподерма не является частью кожи и расположена ниже дермы.Его цель — прикрепить кожу к подлежащей кости и мышцам, а также снабдить ее кровеносными сосудами и нервами. Он состоит из рыхлой соединительной ткани и эластина. Основные типы клеток — фибробласты, макрофаги и адипоциты (гиподерма содержит 95% жира). Жир служит подкладкой и изоляцией для тела.

Функции

1. Защита: Кожа создает анатомический барьер между внутренней и внешней средой при защите организма; Клетки Лангерганса кожи являются частью иммунной системы
2. Ощущение: кожа содержит множество нервных окончаний, которые реагируют на тепло, холод, прикосновение, давление, вибрацию и повреждение тканей
3. Регулировка тепла: кожа снабжена кровью, которая намного превышает ее потребности, что позволяет точно контролировать потерю энергии за счет излучения, конвекции и теплопроводности.Расширенные кровеносные сосуды увеличивают перфузию и потерю тепла, в то время как суженные сосуды значительно уменьшают кожный кровоток и сохраняют тепло. Мышцы, выпрямляющие пили, важны у животных.

Волосы

У людей три разных типа волос:

• Лануго, тонкие непигментированные волосы, покрывающие почти все тело плода, хотя к моменту рождения ребенка большая их часть была заменена на пушковые.
• Веллус — короткие пушистые волосы на теле «персикового пуха» (также не пигментированные), которые растут в большинстве мест на теле человека.Хотя он встречается у представителей обоих полов и составляет большую часть волос у детей, у мужчин пушковый процент гораздо меньше (около 10%), тогда как у женщин 2/3 пушковых волос.
• Терминальные волосы, полностью развитые волосы, которые обычно длиннее, грубее, толще и темнее пушковых волос, и часто встречаются в таких областях, как подмышечные впадины, мужская борода и лобок.

Гвозди

Рисунок 9. Части ногтя

Ноготь — важная структура, состоящая из кератина.Ноготь обычно служит двум целям. Он служит защитной пластиной и усиливает ощущение кончика пальца. Защитная функция ногтя широко известна, но не менее важна функция ощущения. На кончике пальца есть множество нервных окончаний, позволяющих нам получать объемы информации об объектах, которых мы касаемся. Гвоздь действует как противодействие кончику пальца, обеспечивая еще больший сенсорный ввод при прикосновении к объекту.

Структура ногтей

Структура, которую мы знаем как ноготь, делится на шесть определенных частей: корень, ногтевое ложе, ногтевая пластина, эпонихий (кутикула), перионихий и гипонихий.

Корень Корень ногтя также известен как зародышевый матрикс. Эта часть ногтя фактически находится под кожей за ногтем и заходит на несколько миллиметров внутрь пальца. Корень ногтя составляет большую часть ногтя и ногтевого ложа. В этой части ногтя нет меланоцитов или клеток, продуцирующих меланин. Край зародышевого матрикса представляет собой белую структуру в форме полумесяца, называемую лунулой.

Ногтевое ложе Ногтевое ложе является частью матрицы ногтя, называемой стерильной матрицей.Он простирается от края зародышевого матрикса или лунулы до гипонихия. Ногтевое ложе содержит кровеносные сосуды, нервы и меланоциты или клетки, продуцирующие меланин. Поскольку ноготь образуется из корня, он стекает вниз по ногтевому ложу, добавляя материал к нижней поверхности ногтя, делая его толще. Для нормального роста ногтей важно, чтобы ногтевое ложе было гладким. В противном случае ноготь может расколоться или образоваться бороздки, которые могут быть непривлекательными с косметической точки зрения.

Ногтевая пластина Ногтевая пластина представляет собой ноготь, сделанный из полупрозрачного кератина.Розовый цвет ногтя обусловлен кровеносными сосудами под ногтем. На нижней поверхности ногтевой пластины есть бороздки по длине ногтя, которые помогают прикрепить его к ногтевому ложу.

Эпонихий Кутикула ногтя также называется эпонихием. Кутикула расположена между кожей пальца и ногтевой пластиной, сплавляя эти структуры вместе и обеспечивая водонепроницаемую преграду.

Perionychium Perioncyhium — это кожа, которая покрывает ногтевую пластину по бокам.Он также известен как паронихиальный край. Перионихий — это место заусенцев, вросших ногтей и кожной инфекции, называемой паронихией.

Гипонихий Гипонихий — это область между ногтевой пластиной и кончиком пальца. Это соединение между свободным краем ногтя и кожей кончика пальца, которое также является водонепроницаемым барьером.

Сальники

Потовые железы

Рис. 10. Эккриновые железы представляют собой спиральные железы в дерме, выделяющие пот, в основном состоящий из воды.

У человека есть два типа потовых желез, которые сильно различаются как по составу пота, так и по его назначению.

Эккрин (он же мерокрин)

Эккринные потовые железы — экзокринные железы, распределенные по всей поверхности тела, но особенно много их на ладонях рук, подошвах стоп и на лбу. Они производят пот, который состоит в основном из воды (99%) с различными солями. Основная функция — регулирование температуры тела.

Эккриновые потовые железы представляют собой спиральные трубчатые железы, ведущие непосредственно к самому поверхностному слою эпидермиса (вне слоя кожи), но проникающие во внутренний слой кожи (слой дермы). Они распространены почти по всей поверхности тела у людей и многих других видов, но отсутствуют у некоторых морских и пушных видов. Потовые железы контролируются симпатическими холинергическими нервами, которые контролируются центром в гипоталамусе. Гипоталамус непосредственно воспринимает внутреннюю температуру, а также получает данные от температурных рецепторов на коже и изменяет выделение пота, наряду с другими процессами терморегуляции.

Эккринный пот человека состоит в основном из воды с различными солями и органическими соединениями в растворе. Он содержит незначительное количество жирных веществ, мочевины и других отходов. Концентрация натрия колеблется в пределах 35–65 ммоль / л и ниже у людей, акклиматизированных в жаркой среде. Пот других видов обычно отличается по составу.

Апокрин

Апокриновые потовые железы развиваются только в период раннего и среднего полового созревания (примерно в возрасте 15 лет) и выделяют больше, чем обычно, количество пота в течение примерно месяца, а затем регулируют и выделяют нормальное количество пота через определенный период времени. Апокриновые потовые железы производят пот, содержащий жирные вещества. Эти железы в основном находятся в подмышечных впадинах и вокруг области гениталий, и их активность является основной причиной запаха пота из-за бактерий, которые расщепляют органические соединения пота из этих желез. Эмоциональный стресс увеличивает выработку пота апокринными железами, а точнее: пот, уже присутствующий в канальцах, вытесняется. Апокриновые потовые железы, по сути, служат ароматическими железами.

Сальные железы

Рис. 11. Волосяные фолликулы берут начало в эпидермисе и состоят из множества различных частей.

сальных желез — это железы, обнаруженные в коже млекопитающих. Они выделяют маслянистое вещество под названием кожный жир (латинское, что означает жир или жир ), которое состоит из жира (липидов) и остатков мертвых жировых клеток. У людей эти железы расположены по всей коже, за исключением ладоней рук и подошв ног.Кожный жир защищает волосы и кожу от влаги, защищает их от высыхания, ломкости и растрескивания. Он также может подавлять рост микроорганизмов на коже.

Сальные железы обычно находятся в покрытых волосами областях, где они соединены с волосяными фолликулами, чтобы откладывать кожный жир на волосах и переносить его на поверхность кожи вдоль стержня волоса. Структура, состоящая из волоса, волосяного фолликула и сальной железы, также известна как волосистая единица , . Сальные железы также находятся в безволосых участках губ, век, полового члена, малых половых губ и сосков; здесь кожный жир достигает поверхности через протоки.В железах кожный жир вырабатывается специализированными клетками и высвобождается по мере их разрыва; Таким образом, сальные железы классифицируются как голокринные железы.

Кожное сало без запаха, но его бактериальное расщепление может вызывать запах. Кожный жир является причиной того, что у некоторых людей волосы становятся «жирными», если их не мыть в течение нескольких дней. Ушная сера частично представляет собой кожный жир, как и слизисто-гнойные выделения, сухое вещество, скапливающееся в уголках глаза после сна.

Состав кожного сала варьируется от вида к виду; в организме человека липид состоит из примерно 25% сложных моноэфиров парафина, 41% триглицеридов, 16% свободных жирных кислот и 12% сквалена.

Активность сальных желез увеличивается в период полового созревания из-за повышенного уровня андрогенов.

Сальные железы участвуют в таких кожных заболеваниях, как акне и волосяной кератоз. Закупорка сальной железы может привести к образованию кисты сальной железы. Изотретиноин, отпускаемый по рецепту, значительно снижает количество кожного сала, вырабатываемого сальными железами, и используется для лечения акне. Чрезмерное использование (до 10 раз предписанного врачом количества) анаболических стероидов культуристами для предотвращения потери веса, как правило, стимулирует сальные железы, что может вызвать прыщи.

Сальные железы человеческого плода in utero выделяют вещество, называемое vernix caseosa, «восковое» или «сырное» белое вещество, покрывающее кожу новорожденных.

Препуциальные железы мышей и крыс представляют собой большие модифицированные сальные железы, вырабатывающие феромоны.

Сернистые железы

Рис. 12. Человеческая ушная сера влажного типа на ватном тампоне.

Ушная сера , также известная под медицинским термином серу , представляет собой желтоватое восковое вещество, выделяемое в слуховой проход человека и многих других млекопитающих.Он играет жизненно важную роль в ушном канале человека, помогая очищать и смазывать его, а также обеспечивает некоторую защиту от бактерий, грибков и насекомых. Избыточная или поврежденная серная проба может давить на барабанную перепонку и / или закупорить наружный слуховой проход и ухудшить слух.

Производство, состав и разные виды

Серная пыльца образуется во внешней трети хрящевой части слухового прохода человека. Это смесь вязких секретов сальных желез и менее вязких выделений модифицированных апокриновых потовых желез.

Различают два различных генетически детерминированных типа ушной серы — влажный тип, который является доминирующим, и сухой тип, который является рецессивным. Азиаты и коренные американцы чаще имеют сухой тип серы (серая и чешуйчатая), тогда как кавказцы и африканцы чаще имеют влажный тип (от медово-коричневого до темно-коричневого и влажного). Церуменный тип использовался антропологами для отслеживания моделей миграции людей, например, инуитов.

Различие в типе серы прослеживается до единственного изменения основания (однонуклеотидный полиморфизм) в гене, известном как «ген АТФ-связывающей кассеты C11».Эта мутация не только влияет на тип серной серы, но и снижает выработку потоотделения. Исследователи предполагают, что уменьшение потоотделения было полезно для предков жителей Восточной Азии и коренных американцев, которые, как считается, жили в холодном климате.

Функция

Очистка. Очистка слухового прохода происходит в результате «конвейерной ленты» процесса миграции эпителия, чему способствует движение челюсти. Клетки, сформированные в центре барабанной перепонки, мигрируют наружу от пупка (со скоростью, эквивалентной росту ногтей) к стенкам слухового прохода и ускоряются к входу в слуховой проход.Серу из канала также выводится наружу, унося с собой любую грязь, пыль и твердые частицы, которые могли собраться в канале. Движение челюсти способствует этому процессу, удаляя мусор, прикрепленный к стенкам слухового прохода, увеличивая вероятность его экструзии.

Смазка. Смазка предотвращает высыхание и зуд кожи внутри слухового прохода (известный как астеатоз , ). Смазывающие свойства возникают из-за высокого содержания липидов в кожном сале, вырабатываемом сальными железами.По крайней мере, в серу влажного типа эти липиды включают холестерин, сквален и многие длинноцепочечные жирные кислоты и спирты.

Антибактериальные и противогрибковые свойства. В то время как исследования, проводившиеся до 1960-х годов, обнаружили мало доказательств, подтверждающих антибактериальную роль серной кислоты, более поздние исследования показали, что серная пыль обеспечивает некоторую бактерицидную защиту от некоторых штаммов бактерий. Было обнаружено, что церумен эффективно снижает жизнеспособность широкого спектра бактерий (иногда до 99%), включая Haemophilus influenzae , Staphylococcus aureus и многие варианты Escherichia coli .Рост двух грибов, обычно присутствующих при отомикозе, также значительно подавлялся серной пылью человека. Эти противомикробные свойства обусловлены главным образом наличием насыщенных жирных кислот, лизоцима и, особенно, относительно низким pH серной кислоты (обычно около 6,1 у нормальных людей).

Молочные железы

Молочные железы — это органы, вырабатывающие у самок млекопитающих молоко для пропитания молодняка. Эти экзокринные железы представляют собой увеличенные и модифицированные потовые железы и характерны для млекопитающих, давших этому классу название.

Структура

Рис. 13. Поперечный разрез груди женщины.

Основными компонентами молочной железы являются альвеолы ​​ (полые полости размером несколько миллиметров), выстланные секретирующими молоко эпителиальными клетками и окруженные миоэпителиальными клетками. Эти альвеолы ​​соединяются, образуя группы, известные как долек , и каждая долька имеет млечный проток , который стекает в отверстия в соске. Миоэпителиальные клетки могут сокращаться, подобно мышечным клеткам, и, таким образом, выталкивать молоко из альвеол через млечные протоки к соску, где оно собирается в расширениях ( синусов, ) протоков.Сосущий ребенок, по сути, выжимает молоко из этих носовых пазух.