Биологическая функция скелета: Значение скелета: функции и развитие

как она устроена и как она работает

автор: PD Dr. med. Gesche Tallen, erstellt am: 2013/04/12, редактор: Dr. Natalie Kharina-Welke, Переводчик: Dr. Natalie Kharina-Welke, Последнее изменение: 2017/08/30

Тело любого человека опирается на скелет. Можно сказать, что скелет даёт нашему телу опору изнутри. А сам скелет состоит более чем из 200 костей. Разные кости отличаются друг от друга в зависимости от того, где именно в организме они находятся и какую работу они должны выполнять.

Работа, которую выполняют наши кости, разнообразна:

• В любом движении нашего организма участвуют кости. Вместе с мышцами, суставами и связками они дают нам возможность передвигаться.
• Кости защищают наши внутренние органы. Под защитой костей черепа, например, находится головной мозг, а рёбра защищают сердце и лёгкие.
• Кроме того красный костный мозг‎ – это источник клеток крови, в нём вырастают лейкоциты, эритроциты и тромбоциты. То есть костный мозг – это то место, которое отвечает за наше кроветворение.
• У костей есть ещё одна важная функция. Они накапливают кальций‎ и фосфор‎. И поэтому играют важную роль в обмене этих минеральных веществ организме человека.

Скелет взрослого человека более окостенелый. А у детей и подростков скелет состоит также из хрящевой ткани. Её количество зависит от возраста ребёнка. Большая часть взрослого костного скелета развилась из хрящей. Хрящи постепенно в процессе роста человека заменяются костями.

Замена хрящей на кости начинается уже во внутриутробном периоде развития ребёнка, то есть у эмбриона возрастом 6 недель. Этот процесс продолжается, пока человеку не исполнится 20 лет. Пока не произошло полное окостенение, клетки должны делиться много раз, чтобы наши кости росли в длину и в толщину. Поэтому на этом этапе появляется вероятность того, что может произойти какой-то сбой. Например, из клетки в клетку может передаться неправильная наследственная информация, или, наоборот, часть генетической информации может потеряться.

В таком случае клетка‎ может злокачествеено измениться (то есть мутировать), и в результате появляется злокачественная опухоль кости, то есть рак кости.

Чтобы лучше понимать такую болезнь как остеосаркома, и почему её лечат именно так, как написано в протоколе, нужно иметь представление о том, что такое наши кости, из чего они состоят и как они работают. Именно для этого мы составили этот информационный блок. Он не претендует на абсолютную полноту. Но он достаточно просто объясняет основные знания современной медицины.

Конспект урока по биологии Тема урока«Строение и функции скелета человека

Конспект урока по биологии

Тема урока«Строение и функции скелета человека»

Цель:организовать деятельность учащихся по изучению строения и функций скелета человека. Развивать умение сравнивать, анализировать и делать выводы, самостоятельно работать с текстом и рисунками учебника; распознавать части опорно-двигательного аппарата. Воспитывать интерес к изучению строения организма человека, ответственное отношение о сохранении и укреплении здоровья.

Задачи:

1.Обучающая: раскрыть значение скелета, указать опорную, защитную и двигательную функцию.

2.Развивающая: Формировать умения работать с текстом учебника, находить и выделять нужную информацию, развить мыслительные способности учащихся.

3.ВоспитательнаяФормировать в потребности в здоровом образе жизни.

Метод обучения: словесный и сопутствующие ему практический и наглядный.

Тип урока: комплексное применение знаний и способов деятельности

Оборудование: Муляж скелета, плакаты, декальцинированные кости.

План урока:

б)Скелет головы

4

в)Скелет туловища

4

1

г) Скелет верхней конечности

4

д) Скелет нижней конечности

5

2

5. Закрепление изученного материала.

9

а) Биологические примеры «Строение скелета человека»

7

б) Задание № 104 в рабочей тетради

2

6. Итог урока

.

2

7. Домашнее задание

1

8. Рефлексия.

1

Ход урока

1. Введение в ситуацию урока.

-Приветствие

-Проверка готовности

-А теперь сделаем установку на активную и плодотворную работу на уроке. Повторяем вместе:

«Я способен!

Я со всем справлюсь!

Мне нравится учиться!

Я хороший ученик!

Я хочу много знать!

Я буду много знать!»

-Сообщение темы и целей урока.

— Прочитайте тему урока.

Исходя из темы урока, поставьте перед собой цель на урок. (Изучить строение и функции скелета человека)

2. Проверка домашнего задания.

а) Фронтальный опрос «Кости скелета»

— На предыдущем уроке мы изучали отдельные элементы скелета человека – кости. Давайте проверим, как вы усвоили данный материал.

— Возьмите лежащие на столах карточки желтого цвета и в течение 15 секунд продумайте ответ на вопрос. Отвечаем по номеру карточки.

1. Из чего состоит опорно-двигательный аппарат?

2. Чем образован скелет?

3. Какие функции выполняет скелет?

4. Каков химический состав костей?

5. Какая ткань образует кость?

6. Какие бывают кости?

7. Как устроено губчатое вещество кости?

8. Что такое надкостница?

9. Как кости растут в длину?

10. Как кости растут в толщину?

11. Какие бывают соединения костей?

12. Что такое шов?

13. Где встречается непрерывное полуподвижное соединение костей?

14. Что такое сустав?

15. Какое строение имеет сустав?

16. Что способствует уменьшению терния суставов?

б) Задание по карточкам.

— Теперь возьмите карточки розового цвета и вставьте пропущенные слова в тексте, на выполнение данного задания вам отводится 2 мин.

Опорно-двигательный аппарат состоит из ……………… и …………….

Скелет образован ………………….., хрящами, связками, …………………

Он выполняет ……………………. и …………………. функции. Различают ……………………., ……………………….. и …………………… кости. Соединения костей могут быть …………………………….. и …………………………. Рост костей в толщину осуществляется за счет деления клеток ……………………………., в длину — за счет клеток …………….. между телом и концами кости.

— Поставили прочерки, проверяем с ответами на экране.

Выставьте оценки:

«5» — 0 — 1 ошибка

«4» — 3 – 4 ошибки

«3» — 5 – 7 ошибок

Более 8 ошибок прочитайте еще раз текст с. 100 – 107.

3. Активизация опорных знаний.

а) Работа с рисунком «Кости скелета»

— На экране вы видите изображение скелета человека, цифрами обозначены кости. Задание по номерам ваших карточек вы должны дать название кости.

б) Найди ошибку «Соединение костей»

На слайде изображение соединения костей. Задание – найдите ошибку.

4. Изучение нового материала.

а)Вступительное слово учителя о строении скелета человека.

б)Скелет головы.

— Прослушайте информацию на экране и выполните задание в рабочей тетради с. 65 № 100. Учитель указывает носовую и скуловую кости.

— Проверка с изображением на экране.

в)Скелет туловища. (Работа в парах)

— Изучив текст учебника с. 109 – 110, заполнить пропуски в таблице в карточке

Отделы

— шт

Ребра — пар

Грудной — шт

— шт

— шт

Копчиковый — шт

— Проверка с опорой на слайд. Поточный опрос учащихся в парах.

Занимательная минутка: Самый большой объем груди – 315 см – был зафиксирован у американского супертяжеловеса Роберта Хьюза, вес которого составлял – 485 кг при росте 184 см. У мужчин среднего роста – не превышает 140 см.

Физкультминутка для глаз: На экране будут появляться цифры, вы должны будите вслух сказать какому отделу туловища они относятся: 4-5 (копчиковый), 12 (грудной), 7 (шейный), 12 пар (ребра), 5 (поясничный, крестцовый), 33-34 (позвоночник), 1 (грудина).

— Объяснение учителя о строении позвонков с опорой на слайд.

Ответить на вопросы:

— Какова функция позвоночника? (Защитную и опорную)

— Сколько всего позвонков в позвоночнике? (33-34)

— Каково значение изгибов позвоночника? (Благодаря изгибам смягчаются толчки при ходьбе, беге, прыжках предохраняя головной мозг и внутренние органы от сотрясений)

— Какова функция грудной клетки? (Защитная, служит местом прикрепления дыхательных мышц и мышц верхних конечностей)

Физкультминутка «Релаксация»: шейный отдел, плечевой пояс, нижние конечности.

г) Скелет верхней конечности и скелет нижней конечности (Работа в группах)

1 группа — верхняя конечность.

2 группа – нижняя конечность.

— Задание с опорой на материал учебника с. 110 – 112 выполнить задание в рабочей тетради № 102 с. 66 – 67.

— Проверка: участники каждой группы должны назвать по одной кости конечности.

Занимательная минутка: Самая длинная ступня – около 60 см – принадлежала великану Мохаммеду Алан Чана (рост 233 см) из Пакистана. Он носил обувь 86 размера.

Самое малое число пальцев на ногах – 2 – встречается у некоторых людей из африканских племен вадамо и каланга. Их называют «страусиными людьми»

Физкультминутка. Я называю кости скелета человека. Если кость входит в строение черепа – круговые вращения головы; туловище – наклоны вперед; верхняя конечность – поднятие рук вверх, нижняя конечность – присесть.

Кости: Лучевая, лобная, грудина, тазовая, теменная, позвонок, ключица, бедренная.

5. Закрепление.

а) Биологические примеры «Строение скелета человека» (Работа в группах)

Задание: из предложенных табличек составить верные биологические примеры.

1 группа:

Скелет = череп + скелет туловища + скелет верхних конечностей + скелет нижних конечностей

Скелет головы = мозговой отдел + лицевой отдел

Мозговой отдел черепа = 1 лобная кость + 1 затылочная кость + 1 клиновидная кость + 1 решетчатая + 2 теменные + 2 височные

Лицевой отдел черепа = 2 скуловые кости + 2 верхнечелюстные + 2 носовые + 2 слезные + 1 нижнечелюстная + 1 подъязычная.

2 группа

Скелет туловища = позвоночник + грудная клетка

Позвоночник = 7 шейных позвонков + 12 грудных + 5 поясничных + 5 крестцовых + 5 копчиковых

Грудная клетка = 12 пар грудных позвонков + 12 пар рёбер + грудина

Скелет конечности = пояс конечности + скелет свободных конечностей

3 группа

Пояс верхних конечностей = 2 лопатки + 2 ключицы

Скелет свободной верхней конечности = 1 плечевая кость + 2 кости предплечья + кости кисти

Пояс нижних конечностей = 2 тазовые кости + крестец

Скелет свободной нижней конечности = 1 бедренная кость + 2 кости голени + кости стопы.

Проверяет правильность составления примеров с ответами на экране.

б) Задание № 104 в распечатках

6. Итог. Анализ работы, выставление оценок.

— Какую цель мы ставили в начале урока?

— Достигли мы её?

— Кто нет? Почему?

7. Д\З: 1 группа – заполнить таблицу «Сравнительная характеристика скелета человека и млекопитающего»

2 группа – подготовка сообщений на тему «Заболевания опорно-двигательного аппарата»

8. Рефлексия.

— Сейчас вы должны будите оценить свою работу и самочувствие на уроке. Для этого при выходе прикрепите стикер розового цвета – если вы на уроке чувствовали себя не комфортно, сковано, или зеленого цвета – если – чувствовали себя хорошо на любую из трех ступеней: 1 ступень обозначает – что вы усвоили хорошо весь материал, 2 ступень – заинтересовались изучаемым материалом, но имеются пробелы в знаниях, 3 — вам нужна еще помощь в изучении данного материал.

Палитра знаний: Опорно-двигательная система

1. Механические функции скелета:

— Опорная – определяет форму тела, является вместилищем для внутренних органов, к нему прикрепляются мышцы

2. Биологические функции скелета:

— Минеральный обмен – в костях содержится большое количество минеральных солей

— Кроветворение – красный костный мозг образует форменные элементы крови

3. Механические функции мышц

4. Механические функции связочного аппарата:

Мышц в организме человека 600.

Соединение костей. Скелет взрослого человека включает более 200 костей, которые соединены между собой. Соединения могут быть неподвижными, подвижными или полуподвижными (рис. 46).

Рис. 46. Типы соединения костей

Подвижные соединения костей называют суставами, например тазобедренный, коленный, локтевой суставы. На одной из костей, сочленяющихся в суставе, обычно находится ямка — суставная впадина, в которую входит чаще всего соответствующая ей по форме головка другой из сочленяющихся костей. Впадина и головка покрыты слоем гладкого хряща, облегчающего вместе с суставной жидкостью скольжение головки во впадине при движениях в суставе концов сочленяющихся костей (рис. 47).

Рис. 47. Строение сустава

Кости, образующие суставы, соединяются очень прочными связками. Сверху сустав покрыт суставной капсулой. В суставной полости находится суставная жидкость. Хрящи, связки, суставную сумку относят к соединительной ткани. Полуподвижные соединения костей, имеющие хрящевые прокладки, называют полусуставами. Примером полуподвижного соединения может быть соединение позвонков в позвоночном столбе.

Скелет головы — череп состоит из мозгового и лицевого отделов (рис. 48).

Рис. 48. Скелет головы

Мозговой отдел черепа образован прочно и неподвижно соединенными между собой костями. Это парные теменные и височные кости и непарные лобная и затылочная кости. В височной кости находится отверстие наружного слухового прохода. Нижняя поверхность затылочной кости имеет большое затылочное отверстие, через которое полость черепа соединяется с позвоночным каналом. В костях основания черепа также есть мелкие отверстия, через которые в головной мозг проходят черепно-мозговые нервы и кровеносные сосуды. У взрослого человека мозговой отдел черепа больше лицевого, что связано с развитием головного мозга.

Лицевой отдел черепа состоит из 15 костей. Все они, кроме нижней челюсти, соединены между собой неподвижно. Самые крупные кости лицевого черепа — верхняя и нижняя челюсти, в их ячейках расположены корни зубов.

Скелет туловища образован позвоночником (позвоночный столб) и грудной клеткой. Позвоночник (рис. 49) состоит из 33—34 коротких костей — позвонков. Каждый позвонок имеет тело, дугу и несколько отростков (рис. 49, а). Позвонки расположены друг над другом. Между позвонками находятся прослойки упругой хрящевой ткани, обеспечивающие гибкость позвоночника. Внутри позвоночника в позвоночном канале расположен спинной мозг.

Рис. 49. Строение позвонка (а) и отделы позвоночника (б)

Позвоночник человека включает 7 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 сросшихся крестцовых и 4—5 копчиковых позвонков. Соответственно, выделяют шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый отделы позвоночника.

Грудная клетка (рис. 50, а, б) образована 12 ю парами ребер и грудиной спереди и позвонками сзади. С каждым грудным позвонком сочленена одна из 12-ти пар ребер. Сочленение ребер с позвонками позволяет изменять их положение: приподниматься во время вдоха и опускаться во время выдоха. При этом изменяется объем грудной клетки.

Рис. 50, а. Скелет человека, вид спередиРис. 50, б. Скелет человека, вид сзади

Скелет конечности состоит из скелета свободной конечности и скелета пояса конечности.

Пояс верхних конечностей (рис. 50, а, б) включает парные кости: две ключицы и две лопатки, они образуют скелет плечевого пояса. К нему подвижно прикрепляется скелет свободной верхней конечности. Он состоит из костей плеча, предплечья и кисти.

Пояс нижних конечностей (рис. 50, а, б) образуют две массивные плоские тазовые кости, которые сзади прочно сращены с крестцом, а спереди неподвижно соединены между собой, образуя костное кольцо внутри которого находится тазовая полость. Скелет свободной нижней конечности состоит из массивной бедренной кости, костей голени и стопы. Во впадину каждой из тазовых костей входит шаровидная головка бедренной кости.

Кости верхних и нижних конечностей соединены между собой подвижно. Конечности обеспечивают передвижение человека в пространстве, действуя при этом как сложные системы рычагов.

Особенности скелета человека, связанные с прямохождением и трудовой деятельностью.Несмотря на то, что скелет человека имеет те же отделы, что и скелет животного, в них имеются существенные отличия, связанные с прямохождением и изменением положения центра тяжести (рис. 51). Позвоночник животного, перемещающегося на четырех ногах, не имеет тех изгибов, которые характерны для скелета человека. Грудная клетка человека расширена в горизонтальном направлении (справа налево), а у животного в этом же направлении сужена.

Рис. 51. Расположение центра тяжести тела обезьяны и человека

Рука приспособлена для осуществления самых разнообразных движений: от тончайших, например, при игре на музыкальном инструменте или вязании кружев, до грубых (силовых спортивных движений, колки дров и др. ). Все отделы руки человека соединены подвижно, что позволяет делать большой размах при осуществлении движений. Особенно подвижны кисть и пальцы. Большой палец кисти противостоит всем остальным, что очень важно при осуществлении хватательных движений.

На строение скелета нижних конечностей повлияло прямохождение. Кости пояса нижних конечностей, соединяясь между собой, образуют чашу, являющуюся основанием и опорой для расположенных в ней внутренних органов. Так как кости нижних конечностей несут на себе всю тяжесть тела, то они плотнее и толще костей рук. Стопа у человека сводчатая (рис. 52), что позволяет смягчать толчки тела при ходьбе, беге и прыжках.

Рис. 52. Кости стопы человека

Пот материалам сайтов http://blgy.ru/

Биология для студентов — 04. Скелет, как система органов защиты, опоры и движения

Функции, выполняемые скелетом, можно разделить на две большие группы:

• механические функции,
• биологические функции.

Механические функции:

• защитная,
• опорная,
• локомоторная,
• рессорная.

Биологические функции скелета связаны с участием его в обмене веществ. Кости – это депо минеральных солей кальция и фосфора. 99 % всего кальция находится в костях. При недостатке в пище солей кальция компенсация их в организме осуществляется за счет кальция костей. Кости скелета также принимают участие в кроветворении. Красный костный мозг, находящийся в них вырабатывает:

• эритроциты,
• зернистые формы лейкоцитов,
• кровяные пластинки.

В кроветворной функции участвует не только костный мозг, но и кости в целом. Усиленная мышечная деятельность, оказывая влияние на кость, способствует и улучшению кроветворения.

Основной структурно-функциональной единицей скелета является кость. Основной тканью в кости является костная ткань. Так же имеется:

• плотная соединительная ткань, образующая оболочку кости, покрывающую ее снаружи,
• рыхлая соединительная ткань, одевающая сосуды,
• хрящевая, покрывающая концы костей или образующая зоны роста,
• ретикулярная ткань – основа костного мозга,
• элементы нервной ткани – нервы и нервные окончания.

В состав скелета входит 206 костей – 85 парных и 36 непарных. Кости составляют примерно 18 % веса тела.

Кость состоит из двух видов химических веществ:

• неорганических (вода и соли в основном кальция),
• органических.

Органическое вещество кости называется оссеином. В свежей кости около 50 % воды, 22 % солей, 12 % оссеина и 16 % жира. Каждая кость снаружи покрыта соединительнотканной оболочкой – надкостницей, в которой различают два слоя: наружный и внутренний. Надкостница богата сосудами и нервами.

За надкостницей находится компактное (плотное) вещество кости, а далее губчатое вещество, состоящее из отдельных костных перекладин, располо­женных в виде сетки так, что между ними образуются ячейки – полости пластинок.

 

1– эпифиз; 2 – метафиз; 3 – апофиз; 4 – губчатое вещество; 5 – диафиз; 6 – компактное вещество; 7 – костномозговая полость.

Кости в организме человека связаны между собой в единое целое. Характер их соединения определяется функциональными условиями: в одних частях скелета движения между костями выражены больше, в других – меньше. Соединения костей можно представить в виде трех основных типов.

Различают:

• непрерывные соединения – синартрозы,
• прерывные – диартрозы,
• полупрерывные – гемиартрозы (полусуставы).

 

Непрерывными называются соединениями костей, при которых между костями нет перерыва, они связаны сплошной прослойкой ткани.

Прерывные соединения – это такие, когда между соединяющимися костями имеется перерыв – полость.

Суставы разделяются на простые и сложные. В простых суставах соединяются только две кости, в сложных – три и более.

По форме суставных поверхностей различают:

• шаровидные (с разновидностью – ореховидным суставом),
• эллипсовидные,
• седловидные,
• цилиндрические,
• блоковидные,
• плоские суставы.

По количеству осей вращения:

• трехосные (шаровидные и ореховидные), с тремя осями вращения,
• двуосные (эллипсовидные и седловидные ), с двумя осями вращения,
• одноосные (блоковидные и цилиндрические ) – с одной осью вращения.

Плоские суставы осей вращения не имеют, в них возможно лишь небольшое скольжение костей по отношению друг к другу. Чем больше осей вращения в суставе, тем больше в нем подвижность и разнообразнее движения, но крепость и прочность меньше.

Два или несколько самостоятельных суставов, движения в которых происходят одновременно, называются комбинированными. Полость двухкамерных суставов разделяется внутрисуставным хрящом (диском) на две части (камеры).

 

ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА НА ЕГО СКЕЛЕТ — NovaUm.Ru

ВЛИЯНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА НА ЕГО СКЕЛЕТ

Биологические науки

Быстров Дмитрий Сергеевич

---

Ключевые слова: СКЕЛЕТ; СТРОЕНИЕ СКЕЛЕТА; НЕГАТИВНЫЕ ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ; SKELETON; SKELETON STRUCTURE; THE NEGATIVE FACTORS OF THE EXTERNAL ENVIRONMENT.

---

Аннотация: В статье раскрыты факторы современной жизни, негативно влияющие на скелет человека.

Человек 21 века круто изменил свою жизнь. Сейчас у нас есть все, о чем мы когда-то мечтали. Несомненно, это очень большой плюс современной жизни человека. Но, как и у всего, у современной жизни есть обратная сторона. Она оказывает очень разрушительное воздействие на наш организм.

Одним из самых страдающих органов является скелет человека. Скелет — это совокупность костей, играющие пассивную опорную роль. На скелете, по сути, держится весь наш организм. К нему прикрепляются мышцы, двигающие части нашего тела и органы, помогающие нам функционировать.

Скелет выполняет целый ряд функций:
1. Опорно-двигательная. Она заключает в себе две функции, что часто объединяют вместе – это опорная и двигательная. Опорная функция скелета прослеживается в том, что скелет выступает опорой, каркасом для всего тела. Скелет держит на себе все остальное тело: ткани, органы, сосуды и т.д.

Двигательная функция заключается в осуществлении передвижения человеческого тела и его органов в пространстве. Скелет, связки и мышцы обеспечивают нашему телу подвижность и гибкость.

2. Защитная. Скелет выступает как щит, обеспечивая безопасность внутренней полости тела и органов. Он защищает от механических повреждений: ударов, порезов, падений, ушибов и т.д.

3. Формообразующая. Человека как двуногого прямоходящего двурукого гуманоида мы знаем благодаря скелету. Он является формирующим фактором для определения формы и размера тела. Все животные отличаются друг от друга и от человека, благодаря различному строению скелета.

Скелет растет вместе с организмом человека. Если при рождении наш рост составляет от 40 до 60 сантиметров, то в момент смерти он может быть от полутора метров до 3 – 4 метров в среднем (так же допустимы и другие значения, но это происходит в результате вмешательства).

4. Кроветворная. В губчатом веществе костей происходит формирование красных кровяных телец. Оно получило название – костный мозг. Также костный мозг выполняет иммунную функцию. В добавок можно упомянуть тот факт, что внутри костного вещества содержится большое количество недифференцированных стволовых клеток, изучение которых активно идет на данный момент.

5. Обменная. Так же скелет человека является источником жизненно необходимого кальция и фтора и целого ряда других микроэлементов, без которых невозможно нормальное функционирование человеческого организма.

Это лишь часть функций, выполняемых скелетом человека, но они самые важные из всего списка и пропустить из при рассмотрении скелета просто нельзя.

Так какое же влияние современная жизнь оказывает на скелет человека? Ответ очевиден. Самое негативное. В наше время человек привык быть окруженным всеми благами цивилизации, и он стал мало сил прикладывать к поддержанию нормального состояния организма.

Нас постоянно окружает целый перечень вредных факторов.

В современном рационе питания среднестатистического человека увеличилась концентрация сахара и соленого.

Превышение нормы употребления сахара и так оказывает целый ряд негативных последствий, но также является одним из факторов болезней, связанных с недостатком витаминов группы B и кальция. Эти микроэлементы необходимы для нормального развития человеческого скелета. Кальций обеспечивает рост и крепость костей. При понижении уровня кальция кости становятся очень ломкими, и шанс переломов возрастает. Без должного уровня кальция вред наноситься не только скелету, а также сердечно-сосудистой и нервной системах.

Соль оказывает схожий эффект на организм человека. Чрезмерное употребления соли приводит к тому, что она вытесняет другие полезные микроэлементы из крови. Тем самым кости лишаются необходимых элементов, что приводит к ухудшению качеств кости как при повышенном употреблении сахара.

Не допустить этого можно простым ограничением приема сахара и соли, и придерживаем диеты. Занятия спортом тоже могут помочь с приведением в норму уровня сахара или соли в организме.

Рассмотрим другой аспект жизни человека. С самого юного возраста мы учимся. Сначала в детском саду потом в школе затем в колледже, техникуме или же в университете с институтами. Все это занимает не один десяток лет. Учебный процесс заключается в длительном пребывании за партой.

Не имея возможности встать и размяться, провести ряд упражнений направленные на восстановление осанки, наш позвоночник начинает понемногу изменяться. Еще несколько десятков лет назад мы не знали о таких заболевания как: кифоз, лордоз, сколиоз. А сейчас они стали обыденностью. Нет такого молодого человека что не страдал бы одним из перечисленных заболеваний.

Но не только учебный процесс приводит к такому заболеванию. После учебы мы идем на работу. И если у нас будет сидячая работа, то нам так же не избежать искривления позвоночника.

Так же с появлением компьютерной техники, мы все чаще стали проводить время сидя дома в неудобных позах. Частый сидячий образ жизни приносит нам большой вред. Пока мы растем наш позвоночник очень податлив. Сидя сгорбившись за партой или же за столом дома, мы наносим гигантский вред своему позвоночнику и внутренним органам.

Это лишь два самых важных фактора что наносят нам вред, а их очень много. Все они в большой или меньшей степени негативно влияют на наш организм и скелет, в частности.

Но можно избежать их воздействия. Самым легким способом будет соблюдать режим питания. Контроль за употребляемыми продуктами поможет держать наш организм в порядке. Занятия спортом также окажутся полезными. Правильная физическая нагрузка поможет нам с осанкой и выведением лишнего сахара и соли из организма. Но не стоит злоупотреблять спортом. Неправильно подобранные или выполняемые упражнения нанесут еще больший вред: начиная переломом и вывихом, заканчивая грыжей. Но современная тенденция направленна на то, что спорт мало популярен в массах. И пока такая тенденция будет главенствовать в мире, количество людей с проблемами, связанными с костями будет расти в прогрессии.

---

Список литературы

1. Анатомия человека – учеб. для студентов вузов / М.М. Курепина, А.П. Ожигова, А.А. Никитина. // – М: Гуманитар. Изд. Центр ВЛАДОС, 2010. – 383 с.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Скелет (анатомия человека): обзор, функции и структура

Определение скелета

Скелет несущий каркас организм, Это обычно делается из твердого, жесткого ткань это поддерживает форму тела животного и защищает уязвимые органы.

Для животных, обитающих на суше, скелеты также необходимы для поддержки движения, так как при ходьбе и полете полагаться на способность оказывать воздействие на жесткие рычаги, такие как ноги и крылья.

Членистоногие, такие как насекомые, имеют «экзоскелет »- внешнее покрытие из твердого материала, называемое хитин это защищает их внутренние ткани и позволяет им ходить, прыгать и летать.

У позвоночных, таких как люди, есть внутренние скелеты, сделанные из ткани, называемой костью, которая придает конечностям жесткость и защищает жизненно важные органы, такие как сердце а также головной мозг.

Термин «позвоночное», на самом деле, происходит от определенной части внутреннего скелета – «позвонки »- это маленькие кости, которые окружают и защищают спинной мозг, жизненно важную ткань, которая действует как информационный канал между мозгом и остальной частью тела.

Скелеты большинства позвоночных, включая людей, сделаны из костей. Кости представляют собой сложные структуры, состоящие из множества различных типов тканей, которые выполняют как структурные, так и биологические функции.

На изображении ниже показан человеческий скелет с пометкой некоторых наиболее важных групп костей:

Здесь мы поговорим больше о функциях скелета и структурах, функциях и классификациях его костей.

Функция скелета

Для позвоночных, таких как человек, скелет выполняет много важных функций. Некоторые из них имеют прямое отношение к цели всех скелетов – обеспечивать структурную поддержку, защиту и поддержку передвижения. Другие представляют собой биологические функции, не связанные со структурной поддержкой, которые были приняты костными тканями позвоночных с течением времени.

Функции скелета включают в себя:

Структурная поддержка

Скелет служит жизненной цели придания формы животному телу. Некоторые животные, которые живут в воде, такие как осьминог, не имеют скелета. Это возможно, потому что их ткани частично поддерживаются окружающей их водой, которая намного тяжелее воздуха и позволяет плавать некоторым структурам тела животного. Вы заметите, что осьминоги не так хороши на суше!

Для наземных животных очень важно иметь скелет, который борется с силой тяжести, которая в противном случае могла бы препятствовать движению и даже разрушать органы. Вот почему все подвижные наземные животные имеют либо экзоскелет, такой как у насекомых и пауков, либо внутренний скелет, как у людей и других позвоночных.

передвижение

Почти все формы передвижения по суше требуют умения давить жесткими рычагами на окружающую среду. Когда мы идем, кости наших ног – это рычаги, которые оказывают силу на землю, чтобы продвигать нас вперед. Когда птицы летают, их крылья являются рычагами, которые давят на молекулы воздуха, позволяя им двигаться.

Роль костей в передвижении является основной причиной, почему сломанные кости могут быть смертным приговором для животных в дикой природе. Без неповрежденных рычагов, на которые можно давить, животные могут быть неспособны к быстрому движению или вообще вовсе, что в свою очередь лишает их возможности находить пищу или убегать от хищников.

защита

Помимо поддержки структуры тела против силы тяжести и обеспечения возможности передвижения, скелет играет жизненно важную роль в защите важных органов от травм. Некоторые важные защитные кости в организме человека включают в себя:

• Череп – это толстое покрытие кости, защищающее мозг от травм.
• Позвоночный столб – сделанный из «позвонков», от которого «позвоночные» получают свое имя – защищает спинной мозг, который является основным нервным шнуром, который позволяет мозгу связываться с телом.
• Грудная клетка образует защитный барьер вокруг легких и сердца, без которого организм не сможет ее обеспечить. кровь в мозг и скоро умрет.

Тело позвоночного должно идти на компромисс между защитой и мобильностью. Наши нижние органы брюшной полости, такие как кишечник, например, не защищены грудной клеткой. Но это отсутствие твердого покрытия вокруг нашего живот позволяет нам сгибаться, подниматься и сдвигать вес таким образом, который значительно увеличивает нашу мобильность!

Производство клеток крови

У животных с внутренними скелетами кости также выполняют другие жизненно важные биологические функции, которые напрямую не связаны с их ролью в качестве структурной опоры. У людей одна из наиболее важных ролей – это кровь. клетка производство.

Наши кости сделаны из живой ткани. Их наружные ткани жесткие и жесткие, но их внутренние ткани мягкие и служат другим целям. Внутри наших костей – в части, называемой «костный мозг» – можно найти стволовые клетки, которые создают наши красные и белые кровяные клетки.

Без здорового костного мозга наши тела прекратили бы заменять свои клетки крови – и скоро потеряли бы способность транспортировать кислород и бороться с инфекцией!

Вот почему пересадка костного мозга иногда назначается людям с «раком крови». При раке крови, таком как лейкоз, раковые клетки на самом деле происходят из костного мозга. Эти раковые клетки производят большое количество клеток крови, но клетки крови, которые они производят, не работают должным образом.

В результате у людей с раком стволовых клеток, которые продуцируют лейкоциты, может быть очень высокое количество лейкоцитов – но им трудно бороться с инфекцией, потому что эти лейкоциты, вырабатываемые раковыми стволовыми клетками, не работают должным образом.

При трансплантации костного мозга врачи пытаются убить стволовые клетки в собственном костном мозге пациента, а затем заменить часть костного мозга здоровым донором, который может производить здоровые клетки крови.

Место хранения

Кости могут хранить богатые калориями жиры и минералы, которые могут понадобиться другим тканям организма в будущем.

Твердая часть костной ткани богата кальцием, который в чрезвычайных ситуациях организм может высвободить из костей для других целей.

Желтая ткань костного мозга состоит в основном из жира, который может служить хранилищем калорий и питательных веществ.

Ткань красного костного мозга богата железом, необходимым компонентом для эритроцитов. Дефицит железа является распространенной причиной анемии – состояния, при котором недостаточное производство эритроцитов может привести к слабости, усталости, головокружению и даже обмороку.

Эндокринная регуляция

Костные клетки высвобождают гормон называется остеокальцин, который влияет на уровень сахара в крови, накопление жира и мужские половые гормоны.

Высвобождение остеокальцина костными клетками побуждает поджелудочную железу выделять больше инсулина, что приводит к снижению уровня сахара в крови и увеличению потребления сахара клетками. Это также заставляет жировые клетки выделять гормон адипонектин, который стимулирует расщепление жира для получения энергии.

Остеокальцин направляет мужские яички на выработку большего количества тестостерона, а также, как считается, стимулирует организм вырабатывать больше костных клеток.

Сложное взаимодействие между гормонами в организме человека недостаточно изучено. В этом случае возможно, что, вызывая выделение инсулина и расщепление жиров для получения энергии, он может высвобождать дополнительную энергию, которую организм может использовать для роста большего количества костных клеток.

Типы костей

Хотя все кости сделаны из одинаковых тканей, существует несколько различных видов костей, которые имеют разные характеристики и схемы роста, которые позволяют им выполнять свои различные функции в организме человека. Эти:

Длинные кости

Длинные кости – это те, которые играют жизненно важную роль в передвижении и в поддержании нашего веса против силы тяжести. К ним относятся длинные кости рук, ног, кистей и ступней.

Длинные кости существенно удлиняются по мере роста человека и имеют на концах «ростовую пластинку» или «эпифизарную пластинку», где во время роста образуется новая кость.

У детей большинство клеток крови вырабатывается красным костным мозгом в длинных костях. У взрослых большая часть красного костного мозга в длинных костях заменяется желтым костным мозгом, и производство клеток крови происходит главным образом в плоских костях.

Врачи иногда могут определить приблизительный возраст человека, глядя на его эпифизарные пластинки, поскольку они уменьшаются и изменяются по мере старения и прекращения роста человека. Этот подход иногда используется для оценки возраста человека или животного на момент смерти судебно-медицинскими экспертами, археологами и палеонтологами.

Короткие кости

Короткие кости представляют собой кости в форме куба, которые обеспечивают поддержку и подвижность в сложных структурах, таких как запястье и лодыжки.

Наши запястья и лодыжки требуют сложного большого диапазона движений, но также требуют чрезвычайной силы и устойчивости, особенно лодыжки, которые должны выдерживать наш вес.

Чтобы решить эту проблему, тело использует ряд взаимосвязанных кубовидных костей, скрепленных крепкими связками. Они обеспечивают прочную структуру, но также могут быть сдвинуты друг против друга, чтобы вызвать большие или маленькие изменения в форме и положении наших рук и ног.

Плоские кости

Плоские кости служат основной цели защиты важных органов. Эти кости не требуют того же диапазона движения, что и короткие кости, и не претерпевают выраженного роста, как длинные кости.

У взрослых большая часть продукции клеток крови происходит в красном костном мозге плоских костей.

Примерами плоских костей являются череп, грудина, ребра и лопатки, которые защищают наши легкие и сердце от спины.

Нерегулярные кости

Нерегулярные кости – это кости, которые имеют сложные формы, которые позволяют им служить в очень специфических целях. Они часто служат как для защиты внутренних органов, так и для придания структуры организму.

Примеры неправильных костей включают сами позвонки, чья сложная форма позволяет им защищать позвоночник со всех сторон, в то же время позволяя нашим позвоночникам быть подвижными и гибкими.

Тазовый пояс, который защищает некоторые внутренние органы, а также обеспечивает структурную основу для наших ног, является еще одним примером неправильной кости.

Сесамовидные кости

Сезамоидальные кости – это кости, которые встроены в сухожилия и которые обеспечивают дополнительное экранирование и амортизацию для областей тела с высоким напряжением и высоким движением.

Одним из примеров сесамовидных костей является коленная чашечка – маленькая круглая кость, которая покрывает коленную чашечку и защищает сухожилия под ней. Сесамовидные кости также находятся в руках, коленях и ступнях.

Костная структура

Структура костей лучше всего иллюстрируется при взгляде на длинные кости, которые подвергаются наибольшему росту и содержат отчетливые полости для костного мозга. Длинные кости содержат несколько типов тканей, каждый из которых помогает выполнять функции, которые должны выполнять наши кости.

Компактная кость

Компактная кость также называется «кортикальная кость», является твердой внешней оболочкой всех костей. Он состоит из «костной ткани», состоящей из «остеоцитов» или костных клеток.

В костной ткани костные клетки окружены твердой матрицей минералов и белков. Наиболее важным минералом является гидроксиапатит, богатый кальцием и фосфором минерал, также содержащийся в эмали зубов и в некоторых природных породах.

Гидроксиапатит твердый и твердый, но также подвержен разрушению, поэтому он переплетается в компактной костной ткани с коллагеновыми волокнами. Коллаген такой же крепкий, сильный тип белка, который содержится в кожа, В результате получается матрица, которая является твердой и прочной, но также обладает гибкостью и устойчивостью.

Основными структурными единицами кортикальных костей являются «остеоны» – микроскопические цилиндры костной ткани. Через центр каждого цилиндра проходит шнур кровеносных сосудов и нервов.

Эта структура крошечных цилиндров гарантирует, что костные клетки получают кислород и питательные вещества, необходимые для выживания.

Губчатая кость

Губчатая кость также известная как «губчатая кость», является костью, которая имеет «губчатую» структуру, которая состоит из волокон твердой костной ткани, переплетенных с более мягкими тканями, такими как кровеносные сосуды и костный мозг.

Губчатая кость структурно слабее, чем более плотные типы костных тканей, но обеспечивает превосходное место для важных биологических функций, таких как обмен ионов кальция с кровью и производство красных кровяных клеток.

Губчатая кость встречается у концов длинных костей и внутри позвонков.

Суставной хрящ

Суставной хрящ как следует из названия, хрящ – то же самое жесткое, но гибкое вещество, которое составляет наши носы и уши. На концах костей хрящ обеспечивает амортизацию и гибкость, позволяя костям скользить мимо друг друга и позволяя двигаться.

Название «суставной хрящ» происходит от глагола «сочленять», что означает «объединять суставом». Это означает, что две структуры связаны, но могут перемещаться относительно друг друга из-за соединения между ними.

Боль и травма могут возникнуть, когда этот сустав разрушается или изнашивается, в результате чего твердые, жесткие поверхности костей непосредственно трутся друг о друга. Разорванный хрящ в колене – одна из распространенных спортивных травм, которая может возникнуть, когда коленный сустав сильно ударился или сильно вырвался.

В некоторых случаях хирургическое восстановление хряща необходимо, чтобы избежать повреждения твердых наружных оболочек костей ног от непосредственного трения друг о друга.

Эпифизарная пластинка или эпифизарная линия

Как упоминалось выше, «эпифизарный» относится к области кости, где кость может расти, производя новые костные клетки.

У детей и подростков «эпифизарная пластинка» является местом активного роста и образования новой кости; у взрослых затухание этой ростовой ткани исчезает, и остается «эпифизарная линия», показывающая, где когда-то происходил рост. Эти эпифизарные области наиболее очевидны на концах длинных костей, которые подвергаются интенсивному росту в течение всей жизни человека.

Эпифизарная пластинка сделана из хряща – того самого твердого, но гибкого вещества, о котором мы слышали ранее. Кости растут, откладывая слой хряща, а затем используя этот хрящ в качестве матрицы для роста новых костных клеток. Таким образом, рост новой кости начинается гибко, но становится крепким и твердым, а хрящ помогает направлять форму и паттерны роста новых костных клеток.

Мягкие области, которые позволяют рост кости, также могут быть обнаружены в других типах кости, таких как «родничок» черепа. Родничок – это «мягкое место» ребенка глава где мягкие ткани еще не были заменены костными клетками, потому что череп все еще должен обладать гибкостью, чтобы приспособиться к растущему мозгу.

У взрослых родничок, как и эпифизарная пластинка, исчезает, оставляя лишь след своего существования в виде шва, где срослись костные пластинки черепа.

Красный костный мозг

Неудивительно, что красный костный мозг – это место, где производятся эритроциты. Это также сайт производства лейкоцитов и тромбоцитов.

При рождении большая часть костного мозга в организме является красным костным мозгом; с возрастом около половины этого красного костного мозга превращается в желтый костный мозг, оставляя красный костный мозг главным образом вблизи концов длинных костей и внутри плоских костей, таких как таз и грудина.

Эта богатая железом ткань жизненно важна для здоровья всего организма, так как она отвечает за производство транспортных средств, которые переносят кислород к мозгу и другим органам, а также клеток, которые предотвращают инфекцию и борются с ней.

Заболевания, которые разрушают красный костный мозг или делают его неспособным функционировать, могут привести к серьезным осложнениям, включая смерть.

Желтый костный мозг

Желтый костный мозг – это жировая ткань, которая содержит стволовые клетки, которые производят жир, хрящи и кости. Он не продуцирует клетки крови, а скорее функционирует, главным образом, для накопления жира и обеспечения необходимой среды для сохранения здоровья окружающей кости.

В случаях крайней кровопотери или болезни желтый мозг может превратиться в красный мозг, чтобы помочь заменить потерянные клетки крови.

надкостница

Надкостница – это мембрана, которая покрывает внешнюю поверхность костей. Единственным исключением являются суставы длинных костей, которые покрыты хрящевой амортизацией.

Надкостница состоит из соединительной ткани, богатой коллагеном. Он также содержит нервные окончания, которые могут чувствовать боль. Это позволяет надкостнице выполнять двойную цель защиты наших костей, сопротивляясь травме, и информируя нас через боль, когда что-то не так.

Надкостница также является местом роста новой кости костными клетками, называемыми «остеобластами», поскольку кости растут и становятся более толстыми.

Несмотря на то, что остеобласты под надкостницей закладывают новую кость, клетки, называемые «остеокластами», переваривают костную ткань изнутри, расширяя внутреннюю полость, содержащую костный мозг, и предотвращая слишком толстую оболочку кости.

Питательная артерия

Питательная артерия является частью сердечно-сосудистая система отвечает за доставку кислорода, питательных веществ и других жизненно важных материалов к кости.

Эти артерии попадают в кости через каналы, называемые «отверстиями», которые представляют собой отверстия в кости, которые существуют для того, чтобы артерии могли проникать в костную ткань.

От питательной артерии кровеносные сосуды разветвляются до уровня остеонов, где микроскопические кровеносные сосуды проходят через центр крошечных цилиндров костных клеток.

Если питательные артерии заблокированы или повреждены, это может привести к смерти костной ткани и инфекции. Хотя кости могут выглядеть как сплошная, «мертвая» ткань, им требуется, чтобы живые клетки оставались сильными и не становились добычей опасных патогенов.

эндост

Эндост – это мембрана, которая покрывает внутреннюю часть медуллярных полостей кости – полые пространства, которые обычно заполнены костным мозгом.

Эндост очень напоминает надкостницу, состоящую из тонкого слоя очень жесткой волокнистой ткани, которая также содержит нервные клетки.

В периоды голодания организм может поглощать и переваривать эндост, а также часть жира из костного мозга. Это приводит к ослаблению костей, но может помочь организму продолжать функционировать дольше, пока не будут найдены питательные вещества.

Эндост является также местом реабсорбции кости, поскольку кости растут и становятся более толстыми. Для предотвращения того, чтобы твердая оболочка компактной кости стала слишком толстой, костная ткань поглощается и переваривается клетками, называемыми «остеокластами», на внутренней стороне медуллярной полости, в то же время, когда на внешней стороне кости располагаются новые слои, под надкостницей.

Этот оригинальный механизм позволяет костям расти как по длине, так и по толщине, расширяя при этом медуллярную полость в тандеме с ростом компактной костной ткани.

викторина

1. Что из нижеперечисленного НЕ является основной функцией скелета?A. Обеспечивает структурную поддержкуB. Включает движениеC. Очищает токсины от кровиD. Производит клетки крови

Ответ на вопрос № 1

С верно. A, B и D – все жизненно важные функции скелета. Скелет, однако, не очищает кровь; эта функция выполняется печень, почки и селезенка,

2. Что из следующего НЕ является изменением, которое происходит в скелете между рождением и взрослой жизнью?A. Эпифизарные пластинки сжимаются и становятся эпифизарными линиямиB. Около половины красного костного мозга превращается в желтый костный мозгC. Несколько костных пластин в черепе сливаются, в результате чего получается одна твердая костьD. Ни один из вышеперечисленных

Ответ на вопрос № 2

D верно. Все вышеперечисленное – это изменения, которые происходят в человеческом скелете между рождением и взрослой жизнью!

3. Какая из следующих комбинаций неправильно сопоставляет пример кости с ее типом кости?A. Череп – Плоская костьB. Позвонок – Нерегулярная КостьC. Бедренная кость – длинная костьD. Метатарзал – короткая кость

Ответ на вопрос № 3

D верно. Хотя длина их намного короче, чем у бедренной кости или плечевой кости, плюсневые кости – это длинные кости, которые имеют общие структурные характеристики со своими старшими родственниками.

Ссылки

• Грей, Генри. Анатомия человеческого тела. Лондон, Англия, Баунти, 2012.
• Костно-мышечная система / Анатомия, физиология и нарушения обмена веществ. Саммит, Нью-Джерси, Ciba-Geigy, 1987.
• Циммерманн, Ким Энн. «Система скелета : Факты, функции и болезни. » LiveScience, em Закупки, 11 марта 2016 г., www.livescience.com/22537-skeletal-system.html. Доступ 26 июля 2017 г.
• Колледж OpenStax, анатомия и физиология. OpenStax CNX. //cnx.org/contents/[email protected].
• Костный мозг – Что делает костный мозг? //www.medicalnewstoday.com/articles/285666.php
• Стил, Дэвид Джентри и др. Анатомия и биология скелета человека. College Station, Texas A & M University Press, 2007.

Структура и функции скелета человека. Строение скелета

Скелет, фото которого будет представлено далее, являет собой совокупность костных элементов организма. Само слово имеет древнегреческие корни. В переводе термин означает «высушенный». Скелет считается пассивной частью опорно-двигательного аппарата. Развивается он из мезенхимы. Далее рассмотрим подробнее скелет: строение, функции и т. д.

Половые особенности

Прежде чем говорить о том, какие функции выполняет скелет, следует отметить ряд отличительных черт этой части организма. В частности, интерес представляют некоторые половые особенности структуры. Всего насчитывается 206 костей, которые составляют скелет (фото иллюстрирует все его элементы). Практически все соединяются в единое целое посредством суставов, связок и прочих сочленений. Строение скелета мужчин и женщин в целом однотипно. Кардинальные отличия между ними отсутствуют. Однако различия обнаруживаются только в несколько измененных формах либо размерах отдельных элементов и систем, которые они составляют. К наиболее явным различиям, которые имеет строение скелета мужчин и женщин, относят, например, то, что кости пальцев и конечностей у первых несколько длиннее и толще, чему у вторых. При этом бугристости (участки фиксации мускульных волокон) выражены, как правило, сильнее у мужчин. У женщин таз более широкий, а грудная клетка уже. Что касается половых различий в черепе, то они также незначительны. В связи с этим часто специалистам достаточно сложно бывает определить, кому он принадлежит: женщине или мужчине. Вместе с этим у последних надбровные дуги и бугор выпирают сильнее, глазницы отличаются большей величиной, околоносовые пазухи выражены лучше. В мужском черепе костные элементы несколько толще, чем в женском. Переднезадний (продольный) и вертикальный параметры этой части скелета у мужчин больше. Вместительность черепа женщин порядка 1300 см³. У мужчин этот показатель также больше – 1450 см³. Такая разница обусловлена меньшими общими размерами женского тела.

Головной отдел

В скелете различают две зоны. В частности, в нем присутствуют туловищный и головной отделы. Последний, в свою очередь, включает в себя лицевую и мозговую части. Мозговая часть содержит 2 височные, 2 теменные, лобную, затылочную и частично решетчатую кости. В составе лицевого отдела присутствует верхняя челюсть (парная) и нижняя. В их лунках закрепляются зубы.

Позвоночник

В этом отделе различают копчиковые (4-5 шт.), крестцовые (5), поясничные (5), грудные (12) и шейные (7) сегменты. Позвонковые дуги формируют позвоночный канал. Сам столб имеет четыре изгиба. Благодаря этому возможно осуществление косвенной функции скелета, связанной с прямохождением. Между позвонками располагаются эластичные пластинки. Они способствуют улучшению гибкости позвоночника. Появление изгибов столба обуславливается необходимостью смягчать толчки во время передвижения: бега, ходьбы, прыжков. Благодаря этому спинной мозг и внутренние органы не подвергаются сотрясению. Внутри в позвоночнике пролегает канал. Он окружает спинной мозг.

Грудная клетка

В нее входит грудина, 12 сегментов второго отдела позвоночника, а также 12 реберных пар. Первые 10 из них соединяются с грудной костью хрящами, две последние не имеют сочленений с ней. Благодаря грудной клетке возможно выполнение защитной функции скелета. В частности, она обеспечивает сохранность сердца и органов бронхолегочной и частично пищеварительной систем. Сзади реберные пластины имеют подвижное сочленение с позвонками, спереди же (кроме нижних двух пар) соединяются с грудиной посредством гибких хрящей. За счет этого грудная клетка может сужаться либо расширяться при дыхании.

Верхние конечности

В этой части присутствуют плечевые кости, предплечье (локтевой и лучевой элементы), запястье, пять пястных сегментов и пальцевые фаланги. В целом в скелете руки выделяют три отдела. К ним относят кисть, предплечье и плечо. Последний формируется длинной костью. Кисть соединена с предплечьем и состоит из мелких запястных элементов, пясти, формирующей ладонь, а также подвижных гибких пальцев. Прикрепление верхних конечностей к туловищу осуществляется посредством ключиц и лопаток. Они образуют плечевой пояс.

Нижние конечности

В этой части скелета выделяют 2 тазовые кости. Каждая из них включает в себя сросшиеся друг с другом седалищный, лонный и подвздошный элементы. Также к поясу нижних конечностей относят бедро. Оно сформировано соответствующей (одноименной) костью. Этот элемент считается самым крупным из всех в скелете. Также в ноге выделяют голень. В состав этого отдела входят две берцовые кости – большая и малая. Завешает нижнюю конечность стопа. В ее составе несколько костей, наиболее крупной из которых считается пяточная. Сочленение с туловищем осуществляется посредством тазовых элементов. У человека эти кости массивнее и шире, чем у животного. В качестве соединительных элементов конечностей выступают суставы.

Типы сочленений

Их всего три. В скелете кости могут соединяться подвижно, полуподвижно либо неподвижно. Сочленение по последнему типу характерно для черепных элементов (кроме нижней челюсти). Полуподвижно соединяются ребра с грудиной и позвонки. В качестве элементов сочленения выступают связки и хрящи. Подвижное соединение свойственно суставам. Каждый из них имеет поверхность, жидкость, присутствующую в полости, и сумку. Как правило, суставы укрепляются связками. За счет них ограничивается амплитуда движения. Суставная жидкость снижает трение костных элементов при движении.

Какие функции выполняет скелет?

У этой части организма две задачи: биологическая и механическая. В связи с решением последней задачи выделяют следующие функции скелета человека:

1. Двигательная. Эта задача выполняется косвенно, поскольку элементы скелета служат для прикрепления волокон мускулатуры.
2. Опорная функция скелета. Костные элементы и их сочленения составляют остов. К нему прикреплены органы и мягкие ткани.
3. Рессорная. Благодаря наличию суставных хрящей и ряда структурных особенностей (изгибы позвоночника, свод стопы) осуществляется амортизация. В результате исключаются сотрясения и смягчаются толчки.
4. Защитная. В скелете присутствуют костные формирования, за счет которых обеспечивается сохранность важных органов. В частности, череп защищает мозг, грудина – сердце, легкие и некоторые другие органы, позвоночник – спинномозговую структуру.

Биологические функции скелета человека:

1. Кроветворная. В костях расположен костный мозг. Он выступает в качестве источника кровяных клеток.
2. Запасающая. Костные элементы служат депо для большого количества неорганических веществ. К ним, в частности, относят железо, магний, кальций, фосфор. В связи с этим кости участвуют в поддержании стабильного минерального состава внутри организма.

Повреждения

При неправильном положении тела в течение продолжительного периода (к примеру, длительное сидение с наклоненной головой за столом, неудобная поза и прочие), а также на фоне ряда наследственных причин (в особенности в комплексе с погрешностями в питании, недостаточным физическим развитием) может происходить нарушение удерживающей функции скелета. На ранних стадиях это явление можно устранить достаточно быстро. Тем не менее лучше его предотвратить. Для этого специалисты рекомендуют выбирать удобную позу при работе, регулярно заниматься спортом, гимнастикой, плаванием и прочими видами.

Еще одним достаточно распространенным патологическим состоянием считается деформация стопы. На фоне этого явления происходит нарушение двигательной функции скелета. Деформация стопы может возникнуть под влиянием заболеваний, стать следствием травм либо продолжительной перегрузки стопы в процессе роста организма. Под воздействием сильной физической нагрузки может произойти перелом кости. Травма такого типа может быть закрытой или открытой (с раной). Около 3/4 всех переломов приходится на руки и ноги. Основным признаком травмы является сильная боль. Перелом может спровоцировать последующую деформацию кости, нарушение функций отдела, в котором она расположена. При подозрениях на перелом пострадавшему необходимо оказать скорую помощь и госпитализировать. Прежде чем предпринимать какие-либо действия, пациента направляют на рентгенографическое исследование. В ходе диагностики выявляется участок локализации перелома, наличие и смещение обломков костей.

Скелетных систем | Биология для майоров II

Обсудить различные типы костной системы

Скелетная система необходима для поддержки тела, защиты внутренних органов и обеспечения движения организма. Эти функции выполняют три различных конструкции скелета: гидростатический скелет, экзоскелет и эндоскелет.

Цели обучения

• Определите три распространенных конструкции каркаса
• Определить компоненты осевого скелета человека
• Определить компоненты человеческого аппендикулярного скелета

Типы скелетов

Гидростатический каркас

Рисунок 1. Скелет морской звезды с красными шишками ( Protoreaster linckii ) является примером гидростатического скелета. (кредит: «Amada44» / Wikimedia Commons)

Гидростатический каркас представляет собой каркас, образованный заполненным жидкостью отделением внутри тела, называемым целомом. Органы целома поддерживаются водной жидкостью, которая также сопротивляется внешнему сжатию. Этот отсек находится под гидростатическим давлением из-за жидкости и поддерживает другие органы организма.Этот тип скелетной системы встречается у животных с мягким телом, таких как морские анемоны, дождевые черви, книдарии и другие беспозвоночные (рис. 1).

Движение в гидростатическом скелете обеспечивается мускулами, окружающими целому. Мышцы гидростатического скелета сокращаются, чтобы изменить форму целома; давление жидкости в целом производит движение. Например, дождевые черви перемещаются волнами мышечных сокращений скелетных мышц гидростатического скелета стенки тела, называемыми перистальтикой, которые попеременно укорачивают и удлиняют тело. Удлинение тела расширяет передний конец организма. У большинства организмов есть механизм закрепления в субстрате. Укорочение мышц затем вытягивает заднюю часть тела вперед. Хотя гидростатический скелет хорошо подходит для беспозвоночных организмов, таких как дождевые черви и некоторые водные организмы, он не является эффективным скелетом для наземных животных.

Экзоскелет

Рис. 2. Мышцы, прикрепленные к экзоскелету хеллоуинского краба ( Gecarcinus quadratus ), позволяют ему двигаться.

Экзоскелет — это внешний скелет, состоящий из твердой оболочки на поверхности организма. Например, панцири крабов и насекомых — это экзоскелеты (рис. 2). Этот тип скелета обеспечивает защиту от хищников, поддерживает тело и позволяет двигаться за счет сокращения прикрепленных мышц. Как и у позвоночных, мышцы должны пересекать сустав внутри экзоскелета. Укорочение мышцы меняет соотношение двух сегментов экзоскелета.У членистоногих, таких как крабы и омары, экзоскелеты состоят на 30–50 процентов из хитина, полисахаридного производного глюкозы, который является прочным, но гибким материалом. Хитин секретируется клетками эпидермиса. Экзоскелет дополнительно укрепляется за счет добавления карбоната кальция в такие организмы, как лобстер. Поскольку экзоскелет бесклеточный, членистоногие должны периодически сбрасывать свои экзоскелеты, потому что экзоскелет не растет по мере роста организма.

Эндоскелет

Рисунок 3.Скелеты людей и лошадей являются примерами эндоскелетов. (кредит: Росс Мерфи)

Эндоскелет — это скелет, состоящий из твердых минерализованных структур, расположенных в мягких тканях организмов. Пример примитивного строения эндоскелета — спикулы губок. Кости позвоночных состоят из тканей, тогда как губки не имеют настоящих тканей (рис. 3).

Эндоскелеты обеспечивают поддержку тела, защищают внутренние органы и позволяют двигаться за счет сокращения мышц, прикрепленных к скелету.

Человеческий скелет — это эндоскелет взрослого человека, состоящий из 206 костей. Он 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 плеч, костей конечностей, грудного и тазового пояса). .

Посетите интерактивный сайт тела, чтобы построить виртуальный скелет: выберите «скелет» и щелкните действие, чтобы разместить каждую кость.

Вкратце: Типы скелетных систем

Три типа конструкций скелетов — это гидростатические скелеты, экзоскелеты и эндоскелеты. Гидростатический каркас состоит из заполненного жидкостью отсека, находящегося под гидростатическим давлением; движение создается мышцами, оказывающими давление на жидкость. Экзоскелет — это твердый внешний скелет, который защищает внешнюю поверхность организма и позволяет перемещаться через мышцы, прикрепленные к внутренней части.Эндоскелет — это внутренний скелет, состоящий из твердой минерализованной ткани, который также обеспечивает движение путем прикрепления к мышцам.

Осевой скелет человека

Осевой скелет образует центральную ось тела и включает кости черепа, косточки среднего уха, подъязычную кость горла, позвоночный столб и грудную клетку (грудную клетку) (рис. 4). Функция осевого скелета заключается в обеспечении поддержки и защиты головного и спинного мозга и органов брюшной полости тела.Он обеспечивает поверхность для прикрепления мышц, которые двигают голову, шею и туловище, выполняют дыхательные движения и стабилизируют части аппендикулярного скелета.

Рис. 4. Осевой скелет состоит из костей черепа, косточек среднего уха, подъязычной кости, позвоночника и грудной клетки. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

Череп

Кости черепа поддерживают структуры лица и защищают мозг.Череп состоит из 22 костей, которые делятся на две категории: кости черепа и кости лица. Кости черепа представляют собой восемь костей, которые образуют полость черепа, которая охватывает мозг и служит местом прикрепления мышц головы и шеи. Восемь черепных костей — это лобная кость, две теменные кости, две височные кости, затылочная кость, клиновидная кость и решетчатая кость. Хотя кости развивались отдельно у эмбриона и плода, у взрослого они плотно срослись с соединительной тканью, и прилегающие кости не двигались (рис. 5).

Рис. 5. Кости черепа поддерживают структуру лица и защищают мозг. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

Слуховые косточки среднего уха передают звуки из воздуха в виде колебаний в заполненную жидкостью улитку. Слуховые косточки состоят из шести костей: двух костей молоточка, двух костей наковальни и двух стремени (по одной каждой кости с каждой стороны). Это самые маленькие кости в организме, уникальные для млекопитающих.

Четырнадцать лицевых костей образуют лицо, обеспечивают полости для органов чувств (глаза, рот и нос), защищают входы в пищеварительный и дыхательный тракты и служат точками крепления лицевых мышц.14 лицевых костей — это носовые, верхнечелюстные, скуловые, небные, сошковые, слезные кости, нижние носовые раковины и нижняя челюсть. Все эти кости расположены парами, за исключением нижней челюсти и сошника (рис. 6).

Рис. 6. Кости черепа, включая лобную, теменную и клиновидную кости, покрывают верхнюю часть головы. Лицевые кости черепа образуют лицо и обеспечивают полости для глаз, носа и рта.

Хотя подъязычная кость не обнаруживается в черепе, она считается составной частью осевого скелета.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 сочленяется с основанием черепа. Нижняя челюсть контролирует открытие дыхательных путей и кишечника. У животных с зубами нижняя челюсть приводит поверхность зубов в контакт с зубами верхней челюсти.

Позвоночный столб

Позвоночный столб , или позвоночник, окружает и защищает спинной мозг, поддерживает голову и действует как точка прикрепления ребер и мышц спины и шеи.Позвоночный столб взрослого человека состоит из 26 костей: 24 позвонка, крестца и копчика. У взрослых крестец обычно состоит из пяти позвонков, которые сливаются в один. Копчик обычно состоит из 3–4 позвонков, которые сливаются в один. Примерно к 70 годам крестец и копчик могут срастаться. Мы начинаем жизнь примерно с 33 позвонками, но по мере роста несколько позвонков срастаются. Взрослые позвонки далее делятся на 7 шейных позвонков, 12 грудных позвонков и 5 поясничных позвонков (рис. 7).

Рис. 7. (a) Позвоночный столб состоит из семи шейных позвонков (C1–7), двенадцати грудных позвонков (Th2–12), пяти поясничных позвонков (L1–5), костного отдела крестца и копчика. (б) Изгибы позвоночника увеличивают силу и гибкость позвоночника. (кредит а: модификация работы Уве Гилле на основе оригинальной работы Gray’s Anatomy; кредит b: модификация работы NCI, NIH)

В теле каждого позвонка в центре имеется большое отверстие, через которое проходят нервы спинного мозга.С каждой стороны также есть выемки, через которые спинномозговые нервы, обслуживающие тело на этом уровне, могут выходить из спинного мозга. Позвоночный столб составляет около 71 см (28 дюймов) у взрослых мужчин и имеет изогнутую форму, что можно увидеть сбоку. Названия изгибов позвоночника соответствуют той области позвоночника, в которой они возникают. Грудной и крестцовый изгибы вогнутые (изгиб внутрь относительно передней части тела), а шейный и поясничный изгибы выпуклые (изгибы наружу относительно передней части тела).Изогнутая кривизна позвоночного столба увеличивает его прочность и гибкость, позволяя ему поглощать удары подобно пружине (рис. 7).

Межпозвоночные диски , состоящие из фиброзного хряща, лежат между соседними телами позвонков от второго шейного позвонка до крестца. Каждый диск является частью сустава, который обеспечивает некоторое движение позвоночника и действует как амортизатор, поглощающий удары от движений, таких как ходьба и бег. Межпозвоночные диски также действуют как связки, связывающие позвонки вместе.Внутренняя часть дисков, пульпозное ядро, с возрастом твердеет и становится менее эластичной. Эта потеря эластичности снижает его способность поглощать удары.

Грудная клетка

Рис. 8. Грудная клетка, или грудная клетка, защищает сердце и легкие. (кредит: модификация работы NCI, NIH)

Грудная клетка , также известная как грудная клетка, представляет собой скелет грудной клетки и состоит из ребер, грудины, грудных позвонков и реберных хрящей (рис. 8).Грудная клетка охватывает и защищает органы грудной полости, включая сердце и легкие. Он также обеспечивает опору для плечевых поясов и верхних конечностей, а также служит точкой крепления диафрагмы, мышц спины, груди, шеи и плеч. Изменения объема грудной клетки позволяют дышать.

Грудина , или грудина, представляет собой длинную плоскую кость, расположенную в передней части грудной клетки. Он образован из трех костей, которые срастаются у взрослого человека. Ребра — это 12 пар длинных изогнутых костей, которые прикрепляются к грудным позвонкам и изгибаются к передней части тела, образуя грудную клетку.Реберные хрящи соединяют передние концы ребер с грудиной, за исключением пар ребер 11 и 12, которые являются свободно плавающими ребрами.

Аппендикулярный скелет человека

Аппендикулярный скелет состоит из костей верхних конечностей (которые служат для захвата предметов и манипулирования ими) и нижних конечностей (которые позволяют передвижение). Он также включает грудной или плечевой пояс, который прикрепляет верхние конечности к телу, и тазовый пояс, который прикрепляет нижние конечности к телу (рис. 9).

Рис. 9. Аппендикулярный скелет состоит из костей грудных конечностей (рука, предплечье, кисть), тазовых конечностей (бедро, нога, ступня), грудного пояса и тазового пояса. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)

Нагрудный ремень

Грудной пояс кости служат точками крепления верхних конечностей к осевому каркасу. Грудной пояс человека состоит из ключицы (или ключицы) спереди и лопатки (или лопаток) сзади (Рисунок 10).

Рис. 10. (а) Грудной пояс приматов состоит из ключиц и лопаток. (b) Вид сзади показывает ость лопатки, к которой прикрепляется мышца.

Ключицы — это S-образные кости, которые позиционируют руки на теле. Ключицы лежат горизонтально через переднюю часть грудной клетки (грудной клетки) чуть выше первого ребра. Эти кости довольно хрупкие и подвержены переломам. Например, при падении с вытянутыми руками сила передается на ключицы, которые могут сломаться, если сила чрезмерная.Ключица сочленяется с грудиной и лопаткой.

Лопатки — это плоские треугольные кости, расположенные в задней части грудного пояса. Они поддерживают мышцы, пересекающие плечевой сустав. Гребень, называемый позвоночником, проходит через заднюю часть лопатки и легко прощупывается через кожу (рис. 10). Позвоночник лопатки — хороший пример костного выступа, который облегчает широкую область прикрепления мышц к кости.

Верхняя конечность

Рисунок 11.Верхняя конечность состоит из плечевой кости плеча, лучевой кости и локтевой кости предплечья, восьми костей запястья, пяти костей пястной кости и 14 костей фаланг.

Верхняя конечность содержит 30 костей в трех областях: рука (от плеча до локтя), предплечье (локтевая и лучевая кость), а также запястье и кисть (Рисунок 11).

Артикуляция — это любое место, в котором две кости соединяются. плечевая кость — самая большая и длинная кость верхней конечности и единственная кость руки.Он соединяется с лопаткой в ​​плече и с предплечьем в локте. Предплечье простирается от локтя до запястья и состоит из двух костей: локтевой и лучевой. Радиус расположен вдоль боковой (большой палец) стороны предплечья и сочленяется с плечевой костью в локтевом суставе. ulna расположена на медиальной стороне (со стороны мизинца) предплечья. Он длиннее радиуса. Локтевая кость сочленяется с плечевой костью в локтевом суставе. Лучевая и локтевая кости также сочленяются с костями запястья и друг с другом, что у позвоночных обеспечивает переменную степень вращения запястья по отношению к длинной оси конечности.Рука включает восемь костей запястья, (запястье), пять костей пястной кости , (ладонь) и 14 костей фаланг фаланг, (пальцы). Каждый палец состоит из трех фаланг, за исключением большого пальца, если он есть, которого всего две.

Тазовый ремень

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 впадины с прочными связками для надежного прикрепления бедренной кости к телу. Тазовый пояс дополнительно укреплен двумя большими тазобедренными костями. У взрослых тазобедренные кости, или тазовых костей , образуются путем слияния трех пар костей: подвздошной, седалищной и лобковой. Таз соединяется в передней части тела в суставе, называемом лобковым симфизом, и с костями крестца в задней части тела.

Женский таз немного отличается от мужского таза.На протяжении поколений эволюции самки с более широким лобковым углом и большим диаметром тазового канала воспроизводились более успешно. Следовательно, у их потомства также была анатомия таза, которая обеспечила успешные роды (рис. 12).

Рис. 12. Чтобы приспособиться к репродуктивному здоровью, (а) женский таз легче, шире, неглубокий и имеет более широкий угол между лобковыми костями, чем (б) мужской таз.

Нижняя конечность

Рис. 13. Нижняя конечность состоит из бедра (бедренная кость), коленной чашечки (надколенника), голени (большеберцовая и малоберцовая костей), голеностопного сустава (предплюсны) и стопы (плюсневые кости и фаланги).

Нижняя конечность состоит из бедра, голени и ступни. Кости нижней конечности — бедренная кость (бедренная кость), надколенник (коленная чашечка), большеберцовая и малоберцовая кости (кости голени), предплюсны (кости голеностопного сустава), плюсневые кости и фаланги (кости стопы) (Рисунок 13. ). Кости нижних конечностей толще и прочнее, чем кости верхних конечностей, из-за необходимости выдерживать весь вес тела и возникающие в результате силы передвижения. Помимо эволюционной приспособленности, кости человека будут реагировать на действующие на них силы.

бедренная кость , или бедренная кость, является самой длинной, самой тяжелой и самой прочной костью в организме. Бедренная кость и таз на проксимальном конце образуют тазобедренный сустав. На дистальном конце бедро, большеберцовая кость и надколенник образуют коленный сустав. Коленная чашечка , или коленная чашечка, представляет собой треугольную кость, которая расположена впереди коленного сустава. Надколенник врастает в сухожилие разгибателей бедра (четырехглавой мышцы). Улучшает разгибание колена за счет уменьшения трения. большеберцовая кость , или большеберцовая кость, представляет собой большую кость ноги, которая расположена непосредственно под коленом.Большеберцовая кость сочленяется с бедренной костью на ее проксимальном конце, с малоберцовой костью и костями предплюсны на ее дистальном конце. Это вторая по величине кость в организме человека, которая отвечает за передачу веса тела от бедренной кости к стопе. малоберцовая кость , или кость теленка, параллельна и сочленяется с голени. Он не сочленяется с бедренной костью и не выдерживает нагрузки. Малоберцовая кость служит местом прикрепления мышц и образует боковую часть голеностопного сустава.

лапок — это семь костей лодыжки.Лодыжка передает вес тела от большеберцовой и малоберцовой костей к стопе.

плюсневых костей — это пять костей стопы. Фаланги — это 14 костей пальцев ног. Каждый палец состоит из трех фаланг, за исключением большого пальца, у которого их всего две (рис. 13).

Вариации существуют у других видов; Например, пястные кости и плюсны лошади ориентированы вертикально и не соприкасаются с субстратом.

Эволюция конструкции тела для передвижения по суше

Переход позвоночных на сушу потребовал ряда изменений в конструкции тела, поскольку передвижение по суше представляет ряд проблем для животных, которые приспособлены к перемещению в воде.Плавучесть воды обеспечивает определенную подъемную силу, и обычная форма движения рыб — это боковые колебания всего тела. Это движение вперед и назад толкает тело к воде, создавая движение вперед. У большинства рыб мышцы парных плавников прикрепляются к поясам внутри тела, что позволяет в некоторой степени контролировать передвижение. Когда некоторые рыбы начали перемещаться на сушу, они сохранили свою боковую волнообразную форму передвижения (anguilliform). Однако вместо того, чтобы упираться в воду, их плавники или ласты стали точками контакта с землей, вокруг которых они вращались.

Эффект силы тяжести и отсутствие плавучести на суше означало, что вес тела был подвешен на конечностях, что привело к усилению их укрепления и окостенения. Влияние силы тяжести также потребовало изменений осевого скелета. Боковые волнистости позвоночника наземных животных вызывают деформацию скручивания. Более плотный и окостеневший позвоночный столб стал обычным явлением у наземных четвероногих, потому что он снижает напряжение, обеспечивая при этом силу, необходимую для поддержания веса тела.У более поздних четвероногих позвонки стали допускать вертикальное движение, а не боковое сгибание. Еще одним изменением осевого скелета была потеря прямого соединения грудного пояса с головой. Это уменьшило сотрясение головы, вызванное ударами конечностей о землю. Позвонки шеи также эволюционировали, чтобы позволить голове двигаться независимо от тела.

Аппендикулярный скелет наземных животных также отличается от водных животных. Плечи прикрепляются к грудному поясу через мышцы и соединительную ткань, уменьшая таким образом сотрясение черепа.Из-за бокового волнистого позвоночника у ранних четвероногих конечности были растопырены в стороны, и движение происходило при выполнении «отжиманий». Позвонки этих животных должны были двигаться из стороны в сторону, как у рыб и рептилий. Этот тип движения требует больших мышц, чтобы двигать конечности к средней линии; это было почти как ходьба во время отжимания, и это неэффективное использование энергии. У более поздних четвероногих конечности помещают под туловище, так что каждый шаг требует меньшего усилия для продвижения вперед.Это привело к уменьшению размера приводящей мышцы и увеличению диапазона движений лопаток. Это также ограничивает движение в основном одной плоскостью, создавая поступательное движение, а не перемещение конечностей вверх или вперед. Бедренная кость и плечевая кость также были повернуты, так что концы конечностей и пальцев были направлены вперед, в направлении движения, а не в стороны. При размещении под телом конечности могут качаться вперед, как маятник, для достижения более эффективного шага при движении по земле.

Проверьте свое понимание

Ответьте на вопрос (ы) ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. В этом коротком тесте , а не засчитываются в вашу оценку в классе, и вы можете пересдавать его неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

Скелетная система — определение, функции и части

Определение

Скелетная система обеспечивает поддержку и защиту внутренних органов тела и дает мышцам точку прикрепления. У людей есть эндоскелет , где наши кости лежат под кожей и мышцами. У других животных, таких как насекомые, есть экзоскелет снаружи тела.

Обзор

У человека скелетная система состоит из костей, суставов и связанных с ними хрящей. У взрослого человека в теле 206 костей и множество различных суставов.

Схема скелетной системы

На изображении показан человеческий скелет с обозначенными основными костями.

Человеческий скелет можно разделить на две части: осевой скелет и аппендикулярный скелет. Осевой скелет формируется вокруг центральной оси тела и, таким образом, включает череп, позвоночник и грудную клетку. Он защищает головной, спинной мозг, сердце, легкие, пищевод и основные органы чувств, такие как глаза, уши, нос и язык. Аппендикулярный скелет связан с конечностями и состоит из костей рук и ног, а также плечевого и тазобедренного поясов.

Функция скелетной системы

Поддержка

Первая и наиболее очевидная функция скелетной системы — обеспечивать основу для тела. Наличие прочного костного скелета позволяет организму иметь отличительную форму, адаптированную к определенному образу жизни. Например, у такого быстро движущегося животного, как гепард, скелет содержит длинные тонкие кости конечностей и чрезвычайно гибкий позвоночник. Структура каркаса также позволяет ему поглощать удары при беге на высоких скоростях.

Кости у птиц полые, легкие и образуют обтекаемое тело, приспособленное для полета. У многих животных даже есть половой диморфизм скелета. У людей, хотя этот диморфизм довольно ограничен, есть различия в угле тазовых костей, чтобы приспособиться к беременности.

Интеграция с мышечной системой

Скелетная система также обеспечивает важную форму прикрепления к мышечной системе. Кости и экзоскелеты твердые, не сгибаются и не двигаются при напряжении мышц. Это означает, что сокращение мышечных клеток приведет к сокращению мышц, в то время как кость сохранит свою форму. Эта базовая структура позволяет мышцам перемещать различные части тела, используя силы, возникающие при растяжении скелетной системы.

Защита

Следующая очевидная функция скелетной системы — это роль, которую она играет в защите хрупких внутренних органов. У людей это проявляется в черепе, который полностью окружает мозг. Это также проявляется в грудной клетке, которая окружает легкие и сердце, но все же допускает расширение. Даже у беспозвоночных, таких как улитки и креветки, часто есть твердые экзоскелеты, чтобы защитить себя от хищников.

Жесткий эндоскелет позволяет телу подниматься над землей или стоять в вертикальном положении, выдерживает вес организма и служит опорой для движения. Мышцы создают силу, необходимую для движения костей в суставах. Мышечные волокна содержат актин и миозин, две белковые нити, которые могут скользить друг мимо друга, изменяя длину мышцы.Когда нервный импульс достигает нервно-мышечного соединения, он сигнализирует мышце о сокращении. Сила, создаваемая сокращающейся мышцей, либо стягивает две кости вместе, либо врозь, в зависимости от характера взаимодействия между мышцей и суставом.

Производство клеток крови

В центральной части кости находится костный мозг , который является основным местом производства клеток крови у взрослых людей. У взрослых есть два типа костного мозга. Около 50% — это красный костный мозг, содержащий гемопоэтические стволовые клетки и поддерживающую ткань.Остальное — это желтый костный мозг, состоящий из жира, и его доля с возрастом увеличивается.

Костный мозг вернется к более высокому проценту красного костного мозга, если организм получит травму и ему потребуется создать больше красных кровяных телец. Состав костного мозга также меняется во время беременности и кормления грудью у млекопитающих. В течение беременности объем крови увеличивается примерно на 1,5 литра, и даже увеличивается концентрация эритроцитов и лейкоцитов.

Производство других типов клеток

Помимо производства красных кровяных телец, костный мозг в скелетной системе является местом производства ряда других клеток. К ним относятся лимфоциты, которые представляют собой иммунные клетки, перемещающиеся по лимфатической системе. Помимо обеспечения иммунных функций, скелетная система также отвечает за размещение стволовых клеток, которые могут дифференцироваться в мышечные клетки, клетки, продуцирующие хрящ, и клетки, образующие кости (остеобласты).

Остеобласты в кости также выполняют эндокринную функцию, секретируя гормон остеокальцин. Для его синтеза требуется витамин К, и он является анаболическим гормоном. Он опосредует повышение уровня инсулина и увеличивает чувствительность организма к инсулину.Остеокальцин способствует увеличению костной массы и минерализации костей.

Хранение минералов

Кости скелетной системы действуют как хранилище ионов кальция , изменяя количество минерализованных отложений в костях, чтобы поддерживать концентрацию ионов кальция в плазме в узком диапазоне. Ионы кальция могут влиять на важные каналы ионов натрия в плазматической мембране каждой клетки, тем самым влияя на общий гомеостаз.

По этой причине изменение концентрации ионов кальция оказывает особенно неблагоприятное воздействие на возбудимые клетки нервной системы, а также на сердечные, скелетные и гладкие мышцы.Различные взаимодействующие гормоны поддерживают баланс ионов кальция в плазме и костях, особенно гормона паращитовидной железы, секретируемого паращитовидными железами шеи.

Детали скелетной системы

Анатомия скелетной системы сложна, и она включает сотни костей человеческого тела . Анатомия системы сильно различается у разных организмов, поскольку эволюция выбрала различные адаптации у определенных видов, которые изменяют структуру и функцию их костей.

Кость

Кости выполняют множество функций, но наиболее важной является поддержка движений конечностей и тела. Две кости или хрящи скрепляются в суставе посредством жестких соединительных тканей, называемых связками. Мышцы надежно прикреплены к костям с помощью гибкой, но неэластичной соединительной ткани, называемой сухожилиями. Мышцы, суставы, сухожилия и связки являются частью сложного механизма, обеспечивающего движение различных костей.

Суставы

Функционально суставов можно разделить на три класса в зависимости от диапазона движения, которое они допускают в связанных костях.Неподвижные суставы образуются, когда две кости скрепляются волокнистой соединительной тканью без синовиальной жидкости. Эти типы суставов скрепляют кости черепа.

Частично подвижные суставы, также называемые хрящевыми суставами, присутствуют в позвоночнике и ребрах. Третий тип суставов называется синовиальными суставами и имеет синовиальную полость, заполненную жидкостью, которая обеспечивает наибольший диапазон движений соединительным костям. По строению синовиальных суставов их можно разделить на 6 типов, включая шарнирные суставы пальцев и суставы суставов бедра и плеч.

Клеточная композиция

Каждая кость состоит из сложных наборов клеток, тканей и специального внеклеточного матрикса. Два основных типа клеток называются остеобластами и остеокластами, функции которых в большинстве своем противоположны. В то время как остеобласты участвуют в формировании кости, остеокласты связаны с уменьшением костной массы. Внеклеточный матрикс кости состоит из коллагена и других органических волокон, а также из неорганического компонента, содержащего соли кальция, такие как гидроксиапатит.Внутри костей мягкая ткань, называемая костным мозгом, играет важную роль в иммунитете и гемопоэзе. Кость также богата нервами и кровеносными сосудами.

Структура скелетной системы

В целом скелетная система устроена таким образом, чтобы обеспечивать поддержку от силы тяжести и защищать внутренние органы животного. Хотя в этой статье в основном обсуждается скелетная система человека, у большинства животных есть какой-то скелет. У некоторых животных, например губок, может быть чрезвычайно упрощенный скелет, состоящий из отложений кальция внутри животного. Другие, например черепаха, радикально изменили свой скелет, чтобы обеспечить дополнительную защиту.

Хотя в этой статье в основном обсуждается эндоскелет , многие животные используют экзоскелет для тех же целей. Вместо костей, находящихся внутри, кости, защитные пластины или хитиновый скелет фактически окружают мышцы. Хотя это может показаться совершенно другим, структура системы все еще очень похожа. Единственная разница в том, что мышцы и сухожилия соединяются с внутренней частью системы, а не с поверхностью костей.

Структура скелетной системы отражает эволюцию животного, а также его потребности для выживания. Например, у человека есть копчик. Это пережиток эволюции тех времен, когда у наших предков были хвосты и они качались на деревьях. Когда мы стали двуногими, нам больше не нужен был хвост, и он превратился в единственную нефункциональную кость. Точно так же все животные постоянно адаптируются и меняют свою скелетную систему в течение эволюционного времени.

Копчик

Заболевания скелетной системы

Заболевания скелетной системы могут быть ограничены одним участком скелета, например, изменения кривизны позвоночника, или могут быть генетическим заболеванием, поражающим все кости и суставы, например артритом или остеопорозом.

Позвоночник у здоровых людей S-образный, с выпуклым изгибом в грудном отделе и вогнутым наклоном в шейном и поясничном отделах. Эта форма позвоночника идеально подходит для вертикальной ходьбы. Если в грудном или поясничном отделах есть изменение кривизны или имеется изгиб позвоночника вбок, это может привести к боли в спине, затрудненному дыханию, пищеварению, подвижности и репродуктивности.

Искривление позвоночника

Основная часть веса верхней части тела передается по центральной оси в сторону ног.Когда кости или мышцы спины не функционируют оптимально, это может сначала привести к аккомодационным изменениям в позе, а затем к боли, травмам или необратимой деформации. Поскольку позвоночник окружает спинной мозг, аномалии скелетной структуры позвоночника могут влиять на нервную систему, проявляясь в виде боли, покалывания или онемения в конечностях. Кроме того, позвоночник поддерживает грудную клетку, включая сердце, легкие и диафрагму. Таким образом, деформации позвоночника также могут приводить к одышке, сердцебиению или даже сердечной аритмии.

Кифоз — это термин, обозначающий выпуклый изгиб грудной области, а чрезмерное искривление в этой области называется гиперкифозом. Крайний гиперкифоз проявляется как горбун. Это могло произойти из-за генетических факторов или плохой осанки из-за ожирения, остеопороза или артрита.

Нормальная вогнутая структура поясничной области называется лордоз , а когда область чрезмерно изогнута, это называется поясничным гиперлордозом. При гиперлордозе плечи, кажется, отведены назад, а брюшная область — вперед.

Лордоз

На изображении изображен человек с гиперлордозом. В здоровом позвоночнике середина позвоночника (A) будет прямо над коленом (B).

Гиперлордоз может возникать в результате генетических факторов, плохой осанки или даже недостаточной мышечной силы. Когда позвоночник имеет наклон вбок или боковой изгиб, это называется сколиозом и может быть связан как с гиперкифозом, так и с гиперлордозом.

Остеопороз

Остеопороз — это состояние, при котором происходит резорбция кости. Это уменьшает массу и плотность костной ткани, тем самым увеличивая вероятность переломов даже от незначительных факторов стресса, таких как чихание. Хотя остеопороз обычно связан со старением, курением, ожирением, диетой, некоторые лекарства и употребление алкоголя могут способствовать прогрессированию заболевания.

Силовые тренировки, упражнения и диета, содержащая достаточное количество кальция, железа, фосфора, а также витамина D, помогают увеличить плотность костей и костную массу. Есть некоторые свидетельства того, что pH крови играет роль в высвобождении запасов кальция из костей и степени минерализации костей, поскольку соли кальция часто используются в качестве буферов в кислой среде в организме. Было доказано, что цельное питание на растительной основе значительно снижает подкисление крови. В результате это также снижает количество случаев остеопороза.

Артрит

Артрит включает ряд заболеваний суставов, которые характеризуются ригидностью, воспалением и болью. Хотя существует ряд потенциальных причин, артрит обычно ухудшается с возрастом, поражая суставы, которые используются наиболее часто, особенно суставы пальцев, бедер и коленей. Таким образом, артрит вызывает инвалидность, ограничивает движения и снижает мелкую моторику.

Интересные факты

• Три кости во внутреннем ухе, называемые молоточка, наковальня и стремени, являются самыми маленькими костями в человеческом теле. Бедренная кость или бедренная кость — самая большая кость.
• Подъязычная кость, расположенная за нижней челюстью, также называется «плавающей» костью , потому что она не является частью какого-либо сустава и не прикрепляется напрямую к какой-либо другой кости.
• Положение подъязычной кости делает ее чрезвычайно устойчивой к переломам. Однако вскрытие, показывающее сломанную подъязычную кость , указывает на смерть от удушения.
• У новорожденных около 300 костей. Многие из этих костей сливаются вместе , образуя 206 костей взрослого человека.
• Зубы являются частью костной системы. Однако это не кости .

Тест

14.2: Введение в скелетную систему

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Компоненты скелетной системы
2. Аксиальный и аппендикулярный скелеты
3. Функции скелетной системы
   1. Поддержка, форма и защита
   2. Движение
   3. Гематопоэз
   4. Хранение минералов и гомеостаз
   5. Обзор
   7. Узнать больше
   8. Атрибуции

   Череп и скрещенные кости

   Символ черепа и скрещенных костей очень долгое время использовался для обозначения смерти, возможно потому, что после смерти и разложения кости — это все, что осталось. Многие люди считают кости мертвыми, сухими и хрупкими. Эти прилагательные могут правильно описывать кости сохранившегося скелета, но кости живого человека очень живы. Живые кости также крепкие и гибкие. Кости — это основные органы скелетной системы.

   Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): флаг черепа и скрещенных костей

   Скелетная система — это система органов, которая обеспечивает внутреннюю основу человеческого тела. Зачем нужна костная система? Попробуйте представить, как бы вы выглядели без него.Вы были бы мягкой, шаткой грудой кожи, содержащей мышцы и внутренние органы, но без костей. Вы можете выглядеть как очень большая пуля. Не то чтобы вы могли видеть себя — складки кожи опускались на ваши глаза и блокировали обзор из-за отсутствия костей черепа. Вы могли бы отодвинуть кожу, если бы могли двигать только руками, но и для этого вам нужны кости!

   Компоненты скелетной системы

   У взрослых скелетная система включает 206 костей, многие из которых показаны на рисунке ниже. Кости — это органы, состоящие из плотных соединительных тканей, в основном из прочного белкового коллагена. Кости содержат кровеносные сосуды, нервы и другие ткани. Кости твердые и жесткие из-за отложений кальция и других минеральных солей в их живых тканях. Места, где встречаются две или более кости, называются суставами. Многие суставы позволяют костям двигаться как рычаги. Например, локоть — это сустав, позволяющий сгибать и выпрямлять руку.

   Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Скелет взрослого человека содержит 206 костей.У новорожденного ребенка 270 костей, но многие из них срастаются во взрослой жизни.

   Помимо костей, скелетная система включает хрящи и связки.

   • Хрящ — это тип плотной соединительной ткани, состоящей из прочных белковых волокон. Он прочный, но гибкий и очень гладкий. Он покрывает концы костей в суставах, обеспечивая гладкую поверхность для движения костей.
   • Связки представляют собой связки волокнистой соединительной ткани, которые скрепляют кости. Они удерживают кости скелета на месте.

   Осевой и аппендикулярный скелеты

   Скелет традиционно делится на две основные части: осевой скелет и аппендикулярный скелет, обе из которых изображены ниже.

   • Осевой каркас образует ось тела. Он включает череп, позвоночник (позвоночник) и грудную клетку. Кости осевого скелета, а также связки и мышцы позволяют человеческому телу сохранять вертикальное положение.Осевой скелет также передает вес от головы, туловища и верхних конечностей вниз по спине к нижним конечностям. Кроме того, кости защищают мозг и органы в груди.
   • Аппендикулярный скелет образует придатки и их прикрепления к осевому скелету. Он включает кости рук и ног, кистей и стоп, а также плечевой и тазовый пояса. Кости аппендикулярного скелета делают возможными движения и другие движения придатков. Они также защищают основные органы пищеварения, выделения и размножения.
   Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): осевой скелет представлен синим цветом Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): добавочный скелет представлен синим

   Функции скелетной системы

   Скелетная система выполняет множество различных функций, необходимых для выживания человека. Некоторые функции, такие как поддержка тела, относительно очевидны. Остальные функции менее очевидны, но не менее важны. Например, три крошечные кости (молоток, наковальня и стремени) внутри среднего уха передают звуковые волны во внутреннее ухо.

   Поддержка, форма и защита

   Каркас поддерживает тело и придает ему форму. Без жестких костей скелетной системы человеческое тело было бы просто мешком из мягких тканей, как описано выше. Кости скелета очень твердые и обеспечивают защиту нежных тканей внутренних органов. Например, череп окружает и защищает мягкие ткани головного мозга, а позвоночный столб защищает нервные ткани спинного мозга. Позвоночный столб, ребра и грудина (грудина) защищают сердце, легкие и основные кровеносные сосуды.Обеспечение защиты этих последних внутренних органов требует, чтобы кости могли расширяться и сокращаться. Ребра и хрящ, соединяющий их с грудиной и позвонками, способны к небольшим сдвигам, которые позволяют дышать и другие движения внутренних органов.

   Механизм

   Кости скелета обеспечивают поверхности прикрепления скелетных мышц. Когда мышцы сокращаются, они тянут и двигают кости. На рисунке ниже, например, показаны мышцы, прикрепленные к костям колена.Они помогают стабилизировать сустав и позволяют ноге сгибаться в коленях. Кости в суставах действуют как рычаги, движущиеся в точке опоры, а прикрепленные к костям мышцы прикладывают силу, необходимую для движения.

   Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Кости, которые встречаются в коленном суставе, включают большеберцовую и малоберцовую кости в голени, бедро в верхней части ноги и коленную чашечку в передней части колена. Эти кости обеспечивают поверхности прикрепления для мышц, которые перемещают кости в суставе. Мышцы прикрепляются к костям через сухожилия.

   Гематопоэз

   Гематопоэз — это процесс, в котором образуются клетки крови. Этот процесс происходит в ткани, называемой красным костным мозгом, которая находится внутри некоторых костей, включая таз, ребра и позвонки. Красный костный мозг синтезирует эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Каждый день в костях вырабатываются миллиарды этих клеток крови.

   Хранение минералов и гомеостаз

   Еще одна функция скелетной системы — запасание минералов, особенно кальция и фосфора.Эта функция хранения связана с ролью костей в поддержании минерального гомеостаза. Для нормального функционирования организма в крови необходим необходимый уровень кальция и других минералов. Когда уровень минералов в крови слишком высок, кости поглощают некоторые из них и хранят их в виде минеральных солей, поэтому кости такие твердые. Когда уровень минералов в крови слишком низкий, кости выделяют часть минералов обратно в кровь. Минералы костей являются щелочными (основными), поэтому их выброс в кровь защищает кровь от чрезмерной кислотности (низкий pH), тогда как их обратное всасывание в кости защищает кровь от чрезмерной щелочности (высокий pH).Таким образом, кости помогают поддерживать кислотно-щелочной гомеостаз в крови.

   Еще один способ, которым кости помогают поддерживать гомеостаз, — действовать как эндокринный орган. Один эндокринный гормон, секретируемый костными клетками, — это , , остеокальцин, , , который помогает регулировать уровень глюкозы в крови и отложение жира. Это увеличивает секрецию инсулина, а также чувствительность клеток к инсулину. Кроме того, он увеличивает количество клеток, вырабатывающих инсулин, и уменьшает жировые отложения.

   Сводка

   • Скелетная система — это система органов, которая обеспечивает внутреннюю основу человеческого тела.У взрослых скелетная система состоит из 206 костей.
   • Кости — это органы, состоящие из плотных соединительных тканей, в основном из прочного белкового коллагена. Кости также содержат кровеносные сосуды, нервы и другие ткани. Кости твердые и жесткие из-за отложений кальция и других минеральных солей в их живых тканях. Помимо костей, скелетная система включает хрящи и связки.
   • Скелет традиционно делится на две основные части: осевой скелет, который включает череп, позвоночник и грудную клетку; и аппендикулярный скелет, который включает придатки и пояса, которые прикрепляют их к осевому скелету.
   • Скелетная система выполняет множество различных функций, включая поддержку тела и придание ему формы, защиту внутренних органов, обеспечение поверхностей прикрепления для скелетных мышц, обеспечение движений тела, производство клеток крови, хранение минералов, помощь в поддержании минерального гомеостаза и выработку эндокринных гормонов. .

   Обзор

   1. Что такое костная система? Сколько костей в скелете взрослого человека?
   2. Опишите состав костей.
   3. Какие еще органы входят в скелетную систему, кроме костей?
   4. Укажите две основные части скелета.
   5. Перечислите несколько функций костной системы.
   6. Обсудить половой диморфизм человеческого скелета.
   7. Кости, хрящи и связки состоят из ____________ тканей.
   8. Верно или неверно. Кости содержат живую ткань и могут влиять на процессы в других частях тела.
   9. Верно или неверно. Костные клетки сокращаются, чтобы подтянуть мышцы, чтобы начать движение.
   10. Если у человека проблемы с производством клеток крови, какой тип костной ткани, скорее всего, поражен? Поясните свой ответ.
   11. Являются ли тазовые пояса частью осевого или аппендикулярного скелета?
   12. Какие три формы гомеостаза регулирует скелетная система? Кратко объясните, как каждый из них регулируется скелетной системой.
   13. Как вы думаете, что было бы с нами, если бы у нас не было связок? Поясните свой ответ.
   14. а. Определите сустав в скелетной системе.

       г. Как хрящ связан с суставами?

       г. Определите один сустав человеческого тела и опишите его функцию.

   Узнать больше

   Вы когда-нибудь смотрели популярный сериал Bones ? Речь идет о судебном антропологе, который использует свои экспертные знания о человеческом скелете для раскрытия тайн убийства. В видео ниже вы можете послушать, как работают мозги Bones, судебного антрополога и удостоенный наград писатель-фантаст доктор Кэти Райхс, которые рассказывают о реальном мире судебной антропологии и реалистичном вымышленном мире, который она создала.

   Большинство приматов сексуально диморфны, чтобы узнать больше, посмотрите это видео:

   Скелетная система

   Что такое костная система?

   Скелетная система — это центральный каркас вашего тела.Он состоит из костей и соединительной ткани, включая хрящи, сухожилия и связки. Это также называется костно-мышечной системы.

   Что делает костная система?

   Скелетная система выполняет множество функций. Помимо того, что мы получили человеческую форму и особенности, это:

   • Позволяет двигаться: Ваш скелет поддерживает вес вашего тела, помогая вам стоять и двигаться. Суставы, соединительная ткань и мышцы работают вместе, делая части вашего тела подвижными.
   • Производит клетки крови: Кости содержат костный мозг.В костном мозге вырабатываются красные и белые кровяные тельца.
   • Защищает и поддерживает органы: Ваш череп защищает ваш мозг, ваши ребра защищают ваше сердце и легкие, а ваш позвоночник защищает ваш позвоночник.
   • Хранит минералы: В костях содержится запас минералов, таких как кальций и витамин D.

   Какие части скелетной системы?

   Скелетная система — это сеть из множества различных частей, которые работают вместе, чтобы помочь вам двигаться.Основная часть вашей скелетной системы состоит из ваших костей, твердых структур, которые составляют основу вашего тела — скелета. В скелете взрослого человека 206 костей. Каждая кость имеет три основных слоя:

   • Надкостница: Надкостница — это прочная мембрана, которая покрывает и защищает внешнюю часть кости.
   • Компактная кость: Компактная кость под надкостницей белая, твердая и гладкая. Он обеспечивает структурную поддержку и защиту.
   • Губчатая кость: Сердцевина, внутренний слой кости мягче, чем компактная кость.В нем есть небольшие отверстия, называемые порами, для хранения костного мозга.

   Другие компоненты вашей костной системы включают:

   • Хрящ: Это гладкое и гибкое вещество покрывает кончики ваших костей в местах их пересечения. Это позволяет костям двигаться без трения (трения друг о друга). Когда хрящ изнашивается, как при артрите, это может быть болезненным и вызывать проблемы с движением.
   • Суставы: Сустав — это место соединения двух или более костей в теле.Есть три разных типа суставов. Типы суставов:
     • Неподвижные суставы: Неподвижные суставы вообще не позволяют костям двигаться, как суставы между костями черепа.
     • Частично подвижные шарниры: Эти шарниры допускают ограниченное движение. Суставы грудной клетки — это частично подвижные суставы.
     • Подвижные суставы: Подвижные суставы обеспечивают широкий диапазон движений. Ваш локоть, плечо и колено — подвижные суставы.
   • Связки: Полосы прочной соединительной ткани, называемые связками, удерживают кости вместе.
   • Сухожилия: Сухожилия — это полосы ткани, которые соединяют концы мышцы с вашей костью.

   Какие общие состояния могут повлиять на скелетную систему?

   Многие состояния могут поражать кости, суставы и ткани, составляющие скелетную систему.

   Некоторые случаются в результате болезни или травмы. Другие развиваются из-за износа с возрастом.

   К состояниям, которые могут повлиять на скелетную систему, относятся:

   • Артрит: Возраст, травмы и заболевания, такие как болезнь Лайма, могут привести к артриту — болезненному истощению суставов.
   • Перелом: Болезнь, опухоль или травма могут оказывать давление на кость и вызывать ее перелом.
   • Остеосаркома : Рак, образующийся в костях, может вызвать опухоли, которые могут ослабить и сломать кости.
   • Остеопороз: Потеря костной массы, вызванная недостатком кальция, может привести к хрупкости и хрупкости костей, известной как остеопороз.
   • Растяжения и разрывы: Возраст, болезни и травмы могут вызвать чрезмерное растяжение и разрыв соединительной ткани.

   Как сохранить здоровье скелетной системы?

   Чтобы ваша скелетная система оставалась сильной и здоровой, вам необходимо:

   • Включите в свой рацион много витамина D и кальция (попробуйте молоко, йогурт или миндаль), чтобы кости оставались крепкими.
   • Пейте много воды, чтобы сохранить здоровье тканей.
   • Регулярно делайте упражнения для укрепления костей и суставов.
   • Поддерживайте здоровый вес, чтобы не оказывать чрезмерного давления на кости и хрящи.
   • Носите защитное снаряжение во время контактных видов спорта, таких как футбол и хоккей.
   • Будьте осторожны на лестнице, чтобы не упасть.

   Что произойдет, если сломать кость?

   Ваш лечащий врач классифицирует перелом на основании того, как ломается кость. Типы переломов включают:

   • Конюшня (закрыта): Концы сломанных костей совпадают.
   • Стресс-перелом: Чрезмерное использование вызывает трещину в кости.
   • Открытый (составной): Сломанная кость разрывает кожу.

   Если вы сломаете кость, вам понадобится визуализирующий тест, называемый рентгеном, чтобы врач мог определить тип перелома.В зависимости от тяжести перелома вам потребуется зафиксировать его (не допустить смещения) гипсовой повязкой или корсетом на три-восемь недель. Для полного заживления сломанных костей может потребоваться несколько месяцев.

   Когда мне следует позвонить своему врачу по поводу проблемы с моей костной системой?

   Позвоните своему врачу, если боль, отек или жесткость в ваших костях или суставах длится более нескольких дней или мешает вашей повседневной деятельности. Врачи-ортопеды специализируются на костной системе.Эти врачи могут помочь вам решить проблемы с:

   • Медицинское лечение, например, лечение перелома.
   • Изменения образа жизни, например упражнения.
   • Лекарства, такие как ибупрофен для облегчения боли или Fosamax® (алендроновая кислота) для предотвращения потери костной массы.

   Если вы подозреваете, что сломали кость, обратитесь в отделение неотложной помощи или обратитесь к своему врачу. Вам понадобится лечение, чтобы убедиться, что он заживает должным образом.

   Последний раз проверял медицинский работник Cleveland Clinic 19.11.2019.

   Список литературы

   Получите полезную, полезную и актуальную информацию о здоровье и благополучии

   е Новости

   Клиника Кливленда — некоммерческий академический медицинский центр. Реклама на нашем сайте помогает поддерживать нашу миссию. Мы не поддерживаем продукты или услуги, не принадлежащие Cleveland Clinic. Политика

   Для чего нужны ваши кости и почему они необходимы

   Человеческие существа — позвоночные, то есть у нас есть позвоночник или позвоночник.

   В дополнение к этому позвоночнику у нас также есть обширная скелетная система, которая состоит из костей и хрящей, а также сухожилий и связок.

   Помимо того, что кости служат каркасом для вашего тела, они также выполняют множество других важных биологических функций, таких как защита внутренних органов от повреждений и хранение необходимых питательных веществ.

   Прочтите, чтобы изучить различные функции и типы костей.

   Кости выполняют множество жизненно важных функций в вашем теле, в том числе:

   Опора

   Кость обеспечивает жесткий каркас, а также поддерживает другие части вашего тела.

   Например, более крупные кости ног обеспечивают поддержку верхней части тела, когда вы стоите.Без наших костей у нас не было бы определенной формы.

   Движение

   Кости также играют важную роль в движении вашего тела, передавая силу мышечных сокращений.

   Ваши мышцы прикрепляются к костям через сухожилия. Когда ваши мышцы сокращаются, ваши кости действуют как рычаг, а суставы образуют опорную точку.

   Взаимодействие костей и мышц способствует широкому диапазону движений, которые может совершать ваше тело.

   Защита

   Кости также защищают многие внутренние органы.Хорошие примеры этого включают то, как грудная клетка окружает такие органы, как сердце и легкие, или как кости черепа окружают мозг.

   Генерация и поддержание кровяных телец

   Многие клетки вашей крови — красные кровяные тельца, белые кровяные клетки и тромбоциты — образуются в ваших костях. Этот процесс называется гемопоэзом, и он происходит в части вашего костного мозга, называемой красным костным мозгом.

   Хранение

   Важные минералы, такие как кальций и фосфор, хранятся в ваших костях.Когда вашему организму требуется больше этих ресурсов, они могут быть возвращены в кровоток для использования.

   Помимо красного костного мозга, кости также содержат другой тип костного мозга, называемый желтым костным мозгом. Здесь хранится некоторое количество жировой ткани. Жиры в этой ткани при необходимости можно расщепить и использовать для получения энергии.

   Кости вашего тела делятся на пять различных типов в зависимости от их формы и функции.

   Длинные кости

   Как следует из названия, длинные кости длиннее, чем ширина.Вот некоторые примеры:

   • бедренная кость (бедренная кость)
   • плечевая кость (верхняя кость руки)
   • кости пальцев рук и ног

   Функция длинных костей сосредоточена на поддержании веса вашего тела, а также на облегчении движение вашего тела.

   Короткие кости

   Короткие кости имеют очень равные пропорции и имеют примерно форму куба. Примеры можно найти в костях ваших запястий и лодыжек.

   Короткие кости обеспечивают стабильность суставов запястья и голеностопа, а также помогают облегчить некоторые движения.

   Плоские кости

   Плоские кости на самом деле не плоские, а тонкие и слегка изогнутые. Примеры плоских костей:

   • костей черепа
   • лопатки (плечевой кости)
   • ребер

   Плоские кости часто служат для защиты внутренних органов. Подумайте о том, как кости черепа плотно окружают мозг.

   Плоские кости также могут служить точками прикрепления ваших мышц. Ваша плечевая кость — хороший тому пример.

   Неправильные кости

   Неправильные кости вашего тела имеют разнообразную форму, которая часто бывает сложной.Примеры:

   • позвонков
   • костей таза
   • многих костей вашего лица

   Как и плоские кости, функция неправильных костей заключается в защите различных частей вашего тела. Например, позвонки защищают спинной мозг.

   Сесамовидные кости

   Сесамовидные кости маленькие и круглые. Они встречаются по всему телу, в основном в руках, ногах и коленях.

   Интересно, что их расположение может варьироваться от человека к человеку.Надколенник (коленная чашечка) является примером выступающей сесамовидной кости в теле.

   Сесамоиды — это кости, которые образуются внутри сухожилия, и кости, окруженные сухожилиями, которые соединяют мышцы с костью. Они помогают защитить сухожилия от износа и снимают давление при использовании сустава.

   Они дают механическое преимущество мышцам и сухожилиям, в которых они расположены.

   Ваши кости состоят из двух разных типов тканей.

   Компактная

   Компактная кость — это внешняя оболочка кости.Он состоит из множества плотно расположенных слоев костной ткани.

   Компактная кость содержит центральный канал, проходящий по всей длине кости, часто называемый гаверсовым каналом. Гаверсовы каналы позволяют кровеносным сосудам и некоторым нервам проникать в кость.

   Губчатая

   Губчатая кость не такая плотная, как компактная кость, и очень похожа на соты. В нем есть полости, в которых находится красный или желтый костный мозг.

   Губчатая кость также важна для движения. Если бы вся ваша костная ткань была компактной, вы, вероятно, были бы слишком тяжелыми, чтобы двигаться! Губчатая кость также помогает поглощать удары и стресс от движения.

   В ваших костях присутствует множество различных клеток.

   Мезенхимальные стволовые клетки

   Это стволовые клетки, обнаруженные в ваших костях. Они могут развиваться во множество различных типов клеток, включая остеобласты.

   Остеобласты

   Эти клетки происходят из мезенхимальных стволовых клеток. Они работают, чтобы откладывать коллаген и минералы, которые в конечном итоге образуют зрелую кость.

   Когда они это сделают, остеобласты могут стать клеткой на поверхности кости, развиться в остеоциты или погибнуть в результате естественного процесса, называемого апоптозом.

   Остеоциты

   Остеоциты застревают в костной ткани и являются наиболее распространенным типом клеток в зрелой костной ткани. Они следят за такими вещами, как стресс, костная масса и содержание питательных веществ.

   Они также важны для передачи сигналов во время ремоделирования кости, процесса резорбции кости и образования новой костной ткани, которая может последовать.

   Остеокласты

   Остеокласты — это большие клетки. Они выделяют множество ионов и ферментов, которые позволяют резорбировать костную ткань.Резорбированный материал затем можно использовать для создания новой костной ткани.

   Ваши кости делают гораздо больше, чем просто поддерживают ваше тело. Они облегчают движение, обеспечивают защиту внутренних органов и важны для образования клеток крови и хранения питательных веществ.

   Кости классифицируются по размеру и функциям. Внутри кости содержат множество различных тканей и клеток. Все эти компоненты работают вместе, чтобы сделать ваши кости многофункциональной тканью, которой они и являются.

   Кости: типы, структура и функции

   Кости — это больше, чем просто каркас, удерживающий тело вместе. Кости бывают всех форм и размеров и выполняют множество функций. В этой статье мы объясним их функции, из чего они сделаны и какие типы клеток задействованы.

   Несмотря на первое впечатление, кости — это живые активные ткани, которые постоянно модифицируются.

   Кости выполняют множество функций. Они поддерживают тело структурно, защищают наши жизненно важные органы и позволяют нам двигаться.Кроме того, они создают среду для костного мозга, где создаются клетки крови, и действуют как хранилище минералов, в частности кальция.

   При рождении у нас около 270 мягких костей. По мере роста некоторые из них сгорают. Когда мы достигаем совершеннолетия, у нас остается 206 костей.

   Самая большая кость в человеческом теле — бедренная кость или бедренная кость, а самая маленькая — стремечка в среднем ухе, длина которой составляет всего 3 миллиметра (мм).

   Кости в основном состоят из белкового коллагена, который образует мягкий каркас. Минеральный фосфат кальция укрепляет этот каркас, придавая ему прочность. Более 99 процентов кальция в нашем организме содержится в костях и зубах.

   Кости имеют внутреннюю структуру, похожую на соты, что делает их жесткими, но относительно легкими.

   Кости состоят из двух типов тканей:

   1. Компактная (кортикальная) кость: Твердый внешний слой, плотный, прочный и долговечный. Он составляет около 80 процентов костной массы взрослого человека.

   2.Губчатая (губчатая или губчатая) кость: Состоит из сети трабекул или стержневидных структур. Она легче, менее плотная и более гибкая, чем компактная кость.

   Также в костях:

   • остеобластов и остеоцитов, ответственных за создание костей
   • остеокластов или клеток, резорбирующих костную ткань
   • остеоид, смесь коллагена и других белков
   • неорганические минеральные соли в матриксе
   • нервы и кровеносные сосуды
   • костный мозг
   • хрящ
   • мембран, включая эндост и надкостницу

   Ниже представлена ​​трехмерная карта скелетной системы. Щелкните, чтобы изучить.

   Кости не являются статичной тканью, но их необходимо постоянно поддерживать и реконструировать. В этом процессе участвуют три основных типа клеток.

   Остеобласты: Они отвечают за создание новой кости и восстановление старой кости. Остеобласты производят белковую смесь, называемую остеоидом, которая минерализуется и становится костью. Они также производят гормоны, в том числе простагландины.

   Остеоциты: Это неактивные остеобласты, застрявшие в кости, которую они создали.Они поддерживают связи с другими остеоцитами и остеобластами. Они важны для коммуникации в костной ткани.

   Остеокласты: Это большие клетки с более чем одним ядром. Их работа — ломать кости. Они выделяют ферменты и кислоты для растворения минералов в костях и их переваривания. Этот процесс называется резорбцией. Остеокласты помогают реконструировать поврежденные кости и создавать пути, по которым проходят нервы и кровеносные сосуды.

   Костный мозг

   Костный мозг находится почти во всех костях, где присутствует губчатая кость.

   Костный мозг производит около 2 миллионов эритроцитов каждую секунду. Он также производит лимфоциты или белые кровяные тельца, участвующие в иммунном ответе.

   Внеклеточный матрикс

   Кости — это, по сути, живые клетки, встроенные в органический матрикс на минеральной основе. Этот внеклеточный матрикс состоит из:

   Органических компонентов , в основном из коллагена 1 типа.

   Неорганические компоненты , включая гидроксиапатит и другие соли, такие как кальций и фосфат.

   Коллаген придает кость прочность на разрыв, а именно сопротивление разрыву. Гидроксиапатит придает костям прочность на сжатие или сопротивление сжатию.

   Что делают кости?

   Кости выполняют несколько жизненно важных функций:

   Кости выполняют несколько жизненно важных функций:

   Механические

   Кости служат каркасом для поддержки тела. К костям прикрепляются мышцы, сухожилия и связки. Без прикрепления к костям мышцы не могли двигать телом.

   Некоторые кости защищают внутренние органы тела. Например, череп защищает мозг, а ребра защищают сердце и легкие.

   Synthesizing

   Ракообразующая кость производит эритроциты, тромбоциты и лейкоциты. Также в костном мозге разрушаются дефектные и старые эритроциты.

   Metabolic

   Поделиться на Pinterest Изображение губчатой ​​кости, полученное с помощью электронного микроскопа (увеличение x100).
   Изображение предоставлено: Sbertazzo

   Хранение минералов: Кости служат резервом минералов, особенно кальция и фосфора.

   Они также хранят некоторые факторы роста, такие как инсулиноподобный фактор роста.

   Хранение жира: Жирные кислоты могут накапливаться в жировой ткани костного мозга.

   pH-баланс: Кости могут выделять или поглощать щелочные соли, помогая крови поддерживать правильный уровень pH.

   Детоксикация: Кости могут поглощать тяжелые металлы и другие токсичные элементы из крови.

   Эндокринная функция: Кости выделяют гормоны, которые действуют на почки и влияют на регуляцию уровня сахара в крови и отложение жира.

   Баланс кальция: Кости могут повышать или уменьшать содержание кальция в крови, образуя кость или разрушая его в процессе, называемом резорбцией.

   В человеческом теле пять типов костей:

   Длинные кости: Это в основном уплотненные кости с небольшим костным мозгом и включают большинство костей конечностей. Эти кости, как правило, поддерживают вес и помогают двигаться.

   Короткие кости: Только тонкий слой компактной кости, включая кости запястья и лодыжки.

   Плоские кости: Обычно кости тонкие и изогнутые. Они состоят из двух внешних слоев компактной кости и внутреннего слоя губчатой ​​кости. Плоские кости включают большинство костей черепа и грудины или грудины. Они, как правило, играют защитную роль.

   Сесамовидные кости: Они встроены в сухожилия, такие как надколенник или коленная чашечка. Они защищают сухожилия от износа и нагрузок.

   Кости неправильной формы: Как следует из названия, это кости, которые не попадают в первые четыре категории и имеют необычную форму.К ним относятся кости позвоночника и таза. Они часто защищают органы или ткани.

   Кости скелета делятся на две группы:

   Аппендикулярный скелет — кости конечностей, плеч и тазового пояса.

   Осевой скелет — кости черепа, позвоночник, грудная клетка.

   Кость постоянно реконструируется. Этот процесс состоит из двух частей:

   1. Резорбция , когда остеокласты разрушаются и удаляют кость.

   2. Образование при отложении новой костной ткани.

   Примерно 10 процентов скелета взрослого человека заменяется ежегодно.

   Ремоделирование позволяет телу исправлять поврежденные участки, изменять форму скелета во время роста и регулировать уровень кальция.

   Если одна часть скелета подвергается повышенной нагрузке с течением времени, например, во время занятий спортом или физических упражнений, участки кости, находящиеся под наибольшим давлением, в ответ станут толще.

   Ремоделирование находится под контролем нескольких гормонов, включая паратиреоидный гормон, кальцитонин, витамин D, эстроген у женщин и тестостерон у мужчин.

   Остеопороз — это заболевание костей, при котором наблюдается снижение минеральной плотности костей. Это увеличивает риск возникновения переломов. Остеопороз чаще всего встречается у женщин после менопаузы. Однако это может произойти у женщин и мужчин в пременопаузе.

   Остеопороз возникает, когда удаление или резорбция кости происходит слишком быстро, новая кость образуется слишком медленно, или по обеим причинам. Это может быть вызвано недостатком кальция, дефицитом витамина D, чрезмерным употреблением алкоголя или курением табака.

   Хотя им уделяется меньше внимания, чем другим частям тела, кости — это больше, чем просто защитный каркас, на котором построено человеческое тело.

   Кости также поддерживают соответствующий уровень многих соединений и регулируют гормональные пути. Кости — незамеченные герои анатомии.

   Структура, функции и факторы, влияющие на костные клетки

   Костная ткань непрерывно ремоделируется за счет согласованных действий костных клеток, которые включают резорбцию кости остеокластами и формирование кости остеобластами, тогда как остеоциты действуют как механосенсоры и оркестраторы ремоделирования кости обработать.Этот процесс находится под контролем местных (например, факторы роста и цитокины) и системных (например, кальцитонин и эстрогены) факторов, которые все вместе вносят вклад в гомеостаз кости. Дисбаланс между резорбцией и формированием кости может привести к заболеваниям костей, включая остеопороз. Недавно было обнаружено, что во время ремоделирования кости между костными клетками существует сложная связь. Например, связь резорбции кости с образованием кости достигается за счет взаимодействия между остеокластами и остеобластами. Более того, остеоциты продуцируют факторы, которые влияют на активность остеобластов и остеокластов, тогда как апоптоз остеоцитов сопровождается резорбцией остеокластов кости. Растущие знания о структуре и функциях костных клеток способствовали лучшему пониманию биологии костей. Было высказано предположение, что между костными клетками и другими органами существует сложная связь, что указывает на динамический характер костной ткани. В этом обзоре мы обсуждаем текущие данные о структуре и функциях костных клеток и факторах, влияющих на ремоделирование кости.

   1. Введение

   Кость — это минерализованная соединительная ткань, в которой представлены четыре типа клеток: остеобласты, клетки выстилки кости, остеоциты и остеокласты [1, 2]. Кость выполняет важные функции в организме, такие как движение, поддержка и защита мягких тканей, хранение кальция и фосфата и укрытие костного мозга [3, 4]. Несмотря на свой инертный вид, кость представляет собой очень динамичный орган, который постоянно резорбируется остеокластами и вновь формируется остеобластами. Есть данные, что остеоциты действуют как механосенсоры и организаторы этого процесса ремоделирования кости [5-8].Функция клеток выстилки кости не совсем ясна, но эти клетки, по-видимому, играют важную роль в соединении резорбции кости с образованием кости [9].

   Ремоделирование кости — это очень сложный процесс, посредством которого старая кость заменяется новой, в цикле, состоящем из трех фаз: (1) инициирование резорбции кости остеокластами, (2) переход (или период обращения) от резорбции к образование новой кости и (3) образование кости остеобластами [10, 11]. Этот процесс происходит из-за скоординированных действий остеокластов, остеобластов, остеоцитов и клеток выстилки кости, которые вместе образуют временную анатомическую структуру, называемую базовой многоклеточной единицей (BMU) [12–14].

   Нормальное ремоделирование кости необходимо для заживления переломов и адаптации скелета к механическому использованию, а также для гомеостаза кальция [15]. С другой стороны, дисбаланс резорбции и образования кости приводит к нескольким заболеваниям костей. Например, чрезмерная резорбция остеокластами без соответствующего количества нервно-сформированной кости остеобластами способствует потере костной массы и остеопорозу [16], тогда как наоборот, может привести к остеопетрозу [17]. Таким образом, равновесие между формированием и резорбцией кости необходимо и зависит от действия нескольких местных и системных факторов, включая гормоны, цитокины, хемокины и биомеханическую стимуляцию [18–20].

   Недавние исследования показали, что кость влияет на деятельность других органов, а на кость также влияют другие органы и системы тела [21], что дает новое понимание и доказывает сложность и динамическую природу костной ткани.

   В этом обзоре мы обратимся к текущим данным о биологии костных клеток, костном матриксе и факторах, влияющих на процесс ремоделирования кости. Кроме того, мы кратко обсудим роль эстрогена в костной ткани в физиологических и патологических условиях.

   2. Костные клетки

   2.1. Остеобласты

   Остеобласты — это клетки кубовидной формы, расположенные вдоль поверхности кости, составляющие 4–6% от общего количества резидентных костных клеток, и широко известны своей функцией формирования кости [22]. Эти клетки демонстрируют морфологические характеристики клеток, синтезирующих белок, включая обильный грубый эндоплазматический ретикулум и выдающийся аппарат Гольджи, а также различные секреторные везикулы [22, 23]. Как поляризованные клетки, остеобласты секретируют остеоид в направлении костного матрикса [24] (Рисунки 1 (a), 1 (b) и 2 (a)).

   Остеобласты происходят из мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Обязательство MSC по отношению к клону остеопрогениторов требует экспрессии специфических генов, следующих своевременно запрограммированных шагов, включая синтез костных морфогенетических белков (BMPs) и членов путей Wingless (Wnt) [25]. Экспрессия связанных с Runt факторов транскрипции 2, Distal-less homeobox 5 (Dlx5) и osterix (Osx) является критическим для дифференцировки остеобластов [22, 26]. Кроме того, Runx2 является главным геном дифференцировки остеобластов, о чем свидетельствует тот факт, что Runx2-нулевые мыши лишены остеобластов [26, 27]. Runx2 продемонстрировал повышенную регуляцию генов, связанных с остеобластами, таких как ColIA1 , ALP , BSP , BGLAP и OCN [28].

   Когда пул предшественников остеобластов, экспрессирующих Runx2 и ColIA1 , образуется во время дифференцировки остеобластов, наступает фаза пролиферации. На этой фазе предшественники остеобластов проявляют активность щелочной фосфатазы (ЩФ) и считаются преостеобластами [22].Переход преостеобластов в зрелые остеобласты характеризуется увеличением экспрессии Osx и секреции белков костного матрикса, таких как остеокальцин (OCN), костный сиалопротеин (BSP) I / II и коллаген I типа. Кроме того, остеобласты претерпевают морфологические изменения, становясь крупными и кубовидными клетками [26, 29–31].

   Есть доказательства, что др. Факторы, такие как фактор роста фибробластов (FGF), микроРНК и коннексин 43, играют важную роль в дифференцировке остеобластов [32–35].Мыши с нокаутом FGF-2 показали снижение костной массы, связанное с увеличением адипоцитов в костном мозге, что указывает на участие FGFs в дифференцировке остеобластов [34]. Также было продемонстрировано, что FGF-18 активирует дифференцировку остеобластов по аутокринному механизму [36]. МикроРНК участвуют в регуляции экспрессии генов во многих типах клеток, включая остеобласты, в которых одни микроРНК стимулируют, а другие ингибируют дифференцировку остеобластов [37, 38]. Коннексин 43, как известно, является основным коннексином в кости [35].Мутация в гене, кодирующем коннексин 43, нарушает дифференцировку остеобластов и вызывает пороки развития скелета у мышей [39].

   Синтез костного матрикса остеобластами происходит в два основных этапа: отложение органического матрикса и его последующая минерализация (Рисунки 1 (b) –1 (d)). На первом этапе остеобласты секретируют белки коллагена, в основном коллаген I типа, неколлагеновые белки (OCN, остеонектин, BSP II и остеопонтин) и протеогликан, включая декорин и бигликан, которые образуют органический матрикс.После этого минерализация костного матрикса проходит в две фазы: везикулярную и фибриллярную фазы [40, 41]. Везикулярная фаза возникает, когда части с переменным диаметром в диапазоне от 30 до 200 нм, называемые везикулами матрикса, высвобождаются из домена апикальной мембраны остеобластов во вновь образованный костный матрикс, в котором они связываются с протеогликанами и другими органическими компонентами. Из-за своего отрицательного заряда сульфатированные протеогликаны иммобилизуют ионы кальция, которые хранятся в везикулах матрикса [41, 42].Когда остеобласты секретируют ферменты, разрушающие протеогликаны, ионы кальция высвобождаются из протеогликанов и пересекают кальциевые каналы, представленные в мембране матричных везикул. Эти каналы образованы белками, называемыми аннексинами [40].

   С другой стороны, фосфатсодержащие соединения расщепляются ALP, секретируемой остеобластами, высвобождая ионы фосфата внутри везикул матрикса. Затем ионы фосфата и кальция внутри пузырьков зарождаются, образуя кристаллы гидроксиапатита [43].Фибриллярная фаза возникает, когда пересыщение ионов кальция и фосфата внутри матричных везикул приводит к разрыву этих структур и кристаллы гидроксиапатита распространяются на окружающую матрицу [44, 45].

   Зрелые остеобласты выглядят как один слой кубовидных клеток, содержащих обильный грубый эндоплазматический ретикулум и большой комплекс Гольджи (Рисунки 2 (а) и 3 (а)). Некоторые из этих остеобластов демонстрируют цитоплазматические отростки в направлении костного матрикса и достигают отростков остеоцитов [46].На этой стадии зрелые остеобласты могут подвергаться апоптозу или становиться остеоцитами или клетками выстилки кости [47, 48]. Интересно, что внутри вакуолей остеобластов наблюдались круглые / яйцевидные структуры, содержащие плотные тела и TUNEL-положительные структуры. Эти данные предполагают, что помимо профессиональных фагоцитов, остеобласты также способны поглощать и разрушать апоптотические тела во время формирования альвеолярной кости [49].

   2.2. Клетки выстилки костей

   Клетки выстилки костей представляют собой покоящиеся остеобласты плоской формы, которые покрывают костные поверхности, где не происходит ни резорбции кости, ни образования кости [50].Эти клетки имеют тонкий и плоский профиль ядра; его цитоплазма простирается вдоль поверхности кости и отображает несколько цитоплазматических органелл, таких как профили грубого эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи [50] (Рисунок 2 (b)). Некоторые из этих клеток демонстрируют отростки, простирающиеся в canaliculi, и щелевые соединения также наблюдаются между соседними клетками выстилки кости и между этими клетками и остеоцитами [50, 51].

   Секреторная активность клеток выстилки костей зависит от физиологического статуса костей, в результате чего эти клетки могут повторно приобретать свою секреторную активность, увеличивая свой размер и принимая кубовидную форму [52].Функции клеток выстилки костной ткани до конца не изучены, но было показано, что эти клетки предотвращают прямое взаимодействие между остеокластами и костным матриксом, когда резорбция кости не должна происходить, а также участвуют в дифференцировке остеокластов, продуцируя остеопротегерин (OPG) и активатор рецептора. лиганда ядерного фактора каппа-B (RANKL) [14, 53]. Более того, клетки выстилки кости вместе с другими костными клетками являются важным компонентом BMU, анатомической структуры, которая присутствует во время цикла ремоделирования кости [9].

   2.3. Остеоциты

   Остеоциты, которые составляют 90–95% всех костных клеток, являются наиболее многочисленными и долгоживущими клетками с продолжительностью жизни до 25 лет [54]. В отличие от остеобластов и остеокластов, которые были определены их соответствующими функциями во время образования кости и резорбции кости, остеоциты ранее определялись по их морфологии и местоположению. На протяжении десятилетий трудности с выделением остеоцитов из костного матрикса приводили к ошибочному представлению о том, что эти клетки будут пассивными клетками, а их функции неверно интерпретировались [55].Развитие новых технологий, таких как идентификация маркеров, специфичных для остеоцитов, новых моделей на животных, разработка методов выделения и культивирования костных клеток, а также создание фенотипически стабильных клеточных линий привело к улучшению понимания биологии остеоцитов. Фактически, было признано, что эти клетки выполняют множество важных функций в кости [8].

   Остеоциты расположены в лакунах, окруженных минерализованным костным матриксом, при этом они имеют дендритную морфологию [15, 55, 56] (Рисунки 3 (a) –3 (d)). Морфология внедренных остеоцитов различается в зависимости от типа кости. Например, остеоциты губчатой ​​кости более округлые, чем остеоциты кортикальной кости, которые имеют удлиненную морфологию [57].

   Остеоциты происходят от линии MSC через дифференцировку остеобластов. В этом процессе были предложены четыре распознаваемых стадии: остеоид-остеоцит, преостеоцит, молодой остеоцит и зрелый остеоцит [54]. В конце цикла формирования кости субпопуляция остеобластов становится остеоцитами, включенными в костный матрикс.Этот процесс сопровождается заметными морфологическими и ультраструктурными изменениями, в том числе уменьшением размеров круглых остеобластов. Количество органелл, таких как шероховатый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, уменьшается, а соотношение ядра и цитоплазмы увеличивается, что соответствует снижению синтеза и секреции белка [58].

   Во время перехода остеобласт / остеоцит цитоплазматический процесс начинает проявляться до того, как остеоциты будут заключены в костный матрикс [22]. Механизмы, участвующие в развитии цитоплазматических процессов остеоцитов, недостаточно изучены. Однако белок E11 / gp38, также называемый подопланином, может играть важную роль. E11 / gp38 высоко экспрессируется во встроенных или недавно встроенных остеоцитах, подобно другим типам клеток с дендритной морфологией, таким как подоциты, альвеолярные клетки легких типа II и клетки сосудистого сплетения [59]. Было высказано предположение, что E11 / gp38 использует энергию от активности GTPase для взаимодействия с компонентами цитоскелета и молекулами, участвующими в подвижности клеток, посредством чего регулирует динамику актинового цитоскелета [60, 61].Соответственно, ингибирование экспрессии E11 / gp38 в остеоцитоподобных клетках MLO-Y4, как было показано, блокирует удлинение дендритов, подтверждая, что E11 / gp38 участвует в образовании дендритов в остеоцитах [59].

   По завершении стадии зрелого остеоцита, полностью заключенного в минерализованный костный матрикс, происходит подавление экспрессии некоторых ранее экспрессированных маркеров остеобластов, таких как OCN, BSPII, коллаген типа I и ЩФ. С другой стороны, маркеры остеоцитов, включая белок 1 дентинового матрикса (DMP1) и склеростин, высоко экспрессируются [8, 62–64].

   В то время как тело клетки остеоцита расположено внутри лакуны, его цитоплазматические отростки (до 50 на каждую клетку) пересекают крошечные туннели, которые берут начало в пространстве лакуны, называемые canaliculi, образуя лакуноканаликулярную систему остеоцитов [65] (Рисунки 3 (b)) –3 (г)). Эти цитоплазматические процессы связаны с другими процессами соседних остеоцитов щелевыми контактами, а также с цитоплазматическими процессами остеобластов и выстилающих костную ткань клеток на поверхности кости, облегчая межклеточный транспорт малых сигнальных молекул, таких как простагландины и оксид азота, между этими клетками [66 ].Кроме того, лакуно-каналическая система остеоцитов находится в непосредственной близости от кровоснабжения, благодаря чему кислород и питательные вещества поступают в остеоциты [15].

   Было подсчитано, что поверхность остеоцитов в 400 раз больше, чем у всех систем Гаверса и Фолькмана, и более чем в 100 раз больше, чем поверхность губчатой ​​кости [67, 68]. Связь между клетками также обеспечивается интерстициальной жидкостью, которая течет между отростками остеоцитов и канальцами [68]. Благодаря лакуно-канальцевой системе (Рис. 3 (b)) остеоциты действуют как механосенсоры, поскольку их взаимосвязанная сеть обладает способностью обнаруживать механическое давление и нагрузки, тем самым помогая адаптации кости к повседневным механическим силам [55].Таким образом, остеоциты, по-видимому, действуют как организаторы ремоделирования кости, регулируя активность остеобластов и остеокластов [15, 69]. Более того, апоптоз остеоцитов был признан хемотаксическим сигналом к ​​резорбции остеокластической кости [70–73]. В соответствии с этим было показано, что во время резорбции кости апоптотические остеоциты поглощаются остеокластами [74–76].

   Механическая чувствительность остеоцитов достигается благодаря стратегическому расположению этих клеток в костном матриксе.Таким образом, форма и пространственное расположение остеоцитов согласуются с их функциями восприятия и передачи сигналов, способствуя преобразованию механических стимулов в биохимические сигналы, явление, которое называется пьезоэлектрическим эффектом [77]. Механизмы и компоненты, с помощью которых остеоциты преобразуют механические стимулы в биохимические сигналы, недостаточно изучены. Однако было предложено два механизма. Один из них заключается в том, что существует белковый комплекс, образованный ресничками и ассоциированными с ней белками PolyCystins 1 и 2, который, как предполагается, является критическим для механочувствительности остеоцитов и для опосредованного остеобластами / остеоцитами образования кости [78].Второй механизм включает компоненты цитоскелета остеоцитов, включая белковый комплекс фокальной адгезии и его многочисленные актин-ассоциированные белки, такие как паксиллин, винкулин, талин и циксин [79]. При механической стимуляции остеоциты производят несколько вторичных мессенджеров, например, АТФ, оксид азота (NO), Ca ²⁺ и простагландины (PGE ₂ и PGI ₂ ), которые влияют на физиологию костей [8, 80] . Независимо от задействованного механизма, важно отметить, что механочувствительная функция остеоцитов возможна из-за сложной канальцевой сети, которая обеспечивает связь между костными клетками.

   2.4. Остеокласты

   Остеокласты представляют собой терминально дифференцированные многоядерные клетки (Рисунки 4 (a) –4 (d)), которые происходят из мононуклеарных клеток линии гемопоэтических стволовых клеток под влиянием нескольких факторов. В число этих факторов входят макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-CSF), секретируемый мезенхимальными клетками и остеобластами остеопрогениторов [81], и лиганд RANK, секретируемый остеобластами, остеоцитами и стромальными клетками [20]. Вместе эти факторы способствуют активации факторов транскрипции [81, 82] и экспрессии генов в остеокластах [83, 84].

   M-CSF связывается со своим рецептором (cFMS), присутствующим в предшественниках остеокластов, что стимулирует их пролиферацию и ингибирует их апоптоз [82, 85]. RANKL является решающим фактором остеокластогенеза и экспрессируется остеобластами, остеоцитами и стромальными клетками. Когда он связывается со своим рецептором RANK в предшественниках остеокластов, индуцируется образование остеокластов [86]. С другой стороны, другой фактор, называемый остеопротегерином (OPG), который продуцируется широким спектром клеток, включая остеобласты, стромальные клетки, фибробласты десен и пародонта [87–89], связывается с RANKL, предотвращая взаимодействие RANK / RANKL и , следовательно, ингибирование остеокластогенеза [87] (Рисунок 5).Таким образом, система RANKL / RANK / OPG является ключевым медиатором остеокластогенеза [19, 86, 89].

   
   

   Взаимодействие RANKL / RANK также способствует экспрессии других остеокластогенных факторов, таких как NFATc1 и DC-STAMP. Взаимодействуя с факторами транскрипции PU.1, cFos и MITF, NFATc1 регулирует гены, специфичные для остеокластов, включая TRAP и катепсин K , которые имеют решающее значение для активности остеокластов [90]. Под влиянием взаимодействия RANKL / RANK NFATc1 также индуцирует экспрессию DC-STAMP, которая имеет решающее значение для слияния предшественников остеокластов [91, 92].

   Несмотря на то, что эти остеокластогенные факторы были хорошо определены, недавно было продемонстрировано, что остеокластогенный потенциал может различаться в зависимости от рассматриваемого участка кости. Сообщалось, что остеокласты из длинного костного мозга формируются быстрее, чем в челюсти. Эта другая динамика остеокластогенеза, возможно, может быть связана с клеточным составом костного мозга, специфичным для костной ткани [93].

   Во время ремоделирования кости остеокласты поляризуются; затем можно наблюдать четыре типа мембранных доменов остеокластов: зону уплотнения и волнистую границу, которые находятся в контакте с костным матриксом (рис. 4 (b) и 4 (d)), а также базолатеральный и функциональный секреторные домены, которые не контактируют с костным матриксом [94, 95].Поляризация остеокластов во время резорбции кости включает перестройку актинового цитоскелета, в которой образуется кольцо F-актина, которое включает плотную непрерывную зону высокодинамичных подосом, и, следовательно, область мембраны, которая развивается в взъерошенную границу, изолирована. Важно отметить, что эти домены образуются только тогда, когда остеокласты находятся в контакте с внеклеточным минерализованным матриксом, в процессе, в котором -интегрин, а также CD44, опосредуют прикрепление подосом остеокластов к поверхности кости [96–99] . Ультраструктурно волнистая граница представляет собой мембранный домен, образованный микроворсинками, который изолирован от окружающей ткани прозрачной зоной, также известной как зона уплотнения. Светлая зона — это область, лишенная органелл, расположенная на периферии остеокласта рядом с костным матриксом [98]. Эта запечатывающая зона образована актиновым кольцом и несколькими другими белками, включая актин, талин, винкулин, паксиллин, тензин и связанные с актином белки, такие как α -актинин, фимбрин, гельсолин и динамин [95].-Интегрин связывается с неколлагеновым костным матриксом, содержащим -RGD-последовательность, такую ​​как костный сиалопротеин, остеопонтин и витронектин, создавая периферическое уплотнение, ограничивающее центральную область, где расположена взъерошенная граница [98] (рисунки 4 (b) -4 ( г)).

   Поддержание взъерошенной границы также важно для активности остеокластов; эта структура формируется за счет интенсивного перемещения лизосомальных и эндосомных компонентов. В взъерошенной кайме находится H ⁺ -АТФаза вакуольного типа (V-АТФаза), которая помогает подкислять лакуну резорбции и, следовательно, способствует растворению кристаллов гидроксиапатита [20, 100, 101].В этой области протоны и ферменты, такие как устойчивая к тартрату кислотная фосфатаза (TRAP), катепсин K и матриксная металлопротеиназа-9 (MMP-9), транспортируются в отсек, называемый лакуной Howship, что приводит к деградации кости [94, 101–104 ] (Рисунок 5). Продукты этой деградации затем подвергаются эндоцитозу через взъерошенную границу и трансцитируются в функциональный секреторный домен на плазматической мембране [7, 95].

   Аномальное увеличение образования и активности остеокластов приводит к некоторым заболеваниям костей, таким как остеопороз, когда резорбция превышает образование, вызывая снижение плотности костей и увеличение количества переломов костей [105].При некоторых патологических состояниях, включая метастазы в кости и воспалительный артрит, аномальная активация остеокластов приводит к околосуставным эрозиям и болезненным остеолитическим повреждениям соответственно [83, 105, 106]. При пародонтите заболевание пародонта, вызванное размножением бактерий [107, 108], вызывает миграцию воспалительных клеток. Эти клетки продуцируют химические медиаторы, такие как IL-6 и RANKL, которые стимулируют миграцию остеокластов [89, 109, 110]. В результате в альвеолярной кости происходит аномальное усиление резорбции костной ткани, что способствует потере прикрепления зубов и прогрессированию пародонтита [89, 111].

   С другой стороны, при остеопетрозе, который является редким заболеванием костей, генетические мутации, влияющие на функции образования и резорбции остеокластов, приводят к снижению резорбции кости, что приводит к непропорциональному накоплению костной массы [17]. Эти заболевания демонстрируют важность нормального процесса ремоделирования кости для поддержания гомеостаза кости.

   Кроме того, есть свидетельства того, что остеокласты выполняют несколько других функций. Например, было показано, что остеокласты продуцируют факторы, называемые кластокинами, которые контролируют остеобласты во время цикла ремоделирования кости, который будет обсуждаться ниже. Другое недавнее доказательство состоит в том, что остеокласты также могут напрямую регулировать нишу гемопоэтических стволовых клеток [112]. Эти данные показывают, что остеокласты являются не только клетками, резорбирующими кости, но также источником цитокинов, которые влияют на активность других клеток.

   2.5. Внеклеточный костный матрикс

   Кость состоит из неорганических солей и органического матрикса [113]. Органический матрикс содержит коллагеновые белки (90%), преимущественно коллаген I типа и неколлагеновые белки, включая остеокальцин, остеонектин, остеопонтин, фибронектин и костный сиалопротеин II, костные морфогенетические белки (BMP) и факторы роста [114].Существуют также небольшие протеогликаны, богатые лейцином, включая декорин, бигликан, люмикан, остеоадерин и сериновые белки [114–116].

   Неорганический материал кости состоит преимущественно из ионов фосфата и кальция; однако также присутствуют значительные количества бикарбоната, натрия, калия, цитрата, магния, карбоната, флюорита, цинка, бария и стронция [1, 2]. Ионы кальция и фосфата образуют зародыши с образованием кристаллов гидроксиапатита, которые представлены химической формулой Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ .Вместе с коллагеном неколлагеновые матричные белки образуют каркас для отложения гидроксиапатита, и такая ассоциация отвечает за типичную жесткость и сопротивление костной ткани [4].

   Костный матрикс представляет собой сложный и организованный каркас, который обеспечивает механическую поддержку и играет важную роль в гомеостазе кости. Костный матрикс может высвобождать несколько молекул, которые мешают активности костных клеток и, следовательно, участвует в ремоделировании кости [117].Поскольку одной потери костной массы недостаточно, чтобы вызвать переломы костей [118], предполагается, что другие факторы, включая изменения белков костного матрикса и их модификации, имеют решающее значение для понимания и прогнозирования переломов костей [119]. Фактически, известно, что коллаген играет решающую роль в структуре и функции костной ткани [120].

   Соответственно, было продемонстрировано, что существует вариация в концентрации белков костного матрикса с возрастом, питанием, заболеванием и антиостеопоротическим лечением [119, 121, 122], что может способствовать деформации после деформации и переломам кости [119] .Например, исследования in vivo, и in vitro, показали, что увеличение синтеза гиалуроновой кислоты после лечения паратироидным гормоном (ПТГ) было связано с последующей резорбцией кости [123–127], что указывает на возможную связь между синтезом гиалуроновой кислоты и повышение активности остеокластов.

   2.6. Взаимодействие между костными клетками и костным матриксом

   Как обсуждалось ранее, костный матрикс не только обеспечивает поддержку костных клеток, но также играет ключевую роль в регулировании активности костных клеток посредством нескольких молекул адгезии [117, 128].Интегрины — наиболее распространенные молекулы адгезии, участвующие во взаимодействии между костными клетками и костным матриксом [129]. Остеобласты взаимодействуют с костным матриксом с помощью интегринов, которые распознают и связываются с RGD и другими последовательностями, присутствующими в белках костного матрикса, включая остеопонтин, фибронектин, коллаген, остеопонтин и костный сиалопротеин [130, 131]. Наиболее распространенными интегринами, присутствующими в остеобластах, являются, и [132]. Эти белки также играют важную роль в организации остеобластов на поверхности кости во время синтеза остеоидов [129].

   С другой стороны, взаимодействие между остеокластами и костным матриксом важно для функции остеокластов, поскольку, как упоминалось ранее, резорбция кости происходит только тогда, когда остеокласты связываются с минерализованной поверхностью кости [97]. Таким образом, во время резорбции кости остеокласты экспрессируют интегрины и взаимодействуют с внеклеточным матриксом, в котором первые связываются с обогащенными костями RGD-содержащими белками, такими как костный сиалопротеин и остеопонтин, тогда как интегрины связываются с фибриллами коллагена [133, 134]. Несмотря на эти связывания, остеокласты обладают высокой подвижностью, даже при активной резорбции, и, как мигрирующие клетки, остеокласты не экспрессируют кадгерины. Однако было продемонстрировано, что кадгерины обеспечивают тесный контакт между предшественниками остеокластов и стромальными клетками, которые экспрессируют важные факторы роста для дифференцировки остеокластов [135].

   Интегрины играют посредническую роль во взаимодействиях остеоцитов с костным матриксом. Эти взаимодействия необходимы для механочувствительной функции этих клеток, посредством чего сигналы, индуцированные деформацией ткани, генерируются и усиливаются [136].До сих пор не ясно, какие интегрины участвуют, но было высказано предположение, что интегрины и интегрины участвуют во взаимодействии остеоцитов с костным матриксом [137, 138]. Эти взаимодействия происходят между телом остеоцитов и костным матриксом стенки лакуны, а также между стенкой канальца с отростками остеоцитов [137].

   Только узкое перицеллюлярное пространство, заполненное жидкостью, отделяет тело клетки остеоцита и отростки от минерализованного костного матрикса [58]. Расстояние между телом клетки остеоцита и лакунарной стенкой составляет примерно 0.5–1,0 мкм шириной м, тогда как расстояние между мембранами отростков остеоцитов и стенкой канальца колеблется от 50 до 100 нм [139]. Химический состав перицеллюлярной жидкости точно не определен. Однако присутствует разнообразный набор макромолекул, продуцируемых остеоцитами, таких как остеопонтин, остеокальцин, белок матрикса дентина, протеогликаны и гиалуроновая кислота [136, 140, 141].

   Остеоциты и их отростки окружены неорганизованным перицеллюлярным матриксом; внутри канальцевой сети наблюдались тонкие фиброзные связи, названные «тросами» [139].Было высказано предположение, что возможным соединением этих связок является перлекан [141]. Отростки остеоцитов также могут прикрепляться непосредственно к «бугоркам», которые представляют собой выступающие структуры, исходящие из стенок канальцев. Эти структуры образуют тесные контакты, возможно, посредством -интегринов, с мембраной отростков остеоцитов [137, 142]. Таким образом, эти структуры, по-видимому, играют ключевую роль в механочувствительной функции остеоцитов, воспринимая движения потока жидкости вместе с перицеллюлярным пространством, вызванные силами механической нагрузки [143].Кроме того, движение потока жидкости также важно для двунаправленного транспорта растворенных веществ в перицеллюлярном пространстве, который влияет на сигнальные пути остеоцитов и связь между костными клетками [144, 145].

   2.7. Местные и системные факторы, регулирующие гомеостаз кости

   Ремоделирование кости — это очень сложный цикл, который достигается согласованными действиями остеобластов, остеоцитов, остеокластов и клеток выстилки кости [3]. Образование, пролиферация, дифференцировка и активность этих клеток контролируются местными и системными факторами [18, 19].К местным факторам относятся аутокринные и паракринные молекулы, такие как факторы роста, цитокины и простагландины, продуцируемые костными клетками, помимо факторов костного матрикса, которые высвобождаются во время резорбции кости [46, 146]. Системные факторы, которые важны для поддержания гомеостаза костей, включают паратироидный гормон (ПТГ), кальцитонин, 1,25-дигидроксивитамин D ₃ (кальцитриол), глюкокортикоиды, андрогены и эстрогены [16, 147–150]. Сообщается, что, как и PTH, родственный PTH белок (PTHrP), который также связывается с рецептором PTH, влияет на ремоделирование кости [147].

   Эстроген играет решающую роль в гомеостазе костной ткани; Снижение уровня эстрогенов в период менопаузы является основной причиной потери костной массы и остеопороза [16]. Механизмы действия эстрогена на костную ткань до конца не изучены. Тем не менее, несколько исследований показали, что эстроген поддерживает гомеостаз костей, подавляя апоптоз остеобластов и остеоцитов [151–153] и предотвращая чрезмерную резорбцию кости. Эстроген подавляет образование и активность остеокластов, а также вызывает апоптоз остеокластов [16, 76, 104, 154].Было высказано предположение, что эстроген уменьшает образование остеокластов, ингибируя синтез остеокластогенного цитокина RANKL остеобластами и остеоцитами. Более того, эстроген стимулирует эти костные клетки продуцировать остеопротегерин (OPG), рецептор-ловушку RANK в остеокласте, тем самым подавляя остеокластогенез [19, 155–159]. Кроме того, эстроген подавляет образование остеокластов за счет снижения уровней других остеокластогенных цитокинов, таких как IL-1, IL-6, IL-11, TNF- α , TNF- β и M-CSF [160, 161] .

   Эстроген действует непосредственно на костные клетки с помощью своих рецепторов эстрогена α и β , присутствующих на этих клетках [162]. Более того, было показано, что остеокласт является прямой мишенью для эстрогена [163, 164]. Соответственно, иммуноэкспрессия рецептора эстрогена β была продемонстрирована в клетках альвеолярной кости самок крыс, получавших эстрадиол. Более того, усиленная иммуноэкспрессия, наблюдаемая в TUNEL-положительных остеокластах, указывает на то, что эстроген участвует в контроле продолжительности жизни остеокластов непосредственно с помощью рецепторов эстрогена [163]. Эти данные демонстрируют важность эстрогена для поддержания гомеостаза костей.

   2,8. Процесс ремоделирования кости

   Цикл ремоделирования кости происходит в костных полостях, которые необходимо реконструировать [165]. В этих полостях образуются временные анатомические структуры, называемые основными многоклеточными единицами (BMU), которые состоят из группы остеокластов впереди, образующих режущий конус, и группы остеобластов позади, образующих замыкающий конус, связанных с кровеносными сосудами и периферическая иннервация [11, 166].Было высказано предположение, что BMU покрыт множеством клеток (возможно, клеток выстилки кости), которые формируют компартмент ремоделирования кости (BRC) [13]. BRC, по-видимому, связан с клетками выстилки кости на поверхности кости, которые, в свою очередь, сообщаются с остеоцитами, заключенными в костном матриксе [13, 14].

   Цикл ремоделирования кости начинается с фазы инициации, которая состоит из резорбции кости остеокластами, за которой следует фаза формирования кости остеобластами, но между этими двумя фазами существует переходная (или обратная) фаза. Цикл завершается скоординированными действиями остеоцитов и клеток выстилки кости [10, 11]. В фазе инициации под действием остеокластогенных факторов, включая RANKL и M-CSF, гемопоэтические стволовые клетки рекрутируются в определенные участки поверхности кости и дифференцируются в зрелые остеокласты, которые инициируют резорбцию кости [167, 168].

   Известно, что во время цикла ремоделирования кости существуют прямые и непрямые связи между костными клетками в процессе, называемом механизмом сцепления, который включает растворимые факторы сцепления, хранящиеся в костном матриксе, которые будут высвобождаться после резорбции костных остеокластов [169].Например, такие факторы, как инсулиноподобные факторы роста (IGF), трансформирующий фактор роста β (TGF- β ), BMP, FGF и фактор роста тромбоцитов (PDGF), по-видимому, действуют как факторы связывания, поскольку они накапливаются в костном матриксе и высвобождаются во время резорбции кости [170]. Эта идея подтверждается генетическими исследованиями на людях и мышах, а также фармакологическими исследованиями [105, 171].

   Недавно было высказано предположение, что другая категория молекул, называемых семафоринами, участвует в коммуникации костных клеток во время ремоделирования кости [146].На начальном этапе необходимо подавить дифференцировку и активность остеобластов, чтобы полностью удалить поврежденную или старую кость. Остеокласты экспрессируют фактор, называемый семафорин4D (Sema4D), который ингибирует образование кости во время резорбции кости [172]. Семафорины составляют большое семейство гликопротеинов, которые не только связаны с мембраной, но также существуют в виде растворимых форм, которые обнаруживаются в широком диапазоне тканей и, как было показано, участвуют в различных биологических процессах, таких как иммунный ответ, органогенез, развитие сердечно-сосудистой системы и опухоли. прогрессия [172, 173].В костях было высказано предположение, что семафорины также участвуют в межклеточной коммуникации между остеокластами и остеобластами во время цикла ремоделирования кости [174–176].

   Sema4D, экспрессируемый в остеокластах, связывается со своим рецептором (Plexin-B1), присутствующим в остеобластах, и ингибирует путь IGF-1, необходимый для дифференцировки остеобластов [172], что позволяет предположить, что остеокласты подавляют образование костей, экспрессируя Sema4D. Напротив, другой член семейства семафоринов (Sema3A) был обнаружен в остеобластах и ​​считается ингибитором остеокластогенеза [177].Т.о., во время цикла ремоделирования кости остеокласты ингибируют образование кости, экспрессируя Sema4D, чтобы инициировать резорбцию кости, тогда как остеобласты экспрессируют Sema3A, который подавляет резорбцию кости, до образования кости [146] (Рис. 5).

   Недавние исследования также предполагают существование других факторов, участвующих в механизме сцепления во время цикла ремоделирования кости. Одним из этих факторов является эфринB2, мембраносвязанная молекула, экспрессирующаяся в зрелых остеокластах, которая связывается с эфриномB4, обнаруженным в плазматической мембране остеобластов. Связывание ephrinB2 / ephrinB4 передает двунаправленные сигналы, которые способствуют дифференцировке остеобластов, тогда как обратная передача сигналов (ephrinB4 / ephrinB2) ингибирует остеокластогенез [178] (Рисунок 5). Эти данные предполагают, что путь ephrinB2 / ephrinB4 может быть вовлечен в прекращение резорбции кости и индуцирует дифференцировку остеобластов в переходной фазе [178].

   Кроме того, было показано, что эфринB2 также экспрессируется в остеобластах [179]. Более того, зрелые остеокласты секретируют ряд факторов, которые стимулируют дифференцировку остеобластов, таких как секретируемые сигнальные молекулы Wnt10b, BMP6 и сигнальный сфинголипид, сфингозин-1-фосфат [180].Эти находки предполагают очень сложный механизм эфринов и участие других факторов в коммуникации остеокластов / остеобластов во время цикла ремоделирования кости. С другой стороны, несмотря на исследования, в которых сообщается об участии семафоринов и эфринов в коммуникации между остеокластами и остеобластами, прямой контакт между зрелыми остеобластами и остеокластами не был продемонстрирован in vivo и до сих пор остается спорным.

   Помимо остеокластов и остеобластов, было продемонстрировано, что остеоциты играют ключевую роль во время цикла ремоделирования кости [8].Фактически, под влиянием нескольких факторов остеоциты действуют как организаторы процесса ремоделирования кости, производя факторы, которые влияют на активность остеобластов и остеокластов [55] (Рисунок 5). Например, механическая нагрузка стимулирует выработку остеоцитами факторов, которые оказывают анаболическое действие на кость, таких как PGE ₂ , простациклин (PGI ₂ ), NO и IGF-1 [181–184]. С другой стороны, механическая разгрузка подавляет анаболические факторы и стимулирует остеоциты продуцировать склеростин и DKK-1, которые являются ингибиторами активности остеобластов [185–188], а также специфических факторов, стимулирующих местный остеокластогенез [189].Склеростин является продуктом гена SOST и, как известно, является негативным регулятором костеобразования, подавляя в остеобластах действие Lrp5, ключевого рецептора сигнального пути Wnt / β -катенин [63].

   Апоптоз остеоцитов, как было показано, действует как хемотаксический сигнал для локального рекрутирования остеокластов [70, 150, 152, 190, 191]. Соответственно, сообщалось, что остеокласты поглощают апоптотические остеоциты [74, 75, 192], предполагая, что остеокласты способны удалять умирающие остеоциты и / или остеобласты из сайта ремоделирования (Рисунки 4 (c) и 4 (d)).Более того, сообщается, что остеокластогенные факторы также продуцируются жизнеспособными остеоцитами рядом с умирающими остеоцитами [193]. Имеются данные о том, что остеоциты действуют как основной источник RANKL, способствуя остеокластогенезу [167, 168], хотя было продемонстрировано, что этот фактор также продуцируется другими типами клеток, такими как стромальные клетки [194], остеобласты и фибробласты [88, 89].

   Таким образом, все еще существует неопределенность в отношении точных факторов, стимулирующих остеокластогенез, продуцируемых остеоцитами.Недавние обзоры сфокусированы на некоторых молекулах, которые могут быть кандидатами на передачу сигналов между апоптозом остеоцитов и остеокластогенезом [72, 73]. Например, в костях, подвергнутых усталостной нагрузке, жизнеспособные остеоциты вблизи апоптотических, помимо высокого отношения RANKL / OPG, экспрессируют повышенные уровни фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и хемоаттрактантного протеина-1 моноцитов (CCL2), способствуя усилению местного остеокластогенеза. [194, 195]. Было высказано предположение, что остеоциты действуют как основной источник RANKL, способствуя остеокластогенезу [166, 167].Кроме того, увеличение отношения RANKL / OPG, экспрессируемого остеоцитами, также наблюдалось у крыс с дефицитом коннексина 43, что позволяет предположить, что нарушение межклеточной коммуникации между остеоцитами может вызывать высвобождение местных проостеокластогенных цитокинов [33, 196, 197] . Белок-бокс группы с высокой подвижностью 1 (HMGB1) [198–200] и M-CSF [201], как предполагается, также продуцируются остеоцитами, которые стимулируют рекрутирование остеокластов во время ремоделирования кости [72, 73]. Таким образом, для решения этой проблемы необходимы дальнейшие исследования.

   2.9. Эндокринные функции костной ткани

   Классические функции костной ткани, помимо передвижения, включают поддержку и защиту мягких тканей, хранение кальция и фосфатов и укрытие костного мозга. Кроме того, недавние исследования были сосредоточены на эндокринных функциях костей, которые могут влиять на другие органы [202]. Например, было показано, что остеокальцин, продуцируемый остеобластами, действует на другие органы [203]. Остеокальцин можно найти в двух разных формах: карбоксилированном и недкарбоксилированном.Карбоксилированная форма имеет высокое сродство к кристаллам гидроксиапатита, оставаясь в костном матриксе во время его минерализации. Андеркарбоксилированная форма проявляет более низкое сродство к минералам из-за подкисления костного матрикса во время резорбции остеокластов кости, а затем она транспортируется кровотоком, достигая других органов [204, 205]. Было показано, что недокарбоксилированный остеокальцин оказывает некоторое действие на поджелудочную железу, жировую ткань, яички и нервную систему. В поджелудочной железе остеокальцин действует как положительный регулятор секреции и чувствительности инсулина поджелудочной железы, а также пролиферации панкреатических β -клеток [110].В жировой ткани остеокальцин стимулирует экспрессию гена адипонектина, что, в свою очередь, увеличивает чувствительность к инсулину [204]. В яичках остеокальцин может связываться со специфическим рецептором в клетках Лейдига и усиливать синтез тестостерона и, следовательно, увеличивать фертильность [206]. Остеокальцин также стимулирует синтез моноаминовых нейромедиаторов в гиппокампе и ингибирует синтез гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), улучшая обучаемость и навыки памяти [207].

   Остеоциты обеспечивают еще одну эндокринную функцию костной ткани.Эти клетки способны регулировать метаболизм фосфатов за счет производства FGF23, который действует на другие органы, включая паращитовидную железу и почки, снижая уровень циркулирующих фосфатов [208, 209]. Остеоциты также действуют на иммунную систему, изменяя микроокружение в первичных лимфоидных органах и тем самым влияя на лимфопоэз [210]. Известно, что активность не только остеоцитов, но также остеобластов и остеокластов влияет на иммунную систему, в основном при воспалительном разрушении костей.Действительно, открытие коммуникативного взаимодействия между скелетной и иммунной системами привело к появлению новой области исследований, называемой остеоиммунологией [211].

   3. Выводы

   Знание структурной, молекулярной и функциональной биологии кости имеет важное значение для лучшего понимания этой ткани как многоклеточной единицы и динамической структуры, которая также может действовать как эндокринная ткань, функция все еще плохо понял. In vitro и in vivo Исследования продемонстрировали, что костные клетки реагируют на различные факторы и молекулы, что способствует лучшему пониманию пластичности костных клеток.Кроме того, взаимодействия костных клеток, зависимые от интегринов матрикса, необходимы для образования и резорбции кости. Исследования обращали внимание на важность лакуноканаликулярной системы и перицеллюлярной жидкости, с помощью которой остеоциты действуют как механосенсоры, для адаптации кости к механическим силам.