Специалистам / Практика / Практика (статья)

Опорно-двигательная система. Общие сведения

СкелетОсновная функция скелета человека – опора для тканей организма и механическая защита внутренних органов. Благодаря суставам, укрепленных суставными капсулами и связками, возможна подвижность скелета. А хрящи на поверхности суставов нивелируют действие механических сил во время движения. Сами движения происходят благодаря сократительной способности скелетной мускулатуры. Поражение органов опорно-двигательного аппарата вызывает сходную клиническую картину, но почти 50% ортопедических патологий можно диагностировать путем качественного сбора анамнеза.

Остеон или гаверсова система (система костных пластинок) – структурная единица кости, сконцентрированная вокруг центрального канала, по которому проходят нервы и сосуды. Расположение остеонов соответствует функциональной нагрузке на кость. Так, губчатые кости имеют систему костных пластинок, расположенную перпендикулярно их вертикальной оси, трубчатые кости – параллельно вертикальной оси, а плоские кости черепа – радиально и параллельно поверхности кости. Промежутки между остеонами, не прилегающих вплотную друг к другу, заполнены вставочными костными пластинками (рисунок 1).

Рисунок 1. Строение кости

Остеоны и вставочные пластины образуют основной средний слой костного вещества, который со стороны эндоста (тонкого слоя соединительной ткани, выстилающего изнутри костную ткань) покрыт внутренними окружающими пластинками, а со стороны периоста (надкостницы – соединительной ткани, покрывающей кость снаружи) – наружными окружающими пластинками. В последнем находятся кровеносные сосуды, пролегающие по каналам Фолькмана (специальные прободающие каналы) из надкостницы в костной вещество.

Трабекулы (trabeculae; или перекладины костного вещества), также состоящие из остеонов, формируют плотное компактное вещество кости (при плотном расположении трабекул) и рыхлое (губчатое; substantia spongiosa) трабекулярное вещество (при неплотном расположении, образуя костные ячейки, похожие на губки). Распределение губчатого и компактного вещества зависит от функции кости. В тех местах костной ткани, где требуется сохранять прочность и легкость при большом объеме, содержится в основном губчатое вещество (например, в эпифизах трубчатых костей), а в частях (или костях), выполняющих опорную или двигательную функцию (например, диафизы трубчатых костей) содержится преимущественно компактное вещество.

Красный костный мозг (орган, участвующий в кроветворении, обеспечивающий иммунитет, а также в развитии, питании и росте костной ткани) находится в костных ячейках. Желтый костный мозг (перерожденная ретикулярная ткань с жировыми включениями) содержится в костномозговых полостях (канале трубчатых костей). Остеобласты контролируют формирование костной ткани, а остеокласты – разрушение. Остеобласты и фибробласты синтезируют коллаген, из которого состоит основная часть костного матрикса.

Костная ткань содержит кальций в виде гидроксилапатита. Примерно 1% кальция и фосфора осуществляют баланс с внеклеточной жидкостью, остальная часть высвобождается при остеокластической резорбции. Кальциевый обмен между внеклеточной жидкостью и костной тканью регулируется паратгормоном и активным метаболитом витамина D – кальцитриолом (также см статьи «Физиология фосфорно-кальциевого обмена» и «Витамин D (кальциферол) - эликсир здоровья костей и зубов»).

Хрящевую ткань (cartilago) формируют хрящевые клетки (хондроциты) и хрящевой матрикс. Хрящ делят на три основных типа:

• Гиалиновый хрящ: идеально сочетает в себе свойства прочности и эластичности. Из него состоят реберные хрящи, суставы, хрящи бронхов, трахеи и гортани
• Эластический хрящ: состоит из обширной сети коллагеновых волокон, обеспечивающих хорошую гибкость. Формирует часть гортанных хрящей и ушные раковины
• Волокнистый: содержит большое количество коллагеновых волокон. Образует участки связок и сухожилий в местах их крепления к костям, синхондрозы (junctura; непрерывные соединения костей), межпозвоночные диски

При некоторых заболеваниях, а также с возрастом уровень жидкости в хрящах снижается, что снижает их эластичность.

Суставы (articulatio) образуют соединения костей, которые делят на:

• Диартрозы (синовиальный сустав): между костными поверхностями есть суставная щель (пространство), что позволяет выполнять большой объем движений одной кости относительно другой (рисунок 2)
• Амфиартрозы (тугой сустав; amphiarthrosis): малоподвижный сустав
• Синартрозы (synarthrosis) – фиксированное (неподвижное или малоподвижное) соединение

Рисунок 2. Синовиальный сустав

По форме суставные поверхности сравнивают с отрезками геометрических тел вращения, таких как:

• Цилиндр (осуществляется ротационное (вращательное) движение вокруг оси)
• Эллипс (вращение вокруг двух осей)
• Шар (вращение вокруг трех и более осей)

Суставная полость окружает суставная капсула, которая прирастает к сочленяющимся костям по краю суставных поверхностей, тем самым обеспечивая герметичность полости. Суставная капсула состоит из синовиальной (внутренней) и фиброзной (наружной) оболочки. Синовиальная мембрана имеет два вида клеток: одни клетки синтезируют синовиальную жидкость (диалитаз плазмы, богатый гиалуроновой кислотой, смазывающий поверхности сустава и питающий суставной хрящ), другие – абсорбируют аутологичный и инородный материал.

Сухожилия и связки представляют собой дополнительный стабилизирующий (укрепляющий) суставной аппарат (рисунок 3).

Рисунок 3. Связочный аппарат плечевого сустава

Синартрозы делят на 3 вида:

• Синдесмозы: промежутки между костями заполнены соединительной тканью (например, черепные швы)
• Синхондрозы: кости соединяет хрящевая ткань. Отметим, что временные синхондрозы бывают только до определенного возраста, затем они преобразуются в синостозы (например, между метафизами и эпифизами длинных костей), а постоянные синхондрозы сохраняются на протяжение жизни (например, соединение пирамиды височной кости, клиновидной и затылочной)
• Синостозы – непрерывные соединения костей костной тканью

Амфиартрозы (amphiarthrosis; тугие суставы, например, крестцово-подвздошные суставы, межпозвоночные сочленения), представляющие собой короткую, туго натянутую суставную капсулу и крепкий, не растягивающийся вспомогательный аппарат (например, короткие укрепляющие связки), что обуславливает тесное прикосновение суставных поверхностей, значительно ограничивающее объем движений. Амфиартрозы смягчают сотрясения и толчки между костями (также см статью «Опорно-двигательный аппарат человека»).

Миофибриллы – нитевидная структура поперечнополосатых мышц, состоящая из саркомеров. Саркомер (sarcomere) состоит из толстых миозиновых нитей (миофиламентов) и тонкий актиновых нитей. При расслаблении или сокращении мышц миофиламенты смещаются относительно друг друга.

Каждый мотонейрон (нервная клетка или спинальный двигательный нейрон) способен иннервировать примерно 100-1000 мышечных волокон, которые образуют моторную или двигательную единицу. В зависимости от типа входящих мышечных волокон моторные единицы бывают двух типов:

• I тип – медленно сокращающиеся моторные единицы, иннервируемые мелкими нейронами, которые медленно проводят импульс с низким порогом и частотой возбуждения (примерно 20 Гц)
• II тип – быстро сокращающиеся моторные единицы, иннервируемые крупными, быстро проводящими нейронами с большим порогом и частотой возбуждения (примерно 100 Гц)

Из-за высокого содержания миоглобина волокна I типа красного цвета (красные мышцы), в отличие от волокон II типа (белые мышцы). Красные мышечные волокна обеспечиваются энергией за счет окислительных реакций; белые волокна – в основном за счет гликолиза. I тип мышечных волокон устойчив к длительной нагрузке, тогда как II типу свойственна быстрая утомляемость.

Длительность одиночного сокращения, вызываемого потенциалом действия быстрого мышечного волокна, составляет примерно до 100 мс, медленного – примерно 7,5 мс. Именно соотношение моторных единиц и их участие в сокращении определяется непосредственной функцией той или иной мышцы. Так, преимущественная активность медленных моторных единиц обеспечивает стабильное сокращение мускулатуры, необходимое для обеспечения позы или тонуса (например, мышцы спины. А доминирование активность быстрых моторных единиц дает возможность выполнять фазические (более отрывистые и точные) сокращения (например, мышцы кисти или глазного яблока).

С возрастом сила скелетной мускулатуры снижается. Например, в возрастном промежутке от 24 до 80 лет сила кистевого хвата снижается примерно на 50%. Также снижается мышечная масса (у пожилых людей особенно выражена атрофия мелких мышц кистей, возможна незначительная ульнарная девиация лучезапястных суставов). На этом фоне отмечается снижение объема движений во всех суставах, семенящая походка (festination), развитие сенильного остеопороза и первичного остеоартроза.