Индивидуальная изменчивость костей

Единство формы и функции в строении костей. Воздействуя на природу в процессе трудовой деятельности, человек приводит в движение свои естественные орудия - руки, ноги, пальцы и пр. В орудиях же труда он приобретает новые искусственные органы, которые дополняют и удлиняют естественные органы тела, изменяя их строение. И сам человек "...в то же время изменяет свою собственную природу" (К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, изд. 2, т. 23, с. 188). Следовательно, трудовые процессы оказывают значительные влияния на тело человека в целом, на его аппарат движения, включая и костную систему.

Особенно ярко отражается на скелете работа мышц. Как показали экспериментальные исследования П. Ф. Лесгафта, чем сильнее работа мышц, тем лучше развивается кость, и обратно. В местах прикрепления сухожилий образуются выступы (бугры, отростки, шероховатости), а на местах прикрепления мышечных пучков - ровные или вогнутые поверхности (ямки).

Чем сильнее развита мускулатура, тем лучше выражены на костях места прикрепления мышц. Вот почему рельеф кости, обусловленный прикреплением мускулатуры, у взрослого выражен сильнее, чем у ребенка, у мужчин - сильнее, чем у женщин.

Длительные и систематические сокращения мускулатуры, как это имеет место при физических упражнениях и профессиональной работе, постепенно вызывают через рефлекторные механизмы нервной системы изменение обмена веществ в кости, в результате чего получается увеличение костного вещества, названное рабочей гипертрофией .

Эта рабочая гипертрофия обусловливает изменения величины, формы и строения костей, легко определяемые рентгенологически на живых людях.

Строение скелета людей различных профессий

Различные профессии требуют различной физической работы, с чем связана разная степень участия тех или иных костей в данной работе.

Усиление физической нагрузки на аппарат движения вызывает рабочую гипертрофию костей, в результате чего меняются их форма, ширина и длина, а также толщина компактного вещества и размеры костномозгового пространства; меняется и структура губчатого вещества.

Ширина костей. Так, у грузчиков ширина костей по мере увеличения профессионального стажа достигает значительно больших размеров, нежели у представителей канцелярского труда. Ширина плюсневых костей шоферов грузовых машин, футболистов, артистов балета и рабочих, чья профессия связана с большой нагрузкой на стопы, превалирует над соответствующими размерами костей лиц, не занимающихся физическим трудом и спортом.

Толщина компактного вещества. У балерин компактное вещество более всего утолщается во II и III плюсневых костях, а у шоферов грузовых машин и футболистов - в I плюсневой кости. При этом у шоферов грузовых машин утолщение компактного вещества происходит только на одной тибиальной стороне, а у футболистов на обеих сторонах - тибиальной и фибулярной.

Рис№2.Рентгенограммы плюсневых костей балерины(а) и работников сидячего труда(б)

Костномозговая полость. Соответственно утолщению компактного вещества при рабочей гипертрофии уменьшается костномозговая полость, которая на рентгеновских снимках приобретает вид узкого костномозгового пространства между двумя тенями утолщенного компактного вещества. Это особенно наглядно выступает на рентгеновских снимках костей балерин, у которых за несколько лет работы толщина компактного вещества плюсневых костей постепенно достигает таких размеров, что костномозговое пространство становится все меньше и меньше и как бы исчезает, так что на рентгенограмме, сделанной в последний срок наблюдения, его почти не видно.

Губчатое вещество. Наряду с утолщением компактного вещества меняется структура и губчатого вещества. Из трех видов строения последнего (мелкоячеистый, среднеячеистый и крупноячеистый) усиленной физической нагрузке соответствует крупноячеистая структура. Например, у балерин, футболистов, шоферов грузовых машин и представителей других видов деятельности, связанной с соответствующей нагрузкой на скелет стопы, чаще обнаруживается крупноячеистая структура губчатого вещества, в то время как у работников сидячего труда чаще встречается мелкоячеистая структура .

Форма кости. Позвоночник. Встречаются две основные формы тел позвонков: четырехугольная - у людей, занятия которых не связаны с большой нагрузкой на позвоночник (пловцы), и клиновидная - у представителей тяжелого физического труда. Клиновидная форма в свою очередь имеет две разновидности: при одной из них клин суживается кпереди, например у штангистов, а при другой - кзади, например у артистов цирка, резко сгибающих позвоночник назад при стоянии на руках.

Верхняя конечность. Тонкая плечевая кость с хорошо выраженной хирургической шейкой чаще встречается у людей, не тренирующихся в спорте, а у пловцов в связи с гипертрофией дельтовидной мышцы диафиз в области ее прикрепления значительно расширяется и хирургическая шейка становится слабо выраженной. Аналогичные явления наблюдаются в лучевой кости гребцов на байдарке, у которых вследствие гипертрофии двуглавой мышцы резко утолщается лучевая бугристость и сглаживается шейка луча. Из-за общего утолщения лучевой кости у штангистов сглаживается шейка луча и изгиб всего диафиза. У рабочих, нагружающих обе руки, усиленно развиваются кости обеих верхних конечностей. Так, у слесарей-монтажников увеличена по сравнению с работниками канцелярского труда ширина диафизов и эпифизов трубчатых костей кисти и толщина компактного вещества. У них также наблюдается удлинение II луча кисти, что связано с усиленной нагрузкой на II палец, характерной для профессии слесаря-монтажника. У шоферов отмеченные изменения выражены больше, чем у слесарей-монтажников, причем отмечается относительное удлинение III, IV и V лучей кисти, что связано с усиленной нагрузкой на соответствующие кости при сжатии колеса штурвала. У грузчиков наблюдается еще более резкое увеличение ширины диафизов и эпифизов трубчатых костей кисти, большая толщина компактного вещества, крупноячеистая структура губчатого вещества, удлинение I луча.

У людей, неравномерно нагружающих руки, изменения костей более выражены в костях нагружаемой конечности. Так, у изолировщиц, с силой приглаживающих изолировочную ленту левой рукой, наблюдается большее развитие костей левой кисти, особенно пястных костей II и III пальцев. У пианистов отмечается большее развитие костей правой кисти, а у скрипачей - левой .

Нижняя конечность. У метателя диска резко утолщается дистальный конец диафиза бедра, так что обычная его форма искажается. У бегуна отмечается резкое утолщение большеберцовой кости в области ее бугристости и малоберцовой кости в области ее головки.

Значительным вариациям подвержены короткие трубчатые кости. Так, у плюсневых костей можно отметить две формы диафиза: 1) диафиз на середине своего протяжения имеет сужение - "талию", поэтому метафизы оказываются шире середины диафиза (например, у работников сидячего труда); 2) диафиз не имеет "талии", а на месте ее имеется расширение, придающее кости веретенообразную форму (например, у артистов балета). Эти две формы плюсневых костей представляют собой два крайних варианта индивидуальной изменчивости, обусловленных определенными видами труда.

У рабочих, усиленно нагружающих обе ноги, наблюдаются изменения в костях нижней конечности. Например, у шоферов грузовых машин отмечается усиленное развитие кортикального слоя плюсневых костей с обеих сторон и преобладание крупноячеистой структуры губчатого вещества (более 50%). У текстильщиц, нагружающих левую ногу, отмечается большая ширина I плюсневой кости левой стопы и среднеячеистая структура губчатого вещества слева. У танцовщиков особенно увеличены I и II плюсневые кости, причем отмечается преобладание кортикального слоя на фибулярной стороне, а также крупноячеистой структуры губчатого вещества эпифизов и костей предплюсны. У балерин в связи с особенностями исполнения классического танца (стояние на носках) наибольшего развития достигают диафизы II и III плюсневых костей. Резко утолщается их кортикальный слой, вследствие чего меняется форма костей (веретенообразная, без "талии"), которая отличается от формы плюсневых костей, например телефонисток, работающих сидя. У них названные кости имеют на середине диафиза "талию". Отмеченные выше изменения наблюдаются во всем скелете, но они более выражены в тех костях, которые подвергаются усиленной нагрузке при данном виде труда. Создается индивидуальная изменчивость костной системы, обусловленная конкретным влиянием различных видов работы, влиянием профессии.

Смена профессии. У изолировщицы , например, в течение 3 лет наблюдения отмечалась прогрессирующая рабочая гипертрофия пястных костей, обусловленная характерной для этой профессии физической нагрузкой на кости. Когда же эта изолировщица перешла на работу кладовщицы, то через 4 года на рентгеновских снимках скелета кисти можно было отметить уменьшение ширины диафиза и толщины компактного вещества пястных костей и соответствующее увеличение костномозгового пространства, т. е. как бы "обратное развитие" рабочей гипертрофии. Такие же изменения были обнаружены и в трубчатых костях кисти грузчиков, переставших заниматься тяжелым физическим трудом.

Аналогичные явления наблюдались и в плюсневых костях балерин, сменивших классический танец на характерный или полностью оставивших занятия балетом в связи с переходом на преподавательскую деятельность. В последнем случае уменьшение явлений рабочей гипертрофии было выражено особенно ярко.

Таким образом, по характеру костей можно до известной степени точно судить о характере профессии. Если раньше при объяснении индивидуальной изменчивости имели в виду главным образом эндогенные факторы фило- и онтогенеза, то теперь ясно, что необходимо учитывать также и экзогенные факторы, т. е. условия жизни, профессию.

Все эти данные об индивидуальной изменчивости костей, обусловленной профессиональной нагрузкой, имеют практическое значение для гигиены труда. Аналогичные изменения в строении костей происходят и при физических упражнениях спортивного характера; поэтому у лиц, занимающихся физкультурой, скелет развит значительно лучше, чем у лиц, не занимающихся гимнастикой. У детей более крепкого телосложения костная система дифференцируется лучше, чем у детей слабого телосложения. Благодаря рациональным физическим мероприятиям скелет детей развивается лучше во всех отделах, включая и грудную клетку, что благотворно отражается на развитии заключенных в ней жизненно важных органов (сердце, легкие). Следовательно, данные о развитии скелета важны для школьной гигиены. Изменения костей под воздействием физической нагрузки являются результатом функциональных условий. Об этом свидетельствуют следующие факты. Если симметричные конечности нагружаются одинаково, то и кости с обеих сторон утолщаются одинаково. Если же нагружается больше левая рука или нога, то более утолщаются соответствующие кости левой конечности. Следовательно, не только врожденные факторы (право- или леворукость) являются решающими в степени развития костного вещества, но также и характер физической нагрузки после рождения в течение всей жизни человека.

Эта закономерность позволяет путем рациональной физкультуры направленно воздействовать на рост костей и способствовать гармоничному развитию тела человека. На этой же закономерности основана лечебная физкультура, помогающая заживлению костных повреждений.

Яркой иллюстрацией роли функции в формообразовании кости может служить образование патологического сустава после перелома. В случае несрастания костных отломков концы их благодаря длительному трению друг о друга под влиянием сокращения мускулатуры приобретают форму гладких суставных поверхностей, и на месте бывшего перелома образуется так называемый ложный сустав (псевдоартроз). Или другой пример. Если пересадить кусок большеберцовой кости взамен резецированного участка другой, плечевой или бедренной, то пересаженный кусок кости (трансплантат) постепенно приобретет строение той кости (плечевой или бедренной), в которую он пересажен. Архитектоника пересаженного участка подвергается перестройке соответственно новым функциональным требованиям, предъявляемым к трансплантату. У людей физического труда может возникнуть реберно-ключичный сустав в виде амфиартроза, способствующего подвижности плечевого пояса . Все эти факты изменения формы и строения кости в зависимости от изменения функциональных условий являются проявлением диалектического закона единства формы и функции, которые взаимно обусловливают друг друга.

Таким образом, кость - это один из весьма пластичных органов нашего тела, который под влиянием внутренних и внешних факторов претерпевает значительные изменения. Многие из этих изменений выявляются рентгенографически, и поэтому рентгеновская картина скелета становится зеркалом, отражающим до известной степени жизнь организма.

Глубокое изучение нормальной структуры костей с учетом условий труда и быта имеет большое значение для решения вопроса о переходе нормы в патологию вследствие усиленной нагрузки, выходящей за пределы нормы (перетренированность, изнашивание). Зная нормальное строение костей с учетом профессиональной принадлежности рабочего или стажа спортсмена, можно уловить этот переход, что имеет значение для гигиены труда и спорта. Анатом, пользующийся лишь мацерированными костями неизвестного человека, лишен возможности такого глубокого изучения. Наоборот, эту возможность в полной мере приобретает анатом, вооруженный рентгеновыми лучами и исследующий скелет живого человека, об условиях труда и быта которого легко получить достоверные сведения. Кость не является застывшей моделью, не меняющейся после своего сформирования, как считалось раньше. Такой метафизический взгляд преодолен современной анатомией, которая рассматривает жизнедеятельность кости даже у взрослого человека как непрекращающийся обмен веществ с другими тканями организма, как диалектическое единство и борьбу двух противоположных процессов - костеобразовательного и костеразрушительного (резорбционного; resorptio - рассасывание). В результате этой борьбы происходит постоянная смена структур кости и ее химического состава; так что, например, бедренная кость в течение 50 дней полностью обновляется. При этом кость подчиняется ряду биологических законов: приспособление (адаптация) к новым жизненным условиям, единство организма и среды, единство формы и функции, изменчивость в результате упражнения или неупражнения, действие механического сдавления одной части на другую и пр.

Морфологическим выражением этих законов применительно к скелету является перестройка структуры костей (костная перестройка) соответственно меняющимся функциональным потребностям, о чем уже говорилось выше.

Такова вкратце "биологическая сторона" взаимоотношения социального и биологического. Что касается "социальной стороны", то здесь необходимо иметь в виду следующее.

Различные социальные факторы (профессия, образ жизни, характер питания и пр.) связаны с различной физической нагрузкой, от чего зависит разная степень участия тех или иных костей в данной работе. Труд работника-профессионала обусловливает длительное пребывание тела в том или ином положении (например, согнутое положение над станком или письменным столом) или постоянное изменение положения тела в том или ином направлении (например, сгибание торса вперед и отбрасывание его назад у плотников). Поэтому характер профессиональной нагрузки и ее объем определяют большее или меньшее участие в работе данного отдела скелета и каждой кости в отдельности и обусловливают разный характер и степень перестройки ее структуры. При смене профессии наблюдается костная перестройка в сторону усиления или ослабления рабочей гипертрофии в зависимости от характера профессиональной нагрузки.

Рост костей в длину усиливается при благоприятной физической нагрузке.

Так, у воспитанников ремесленных училищ, где установлен определенный режим труда, отдыха и питания, он длится дольше, чем у учащихся средних школ.

Старение костей наступает позже у рабочих, имеющих правильно организованный многолетний физический труд, который не вызывает преждевременной изнашиваемости костной ткани .