Функции

Основной функцией диска является механическая функция. Диски передают нагрузку по позвоночному столбу и позволяют позвоночнику сгибаться и вращаться. Нагрузка на диски образуется за счет веса тела и мышечной активности и зависит от положения тела (рис.6.8). При выполнении повседневных действий нагрузка на диск постоянно меняется. Сгибание и разгибание позвоночника приводят к растяжению и сдавливанию диска, причем нагрузка на диски увеличивается сверху вниз из-за особенностей геометрии тела и распределения веса тела. Вращение позвоночника вызывает поперечную нагрузку (сдвиг) дисков.

Давление на диски в покое колеблется, в зависимости от положения тела, от 0,1 до 0,2 МПа, а при наклонах и поднятии тяжести давление на диски увеличивается до 1,5-2,5 МПа. В нормальном состоянии давление в диске создается в основном водой в ядре и внутренней части наружного кольца. При увеличении нагрузки на диск давление равномерно распределяется по всему диску и хрящевой пластинке.

При сдавливании диска он деформируется и уплощается. Хрящевая пластинка и наружное кольцо выбухают, напряжение в этих структурах увеличивается, и давление в ядре растет. Степень деформации диска зависит от скорости увеличения нагрузки. При сгибании и разгибании позвоночника диск может сжиматься или растягиваться на 30-60% своей толщины, а расстояние между отростками соседних позвонков может увеличиваться более, чем в 4 раза. Если нагрузка исчезает в течение нескольких секунд, то диск быстро возвращается к исходным размерам. Однако если нагрузка сохраняется, то диск продолжает сжиматься. Эта “инерция” обусловлена продолжающейся деформацией структур диска и потерей жидкости из-за повышенного давления. Во время дневной физической активности, когда давление на диск повышено, диск теряет 10-25% своей воды. Эта вода восстанавливается ночью во время сна . Из-за потери воды и сжатия диска рабочие за день могут терять 1-2 см своего роста.

Состав диска изменяется также с возрастом и при развитии дегенерации, и при этом реакция диска на механическую нагрузку также меняется. Ядро, теряя воду и протеогликаны, уже не может столь же эффективно реагировать на нагрузку. Распределение нагрузки по волокнам фиброзного кольца и хрящевой пластинке становится неравномерным. При выраженной дегенерации диска внутренняя часть наружного кольца при нагрузке может выпячиваться внутрь ядра, и это может приводить к аномальному давлению на другие структуры диска, делая их в итоге неработоспособными. Скорость “инерционных” процессов в дегенеративных дисках также увеличена, и они по сравнению с нормальными дисками быстрее сжимаются при равной нагрузке. Сжатие диска влияет на другие структуры позвоночника, например, мышцы и связки. В частности, это может приводить к увеличению давления на суставные поверхности, что может являться причиной их дегенерации при нарушении функций дисков.

Соединение костей. Строение сустава

С оединение костей. Все кости в теле человека соединены между собой различным образом в стройную систему - скелет. Но все многообразие соединений костей в скелете можно свести к двум основным типам: непрерывные соединения (фиброзные) - синартрозыи прерывные соединения (хрящевые и синовиальные) или суставы - диартрозы.

Типы соединения костей

В непрерывных соединениях кости могут соединяться между собой: костным веществом (синостозы), что имеет место между позвонками, образующими крестец, между некоторыми костями черепа: между клиновидной и затылочной, при зарастании швов костей свода черепа; хрящом (синхондрозы) - соединения позвонков между собой; волокнистой соединительной тканью (синдесмозы), например незаращенные швы свода черепа, соединения нижних концов обеих берцовых костей. Последний вид соединений очень распространен.

Непрерывные соединения костей свода черепа - швы - бывают нескольких видов. Когда зазубрины и зубчики одной кости входят в промежутки между зубцами другой, мы имеем зубчатый шов, когда же край одной кости несколько истончен, как бы косо срезан и накладывается на край другой кости наподобие рыбной чешуи - чешуйчатый шов. Если края соединяющихся костей ровные и только прилегают друг к другу, такой шов называется гармоническим. Когда одна из костей как бы вбита или вколочена в углубление другой наподобие клина или гвоздя, такое соединение называется вколоченным. Этим способом соединены зубы с челюстными костями.

Имеются и переходные формы соединений костей от неподвижных к подвижным - это полусуставы или, иначе, гемиартрозы. По виду это хрящевые соединения только с небольшой щелевидной полостью внутри. Примером такого полусустава является лонное сращение между двумя костями таза - так называемый симфиз лонных костей.

Наиболее распространенной и совершенной формой соединения костей является прерывное соединение (диартроз), когда концевые поверхности двух или нескольких костей только прилегают друг к другу, разделённые щелевидной полостью, и прочно скреплены соединительнотканной сумкой. Такое соединение называется суставом (articulatio) или сочленением. У человека насчитывается до 230 суставов.[1959 Станков А Г - Анатомия человека, 1967 Татаринов В Г - Анатомия и физиология]

Строение сустава. Суставы - наиболее распространённый вид соединения костей в человеческом теле. В каждом суставе обязательно имеются три основных элемента: суставные поверхности, суставная сумка и суставная полость.

Суставные поверхности в большинстве суставов покрыты гиалиновым хрящом и только в некоторых, например в височно-челюстном суставе, - волокнистым хрящом.

Суставная сумка (капсула) натянута между сочленяющимися костями, прикрепляется по краям суставных поверхностей и переходит в надкостницу. В суставной сумке различаются два слоя: наружный - фиброзный и внутренний - синовиальный. Суставная капсула в некоторых суставах имеет выпячивания - синовиальные сумки (бурсы). Синовиальные сумки находятся между суставами и сухожилиями мышц, расположенных в окружности сустава, и уменьшают трение сухожилия о капсулу сустава. Суставная сумка снаружи в большинстве суставов укреплена связками.

Суставная полость имеет щелевидную форму, ограничена суставными хрящами и суставной сумкой и герметически закрыта. В полости сустава содержимся небольшое количество вязкой жидкости - синовии, которую выделяет синовиальный слой суставной сумки. Синовия смазывает суставные хрящи, благодаря чему уменьшается трение в суставах при движении. Суставные хрящи сочленяющихся костей плотно прилегают друг к другу, чему способствует отрицательное давление в полости сустава. В некоторых суставах имеются вспомогательные образования: внутрисуставные связки и внутрисуставные хрящи (диски и мениски).[1967 Татаринов В Г - Анатомия и физиология]

Классификация суставов. Существует взаимосвязь между характером движений в суставах и формой суставных поверхностей. Суставные поверхности сравнивают с отрезками геометрических фигур. По форме суставных поверхностей суставы делятся нашаровидные, эллипсоидные, седловидные, цилиндрические и блоковидные.

Виды движений в суставах. При определении движений в суставах мысленно проводят три основных оси: поперечную, переднезаднюю, или сагиттальную, и вертикальную. Различают следующие основные движения: вокруг поперечной оси - сгибание(флексия) и разгибание (экстензия); вокруг сагиттальной оси - отведение (абдукция) и приведение (аддукция); вокруг вертикальной оси - вращение (ротация). В некоторых суставах возможно также периферическое, или круговое, движение, когда свободный конец кости описывает окружность. В одних суставах возможны движения вокруг одной оси, в других - вокруг двух осей, в третьих - вокруг трёх осей.

Одноосными суставами являются цилиндрические и блоковидные, двухосными - эллипсоидные и седловидные, трёхосными или многоосными - шаровидные. Примером одноосного сустава служат межфаланговые суставы пальцев, двухосного - лучезапястный сустав, трёхосного - плечевой сустав. Кроме того, имеются суставы с ровными суставными поверхностями. Такие суставы носят название плоских; в них возможно только небольшое скольжение. Сустав называется простым, если он образован двумя костями, исложным, если в нём соединяются три кости или больше. Два или несколько суставов, в которых движения могут происходить только одновременно, составляют вместе так называемый комбинированный сустав.

Мышцы и их функция. Строение и работа мышц

Мышечная ткань. Для осуществления различных движений в организме человека, как и у всех позвоночных животных, имеются 3 вида мышечной ткани: скелетная, сердечная и гладкая. Каждому виду ткани свойствен свой тип видоизмененных клеток - мышечных волокон.

На рисунке показана схема организации скелетной мышцы. Все скелетные мышцы содержат множество волокон диаметром от 10 до 80 мкм. На рисунке также показано, что каждое из этих волокон состоит из последовательно соединенных более мелких элементов. В большинстве скелетных мышц каждое волокно вытянуто во всю длину мышцы и, за исключением примерно 2%, обычно иннервируется лишь одним нервным окончанием вблизи середины волокна. Сарколемма. Сарколеммой называют клеточную мембрану мышечного волокна. Она состоит из собственно мембраны клетки, называемой плазматической мембраной, и наружного покрытия из тонкого слоя полисахаридного материала, который содержит множество тонких коллагеновых нитей. На концах мышечного волокна этот поверхностный слой сарколеммы сливается с сухожильными волокнами. Сухожильные волокна, в свою очередь, собираются в пучки и формируют мышечные сухожилия, вплетающиеся в кости.

Миофибриллы. Нити актина и миозина. Каждое мышечное волокно содержит от нескольких сотен до нескольких тысяч миофибрилл, которые представлены на поперечном срезе в виде небольших светлых точек. Каждая миофибрилла собрана примерно из 1500 смежных нитей миозина и 3000 нитей актина, представляющих собой большие полимеризованные белковые молекулы, ответственные за мышечное сокращение. Они видны в продольном сечении на электронной микрофотографии. Толстые нити на схемах — миозиновые, тонкие — актиновые. Обратите внимание, что на рисунке актиновые и миозиновые нити частично перекрываются, в связи с чем миофибриллы имеют чередующиеся светлые и темные полоски. Светлые полоски содержат только актиновые нити, их называют I-полосками, поскольку они изотропны в поляризованном свете. Темные полоски содержат миозиновые нити, а также концы актиновых нитей, которые частично накладываются на миозиновые нити. Эти полоски называют А-полосками, поскольку они анизотропны в поляризованном свете. На рисунке видны также маленькие выступы по сторонам миозиновых нитей. Это так называемые поперечные мостики. Их взаимодействие с актиновыми нитями лежит в основе сокращения мыщц. На рисунке показано также, что концы актиновых нитей прикреплены к так называемому Z-диску (Z-мембране). Отсюда актиновые нити распространяются в обе стороны, проходя между миозиновыми нитями. Z-диск, состоящий из нитевидных белков, отличающихся от актиновых и миозиновых нитей, проходит в поперечном направлении через миофибриллу, а также через все мышечное волокно, переходя от одной миофибриллы к другой, скрепляя их между собой. В связи с этим целое мышечное волокно, как и отдельные миофибриллы, имеет светлые и темные полоски. Эти полоски придают скелетным и сердечной мышцам характерный полосатый вид. Часть миофибриллы (или целого мышечного волокна), расположенную между двумя последовательными Z-дисками, называют саркомером. В сокращенном мышечном волокне длина саркомера равна примерно 2 мкм. При этой длине актиновые нити полностью перекрывают миозиновые, и кончики актиновых нитей начинают перекрывать друг друга. Мы увидим далее, что при этой длине мышца способна генерировать максимальную силу сокращения. Что удерживает актиновые и миозиновые нити на месте? Удерживать актиновые и миозиновые нити рядом довольно трудно. Это обеспечивается с помощью большого числа нитевидных молекул белка, называемого тайтином. Каждая молекула тайтина имеет молекулярную массу около 3000000, что делает ее одной из самых крупных белковых молекул в организме. Кроме того, поскольку молекула тайтина волокнистая, она очень упруга. Упругие молекулы тайтина образуют каркас, удерживающий актиновые и миозиновые нити в положении, обеспечивающем нормальную работу сократительного аппарата саркомера. Это позволяет полагать, что сама молекула тайтина действует как матрица для начального формирования участков сократительных нитей саркомера, особенно миозиновых нитей. Саркоплазма. В каждом мышечном волокне многочисленные миофибриллы расположены рядом, бок о бок. Пространство между ними заполнено внутриклеточной жидкостью, называемой саркоплазмой и содержащей большое количество калия, магния и фосфатов, а также множество ферментов. Кроме того, имеется огромное число митохондрий, расположенных параллельно миофибриллам. Они снабжают сокращающиеся миофибриллы большим количеством энергии в форме аденозинтрифосфата, синтезируемого митохондриями. Саркоплазматический ретикулум. В саркоплазме, окружающей миофибриллы каждого мышечного волокна, имеется также хорошо развитый ретикулум, называемый саркоплазматическим ретикулумом. Он имеет специфическую организацию, исключительно важную для регуляции мышечного сокращения . Саркоплазматический ретикулум особенно сильно развит в очень быстро сокращающихся типах мышечных волокон.