Опорно-двигательная система: строение скелета и мышц — тренажёр для 8 класса

Определение

Опорно-двигательная система — это совокупность костей скелета, их соединений и скелетных мышц, обеспечивающая организму человека опору, перемещение в пространстве и защиту внутренних органов. Костный компонент называют пассивной частью системы, мышечный — активной частью: кости сами двигаться не могут, они перемещаются под тягой мышц.

Скелет взрослого человека образован примерно 206 костями, соединёнными подвижно, полуподвижно и неподвижно. Скелетных мышц около 600, их общая масса составляет 35–40 % массы тела у взрослого мужчины.

Тема связывает анатомию с физиологией и биохимией: строение кости объясняет её прочность, строение мышечного волокна — механизм сокращения, а расположение мышц относительно сустава — направление движения. В курсе 8 класса раздел опирается на знания о тканях и предшествует изучению обмена веществ и нервной регуляции.

Ключевые правила

Опорно-двигательная система подчиняется правилу соответствия строения выполняемой функции: каждая особенность кости, сустава или мышцы объясняется механической задачей.

1. Состав кости определяет её свойства. Органические вещества (белок оссеин, около 30 %) дают упругость, неорганические (соли кальция и фосфора, около 70 %) — твёрдость. Прокалённая кость крошится, вымоченная в кислоте — гнётся в узел.
2. Возраст меняет соотношение веществ. У детей доля органики выше — кости гибкие, чаще возникают надломы «по типу зелёной ветки»; у пожилых людей растёт доля минералов — кости хрупкие, часты переломы шейки бедра.
3. Тип соединения задаёт объём движения. Сращения и швы — движение отсутствует, хрящевые полусуставы — движение ограниченное, суставы — свободное.
4. Мышца работает только на сокращение. Мышца тянет кость, но не толкает, поэтому обратное движение выполняет мышца-антагонист.
5. Сокращение требует АТФ и ионов кальция. Без энергии АТФ головки миозина не отсоединяются от актина — так возникает трупное окоченение.

Разбор примеров

Пример 1. Бедренная кость выдерживает нагрузку до 1500 кг. Кость относится к трубчатым: снаружи — плотное (компактное) вещество, внутри диафиза — костномозговая полость, в эпифизах — губчатое вещество с балками, ориентированными по линиям сжатия и растяжения. Вывод: трубчатое строение даёт максимум прочности при минимуме массы.

Пример 2. Швы черепа и коленный сустав. Кости крыши черепа соединены зубчатыми швами — неподвижное сращение, защищающее мозг. Бедренная и большеберцовая кости соединены суставом с суставной капсулой, гиалиновым хрящом и синовиальной жидкостью. Вывод: там, где нужна защита, — неподвижность; там, где нужно движение, — сустав.

Пример 3. Сгибание руки в локте. Двуглавая мышца плеча (бицепс) сокращается и подтягивает лучевую кость — рука сгибается; трёхглавая мышца (трицепс) в это время расслаблена. При разгибании роли меняются. Вывод: сгибатель и разгибатель одного сустава — антагонисты, работающие взаимно противоположно.

Пример 4. Мышца укоротилась на 30 %, длина нитей не изменилась. Внутри миофибриллы тонкие нити актина скользят между толстыми нитями миозина: головки миозина цепляются за актин, совершают гребок и отцепляются, затрачивая АТФ. Пусковой сигнал — выброс ионов Ca²⁺ из цистерн внутри волокна. Вывод: сокращение — не сжатие белков, а скольжение нитей навстречу друг другу.

Таблица

Типичные ошибки

Смешение состава и свойств кости. Ученик пишет: минеральные соли придают кости гибкость. Причина — механическое заучивание без опоры на опыт. Неправильно: «соли кальция — упругость». Правильно: соли кальция — твёрдость, оссеин — упругость.

Отнесение лопатки и ключицы к свободной конечности. Ошибка возникает из-за близости этих костей к плечу. Неправильно: «рука состоит из ключицы, лопатки и плечевой кости». Правильно: ключица и лопатка образуют пояс верхних конечностей, свободная часть начинается с плечевой кости.

Утверждение, что мышца может толкать кость. Причина — бытовое представление о «напряжении». Неправильно: «трицепс толкает предплечье вниз». Правильно: трицепс сокращается и тянет локтевой отросток, разгибая руку.

Укорочение самих нитей актина и миозина. Ошибка следует из слова «сокращение». Неправильно: «нити сжимаются». Правильно: длина нитей постоянна, укорачивается саркомер за счёт их взаимного скольжения.

Отождествление рёберных соединений с суставами. Правильно: рёбра соединяются с грудиной хрящами — полуподвижно, а с позвонками — суставами.

Пошаговый алгоритм

1. Прочитайте задание и определите объект: кость, соединение или мышца.
2. Для кости укажите тип (трубчатая, губчатая, плоская, смешанная) и отдел скелета.
3. Назовите состав: компактное и губчатое вещество, надкостница, костный мозг.
4. Для соединения определите объём движения и подберите тип: сращение, хрящ, сустав.
5. Для сустава перечислите части: головка, впадина, хрящ, капсула, синовиальная жидкость, связки.
6. Для мышцы определите, через какой сустав она перекинута и с какой стороны лежит.
7. Сделайте вывод о функции: мышца спереди сустава — сгибатель, сзади — разгибатель.
8. Назовите антагониста и опишите его состояние в момент движения.
9. Проверьте ответ обратным ходом: мысленно выполните движение и убедитесь, что названная мышца укорачивается, а её антагонист удлиняется.

Как запомнить

Отделы позвоночника — по числовому ряду 7–12–5–5–4: шея, грудь, поясница, крестец, копчик. Ряд читается сверху вниз и легко проверяется на муляже.

Состав кости — формула «оссеин гнёт, кальций держит»: органика отвечает за упругость, минералы — за твёрдость.

Соединения — по возрастанию подвижности: шов → хрящ → сустав, то есть «крепость → пружина → шарнир».

Антагонисты — правило руки: бицепс спереди — сгибает, трицепс сзади — разгибает. Приложите ладонь к плечу и согните руку: напряжётся передняя мышца.

Сокращение — цепочка «сигнал → Ca²⁺ → актин + миозин → АТФ → скольжение»: пять звеньев в строгом порядке.