Биология · базовый уровень · 9 класс · Урок 9

Скелет человека: кость, позвоночник, сустав и прямохождение

Разберём скелет не как список костей, а как систему опоры и защиты: из чего состоит кость, как она растёт и почему сустав одновременно подвижен и устойчив.

Опора и движение

Федеральная программа · базовый уровень · 9 класс

Опора и движение

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

Значение опорно-двигательного аппарата
Отделы и функции скелета: голова, туловище, конечности и их пояса
Химический состав и строение кости, типы костей
Рост кости в длину и толщину
Соединения костей и сустав
Признаки скелета человека в связи с прямохождением и работой рук
Практика: свойства кости, модели костей и позвонков

Схема разделяет осевой и добавочный скелет; число костей, их формы и места соединения здесь не показаны.

Анатомическая схема положения основных костей спереди. Позвоночник проходит позади грудной клетки; видимые рёбра и формы условны, по рисунку нельзя считать кости или оценивать здоровье. Названия связывают отдел с конкретными костями, а не только с его функцией.

Как это устроено

Скелет выполняет сразу несколько задач. Череп защищает головной мозг и органы чувств; позвоночный столб поддерживает туловище и охраняет спинной мозг; грудная клетка ограничивает пространство для сердца и лёгких и участвует в дыхательных движениях; пояса и кости конечностей передают силы при движении. Деление на осевой и добавочный скелет помогает ориентироваться, но движение любой конечности зависит также от мышц, суставов, нервной регуляции и кровоснабжения.

Ориентируемся по конкретным костям. Мозговой отдел черепа включает лобную, две теменные, две височные, затылочную, клиновидную и решётчатую кости; среди лицевых — челюсти, скуловые и носовые кости. Большинство костей соединяется швами, а нижняя челюсть подвижна. В грудной клетке первые семь пар рёбер связаны с грудиной собственными хрящами, 8–10-я — через хрящи вышележащих рёбер; 11–12-я спереди к грудине не прикрепляются. Рёбра не образуют неподвижную клетку: их соединения допускают дыхательные движения.

Свободная верхняя конечность: плечо — плечевая кость; предплечье — лучевая и локтевая; кисть — запястье, пясть и фаланги пальцев. При ладони, обращённой вперёд, лучевая кость находится со стороны большого пальца. В одной кисти обычно 8 костей запястья, 5 пястных и 14 фаланг; большой палец имеет две фаланги, остальные — по три. Слово «рука» в быту шире анатомического «плечо»; не называйте плечевую кость костью предплечья.

Свободная нижняя конечность: бедро — бедренная кость; перед коленом — надколенник; голень — большеберцовая и малоберцовая; стопа — предплюсна, плюсна и фаланги. Большеберцовая кость лежит со стороны большого пальца и передаёт значительную нагрузку; малоберцовая — с наружной стороны. В стопе обычно 7 костей предплюсны, 5 плюсневых и 14 фаланг. Пояс и свободная конечность — разные части: тазовая кость не является бедренной. Костный таз вместе с крестцом переносит нагрузку туловища, а сустав соединяет его с бедром.

Позвоночник разделяют на 7 шейных, 12 грудных и 5 поясничных позвонков; крестец обычно образован 5 сросшимися, копчик — несколькими, часто 4. Поэтому распространённое учебное число 33 связано с подсчётом исходных позвонков, а не 33 отдельных костей взрослого позвоночника; возможны варианты. Тело типичного позвонка несёт нагрузку, дуга ограничивает отверстие, отростки служат прикреплению мышц и соединениям. Отверстия вместе образуют канал для спинного мозга. У шейных позвонков тело сравнительно небольшое и есть отверстия в поперечных отростках; грудные имеют суставные поверхности для рёбер; поясничные — крупные тела. Первый шейный позвонок, атлант, не имеет обычного тела, поэтому слово «типичный» важно. Шейный и поясничный изгибы обращены выпуклостью вперёд, грудной и крестцовый — назад; форма поддерживает вертикальную опору, не заменяя мышцы и связки.

Кость — живой орган, а не каменная палочка. Минеральные вещества придают ткани сопротивление сжатию, органическая основа и организованное строение помогают переносить другие нагрузки. Компактный слой особенно заметен на стенках длинных костей, губчатые перекладины — около суставных концов и в некоторых плоских костях. Внутри есть сосуды и костный мозг. При школьном сравнении готовых образцов или модели нельзя делать вывод, что «кислота превращает кость в резину» как нормальный процесс: обработанный образец лишь иллюстрирует вклад отдельных компонентов, не полностью живую кость.

Длинные кости ребёнка растут в длину в области хрящевых зон роста; в толщину рост и перестройка связаны с клетками поверхности и внутренними клеточными процессами. После завершения роста хрящевые зоны закрываются, но костная ткань продолжает перестраиваться. Суставные поверхности покрыты хрящом, капсула ограничивает сустав, связки поддерживают его устойчивость; мышцы через сухожилия создают движение. Нельзя путать связку, соединяющую кости, и сухожилие, связывающее мышцу с костью.

Форму кости и подвижность соединения классифицируют отдельно: длинная кость не обязательно соединена только подвижно. По доступному движению различают почти неподвижные соединения (например, швы черепа), ограниченно подвижные (между телами позвонков через диски) и подвижные суставы (плечевой, тазобедренный). По строению соединения бывают фиброзные, хрящевые и с суставной полостью; один тип ткани не всегда задаёт одну степень подвижности. В суставе поверхности разделены полостью с суставной жидкостью, уменьшающей трение; капсула окружает полость. Между позвонками есть не только диски, но и суставы отростков: позвоночник нельзя назвать «одним неподвижным соединением».

Прямохождение связано с формой таза, изгибами позвоночника, положением головы, нижними конечностями и стопой; оно освобождает руки от постоянной опоры при ходьбе. Руки человека способны к точным движениям благодаря строению кисти, нервной системе и обучению, но противопоставление «животные только ходят, человек только трудится» неверно: другие приматы тоже пользуются руками и некоторыми орудиями. Рисунок скелета не позволяет по одному изгибу поставить диагноз осанки или оценить физические способности конкретного человека.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Скелет

Совокупность костей, хрящей и их соединений, создающая опору телу, защищающая органы и служащая основой для движения вместе с мышцами.

Пример: Череп защищает головной мозг, а кости конечности вместе с мышцами образуют рычаги.

Осевой скелет

Часть скелета вдоль главной оси тела: череп, позвоночный столб, рёбра и грудина.

Пример: Позвонки защищают спинной мозг и поддерживают туловище.

Добавочный скелет

Кости поясов верхних и нижних конечностей и свободных конечностей, соединяющие движения рук и ног с туловищем.

Пример: Тазовый пояс передаёт нагрузку от туловища к нижним конечностям.

Кость как орган

Живая многотканевая структура с костной тканью, сосудами, нервами и часто костным мозгом, способная расти и перестраиваться.

Пример: Бедренная кость не является мёртвым минеральным стержнем: её ткань получает кровоснабжение.

Длинная (трубчатая) кость

Кость, у которой длина превышает ширину и выделяются тело и концы; название описывает форму, не обязательный большой размер.

Пример: Бедренная и плечевая кости, а также фаланги пальцев относятся к длинным костям.

Короткая кость

Кость с относительно близкими размерами по трём направлениям, обеспечивающая опору и небольшие движения в соединениях.

Пример: Большинство костей запястья и предплюсны короткие.

Плоская кость

Относительно тонкая, часто изогнутая кость, дающая защиту и широкую поверхность прикрепления мышц.

Пример: Грудина, рёбра, лопатки и ряд костей свода черепа — плоские кости.

Смешанная кость

Кость сложной формы, не относящаяся целиком к длинным, коротким или плоским по принятой классификации.

Пример: Позвонок состоит из тела, дуги и отростков разного строения; в международных классификациях эту группу называют irregular, то есть неправильной формы.

Сесамовидная кость

Кость, развивающаяся внутри сухожилия и меняющая его положение относительно сустава.

Пример: Надколенник расположен в сухожилии четырёхглавой мышцы бедра.

Диафиз

Средняя удлинённая часть, или тело, длинной кости; её стенка содержит компактное вещество, внутри имеется костномозговая полость.

Пример: На модели бедренной кости диафиз расположен между расширенными концами.

Эпифиз

Концевая часть длинной кости с губчатым веществом внутри; суставная поверхность покрыта хрящом.

Пример: Верхний эпифиз бедренной кости включает головку, соединяющуюся с тазовой костью.

Коллаген

Структурный белок, волокна которого входят в органическую основу костного межклеточного вещества и помогают сопротивляться растяжению.

Пример: Кость сочетает коллагеновую основу с минеральной, а не состоит только из солей.

Гидроксиапатит

Минеральное соединение кальция и фосфата; его кристаллы в межклеточном веществе кости способствуют жёсткости.

Пример: Органическая основа и минеральные кристаллы вместе обеспечивают свойства костной ткани.

Важно: Это описание состава, не совет принимать соли кальция или менять питание самостоятельно.

Череп

Скелет головы: мозговой отдел окружает головной мозг, лицевой создаёт основу лица и челюстей.

Пример: Лобная и теменные кости относятся к мозговому отделу, верхняя и нижняя челюсти — к лицевому.

Грудная клетка

Костно-хрящевая основа грудного отдела: грудные позвонки, обычно 12 пар рёбер с хрящами и грудина.

Пример: Грудина расположена спереди, грудные позвонки — сзади; подвижность соединений участвует в дыхании.

Плечевой пояс

Пояс верхних конечностей, включающий правые и левые ключицы и лопатки и связывающий руки с осевым скелетом.

Пример: Ключица соединяется с грудиной, лопатка — с плечевой костью.

Тазовый пояс

Две тазовые кости, соединённые с крестцом и друг с другом; пояс передаёт нагрузку к нижним конечностям.

Пример: Каждая тазовая кость образуется срастанием подвздошной, седалищной и лобковой частей; вместе с крестцом и копчиком они образуют костный таз.

Костная ткань

Разновидность соединительной ткани с клетками и минерализованным межклеточным веществом, сочетающим прочность с определённой упругостью.

Пример: Минеральные соли способствуют твёрдости кости, а белковые компоненты — её упругости.

Важно: «Соли дают прочность, органика гибкость» — полезная модель, но реальные свойства зависят также от строения и воды.

Компактное вещество кости

Плотный наружный слой костной ткани с организованными структурными единицами, выдерживающий значительную нагрузку.

Пример: Стенка тела длинной кости содержит компактное костное вещество.

Губчатое вещество кости

Сеть костных перекладин с промежутками, расположение которых помогает распределять нагрузки при сравнительно небольшой массе.

Пример: В эпифизах бедренной кости заметно губчатое строение.

Надкостница

Соединительнотканная оболочка наружной поверхности кости, богатая сосудами и участвующая в питании, росте в толщину и восстановлении.

Пример: Рост кости в толщину связан с клетками её наружных оболочек.

Зона роста кости

Хрящевой участок растущей длинной кости, где деление и созревание клеток позволяют ей увеличиваться в длину.

Пример: У ребёнка длинная кость растёт в длину благодаря зонам роста около её концов.

Сустав

Подвижное соединение костей с суставными поверхностями, капсулой и другими структурами, обеспечивающее определённые движения.

Пример: Локтевой сустав допускает сгибание и разгибание в пределах своего строения.

Связка

Плотная соединительнотканная структура, соединяющая кости и помогающая стабилизировать сустав или другие части скелета.

Пример: Связки коленного сустава ограничивают чрезмерные смещения костей.

Позвонок

Кость позвоночного столба с телом, дугой и отростками; особенности формы различаются между отделами позвоночника.

Пример: Шейный, грудной и поясничный позвонки имеют общий план, но разные детали.

Межпозвоночный диск

Фиброзно-хрящевая структура между телами большинства соседних позвонков, участвующая в соединении, распределении нагрузки и подвижности.

Пример: Межпозвоночные диски помогают позвоночнику переносить обычную нагрузку при ходьбе.

Прямохождение

Преимущественное передвижение на двух нижних конечностях, связанное с особенностями таза, позвоночника, нижних конечностей и стопы.

Пример: Свод стопы и форма таза участвуют в передаче нагрузки при ходьбе.

Важно: Ни один отдельный признак не доказывает «идеальное» или «неидеальное» строение человека.

Пример по шагам

На модели длинной кости ученик видит плотную стенку и ячеистые участки у концов. Почему нельзя назвать одно из них «ненужным»?

Компактная ткань и губчатые перекладины имеют разное расположение и строение.
Обе структуры участвуют в выдерживании и распределении нагрузок при определённой массе кости.
Вывод о работе всей кости требует также сведений о её форме, тканях и направлении нагрузки.

Вывод: Различия компактного и губчатого вещества — части функционального строения живой кости, а не «полезное» против «лишнего».

Практическая работа

Кость и позвонок на учебных моделях

На готовой модели длинной кости найдите диафиз, концы, компактный и губчатый слои и область костного мозга; отметьте, что модель не показывает живые сосуды.
Сравните модели шейного, грудного и поясничного позвонков по телу, дуге, отросткам и связям с другими частями скелета.
На готовых школьных данных о составе кости объясните, как минеральные и органические компоненты влияют на свойства, не выполняя химическую обработку самостоятельно.

Что можно заключить: Строение разных костей связано с их положением и нагрузкой, а механические свойства зависят от нескольких компонентов и организации ткани.

Безопасность: Не работайте с кислотами, огнём или свежими биологическими костями самостоятельно; используйте учебные модели и только демонстрацию учителя по правилам школы.

Практическая работа

Свойства кости по подготовленным образцам и данным

Сравните фотографии или готовые учителем образцы обычной кости, кости после удаления части минеральных веществ и кости после удаления органической части; запишите способ подготовки, если он известен.
По одинаковой схеме отметьте, какой образец лучше сопротивляется изгибу, а какой становится хрупким; не пытайтесь проверять прочность живых тканей или сильно давить на учебный образец.
Свяжите наблюдение с составом: минеральные кристаллы придают твёрдость, коллагеновые волокна помогают сопротивляться хрупкому разрушению. Отдельно укажите, что обработанный образец не равен живой кости человека.

Что можно заключить: Свойства костной ткани связаны и с минеральной, и с органической частью её матрикса; демонстрация подготовленных образцов не заменяет исследования живой кости.

Безопасность: Кислоты, огонь и обработку костей выполняет только подготовленный взрослый вне ученического опыта; школьники изучают готовые образцы или проверенные данные без биологических тканей человека.

Практическая работа

Рост и масса без оценок тела

Если ученик и школа согласны, измерьте рост по ростомеру и массу на исправных весах с записью единиц и времени измерения; участие добровольное.
Повторите одно измерение, оцените возможную погрешность и обсудите, почему единичное число не описывает состояние здоровья.
Запишите, что результаты не сравнивают публично и не используют для рейтинга одноклассников.

Что можно заключить: Рост и масса — измеряемые признаки, но их значение зависит от возраста, индивидуального развития и контекста; школьная работа не является диагностикой.

Безопасность: Не публикуйте и не объявляйте личные измерения, не высмеивайте внешность и не делайте выводов о питании или болезнях по одному числу.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.