Опора и движение: скелет и мышцы

Кость кажется простым куском твёрдого вещества, но в ней два разных материала, и каждый отвечает за своё.

Минеральные вещества — прежде всего соли кальция — дают кости твёрдость. Органические вещества дают гибкость и упругость. Только вместе они делают кость прочной: чистая соль раскрошилась бы, чистая органика согнулась бы.

Это легко показать опытом, и он часто встречается в заданиях. Если кость прокалить на огне, органика выгорит — останется хрупкая, рассыпающаяся от нажима кость. Если кость выдержать в растворе кислоты, растворятся минеральные соли — останется гибкая кость, которую можно завязать узлом.

Отсюда выводится возрастное различие, о котором спрашивают постоянно. У детей доля органических веществ выше, кости гибкие, легко деформируются — потому и важна правильная осанка именно в детстве. У пожилых людей доля минеральных веществ растёт, кости становятся хрупкими и ломаются чаще.

Строение кости. Снаружи надкостница — тонкая оболочка, за счёт которой кость растёт в толщину и через которую она питается; при переломе именно надкостница обеспечивает сращение. Под ней компактное вещество — плотное, оно принимает нагрузку. Внутри губчатое вещество — сеть перекладин, расположенных вдоль линий наибольшего напряжения: так достигается прочность при малом весе. В полостях трубчатых костей — костный мозг, причём красный костный мозг губчатого вещества занят кроветворением. Это связка с темой крови, и её полезно назвать: эритроциты рождаются в кости.

Рост в длину идёт за счёт хрящевых пластинок на концах трубчатых костей; когда они замещаются костной тканью, рост прекращается.

Кости соединяются по-разному, и способ соединения всегда следует из задачи.

Неподвижное соединение — сращение. Кости мозгового отдела черепа срослись швами, крестцовые позвонки слились в одну кость. Задача здесь — защита и опора, подвижность была бы вредна.

Полуподвижное соединение — через хрящевые прослойки. Так соединены позвонки между собой и рёбра с грудиной. Задача — сочетать прочность с небольшой подвижностью: позвоночник должен и держать тело, и гнуться.

Подвижное соединение — сустав. Его устройство стоит знать по частям, потому что каждая часть объяснима. Суставная головка одной кости входит в суставную впадину другой. Обе поверхности покрыты гладким хрящом, уменьшающим трение. Сустав окружён плотной суставной сумкой, внутри которой суставная жидкость — смазка. Снаружи сумку укрепляют связки, не дающие костям разойтись. При вывихе головка выходит из впадины, при растяжении страдают связки.

Особенности скелета человека, связанные с прямохождением. Их спрашивают отдельно, и все они — следствие одной причины: тело стоит вертикально, и вес приходится на позвоночник и стопу.

• • S-образные изгибы позвоночника — четыре изгиба работают как пружина и смягчают толчки при ходьбе и беге.
• • Сводчатая стопа — свод пружинит и распределяет нагрузку; при его уплощении развивается плоскостопие, и толчки передаются прямо на позвоночник.
• • Широкий таз чашеобразной формы — он поддерживает внутренние органы снизу.
• • Грудная клетка расширена в стороны, а не сжата с боков, как у четвероногих.
• • Развитая подвижная кисть с противопоставленным большим пальцем — следствие освобождения руки от опоры.

Скелет человека насчитывает более двухсот костей, но в заданиях их группируют по отделам, и внутри каждого есть числа, которые надо помнить точно.

Череп делится на мозговой отдел, защищающий головной мозг, и лицевой. Все кости черепа соединены неподвижно, кроме нижней челюсти — единственной подвижной кости черепа. У новорождённого между костями черепа остаются мягкие роднички: они позволяют голове пройти родовые пути и дают мозгу расти.

Позвоночник — 33–34 позвонка, распределённых по пяти отделам: шейный — 7, грудной — 12, поясничный — 5, крестцовый — 5 сросшихся, копчиковый — 4–5. Число семь в шейном отделе стоит запомнить отдельно: оно одинаково у человека, у мыши и у жирафа, и это классический пример общности происхождения млекопитающих. Поясничные позвонки самые крупные — на них приходится наибольший вес.

Грудная клетка — грудина, 12 пар рёбер и грудные позвонки. Верхние семь пар прикреплены к грудине непосредственно, нижние две пары свободны. Задача отдела — защита сердца и лёгких и участие в дыхательных движениях.

Пояс верхних конечностей — лопатки и ключицы. Свободная верхняя конечность: плечевая кость, локтевая и лучевая, кости кисти. Соединение руки с туловищем подвижное, и это позволяет размах движений, каких нет у ноги.

Пояс нижних конечностей — тазовые кости, сросшиеся с крестцом. Свободная нижняя конечность: бедренная кость (самая крупная в скелете), большая и малая берцовые, кости стопы. Здесь соединение прочное, потому что задача другая — опора, а не подвижность.

Общее правило, которое стоит увидеть. Там, где нужна защита, кости срастаются; где нужна опора — соединяются прочно; где нужно движение — образуют сустав. Устройство скелета целиком выводится из задачи, а не заучивается.

Мышцы работают только на сокращение: растянуть себя мышца не может. Поэтому у каждого движения есть пара мышц-антагонистов — сгибатель и разгибатель. На руке это двуглавая мышца плеча (бицепс) и трёхглавая (трицепс): при сгибании руки первая сокращается, вторая расслабляется, при разгибании — наоборот. Мышцы, действующие в одном направлении, называют синергистами.

Откуда мышца берёт энергию. Из окисления глюкозы кислородом. Если кислорода не хватает — при быстрой и интенсивной работе, — расщепление идёт неполно, и накапливается молочная кислота, вызывающая чувство усталости и боль в мышцах на следующий день.

Утомление — это временное снижение работоспособности. Наступает оно быстрее при статической работе (удерживать груз неподвижно) и при большой нагрузке в быстром ритме; дольше всего мышца работает при ритмичной работе с умеренной нагрузкой и средним темпом. Это закономерность, которую проверяют опытом линии 23: испытуемый сгибает руку с грузом до утомления при разных ритме и нагрузке, и результаты сравнивают.

Активный отдых. Работоспособность восстанавливается быстрее, если утомлённые мышцы не бездействуют, а сменяются другой работой. Явление открыл И. М. Сеченов: он показал, что утомлённая рука восстанавливается лучше, если в это время работает другая. Причина — в нервных центрах: утомляются прежде всего они, и переключение даёт им отдых.

Гиподинамия — недостаток движения. Следствия перечисляют так: слабеют мышцы, в том числе сердечная; нарушается осанка; накапливается лишний вес; страдают сердце и сосуды; ухудшается работа венозного «мышечного насоса». Отсюда и польза умеренных тренировок: они увеличивают силу и выносливость мышц, укрепляют сердце, улучшают осанку.

Осанка — привычное положение тела при стоянии, ходьбе и сидении. Нарушения бывают в двух плоскостях: сутулость и чрезмерные изгибы вперёд-назад, и сколиоз — боковое искривление позвоночника.

Почему это важно. Искривлённый позвоночник хуже амортизирует, а грудная клетка при сутулости сдавлена, отчего страдают дыхание и работа сердца. Нарушения формируются именно в школьном возрасте, пока кости гибки, — потому и предупреждают их именно тогда.

Что предупреждает нарушение осанки. Правильная посадка за столом: обе ступни на полу, спина опирается на спинку стула, расстояние до тетради около 30–35 см. Ранец на двух лямках, а не сумка на одном плече, — иначе нагрузка несимметрична. Достаточная двигательная активность и сон на не слишком мягкой постели.

Плоскостопие — уплощение свода стопы. Стопа перестаёт пружинить, и толчки при ходьбе передаются на позвоночник; появляются быстрая утомляемость и боль в ногах и спине.

Как проверяют. Простой способ — отпечаток стопы: стопу смачивают и встают на лист бумаги. У нормальной стопы отпечаток имеет глубокую выемку с внутренней стороны, у плоской стопы выемка мала или отсутствует. Такое описание с рисунком отпечатков — типичная практическая ситуация для линии 22.

Что предупреждает плоскостопие. Удобная обувь по размеру, без высокого каблука и без совсем плоской подошвы; ходьба босиком по неровной поверхности; упражнения для мышц стопы.

Первая помощь при травмах опорно-двигательной системы. При ушибе — холод и покой. При растяжении связок — тугая повязка и холод. При вывихе вправлять сустав самостоятельно нельзя: нужны покой, фиксация и врач. При переломе главное — обездвижить (наложить шину, захватив два соседних сустава); при открытом переломе сначала останавливают кровотечение и закрывают рану, кость не вправляют.