§4. Будова, функції та особливості скелета людини

До змісту

Поміркуйте, чи могли б на Землі існувати люди-велетні, що пересуваються на двох кінцівках? Відповідь обґрунтуйте.

Насправді, поява людей-велетнів, що ходять на двох ногах, на нашій планеті є практично неможливою. Вся справа у законах фізики: коли зріст збільшується, маса тіла зростає в кубі, тоді як міцність кісток — лише у квадраті. Це означає, що скелет велетня просто не зміг би витримати власну вагу і ламався б від найменшого навантаження, наприклад, під час ходьби. Аби витримувати таку колосальну масу, кістки мали б стати неймовірно товстими й масивними, через що велетень зовсім не був би схожий на пропорційно збільшену людину.

Індивідуальна робота. Запишіть назви компонентів опорно-рухової системи людини англійською мовою, знайдіть переклад і прослухайте правильну вимову цих слів. Увідповідніть цифрові позначення на малюнку з назвами компонентів.

На малюнку цифрою 1 позначено зв’язку (Ligament), цифрою 2 — сухожилля (Tendon), а цифрою 3 — хрящ (Cartilage). Позначка 4 вказує на суглобову капсулу (Articular capsule), 5 — на кістку (Bone), а 6 — на м’яз (Muscle).

Дослідження кісткової та хрящової тканини

При розгляді препарату кісткової тканини видно її структурну одиницю — остеон, який складається з кісткових пластинок, що є твердою міжклітинною речовиною. Усередині знаходяться клітини кісткової тканини — остеоцити. Центральний канал остеону містить необхідні для живлення кровоносні судини та нерви. У хрящовій тканині клітини, що називаються хондроцитами, занурені в пружну гелеподібну міжклітинну речовину, яка складається з білків, вуглеводів та солей Кальцію.

Ось порівняльна таблиця кісткової та хрящової тканин:

Знайдіть інформацію й виконайте завдання

Порівняйте малюнок, який утворюють перекладинки губчастої речовини кістки, та будь-яких інженерних конструкцій: Ейфелевої вежі чи арочних конструкцій.

Візерунок, створений перекладинками губчастої речовини кістки, дивовижно нагадує конструкції Ейфелевої вежі або арочних мостів. Це геніальне рішення природи, адже така архітектура дозволяє максимально рівномірно розподіляти навантаження, забезпечуючи неймовірну міцність при мінімальній вазі, точно як у знаменитих інженерних спорудах.

Які механічні властивості забезпечує губчаста речовина?

Губчаста речовина надає кістці унікальне поєднання легкості та міцності. Її пориста структура дозволяє витримувати величезні навантаження, працюючи як природний амортизатор і ефективно розподіляючи тиск.

Як і конструкція вежі, кістка може мати порожнини всередині. Навіщо вони потрібні?

Порожнини всередині кісток існують для того, щоб зменшити масу скелета, роблячи його значно легшим. Крім того, ці порожнини виконують життєво важливу функцію: у губчастій речовині розташований червоний кістковий мозок, який відповідає за утворення клітин крові, а в трубчастих кістках — жовтий, що містить запаси жиру.

Чи впливає їхня наявність на міцність кісток?

Так, порожнини впливають на міцність. Суцільна кістка була б міцнішою, але й набагато важчою, що ускладнило б рух. Пориста структура — це ідеальний компроміс, який поєднує достатню для опори міцність із легкістю, необхідною для активного життя.

Демонстраційне дослідження властивостей кістки

Зробіть висновок, яких властивостей кістці надають органічні речовини, а яких — неорганічні.

Це справді цікавий експеримент, який показує геніальність природи. Коли кістку обробляють кислотою, з неї вимиваються неорганічні солі, і вона стає гнучкою, наче гумова. Це доводить, що саме органічні речовини, як-от колаген, відповідають за її пружність та еластичність. А якщо кістку прожарити, то згорять органічні речовини, і вона перетвориться на крихку структуру, яка легко розсипається. Таким чином, органічні речовини надають кістці гнучкості, а неорганічні солі Кальцію — неймовірної твердості та міцності.

Відкритий мікрофон

Чому підлітковий вік вважається часом активного формування постави?

Підлітковий вік — це, без перебільшення, вирішальний час для формування постави. У цей період кістки ростуть дуже швидко, але скелет ще не до кінця зміцнів і залишається гнучким, наче пластилін. Тому будь-яка звичка, особливо неправильне сидіння за столом, може назавжди вплинути на вигини хребта. Саме зараз закладається фундамент здорової спини на все життя, а фізична активність допомагає кісткам розвиватися правильно та ставати міцними.

Увідповідніть зображені кістки людини (1-4) з їхніми типами: а) коротка трубчаста, б) пласка, в) довга трубчаста та г) змішана.

Відповідність є такою: 1 — це пласка кістка (лопатка), 2 — довга трубчаста (плечова кістка), 3 — коротка трубчаста (п’ясткові кістки), а 4 — змішана (хребець).

Що розташовано в губчастій речовині кісток?

У губчастій речовині кісток міститься червоний кістковий мозок — справжня “фабрика” з виробництва клітин нашої крові.

Навіщо трубчасті кістки мають усередині порожнину, заповнену жовтим кістковим мозком?

Порожнина всередині трубчастих кісток потрібна для зменшення ваги скелета. Вона заповнена жовтим кістковим мозком, який є, по суті, нашим енергетичним запасом у вигляді жиру.

Поділіться своїми думками

Які функції виконує кожен відділ скелета людини?

Кожен відділ нашого скелета має своє унікальне призначення. Скелет голови, наш череп, надійно захищає мозок і формує риси обличчя. Скелет тулуба, що складається з хребта та грудної клітки, є нашою головною опорою та захисним щитом для серця і легень. Пояси кінцівок, як-от лопатки й тазові кістки, прикріплюють руки та ноги до тулуба. А скелет самих кінцівок дає нам свободу руху, дозволяючи ходити, бігати та взаємодіяти зі світом.

Чому хребці різних відділів хребта різняться між собою?

Хребці відрізняються, бо кожен з них виконує свою роботу і витримує різне навантаження. Наприклад, шийні хребці маленькі та рухливі, щоб ми могли легко повертати голову. Грудні мають спеціальні місця для кріплення ребер. А поперекові — найбільші та найпотужніші, адже саме на них тисне вага всієї верхньої частини тіла.

Яка причина того, що хребці крижового відділу хребта зрослися в одну кістку — криж?

Хребці крижового відділу зрослися в єдину міцну кістку, криж, для створення надзвичайно надійної основи. Ця монолітна структура з’єднується з тазовими кістками і передає на них вагу тулуба, забезпечуючи нам стійкість та опору.

Індивідуальна робота

Прочитайте текст із використанням словника й дайте відповіді на запитання.

Які типи з’єднань кісток розрізняють?

Існує три головні типи з’єднань кісток: фіброзні, хрящові та синовіальні, які ми зазвичай називаємо суглобами.

Які функції вони виконують?

Кожен тип з’єднання виконує свою роль. Нерухомі фіброзні з’єднання, як шви черепа, забезпечують максимальну міцність. Хрящові, наприклад, між хребцями, дозволяють лише обмежені рухи. А ось синовіальні суглоби дарують нам свободу рухів.

Навіщо в суглобах рідина?

Синовіальна рідина в суглобах працює як мастило, що зменшує тертя між кістками, коли ми рухаємось.

Для чого суглобові поверхні кісток вкриті хрящем?

Суглобові поверхні вкриті гладеньким хрящем, щоб ще більше зменшити тертя і забезпечити плавне ковзання.

Яка функція зв’язок?

Зв’язки — це міцні стрічки, які стабілізують суглоб і надійно утримують кістки разом, не даючи їм “роз’їхатися”.

Знайдіть інформацію й виконайте завдання

Як кістки змогли «розповісти» цю історію?

Кістки — це дивовижний літопис життя людини. Вік (16-18 років) визначили за тим, наскільки зрослися кістки, адже зони росту зникають лише до 22-26 років. Те, що це був чоловік, підказали масивний скелет і вужча форма тазових кісток. А про важку фізичну працю розповіли потовщені кістки та добре розвинені горбки в місцях, де кріпилися м’язи — кістки буквально адаптуються до навантажень і стають сильнішими.

У чому полягає відмінність кісток чоловіків і жінок або тренованої чи нетренованої людини?

Кістки чоловіків зазвичай більші та масивніші за жіночі, а їхній таз має вужчу будову. У тренованої людини кістки товщі й міцніші, а місця прикріплення м’язів на них виражені набагато яскравіше, ніж у людини, яка не займається спортом.

Запитання і завдання

1. Маса кісток людини становить близько 16% від маси тіла. Яку масу має ваш скелет?

Щоб дізнатися вагу свого скелета, просто помножте масу свого тіла на 0,16. Наприклад, якщо ви важите 50 кг, маса вашого скелета складе приблизно 8 кг (50 × 0,16 = 8).

2. Поясніть на прикладах, як скелет виконує опорну, формоутворювальну, рухову, захисну та кровотвірну функції.

Опорна функція проявляється в тому, що хребет підтримує все тіло у вертикальному положенні. Формоутворювальна — скелет визначає контури нашого тіла, наприклад, форму грудної клітки. Рухова функція реалізується завдяки кісткам, що працюють як важелі, які рухають м’язи, дозволяючи нам ходити. Захисну функцію легко зрозуміти на прикладі черепа, який оберігає мозок, або грудної клітки, що захищає серце. А кровотворна функція полягає в тому, що червоний кістковий мозок всередині кісток виробляє клітини крові.

3. Знайдіть інформацію про цікаві факти щодо скелета. Наприклад, яка кістка в тілі людини найменша, а яка - найбільша. Створіть яскраву інфографіку.

Наш скелет приховує чимало дивовижних фактів! Найбільшою кісткою є стегнова, вона настільки міцна, що може витримати навантаження до 1500 кг. Найменша ж — крихітне стремінце у середньому вусі, розміром усього близько 3 мм. Цікаво, що новонароджений має близько 300 кісток, а доросла людина — 206, бо багато дрібних кісточок з часом просто зростаються між собою.