4. Будова, функції та особливості скелета людини

Зміст

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

Ні, на Землі навряд чи могли б існувати люди-велетні, які ходять на двох ногах. Причина в тому, що зі збільшенням зросту маса тіла зростає набагато швидше, ніж міцність кісток. Кістки велетня просто не витримали б його величезної ваги й зламалися б навіть від звичайної ходьби. Щоб підтримувати таку масу, скелет мав би бути непропорційно масивним і товстим, тому велетень не був би схожий на звичайну 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.

Відповідність цифрових позначень на малюнку назвам компонентів є такою:

• 1 — D. Ligament (зв’язка)
• 2 — E. Tendon (сухожилля)
• 3 — C. Cartilage (хрящ)
• 4 — F. Articular capsule (суглобова капсула)
• 5 — A. Bone (кістка)
• 6 — B. Muscle (м’яз)

◈ Дослідження кісткової та хрящової тканини

Розгляньте препарати кісткової та хрящової тканин. Порівняйте їх із зображеннями, поданими нижче (с. 20). Знайдіть усі позначені на малюнках елементи будови тканин. 2. Схематично замалюйте й позначте складники остеону та хрящової тканини. 3. Замість висновків складіть таблицю, де зазначте назви тканин, якими клітинами вони утворені, особливості міжклітинної речовини, розташування в організмі та їхні функції.

На зображенні кісткової тканини позначено:

1. Остеон – одиниця будови кісткової тканини.
2. Кісткова пластинка – тверда міжклітинна речовина.
3. Остеоцит – клітина кісткової тканини.
4. Канал остеону – у ньому розташовані кровоносні судини та нерви.

На зображенні хрящової тканини позначено:

1. Міжклітинна речовина – пружний гель з органічних речовин (білки та вуглеводи) і солей Кальцію.
2. Хондроцити – клітини хряща.

Схематичні малюнки остеону та хрящової тканини з позначенням їхніх складників наведено у підручнику.

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.

Малюнок, який утворюють перекладинки губчастої речовини кістки, схожий на конструкцію Ейфелевої вежі або арочних мостів. Така будова дозволяє рівномірно розподіляти навантаження і надає максимальну міцність при мінімальній вазі, так само як і в інженерних спорудах.

Які механічні властивості забезпечує губчаста речовина?

Губчаста речовина забезпечує кістці одночасно легкість і міцність. Її комірчаста структура дозволяє кістці витримувати значні навантаження, діючи як амортизатор і розподіляючи тиск.

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

Порожнини в кістках потрібні для зменшення їхньої маси, що робить скелет легшим. Крім того, у порожнинах губчастої речовини міститься червоний кістковий мозок, який є кровотворним органом. У порожнинах трубчастих кісток знаходиться жовтий кістковий мозок, що містить жирові включення.

Чи впливає їхня наявність на міцність кісток?

Так, наявність порожнин впливає на міцність. Хоча цілісна кістка була б міцнішою, вона була б набагато важчою. Порожниста структура з губчастою речовиною є оптимальним рішенням, яке поєднує достатню міцність для опори та руху з легкістю, необхідною для пересування.

◈ Демонстраційне дослідження властивостей кістки

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

Після обробки кістки кислотою з неї видаляються неорганічні солі, і кістка стає дуже гнучкою. Це означає, що органічні речовини (колаген) надають їй пружності та еластичності. Після прожарювання, коли згоряють органічні речовини, кістка стає крихкою.

Отже, органічні речовини (колаген) надають кістці гнучкість і пружність, неорганічні (солі Кальцію) — твердість і міцність.

◈ Відкритий мікрофон

Чому підлітковий вік вважається часом активного формування постави?

Підлітковий вік є часом активного формування постави, оскільки в цей період відбувається інтенсивний ріст кісток у довжину. Скелет ще не повністю закостенів і залишається гнучким, тому звички, як-от сидіння за партою, сильно впливають на вигини хребта. Саме в цей час закладається основа правильної постави на все життя, а регулярні фізичні навантаження допомагають кісткам правильно розвиватися і зміцнюватися.

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

1 — б) пласка (лопатка)

2 — в) довга трубчаста (плечова кістка)

3 — а) коротка трубчаста (п’ясткові кістки)

4 — г) змішана (хребець)

Що розташовано в губчастій речовині кісток?

У губчастій речовині кісток розташований червоний кістковий мозок, де утворюються клітини крові.

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

Трубчасті кістки мають порожнину, щоб зменшити масу скелета. Вона заповнена жовтим кістковим мозком, який містить запаси жиру.

◈ Поділіться своїми думками

Які функції виконує кожен відділ скелета людини?

Кожен відділ скелета виконує свої специфічні функції:

• Скелет голови (череп) складається з мозкового та лицьового відділів. Мозковий відділ захищає головний мозок, а лицьовий утворює основу обличчя.
• Скелет тулуба включає хребет і грудну клітку. Хребет є головною опорою тіла, а грудна клітка, утворена ребрами, грудниною та грудними хребцями, захищає серце, легені та інші внутрішні органи.
• Скелет поясів кінцівок (ключиці, лопатки, тазові кістки) з’єднує вільні кінцівки зі скелетом тулуба.
• Скелет вільних кінцівок (руки та ноги) забезпечує переміщення тіла в просторі та виконання різноманітних рухів.

Чому хребці різних відділів хребта різняться між собою?

Хребці різних відділів хребта відрізняються за розміром і формою, тому що вони виконують різні завдання й витримують різне навантаження. Наприклад, шийні хребці менші й рухливіші, що дозволяє повертати голову. Грудні хребці з’єднуються з ребрами. А поперекові хребці є найбільшими та найміцнішими, оскільки на них припадає найбільша вага тіла.

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

Хребці крижового відділу зрослися в одну міцну кістку (криж), щоб створити надійну опору для тазових кісток. Це з’єднання є дуже важливим, оскільки воно передає вагу верхньої частини тіла на таз і ноги, забезпечуючи стійкість усьому скелету.

◈ Індивідуальна робота

Прочитайте текст із використанням словника й дайте відповіді на запитання.

Які типи з’єднань кісток розрізняють?

Розрізняють три основні типи з’єднань кісток: фіброзні, хрящові та синовіальні (суглоби).

Кожен тип з’єднання виконує свою функцію:

Які функції вони виконують?

• Фіброзні з’єднання, як-от шви черепа, є нерухомими та забезпечують міцність.
• Хрящові з’єднання дозволяють обмежений рух, наприклад, між хребцями.
• Синовіальні з’єднання (суглоби) забезпечують вільний рух кісток.

Навіщо в суглобах рідина?

Синовіальна рідина в суглобах діє як мастило, що зменшує тертя між кістками під час руху.

Для чого суглобові поверхні кісток вкриті хрящем?

Суглобові поверхні вкриті синовіальним хрящем для зменшення тертя.

Яка функція зв’язок?

Зв’язки додатково стабілізують та зміцнюють суглоб, утримуючи кістки разом.

◈ Знайдіть інформацію й виконайте завдання

Як кістки змогли «розповісти» цю історію?

Кістки можуть багато розповісти про свого власника. Вік (16-18 років) встановили за ступенем зрощення кісток та наявністю хрящових зон росту, які зникають приблизно у 22-26 років. Про те, що це був чоловік, свідчить масивність скелета та форма тазових кісток, які у чоловіків вужчі, ніж у жінок. А важка фізична праця залишила свій слід у вигляді товщих кісток і більш розвинених горбків у місцях кріплення м’язів, адже кістки реагують на навантаження і зміцнюються.

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

Кістки чоловіків загалом більші, масивніші та важчі, ніж у жінок, а їхній таз вужчий. Кістки тренованої людини є товщими та міцнішими, на них краще видно місця прикріплення м’язів у вигляді нерівностей та виступів, на відміну від кісток нетренованої людини.

Запитання і завдання

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

Щоб розрахувати масу свого скелета, потрібно помножити масу свого тіла на 0,16. Наприклад, якщо маса тіла становить 50 кг, то маса скелета буде 8 кг (50 * 0,16 = 8).

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

• Опорна функція: Хребет є головною віссю та опорою для всього тіла, утримуючи його у вертикальному положенні.
• Формоутворювальна функція: Скелет визначає форму та розміри тіла. Наприклад, форма грудної клітки чи тазу є індивідуальною.
• Рухова функція: Кістки, з’єднані суглобами, діють як важелі, які рухають м’язи. Це дозволяє нам ходити, бігати та виконувати будь-які рухи.
• Захисна функція: Кістки утворюють міцний каркас для захисту внутрішніх органів. Череп захищає головний мозок, а грудна клітка — серце та легені.
• Кровотворна функція: У губчастій речовині кісток міститься червоний кістковий мозок, де утворюються клітини крові: еритроцити, лейкоцити та тромбоцити.

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

• Найбільша кістка в тілі людини — стегнова. Вона може витримувати навантаження до 1500 кг.
• Найменша кістка — стремінце, розташована в середньому вусі. Її розмір — близько 3 мм.
• Скелет дорослої людини складається з 206 кісток, а скелет новонародженого — приблизно з 300, оскільки багато дрібних кісток згодом зростаються.

ПРИРОД

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.