2.2.3. Układ ruchu – kości i stawy

Kości to narządy niezwykłe. Są bardzo wytrzymałe na rozciąganie i zgniatanie, choć znacznie mniej odporne na wyginanie. Wytrzymałość kości ludzkiej na rozciąganie odpowiada mniej więcej odporności żelaznego pręta o podobnym kształcie. Właściwości kości są wynikiem ich budowy fizycznej i chemicznej.

Już wiesz: 

  • u człowieka, tak jak u innych kręgowców, występuje szkielet wewnętrzny;
  • szkielet zbudowany jest głównie z tkanki kostnej i chrzęstnej;
  • tkanka kostna zbudowana jest z drobnych komórek kostnych i zmineralizowanej substancji międzykomórkowej.

Nauczysz się: 

  • opisywać budowę kości długiej i stawu;
  • wykazywać związek między budową i właściwościami kości;
  • wykazywać związek między budową i funkcjonowaniem stawu;
  • wskazywać na swoim ciele miejsca, gdzie występują szwy, stawy zawiasowe i obrotowe.

1. Kształt i rodzaje kości

Kości powstają już w życiu płodowym, a ich rozwój kończy się w momencie osiągnięcia przez człowieka dojrzałości płciowej. Choć same kości nie mają zdolności poruszania się, dzięki współpracy z mięśniami umożliwiają ruch poszczególnych części organizmu. Tworzą zatem bierną część układu ruchu. Stanowią rusztowanie i podporę dla mięśni, ochraniają narządy, magazynują sole mineralne, pełnią funkcję krwiotwórczą.

Kości wykazują dużą różnorodność kształtów, która zależy od funkcji, jaką pełnią w organizmie, oraz siły nacisku ze strony sąsiadujących z nimi mięśni i innych kości. Ze względu na kształt kości możemy podzielić na: długie, krótkie, płaskie, różnokształtne.
Tabela 1. Rodzaje i funkcje kości
Rodzaje kościWymiaryFunkcjaPrzykłady
długiedługość większa niż szerokość i grubośćdźwignia, podpora ciałakość udowa, kość ramienna, obojczyki, kości palców,
krótkiedługość, szerokość, grubość są do siebie zbliżoneprecyzyjne, złożone ruchykości stępu, nadgarstka
płaskiedługość, szerokość większe od grubościosłona narządów, powierzchnie przyczepu mięśniłopatka, mostek, kość biodrowa, czołowa
różnokształtnenieregularne, tworzą różnowymiarowe bryłyosłona narządów, miejsce przyczepu mięśnikręgi, żuchwa, kosteczki słuchowe

Ciekawostka

Kształt i wielkość kości wykazują zróżnicowanie w zależności od płci, wieku i wzrostu człowieka. Na przykład kości mężczyzn w porównaniu z kośćmi kobiet są większe i masywniejsze. Pomaga to antropologom i lekarzom medycyny sądowej określić płeć i wiek osoby na podstawie niektórych pojedynczych kości.

Polecenie 2.2.3.1.

Kości (np. łopatka) mają na powierzchni grzebienie, wyrostki, chropowatości. Wyjaśnij, jakie jest ich znaczenie.

Wskazówka

Jakie narządy znajdują oparcie na kościach?

2. Budowa fizyczna kości

Kość długa składa się z trzonu oraz nasad leżących po obu jego stronach. Trzon kości tworzy tkanka kostna zbita (istota zbita), nasady kości zbudowane są z tkanki kostnej gąbczastej (istoty gąbczastej). Istota zbita otacza jamę szpikową wypełnioną galaretowatą substancją – szpikiem kostnym. W trzonie kości szpik składa się głównie z tłuszczu, a w nasadach jest czerwony i pełni funkcję krwiotwórczą – wytwarza niektóre komórki krwi.

Od zewnątrz kość okryta jest błoną zbudowaną z tkanki łącznej – okostną. Znajdują się w niej naczynia krwionośne i nerwowe, które odżywiają i unerwiają kość. Od strony wewnętrznej w okostnej znajdują się komórki kostne uczestniczące w rozwoju i regeneracji kości. Dzięki nim złamana kość się zrasta, a jej składniki wymieniają się mniej więcej co 10 lat. Walcowata budowa trzonu zapewnia kościom odporność na zgniatanie i rozerwanie, a gąbczasta struktura zapewnia wytrzymałość i sztywność przy niewielkiej masie.

Ciekawostka

Nie wszystkie kości wypełnia tkanka gąbczasta. Niektóre kości czaszki są wypełnione powietrzem. Należy do nich m.in. kość czołowa, w której znajdują się zatoki czołowe. Są one wyścielone błoną śluzową, która podobnie jak błona śluzowa nosa może ulegać infekcjom. Dlatego katarowi często towarzyszy zapalenie zatok.

Obserwacja 2.2.3.1.

Cel: 
Poznanie budowy kości długiej.
Co będzie potrzebne: 
  • kość długa ugotowanego lub upieczonego kurczaka,
  • nóż,
  • lupa.
Instrukcja: 
  1. 1.
    Wskaż nasady i trzon kości.
  2. 2.
    Oceń twardość i elastyczność kości.
  3. 3.
    Spróbuj przekroić trzon i nasadę kości. Porównaj twardość kości w różnych miejscach.
  4. 4.
    Zaobserwuj przez lupę wewnętrzną strukturę trzonu i nasady kości, wymień zaobserwowane różnice.
Podsumowanie: 
Twardość kości zależy od jej struktury.

3. Budowa chemiczna kości

Mechaniczne właściwości kości wynikają nie tylko z jej budowy fizycznej, ale też chemicznej. Zrąb tkanki kostnej tworzy substancja międzykomórkowa, od której te właściwości zależą. W jej skład wchodzą:
  • związki organiczne, głównie białka (włókna kolagenowe), które nadają kościom elastyczność,
  • sole mineralne, głównie węglan i fosforan wapnia oraz fosforan magnezu, które sprawiają, że kość jest twarda.
W substancji międzykomórkowej kości dzieci przeważają białka, dlatego ich kości są elastyczne i odporne na złamania. Z wiekiem stosunek związków organicznych do nieorganicznych zmienia się. Kości ludzi starszych tracą składniki mineralne (ulegają demineralizacji), zawierają też mało kolagenu, dlatego stają się bardziej podatne na złamania.

Ciekawostka

Kości stanowią magazyn wapnia. W razie niedoboru tego pierwiastka organizm pobiera go z kości, zwiększając ich podatność na złamania. Tak jest także u kobiet w czasie ciąży, kiedy wapń jest potrzebny do formowania szkieletu u płodu. Jako pierwsze odwapnieniu ulegają zęby, dlatego tak ważna jest dbałość o nie w tym okresie.

Polecenie 2.2.3.2.

Historyczna nazwa krzywicy to angielska choroba. W XIX w. krzywica była powszechną chorobą w Anglii i innych krajach Europy Północnej, zwłaszcza w ośrodkach przemysłowych i w ich pobliżu. Wyjaśnij, dlaczego krzywica występowała głównie na północy, a nie na południu Europy.

Wskazówka

Co jest przyczyną krzywicy i jaki jest jej związek ze światłem słonecznym? Jakie warunki życia panowały w dziewiętnastowiecznych miastach przemysłowych?

Doświadczenie 2.2.3.1.

Problem badawczy:  
Od czego zależą właściwości fizyczne kości?
Hipoteza: 
Właściwości fizyczne kości zależą od zawartości substancji mineralnych.
Co będzie potrzebne: 
  • słoik,
  • ocet,
  • pęseta,
  • kość kurczaka.
Instrukcja: 
  1. 1.
    Spróbuj wygiąć kość kurczaka.
  2. 2.
    Włóż kość do słoika wypełnionego octem, przykryj słoik i odstaw na 3 dni.
  3. 3.
    Po 3 dniach wyjmij pęsetą kość z ze słoika i obmyj w wodzie.
  4. 4.
    Sprawdź, czy teraz można ją wygiąć.
Podsumowanie: 
Ocet jest kwasem, który usuwa sole mineralne z kości. Kość pozbawiona składników nieorganicznych zmienia swoje właściwości.

Doświadczenie 2.2.3.2.

Problem badawczy:  
Od czego zależą właściwości fizyczne kości?
Hipoteza: 
Właściwości fizyczne kości zależą od zawartości substancji nadających im elastyczność.
Co będzie potrzebne: 
  • cienka kość kurczaka,
  • szczypce,
  • rękawice ochronne,
  • palnik,
  • talerz.
Instrukcja: 
  1. 1.
    Załóż rękawice ochronne, weź w szczypce kość kurczaka i umieść ją nad płomieniem palnika. Obserwuj zmiany i wyjaśnij, co jest przyczyną poczernienia kości.
  2. 2.
    Trzymaj kość w płomieniu do momentu, aż zacznie się spopielanie.
  3. 3.
    Odłóż przepaloną kość na talerz i poczekaj, aż wystygnie.
  4. 4.
    Sprawdź, jak zmieniły się właściwości fizyczne kości.
Podsumowanie: 
Podczas spalania kość poczerniała, nastąpiło niepełne utlenienie związków organicznych, w wyniku czego ujawnił się wchodzący w ich skład węgiel. Dalsze spalanie spowodowało usunięcie substancji organicznych. Pozostały sole mineralne, które kruszą się pod wpływem dotknięcia.

4. Rodzaje połączeń kości

Kości łączą się ze sobą ruchomo i nieruchomo. Nieruchome połączenia kości to głównie szwy, które uniemożliwiają przemieszczanie się kości względem siebie. Ruchome połączenia kości to stawy.

Polecenie 2.2.3.3.

Wyjaśnij, dlaczego kości czaszki łączą się, tworząc mocno pofałdowaną linię.

Wskazówka

Dlaczego puzzle łączą się ze sobą pofałdowanymi brzegami?
Staw utworzony jest przez kości dopasowane do siebie kształtem nasady. Miejsca styku pokryte są chrząstką, która amortyzuje wstrząsy i zmniejsza tarcie. Nasady kości od zewnątrz obejmuje torebka stawowa, która zapobiega przesuwaniu się kości i zwichnięciom stawu. W torebce stawowej znajduje się maź, która zabezpiecza kości przed ścieraniem i uszkodzeniem.
Stawy wykazują dużą różnorodność w zależności od miejsca występowania w organizmie i pełnionej funkcji.
Różnią się:
  • liczbą tworzących je kości: stawy proste są zbudowane z 2 kości (staw barkowy), złożone – z więcej niż 2 kości (staw nadgarstkowy);
  • kształtem powierzchni stawowych i zakresem ruchów: kuliste (barkowy), które umożliwiają ruchy w wielu płaszczyznach, i zawiasowe (łokciowy), zdolne jedynie do zginania i prostowania.

Ciekawostka

Największym stawem w organizmie człowieka jest staw kolanowy. Znajdująca się z przodu płaska kostka – rzepka – chroni go przed urazami, na które jest szczególnie narażony.

Obserwacja 2.2.3.2.

Cel: 
Ustalenie rodzaju stawu na podstawie zakresu jego ruchów.
Co będzie potrzebne: 
  • twoja osoba.
Instrukcja: 
  1. 1.
    Wykonując wszystkie możliwe ruchy, zbadaj jakiego rodzaju stawy znajdują się:
  1. a.
    między kośćmi palców,
  2. b.
    między ramieniem a tułowiem (barkowy),
  3. c.
    między udem a podudziem (kolanowy),
  4. d.
    między udem a tułowiem (biodrowy).
Podsumowanie: 
W przypadku stawów kulistych zakres ruchów zależy od głębokości panewki stawowej. Kończyna górna ma większą ruchomość niż dolna, ponieważ ma płytszą powierzchnię panewki.

Podsumowanie

  • Kości przyjmują różne kształty w zależności od pełnionej funkcji.
  • Budowa fizyczna i chemiczna decyduje o właściwościach mechanicznych kości.
  • Zawarte w kości sole mineralne nadają im sztywność, a białka – elastyczność.
  • Okostna okrywa od zewnątrz kości, odżywia je i uczestniczy w ich regeneracji.
  • Kości łączą się ze sobą, tworząc połączenia ruchome i nieruchome.
  • Staw składa się z: powierzchni stawowych kości, torebki stawowej oraz jamy stawowej wypełnionej mazią.

Praca domowa

Polecenie 2.2.3.4.

Problem 1.
Wymień tkanki budujące kość długą.
Problem 2.
Zaobserwuj drugą ilustrację w galerii 1, przedstawiającą wygląd czaszki noworodka. Wyjaśnij, dlaczego kości jego czaszki mogą się przesuwać względem siebie. W którym momencie zmiana kształtu czaszki jest szczególnie potrzebna?

Słowniczek

okostna

błona okrywająca kość, zawierająca naczynia krwionośne i komórki kostne; uczestniczy w ochronie, odżywianiu i regeneracji kości

staw

ruchome połączenie kości składające się z powierzchni stawowych, jamy stawowej oraz torebki stawowej

szpik kostny

gąbczasta masa wypełniająca wolne przestrzenie w jamach szpikowych kości długich; pełni funkcję krwiotwórczą

szew kostny

nieruchome połączenie kości charakterystyczne dla czaszki

Zadania

Zadanie 2.2.3.1.

Zadanie 2.2.3.2.

Zadanie 2.2.3.3.

Zadanie 2.2.3.4.

Zadanie 2.2.3.5.