Разное

Кости стопы человека строение: 404 — Категория не найдена

24.04.1972

Содержание

Homo naledi — описание строения кисти и стопы

Не прошло и месяца с торжественного вступления Homo naledi в статус официального древнейшего человека, как вышли две большие статьи с подробным описанием их рук и ног. Руки и ноги – очень важные части человека. Строение стопы очевидным образом отражает способности к разным типам передвижения. Строение кисти – к лазанию по деревьям или трудовой деятельности. Неопределённость датировки наледи, отсутствие орудий и загадочность попадания костей в пещеру позволяют богато фантазировать об этих существах. Но на то и наука, чтобы не фантазировать, а устанавливать твёрдые факты.


Первая статья посвящена строению кисти Homo naledi. Кисть сохранилась идеально ? имеются все косточки, исключая лишь гороховидную, чего ещё не бывало для находок мало-мальски приличной древности. Более того ? в отложениях она лежала в полностью собранном виде, что избавило исследователей от тягостных раздумий о количестве индивидов. От других индивидов осталось меньше, но тоже не так уж мало ? всяко больше, чем от всех хабилисов, известных доселе.

Кисть отличается крупным и толстым большим пальцем и широким трудовым запястьем, что позволяет утверждать, что наледцы пользовались руками для изготовления орудий. Одновременно, пальцы с указательного по мизинец длинные и изогнуты сильнее, чем у большинства австралопитеков, что явно указывает на отличные способности к древолазанию.

Кроме того, кисть наледца очень маленькая: миниатюрнее её только малапец Mh3 и самые мелкие современные люди. Пропорции уникальны: большой палец относительно третьего просто огромный, по этому параметру с наледцем сближаются опять же только особо одарённые современные люди, Кафзех 9 (который тоже почти сапиенс), а превосходит лишь всё тот же малапец Mh3.

Кости запястья почти не отличаются от современных. Существенно, что они же заметно разнятся от австралопитековых, «хоббичьих» и даже неандертальских.

Фактически, если бы в пещере нашли только запястье, то его без долгих сомнений определили бы как человеческое.

Крайне необычна форма первой пястной кости: её основание сужено, а тело и головка расширены. На теле к тому же имеются мощные гребни для мускулатуры. Что такое делали наледцы своими мускулистыми большими пальцами? Рыли вход в Райзинг Стар? Гиппарионов на скаку останавливали? Писали слишком много sms-сок по сотовому? Такое строение совершенно не похоже ни на каких человекообразных обезьян, ни на людей. Причём костей в Райзинг Стар найдено немало ? аж семь штук, и все они одинаковы. То есть это точно видовой признак, а не индивидуальная особенность.

Видимо, связанный признак ? утолщённая пятая пястная кость. Можно говорить о латерализации кисти Homo naledi ? усилении её по краям, что имеет смысл, если кисть держит что-то очень тяжёлое.

Однако на основании третьей пястной кости нет шиловидного отростка.

Этот отросток отличает современных людей и горилл от шимпанзе и австралопитеков (включая седибу). Он входит между головчатой и трапециевидной костями запястья и соединяется с похожим выступом на основании второй пястной. За счёт этого кисть становится прочнее и может выдерживать большие нагрузки. У гориллы это актуально, потому что она сама очень тяжёлая и надо опираться на кулаки. Человек постоянно что-то сжимает в руках, его средний палец не должен бесконтрольно болтаться в стороны. Древесные же обезьяны и австралопитеки-бездельники могут свободно шевелить пальчиками; на деревьях это даже весьма актуально ? при быстром перехвате веток кисть должна легко перекашиваться набок, и никакие шиловидные отростки не должны этому мешать.

А вот фаланги Homo naledi оказались не то крайне примитивными, не то крайне специализированными. Изгиб первых фаланг такой же, как у австралопитеков, хабилиса OH 7, да в общем-то и шимпанзе, а вот средних ? вообще как у гиббонов, сильнее, чем даже в среднем у орангутанов, не говоря уж о шимпанзе, гориллах и австралопитеках с людьми. Тут, правда, стоит оговориться, что изгиб посчитать не так легко и сделать это можно по-разному. Но как бы ни измерять, странность Homo naledi всё равно очевидна. 

Как объяснить сии сочетания? Насколько они парадоксальны или же логичны? Древесные черты сочетаются у

Homo naledi с трудовыми и пересыпаны специализированными. А может, если задуматься, всё так и должно быть у первых людей, ещё не до конца слезших с деревьев, но уже начавших делать орудия труда? Спасаться от хищников на ветвях всё же здорово ? для этого пальцы изогнуты, а третья пястная подвижна. Но необходимость крепко держать орудия труда вызывает усиление запястья, первой и пятой пястных костей. Более того, для компенсации слабости третьего луча первый и пятый усилены даже больше, чем у современных людей.

Не может не обратить на себя внимание сходство по ряду признаков кисти Homo naledi и Australopithecus sediba.

По общим размерам и пропорциям они фактически идентичны.

Но вот детали строения запястья у седиб выраженно австралопитековые, а у наледи ? человеческие. Учитывая датировку седибы в 2 миллиона лет и наличие шиловидного отростка на пястной кости KNM-WT 51260 из Каитио с датировкой 1,42 тыс.л.н. (мы писали об этом) можно предположить датировку Homo naledi между 2 и 1,5 миллионами лет назад. 

Несколько иная картинка вырисовывается при рассмотрении стопы наледцев. Она сохранилась чуть менее идеально, нежели кисть, но тоже отлично в сравнении с другими ископаемыми предшественниками человека. Всего откопано 107 костей, в том числе одна почти целая стопа.

Почти по всем параметрам ножки Homo naledi неотличимы от современных. Общие пропорции, неоттопыренность большого пальца, продольный и поперечный своды ? всё как у людей. Впрочем, и тут внимательный глаз морфолога найдёт специфику: таранная кость при взгляде сбоку всё же скорее австралопитеко- и шимпанзеподобная, фаланги пальцев кривоваты, опора таранной кости на пяточной кости ориентирована совершенно не так, как у людей, хотя и не как у шимпанзе, зато идентично австралопитекам и гориллам.

В итоге, ходить наледцы должны были чуточку не как мы, хотя и совсем отлично от обезьян. Всё же, от древесного прошлого их отделяло меньше времени, да и сами они при случае запросто могли вскарабкаться по сучьям подальше от зубастых врагов.

Руки и ноги составляют два из трёх важнейших человеческих комплексов «гоминидной триады» ? черт, отличающих человека от обезьяны. Третий комплекс ? мозг. Очевидно, вкусное исследователи приберегли на десерт. Судя по первой публикации, мозг наледи очень примитивен. Очевидно, тут стоит ждать ещё много любопытных поворотов.


Источники:

Harcourt-Smith W.E.H., Throckmorton Z., Congdon K.A., Zipfel B., Deane A.S., Drapeau M.S.M., Churchill S.E., Berger L.R. et DeSilva J.M. The foot of Homo naledi // Nature Communications, 2015, V.6, №8432, pp.1-8. http://www.nature.com/ncomms/2015/151006/ncomms9432/full/ncomms9432.html 

Kivell T.L., Deane A. S., Tocheri M.W., Orr C.M., Schmid P., Hawks J., Berger L.R. et Churchill S.E. The hand of Homo naledi // Nature Communications, 2015, V.6, №8431, pp.1-9. http://www.nature.com/ncomms/2015/151006/ncomms9431/full/ncomms9431.html

 

См. также:



Индонезийские «хоббиты» произошли от человека прямоходящего

Чересчур большие стопы и маленькая голова лишают индонезийских «хоббитов» шансов на родство с нами. Анализ черепов карликовых бегемотов и обезьяньих стоп даёт убедительные доказательства независимого происхождения Homo floresiensis от человека прямоходящего.

Последние пять с половиной лет палеоантропологии с завидной регулярностью публикуют научные труды, посвященные «хоббитам» с индонезийского острова Флорес, Homo floresiensis. Ключевым и самым спорным вопросом в данном случае остается не образ жизни или умения последних, а происхождение, степень родства с современными людьми и с нашими предками и даже правомочность отнесения «хоббитов» к людскому роду Homo. За это недолгое время ученые успели записать хоббитов и в число обезьян, и в потомки человека прямоходящего

, и даже в карликовые представители нашего собственного вида, Homo sapiens.

02 сентября 14:19

Споры вокруг положения этого вида (или подвида) разгорелись с новой силой после обнаружения на островах Палау «гномов». После противоречивой статьи, описывающей якобы новый вид, через некоторое время вышла новая работа, подтверждающая, что гномы — обычные островитяне, из-за изолированной пещерной жизни значительно уступающие в размерах жителям материка.

В последнем номере Nature опубликованы две работы с детальным анализом стопы и черепа «хоббитов» (точнее, «хоббитш»), оставивших образцы LB1. Возможно, они станут точкой в этом затянувшемся споре.

По данным обеих исследовательских групп, H. floresiensis является потомком человека прямоходящего, H. erectus.

Сосуществовать на Земле с более совершенными людьми на протяжении десятков тысяч лет хоббитам помогло то, что они вовремя заняли благодатную островную нишу.

close

100%

В доказательство тому интернациональный коллектив под руководством Вильяма Юнгерса из Нью-Йоркского университета Стони-Брука привел детальный морфометрический анализ стопы хоббита. Учёные сравнили её кости с костями ныне живущих людей, человекообразных обезьян и наших вымерших предков.

Несмотря на то что стопа «хоббита» была лучше обезьяньей приспособлена для прямохождения (относительная жёсткость, приведенный большой палец), что роднит хоббитов с человеком прямоходящим, остальные параметры костей стопы на наши совсем не похожи.

Во-первых, хоббиты страдали от плоскостопия. Форма их ладьевидной кости существенно отличается от нашей, а потому не формировала характерную арку.

Во-вторых, в сравнении с Homo sapiens, хоббиты отличались чрезмерно большим размером ноги: длина их стопы превышала половину большеберцовой кости. Эти и другие особенности не лучшим образом сказывались на прямохождении.

Авторы пишут, что хотя H. floresiensis, без сомнения, ходил на двух ногах, удавалось это ему не очень хорошо. Возможно, это и объясняет тот факт, что за предположительно 80 тысяч лет, пока хоббиты населяли Индонезийский архипелаг, они не сумели заметно мигрировать и распространиться за его пределы.

Элеанор Уэстон из Лондонского музея естественной истории и её коллеги предложили куда более оригинальный метод доказательства независимости хоббитов:

ученые сопоставили параметры их черепа с карликовыми гиппопотамами, живущими на острове изолированно от своих континентальных родственников-гигантов.

Островная карликовость и до этого была одним из основных аргументов в объяснении размеров хоббитов. Однако авторы нынешней статьипоказали, что карликовость может развиваться непропорционально, а потому маленькие череп и мозг «хоббитов» могут быть проявлением островной карликовости, а не патологической микроцефалии.

Вкупе с вертикальным лицевым черепом и характерным строением зубов, роднящим хоббитов с человеком прямоходящим, эти исследования и расположили H.floresiensis на независимой от нас ветви древа эволюции, наравне с неандертальцами и кроманьонцами. Предком же хоббитов, судя по всему, был человек прямоходящий, Homo erectus.

Впрочем, по мнению Даниеля Либермана из Гарвардского университета, написавшего комментарий к двум описанным выше работам, этим предком вполне мог быть и человек умелый, H. habilis. Это отличный повод для продолжения дискуссии, а за аргументами, как видим, дело не станет.

Из чего состоят кости

автор: Dr. med. Gesche Tallen, erstellt am: 2013/04/12, редактор: Dr. Natalie Kharina-Welke, Переводчик: Dr. Natalie Kharina-Welke, Последнее изменение: 2017/08/30

В первую очередь наши кости состоят из костного вещества, которое содержит соли кальция. В целом кость как орган состоит ещё из таких мягких тканей как суставные хрящи и надкостница (на языке специалистов периост), костного мозга внутри костей, а также кровеносных сосудов и нервов, которые проходят через надкостницу и костный мозг‎.

Костное вещество


Костное вещество составляет основную массу наших костей. Оно очень прочное, так как содержит кальций (специалисты говорят о солях кальция), его вес может доходить до 70% веса костей. Костное вещество бывает в костях в основном в двух формах: компактное костное вещество и губчатое костное вещество.

Компактное костное вещество – это твёрдая, плотная беловатая масса. В первую очередь она как бы окутывает (покрывает) толстым слоем костномозговые полости внутри длинных трубчатых костей (например, бедренных костей или плечевых костей). Зато губчатое костное вещество состоит из достаточно тонких пластинок/перекладинок. Его можно найти в наших коротких, плоских костях, например, в позвонках.

Костное вещество состоит из зрелых костных клеток, они называются остеоциты. У остеоцитов есть отростки и с помошью этих отростков они соединяются между собой. Работая вместе с молодыми клетками остеобластами, которые отвечают за формирование костей, начинает расти новая кость. А разрушается костная ткань с помощью клеток, которые называются остеокласты.

Суставные хрящи


Суставные хрящи есть практически во всех костях, за исключением костей черепа. Они покрывают суставные поверхности и являются последней оставшейся частью скелета из эмбрионального (зародышевого, эмбриональный‎) развития.

Надкостница


Надкостница (которую специалисты называют периостом) покрывает снаружи все наши кости. Поэтому нигде не видно самого костного вещества. Его покрывает либо надкостница, либо суставной хрящ.

Костный мозг


Костный мозг – это мягкая масса, которая находится в полостях внутри костей. Костный мозг бывает красным и жёлтым. Красный костный мозг отвечает в организме за кроветворение. А жёлтый костный мозг – это в основном жировая ткань.

Жёлтый костный мозг появляется у человека не сразу, а постепенно в ходе развития человека красный костный мозг заменяется на жёлтый. Поэтому чем старше становится человек, тем больше у него становится жёлтого костного мозга. У взрослых жёлтый костный мозг заполняет центральную часть длинных трубчатых костей (это могуть быть, например, плечевые кости), которую специалисты называют диафизом. Красный костный мозг находится в основном внутри коротких и плоских костей (например, внутри позвонков).

Кровеносные сосуды и нервы


Кровеносные сосуды и нервы находятся и в костном веществе, и в надкостнице, и в костном мозге. Они передают костным клеткам информацию, питательные вещества и кислород. Через мельчайшие отверстия на поверхности костей они попадают внутрь кости, а из кости выходят в систему кровообращения или соответственно в нервы, которые их соединяют с нервной системой.

Первый подологический центр — Строение кожи и стопы

Строение кожи

Кожа состоит из:

  • Гиподермы (подкожно-жировая клетчатка)
  • Дермы (собственно кожа)
  • Эпидермиса

Гиподерма разглаживает неровности расположенных под кожей органов и обладает также смягчающим (амортизирующим) действием. С другой стороны подкожная клетчатка служит жировым депо организма и помимо этого, поскольку жир плохо проводит тепло, помогает поддерживать температуру тела. Другая функция гиподермы состоит в том, чтобы обеспечивать коже подвижность.

В дерме различают два слоя:

  • Сетчатый
  • Сосочковый

Они разделены капиллярной сеткой.

В дерме располагаются сальные железы. От 2 до 6 сальных желез окружают каждый волос, в зависимости от части тела. Вместе с потовыми железами они образуют на поверхности кожи защитную пленку (водно-липидную мантию), уровень кислотности которой, слегка смещен в кислую сторону — 5,5 (у новорожденных – 6,5; при физических нагрузках – 4,5). На ладонях и подошвах сальные железы полностью отсутствуют.

Дерму и эпидермис разделяет базальная мембрана – образование, имеющее извитую конфигурацию, тем самым, обеспечивая механическое сцепление (сосочки и отростки). Эпидермис на подошве содержит 5 слоев:

  • Базальный – один ряд цилиндрических клеток, лежащих непосредственно на базальной мембране. Это клетки, находящиеся в постоянном процессе деления. В этом слое находятся меланоциты – клетки, вырабатывающие пигмент — меланин.
  • Шиповатый – 6 — 8 рядов от призматических до веретенообразных клеток.
  • Зернистый – 2 — 5 рядов веретенообразных клеток.
  • Блестящий (элеидиновый) – слой, который выражен только на ладонях и подошвах.
  • Роговой – клетки лишены клеточных структур и полностью заполнены кератином. Они рыхло сцеплены между собой и последний ряд отшелушивается.

Клеточный цикл (т.е. время от образования клетки в базальном слое до ее отшелушивания с поверхности кожи) составляет 20-30 дней.

Функции кожи:

  1. Барьерная (от внешних факторов, химических, УФО, электричества, инфекций)
  2. Орган чувств (глубокое давление, осязание, холод, тепло, УФО)
  3. Терморегуляция (потоотделение, испарение, теплоотдача)
  4. Обмен веществ (накопление в-в в дерме)
  5. Дыхание (проницаемость). Кожа человека, находясь в воде, согласно градиенту концентрации, выделяет в воду некоторые вещества. В зависимости от возраста изменяется продолжительность: грудной возраст – 5 минут, подростки – 10 минут, взрослые – 15 минут.
  6. Функция органов иммунитета
  7. Эндокринная и экзокринная функция.

Строение стопы

Стопа предназначена для опоры, выполняет функцию амортизатора, помогает сохранять равновесие при изменении положения, подстраивается под неровности поверхности земли. По внешнему виду пальцев различают три типа стопы:

  • 60% «Египетская стопа». Большой палец длиннее всех остальных.
  • 25% «Четырехугольная». Большой и второй палец одинаковой длины.
  • 15% «Греческая стопа». Второй палец длиннее остальных.

Скелет стопы подразделяется на 3 отдела:

Предплюсна. Кости предплюсны – семь губчатых костей, расположенных в два ряда, между голенью и плюсной. Задний ряд образуется таранной и пяточной, а передний – ладьевидной, кубовидной и тремя клиновидными костями: медиальной, промежуточной и латеральной.

Пяточная кость самая большая кость стопы. Она располагается под таранной и значительно выступает из-под нее. Пяточный бугор является основной точкой опоры нижней конечности.

Таранная кость предплюсны вместе с костями голени образует голеностопный сустав.

Плюсна представляет собой пять трубчатых костей. Самая короткая и толстая – первая плюсневая кость, самая длинная — вторая. В плюсневых костях выделяют тело, головку и основание. Основания этих костей соединяются с костями предплюсны, а головки — с основаниями проксимальных фаланг пальцев.

Фаланги пальцев. У пальцев стопы имеются три фаланги:

  • Проксимальная.
  • Средняя.
  • Дистальная (концевая).

Исключение составляет большой палец, скелет которого состоит из двух фаланг:

  • Проксимальная.
  • Дистальная (концевая).

Фаланги – это трубчатые кости. Основание каждой кости имеет уплощенную ямку, образующую сустав с головкой, соответствующей плюсневой кости. Фаланги не играют заметной роли в опорной функции, т.к. они слегка касаются земли.

Кости предплюсны и плюсны не лежат в одной плоскости. Таранная кость расположена на пяточной, а ладьевидная — выше пяточной и кубовидной. При таком взаиморасположении формируется свод стопы, который обеспечивает пружинную опору для нижней конечности. Свод стопы имеет выпуклость, обращенную кверху. Стопа опирается на землю только в нескольких точках: сзади – это бугор пяточной кости, спереди – головки 1 и 5 плюсневых костей.

Стопа производит следующие движения: сгибание, разгибание, отведение, приведение, поворот внутрь и наружу. Мышцы стопы разделяют на мышцы тыльной поверхности стопы и мышц подошвенной поверхности. Мышцы тыла стопы – разгибатели. Мышцы подошвы – сгибатели.

МРТ стопы — Центр томографии «Аперто диагностик»

При совсем небольших, в общем-то, размерах стопы, ее важность сложно переоценить. Она берет на себя тяжесть всего тела и выполняет важную функцию надежной опоры при ходьбе. Человек, приматы, да еще медведь, кстати, чуть ли единственные представители млекопитающих, которые ходят полной стопой. Большинство животных изящно бегает «на цыпочках». Но прямохождение берет свое. Ходить на задних лапах и не опуститься наконец-то на пятку – ну совсем никак не вышло бы.

Чтобы мы могли свободно ходить, бегать и прыгать, стопа имеет очень сложное строение. Только подумайте – в ее состав входит целых двадцать шесть костей. Двадцать шесть косточек – и все это одна только достаточно небольшая часть тела. И все для того, чтобы минимизировать ударную нагрузку на опорно-двигательный аппарат. Но костями все не исчерпывается, к ним прилагается сложная конструкция из мышц и связок.

Но, какой бы совершенный механизм не создала природа, вечным и не подверженным повреждениям он, увы, быть не может. Различные травмы и заболевания характерны и для стоп. Боли, отеки, сложности в движении стопой – все это повод обратиться к врачу, который в первую очередь назначит диагностическое исследование с целью выявить причины заболевания.

Рентген способен визуализировать только костные структуры, к тому же кости стопы слишком мелкие. Поэтому нередко в случае необходимости диагностики патологических процессов в этой части тела назначается МРТ стоп. Давайте посмотрим, какие преимущества имеет эта методика перед другими способами обследования:

  • Высокая четкость изображения, отличная детализация;
  • Возможность изучить как костные, так и мягкие ткани, а также рассмотреть сосуды и понять, есть ли нарушения кровотока и как они происходят;
  • Быстрота процедуры, отсутствие побочных эффектов, безопасность и безболезненность.

Где пройти МРТ стопы в нашем городе? Вас всегда примут специалисты «Аперто диагностик».

13 интересных фактов о костях человека

  1. Никто не знает точное количество костей в человеческом организме.

    Ни один врач или даже академик не ответит со 100% уверенностью, сколько костей в человеческом организме. Дело в том, что при рождении младенец имеет около 300 мелких костей, что помогает ему легче пройти по родовым путям. Со временем кости младенца срастаются и укрупняются, однако некоторые люди имеют «лишние кости» — рёбра или 6-е пальцы.

  2. Кости человека имеют цвет коричневой палитры.
  3. Мы привыкли видеть скелеты-макеты или картинки в журналах и книгах, где кости человека изображаются совершенно белого цвета. На самом деле они не белые, а имеют коричневатый оттенок. Белый цвет кости достигается путём её вываривания или отбеливания.

  4. Кость – самый прочный материал в теле человека.

    Кости являются более прочным материалом по сравнению даже со сталью. Они превосходят сталь по прочности, но при этом весят намного меньше. Так, если бы скелет человека изготовить из стали, вес человека был бы в среднем около 250 кг.

  5. Бедренная кость – самая длинная.

    Как правило, бедренная кость составляет 1,4 от роста человека и может выдержать нагрузку до 1500 кг.

  6. Бедренная кость может расти в ширину.

    Действительно, самая длинная кость несёт большую нагрузку и с увеличением веса человека она увеличивает свою ширину, чтобы не поломаться под весом человека

  7. Слуховые косточки – самые маленькие, они единственные не изменяют свой размер и вес на протяжении всей жизни человека.
  8. Самой прочной костью считают большеберцовую кость.

    По сравнению с бедренной костью большеберцовая кость способна выдержать на сжатие 4 тыс. кг.

  9. Самыми хрупкими и легко ломающимися костями являются рёбра.
  10. Чаще всего повреждаются 5-8 пара рёбер, так как они не имеют соединительных костей.

  11. Наиболее «костлявая» часть – кисть человека.

    Большое количество мелких костей позволяет человеку играть на пианино и выполнять другие точные, виртуозные действия.

  12. Некоторые люди имеют лишнюю пару рёбер, но это является аномалией.
  13. Не все кости связанны межу собой, образуя скелет.
  14. Подъязычная кость не связана с другими костями, а является автономной. Она располагается между щитовидным хрящом и подбородком, именно благодаря такому строению человек может говорить и жевать.
  15. По статистике самой хрупкой костью является ключица.
  16. Прототипом берцовой кости является Эйфелева башня.
  17. Известный архитектор Эйфель возвел свою башню с завидной аналогией со строением человеческой кости, что позволяет конструкции выдерживать большие нагрузки.

В интернет-магазине Сигма Мед можно купить гипсовые бинты, которые предназначаются для изготовления лонгет, циркулярных повязок. Гипсовые бинты облают свойством быстрого затвердевания при коротком погружении в воду. У нас можно купить обычные и стерильные гипсовые бинты.

Анатомия, костный таз и нижняя конечность, суставы стопы — StatPearls

Введение

Стопа представляет собой сложную механическую структуру человеческого тела, состоящую из 33 суставов, 26 костей и более сотни мышц, сухожилий и связок, которые все вместе работать вместе, чтобы выдерживать вес, обеспечивать передвижение и передавать силу. Суставы стопы образуются там, где встречаются две или более костей стопы.

Суставы между предплюсневыми костями стопы известны как межплюсневые суставы.Специфические межплюсневые суставы стопы включают подтаранный сустав, таранно-пяточно-ладьевидный сустав, пяточно-кубовидный сустав, клиновидно-ладьевидный сустав, кубоиде-ладьевидный сустав и межклинковидный сустав.

Все пальцы стопы, кроме большого пальца стопы, имеют три сустава, включая плюснефаланговый сустав (MCP), расположенный у основания пальца, проксимальный межфаланговый сустав (PIP), расположенный в середине пальца, и дистальный фаланговый сустав. сустав (DP) обнаружен около кончика пальца ноги. У большого пальца стопы есть плюснефаланговый сустав и один межфаланговый сустав.Слой хряща покрывает поверхности суставов, где встречаются кости, что позволяет им плавно скользить друг с другом при движении. Тонкая мембрана, называемая синовиальной оболочкой, окружает суставы и выделяет жидкость для их смазки.

Строение и функции

Анатомия стопы делится на заднюю, среднюю и переднюю части стопы. Задняя часть стопы состоит из двух костей: таранной кости и пяточной кости. Таранная кость имеет переднюю, среднюю и заднюю фасетки, которые снизу соединяются с пяточной костью, образуя подтаранный или таранно-пяточный сустав.Таранная кость сочленяется с ладьевидной костью дистально, а пяточная кость — с кубовидной. Две кости задней части стопы работают вместе и отвечают за выворот и выворот. Некоторое тыльное сгибание и подошвенное сгибание также происходят через эти суставы. Таранно-ладьевидный сустав представляет собой высоко конгруэнтный шарообразный сустав, образованный выпуклым передним краем головки таранной кости и вогнутым задним контуром ладьевидной кости. Пяточно-кубовидный сустав представляет собой мыщелковидный сустав, образованный вертикально ориентированной вогнутой передней фасеткой пяточной кости и поперечно ориентированной задней выпуклостью кубовидной кости.Таранно-ладьевидные и пяточно-кубовидные суставы также известны как суставы Шопарта. Из-за формы и ориентации таранно-ладьевидного сустава он отвечает за большую часть движений задней части стопы. Вместе таранно-пяточно-ладьевидный сустав, известный как вертлужная впадина стопы, и пяточно-кубовидный сустав обеспечивают движение как в продольной, так и в поперечной плоскостях.

Середина стопы состоит из пяти костей неправильной формы, включая ладьевидную, медиальную клинописную, среднюю клинописную, латеральную клиновидную и кубовидную.Средняя часть стопы соединяется с задней частью стопы через средне-предплюсневой сустав (сустав Choparts).

Передняя часть стопы состоит из пяти плюсневых костей и соответствующих фаланг. Фаланги далее делятся на три отдельные фаланги (проксимальная, средняя и дистальная фаланги) для каждого пальца стопы, за исключением большого пальца стопы, который содержит только проксимальную и дистальную фаланги. Фаланги состоят из плюснефаланговых и межфаланговых суставов. Каждый палец ноги имеет проксимальный и дистальный межфаланговый сустав, в то время как большой палец ноги имеет только один межфаланговый сустав.Передняя часть стопы соединяется со средней частью стопы через тарзометатарзальный сустав, также известный как сустав Лисфранка. Сустав Лисфранка представляет собой сложное сочленение, включающее передние края кубовидной и трех клинописных костей с соответствующими плюсневыми костей, не более важного, чем сочленение между средней клинописью и основанием второй плюсневой кости. Суставы Лисфранка представляют собой скользящие суставы и составляют поперечный свод стопы, а их прилегание имеет первостепенное значение для устойчивости стопы во время ходьбы.[1] [2]

Суставы стопы выполняют две важные функции, включая опору и движение во время ходьбы, бега и прыжков. Стопа требует высокой степени гибкости и устойчивости, чтобы выполнять эти функции. Огромное количество суставов стопы — вот что обеспечивает эту гибкость, в то время как стабильность достигается за счет сочленения суставов и способности стопы действовать как жесткий, так и гибкий рычаг во время нормального цикла походки. Среднетарзальный сустав играет важную роль во время ходьбы, и его функция зависит от положения подтаранного сустава.Во время выворота подтаранного сустава таранно-ладьевидный и пяточно-кубовидный суставы параллельны друг другу и позволяют перемещаться между ними. Это движение важно на ранней стадии ходьбы. И наоборот, при инверсии подтаранного сустава суставы не параллельны, и движение не разрешается, позволяя стопе действовать как жесткий рычаг для поздней фазы ходьбы / опускания носка. Плюсно-фаланговые суставы — это кондиллоидные суставы, которые позволяют сгибать и разгибать, а также отводить и приводить.Межфаланговые суставы — это шарниры, позволяющие сгибать и разгибать [3] [4].

Кровоснабжение и лимфатика

Кровоснабжение стопы происходит в основном от тыльной части стопы и задних большеберцовых артерий.

Дорсальная артерия стопы является продолжением передней большеберцовой артерии и образует глубокую подошвенную дугу, анастомозируя с боковой подошвенной артерией. Кости предплюсны и дорсальный аспект плюсневых костей получают кровоснабжение от тыльной артерии стопы, тогда как глубокая подошвенная дуга способствует кровоснабжению пальцев стопы.

Задняя большеберцовая артерия проходит через тарзальный канал и входит в подошву стопы, а затем разделяется на медиальную и латеральную подошвенные артерии. Эти ветви обеспечивают кровоснабжение подошвенной поверхности стопы и, формируя глубокую подошвенную дугу, способствуют кровоснабжению пальцев стопы.

Кровоснабжение суставов стопы является результатом анастомоза этих артерий вокруг суставов. Суставная капсула не имеет сосудов и получает питательные вещества из окружающих кровеносных сосудов путем диффузии.

Подколенные лимфатические узлы получают от стопы лимфатический дренаж, который затем попадает в глубокие и поверхностные паховые лимфатические узлы. [5]

Нервы

Подошвенная сторона суставов предплюсны снабжается латеральными и медиальными подошвенными нервами, тогда как глубокий малоберцовый нерв снабжает дорсальную сторону сустава. Промежуточный дорсальный кожный нерв дает ответвления для питания сустава между латеральной и промежуточной клиновидными костями, тогда как подтаранный и пяточно-кубовидный суставы получают иннервацию от добавочного глубокого малоберцового нерва и латерального дорсального кожного нерва.

Подошвенный аспект предплюсне-метатарзального сустава получает нервное питание от медиального и латерального подошвенных нервов, тогда как дорсальный аспект снабжен глубоким малоберцовым нервом. Промежуточный дорсальный кожный нерв питает кубовидно-плюсневой сустав, и такое же, но реже питается межплюсневыми суставами. Сустав между четвертой и пятой плюсневыми костью получает нервное питание от ветвей промежуточного дорсального кожного нерва.

Плюсно-фаланговые суставы в основном получают питание от подошвенного пальцевого нерва. Иннервация межфаланговых суставов происходит от медиальной дорсальной кожной ветви поверхностного малоберцового нерва и подошвенных межпальцевых нервов. промежуточный дорсальный кожный нерв также может иннервировать эти суставы.

Мышцы

Мышцы стопы можно разделить на две отдельные группы, известные как внешние и внутренние мышцы.

Внешние мышцы возникают из боковых, передних и задних отделов ноги и прикрепляются к стопе. Передний отдел ноги содержит мышцы длинного разгибателя пальцев, третичной малоберцовой мышцы, передней большеберцовой мышцы и длинного разгибателя большого пальца стопы, которые отвечают за инверсию стопы, тыльное сгибание голеностопного сустава и разгибание пальца ноги.Мышцы в латеральном отделе — это мышцы малоберцовой мышцы и длинная малоберцовая мышца, основная роль которых заключается в вывороте стопы. Наконец, мышцы заднего отдела включают икроножную мышцу, длинный сгибатель большого пальца, длинный сгибатель пальцев, подколенную мышцу, подошву, камбаловидную мышцу и заднюю большеберцовую мышцу. Эти мышцы управляют подошвенным сгибанием, инверсией стопы и сгибанием пальцев стопы. [5]

Внутренние мышцы стопы находятся внутри стопы и служат для управления мелкой моторикой стопы, особенно пальцев ног.На тыльной стороне стопы есть только две внутренние мышцы, которые включают короткий разгибатель большого пальца и короткий разгибатель пальцев. Подошвенная сторона (подошва) стопы содержит 10 внутренних мышц, которые расположены в следующем порядке от поверхностных к глубоким; abductor hallucis, flexor digitorum brevis, abductor digiti minimi, quadratus plantae, lumbricals, flexor hallucis brevis, adductor hallucis, flexor digiti minimi brevis и, наконец, подошвенная и дорсальная межкостные мышцы.

Клиническая значимость

Переломы и вывихи

Травмы Лисфранка подразделяются на растяжения и переломы / вывихи. Наиболее частым механизмом травмы является аксиальная компрессия на гиперплантарно согнутой стопе. Пациенты обращаются с болезненной опухшей стопой и неспособностью выдерживать нагрузку. Пациенты также обычно имеют подошвенный экхимоз средней части стопы, который очень коррелирует с травмой Лисфранка. Во время медицинского осмотра пальпируется болезненность в средней части стопы, а пассивные движения передней части стопы воспроизводят боль.Первоначальная визуализация выполняется с помощью переднезадних (ПЗ), боковых и косых рентгеновских лучей без нагрузки. Это может упустить до 50% травм, поэтому, если есть высокий показатель подозрительности, то полезно будет снять пленку для сравнения нагрузки на противоположную стопу.

Нарушение линии, проведенной от медиального основания второй плюсневой кости к средней клинописи, а также дорсальное смещение основания первой и / или второй плюсневой кости являются надежными признаками перелома-вывиха. Разделение первой и второй плюсневой кости на 2 мм и более является признаком нестабильности.Пятнистый признак является еще одним важным признаком травмы Лисфранка и указывает на отрывной перелом связки Лисфранка от основания второй плюсневой кости. Пропущенный диагноз часто встречается при травмах Лисфранка и может привести к хронической боли, дисфункции и деформации. Травмы без смещения лечатся с использованием ненагруженной повязки или ботинка в течение 6-8 недель. Если травма смещена более чем на 2 мм, то требуется хирургическая фиксация. При сильно смещенных травмах предпочтительным методом лечения является открытая репозиция и внутренняя фиксация.[6]

Переломы пяточной кости возникают в результате падения с высоты. Спектр травм может быть слегка смещен до сильно оскольчатых переломов. К часто пропущенным травмам относятся компрессионные переломы поясничного отдела позвоночника. Эти травмы могут иметь разрушительные долгосрочные последствия не только из-за повреждения подтаранного сустава, но и окружающих мягких тканей.

Переломы Джонса — это переломы основания пятой плюсневой кости, которые являются отдельными и отличными от отрывных переломов.Этот перелом представляет собой сосудистый водораздел, подверженный несращению, и требует быстрой хирургической стабилизации.

Невропатическая остеоартропатия Шарко

Невропатическая остеоартропатия Шарко — хроническое прогрессирующее заболевание, наиболее часто встречающееся при диабете. Это часто наблюдается в стопе и лодыжке в результате периферической невропатии. Он начинается как локализованный нерегулируемый воспалительный процесс, но в конечном итоге приводит к постепенной потере костной массы, вывихам суставов и деформациям.Пациенты обычно обращаются с красной, горячей и опухшей стопой. Боль может присутствовать, а может и не присутствовать. Рентгенограммы пораженного участка могут показать ряд патологий от остеопении, переломов и вывихов до тяжелого разрушения суставов. Исследование должно включать общий анализ крови, СРБ и СОЭ, чтобы исключить инфекционный процесс. МРТ также полезна и может помочь отличить инфекцию от артропатии. [7]

Подагра

Подагра обычно проявляется как острый и чрезвычайно болезненный красный опухший большой палец стопы, специфически поражающий плюснефаланговый сустав (MTP).Патогенез остается неясным, но считается, что это связано с дефектом пуринового обмена, вызывающим осаждение кристаллов мононатриевого урата в суставах. У пациентов обычно повышается уровень мочевой кислоты в крови, но диагноз ставится путем аспирации сустава для обнаружения кристаллов с отрицательным двойным лучепреломлением. Лечение острых эпизодов — отдых с приемом нестероидных противовоспалительных препаратов, глюкокортикоидов или колхицина. Аллопуринол или другие ингибиторы ксантиноксидазы используются для предотвращения подобных случаев в будущем. Кроме того, консервативное лечение, такое как снижение веса, отказ от богатой пурином пищи и алкогольных напитков, являются дополнительными мерами, помогающими облегчить симптомы.[8]

Hallux Rigidus

Hallux Rigidus — дегенеративное заболевание сустава MTP большого пальца стопы. Пациенты обычно обращаются с болезненным ригидностью пальца стопы с болезненностью при пальпации дорсального сустава MTP. Остеофиты могут быть пальпированы дорсально при физикальном осмотре. Наиболее частым обнаружением при физикальном осмотре обычно является уменьшение активного и пассивного диапазона движений, в первую очередь тыльного сгибания. На рентгенограмме — характерный дорсальный остеофит и признаки остеоартроза первого МТП.Лечение включает НПВП, активность и модификацию обуви, а также внутрисуставные инъекции. Его также можно лечить хирургическим путем. [9]

Hallux Valgus

Hallux valgus (косточка) — вальгусное отклонение проксимальной фаланги, которое способствует варусному положению первой плюсневой кости. Головка плюсны смещается кнутри, оставляя сесамоиды открытыми. Медиальная капсула утончается, а капсула бокового сустава сокращается. Факторы риска бывают как внутренними, так и внешними.Помимо биомеханических факторов, связанных с первым лучом, существует генетическая предрасположенность, которая может привести к деформации костного мозга. Туфли на высоком каблуке с узким носком также могут привести к деформации. Бурситы чаще встречаются у взрослых, в первую очередь у женщин, но также встречаются у детей, так называемая вальгусная деформация большого пальца стопы. Пациенты жалуются на боли, усиливающиеся при ношении обуви. При физическом осмотре выявляется широкий передний отдел стопы с болезненностью над головкой первой плюсневой кости и вальгусное отклонение фаланги.Консервативное лечение заключается в модификации обуви и отказе от обуви на высоком каблуке. Ювенильную вальгусную деформацию большого пальца руки следует лечить консервативно как можно дольше. Пациентам, у которых консервативное лечение неэффективно, можно лечить хирургическим путем. Хирургическое лечение зависит от деформации. [10] [11] [12]

Деформации малых пальцев стопы

Когтистые пальцы — это деформации гиперэкстензии сустава MTP с деформацией сгибания PIP и DIP. Hammertoes — это деформации сгибания суставов PIP и деформации разгибания суставов MTP и DIP.Молоток — это деформация сгибания DIP-суставов. Если какая-либо из этих деформаций становится симптоматической, их можно лечить консервативно с помощью наложения шин / прокладок. При тяжелых деформациях рекомендуется хирургическое вмешательство.

Повышение квалификации / Контрольные вопросы

Рисунок

Суставы стопы. Изображение любезно предоставлено S Bhimji MD

Ссылки

1.
Epeldegui T, Delgado E. Acetabulum pedis. Часть I: суставная впадина в таранно-пяточно-ладьевидном суставе нормальной стопы.J Pediatr Orthop B. 1995; 4 (1): 1-10. [PubMed: 7719822]
2.
Хиллстром Х. Дж., Сонг Дж., Крашевски А. П., Хафер Дж. Ф., Мутана Р., Дюфур А. Б., Чоу Б. С., Деланд Дж. Т.. Биомеханика типа стопы, часть 1: строение и функция бессимптомной стопы. Поза походки. 2013 Март; 37 (3): 445-51. [Бесплатная статья PMC: PMC3594140] [PubMed: 23107625]
3.
Окита Н., Мейерс С.А., Чаллис Дж. Х., Шарки Н.А. Блокировка среднетарзального сустава: новые взгляды на старую парадигму. J Orthop Res. 2014 Янв; 32 (1): 110-5.[PubMed: 24038197]
4.
Blackwood CB, Yuen TJ, Sangeorzan BJ, Ledoux WR. Механизм блокировки среднетарзального сустава. Foot Ankle Int. 2005 декабрь; 26 (12): 1074-80. [PubMed: 163]
5.
Тан А., Бордони Б. StatPearls [Интернет]. StatPearls Publishing; Остров сокровищ (Флорида): 10 августа 2020 г. Анатомия, костный таз и нижняя конечность, нервы стопы. [PubMed: 30725977]
6.
Clare MP. Травмы Лисфранка. Curr Rev Musculoskelet Med. 2017 Март; 10 (1): 81-85.[Бесплатная статья PMC: PMC5344858] [PubMed: 28188544]
7.
Кучера Т., Шейх Х.Х., спонсор П. Шарко Невропатическая артропатия стопы: обзор литературы и опыт единого центра. J Diabetes Res. 2016; 2016: 3207043. [Бесплатная статья PMC: PMC5021483] [PubMed: 27656656]
8.
Варгас-Сантос А.Б., Неоги Т. Лечение подагры и гиперурикемии при ХБП. Am J Kidney Dis. 2017 сентябрь; 70 (3): 422-439. [Бесплатная статья PMC: PMC5572666] [PubMed: 28456346]
9.
Лам А., Чан Дж.Дж., Сураче М.Ф., Вулкано Э.Hallux rigigus: Как мне к этому подойти? Мир J Orthop. 2017 18 мая; 8 (5): 364-371. [Бесплатная статья PMC: PMC5434342] [PubMed: 28567339]
10.
Кафлин MJ, Smith BW. Hallux valgus и подвижность первого луча. Хирургическая техника. J Bone Joint Surg Am. Октябрь 2008 г .; 90 Дополнение 2, Пет. 2: 153-70. [PubMed: 18829930]
11.
Hecht PJ, Lin TJ. Hallux valgus. Med Clin North Am. 2014 Март; 98 (2): 227-32. [PubMed: 24559871]
12.
Цирнгибл Б., Грифка Дж., Байер К., Гётц Дж.[Hallux valgus: Этиология, диагностика и принципы лечения]. Ортопад. 2017 Март; 46 (3): 283-296. [PubMed: 28251259]

Кости, связки, мышцы, сухожилия, дуги и кожа

Стопа является частью анатомии позвоночных, которая служит для поддержания веса животного и обеспечения передвижения на суше. У человека стопа — одна из самых сложных структур тела. Он состоит из более чем 100 движущихся частей — костей, мышц, сухожилий и связок, предназначенных для того, чтобы ступня могла уравновешивать вес тела всего на двух ногах и поддерживать такие разнообразные действия, как бег, прыжки, лазание и ходьба.

Человеческие ступни из-за своей сложности могут быть особенно подвержены травмам. Могут возникнуть растяжения, растяжения, тендинит, разрывы связок, сломанные кости, выпавшие дуги, бурситы, натоптыши и подошвенные бородавки. Здесь мы подробнее поговорим об анатомии стопы человека и многих ее движущихся частях.

Сложность человеческой ступни может быть связана с тем, что она произошла от рукоподобных хватательных ступней, подобных тем, которые мы видим сегодня у обезьян. Наши древние предки жили на деревьях и должны были уметь крепко держаться за ветки всеми четырьмя конечностями.Это заставило их развить необычайно сложные руки и ноги, которые были способны хватать, вращать и хватать с ловкостью, которую инженеры все еще пытаются воспроизвести в таких областях, как робототехника сегодня.

Ученые не уверены, почему наши предки в конечном итоге развили способность ходить прямо, в результате чего «пальцы» наших ног слились и образовали плоскую поверхность для ходьбы. Возможно, это произошло потому, что наши предки начали жить на безлесных лугах, где стоять высоко, чтобы видеть из-за травы, было важнее, чем лазать.Это могло также быть связано с тем, что, когда мы начали использовать инструменты, способность ходить на двух ногах, используя руки для переноски предметов, стала важной.

Ноги встречаются и у других видов; особенно млекопитающие, птицы, рептилии и земноводные. У беспозвоночных, таких как моллюски и насекомые, могут быть «ступни», на которых они ходят или передвигаются, но это не сложные костные структуры, как у позвоночных.

Здесь мы обсудим анатомию стопы человека и некоторые вещи, которые могут пойти не так, что приведет к травмам или нарушениям.

Эти описания предназначены только для информационных целей. При подозрении на травму стопы всегда следует обращаться к врачу, так как быстрое и правильное лечение может ускорить и облегчить выздоровление! Особенно важно обратиться к врачу, если подозрение на травму стопы связано с онемением, кровотечением или невозможностью двигать стопой, поскольку это может быть признаком серьезных осложнений.

Правильная диагностика и лечение требует квалифицированного специалиста; неправильная диагностика и лечение могут привести к более длительным проблемам!

Стопа содержит 26 костей, 33 сустава и более 100 сухожилий, мышц и связок.Это может показаться излишним для плоской конструкции, которая поддерживает ваш вес, но вы можете не осознавать, сколько работы выполняет ваша нога!

Стопа отвечает за балансировку веса тела на двух ногах — подвиг, который современные робототехники все еще пытаются повторить. Для этого требуются сильные, тонкие мышцы, которые могут удерживать стопу устойчиво, даже когда мы перемещаем вес тела в разных положениях и под разными углами.

Множество костей работают вместе, чтобы позволить это тонкое, деликатное движение за счет легкого смещения внутри стопы.Они также позволяют нам выполнять сложные действия, такие как стоять, лазать и «хвататься» за землю ногами на движущихся или неровных поверхностях.

Здесь мы обсудим наиболее важные части анатомии стопы, а также некоторые травмы и нарушения, которые могут возникнуть при повреждении этих частей.

Следует отметить, что здесь мы сделаем общие утверждения о том, как врачи могут лечить различные травмы и расстройства стопы. Это не заменяет врачебный совет.

Обратитесь к врачу при подозрении на травму или заболевание стопы, так как своевременная диагностика и лечение могут ускорить и облегчить выздоровление, а неправильное лечение может привести к долгосрочным повреждениям.

В стопе 26 костей. К ним относятся:

  • Фаланги, кости пальцев ног
  • Плюсневые кости, проходящие через плоскую часть стопы
  • Клиноподобные кости, ладьевидная мышца и кубовидная кость, все из которых функционируют. для создания твердой, но в некоторой степени гибкой основы. кость голени

Хотя вы можете не замечать эти кости в действии каждый день, вы быстро заметите, если с одной из них что-то не так.Эти кости позволяют вашим ногам выполнять тонкие движения, которые позволяют вам сохранять равновесие при ходьбе, беге, прыжках, лазании, танцах и занятиях спортом!

Травма кости стопы часто приводит к острой или пульсирующей боли, особенно когда вы двигаетесь таким образом, что ваш вес или близлежащая мышца давят на кость.

Наиболее частыми переломами костей стопы являются переломы пальцев стопы, которые могут возникнуть после удара пальцем ноги о твердую или острую поверхность во время ходьбы, бега, плавания или занятий спортом.

Сломанные кости стопы обычно требуют отдыха, льда, сжатия и подъема, чтобы уменьшить опухоль. Полезно запомнить аббревиатуру «RICE» для отдыха, льда, сжатия и подъема. Эта комбинация домашнего лечения является хорошим средством первой линии при многих травмах ног и стоп.

Поддерживающие бинты или защитные повязки могут использоваться для уменьшения боли и сохранения правильного положения костей. Иногда могут быть прописаны костыли или другие средства, позволяющие полностью снизить вес стопы.В редких случаях, когда кость разламывается на две или более частей, и эти части становятся смещенными, может потребоваться хирургическое вмешательство, чтобы вернуть части в соответствие, чтобы они могли зажить.

Также может быть предложена физиотерапия, чтобы помочь восстановить здоровое использование мышц после травмы.

Еще одна возможная проблема с костями стопы — это бурситы или костные шпоры.

Костные шпоры возникают, когда происходит дополнительный рост кости, обычно около конца или сустава кости. Это может быть вызвано хроническим раздражением сустава, например трением о другую кость или сустав.Наиболее распространенные типы костных шпор на стопах возникают на большом пальце ноги, и их называют «бурситами».

Бурситы и костные шпоры могут вызывать сильную боль. Внутри они могут тереться о другие кости, мышцы и нервы под кожей. Внешне они могут изменить форму стопы, что приведет к боли и дискомфорту от ношения обычной обуви.

Легкие бурситы можно лечить, нося более удобную обувь или стельки для обуви, принимая безрецептурные противовоспалительные препараты, прикладывая покой, лед, компрессию и возвышение, а также заклеивая пораженный участок лентой или шинируя его.Все эти меры могут уменьшить отек и предотвратить боль от бурсита большого пальца стопы.

Если эти действия не уменьшают боль, может потребоваться хирургическое вмешательство для удаления части ткани большого пальца стопы.

Риск возникновения бурсита увеличивается, если вы носите тесную узкую обувь, которая может заставить кости тереться друг о друга. Риск также увеличивается, если у вас артрит или травмы стопы в анамнезе.

Связки — это связки из очень прочной и гибкой ткани, которые выполняют важную работу по соединению костей между собой.Связки очень прочные, и их трудно повредить, но травмы связок могут быть серьезными, когда они случаются. Это связано с тем, что связки не получают такого большого кровотока, как кости и мышцы, поэтому они медленно восстанавливаются.

В стопе много костей, поэтому можно догадаться, что связок много. На самом деле связок так много, что нам нужны три разные диаграммы, чтобы показать их вам!

На этой схеме показана подошва стопы. Вы можете видеть пальцы ног вверху и пятку внизу, в то время как свод и подошва стопы состоят из толстой сети связок, скрепляющих кости:

На этой диаграмме показан «медиальный аспект» стопы. ступня.Этот термин происходит от терминов «средний», что означает «центр» или «посередине», и «аспект», что означает «лицо». Другими словами, это «лицо», которое ступня показывает центру тела. Это сторона стопы, обращенная внутрь.

На этом рисунке пятка показана справа, а пальцы ног выходят за пределы экрана слева.

Здесь вы можете видеть, что лодыжка также представляет собой толстую сеть связок, в которой большеберцовая кость соединяется с костями лодыжки и основанием стопы.Вы также можете увидеть связки, в которых плюсневые кости и фаланги соединены друг с другом.

Наконец, на этой диаграмме показан «боковой аспект» стопы, где «боковой» означает «в сторону». Итак, это вид ступни сбоку от тела; вид на часть стопы, обращенную наружу.

В левой части изображения, над пяткой, вы можете увидеть тонкую кость ноги, называемую малоберцовой костью. Малоберцовая кость меньше большеберцовой кости и проходит рядом с ней.Наличие двух отдельных костей вместо одной, соединяющей ступню с ногой, дает ступне и ноге дополнительный баланс и маневренность.

Вы также можете увидеть толстую сеть связок на верхней части стопы, где кости ядра стопы соединяются на верхней стороне.

Теперь вы можете начать понимать, почему середина вашей стопы кажется твердой, даже если она состоит из множества костей. Множество костей плотно связаны между собой прочными гибкими связками, которые позволяют центру стопы слегка смещаться, оставаясь твердой и устойчивой.

Хотя связки крепкие, они могут быть повреждены, особенно в такой области, как лодыжка, где весь вес вашего тела опирается на один сустав.

Растяжение связок происходит, когда часть тела выкручивается или выкручивается, что приводит к повреждению связки. Такое повреждение может вызвать отек и сильную боль. Поскольку связки не получают достаточного питательного кровотока от тела, для заживления растяжений может потребоваться много времени, а длительное повреждение может возникнуть в результате продолжающейся нагрузки на растяжение связок.

Как и переломы костей, растяжения часто лечат покоем, льдом, сжатием и возвышением; и поддерживающая повязка или гипсовая повязка, чтобы снять напряжение с растянутой области. Иногда могут быть прописаны костыли или другие средства, позволяющие полностью снизить вес стопы.

Физическая терапия может быть особенно полезной в случае растяжения связок, когда она может гарантировать, что поврежденная связка постепенно укрепляется и должным образом поддерживается окружающими мышцами.

Разрыв связки возникает, когда стопу сгибают или перекручивают так сильно, что связка фактически рвется.Это состояние может быть серьезным, поскольку полностью разорванные связки могут не зажить самостоятельно, как кость или мышца.

Порванные связки иногда можно лечить так же, как растяжения, но может потребоваться хирургическое вмешательство, если разрыв серьезный или если имеется длительное нарушение функции стопы. С помощью операции врачи могут соединить два конца поврежденной связки вместе или заменить поврежденную связку здоровой из другой части тела.

Так же, как существует множество костей и связок подошвы стопы, существует также много мышц.Их можно разделить на четыре основные группы:

  • Центральные мышцы подошвы стопы
  • Боковые мышцы подошвы стопы
  • Медиальные мышцы подошвы стопы
  • Мышцы тыльной части (верха) стопы

Вы можете узнать больше о каждой отдельной группе мышц стопы, используя эту таблицу:

Если мышцы перегружены или перенапряжены, они могут разорваться или растянуться.Напряжение обычно проявляется в виде боли, особенно при движении или давлении.

Легкие растяжения часто проходят в течение нескольких дней или недель, если мышца находится в состоянии покоя и не подвергается дальнейшей нагрузке. Однако более серьезные мышечные разрывы могут занять несколько месяцев.

При подозрении на сильное растяжение рекомендуется обратиться к врачу, поскольку сильное растяжение мышц может привести к серьезным осложнениям.

Самая тяжелая форма чрезмерного использования мышц — рабдомиолиз — возникает, когда мышцы подвергаются такому стрессу, что их клетки разрываются и выделяют токсичные химические вещества.Это может быть смертельным, если не лечить.

Покой, лед, сжатие и приподнятие для уменьшения отека рекомендуются для лечения легкой и средней деформации. При особенно сильном растяжении могут быть рекомендованы поддерживающие бинты или повязки, костыли или скобы.

Также может быть предложена физиотерапия, чтобы помочь восстановить здоровое использование мышц после травмы.

Сухожилия — это толстые полосы ткани, соединяющие мышцы с костями. Соединяя жесткие кости с мощными мышцами, сухожилия позволяют нам двигаться.Движение происходит, когда наши мышцы натягивают наши кости, перемещая их.

На следующей диаграмме показаны сухожилия боковой поверхности стопы, то есть стороны, обращенной наружу, от вашего тела:

Здесь вы можете увидеть сухожилия, которые простираются вниз от верхней части стопы к вашему телу. пальцы ног, позволяя при необходимости поднять пальцы ног вверх.

Вы также можете увидеть, какое, возможно, самое важное сухожилие стопы — пяточное или ахиллово сухожилие, которое позволяет мышцам голени управлять движением стопы.

Ахиллово сухожилие получило свое название от мифического греческого героя Ахилла, который был неуязвим — за исключением лодыжки. Из-за травмы лодыжки — возможно, ахиллова сухожилия — он не мог стоять и бороться.

На этом изображении медиальной части стопы показаны сухожилия, идущие вдоль нижней части стопы. Именно эти сухожилия позволяют вам сгибать пальцы ног и хвататься за поверхность стопы, позволяя мышцам в нижней части стопы напрягаться.

Любое сухожилие стопы может травмироваться, что может вызвать боль или нарушение равновесия. Травмы ахиллова сухожилия — одно из наиболее распространенных возможных повреждений, поскольку тело опирается на ахиллово сухожилие, которое поддерживает его вес.

Легкие травмы сухожилий можно лечить покоем, льдом, компрессией, возвышением и безрецептурными противовоспалительными препаратами. Врачи могут порекомендовать длительные периоды отдыха и прописать поддерживающую повязку или гипсовую повязку при серьезных травмах сухожилий.

Тяжелые травмы ахиллова сухожилия, которые могут возникнуть во время занятий спортом, могут потребовать хирургического вмешательства.

Помимо острых травм, таких как растяжения и разрывы, из-за хронического стресса может появиться раздражение сухожилий.

Тендинит возникает, когда сухожилие — сенсорный шнур ткани, который прикрепляет мышцу к кости — со временем раздражается. Это может произойти из-за чрезмерного или неправильного использования, если человек двигается таким образом, что вызывает нагрузку на сухожилия.

Тендинит часто появляется медленно, проявляясь острой болью при выполнении человеком определенного движения.Людям с тендинитом стопы может быть больно переносить тяжесть на стопу, несмотря на отсутствие явной травмы, такой как травма или напряжение.

Тендинит можно лечить с помощью риса и безрецептурных противовоспалительных препаратов. Лечебная физкультура также может быть чрезвычайно полезной, поскольку она позволяет мягко тренировать и растягивать сухожилия, а также исправлять любые двигательные привычки, которые могли вызвать раздражение.

Обычно сухожилия в стопе притягивают кости стопы друг к другу, в результате чего образуются отчетливые дуги между пяткой и пальцами, а также между внутренним и внешним пальцами.Эта арка важна для обеспечения того, чтобы вес должным образом распределялся между самыми сильными мышцами ноги и стопы, и чтобы мы могли перемещать вес по мере необходимости, чтобы сохранять равновесие или быстро двигаться.

Падение сводов стопы или «плоскостопие» может возникнуть, когда сухожилия стопы не стягивают кости стопы вместе с нормальной силой. Это приводит к тому, что ступня становится «плоской», что может привести к боли, проблемам с равновесием и усталости в ноге или ступне.

Плоскостопие может возникнуть в результате травмы, или у некоторых людей сухожилия просто не срастаются должным образом.В редких случаях плоскостопие могут вызывать другие проблемы со здоровьем, такие как артрит или проблемы с нервами, идущими к ступням.

Плоскостопие может легко устать и болеть. Боль в спине и ногах также может быть результатом того, что мышцы спины и ног могут чрезмерно компенсировать нормальные балансирующие функции дуги.

Лечение плоскостопия может зависеть от причины. Если вы считаете, что у вас плоскостопие, обратитесь к врачу, чтобы узнать, какое лечение лучше всего для вас!

Кожа и ногти на ногах

Важными являются не только внутренние части стопы! Кожа на ступнях защищает наши мышцы, кости, сухожилия и связки от травм.Это также предотвращает заражение.

Ногти на ногах защищают кончики пальцев ног, которые, как мы все знаем, иногда могут быть уязвимы для ударов, наступления или падения предметов.

Однако есть вещи, которые могут пойти не так, как надо, и привести к проблемам.

Подошвенные бородавки — Подошвенные бородавки — это наросты, которые появляются на подошве стопы и могут вызывать болезненные ощущения. Они вызваны штаммом вируса папилломы человека, который поражает кожу ног и вызывает необычный рост кожи и кровеносных сосудов.

Штамм вируса папилломы человека, вызывающий подошвенные и другие бородавки, очень распространен в окружающей среде. Неизвестно, почему у некоторых людей появляются бородавки, а у других — нет. Избегание совместного использования обуви и носков с людьми, у которых есть подошвенные бородавки, может помочь защитить от них, но у многих людей возникают подошвенные бородавки, о которых не известно ни о каких случаях передачи от человека к человеку.

Если подошвенные бородавки остаются небольшими, они могут не вызывать боли и лечение не требуется. Однако, если они станут болезненными, их, возможно, придется удалить.Для этого существует несколько вариантов, включая безрецептурные аппликации и процедуры по замораживанию ткани бородавки, которые может выполнить врач.

Натоптыши и мозоли — это твердые участки кожи, которые образуются в результате частого трения о кожу. На теле образуются натоптыши и мозоли, чтобы «укрепить» кожу перед повторяющимися нагрузками.

У людей, которые работают руками, например у плотников, садовников и музыкантов, часто появляются мозоли на руках в местах, где они часто трутся о свои инструменты.У людей, которые часто ходят пешком или чьи ноги трутся о обувь изнутри, могут образовываться натоптыши и мозоли на ногах.

Людям с заболеваниями, вызывающими хрупкую кожу или нарушение притока крови к ступням, например диабетом, следует поговорить со своим врачом, как только появятся натоптыши или мозоли. Это может быть признаком основной проблемы, и лечение, подходящее для здоровых людей, может причинить вред людям с этими состояниями.

Людям, у которых нет таких заболеваний, отпускаемые без рецепта процедуры по удалению мозолей и отшелушиванию могут помочь уменьшить дискомфорт, вызываемый натоптами и мозолями.Смена обуви или привычек при ходьбе также может помешать их формированию в будущем.

Когда-то ногти на ногах человека выполняли ту же функцию, что и ногти на руках или когтях животных. Однако ступня претерпела некоторые важные изменения в истории эволюции. Ногти на ногах не всегда поспевали.

Вросший ноготь на ноге возникает, когда ноготь на пальце ноги неправильно изгибается, в результате чего он проникает в плоть пальца ноги. Это болезненное состояние, которое может стать серьезным в случае травмы или инфицирования.

Вросшие ногти на ногах иногда можно лечить дома путем частой стрижки. Но в серьезных случаях может потребоваться медицинская помощь, чтобы избежать опасных инфекций.

Немедленно обратитесь к врачу, если вросший ноготь на ноге вызывает сильную боль или если палец ноги с вросшим ногтем покраснел и опух.

Тест

1. Почему важно обратиться к врачу при подозрении на травму стопы?
A. Поскольку разные типы травм, такие как переломы, растяжения и растяжения, могут иметь похожие симптомы, но требуют разного лечения
B. Поскольку быстрое лечение может способствовать более медленному и более легкому процессу заживления, чем если травма сначала игнорируется или лечится неправильно
C. Потому что врачи могут прописать полезные приспособления, такие как поддерживающие бинты, повязки и костыли, которые уменьшают боль и помогают заживлению
D. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 1

D правильный. Все вышеперечисленное является поводом обратиться к врачу при травме стопы.

2.Что из перечисленного НЕ является костью в стопе?
A. Пяточная кость
B. Кубовидная кость
C. Пястные кости
D. Фаланги

Ответ на вопрос № 2

C правильный. MetaCARPals похожи на metaTARSals, которые находятся в стопе. Но пястные кости находятся в руках, а не в ногах. Вы можете помнить это, потому что «запястный» относится к той же анатомии, что и «синдром запястного канала», то есть заболевание кистей и запястий.

3. Что из перечисленного не связано со здоровьем стопы?
A. Сломанный палец
B. Травма ахиллова сухожилия
C. Растяжение лодыжки
D. Синдром запястного канала

Ответ на вопрос № 3

D правильный. Синдром запястного канала возникает на запястьях и руках, а не на ступнях или лодыжках.

Список литературы

  • Hoffman, M. (n.d.).Изображение стопы. Получено 5 июля 2017 г. с веб-сайта http://www.webmd.com/pain-management/picture-of-the-feet#1
  • Gray, H. (2012). Анатомия человеческого тела. Лондон, Англия: Баунти.
  • Травмы стопы | Заболевания стопы | MedlinePlus. (нет данных). Получено 5 июля 2017 г. с https://medlineplus.gov/footinjuriesanddisorders.html
  • Топографическая анатомия нижней конечности, часть II: колено, нога, лодыжка и стопа. [Видео файл]. (нет данных).
  • Мышцы стопы.(нет данных). Получено 5 июля 2017 г. с https://www.kenhub.com/en/videos/muscles-foot
  • Мозоли и мозоли — обзор темы. (нет данных). Получено 5 июля 2017 г. с http://www.webmd.com/skin-problems-and-treatments/tc/calluses-and-corns-topic-overview#1

Старт на неправильной ноге

Анатомия стопы и голеностопного сустава человека. Предоставлено: сотрудники Blausen.com (2014 г.), WikiJournal of Medicine; doi: 10.15347 / wjm / 2014.010 (CC BY 3.0 [https://creativecommons.org/licenses/by/3.0]), через Wikimedia Commons

Человеческое тело удивительно способно… несмотря на то, что во многих местах оно спроектировано неправильно.

Возьмем, к примеру, нашу голень. В нашей стопе 26 костей, а в лодыжке — 7. Движущихся частей гораздо больше, чем нужно для ходьбы или бега, что делает нас более склонными к травмам.

Как это произошло?

Что ж, мы произошли от более ранних гомининов, которые избегали хищников и находили пищу на деревьях.

Этим предкам была нужна хватательная ступня, как у шимпанзе, с большим пальцем ноги, как противоборствующий большой палец, и гибкой лодыжкой, как запястье.

Когда мы спускались с деревьев на землю, наши ноги должны были эволюционировать.

Стопа и лодыжка стали жесткими, чтобы образовать движущий рычаг. Арка разработана как амортизатор. Большой палец ноги двинулся вперед вместе с остальными.

Это сработало достаточно хорошо. Несмотря на то, что они построены на старой конструкции, больше похожей на руки, наши дефектные ноги перенесли нас в современность.

Теперь посмотрите на свои ступни и представьте себе другой дизайн: обтекаемую голень, обвитую связками, а не мышцами; сросшаяся лодыжка, оканчивающаяся одним или двумя большими простыми пальцами, в каждом по одной кости.

Звучит странно, но это структура, которая разгоняет страусов и лошадей до скорости более 40 миль в час, поглощая больше стресса, затрачивая при этом сравнительно меньше энергии.

Различные структуры, порожденные разным эволюционным давлением.

Мы рассмотрим другие любопытные случаи эволюции человека в будущих EarthDates.


Предыстория: начало не с той ноги

Синопсис: Если бы вы могли сконструировать наиболее эффективную ступню для балансировки, ходьбы или вертикального бега, в ней не было бы 26 костей, как в человеческой стопе.Как наши ноги эволюционировали, чтобы поддерживать нас?

  • Сравнение анатомии ног человека и страуса. Красные линии соединяют анатомические точки; зеленые линии соединяют функционально эквивалентные стыки. Кредит: Нина Шаллер, через ScienceinSchool.org Из всех животных Земли только люди и птицы по-настоящему двуногие. Естественная поза других животных зависит от четырех и более ног.
    • Люди могут стопоходить, то есть они стоят на ногах.
    • Птицы пальцевидные, то есть они стоят на цыпочках.
  • Человеческая ступня служит устойчивой платформой, когда мы стоим, и движущим рычагом, когда мы идем или бежим — так зачем ей 26 костей?
    • Нижняя нога человека намного сложнее, чем должна быть. В результате человеческие стопы и лодыжки страдают от самых разных заболеваний, таких как растяжения, компрессионные переломы, плоскостопие, подошвенный фасциит, бурситы, тендинит и бурсит.
    • Как приматы, люди прошли ряд эволюционных этапов.Ранние гоминины приспособились к защите от хищников, живя на деревьях, и нуждались в гибком хватательном придатке, как мы видим у современных шимпанзе и обезьян, а также в наших собственных запястьях и руках.
    • Примерно 5 миллионов лет назад предки человека эволюционировали, чтобы ходить прямо на двух ногах, и стопа для захвата в конечном итоге превратилась в жесткий рычаг, который сегодня толкает нас вперед.
    • Чтобы обеспечить устойчивую платформу для движения, ступня должна была стать жесткой и развить свод, чтобы действовать как амортизатор.Большой палец ноги должен был сместиться с противоположной ориентации (как наши большие пальцы) на положение других пальцев.
    • Человеческие лодыжки состоят из семи костей и промежуточных связок, которые движутся вместе. Наши лодыжки были бы сильнее и менее подвержены травмам и работали бы так же хорошо, если бы эти кости были просто слиты в одну кость.
    • Зажившие сломанные лодыжки обнаружены в окаменелостях, возраст которых составляет 3 миллиона лет.
  • Копыта лошади — это ногти увеличенного среднего пальца ноги лошади. Авторы и права: Пит Маркхэм (CC BY-SA 2.0 [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0]), через Wikimedia Commons. Птицы эволюционировали в двуногие около 230 миллионов лет назад, поэтому у них было большое преимущество перед людьми. Если бы мы могли изменить форму наших ног и ступней, чтобы оптимизировать вертикальное равновесие и передвижение, мы могли бы выбрать дизайн, больше похожий на дизайн страуса.
    • Страусы могут бегать быстрее, чем большинство птиц. Бегая со скоростью 37–44 миль в час (60–70 км / ч), страус может преодолеть весь олимпийский марафон всего за 40 минут, что в три раза быстрее, чем требуется чемпионам среди людей.
    • Вместо использования энергозатратных мышц для стабилизации суставы страуса стабилизируются связками, что значительно улучшает их выносливость.
    • Анатомическая щиколотка страуса, как и у других птиц, находится на полпути к ноге и выглядит как перевернутое колено. Его настоящее колено находится на уровне груди, а бедро представляет собой короткую горизонтальную кость, соединяющуюся с бедром. Мускулатура ноги страуса расположена высоко, близко к телу, а голень очень легкая и легко раскачивается, что обеспечивает как более быстрый темп, так и большую длину шага.
    • У страусов всего два пальца, с мягкой подошвой для смягчения стресса. Большой палец действует как подпружиненный амортизатор, а второй используется как опора. Каждый палец — это отдельная кость.
    • Это идеальные беговые машины; однако они также имеют большой вес и могут потерять равновесие — если вы их поймаете!
    • Некоторые роботы созданы для передвижения, как страусы.
  • Птицы — не единственные существа, которые бегают на цыпочках.
    • Млекопитающие произошли от общего предка с пятью пальцами ног, но некоторые животные остались с копытами.
    • Копыто лошади на самом деле является ногтем увеличенного среднего пальца ноги лошади. Боковые пальцы ног исчезли за миллионы лет.

Ссылки: начало с неправильной ноги

Эволюция человека: успех пришел с болью | sciencemag.org

Шрамы эволюции человека | AAAS

На цыпочках | Американский музей естественной истории

Птицы в бегах: что делает страусов такими быстрыми? | Наука в школе

Ленц, Натан Х., 2018, Человеческие ошибки: панорама наших глюков, от бессмысленных костей до сломанных генов: Houghton Mifflin Harcourt, 255 с.

Авторы: Джули Хеннингс, Гарри Линч

Your Bones (для детей) — Nemours Kidshealth

Вспомните на минутку прошлый Хэллоуин. Куда бы вы ни посмотрели, вампиры, призраки или костлявые скелеты улыбались вам в ответ. Вампиры и призраки на самом деле не существуют, но скелеты точно существуют!

У каждого человека есть скелет, состоящий из множества костей.Эти кости придают структуру вашего тела, позволяют двигаться разными способами, защищают внутренние органы и многое другое.

Пора взглянуть на все свои кости — в теле взрослого человека их 206 штук!

Из чего сделаны кости?

Если вы когда-нибудь видели настоящий скелет или окаменелость в музее, вы можете подумать, что все кости мертвы. Хотя кости в музеях сухие, твердые или рассыпчатые, кости в вашем теле разные. Кости, из которых состоит ваш скелет, очень живы, постоянно растут и изменяются, как и другие части вашего тела.

Почти все кости в вашем теле сделаны из одного и того же материала:

  • Наружная поверхность кости называется надкостницей (скажем: pare-ee-OSS-tee-um). Это тонкая плотная мембрана, которая содержит нервы и кровеносные сосуды, питающие кость.
  • Следующий слой состоит из компактной кости . Эта часть гладкая и очень твердая. Это та часть, которую вы видите, когда смотрите на скелет.
  • Внутри компактной кости находится множество слоев губчатой ​​кости (скажем: KAN-sell-us), которая немного похожа на губку.Губчатая кость не такая твердая, как компактная, но все же очень прочная.
  • Во многих костях губчатая кость защищает самую внутреннюю часть кости, костный мозг (скажем: MAIR-oh). Костный мозг похож на густое желе, и его работа — производить клетки крови.
-п.

Как растут кости

Когда вы были младенцем, у вас были крошечные ручки, крошечные ножки и все крошечное! Постепенно, когда вы стали старше, все стало немного больше, включая ваши кости.

В теле ребенка при рождении около 300 костей. В конечном итоге они сливаются (срастаются), образуя 206 костей, которые есть у взрослых. Некоторые кости ребенка целиком состоят из особого материала, который называется хрящ (скажем: KAR-tel-ij). Другие кости у ребенка частично состоят из хряща. Этот хрящ мягкий и гибкий. В детстве, когда вы растете, хрящ растет и медленно заменяется костью с помощью кальция.

К 25 годам этот процесс будет завершен.После того, как это произойдет, рост больше не может быть — кости будут такими большими, как когда-либо. Все эти кости составляют очень прочный и легкий скелет.

Ваш позвоночник — это одна из частей скелета, которую легко проверить: потянитесь к центру спины, и вы почувствуете шишки под пальцами.

Позвоночник позволяет скручиваться и сгибаться, а также удерживает ваше тело в вертикальном положении. Он также защищает спинной мозг, большой пучок нервов, который передает информацию от вашего мозга к остальному телу. Позвоночник особенный, потому что он состоит не из одной или даже двух костей: всего он состоит из 33 костей! Эти кости называются позвонками (скажем: VER-tuh-bray), и каждая из них имеет форму кольца.

В позвоночнике есть разные типы позвонков, и каждый выполняет свою работу:

  • Первые семь верхних позвонков называются шейными (скажем: SIR-vih-kul) позвонками.Эти кости находятся в задней части шеи, чуть ниже мозга, и поддерживают голову и шею. Голова у тебя довольно тяжелая, поэтому тебе повезло, что тебе помогли шейные позвонки!
  • Ниже шейных позвонков находятся грудных (скажем: thuh-RAS-ik) позвонков, а всего их 12. Эти парни закрепляют твои ребра на месте. Ниже грудных позвонков находятся пять поясничных (скажем, LUM-bar) позвонков. Под поясничными позвонками находится крестец (скажем: SAY-krum), который состоит из пяти позвонков, которые срослись вместе, образуя одну единую кость.
  • Наконец, в нижней части позвоночника находится копчик (скажем: COK-siks), который представляет собой одну кость, состоящую из четырех сросшихся позвонков. Нижние отделы позвоночника важны, когда речь идет о том, чтобы выдерживать вес и обеспечивать хороший центр тяжести. Поэтому, когда вы берете тяжелый рюкзак, поясничные позвонки, крестец и копчик дают вам силу. Когда вы танцуете, прыгаете и даже идете, эти части помогают вам сохранять равновесие.

Между каждым позвонком (название только одного из позвонков) есть маленькие диски , сделанные из хряща.Эти диски предохраняют позвонки от трения друг о друга, а также действуют как естественные амортизаторы вашего позвоночника. Когда вы подпрыгиваете в воздухе или вращаетесь во время данка, диски дают вашим позвонкам необходимую им амортизацию.

Ваши ребра

Ваше сердце, легкие и печень очень важны, и, к счастью, у вас есть ребра, чтобы их обезопасить.Ребра действуют как клетка из костей вокруг груди. Легко почувствовать дно этой клетки, проведя пальцами по бокам и передней части тела на несколько дюймов ниже уровня сердца. Если вы глубоко вдохнете, вы также легко почувствуете ребра прямо перед собой. Некоторые худые дети могут даже видеть несколько ребер сквозь кожу.

Ребра идут парами, и левая и правая стороны каждой пары абсолютно одинаковы. У большинства людей есть 12 пар ребер, но некоторые люди рождаются с одним или несколькими дополнительными ребрами, а некоторые люди могут иметь на одну пару меньше.

Все 12 пар ребер прикрепляются сзади к позвоночнику, где они удерживаются на месте грудными позвонками. Первые семь пар ребер прикрепляются спереди к грудины (скажем: STUR-num), прочной кости в центре груди, которая удерживает эти ребра на месте. Остальные ребра не прикрепляются непосредственно к грудины. Следующие три пары крепятся хрящом к ребрам над ними.

Последние два набора ребер называются плавающими ребрами, потому что они не связаны с грудиной или ребрами над ними.Но не волнуйтесь, эти ребра никогда не уплывут. Как и остальные ребра, они надежно прикреплены к позвоночнику сзади.

Ваш череп

Ваш череп защищает самую важную часть — мозг. Вы можете почувствовать свой череп, надавив на голову, особенно сзади, на несколько дюймов выше шеи. Череп на самом деле состоит из разных костей. Некоторые из этих костей защищают ваш мозг, а другие составляют структуру вашего лица. Если вы коснетесь под глазами, вы почувствуете гребень кости, образующий отверстие, в котором находится ваш глаз.

И хотя вы этого не видите, самая маленькая кость во всем вашем теле тоже находится в вашей голове. Длина стремени за барабанной перепонкой составляет всего от 0,1 до 0,13 дюйма (от 2,5 до 3,3 миллиметра)! Хотите узнать что-нибудь еще? Ваша нижняя челюсть — единственная кость в вашей голове, которую вы можете двигать. Он открывается и закрывается, чтобы вы могли разговаривать и пережевывать пищу.

У тебя довольно крутой череп, но он изменился с тех пор, как ты был младенцем. Все дети рождаются с промежутками между костями в черепе. Это позволяет костям двигаться, сближаться и даже перекрываться, когда ребенок проходит через родовые пути.По мере роста ребенка пространство между костями постепенно сужается и исчезает, а специальные суставы, называемые швами (скажем: SOO-churs), соединяют кости.

п.

Твои руки

Когда вы сидите и печатаете на клавиатуре, пока вы качаетесь на качелях, даже когда вы берете обед, вы задействуете кости пальцев, кисти, запястья и руки.

Каждая рука прикреплена к лопатке или к лопатке (скажем: SKA-pyuh-luh), большой треугольной кости в верхнем заднем углу каждой стороны грудной клетки. Рука состоит из трех костей: плечевой кости (скажем: HYOO-muh-rus), которая находится выше вашего локтя, и радиуса (скажем: RAY-dee-us) и локтевой кости (скажем: УЛ-нух), которые ниже локтя.

Каждая из этих костей шире на концах и тоньше посередине, чтобы придать ей силу там, где она встречается с другой костью.На конце лучевой кости и локтевой кости находятся восемь меньших костей, составляющих ваше запястье. Хотя эти кости маленькие, они действительно могут двигаться! Поверните запястье или помашите, и вы увидите, как запястье может двигаться.

Центральная часть вашей руки состоит из пяти отдельных костей. На каждом пальце руки есть по три кости, кроме большого пальца, у которого две. Итак, между вашими запястьями, руками и всеми пальцами у вас в общей сложности 54 кости — все они готовы помочь вам схватить вещи, написать свое имя, поднять трубку или бросить мяч!

Ваши ноги

Конечно, ваша рука, запястье, ладонь и кости пальцев отлично подходят для того, чтобы взять трубку, но как вы должны бежать, чтобы ответить на звонок? Ну с костями ног и ступней!

Ваши ноги прикреплены к круглой группе костей, которая называется таз .Таз — это чашеобразная конструкция, поддерживающая позвоночник. Он состоит из двух больших тазобедренных костей спереди, а сзади — крестца и копчика. Таз действует как жесткое защитное кольцо вокруг частей пищеварительной системы, частей мочевыделительной системы и частей репродуктивной системы.

Кости ваших ног очень большие и прочные, чтобы выдерживать вес вашего тела. Кость, которая идет от таза до колена, называется бедренной костью (скажем: FEE-mur), и это самая длинная кость в вашем теле.В колене есть кость треугольной формы, называемая patella (скажем: puh-TEL-luh), или коленная чашечка, которая защищает коленный сустав. Ниже колена находятся две другие кости ноги: большеберцовая кость (скажем: TIH-bee-uh) и малоберцовая кость (скажем: FIH-byuh-luh). Как и три кости в руке, три кости в ноге шире на концах, чем в середине, что придает им силы.

Лодыжка немного отличается от запястья; это место, где кости голени соединяются с большой костью стопы, называемой таранной костью (скажем: TAL-iss).Рядом с осыпью находятся еще шесть костей. Но основная часть стопы похожа на руку, с пятью костями. На каждом пальце ноги есть три крошечные косточки, за исключением большого пальца, у которого их всего две. Таким образом, общее количество костей в обеих стопах и лодыжках достигает 52!

Большинство людей не используют пальцы ног и ног для хватания вещей или письма, но они используют их для двух очень важных вещей: стоя и ходьбы. Если бы все кости стопы не работали вместе, было бы невозможно правильно сбалансировать.Кости стопы расположены так, что стопа почти плоская и немного широкая, что помогает вам оставаться в вертикальном положении. Так что в следующий раз, когда вы идете, обязательно посмотрите вниз и поблагодарите эти пальцы ног!

Ваши суставы

Место, где встречаются две кости, называется суставом. Некоторые суставы двигаются, а другие — нет.

Фиксированные шарниры зафиксированы на месте и совсем не двигаются. В вашем черепе есть некоторые из этих суставов (называемых швами, помните?), Которые закрывают кости черепа в голове молодого человека.Один из этих суставов называется теменно-височной нитью (скажем: par-EYE-ih-toh TEM-puh-rul) — это тот, который проходит вдоль черепа.

Подвижные суставы — это те суставы, которые позволяют вам кататься на велосипеде, есть хлопья и играть в видеоигры, те, которые позволяют вам крутить, сгибаться и перемещать различные части вашего тела. Некоторые подвижные суставы, например, позвоночник, двигаются лишь немного. Другие суставы много двигаются. Одним из основных типов подвижных шарниров является шарнирный шарнир .У ваших локтей и коленей есть шарнирные соединения, которые позволяют вам сгибать, а затем выпрямлять руки и ноги. Эти соединения подобны дверным петлям. Так же, как большинство дверей могут открываться только в одну сторону, вы можете сгибать руки и ноги только в одном направлении. У вас также есть много меньших шарниров пальцев рук и ног.

Другой важный тип подвижного шарнира — шаровой шарнир . Вы можете найти эти суставы на плечах и бедрах. Они состоят из круглого конца одной кости, который входит в небольшой чашеобразный участок другой кости.Шаровые шарниры и шарниры допускают множество движений во всех направлениях. Убедитесь, что у вас много места, и попробуйте размахивать руками.

Вы когда-нибудь видели, чтобы кто-нибудь смазывал петли маслом, чтобы облегчить работу или перестать скрипеть? Что ж, в ваши суставы поступает собственная особая жидкость, называемая синовиальная жидкость (скажем: SIH-no-vee-ul), которая помогает им двигаться свободно. Кости скреплены в суставах связками (скажем: LIH-guh-mints), которые похожи на очень прочные резиновые ленты.

Уход за костями

Ваши кости помогают вам каждый день, поэтому позаботьтесь о них. Вот несколько советов:

Защитите кости черепа (и свой мозг внутри!), Надев шлем во время езды на велосипеде и других видов спорта. Если вы используете скейтборд, роликовые коньки или самокат, не забудьте добавить опоры для запястий, а также налокотники и наколенники. Ваши кости в этих местах будут вам благодарны, если вы упадете!

Если вы занимаетесь такими видами спорта, как футбол, футбол, лакросс или хоккей, всегда носите подходящее оборудование. И никогда не играйте на батуте. Многие дети в конечном итоге ломают кости, прыгая на них. Сломанные кости в конечном итоге могут зажить, но это занимает много времени и не приносит большого удовольствия, пока вы ждете.

Укрепите свой скелет, употребляя молоко и употребляя другие молочные продукты (например, нежирный сыр или замороженный йогурт). Все они содержат кальций, который помогает костям укрепляться и укрепляться.

Будьте активны! Еще один способ укрепить кости — это упражнения, такие как бег, прыжки, танцы и занятия спортом.

Сделайте эти шаги, чтобы ваши кости были хороши, и они будут относиться к вам правильно!

Функциональное значение мышц стопы человека для двуногого передвижения

Значение

Человеческие ступни эволюционировали уникальным образом среди приматов, потеряв первый противоположный палец в пользу ярко выраженной дуги, чтобы улучшить нашу способность ходить и бегать в вертикальном положении. Недавние исследования показывают, что мышцы стопы играют ключевую роль в функционировании стопы при ходьбе и беге на двух ногах.Здесь мы приводим прямые доказательства значения этих мышц стопы в поддержке механических характеристик стопы человека. Вопреки ожиданиям, внутренние мышцы стопы вносят минимальный вклад в поддержку свода стопы во время ходьбы и бега. Однако эти мышцы действительно влияют на нашу способность производить движение вперед от одного шага к другому, подчеркивая их роль в двуногом движении.

Abstract

Человеческие ступни эволюционировали, чтобы облегчить двуногое передвижение, потеряв противоположный палец, который цеплялся за ветви, в пользу продольной дуги (LA), которая делает ступню жесткой и помогает при двуногой походке.Считается, что пассивные эластичные структуры поддерживают ЛП, но недавние данные свидетельствуют о том, что подошвенные внутренние мышцы (PIM) в стопе активно способствуют жесткости стопы. Чтобы проверить функциональное значение PIM, мы сравнили механику стопы и нижних конечностей с блокадой большеберцового нерва, предотвращающей сокращение этих мышц, и без нее. Сравнения проводились во время контролируемой нагрузки на конечности, ходьбы и бега у здоровых людей. Неспособность активировать PIM вызывала немного большее сжатие ЛП при приложении контролируемых нагрузок к нижней конечности с помощью линейного привода.Однако, когда большие нагрузки были испытаны во время контакта с землей при ходьбе и беге, жесткость ЛП не была изменена блоком, что указывает на то, что вклад PIM в жесткость ЛП минимален, вероятно, из-за их небольшого размера. С заблокированными PIM, дистальные суставы стопы не могли быть достаточно жесткими, чтобы обеспечить нормальное отталкивание от земли во время поздней стойки. Это привело к увеличению скорости шага и компенсирующей силы, создаваемой мускулатурой бедра, но не к увеличению метаболических затрат на транспортировку.Результаты показывают, что PIM оказывают минимальное влияние на жесткость ЛП при поглощении высоких нагрузок, но помогают укрепить дистальную часть стопы, чтобы облегчить отталкивание от земли при ходьбе или беге на двух ногах.

Выраженная длинная дуга стопы человека является ключевой структурной особенностью, которая отличает наши стопы от стоп других приматов и наших общих предков (1, 2). Его эволюцию можно проследить по самым ранним ископаемым останкам педалей гомининов Ardipithecus ramidus (ок.4,4 миллиона лет) через экземпляры австралопитеков (возраст примерно 3–4 миллиона лет) до рода Homo (3). У A. ramidus была обнаружена сильно отведенная и противопоставленная большая палец (4), которая постепенно становилась полностью аддуктивной (рис. 1) с появлением Homo habilis и Homo erectus , ~ 2,5 миллиона лет спустя (5, 6). Благодаря этому галлюкальному приведению и перестройке костей средней части стопы стали очевидными отчетливые ЛП, которые теперь выделяются на ступнях человека (рис.1). Считается, что эта сложная реструктуризация костей стопы была вызвана отбором на двуногие, а не на древесное передвижение (3), при этом последнее требует противопоставления большого пальца стопы для захвата ветвей. У людей ЛП укрепляет стопу, обеспечивая рычаг для приложения движущих сил к земле, и считается полезным для выполнения двуногой ходьбы и бега (2, 7).

Рис. 1.

Отличительные особенности человеческой ступни и механизма брашпиля в действии. ( A ) Медиальный вид костей стопы человека с выделением выраженной продольной дуги (LA, пунктирная линия) и схематическое изображение угла Cal-Met, который мы использовали в качестве меры динамического сжатия дуги (угол, образованный между пяточная кость и плюсневые сегменты модели стопы, как определено в исх.43). ( B ) Превосходный вид костей стопы человека с изображением большого пальца стопы человека (жирный контур) в значительной степени от противоположного большого пальца стопы, найденного в ископаемых останках наших предков-гомининов (например, пунктирный контур). ( C ) Подошвенный вид стопы человека, показывающий самые большие поверхностные PIM, которые охватывают суставы LA и MTP: Abductor hallucis (AH) и FDB. PIM также включают в себя минимальный отводящий палец, квадратную мышцу подошвы, короткий сгибатель большого пальца стопы, червеобразные мышцы и приводящую мышцу большого пальца стопы (17), которые не были включены здесь для ясности.( D ) Изображает механизм лебедки в действии от средней до поздней позиции при ходьбе человека. Слева направо стопа вращается вокруг суставов MTP, натягивая подошвенный апоневроз (PA) и поднимая LA (уменьшая угол Cal-Met) до подошвенного сгибания пальцев стопы, когда PA отскакивает непосредственно перед отрывом.

Несмотря на очевидные преимущества жесткого ЛП для двуногости, приматы способны к двуногой походке, а ЛП человека, как известно, демонстрирует упругую механику поглощения и возврата энергии во время контакта с землей (8).Фактически, эта подпружиненная функция обеспечивает важную экономию энергии для бегающих людей (8) и считается дополнительным преимуществом ЛП для двуногости. Исторически сложилось так, что большая заслуга в эластичности ЛП придается подошвенному апоневрозу, связочной структуре, охватывающей свод от пятки до нижней части пальцев стопы, охватывающей суставы плюсне-фаланги (MTP), которые позволяют пальцам вращаться. (Рисунок 1). Та же самая конструкция хвасталась, что она отвечает за жесткость стопы с помощью механизма брашпиля (9).Этот механизм предполагает, что наматывание подошвенного апоневроза вокруг головок плюсневых костей во время поздней стойки поднимает ЛП и пассивно укрепляет стопу для движения (рис. 1). Таким образом, подошвенный апоневроз часто считается наиболее важной мягкой тканью, поддерживающей ЛП.

Однако появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что LA также поддерживается собственными подошвенными мышцами стопы (PIMs), группой мышц, расположенных внутри стопы ниже LA (10⇓⇓ – 13). Некоторые из PIMs охватывают ЛП параллельно подошвенному апоневрозу (рис.1) и активны при контакте стопы с землей при ходьбе и беге (10, 13). Эксперименты, стимулирующие электрическую стимуляцию PIM (11) и анестезиологически блокирующую сокращение PIM (14), показали, что эти мышцы влияют на механическую функцию LA, когда люди статически переносят вес через ноги. Кроме того, степень активации этих мышц регулируется в ответ на различные механические нагрузки, оказываемые на стопу (13, 15), а антропологические данные связывают размер PIM со степенью нагрузки, испытываемой стопой в повседневной жизни ( 16).Таким образом, имеющиеся данные косвенно свидетельствуют о том, что PIM играют важную роль в укреплении стопы человека и поддержании ее ЛП. Таким образом, PIM могут играть фундаментально важную роль в функционировании стопы человека и в нашей развитой специализации в отношении двуногости. Однако на сегодняшний день нет прямых экспериментальных доказательств, подтверждающих важность PIM для функции стопы при ходьбе и беге человека.

Таким образом, этот эксперимент был направлен на проверку важности PIM для придания жесткости стопе человека, обеспечения поддержки ЛП и создания толчка во время ходьбы и бега человека.Для этого мы использовали блокаду заднего большеберцового нерва, чтобы предотвратить активацию PIM в двух экспериментах. В первом случае применялась контролируемая нагрузка на голень с помощью линейного привода с блокадой большеберцового нерва и без нее. Мы предположили, что ЛП стопы будет сильнее сжиматься в ответ на приложенные нагрузки, когда нервный блок находится на месте, демонстрируя важность PIM в обеспечении активной поддержки ЛП под нагрузкой. Во втором эксперименте участники ходили и бегали по беговой дорожке с блокадой большеберцового нерва на обеих ногах и без нее.Этот эксперимент был направлен на определение важности внутренних мышц в поддержке ЛП во время принятия веса и в укреплении стопы, чтобы она действовала как рычаг от земли в поздней стойке. Мы исследовали механику нижних конечностей и стопы, а также метаболические затраты на транспорт для всего тела (CoT). Мы предположили, что неспособность активировать PIM во время ходьбы и бега будет препятствовать усилению жесткости ЛП, чтобы противостоять возрастающим силам контакта с землей в ранней стойке, подавлять отталкивание от земли во время поздней стойки и приводить к увеличению частоты шагов и работа тазобедренного сустава для компенсации отсутствия толчка (17), что приводит к увеличению расхода метаболической энергии (менее эффективная походка).

Результаты

Нервная блокада.

Измерение размаха М-волны ответа мышцы сгибателя пальцев большого пальца (FDB; Рис. 1 C ) на чрескожную электрическую стимуляцию большеберцового нерва подтвердило эффективность нервной блокады в значительном снижении внутренней подошвенной нервной системы. активация мышц для обоих экспериментов (например, рис. 2 A ). Размах M-волны FDB уменьшился в среднем на 90 ± 9%.

Рис. 2.

Данные для эксперимента 1.( A ) Блокада большеберцового нерва резко снижает сложную М-волну FDB в среднем на 90%. Кривая набора M-волны для примера участника представляет собой график нормализованного тока стимуляции, приложенного к большеберцовому нерву (относительно максимума), в зависимости от амплитуды размаха M-волны (относительно максимума). В состоянии нервной блокады (серый цвет) не было зарегистрировано ответа M-волны, что указывает на успешный моторный блок. ( B ) Примерные данные ( n = 1, один цикл загрузки) для 1.5 цикл статической нагрузки с весом тела, показывающий vGRF ( Нижний ), исходную электромиографическую активность FDB (EMG) ( Средний ) и деформацию длинной дуги, измеренную по изменению угла, образованного между пяточным и плюсневым сегментами (угол Cal-Met ; Верх ). Серые линии, блокада нерва; черные линии, контрольное состояние. ( C ) Деформация длинной дуги, измеренная по пиковому изменению угла Cal-Met, была больше при эквивалентной нагрузке в состоянии нервного блока ( n = 12; MLRT * P <0.05). Данные представляют собой групповое среднее (± стандартное отклонение) пика vGRF в зависимости от изменения угла Cal-Met во время циклов нагрузки (черный / заполненный, контроль; серый / открытый, блокада нерва).

Эксперимент 1: контролируемая загрузка.

Компрессию ЛП измеряли по изменению угла Cal-Met, образованного между пяточной и плюсневой сегментами (показано на рис. 1 A ). Пиковая вертикальная сила реакции опоры (vGRF) во время циклов нагружения варьировалась от 0,5 до 2,5 веса тела и вызывала пропорциональные изменения угла Cal-Met (рис.2 С ). Наблюдалось значительное влияние блокады нерва на деформацию ЛП, причем изменения угла Cal-Met были больше для эквивалентных пиковых сил в состоянии нервной блокады, хотя и только в умеренных величинах (разница в средних значениях для групп <1 °; рис. С ).

Эксперимент 2: ходьба и бег.

Несмотря на неспособность активировать собственные мышцы стопы, блокада нерва не вызвала изменений в реакции ЛП на начальную нагрузку на среднюю часть стопы, что измерялось увеличением угла Cal-Met в ответ на момент, создаваемый около средней части стопы. во время ранней-средней стойки (рис.3 H ). Тем не менее, наблюдался значительный [тест отношения максимального правдоподобия (MLRT), P = 0,026] эффект нервной блокады по снижению углового импульса, генерируемого моментом средней части стопы во время отдачи дуги (ходьба: 6,4 ± 2,2 Н · м. · С против 5,2 ± 1,5 Н · м · с; медленно: 9,4 ± 2,4 Н · м · с против 8,1 ± 2,3 Н · м · с; быстрее: 9,4 ± 2,5 Н · м · с против 8,7 ± 2,6 Н ·РС). Во время поздней позиции блокада нерва вызывала снижение жесткости сустава MTP, поскольку vGRF падал и пальцы ног сгибались назад (рис. 3 A, C, E и G ).Это снижение жесткости сустава MTP было связано больше со снижением суставного момента MTP, чем с изменениями диапазона движения тыльного сгибания MTP (рис. 3 A, C и E ).

Рис. 3.

Жесткость сустава MTP во время поздней стойки была выше в контрольном состоянии, чем в состоянии нервной блокады, но не было изменений в жесткости длинной дуги. A , C и E представляют график зависимости угла MTP от момента MTP для бега ( A : Fr = 1.25; C : Fr = 1,0) и ходьба ( E , Fr = 0,2), и каждая имеет линейную посадку, чтобы проиллюстрировать жесткость сустава в поздней стойке (черный — контрольная; серый — нервный блок). G показывает гистограмму средних (± стандартное отклонение) значений жесткости (наклона) из линейных подгонок в A , C и E для каждой скорости и подчеркивает значительный эффект нервного блока (N = 12; P <0,05) со звездочками. B , D и F строят график зависимости угла Cal-Met отмомент средней части стопы, приблизительно равный жесткости длинной дуги (контроль, черный; блок нерва, серый). Не наблюдалось влияния блокады нерва на жесткость длинной дуги во время нагрузки. На всех скоростях пиковая деформация длинной дуги (угол ΔCal-Met) увеличивалась с увеличением момента средней части стопы ( H ), но линейные соответствия данным показывают, что на это соотношение не повлиял нервный блок (серые / открытые символы, нервный блок; черные / закрашенные символы — контроль; треугольники — ходьба; квадраты — медленный бег; круги — более быстрый бег).

Нервная блокада значительно повлияла на способность участников генерировать положительную силу и работать через стопу и лодыжку во время поздней стойки. Из рисунка 4 видно, что положительная выработка мощности стопы была меньше в состоянии нервной блокады, что привело к значительно меньшей положительной работе стопы при ходьбе (3,3 ± 2 Дж / шаг по сравнению с 5,1 ± 2 Дж / шаг, P = 0,004) и оба бегают (медленно: 9,1 ± 6 Дж / шаг против 13,6 ± 6 Дж / шаг; P = 0,002; быстрее: 9,8 ± 7 Дж / шаг vs.13,7 ± 7 Дж / шаг; P = 0,007; Рис. 5) условия. Кроме того, на рис.5 показано, что снижение положительной работы голеностопного сустава наблюдалось для обеих скоростей бега в условиях нервной блокады (медленная: 58,6 ± 19 Дж / шаг по сравнению с 67,0 ± 20 Дж / шаг, P = 0,008; быстрее; : 66,1 ± 22 Дж / шаг против 71,3 ± 20 Дж / шаг, P = 0,04). Из рис. 4 A и C это, по-видимому, совпадает с незначительно более низкой выработкой энергии в голеностопном суставе в поздней стойке (после пиковой положительной мощности) для состояния нервной блокады.Анализ линейной смешанной модели показал, что блокада нерва также приводила к тому, что участники производили большую положительную работу с бедром (MLRT: P = 0,004; рис. 5). Апостериорные тесты показали, что эта разница была значимой для ходьбы и быстрого бега, но не для медленного бега (ходьба: 30,2 ± 8 Дж / шаг против 24,7 ± 7 Дж / шаг, P = 0,002; медленный: 68,7 ± 24 Дж / шаг против 74,9 ± 20 Дж / шаг, P = 0,1; быстрее: 90,3 ± 21 Дж / шаг против 83,1 ± 27 Дж / шаг, P = 0.045).

Рис. 4.

Положительная сила, создаваемая стопой и голеностопным суставом в поздней стойке, снижалась из-за блокады нерва. Среднее по группе (± стандартное отклонение) данные о мощности временного ряда для стопы ( A и B ) и голеностопного сустава ( C и D ). В левом столбце представлены данные о ходьбе (Fr = 0,2), и он масштабируется иначе, чем в правом столбце, который соответствует более быстрому бегу (Fr = 1,25). На всех скоростях дистальный отдел стопы давал меньше положительной мощности в поздней стойке в состоянии нервного блока (серые линии) по сравнению с контрольным состоянием (черные линии).Положительная сила голеностопного сустава в поздней стойке падала раньше на всех скоростях из-за состояния нервной блокады, и это было связано с уменьшением времени стойки и шага при применении нервной блокады. Данные нанесены на график от контакта ступни с землей до ипсилатерального контакта ступни с землей, а вертикальные линии представляют собой конец фазы опоры для контрольных (сплошной) и нервной блокады (пунктирная) соответственно. Данные о мощности для всех суставов ног во всех условиях приведены в приложении SI (приложение SI , рис.S1).

Рис. 5.

Блокада нерва привела к снижению положительной работы стопы и голеностопного сустава во время ходьбы и бега, но увеличила положительную работу, выполняемую на бедре. Среднее по группе (± стандартное отклонение, n = 12) положительная и отрицательная работа, выполненная за один шаг в стопе, лодыжке, колене и бедре для контрольных (черный) и нервного блока (серый) состояний. Данные относятся к ходьбе ( A ), более медленному бегу ( B ) и более быстрому бегу ( C ). Существенное влияние блока на величину работы было обнаружено в первую очередь путем сравнения линейных смешанных моделей с нервной блокадой и без нее в качестве фактора с помощью теста отношения правдоподобия (тест отношения правдоподобия: положительная работа дистальной части стопы, P = 0.0004; положительная работа голеностопного сустава, P = 0,01; положительная работа бедра, P = 0,004). Когда тест отношения правдоподобия был значимым, для каждой скорости использовались апостериорные тесты t , а для учета множественных сравнений применялась поправка Бонферрони ( P <0,05 считалось значимым, обозначено *).

Сравнение данных, включая все скорости, показало, что толкающий импульс, генерируемый передней направленной силой реакции земли, значительно уменьшался, когда нервный блок был на месте (MLRT: P <0.001). Сравнения в пределах скоростей дополнительно подтвердили, что блокада нервов снижает движущий импульс во время ходьбы и бега (ходьба: 15,4 ± 4 Н · с против 17,7 ± 4,2 Н · с, P = 0,003; медленная: 9,9 ± 2,5 Н · с против 11,5 ± 2,6 Н · с, P = 0,002; быстрее: 9,7 ± 2,6 Н · с против 11,5 ± 2,6 Н · с, P = 0,002).

Последним заметным эффектом нервной блокады было увеличение частоты шагов (ходьба: 1,03 ± 0,09 Гц против 0,98 ± 0,07 Гц, P = 0,01; медленная: 1.52 ± 0,09 Гц против 1,45 ± 0,08 Гц, P <0,001; быстрее: 1,59 ± 0,10 Гц против 1,49 ± 0,10 Гц, P = 0,007). Однако изменений в метаболическом CoT при ходьбе или беге с нервной блокадой не наблюдалось (ходьба: 0,24 ± 0,03 Дж · N -1 · м -1 против 0,24 ± 0,03 Дж · N -1 · м. м -1 , т тест P = 0,44; медленный: 0,41 ± 0,05 Дж · Н -1 · м -1 против 0,41 ± 0,03 Дж · Н -1 · м — 1 , т тест P = 0.26).

Обсуждение

Длинный свод стопы человека сильно развит, чтобы соответствовать как упругому поглощению энергии, так и обеспечивать жесткую ступню, чтобы упираться в землю. Оба являются ключевыми приспособлениями для обязательной двуногой походки. Наши данные показывают, что эластичное поглощение энергии ЛП лишь в минимальной степени поддерживается сокращением собственных подошвенных мышц стопы. Однако без активного сокращения этих мышц жесткость передней части стопы во время отталкивания от земли нарушается, и это влияет на нашу способность генерировать движущую силу.Эти результаты существенно меняют наше текущее понимание функционального значения PIM и механики стопы человека во время двуногой походки.

Уникальная структура LA позволяет стопе деформироваться под нагрузкой, растягивая подошвенный апоневроз и PIMs, охватывающие его длину, и накапливая энергию в этих тканях. Арка поддерживается в сопротивлении этой деформации за счет упругого натяжения подошвенного апоневроза (8), и считалось, что она получает значительную дополнительную поддержку от активного сокращения PIMs (13).Первоначальные результаты эксперимента 1 показали, что устранение сокращения PIM действительно подавляло способность LA сопротивляться приложенной нагрузке, уменьшая изменение угла Cal-Met на 1 ° (рис. 2 C ). Однако небольшие деформации ЛП в Эксперименте 1 (изменение угла Cal-Met на 2–3 °; рис. 2 C ) подчеркнули, что нагрузка на ЛП была намного меньше, чем при ходьбе и беге, где Cal-Met -Угол захвата изменен на ∼20 ° (эксперимент 2). При ходьбе и беге мы не наблюдали влияния нервной блокады на деформацию ЛП, ее максимальное значение, максимальный момент средней части стопы или жесткость средней части стопы (рис.3 B, D и F ). Таким образом, мы считаем, что во время ходьбы вклад PIM в поддержку ЛП во время принятия веса минимален. Этот вывод расходится с предыдущими выводами нашей группы, основанными на записях электромиографической активности с помощью PIM. Однако это можно согласовать, рассматривая силовой потенциал PIM. По данным о трупах (18), общая физиологическая площадь поперечного сечения FDB, quadratus plantae и отводящего большого пальца стопы составляет 15 см 2 .Умноженное на удельное натяжение 25 Н · см 2 (19⇓ – 21), общая максимальная изометрическая сила для основных PIM составляет 375 Н. Предполагая, что плечо этих мышц вокруг средней части стопы (ладьевидной кости) составляет 4 см. , максимальный момент, который PIM могут создать около средней части стопы, составляет 15 Н · м. Это составляет ~ 10% от максимального момента средней части стопы во время бега (рис. 3 F ) и подтверждает мнение о том, что эти мышцы могут лишь минимально способствовать сопротивлению деформации ЛП во время промежуточной фазы походки, когда ЛП подвергается наибольшей нагрузке. нагрузка.

То, что эти мышцы не обеспечивают значительной поддержки ЛП, противоречило нашей гипотезе. Это предполагает, что поддерживающие мягкие ткани ЛП развивались вместе с костными структурами, чтобы нести большую часть внешней нагрузки пассивных элементов, таких как подошвенный апоневроз, как предполагали Ker et al. (8). Подошвенный апоневроз (и другие связки педали) может эластично накапливать и возвращать энергию без прямого потребления метаболической энергии, и они менее массивны, чем мышцы, производящие аналогичные силы.Таким образом, использование пассивных тканей для переноса нагрузок может помочь минимизировать энергетически затратную массу дистального отдела конечности. Ретроспективные исследования показали, что люди, которые обычно носят минимальную обувь, имеют более низкую частоту плоской стопы (плоскостопие) (22), имеют более жесткие ЛП (16) и большие PIM (16). Из таких данных можно сделать вывод, что более крупные и более сильные PIM механически связаны с нагрузкой на стопы в повседневной жизни и что их работа в раннем возрасте может защитить от развития состояния pes planus.Хотя мы не знаем, одинаковы ли относительные вклады в поддержку ЛП у детей, наши результаты показывают, что эластические свойства подошвенного апоневроза (жесткость или длина покоя) будут более влиятельными в поддержке развития более высокой и жесткой ЛП. .

Несмотря на то, что PIM не вносят большой вклад в поддержку LA в середине, наши результаты показали, что PIM важны для придания жесткости передней части стопы во время поздней стойки, когда стопа используется в качестве жесткого рычага для отталкивания, первая теория предполагается Манном и Инманом (10).Мы показали, что устранение способности активировать PIM снижает положительную механическую работу, выполняемую стопой и голеностопом во время отталкивания, из-за более раннего снижения выходной мощности в поздней стойке (рис. 4). Кроме того, толкающий импульс, который участники могли генерировать около средней части стопы и на земле, был уменьшен блокадой нерва. Все это произошло одновременно с уменьшением способности создавать моменты для придания жесткости соединению MTP (рис. 3 A, C и E ).

Уменьшение количества моментов, связанных с суставом MTP и нервной блокадой, соответствует нашим оценкам того, что PIM могут внести. Мы аппроксимировали плечо момента PIM вокруг сустава MTP равным 1,5 см (23) и рассчитали потенциальный вклад момента в 6 Н · м вокруг сустава MTP (используя те же параметры мышц, что и ранее). Хотя момент небольшой, он составляет примерно половину максимального суставного момента MTP при ходьбе и 20% от максимального значения при беге (рис. 3 A, C и E ).Это также сравнимо по величине с падением момента MTP, наблюдаемым при блокаде нерва (рис. 3 A, C и E ), и разумно констатировать, что PIM оказывают значительное влияние на механику сустава MTP. . Активация PIM в поздней стойке необходима для создания достаточного сопротивления вокруг сустава MTP для эффективного отталкивания за счет толкающих импульсов и работы голеностопного сустава. Таким образом, роль стопы как жесткого рычага в поздней стойке поддерживается за счет активного мышечного вклада.Раньше большая часть заслуг в жесткости стопы в поздней стойке приписывалась механизму брашпиля, впервые обнаруженному Хиксом (9), а с тех пор считается, что он возникает в походке за счет тыльного сгибания пальцев стопы в поздней стойке, вызывая напряжение подошвенного апоневроза и жесткость. ступня. Наши данные свидетельствуют о том, что этот механизм сам по себе недостаточен и требует активного силового вклада со стороны PIM. Вклад PIM принципиально отличается от механизма лебедки, потому что PIM, которые охватывают суставы LA и MTP (например,g., abductor hallucis и FDB) либо изометричны, либо укорачиваются во время поздней стойки, когда создается толчок (13). Это связано с тем, что эффект укорочения LA превышает эффект тыльного сгибания пальца стопы на длину PIM. Следовательно, PIM не натягиваются из-за наматывания пальцев ног, а активно создают напряжение изометрически или при укорачивании, чтобы придать жесткость соединению MTP.

Тот факт, что жесткость сустава MTP активно регулируется, представляет большой интерес с эволюционной точки зрения и может иметь значение для конструкции протезов.Суставы MTP первых двух лучей стопы допускают вращение вокруг поперечной оси (перпендикулярно направлению движения), но оси трех боковых суставов MTP ориентированы более наклонно (24). Вращение ступни вокруг поперечной оси считается ключевым для сильного отталкивания, поскольку считается, что это более эффективно задействует механизм брашпиля (7). Интересно, что усиление жесткости первого сустава MTP может быть связано с производством силы отводящим палец большого пальца, крупнейшим из PIMs (18).Эта мышца также была больше у людей, которые обычно носят минимальную обувь (16). Возможно, уникальное приведение большого пальца стопы у людей облегчило использование самой большой внутренней мышцы стопы для придания жесткости передней части стопы для эффективного отталкивания в синергии с механизмом брашпиля и ЛП. С другой точки зрения, наши результаты подтверждают мнение о том, что активная регуляция жесткости суставов MTP может быть необходима при протезировании стопы с помощью биоиндуцирования. Недавний эксперимент по настройке протеза стопы показал, что работа, выполняемая над центром масс тела во время отталкивания, очень чувствительна к жесткости сустава MTP протеза (25).Это открытие также подтверждает наши результаты относительно каскада механических изменений, которые были инициированы нарушенным толчком с нервной блокадой.

Важность генерирования толкающих импульсов и работы голеностопного сустава для отталкивания в поздней стойке была хорошо известна (17, 26), при этом стопа играет решающую роль (27⇓⇓ – 30). Без эффективного отталкивания во время ходьбы энергия теряется при переходе между шагами и должна компенсироваться повышенной работой мышц бедра (17).В соответствии с этим, нарушение отталкивания в состоянии нервной блокады привело к компенсаторному увеличению положительной работы тазобедренного сустава в поздней стойке и ранних фазах маха при ходьбе и беге (рис. 5 и SI Приложение , рис. S1). , наряду с повышенной частотой шагов. Ожидается, что все изменения в механике походки, обсуждаемые здесь, увеличат метаболический CoT (26, 31–35), но мы не наблюдали изменений в метаболическом CoT при ходьбе или беге. Объяснение этому может заключаться в том, что изменение частоты шагов, вызванное блокадой нерва, было недостаточным для значительного увеличения CoT.Связь между CoT и частотой шага U-образная, с предпочтительной скоростью шага, близкой к метаболическому минимуму CoT (26, 31–33). Область вокруг минимума имеет неглубокую кривизну, и нужно будет существенно повлиять на скорость шага человека, чтобы вызвать измеримое увеличение метаболического CoT. Блокада нервов привела к умеренному увеличению частоты шагов на 5–6%, и сравнение с существующими данными (33, 36) предполагает, что увеличение частоты шагов на 5–6% по сравнению с предпочтительной не приведет к заметному повышению метаболического CoT.Следовательно, хотя удаление активации PIM значительно повлияло на механику отталкивания, это не увеличило заметно энергетические затраты на передвижение.

Следует отметить, что блокада нерва также влияет на сенсорную обратную связь с подошвенной поверхностью стопы, что приводит к изменению ощущений во время ходьбы и бега. Хотя это не может быть показано на основании настоящих данных, исследования, отделяющие влияние нарушенной кожной подошвенной обратной связи от таковой при моторном блоке, не показали влияния нарушенной кожной обратной связи на механику походки (37, 38) или равновесие стоя (39).Таким образом, мы считаем маловероятным, что результаты настоящего исследования были связаны с измененной сенсорной обратной связью. Вполне возможно, что некоторый недостающий вклад активной силы PIMs в поддержку LA мог быть компенсирован повышенной активацией внешних мышц стопы или пассивным напряжением, развивающимся за счет удлинения PIM. PIMs, поддерживающие LA, в основном представляют собой коротковолокнистые перистые мышцы. Преимущество пеннатной структуры состоит в том, что вращение волокон может приспособиться к изменению длины всей мышцы, а не к удлинению самого волокна (40).Кроме того, волокна также должны быть растянуты намного больше их длины покоя, чтобы создать какое-либо значительное пассивное натяжение, которое могло бы соперничать с их нормальным активным вкладом. Таким образом, мы считаем, что компенсация за счет пассивного напряжения была маловероятной. Также возможно, что внешние мышцы стопы (например, задняя большеберцовая мышца, передняя большеберцовая мышца и малоберцовые кости) могли оказывать некоторую поддержку ЛП и потенциально могли компенсировать внутренние мышцы в состоянии нервной блокады.Однако анатомический путь сухожилий внешних мышц стопы им больше подходит для обеспечения опоры во фронтальной плоскости стопы. Более того, их легкие руки вокруг Лос-Анджелеса мешают им создавать поддерживающие моменты. Поэтому сомнительно, чтобы внешние мышцы стопы могли компенсировать это, но это требует дальнейшего исследования. Исследование могло быть улучшено путем включения условия более высокой скорости бега. На более высоких скоростях PIM более активны для поддержки свода (13), и, следовательно, мог наблюдаться больший эффект блока.Однако в результате ограниченной продолжительности нервной блокады и первоначальных опасений, что участники не смогут безопасно завершить более высокую скорость бега, мы не смогли добавить условие более быстрого бега. Наши расчеты максимальной отдачи силы показывают, однако, что более высокие скорости бега вряд ли будут иметь существенное значение.

В заключение, мы показали, что PIM активно способствуют укреплению сустава MTP в поздней стойке во время ходьбы и бега, помогая отталкивать толчок, и что механизм брашпиля не может поддерживать эту функцию без них.Однако эти же мышцы не вносят значительного вклада в поддержку длинной дуги стопы во время фазы принятия веса во время походки, и эта функция должна в значительной степени относиться к эластичным структурам, таким как подошвенный апоневроз и связки внутри свода стопы. Человеческая ступня эволюционировала в течение нескольких тысячелетий и приобрела жесткую длинную арку, приведенный большой палец и короткие пальцы ног, которые значительно помогают нашей двуногой походке, образуя жесткий рычаг. Собственные подошвенные мышцы стопы активно помогают этой функции.

Методы

Два отдельных эксперимента были одобрены Комитетом по этике исследований на людях Bellberry при Университете Квинсленда. За исключением протоколов, методы сбора и анализа данных были схожими и описаны здесь только один раз. Эксперимент 1 включал 12 участников (восемь мужчин, четыре женщины; среднее ± стандартное отклонение возраста = 28 ± 5 лет; масса = 72 ± 11 кг), как и эксперимент 2 (девять мужчин, три женщины; среднее ± стандартное отклонение возраста = 30 ± 6 лет). ; масса = 77 ± 12 кг), все они дали письменное информированное согласие.В обоих экспериментах сравнивали состояние нервной блокады с контрольным состоянием. Для блокады нерва анестезирующая блокада большеберцового нерва была применена к лодыжкам, чтобы предотвратить сокращение PIMs (подробности в SI Приложение ). Блок был подтвержден записью внутримышечных сигналов тонкопроволочной электромиографии от FDB ( SI Приложение ) во время электростимуляции большеберцового нерва (рис. 2). В контрольных условиях блокада нерва не применялась.

Протоколы.

В эксперименте 1 участники сидели с согнутыми коленями и одной ногой на силовой платформе (AMTI).Изготовленный на заказ линейный двигатель (LinMot) прикладывал контролируемые вертикальные силы к бедру непосредственно проксимальнее колена, эквивалентные весам тела 0,5, 1,0, 1,5 и 2,0, для статической нагрузки на ногу (подробная схема представлена ​​в приложении SI. , рис. S2). Наборы из пяти циклов при каждой нагрузке применялись в случайном порядке. Участников проинструктировали нести нагрузку наиболее естественным образом. Все условия нагрузки были выполнены для нервной блокады и контрольных условий.В эксперименте 2 каждый участник шел с одной скоростью [число Фруда (Fr) = 0,25] и бежал с двумя скоростями (Fr = 1,00, Fr = 1,25) на беговой дорожке с инструментами (AMTI Tandem, AMTI). Для сбора механических данных участники ходили или бегали в течение 60 секунд, а к концу 60-секундного периода собирали 15-секундное испытание. Метаболические данные регистрировались в течение 5 минут непрерывных испытаний, но только для условий ходьбы и медленного бега. Уровни потребления кислорода и производства углекислого газа измерялись во время испытаний с помощью портативной системы спирометрии (MetaMax 3B; Cortex), и уравнения Броквея (41) использовались для расчета метаболического CoT (Дж · кг -1 · м ). −1 ) для ходьбы и бега в условиях контроля и нервной блокады.

Биомеханические измерения.

3D-данные захвата движения были записаны с помощью оптоэлектронной системы (Qualysis). Светоотражающие маркеры были прикреплены к тазу, правой ноге и правой стопе участников в соответствии с моделью походки Istituto Ortopedico Rizzoli (IOR) (42) и моделью стопы IOR (43). Используя положения маркеров из статического испытания, модель твердого тела, как определено в справочниках. 42 и 43 сегменты таза, бедра, голени, пяточной кости, средней части стопы, плюсневой кости и большого пальца стопы были построены и масштабированы для каждого участника в программном обеспечении Visual 3D (C-Motion).Это же программное обеспечение использовалось для моделирования движения сегментов при ходьбе и беге. В качестве меры динамического положения ЛП стопы мы вычислили ориентацию плюсневого сегмента в системе отсчета пяточной кости и извлекли угол Эйлера относительно медиолатеральной оси пяточной кости (угол Cal-Met; рис.1). Положительное изменение этого угла (Cal-Met) представляет собой тыльное сгибание плюсневых костей относительно пяточной кости, компрессию ЛП и растяжение подошвенного апоневроза и PIMs.Угол сустава MTP рассчитывали как ориентацию сегмента большого пальца стопы относительно плюсневого сегмента. В соответствии с недавними рекомендациями (29), углы голеностопного сустава рассчитывались как ориентация пяточной кости по отношению к сегменту голени. Углы колена и бедра были ориентацией голени и бедра относительно сегментов бедра и таза, соответственно. Моменты суставов были рассчитаны в Visual 3D с использованием анализа обратной динамики, при этом момент в сегменте средней части стопы рассчитывался только после того, как центр давления переместился вперед к проксимальному концу средней части стопы.Момент средней части стопы считался оценкой нагрузки на ЛА. Моменты MTP в суставах рассчитывались только тогда, когда центр давления находился перед дистальным концом плюсневого сегмента. Сила суставов (бедра, колена и голеностопа) рассчитывалась как скалярное произведение суставных моментов и скоростей. Сила стопы рассчитывалась согласно Takahashi et al. (28) и представляет мощность, возникающую в результате движения свободы на 6 ° между пяточной костью и землей, обеспечивая оценку совокупной мощности от всех структур стопы дистальнее пяточной кости (29), включая структуры ЛП.Значения работы для стопы и других суставов выражаются в джоулях на шаг и представляют собой интеграл по времени либо всех периодов положительной мощности (положительная работа), либо всех периодов отрицательной мощности (отрицательная работа) для этого сустава на шаге.

Анализ данных для эксперимента 1.

Линейная смешанная модель была подобрана с использованием функции fitlme в Matlab (The Mathworks) с изменением угла Cal-Met в качестве зависимой переменной, фиксированные эффекты для нервной блокады (контрольная или нервная блокада). ), интегрированной электромиографической активности FDB и пикового GRF (в массе тела), а также случайных эффектов на наклон и пересечение для участника.Чтобы проверить влияние блокады нерва на компрессию ЛП, была подобрана вторая модель без блокады нерва в качестве фактора, и две модели сравнивались с MLRT с помощью встроенной в Matlab функции compare . Значение P для MLRT <0,05 было принято, чтобы показать значительный эффект нервной блокады.

Анализ данных для эксперимента 2.

Механические данные были собраны в течение 15-секундных испытаний и разделены на отдельные шаги (контакт с землей и ипсилатеральный контакт с землей) на основе вертикального GRF.Данные временного ряда для каждого шага были нормализованы до 101 балла и усреднены для каждого участника, а затем для группы. Все представленные данные (временные ряды и другие переменные результата) представляют собой средние значения групп и стандартное отклонение, если не указано иное. Чтобы проверить влияние нервной блокады на каждую переменную результата, мы снова использовали линейное смешанное моделирование и MLRT. Модель включала фиксированные эффекты для скорости (Fr = 0,25, 1,0, 1,25), блокада нерва (контроль или блокировка), походки (ходьба или бег) и случайные эффекты участника на уклоне и перехвате.Затем нервный блок был удален из модели, и две модели сравнили, как в эксперименте 1. Значение P для MLRT менее 0,05 было взято, чтобы показать значительный эффект нервного блока. В эксперименте 2, чтобы проверить эффект нервной блокады на каждой скорости, в качестве апостериорного теста использовали парный тест t с поправкой Бонферрони ( P <0,05 как значимое). При тестировании влияния блокады нерва на изменение угла Cal-Met изменение момента в средней части стопы было включено как дополнительный фиксированный эффект.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантом DP160101117 Австралийского исследовательского совета (для G.A.L., L.A.K. и A.G.C.) и стипендией 1111909 (для Л.А.К.) Национального совета по здравоохранению и медицинским исследованиям.

Сноски

  • Вклад авторов: D.J.F., L.A.K., A.G.C. и G.A.L. спланированное исследование; Д.Дж.Ф. и L.A.K. проведенное исследование; D.J.F., L.A.K. и G.A.L. проанализированные данные; и D.J.F., L.A.K., A.G.C. и G.А.Л. написал статью.

  • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

  • Эта статья представляет собой прямое представление PNAS. Б.Л. является приглашенным редактором по приглашению редакционной коллегии.

  • Размещение данных: данные, относящиеся к этому документу, размещены по адресу https://doi.org/10.14264/uql.2019.3.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1812820116/-/DCSupplemental.

  • Авторские права © 2019 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Скелетная система человека | Живая наука

Костная система человека не так проста, как говорится в популярной детской песне. «Головная кость» (фактически состоящая из 22 отдельных костей) связана не с «шейной костью», а скорее с рядом мелких костей, которые проходят вниз по спине. И «кость пальца» на самом деле состоит из нескольких костей, которые соединяются с другим набором костей, которые обеспечивают структуру стопы.В общей сложности человеческий скелет состоит из 206 костей.

Помимо всех этих костей, скелетная система человека включает сеть сухожилий, связок и хрящей, которые соединяют кости вместе. Скелетная система обеспечивает структурную поддержку человеческого тела и защищает наши органы. Согласно онлайн-учебнику «Анатомия и физиология» (открытые учебники кампуса Британской Колумбии), наши кости также выполняют несколько других жизненно важных функций, включая производство клеток крови, хранение и высвобождение жиров и минералов.

Развитие и структура скелета

Младенцы рождаются с примерно 300 отдельными костями, согласно Nemours , некоммерческой организации, обеспечивающей здоровье детей. По мере роста ребенка некоторые из этих костей срастаются до тех пор, пока рост не прекращается, обычно к 25 годам, в результате чего в скелете остается 206 костей.

Наши кости делятся на две категории в зависимости от назначения и расположения костей: осевой скелет и аппендикулярный скелет, согласно «Анатомия и физиология».»

Осевой скелет содержит 80 костей, включая череп, позвоночник и грудную клетку. Он образует центральную структуру скелета, выполняя функцию защиты головного, спинного мозга, сердца и легких.

Остальные 126 костей составляют аппендикулярный скелет; они включают руки, ноги, плечевой и тазовый пояс. Нижняя часть аппендикулярного скелета защищает основные органы, связанные с пищеварением и размножением, и обеспечивает стабильность при ходьбе или беге.Верхняя часть обеспечивает больший диапазон движений при подъеме и переносе предметов.

Кости дополнительно классифицируются по форме: длинные, короткие, плоские, неправильные или сесамовидные в соответствии с «Анатомия и физиология» .

  • Длинные кости находятся на руках, ногах, пальцах рук и ног. Эти кости длиннее своей ширины и имеют цилиндрическую форму. Они двигаются, когда мышцы вокруг них сокращаются, и являются наиболее подвижными частями скелета.
  • Короткие кости находятся в запястьях и лодыжках и примерно равны по длине, ширине и толщине.
  • Плоские кости составляют череп, лопатки, грудину и ребра. Эти изогнутые тонкие кости защищают внутренние органы и служат якорем для мышц.
  • Кости неправильной формы — это кости спинного мозга и лица, которые из-за своего уникального размера не подходят ни для одной из других категорий формы.
  • Сесамовидные кости находятся в руках, запястьях, ступнях, ушах и коленях. Эти маленькие круглые кости встроены в сухожилия и защищают их от большого давления и силы, с которыми они сталкиваются.

Есть некоторые различия между мужским и женским скелетами. Например, согласно «Анатомия и физиология», женский таз обычно более широкий, тонкий и круглый, чем мужской таз. [ Image Gallery: BioDigital Human ]

Что внутри ваших костей?

Все о скелете вашего тела, костном каркасе, который держит вас вместе. (Изображение предоставлено Росс Торо, участник Livescience)

По данным Школы естественных наук при Университете штата Аризона , каждая кость в вашем теле состоит из трех основных типов материала: компактная кость, губчатая кость и костный мозг.

Примерно 80% каждой кости представляет собой компактную кость, которая является самым твердым и сильным типом кости и позволяет телу выдерживать ее вес. Компактная кость составляет внешние слои кости и защищает внутренние части костей, где выполняются многие жизненно важные функции, такие как производство костного мозга. Компактная кость состоит в основном из клеток, называемых остеоцитами. Микроскопические проходы между клетками, через которые проходят нервы и кровеносные сосуды.

Около 20% каждой кости — губчатая кость, которая заполнена большими отверстиями и проходами.Губчатый костный материал, чаще всего находящийся на концах отдельных костей, заполнен костным мозгом, нервами и кровеносными сосудами.

Два типа костного мозга заполняют поры губчатой ​​кости. Примерно половина — это красный костный мозг, который находится в основном в плоских костях, таких как лопатки и ребра. Здесь производятся все красные и белые кровяные тельца и тромбоциты (клетки, которые помогают остановить кровотечение порезу). Кости младенца содержат весь красный костный мозг, чтобы производить достаточно клеток крови, чтобы не отставать от роста детей.

Другая половина костного мозга — это желтый костный мозг, который находится в длинных костях, таких как бедренные кости, и состоит в основном из жира. Кровеносные сосуды проходят через оба типа костного мозга, доставляя питательные вещества и удаляя отходы из костей.

В костях есть четыре основных типа клеток: остеобласты, остеоциты, остеокласты и выстилающие клетки.

Остеобласты — это клетки, которые создают новый или восстанавливают существующий костный материал по мере роста или разрушения костей. Клетки создают гибкий материал, называемый остеоидом, а затем обогащают его минералами, чтобы затвердеть и укрепить его.Когда остеобласты успешно завершают свою работу, они удаляются, чтобы стать остеоцитами или выстилающими клетками.

Остеоциты, обнаруженные в компактной кости, отвечают за обмен минералов и общение с другими клетками поблизости. Они образованы из старых остеобластов, застрявших в центре костей.

Остеокласты разрушают существующий костный материал и реабсорбируют его. Эти клетки часто работают с остеобластами, чтобы залечить и изменить форму кости после разрыва (остеокласты разрушают лишнюю мозоль, образовавшуюся в процессе заживления), чтобы освободить место для новых кровеносных сосудов и нервов и сделать кости более толстыми и прочными.

Клетки выстилки — это клетки плоской кости, которые полностью покрывают внешнюю поверхность костей. Их основная функция — контролировать движение минералов, клеток и других материалов в кости и из них.

Заболевания скелетной системы

Как и любая часть человеческого тела, кости подвержены травмам и болезням.

Некоторые из наиболее распространенных заболеваний, которые могут повлиять на скелетную систему, включают:

  • Остеопороз — это заболевание, которое вызывает снижение плотности и прочности костей, поскольку потеря костной массы происходит быстрее, чем рост костей.Это может быть вызвано генетикой или нездоровым образом жизни (например, недостатком кальция или витамина D, а также тяжелым курением или употреблением алкоголя при незначительных физических нагрузках).
  • Лейкемия — это тип рака, который начинается в костном мозге и лимфатической системе , согласно данным клиники Майо . Несколько типов лейкемии поражают различные клетки крови и другие системы организма.
  • Остеоартрит — это заболевание, которое вызывает разрушение хряща, который защищает концы костей в суставах.По данным клиники Mayo Clinic , отсутствие хряща приводит к трению между костями, что может вызвать сильную боль, повреждение костей и соединительных тканей, воспаление окружающих тканей и ограничение движений.

Дополнительные ресурсы:

Эта статья была обновлена ​​8 августа 2019 г. участником Live Science Рэйчел Росс.

Bones — Better Health Channel

Кости обеспечивают структуру нашего тела.Скелет взрослого человека состоит из 206 костей. К ним относятся кости черепа, позвоночник (позвонки), ребра, руки и ноги. Кости состоят из соединительной ткани, усиленной кальцием и специализированными костными клетками. Большинство костей также содержат костный мозг, в котором образуются клетки крови.

Кости работают с мышцами и суставами, чтобы удерживать наше тело вместе и поддерживать свободу движений. Это называется опорно-двигательной системой. Скелет поддерживает и формирует тело и защищает хрупкие внутренние органы, такие как мозг, сердце и легкие.

Кости содержат большую часть кальция, поступающего в наш организм. Организм постоянно наращивает и разрушает костную ткань по мере необходимости. Для здоровья костей необходимо сбалансированное питание, регулярные упражнения с весовой нагрузкой и правильный уровень различных гормонов.

Скелет

Человеческий скелет состоит из 206 костей, включая кости:

  • Черепа, включая кость челюсти
  • Позвоночник — шейный, грудной и поясничный позвонки, крестец и копчик (копчик)
  • Грудь — ребра и грудина (грудина)
  • Руки — лопатка (лопатка), ключица (ключица), плечевая кость, лучевая и локтевая кости
  • Руки — кости запястья (запястья), пястные кости и фаланги
  • Таз — бедра
  • Ноги — бедренная кость (бедренная кость), коленная чашечка (надколенник), большеберцовая кость (большеберцовая кость) и малоберцовая кость
  • Ступни — предплюсны, плюсны и фаланги.

Типы костей

В человеческом теле есть четыре различных типа костей:

  • Длинная кость — имеет длинную и тонкую форму. Примеры включают кости рук и ног (исключая запястья, лодыжки и коленные чашечки). С помощью мышц длинные кости работают как рычаги, позволяющие двигаться.
  • Кость короткая — приземистая, кубовидная. Примеры включают кости, составляющие запястья и лодыжки.
  • Плоская кость — имеет плоскую широкую поверхность.Примеры включают ребра, лопатки, грудину и кости черепа.
  • Кость неправильной формы — имеет форму, которая не соответствует трем вышеупомянутым типам. Примеры включают кости позвоночника (позвонки).

Костная ткань

К различным слоям костной ткани относятся:

  • Надкостница — плотная жесткая внешняя оболочка, которая содержит кровеносные сосуды и нервы
  • Компактная или плотная ткань — твердый гладкий слой, который защищает ткань в пределах
  • Губчатая или губчатая ткань — пористый сотовый материал, находящийся внутри большинства костей, который позволяет кости быть прочной, но легкой
  • Костный мозг — желеобразное вещество, находящееся внутри полостей некоторых костей (включая таз), который производит клетки крови.

Костный мозг

Костный мозг — это место, где образуются клетки крови. К трем различным типам клеток крови, производимым костным мозгом, относятся:

  • Красные кровяные тельца — переносят кислород по всему телу.
  • Белые кровяные тельца — составляют иммунную систему организма.
  • Тромбоциты — используются для свертывания крови.

Костные клетки

Наше тело постоянно реконструирует свой скелет, наращивая и разрушая костную ткань по мере необходимости.В результате примерно каждые десять лет каждая кость восстанавливается заново. Костные клетки, участвующие в этом процессе, включают:

  • Остеобласты — клетки, которые строят костную ткань
  • Остеоциты — клетки, которые поддерживают костную ткань, контролируя содержание минералов и кальция
  • Остеокласты — клетки, которые разрушить старую костную ткань.

Плотность костей

Многие факторы работают вместе, обеспечивая прочность и здоровье костей.Плотность костей зависит от:

  • Постоянное поступление диетического кальция
  • Достаточное количество витамина D из солнечного света и еды
  • Здоровая диета с большим количеством витаминов и минералов
  • Различные гормоны, включая паратиреоидный гормон, гормон роста, кальцитонин, эстроген и тестостерон
  • Регулярные упражнения с отягощением.

Состояние костей

Некоторые состояния костей включают:

  • Переломы — переломы костей различных типов
  • Остеопороз — потеря плотности и прочности кости
  • Остеомиелит — инфекция кости
  • Остит — воспаление костей, например, костная болезнь Педжета
  • Акромегалия — разрастание костей лица, рук и ног
  • Фиброзная дисплазия — аномальный рост или отек кости
  • — рахит растущие кости ребенка не развиваются из-за недостатка витамина D
  • Множественная миелома — рак плазматических клеток в костном мозге
  • Рак кости — первичный рак кости включает остеосаркомы и хондросаркомы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *