Кости стопы человека строение: 404 — Категория не найдена

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 https://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 https://www.webmd.com/skin-problems-and-treatments/tc/calluses-and-corns-topic-overview#1

Старт на неправильной ноге

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.

-П

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!

-П

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).

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%.

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 ).

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).

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).

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?

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.