16.5: الجهاز العضلي الهيكلي
- Page ID
- 191512
توفر الأنظمة العضلية والهيكلية الدعم للجسم وتسمح بالحركة. تحمي عظام الهيكل العظمي الأعضاء الداخلية للجسم وتدعم وزن الجسم. تنقبض عضلات الجهاز العضلي وتشد العظام، مما يسمح بحركات متنوعة مثل الوقوف والمشي والجري والإمساك بالأشياء.
يمكن أن تكون الإصابة أو المرض الذي يؤثر على الجهاز العضلي الهيكلي منهكًا للغاية. تحدث أمراض العضلات والعظام الأكثر شيوعًا في جميع أنحاء العالم بسبب سوء التغذية، والذي يمكن أن يؤثر سلبًا على نمو العظام والعضلات والحفاظ عليها. تؤثر الأمراض الأخرى على المفاصل، مثل التهاب المفاصل، مما قد يجعل الحركة صعبة، وفي الحالات المتقدمة، يضعف الحركة تمامًا.
أدى التقدم في علم تصميم الأطراف الاصطناعية إلى تطوير المفاصل الاصطناعية، حيث كانت جراحة استبدال المفاصل في الوركين والركبتين هي الأكثر شيوعًا. تتوفر أيضًا مفاصل بديلة للكتفين والمرفقين والأصابع.
نظام الهيكل العظمي
الهيكل العظمي البشري هو هيكل داخلي يتكون من 206 عظمة في البالغين. يتطور الهيكل الداخلي داخل الجسم وليس خارجه مثل الهيكل الخارجي للحشرات. يحتوي الهيكل العظمي على خمس وظائف رئيسية: توفير الدعم للجسم، وتخزين المعادن والدهون، وإنتاج خلايا الدم، وحماية الأعضاء الداخلية، والسماح بالحركة. ينقسم نظام الهيكل العظمي في الفقاريات إلى الهيكل العظمي المحوري (الذي يتكون من الجمجمة والعمود الفقري والقفص الصدري) والهيكل العظمي الزائدي (الذي يتكون من عظام الأطراف والحزام الصدري أو الكتف وحزام الحوض).
مفهوم في العمل
استكشف الهيكل العظمي البشري من خلال مشاهدة الفيديو التالي باستخدام النحت الرقمي ثلاثي الأبعاد.
يشكل الهيكل العظمي المحوري المحور المركزي للجسم ويشمل عظام الجمجمة وعظمات الأذن الوسطى والعظام اللامية للحلق والعمود الفقري والقفص الصدري (القفص الصدري) (الشكل\(\PageIndex{1}\)).
تدعم عظام الجمجمة هياكل الوجه وتحمي الدماغ. تتكون الجمجمة من عظام الجمجمة وعظام الوجه. تشكل عظام الجمجمة التجويف القحفي، الذي يحيط بالدماغ ويعمل كموقع ارتباط لعضلات الرأس والرقبة. عند البالغين يتم ربطها بإحكام بالنسيج الضام ولا تتحرك العظام المجاورة.
تنقل العظام السمعية للأذن الوسطى الأصوات من الهواء في صورة اهتزازات إلى القوقعة المملوءة بالسائل. تتكون العظام السمعية من عظمتي مطرقة (مطرقة) وعظمتين من عظم السندان وشريطين (ركائب) واحدة على كل جانب. توفر عظام الوجه تجاويف لأعضاء الحواس (العيون والفم والأنف)، وتعمل كنقاط ربط لعضلات الوجه.
يقع العظم اللامي أسفل الفك السفلي في الجزء الأمامي من الرقبة. يعمل كقاعدة متحركة لللسان ويتصل بعضلات الفك والحنجرة واللسان. يشكل الفك السفلي مفصلًا مع قاعدة الجمجمة. يتحكم الفك السفلي في فتحة الفم وبالتالي مجرى الهواء والأمعاء.
يحيط العمود الفقري، أو العمود الفقري، بالحبل الشوكي ويحميه، ويدعم الرأس، ويعمل كنقطة ربط للأضلاع وعضلات الظهر والرقبة. وتتكون من 26 عظمة: الفقرات الـ 24 والعجز والعص. يحتوي كل جسم فقري على ثقب كبير في الوسط يمر من خلاله الحبل الشوكي إلى مستوى الفقرة القطنية الأولى. تحت هذا المستوى، يحتوي الثقب على أعصاب العمود الفقري التي تخرج بين الفقرات. يوجد شق على كل جانب من جوانب الثقب يمكن للأعصاب الشوكية من خلاله الخروج من الحبل الشوكي لخدمة مناطق مختلفة من الجسم. يبلغ طول العمود الفقري حوالي 70 سم (28 بوصة) عند البالغين وهو منحني، ويمكن رؤيته من منظور جانبي.
توجد الأقراص الفقرية المكونة من غضروف ليفي بين الفقرات المجاورة من فقرة عنق الرحم الثانية إلى العجز. يساعد كل قرص على تشكيل مفصل متحرك قليلاً ويعمل كوسادة لامتصاص الصدمات من الحركات مثل المشي والجري.
يتكون القفص الصدري، المعروف أيضًا باسم القفص الصدري، من الأضلاع والقص والفقرات الصدرية والغضاريف الساحلية. يحيط القفص الصدري ويحمي أعضاء التجويف الصدري بما في ذلك القلب والرئتين. كما أنه يوفر الدعم لأحزمة الكتف والأطراف العلوية ويعمل كنقطة ربط للحجاب الحاجز وعضلات الظهر والصدر والرقبة والكتفين. التغييرات في حجم الصدر تتيح التنفس. القص، أو عظم الصدر، هو عظم مسطح طويل يقع في الجزء الأمامي من الصدر. مثل الجمجمة، تتكون من العديد من العظام في الجنين، والتي تندمج في البالغين. الأضلاع عبارة عن 12 زوجًا من العظام المنحنية الطويلة التي تلتصق بالفقرات الصدرية وتنحني نحو الجزء الأمامي من الجسم لتشكل القفص الصدري. تربط الغضاريف الضلعية الأطراف الأمامية لمعظم الأضلاع بالقص.
يتكون الهيكل العظمي الزائدي من عظام الأطراف العلوية والسفلية. ويشمل أيضًا حزام الصدر أو الكتف، الذي يربط الأطراف العلوية بالجسم، وحزام الحوض، الذي يربط الأطراف السفلية بالجسم (الشكل\(\PageIndex{1}\)).
تنقل عظام الحزام الصدري القوة الناتجة عن العضلات التي تعمل على الطرف العلوي إلى الصدر. وتتكون من الترقوة (أو الترقوة) في الأمام والكتف (أو شفرات الكتف) في الخلف.
يحتوي الطرف العلوي على عظام الذراع (الكتف إلى الكوع) والساعد واليد. عظم العضد هو أكبر وأطول عظم في الطرف العلوي. يشكل مفصلًا مع الكتف والساعد عند الكوع. يمتد الساعد من الكوع إلى المعصم ويتكون من عظمتين. تشمل اليد عظام الرسغ والكف وعظام الأصابع.
يرتبط حزام الحوض بالأطراف السفلية للهيكل العظمي المحوري. نظرًا لأنه مسؤول عن تحمل وزن الجسم والحركة، فإن حزام الحوض مرتبط بشكل آمن بالهيكل العظمي المحوري بواسطة أربطة قوية. كما أنه يحتوي على مقابس عميقة مع أربطة قوية تلتصق بشكل آمن بعظم الفخذ. يتكون حزام الحوض بشكل أساسي من عظمتي الورك الكبيرتين. تتحد عظام الورك معًا في الجزء الأمامي من الجسم عند مفصل يسمى ارتفاق العانة ومع عظام العجز في الجزء الخلفي من الجسم.
يتكون الطرف السفلي من الفخذ والساق والقدم. تكون عظام الأطراف السفلية أكثر سمكًا وأقوى من عظام الأطراف العلوية لدعم وزن الجسم بالكامل وقوى الحركة. عظم الفخذ، أو عظم الفخذ، هو أطول وأثقل وأقوى عظم في الجسم. يشكل عظم الفخذ والحوض مفصل الورك. في الطرف الآخر، يشكل عظم الفخذ، إلى جانب عظمة الظنبوب والركبة، مفصل الركبة.
حركة المفاصل والهيكل العظمي
وتسمى النقطة التي تلتقي فيها عظمتان أو أكثر بالمفصل أو المفصل. المفاصل مسؤولة عن الحركة، مثل حركة الأطراف، والاستقرار، مثل الثبات الموجود في عظام الجمجمة.
هناك طريقتان لتصنيف المفاصل: بناءً على هيكلها أو بناءً على وظيفتها. يقسم التصنيف الهيكلي المفاصل إلى مفاصل ليفية وغضروفية وزليلية اعتمادًا على المادة المكونة للمفصل ووجود أو عدم وجود تجويف في المفصل. يتم ربط عظام المفاصل الليفية معًا بواسطة النسيج الضام الليفي. لا يوجد تجويف أو مسافة بين العظام، لذلك لا تتحرك معظم المفاصل الليفية على الإطلاق، أو تكون قادرة فقط على الحركات البسيطة. تعتبر المفاصل بين العظام في الجمجمة وبين الأسنان وعظام المقابس أمثلة على المفاصل الليفية (الشكل\(\PageIndex{2}\) أ).
المفاصل الغضروفية هي المفاصل التي ترتبط فيها العظام بالغضاريف (الشكل\(\PageIndex{2}\) ب). يوجد مثال على ذلك في المفاصل بين الفقرات، وهو ما يسمى بـ «أقراص» العمود الفقري. تسمح المفاصل الغضروفية بحركة قليلة جدًا.
المفاصل الزليلية هي المفاصل الوحيدة التي تحتوي على مسافة بين العظام المجاورة (الشكل\(\PageIndex{2}\) ج). يشار إلى هذه المساحة باسم تجويف المفصل وهي مليئة بالسوائل. يقوم السائل بتشحيم المفصل، مما يقلل الاحتكاك بين العظام ويسمح بحركة أكبر. تُغطى أطراف العظام بالغضاريف ويُحاط المفصل بأكمله بكبسولة. المفاصل الزليلية قادرة على أكبر حركة لأنواع المفاصل. تعتبر الركبتين والمرفقين والكتفين أمثلة على المفاصل الزليلية.
تنتج مجموعة الحركة الواسعة التي تسمح بها المفاصل الزليلية أنواعًا مختلفة من الحركات. يتم إنتاج الحركات الزاوية عندما تتغير الزاوية بين عظام المفصل. يحدث الانثناء أو الانحناء عندما تنخفض الزاوية بين العظام. يعد تحريك الساعد لأعلى عند الكوع مثالاً على الثني. التمديد هو عكس الانحناء حيث تزداد الزاوية بين عظام المفصل. الحركة الدورانية هي حركة العظم حيث تدور حول محورها الطولي. حركة الرأس كما في قول «لا» هي مثال على الدوران.
مهنة في العمل: أخصائي أمراض الروماتيزم
أطباء الروماتيزم هم أطباء متخصصون في تشخيص وعلاج اضطرابات المفاصل والعضلات والعظام. يقومون بتشخيص وعلاج أمراض مثل التهاب المفاصل واضطرابات العضلات والعظام وهشاشة العظام، بالإضافة إلى أمراض المناعة الذاتية مثل التهاب الفقار اللاصق ومرض التهاب العمود الفقري المزمن والتهاب المفاصل الروماتويدي.
التهاب المفاصل الروماتويدي (RA) هو اضطراب التهابي يؤثر بشكل أساسي على المفاصل الزليلية لليدين والقدمين والعمود الفقري العنقي. تصبح المفاصل المصابة منتفخة ومتيبسة ومؤلمة. على الرغم من أنه من المعروف أن التهاب المفاصل الروماتويدي هو أحد أمراض المناعة الذاتية حيث يهاجم الجهاز المناعي للجسم الأنسجة السليمة عن طريق الخطأ، إلا أن السبب الدقيق لالتهاب المفاصل الروماتويدي لا يزال غير معروف. تدخل الخلايا المناعية من الدم المفاصل وكبسولة المفصل مما يتسبب في انهيار الغضروف وتورم بطانة المفصل. يؤدي تكسير الغضروف إلى احتكاك العظام ببعضها البعض مما يسبب الألم. يعتبر التهاب المفاصل الروماتويدي أكثر شيوعًا عند النساء منه عند الرجال وعادة ما يكون عمر ظهوره بين 40 إلى 50 عامًا.
يمكن لأخصائيي الروماتيزم تشخيص التهاب المفاصل الروماتويدي بناءً على أعراض مثل التهاب المفاصل والألم والتصوير بالأشعة السينية والتصوير بالرنين المغناطيسي واختبارات الدم. تصوير المفاصل هو نوع من التصوير الطبي للمفاصل يستخدم عامل التباين، مثل الصبغة غير الشفافة للأشعة السينية. يسمح هذا بتخيل هياكل الأنسجة الرخوة للمفاصل - مثل الغضاريف والأوتار والأربطة -. يختلف مخطط المفصل عن الأشعة السينية العادية من خلال إظهار سطح الأنسجة الرخوة المبطنة للمفصل بالإضافة إلى عظام المفصل. يسمح مخطط المفصل باكتشاف التغيرات التنكسية المبكرة في غضروف المفصل قبل أن تتأثر العظام.
لا يوجد علاج حاليًا لالتهاب المفاصل الروماتويدي؛ ومع ذلك، فإن أطباء الروماتيزم لديهم عدد من خيارات العلاج المتاحة. تنقسم العلاجات إلى تلك التي تقلل من أعراض المرض وتلك التي تقلل من تلف العظام والغضاريف الناجم عن المرض. يمكن علاج المراحل المبكرة ببقية المفاصل المصابة من خلال استخدام العصا أو باستخدام جبائر المفاصل التي تقلل الالتهاب. عند انخفاض الالتهاب، يمكن استخدام التمارين لتقوية العضلات المحيطة بالمفصل والحفاظ على مرونة المفاصل. إذا كان تلف المفاصل أكثر شمولاً، يمكن استخدام الأدوية لتخفيف الألم وتقليل الالتهاب. تشمل الأدوية المضادة للالتهابات التي يمكن استخدامها الأسبرين ومسكنات الألم الموضعية وحقن الكورتيكوستيرويد. قد تكون الجراحة مطلوبة في الحالات التي يكون فيها تلف المفاصل شديدًا. يستخدم الأطباء الآن الأدوية التي تقلل من الأضرار التي تلحق بالعظام والغضاريف بسبب المرض لإبطاء نموه. تتنوع هذه الأدوية في آلياتها ولكنها تعمل جميعها على تقليل تأثير استجابة المناعة الذاتية، على سبيل المثال عن طريق تثبيط الاستجابة الالتهابية أو تقليل عدد الخلايا اللمفاوية التائية، وهي خلية من خلايا الجهاز المناعي.
العضلات
تسمح العضلات بالحركة مثل المشي، كما أنها تسهل العمليات الجسدية مثل التنفس والهضم. يحتوي الجسم على ثلاثة أنواع من الأنسجة العضلية: العضلات الهيكلية والعضلات القلبية والعضلات الملساء (الشكل\(\PageIndex{3}\)).
تشكل الأنسجة العضلية الهيكلية عضلات هيكلية تلتصق بالعظام وأحيانًا الجلد وتتحكم في الحركة وأي حركة أخرى يمكن التحكم فيها بوعي. نظرًا لأنه يمكن التحكم فيها عن قصد، فإن العضلات الهيكلية تسمى أيضًا العضلات الإرادية. عند النظر إليها تحت المجهر، يكون لأنسجة العضلات الهيكلية مظهر مخطط أو مخطط. ينتج هذا المظهر عن ترتيب البروتينات داخل الخلية المسؤولة عن الانكماش. خلايا العضلات الهيكلية طويلة ومدببة ولها نوى متعددة على محيط كل خلية.
يحدث النسيج العضلي الأملس في جدران الأعضاء المجوفة مثل الأمعاء والمعدة والمثانة البولية، وحول الممرات مثل الجهاز التنفسي والأوعية الدموية. لا تحتوي العضلات الملساء على أي تصدعات، ولا تخضع للسيطرة الطوعية، وتسمى العضلات اللاإرادية. تحتوي خلايا العضلات الملساء على نواة واحدة.
لا توجد أنسجة عضلة القلب إلا في القلب. تضخ انقباضات أنسجة عضلة القلب الدم في جميع أنحاء الجسم وتحافظ على ضغط الدم. مثل العضلات الهيكلية، تكون عضلة القلب مخططة، ولكن على عكس العضلات الهيكلية، لا يمكن التحكم في عضلة القلب بوعي وتسمى العضلات اللاإرادية. ترتبط خلايا الأنسجة العضلية القلبية ببعضها البعض من خلال الأقراص البينية وعادة ما تحتوي على نواة واحدة فقط لكل خلية.
هيكل ووظيفة ألياف العضلات الهيكلية
كل ألياف العضلات الهيكلية هي خلية عضلية هيكلية. داخل كل ألياف العضلات توجد ألياف عضلية، وهي هياكل أسطوانية طويلة موازية للألياف العضلية. تمتد الألياف العضلية على طول الألياف العضلية بالكامل. تلتصق بغشاء البلازما، المسمى الساركوليما، في نهاياتها، بحيث مع تقصير الألياف العضلية، تنقبض الخلية العضلية بأكملها (الشكل\(\PageIndex{4}\)).
إن المظهر المخطط لأنسجة العضلات الهيكلية هو نتيجة تكرار نطاقات بروتينات الأكتين والميوسين التي تحدث على طول اللييفات العضلية.
تتكون اللييفات العضلية من هياكل أصغر تسمى الشعيرات العضلية. هناك نوعان رئيسيان من الشعيرات العضلية: خيوط سميكة وخيوط رقيقة. تتكون الشعيرات السميكة من بروتين الميوسين. المكون الأساسي للخيوط الرقيقة هو بروتين الأكتين.
تتناوب الشعيرات السميكة والرقيقة مع بعضها البعض في هيكل يسمى الساركومير. الساركومير هو وحدة الانكماش في خلية العضلات. يتم تحفيز الانقباض بإشارة كهروكيميائية من خلية عصبية مرتبطة بألياف العضلات. لكي تنقبض الخلية العضلية، يجب تقصير الساركومير. ومع ذلك، لا تقصر الشعيرات السميكة والرقيقة. بدلاً من ذلك، تنزلق بعضها البعض، مما يتسبب في تقصير الساركومير بينما تظل الشعيرات بنفس الطول. يحدث الانزلاق عندما يرتبط امتداد جزيئي للميوسين، يسمى رأس الميوسين، مؤقتًا بفتيل أكتين بجواره، ومن خلال تغيير في الشكل، ينحني ويسحب الخيطين في اتجاهين متعاكسين. يقوم رأس الميوسين بعد ذلك بإطلاق خيوط الأكتين الخاصة به، ثم يرتاح، ثم يكرر العملية، ويسحب الخيطين لمسافة أبعد على طول بعضهما البعض. يؤدي النشاط المشترك للعديد من مواقع الربط والحركات المتكررة داخل الساركومير إلى تقلصها. تؤدي الانقباضات المنسقة للعديد من الأورام اللحمية في الليف العضلي إلى تقلص الخلية العضلية بأكملها وفي النهاية العضلات نفسها. تتطلب حركة رأس الميوسين ATP، الذي يوفر الطاقة للانكماش.
مفهوم في العمل
شاهد هذه الرسوم المتحركة لترى كيف يتم تنظيم ألياف العضلات.
ملخص القسم
الهيكل العظمي البشري هو هيكل داخلي يتكون من الهيكل العظمي المحوري والزائدة الدودية. يتكون الهيكل العظمي المحوري من عظام الجمجمة وعظام الأذن والعظم اللامي والعمود الفقري والقفص الصدري. تتكون الجمجمة من ثمانية عظام قحف و 14 عظمة وجه. تتكون عظام الأذن الوسطى من ستة عظام، بينما يقع العظم اللامي في الرقبة تحت الفك السفلي. يحتوي العمود الفقري على 26 عظمة ويحيط بالحبل الشوكي ويحميه. يتكون القفص الصدري من القص والأضلاع والفقرات الصدرية والغضاريف الساحلية. يتكون الهيكل العظمي الزائدي من الأطراف العلوية والسفلية. يتكون الحزام الصدري من الترقوة والكتف. يحتوي الطرف العلوي على 30 عظمة في الذراع والساعد واليد. يربط حزام الحوض الأطراف السفلية بالهيكل العظمي المحوري. يشمل الطرف السفلي عظام الفخذ والساق والقدم.
يقسمها التصنيف الهيكلي للمفاصل إلى مفاصل ليفية وغضروفية وزليلية. يتم ربط عظام المفاصل الليفية معًا بواسطة النسيج الضام الليفي. المفاصل الغضروفية هي المفاصل التي ترتبط فيها العظام بالغضاريف. المفاصل الزليلية هي المفاصل التي تحتوي على مسافة بين العظام المجاورة. تتضمن حركة المفاصل الزليلية الزاوية والدورانية. يتم إنتاج الحركات الزاوية عندما تتغير الزاوية بين عظام المفصل. الحركة الدورانية هي حركة العظم حيث تدور حول محورها الطولي.
يحتوي الجسم على ثلاثة أنواع من الأنسجة العضلية: العضلات الهيكلية والعضلات القلبية والعضلات الملساء. تتكون العضلات من خلايا فردية تسمى ألياف العضلات. تتكون ألياف العضلات من خيوط عضلية تتكون من بروتينات الأكتين والميوسين المرتبة في وحدات تسمى ساركومير. يحدث تقلص العضلات من خلال الحركة المشتركة لألياف الميوسين والأكتين التي تنزلق عبر بعضها البعض عندما ترتبط رؤوس الميوسين بألياف الأكتين، وتنحني، وتنفصل، ثم تكرر العملية.
مسرد المصطلحات
- هيكل عظمي تذيبي
- الهيكل العظمي المكون من عظام الأطراف العلوية، التي تعمل على الإمساك بالأشياء ومعالجتها، والأطراف السفلية، التي تسمح بالحركة
- العظام السمعية
- (أيضًا عظام الأذن الوسطى) العظام التي تنقل الأصوات من الهواء إلى اهتزازات في القوقعة المملوءة بالسوائل
- هيكل عظمي محوري
- هيكل عظمي يشكل المحور المركزي للجسم ويشمل عظام الجمجمة وعظمات الأذن الوسطى والعظم اللامي للحلق والعمود الفقري والقفص الصدري (القفص الصدري)
- أنسجة عضلة القلب
- الأنسجة العضلية الموجودة فقط في القلب؛ تقلصات القلب تضخ الدم في جميع أنحاء الجسم وتحافظ على ضغط الدم
- مفصل غضروفي
- مفصل ترتبط فيه العظام بالغضاريف
- مفصل ليفي
- مفصل يتماسك بواسطة نسيج ضام ليفي
- العظم اللامي
- العظم الذي يقع أسفل الفك السفلي في الجزء الأمامي من الرقبة
- مفصل
- النقطة التي تلتقي فيها عظمتان أو أكثر
- الليف العضلي
- الهياكل الأسطوانية الطويلة الموازية للألياف العضلية
- خيوط عضلية
- الهياكل الصغيرة التي تشكل اللييفات العضلية
- حزام صدري
- العظام التي تنقل القوة الناتجة عن الأطراف العلوية إلى الهيكل العظمي المحوري
- حزام الحوض
- العظام التي تنقل القوة الناتجة عن الأطراف السفلية إلى الهيكل العظمي المحوري
- ساركوليما
- غشاء البلازما لألياف العضلات الهيكلية
- ساركومير
- الوحدة الوظيفية للعضلات الهيكلية
- الأنسجة العضلية الهيكلية
- تشكل العضلات الهيكلية التي تلتصق بالعظام وتتحكم في الحركة وأي حركة يمكن التحكم فيها بوعي
- جمجمة
- العظم الذي يدعم هياكل الوجه ويحمي الدماغ
- الأنسجة العضلية الملساء
- العضلات التي تحدث في جدران الأعضاء المجوفة مثل الأمعاء والمعدة والمثانة البولية وحول الممرات مثل الجهاز التنفسي والأوعية الدموية
- المفاصل الزليلية
- المفاصل الوحيدة التي تحتوي على مسافة بين العظام المجاورة
- قفص صدري
- (أيضًا القفص الصدري) الهيكل العظمي للصدر، والذي يتكون من الأضلاع والفقرات الصدرية والقص والغضاريف الضلعية
- عمود فقري
- (العمود الفقري أيضًا) العمود الفقري الذي يحيط بالحبل الشوكي ويحميه، ويدعم الرأس، ويعمل كنقطة ربط للأضلاع وعضلات الظهر والرقبة