16.5: 肌肉骨骼系统
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肌肉和骨骼系统为身体提供支撑并允许运动。 骨骼的骨骼保护人体的内部器官并支撑身体的重量。 肌肉系统的肌肉会收缩并拉动骨头，从而可以进行多种动作，例如站立、行走、跑步和抓住物品。
影响肌肉骨骼系统的损伤或疾病可能非常虚弱。 世界上最常见的肌肉骨骼疾病是由营养不良引起的，营养不良会对骨骼和肌肉的发育和维持产生负面影响。 其他疾病会影响关节，例如关节炎，这会使运动变得困难，在晚期病例中会完全损害活动能力。
假体设计科学的进步促成了人造关节的发展，其中最常见的是臀部和膝盖的关节置换手术。 还提供肩部、肘部和手指的替换关节。
骨骼系统
人体骨骼是一种内骨骼，由成人的206根骨骼组成。 内骨骼在体内发育，而不是像昆虫的外骨骼那样在体外发育。 骨骼有五个主要功能：为身体提供支撑、储存矿物质和脂质、产生血细胞、保护内脏器官和允许运动。 脊椎动物的骨骼系统分为轴向骨骼（由头骨、椎柱和肋骨组成）和阑尾骨骼（由肢骨、胸带或肩带以及骨盆带组成）。
概念在行动
观看以下带有数字三维雕刻的视频，探索人体骨骼。
轴向骨架构成人体的中心轴，包括头骨的骨头、中耳的小骨、喉部的 hyoid 骨、椎柱和胸笼（肋骨）（图\(\PageIndex{1}\)).
头骨支撑面部结构并保护大脑。 头骨由颅骨和面部骨骼组成。 颅骨形成颅腔，封闭大脑，充当头颈部肌肉的附着部位。 在成年人中，它们与结缔组织紧密结合，相邻的骨头不会移动。
中耳的听觉小骨以振动的形式将来自空气的声音传递到充满液体的耳蜗上。 听觉小骨由两根 malleus（锤子）骨头、两根 incus（铁砧骨）骨头和两根葡萄柱（马刺）组成，每侧各一个。 面部骨骼为感觉器官（眼睛、嘴巴和鼻子）提供空腔，并作为面部肌肉的附着点。
hyoid 骨位于脖子前部的下颌骨下方。 它充当舌头的可移动底座，与下巴、喉部和舌头的肌肉相连。 下颌骨与头骨底部形成关节。 下颌骨控制口腔的开口，从而控制气道和肠道。
椎柱或脊柱环绕和保护脊髓，支撑头部，并充当背部和颈部肋骨和肌肉的附着点。 它由 26 根骨头组成：24 根椎骨、骶骨和尾骨。 每个椎体的中心都有一个大洞，脊髓通过这个洞向下传递到第一个腰椎的高度。 在这个水平以下，该洞包含在椎骨之间出口的脊神经。 洞的两侧都有一个缺口，脊神经可以通过这个缺口从脊髓中排出，为身体的不同部位服务。 成人的椎柱长度约为70厘米（28英寸），是弯曲的，从侧视图可以看出。
由纤维软骨组成的椎间盘位于从第二个颈椎到骶骨的相邻椎骨之间。 每个圆盘有助于形成一个稍微可移动的关节，并充当缓冲器，以吸收走路和跑步等运动产生的冲击。
胸笼，也称为肋骨，由肋骨、胸骨、胸椎和肋软骨组成。 胸笼包围和保护胸腔器官，包括心脏和肺部。 它还为肩带和上肢提供支撑，并作为隔膜、背部、胸部、颈部和肩部肌肉的附着点。 胸部体积的变化可以呼吸。 胸骨或胸骨是位于胸部前部的长扁骨。 像头骨一样，它是由胚胎中的许多骨头形成的，这些骨头融合在成虫体内。 肋骨是 12 对长弯曲的骨头，它们附着在胸椎上，向身体前部弯曲，形成胸腔。 肋软骨将大多数肋骨的前端连接到胸骨。
阑尾骨骼由上肢和下肢的骨骼组成。 它还包括将上肢固定在身体上的胸带或肩带，以及将下肢固定在身体上的骨盆带（图\(\PageIndex{1}\)）。
胸带骨将作用于上肢的肌肉产生的力传递到胸部。 它由前部的锁骨（或锁骨）和后部的肩骨（或肩 blade 骨）组成。
上肢包含手臂（肩部到肘部）、前臂和手的骨头。 肱骨是上肢最大和最长的骨头。 它与肩部形成关节，前臂在肘部形成关节。 前臂从肘部延伸到手腕，由两根骨头组成。 手包括手腕的骨头、手掌和手指的骨头。
骨盆带附着在轴向骨架的下肢上。 由于骨盆带负责承受身体的重量和运动，因此骨盆带通过坚固的韧带牢固地固定在轴向骨架上。 它还具有深深的插槽和坚固的韧带，可以牢固地固定在股骨上。 骨盆带主要由两根大髋骨组成。 髋骨在身体前部连接在称为耻骨联合的关节处，骶骨位于身体后部。
下肢由大腿、腿和脚组成。 下肢的骨头比上肢的骨头更厚更坚固，可以支撑身体的全部重量和运动产生的力量。 股骨或大腿骨是人体中最长、最重、最强的骨头。 股骨和骨盆形成髋关节。 在另一端，股骨与胫骨和膝盖骨一起形成膝关节。
关节和骨骼运动
两根或多根骨头的交汇点称为关节或关节。 关节负责运动（例如四肢的运动）和稳定性（例如头骨中的稳定性）。
有两种对关节进行分类的方法：根据关节的结构或根据其功能。 根据构成关节的材料以及关节中是否存在空腔，结构分类将关节分为纤维接头、软骨关节和滑膜关节。 纤维关节的骨头由纤维结缔组织固定在一起。 骨骼之间没有空腔或空间，因此大多数纤维关节根本不会移动，或者只能进行轻微的移动。 头骨之间的关节以及牙齿和窝骨之间的关节就是纤维关节的例子（图\(\PageIndex{2}\) a）。
软骨关节是指通过软骨连接骨骼的关节（图\(\PageIndex{2}\) b）。 在椎骨之间的关节处可以找到一个例子，即所谓的骨干 “圆盘”。 软骨关节允许的运动很少。
滑膜关节是唯一在相邻骨骼之间有空间的关节（图\(\PageIndex{2}\) c）。 这个空间被称为关节腔，充满了液体。 液体润滑关节，减少骨骼之间的摩擦并允许更大的运动。 骨头的末端被软骨覆盖，整个关节被胶囊包围。 在关节类型中，滑膜关节的运动能力最大。 膝盖、肘部和肩膀就是滑膜关节的例子。
滑膜关节允许的广泛活动范围会产生不同类型的运动。 当关节骨骼之间的角度变化时，就会产生角度运动。 当骨骼之间的角度减小时，就会发生屈曲或弯曲。 在肘部向上移动前臂就是屈曲的一个例子。 伸展与屈曲相反，因为关节骨骼之间的角度会增加。 旋转运动是指骨骼绕其自身纵向轴旋转时的运动。 像说 “不” 一样移动头部就是旋转的一个例子。
行动生涯：风湿病学家
风湿病学家是专门诊断和治疗关节、肌肉和骨骼疾病的医生。 他们诊断和治疗关节炎、肌肉骨骼疾病、骨质疏松症等疾病，以及强直性脊柱炎、慢性脊柱炎和类风湿关节炎等自身免疫性疾病。
类风湿关节炎 (RA) 是一种炎症性疾病，主要影响手、脚和颈椎的滑膜关节。 受影响的关节肿胀、僵硬和疼痛。 尽管众所周知 RA 是一种自身免疫性疾病，人体的免疫系统会错误地攻击健康组织，但 RA 的确切原因尚不清楚。 血液中的免疫细胞进入关节和关节胶囊，导致软骨分解和关节内膜肿胀。 软骨分解会导致骨骼相互摩擦，从而造成疼痛。 RA在女性中比男性更常见，发病年龄通常在40至50岁之间。
风湿病学家可以根据关节炎症和疼痛、X 射线和 MRI 成像以及血液检查等症状来诊断 RA。 关节造影术是一种使用造影剂的关节医学成像，例如对X射线不透明的染料。 这允许可视化关节的软组织结构，例如软骨、肌腱和韧带。 关节造影与普通X光的不同之处在于，除了显示关节骨外，还显示关节内软组织的表面。 关节造影可以在骨骼受到影响之前检测到关节软骨的早期退行性变化。
目前尚无法治愈 RA；但是，风湿病学家有许多治疗选择可供选择。 治疗方法分为减轻疾病症状的治疗方法和减少疾病对骨骼和软骨造成的损害的治疗方法。 早期阶段可以通过使用拐杖将其余受影响的关节进行治疗，或者使用可最大限度地减少炎症的关节夹板进行治疗。 当炎症减轻时，运动可以用来增强关节周围的肌肉并保持关节的灵活性。 如果关节损伤更为严重，则可以使用药物来缓解疼痛和减少炎症。 可以使用的抗炎药包括阿司匹林、局部止痛药和皮质类固醇注射。 如果关节损伤严重，可能需要手术。 医生现在正在使用能够减少这种疾病对骨骼和软骨造成的损害的药物来减缓其发展。 这些药物的机制多种多样，但它们都起到减少自身免疫反应影响的作用，例如通过抑制炎症反应或减少免疫系统细胞 T 淋巴细胞（免疫系统的细胞）的数量。
肌肉
肌肉允许诸如行走之类的运动，它们还可以促进呼吸和消化等身体过程。 人体包含三种类型的肌肉组织：骨骼肌、心肌和平滑肌（图\(\PageIndex{3}\)）。
骨骼肌组织形成骨骼肌，骨骼肌附着在骨骼上，有时还附着在皮肤上，控制运动和任何其他可以有意识控制的运动。 由于骨骼肌可以被故意控制，因此也称为自愿肌肉。 在显微镜下观察时，骨骼肌组织呈条纹或条纹外观。 这种外观是由于细胞内负责收缩的蛋白质的排列造成的。 骨骼肌的细胞长而锥形，每个细胞的外围有多个核。
平滑肌组织存在于肠道、胃和膀胱等空心器官的壁上，以及呼吸道和血管等通道周围。 平滑肌没有条纹，不受自愿控制，被称为非自愿肌肉。 平滑肌细胞有单个核。
心肌组织仅存在于心脏中。 心肌组织的收缩将血液泵送到全身并维持血压。 与骨骼肌一样，心肌是横纹肌的，但与骨骼肌不同，心肌无法被有意识地控制，被称为非自愿肌肉。 心肌组织的细胞通过插入的椎间盘相互连接，通常每个细胞只有一个核。
骨骼肌纤维的结构和功能
每根骨骼肌纤维都是骨骼肌细胞。 每根肌肉纤维内都有肌纤维，这是与肌肉纤维平行的长圆柱结构。 肌纤维贯穿肌肉纤维的整个长度。 它们的末端附着在称为肌瘤的质膜上，因此随着肌原纤维的缩短，整个肌肉细胞会收缩（图\(\PageIndex{4}\)）。
骨骼肌组织的条纹外观是肌原纤维长度上重复出现的肌动蛋白和肌球蛋白带的结果。
Myofibrils 由称为肌丝的较小结构组成。 肌丝主要有两种类型：粗丝和细丝。 粗丝由蛋白质肌球蛋白组成。 细丝的主要成分是蛋白质肌动蛋白。
粗丝和细丝在一种叫做肉瘤的结构中相互交替。 肉瘤是肌肉细胞的收缩单位。 收缩是由来自与肌肉纤维相关的神经细胞的电化学信号刺激的。 要使肌肉细胞收缩，肉瘤必须缩短。 但是，粗丝和细丝不会缩短。 相反，它们互相滑动，导致肉瘤缩短，而细丝长度保持不变。 当肌球蛋白的分子延伸（称为肌球蛋白头）暂时与旁边的肌动蛋白丝结合，然后通过构象的变化弯曲，将两根细丝向相反的方向拖动时，滑动就完成了。 然后，肌球蛋白头释放其肌动蛋白丝，放松，然后重复该过程，将两根细丝相互拖得更远。 许多结合位点的综合活性和肉瘤内的反复运动导致肉瘤收缩。 肌原纤维中许多肉瘤的协调收缩会导致整个肌肉细胞收缩，最终导致肌肉本身收缩。 肌球蛋白头部的运动需要 ATP，它为收缩提供能量。
概念在行动
观看此动画以了解肌肉纤维是如何组织的。
章节摘要
人体骨骼是由轴向和阑尾骨骼组成的内骨骼。 轴向骨骼由头骨的骨头、耳的小骨、hyoid 骨、椎柱和胸腔组成。 头骨由八根颅骨和十四根面部骨头组成。 六根骨头构成中耳的小骨，而 hyoid 骨位于下颌骨下方的脖子上。 椎柱包含 26 根骨头，周围环绕并保护脊髓。 胸笼由胸骨、肋骨、胸椎和肋软骨组成。 阑尾骨骼由上肢和下肢组成。 胸带由锁骨和肩腱组成。 上肢在手臂、前臂和手部包含 30 根骨头。 骨盆带将下肢固定在轴向骨架上。 下肢包括大腿、腿和脚的骨头。
关节的结构分类将其分为纤维关节、软骨关节和滑膜关节。 纤维关节的骨头由纤维结缔组织固定在一起。 软骨关节是指骨头通过软骨连接的关节。 滑膜关节是在相邻的骨骼之间有空间的关节。 滑膜关节的运动包括角度和旋转。 当关节骨骼之间的角度变化时，就会产生角度运动。 旋转运动是指骨骼绕其自身纵向轴旋转时的运动。
人体包含三种类型的肌肉组织：骨骼肌、心肌和平滑肌。 肌肉由称为肌肉纤维的单个细胞组成。 肌纤维由肌丝组成，肌丝由肌动蛋白和肌球蛋白组成，以称为肉瘤的单位排列。 当肌球蛋白头部与肌动蛋白纤维结合、弯曲、脱离然后重复该过程时，肌球蛋白和肌动蛋白纤维相互滑过的共同作用会导致肌肉收缩。
词汇表
- 阑尾骨架
- 骨架由上肢的骨骼和允许运动的下肢骨骼组成，其作用是抓住和操纵物体
- 听觉小骨
- （也是中耳骨）将空气中的声音转化为充满液体的耳蜗中的振动的骨头
- 轴向骨架
- 构成人体中心轴线的骨骼，包括头骨的骨头、中耳的小骨、喉咙的 hyoid 骨、椎柱和胸笼（胸腔）
- 心肌组织
- 仅存在于心脏中的肌肉组织；心脏收缩将血液泵送到全身并维持血压
- 软骨关节
- 骨头通过软骨连接的关节
- 纤维关节
- 由纤维结缔组织连接在一起的关节
- hyoID bone
- 位于脖子前部下颌骨下方的骨头
- 联合
- 两根或多根骨头的交汇点
- myofibril
- 平行于肌肉纤维的长圆柱结构
- myofilent
- 构成 myofibrils 的小结构
- 胸带
- 将上肢产生的力传递到轴向骨架的骨骼
- 骨盆带
- 将下肢产生的力传递到轴向骨架的骨骼
- sarcolemma
- 骨骼肌纤维的质膜
- sarcomere
- 骨骼肌的功能单位
- 骨骼肌组织
- 形成骨骼肌，骨骼肌附着在骨骼上并控制运动和任何可以有意识控制的运动
- 头骨
- 支撑面部结构和保护大脑的骨头
- 平滑肌组织
- 出现在肠道、胃和膀胱等空心器官壁以及呼吸道和血管等通道周围的肌肉
- 滑膜关节
- 唯一在相邻骨骼之间有空间的关节
- 胸笼
- （也称胸腔）胸部骨架，由肋骨、胸椎、胸骨和肋软骨组成
- 椎柱
- （也是脊柱）围绕和保护脊髓、支撑头部并充当背部和颈部肋骨和肌肉的附着点的柱子