9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

9. Układ ruchu - przemieszczanie się Jedną z najbardziej uniwersalnych cech istot żywych - ruch - można do- I ruch

strzec zarówno wewnątrz organizmu człowieka, jak i na zewnątrz. We-wnątrz obserwujemy ruch pojedynczych komórek (np. liczne białe krwin-ki przemieszczające się ruchem pelzakowatym). Także w obrębie samych komórek poruszają się pewne elementy (np. cytoplazma). Natomiast pa-trząc na człowieka z zewnątrz, widzimy makroskopowo efekty pracy ukła-du narządów ruchu (np. bieg, machanie ręką itp.).

Ze względu na budowę i właściwości układ narządów ruchu człowieka dzielimy na dwie części: układ mięśniowy (część czynna - obdarzona zdolno-ścią kurczenia się) oraz ukiad szkieletowy (część bierna). Ogólnie można powiedzieć, że oba te układy tworzą w ciele człowieka skomplikowany system dźwigni, dzięki któremu możemy: - zmieniać położenie całego ciała (wykonywać ruchy lo-

komocyjne); - zmieniać ułożenie części ciała względem siebie, na przy-

kład zgiąć rękę lub nachylić głowę; - utrzymać odpowiednią postawę ciała, co ma dla nas

szczególne znaczenie, ponieważ jesteśmy istotami dwu-nożnymi;

- znacznie osłabiać skutki działania różnego rodzaju przeciążeń, na przykład w trakcie wykonywania gwał-townych ruchów. O złożoności budowy i funkcji układu narządów ruchu

człowieka mogą świadczyć problemy ze skonstruowa-niem w pełni funkcjonalnych robotów (udoskonalaniem robotów zajmuje się jeden z działów nowej dziedziny wiedzy - mechanotroniki; ryc. 109).

Ryc. 109. Roboty najnowszej ge-neracji składają się nie tylko z ele-mentów mechanicznych, ale także elektronicznych.

9.1. Budowa i rola części biernej układu ruchu

Szkielet dorosłego człowieka składa się z około 200 kości. Podstawowym materiałem budulcowym szkieletu człowieka jest tkanka

kostna oraz w mniejszym stopniu chrzęstna. Ze względu na budowę ze-wnętrzną kości podzielono na kilka grup (ryc. 110, s. 112). Pierwszą stano-wią kości długie (długość kości wyraźnie przewyższa ich szerokość i gru-bość). W ich budowie wyróżnia się sztywny trzon oraz nieco bardziej sprężyste nasady (bliższą i dalszą). Przykładem kości długich są: kość ra-mienna, łokciowa, promieniowa, udowa, piszczelowa i strzałkowa. Kości długie występują więc przede wszystkim w kończynach. Drugą grupę sta-nowią kości płaskie (długość i szerokość znacznie przekraczają ich gru-bość), na przykład kości sklepienia mózgoczaszki i łopatka. Tego rodzaju kości pełnią przede wszystkim funkcje ochronne i krwiotwórcze.

Kości: długie płaskie krótkie różnoksztattne

121

Organizm człowieka jako z integrowana caiość

W kościach krótkich wszystkie trzy wymiary są podobne. Do tej grupy należą liczne kości nadgarstka oraz stępu. Kości o najbardziej nieregular-nym kształcie, na przykład żuchwę, kości podniebienne czy kręgi, zalicza się do kości różnoksztaitnych.

I wzrost kości W kościach długich do 15-18 roku życia człowieka występuje chrząst-ka nasadowa - to właśnie jej wzrost jest przyczyną intensywnego rośnię-cia podczas tak zwanego skoku pokwitaniowego. Po zakończeniu wzro-stu (średnio około 17-19 roku życia, w zależności od płci i predyspozycji genetycznych) chrząstki nasadowe ulegają skostnieniu.

nasada kości

trzon kości

nasada kości

powierzchnia stawowa

podniebienna

otwór kręgowy trzon kręgu

Ryc. 110. Budowa zewnętrzna kości: A-długich (ramienna), B - płaskich (łopatka), C - krótkich (kości stępu) oraz D - różnokształtnych (kość podniebienna i kręg lędźwiowy)

łuk kręgowy

powierzchnia stawowa

wyrostek kruczy

barkowy

okostna powierzchnia stawowa

(połączenia elementów szkieletu

Jedna funkcjonalna całość utworzona z licznych kości wymaga istnie-nia różnych rodzajów połączeń. Tam, gdzie zachodzi potrzeba wzmoc-nienia większego fragmentu szkieletu, powstają połączenia ścisłe (ryc. 111). Cechuje je mała ruchomość, a często wręcz zupełny jej brak. Miej-sca styku kości spajane są różnymi rodzajami tkanki łącznej, na przykład

szwy w czaszce i zęby w zębodołach - tkan-ką łączną włóknistą*, a żebra z mostkiem - tkanką chrzęstną.

W tych miejscach, gdzie elementy szkie-letu powinny zmieniać położenie wzglę-dem siebie, funkcjonują połączenia rucho-me - stawy (ryc. 112). W stawach (tak jak w łożyskach wielu maszyn) największym problemem jest tarcie. Dlatego powierzch-nie stawowe pokryte są bardzo odporną na

zrośnięte kręgi krzyżowe

spojenie tonowe

Ryc. 111. Ścisłe połączenia elementów szkieletu w okolicy miednicy

"jednak szwy z wiekiem kostnieją.

122

9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

ścieranie chrząstką szklistą. Niewielka przestrzeń między kośćmi - jama stawowa - wypełniona jest biologicznym środkiem zmniejszającym tarcie, czyli mazią stawową (zawierającą bardzo dużo tłuszczowców). Wydosta-waniu się mazi stawowej, wnikaniu zanieczyszczeń oraz nadmiernemu rozsuwaniu kości zapobiega mocna, łącznotkankowa torebka stawowa (jej wewnętrzna błona maziowa wydziela maź stawową).

Poszczególne stawy różnią się zadaniami biologicznymi, a więc mają odmienną bu-dowę i ruchomość (ryc. 113). Na wykona-nie ruchów we wszystkich płaszczyznach pozwalają stawy wieloosiowe, na przykład kuliście uformowane stawy: barkowy oraz biodrowy.

więzadta

Ryc. 112. Schemat budowy wewnętrznej prawego stawu biodrowego

trzon kości udowej

budowa stawu

panewka kości miednicznej

jama stawu biodrowego

torebka stawowa

koniec bliższy ov - .T' (głowa) kości udowej

Mniejsza ruchomość jest cechą stawów dwuosiowych, na przykład sio-dełkowo ukształtowana powierzchnia stawu nadgarstkowo-śródręczne-go kciuka pozwala na jego ruchy w dwóch płaszczyznach. Stawy jedno-osiowe umożliwiają ruch tylko w jednej płaszczyźnie. Przykładem może być zawiasowy staw ramienno-łokciowy czy też (z pewnymi zastrzeżenia-mi) staw obrotowy między najwyższymi kręgami kręgosłupa.

c<

__ kość łokciowa

— kość promieniowa

kości nadgarstka

łopatka

kość ramienna

kość ramienna

dźwigacz

obrotnik kość promieniowa

— kość łokciowa

Ryc. 113. Przykłady stawów w szkielecie człowieka: A - kulisty (staw barkowy), B - siodełkowy (staw nad-garstkowo-śródręczny kciuka), C - zawiasowy (staw ramienno-łokciowy), D - obrotowy (między pierwszym i drugim kręgiem szyjnym)

123

Organizm człowieka jako zintegrowana caiość

Szkielet człowieka można podzielić na dwie części. Pierwszą część stanowi szkielet osiowy (ryc. 114). W jego skład wcho-

dzą: czaszka, kręgosłup oraz żebra i mostek. Drugą część stanowi szkie-l e t k o ń c z y n g ó r n y c h o r a z d o l n y c h w r a z z i ch o b r ę c z a m i .

czaszka

obojczyk łopatka

kość piszczelowa kość strzałkowa

kości stępu kości śródstopia kości palców

kości nadgarstka kości śródręcza

kości palców

kość miedniczna

kość udowa

mostek żebra

kość ramienna

kość promieniowa

kręgosłup kość łokciowa

wiesz, że...

Liczba kręgów szyjnych czło-wieka, żyrafy, psa i prawie wszystkich innych ssaków jest taka sama. Sprawdź, ja-ką wysokość osiągają żyrafy i spróbuj oszacować, jaka musi być średnia wysokość pojedynczego kręgu szyjne-go żyrafy.

Ryc. 114. Szkielet człowieka od przodu - widok ogólny

124

9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

Relatywne rozmiary czaszki człowieka są znaczne. Wzrost czaszki trwa nie tylko podczas życia płodowego, ale także

przez kilka następnych lat. Możliwości wzrostu szybko jednak maleją, szczególnie po skostnieniu łącznotkankowych ciemiączek. W budowie czaszki człowieka można wyróżnić mózgoczaszkę oraz trzewioczaszkę (ryc. 115). Ta pierwsza odpowiedzialna jest przede wszystkim za ochro-nę mózgowia. Druga otacza początkowe odcinki dróg pokarmowych i oddechowych oraz chroni takie ważne narządy zmysłów, jak na przy-kład wzroku, węchu czy smaku.

Mózgoczaszkę współtworzą między innymi widoczne z zewnątrz ko-ści: czołowa, dwie ciemieniowe, dwie skroniowe oraz potyliczna. Kość czołowa chroni od przodu mózgowie, a także współtworzy oczodoły.

Czaszka: mózgoczaszka trzewioczaszka

żuchwa staw żuchwowy

nosowa kość

jarzmowa

szczęka

kość skroniowa

kość potyliczna

ITRZEWIOCZASZKA]

kość czotowa

kość ciemie-niowa

Ryc. 115. Czaszka człowieka: A - od przodu, B - od strony lewej w rzucie ukośnym

Kości skroniowe osłaniają mózgowie po bo-kach, a ponadto w nich znajdują się najważniej-sze elementy narządu słuchu i równowagi. W podstawnej części kości potylicznej znajduje się otwór potyliczny wielki, łączący jamę mó-zgoczaszki z kanałem kręgowym kręgosłupa.

W skład części trzewnej czaszki wchodzą między innymi po dwie kości: szczękowe, noso-we, jarzmowe, a także kości podniebienne.

Jedynym ruchomym elementem całej czasz-ki człowieka jest żuchwa (ryc. 116). W żuchwie wyróżnia się masywny trzon, od którego do tyłu odchodzą symetrycznie gałęzie żuchwy. Ich końce współtworzą z kośćmi skroniowymi mocny staw żuchwowo-skroniowy.

powierzchnia

żuchwy

trzon żuchwy &

Ryc. 116. Element trzewioczaszki - żuchwa (widziana z boku)

125

Organizm cztowieka jako z integrowana catość

odcinki kręgosłupa

W kręgosłupie człowieka wyróżnia się pięć odcinków. Kręgosłup zbudowany jest z 33-34 kręgów (ryc. 117). Odcinek szyjny

zbudowany jest z 7 kręgów, piersiowy z 12, lędźwiowy z 5, natomiast krzy-żowy z 5 kręgów zrośniętych w mocną kość krzyżową. W skład ostatniego odcinka - guzicznego (ogonowego) wchodzi 4-5 kręgów zrośniętych

w kość guziczną. Różna liczba kręgów u po-szczególnych ludzi jest normalnym przeja-wem zmienności wewnątrzgatunkowej.

Najbardziej nietypowe są dwa pierwsze kręgi odcinka szyjnego: dźwigacz {atlas) oraz obrotnik (ryc. 113 D, s. 123). Ten pierwszy nie ma trzonu i tworzą go jedynie łuki kręgo-we. Od strony czaszki dźwigacz tworzy po-wierzchnie stawowe umożliwiające potaku-jące ruchy głowy, natomiast z obrotnikiem tworzy połączenie stawowe umożliwiające przeczące ruchy głowy. Pozostałe kręgi od-cinka szyjnego różnią się nieco rozmiarami i kształtem, ale zawsze mają trzony i łuki kręgowe. Kręgi odcinka piersiowego mają powierzchnie stawowe, którymi łączą się z żebrami. Kręgi lędźwiowe natomiast od-znaczają się bardzo masywną budową.

odcinek guziczny

Ryc. 117. Kręgosłup dorosłego człowieka: A - z lewej strony, B - ukośnie od przodu. Zwróć uwagę na wygię-cia: L - lordozy, K - kifozy.

rola kręgosłupa Zadaniem kręgosłupa jest przede wszystkim podpora ciała, ochrona rdzenia kręgowego oraz pośrednio spełnianie funkcji przyczepów dla kończyn. Przystosowanie kręgosłupa do utrzymywania wyprostowanej postawy ciała i unoszenia ciężkiej głowy przejawia się zarówno w ufor-

mowaniu całości, jak i w sposobie zestawienia trzonów kręgów ze sobą. Można to zaobserwować już u dziecka uczącego się chodzić. Jego kręgosłup początkowo jest łukowaty i stopnio-wo przybiera esowaty kształt (ryc. 117 A). Odcinki szyjny i lę-dźwiowy mają wypukłości skierowane do przodu (lordozy), a piersiowy i krzyżowy - do tyłu (kifozy).

Pomiędzy trzonami kolejnych kręgów występują chrzęstne krążki międzykręgowe, tak zwane dyski. Ich podstawowym za-daniem jest amortyzowanie wstrząsów. Wysunięcie się krążka, popularnie, lecz nieprawidłowo zwane dyskopatią*, jest bar-dzo bolesne i bezwzględnie wymaga konsultacji z lekarzem.

krążek międzykręgowy

Ryc. 118. Ustawienie dwóch kręgów

Przestrzeń pomiędzy trzonami a łukami kręgowymi kolejnych kręgów tworzy kanał kręgowy otaczający rdzeń kręgowy.

126 * W medycynie dyskopatia to zwyrodnienie krążka.

9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

Poszczególne kręgi zachowują jedynie niewielką ruchomość w stosun-ku do kręgów, z którymi bezpośrednio sąsiadują (wyjątkiem są kręgi szyj-ne). Jednak kręgosłup jako całość może wykonywać wiele ruchów, na przykład do przodu oraz w mniejszym stopniu w tył i na boki.

Klatka piersiowa jest konstrukcją ażurową.

Ryc. 119. Klatka piersiowa człowie-ka w rzucie ukośnym

Konstrukcja szkieletu kończyny górnej zapewnia jej bardzo dużą ruchomość. W skład szkieletu każdej z kończyn górnych wchodzą kości obręczy

górnej - łopatka oraz obojczyk i kości kończyny górnej wolnej: ramien-na, dwie kości przedramienia (łokciowa i promieniowa) oraz kości ręki (nadgarstka, śródręcza i palców) (ryc. 120, s. 128). Połączenie szkieletu kończyny górnej ze szkieletem osiowym zapewnia obojczyk - łączy łopat-kę z mostkiem. Spłaszczona łopatka przylega od tyłu do grzbietowej po-wierzchni klatki piersiowej. Kość ta tworzy miejsca przyczepu silnych mięśni kończyny górnej oraz grzbietu. Łopatka ma dość płytkie zagłębie-nie - panewkę stawu ramiennego.

W panewkę tę wchodzi głowa największej kości kończyny górnej - ko-ści ramiennej. Koniec dalszy kości ramiennej tworzy połączenia stawo-we z kośćmi: promieniową (leżącą po stronie kciuka - zewnętrznie) i łokciową (leżącą po stronie palca piątego - wewnętrznie). Gdy dłoń człowieka skierowana jest do przodu, kości przedramienia są względem siebie równoległe. Nawrócenie przedramienia z pozycji odwróconej po-

Szkielet kończyny górnej: - kości obręczy

barkowej kości kończyny górnej

Klatkę piersiową tworzą kręgi piersiowe kręgosłupa (12), żebra (12 par) oraz mostek (ryc. 119). Razem tworzą one mocną, ale lekką i spręży-stą osłonę płuc oraz serca, pozwalającą jednocześnie na wykonywanie wdechów i wydechów. Przed-nie, chrzęstne części pierw-szych 7 par żeber zrośnięte są bezpośrednio ze spłaszczonym mostkiem - nazywamy je że-brami prawdziwymi. Chrzęst-ne części trzech kolejnych par zrastają się z chrząstkami że-ber położonych wyżej - na-zwano je więc umownie żebra-mi rzekomymi. Ostatnie dwie pary żeber są niezrośnięte z mostkiem (żebra wolne).

obojczyk

panewka stawu barkowego

łopatka

Klatka piersiowa: - kręgi piersiowe

żebra mostek

mostek

żebra prawdziwe

żebra rzekome

żebra wolne

127

Organizm człowieka jako z integrowana caiość

Ryc. 120. Szkielet kończyny górnej prawej

woduje skrzyżowanie wymienionych kości (ta ru-chomość jest niezbędna w kończynie chwytno--manipulacyjnej).

Ręka składa się z licznych kości połączonych stawami. Rozpoczyna się nadgarstkiem (dwa sze-regi kości), dalej jest śródręcze tworzone przez pięć kości śródręcza, których końce dalsze łączą się stawowo z odpowiednimi paliczkami palców (są dwa paliczki w kciuku i po 3 w każdym z pozo-stałych palców). Kciuk jest przeciwstawny w sto-sunku do pozostałych palców, co stanowi kolejne potwierdzenie chwytno-manipulacyjnego charak-teru kończyny górnej człowieka.

Szkielet kończyny dolnej umożliwia dwunożną lokomocję.

Obręcz miedniczną tworzą parzyste kości: bio-drowe, kulszowe, tonowe, które zrośnięte są w po-jedynczą kość miedniczną. Szkielet każdej koń-czyny dolnej tworzą kości: udowa, kości podudzia (piszczelowa i strzałkowa) i kości stopy (stępu, śródstopia i palców).

Miednica tworzy pierścień kostny zamykający tułów od dołu i jest mocno połączona z kością krzyżową (ryc. 111, s. 122). W miejscu styku trzech kości miednicy powstaje zagłębienie - pa-newka stawu biodrowego. W staw wsunięta jest głowa masywnej kości udowej. Jej koniec dalszy tworzy powierzchnię stawową dla kości piszczelo-wej. Powstaje w ten sposób staw kolanowy. Współtworzy go także rzepka - niewielka kość związana ścięgnami mięśnia czworogłowego uda i mająca znaczenie w ograniczeniu ruchomości stawu kolanowego.

Kość piszczelowa i nieco mniejsza strzałkowa współtworzą staw skokowy, łączący podudzie ze stopą. Kościec stopy jest znacznie mocniejszy niż dłoni (uwagę zwracają dwie masywne kości stępu: skokowa i piętowa) i ma ograniczoną ruchomość (w tym także paluch nie jest przeciwstawny!).

Ryc. 121. Szkielet kończyny dolnej prawej

obojczyk topatka

kość ramienna

kość promieniowa kość łokciowa

kości nadgarstka kości śródręcza paliczki

KOŚĆ MIEDNICZNĄ

rzepka

kość piszczelowa kość strzałkowa

kości stępu kości śródstopia paliczki

kość biodrowa

kość udowa

128

9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

9.2. Budowa i rola części czynnej układu ruchu Układ mięśniowy człowieka składa się z ponad 450 mięśni.

W ciele człowieka mięśnie szkieletowe stanowią przeciętnie 40% ma-sy całego ciała. Typowy mięsień szkieletowy zbudowany jest z brzuśca oraz ścięgien. Brzusiec jest skupieniem włókien mięśniowych. Ma czer-wone zabarwienie ze względu na obecność barwnika - mioglobiny (o po-dobnej budowie do hemoglobiny). Większość mięśni ma jeden brzusiec, na przykład mięsień pośladkowy i prostownik palucha, niektóre mają ich jednak więcej, jak choćby mięsień dwugłowy ramienia (ryc. 122) czy czworogłowy uda.

Zbudowane z tkanki łącznej włóknistej ścięgna umożliwiają silne przymocowanie mięśni do kości. Jak już wspomniano, mięśnie szkieleto-we są dobrze unaczynione (szczególnie mięśnie kończyn, mięśnie żu-chwy) i silnie unerwione (szczególnie mięśnie umożliwiające ruchy ma-nipulacyjne ręki).

budowa mięśnia szkieletowego

i ścięgna

Ryc. 122. Antagonizm pracy zginaczy i prostowników na przykładzie mięśni ramienia uczestniczących w zgi-naniu i prostowaniu stawu łokciowego: A-zginanie, B - prostowanie

skurcz mięśnia trójgłowego ramienia

A

ścięgno

brzuśce

skurcz mięśnia dwugłowego ramienia

rozkurcz mięśnia trójgłowego

rozkurcz mięśnia dwugłowego ramienia

Mięśnie mają zdolność do aktywnego kurczenia się, ale ich rozkurcz jest aktem biernym. Zwykle więc rozciągnięcie skurczonego mięśnia szkieletowego będzie wymagało skurczu innego mięśnia - działającego antagonistycznie*. Dlatego w muskulaturze możemy wyróżnić dwie gru-py czynnościowe mięśni: zginacze i prostowniki (w innych przypadkach są to przywodziciele i odwodziciele; ryc. 122). W rzeczywistości podczas ruchu pracują oba mięśnie antagonistyczne, jednak jeden kurczy się sil-niej, drugi zaś wyraźnie słabiej. Przez takie nieznaczne hamowanie ruch staje się bardziej płynny.

Mięśnie wykonujące tę samą czynność nazywamy synergistycznymi, na przykład mięśnie międzyżebrowe umożliwiające wdechy czy mięśnie tułowia biorące udział w jego zginaniu.

Grupy czynnościo-we mięśni:

zginacze prostowniki

' Rozkurcz może być też wywołany na przykład siłą grawitacji albo sprężystością szkieletu.

129

Organizm cz łowieka jako z integrowana ca iość

niektóre mięśnie szkieletowe

m. skroniowy

m. żwacz m. mostkowo--obojczykowo -sutkowy

m. piersiowy większy

m. prosty brzucha

Spośród mięśni głowy zwrócimy jedynie uwagę na mięśnie żuciowe (m.in. mięsień żwacz i mięsień skroniowy) oraz mięśnie mimiczne (m.in. mięsień okrężny oka, umożliwiający zaciskanie powiek i mięsień okrężny ust, zwie-rający wargi; ryc. 123 i 124).

W szyi uwagę zwraca mięsień mostkowo-obojczykowo-sutkowy uczest-niczący w ruchach głowy. Do mięśni tułowia zaliczamy między innymi:

mięsień piersiowy większy (przy-wodzący i opuszczający ramię), mięśnie międzyżebrowe zewnętrz-ne (unoszące żebra podczas wde-chu), mięsień prosty brzucha (umożliwiający zginanie tułowia do przodu). Po stronie grzbietowej położony jest między innymi mię-sień najszerszy grzbietu (kierujący i opuszczający ramię do tyłu). Do mięśni głębokich tułowia zalicza się przeponę - najsilniejszy mięsień wdechowy (ryc. 52, s. 57).

m. okrężny oka m. okrężny ust

m. naramienny

m. dwugłowy ramienia

Ryc. 123. Mięśnie cztowieka od przodu (niektóre mięśnie okolic brzucha i barków odsłonięto; kończyn dolnych - częściowo pominięto).

W ruchach kończyny górnej ważną rolę odgrywa mięsień nara-mienny (odwodzący ramię do góry do poziomu stawu ramiennego), mięsień dwugłowy ramienia (tak zwany biceps). W muskulaturze kończyny dolnej warto zwrócić uwagę na mięsień pośladkowy wielki (prostujący udo w stawie biodrowym), mięsień czworogłowy uda (uczestniczący w zginaniu uda w stawie biodrowym i prostowaniu go w stawie kolanowym) oraz mię-sień brzuchaty łydki (biorący udział w zginaniu kolana i stopy).

Ryc. 124. Mięśnie człowieka od tyłu (koń-czyny dolne pominięto, część mięśni okoli-cy barku odsłonięto).

m. skroniowy

m. grzbietu

m. trójgtowy ramienia

m. czworoboczny

m. naramienny

130

9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

ROZKURCZ prążek jasny prążek ciemny r ~\r

Mięśnie kurczą się pod wpływem impulsu nerwowego. Podstawą skracania się każdego mięśnia poprzecznie prążkowanego

jest skurcz miofibryli we włóknach mięśniowych, podczas którego fila-menty cienkie wsuwają się między filamenty grube (ryc. 125).

Aby filamenty mogły wsunąć się między siebie, niezbędna jest energia. Bezpośrednim jej źródłem jest hydro-liza ATP do ADP (ryc. 126). Zapas ATP w mięśniach starcza zaledwie na ułamek sekundy. Podtrzymanie kur-czenia się mięśni wymaga więc na-tychmiastowego „doładowania" ener-gii. Dostarcza jej zmodyfikowany aminokwas - fosfokreatyna. Dzięki niej przez kilka sekund możliwe jest błyskawiczne odtwarzanie ATP. Jed-nocześnie uruchomiony zostaje pro-ces utleniania glukozy w mięśniach (najpierw beztlenowo do pirogronia-nu i potem tlenowo do C 0 2 i H 2 0 ) . Przemianom tym towarzyszy synte-za licznych cząsteczek ATP (por. rozdz. 3). Ten zapas energii starcza sza-cunkowo na przykład na kilkanaście minut biegu. Jeśli wysiłek mięśni trwa dłużej, to organizm sięga do rezerw w postaci glikogenu (w mię-śniach i wątrobie) oraz tłuszczów (głównie w tkance tłuszczowej).

SKURCZ filamenty grube

\

, filamenty 'cienkie

Ryc. 125. Ilustracja utożenia filamentów podczas rozkur-czu i skurczu miofibryli

I miozyna w obecności ^ jonów Ca 2 +

( i ) ATP * ADP + Pi + energia (2) fosfokreatyna + ADP 1

^ ® glukoza + ADP + Pi *

4- @ pirogronian + ADP + Pi + 02-

kreatyna + ATP

pirogronian + ATP

(utamek sekundy)

(do 2.-4 sekund)

(do 2-3 minut)

C 0 2 + H 2 0 + ATP (do kilkunastu minut)

a_ o s o

z O S o 2 o cc 1- o

1 @ glikogen + H 2 0

© ttuszcze + H 2 0

glukoza

glicerol + kwasy tłuszczowe

(do 25-40 minut)

(teoretycznie nawet do kilkudziesięciu godzin)

<e

S i cc < glukoza + ADP + Pi kwas mlekowy + ATP

Ryc. 126. Przemiany biochemiczne zachodzące podczas długotrwałej pracy mięśnia

Rozkład glikogenu prowadzi do powstania glukozy, która jest następ-nie utleniana. Ta rezerwa starcza na przykład na około pół godziny in-tensywnego biegu. Dopiero wówczas uruchamiane są rezerwy z tkanki tłuszczowej. Niestety, wielu młodym ludziom wysiłek fizyczny sprawia

131

Organizm człowieka jako z integrowana caiość

trudność, nieliczni są zdolni biec przez kilkadziesiąt minut lub dłużej (ryc. 127). Podstawowym powodem jest niedostateczna dbałość o kondy-cję. U osób prowadzących mało ruchliwy tryb życia wydolność układu oddechowego i krążenia są zbyt małe, aby zaopatrzyć pracujące inten-sywnie mięśnie w odpowiednią ilość tlenu. Podczas ćwiczeń u takich osób szybko narasta tak zwany dług tlenowy i mięśnie nie mogą „spalać" glukozy lub kwasów tłuszczowych w mitochondriach. Przeprowadzają więc beztlenowy rozkład glukozy do pirogronianu i dalej do kwasu mle-

kowego. Ten ostatni w większym stężeniu zakłóca funkcjonowanie włókien mięśnio-wych. Mięśnie szkieletowe stają się słab-sze, sztywne, a ich ruch sprawia ból (spor-towcy mówią o zakwaszeniu mięśni). Kwas mlekowy zostaje rozłożony dopiero po kil-kudziesięciu godzinach od ustania wysiłku!

Ryc. 127. Uliczne biegi dtugie są organizowane tak-że w Polsce.

9.3. Sprawność fizyczna i higiena układu narządów ruchu l ruch i zdrowie We współczesnych krajach rozwiniętych aktywność ruchowa obywate-

li zmniejsza się coraz bardziej. Jest to bardzo niekorzystne zjawisko, gdyż gatunek ludzki od początku swego istnienia cechował się dużą sprawno-ścią fizyczną. Ruch jest więc naturalną czynnością potrzebną do tego, aby nasze ciało funkcjonowało dobrze. Dlatego powinniśmy zachować równowagę: nie przejadać się, ale i nie odchudzać, a przede wszystkim rozpocząć regularne uprawianie ćwiczeń fizycznych (treningi). W ten sposób można poprawić funkcjonowanie nie tylko mięśni i stawów, ale także serca, płuc oraz mózgu.

Każdorazowo ćwiczenia powinny być poprzedzone odpowiednią rozgrzewką. Pozwoli to na harmonijne rozluźnienie zesztywniałych mięśni oraz stawów, popra-wi krążenie i umożliwi odpowiednią koncentrację. Do-brze przeprowadzona rozgrzewka powinna objąć roz-ciąganie różnych partii mięśni i wyginanie stawów kończyn, tułowia oraz szyi. Na początek poproś o po-moc na przykład nauczyciela wychowania fizycznego lub lekarza sportowego. Oni doradzą ci nie tylko, jak przeprowadzić rozgrzewkę, ale także pomogą ocenić sprawność fizyczną. Przedstawią także wady oraz zalety danej formy aktywności fizycznej (ryc. 128).

Ryc. 128. Jedna z nowoczesnych form aktywności fizycznej - marsz w specjalnym zbiorniku wodnym pozwala w kontrolowany sposób szybko zwiększać natężenie wysitku.

132

9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

Przejażdżka rowerem w weekend, jogging po szkole czy częste wyprawy na basen powinny stać się elementem naszego stylu życia.

Jednym ze wskaźników stanu sprawności fizycznej może być reakcja serca na wzmożony wysiłek fizyczny. Przyjmijmy teraz, że tętno wysiłkowe szesnastolatka osiągnęło wartość 150 uderzeń na minutę. Jest to wartość ak-ceptowalna, ale niewiele mówi o sprawności tej osoby. Znacznie więcej infor-macji dostarcza ocena tempa dochodzenia do tętna spoczynkowego mierzo-na za pomocą wzoru:

wskaźnik tempa = maksymalne tętno wys i łkowe - tętno w 90 sekund po ustaniu wysi łku maksymalne tętno wys i łkowe

x 100%

Jeżeli na przykład po 90 sekundach od wysiłku tętno osoby ćwiczącej spa-dło do 110 uderzeń na minutę, to wartość przyjętego wskaźnika wyniesie:

wskaźnik tempa = 1 5 0 - 1 1 0 x 100% = 26 ,6 % 150

wskaźnik tempa dochodzenia do tętna spoczynko-wego po wzmo-żonym wysiłku

Wynik ten świadczy o dość dobrej sprawności tej młodej osoby. Jeśli jednak wskaźnik tempa wyniesie 15-20% lub jeszcze mniej, to przed roz-poczęciem ćwiczeń koniecznie trzeba się skontaktować z lekarzem.

Warto przy okazji zwrócić uwagę, że wysiłek fizyczny oznacza wzmo-żone zużycie energii (ryc. 129). Siłą rzeczy osoby regularnie uprawiające ćwiczenia fizyczne mogą po prostu więcej zjeść! Nie zapominajmy jed-nak, że 100 kcal zużywamy podczas około 30 minut spaceru, 10 minut biegu, 12 minut pływania albo 28 minut jazdy na rowerze. Jeśli więc tre-ning ma pomóc w utrzymaniu prawidłowej masy ciała szczególnie godne polecenia są regularne długie biegi, pływanie (najlepiej na obiektach strzeżonych) lub długa jazda na rowerze. Pamiętać przy tym należy, że najlepsze efekty osiąga się, wykonując ćwiczenia aerobowe, czyli takie, w których mięśnie pracują w warunkach tlenowych (por. wyżej).

wysiłek fizyczny a zużycie energii

chód (marsz) bieg (np. jogging) jazda na rowerze

badminton pływanie

—i 1 1 1— 400 500 600 700 zużycie energii w ciągu 45 min

średnie jajko (50 g)—» 80 bułka pszenna (50 g)—>163 chipsy (90 g)—• 400-450 pasztetowa (50 g) —- 345 szarlotka (80 g )—222 łyżka majonezu (20 g)—-143 pączek (50 g) —189 keks owocowy (50 g)—-194

Ryc. 129. Wysiłek oznacza zużycie energii (wartość w kcal).

Wokół nas najczęściej funkcjonują liczne kluby sportowe, ośrodki od-nowy biologicznej czy też baseny dające wiele możliwości uprawiania ćwi-czeń fizycznych. Jednak nawet, gdy nie ma ich w pobliżu lub nie dysponu-jemy czasem i dużymi możliwościami finansowymi, możemy dobrać ćwiczenia fizyczne pasujące do naszego wieku, płci i upodobań. Wielu młodych ludzi lubi uprawiać (także amatorsko) gry zespołowe, takie jak

133

Organizm człowieka jako zintegrowana caiość

piłka nożna czy koszykówka. Inni wolą sporty indywidualne, jak lekko-atletyka, pływanie, badminton czy tenis albo kręgle. Ćwiczenia sprawno-ściowe można wykonywać zarówno w siłowni, jak i na sali gimnastycznej.

W każdym wypadku największym wrogiem ćwiczeń fizycznych są brak satysfakcji i nuda. Między innymi dlatego wiele osób uprawia gimnasty-kę przy muzyce i w kilkuosobowych grupach (np. aerobik). Bywalcy ośrodków odnowy biologicznej korzystają z bieżni elektrycznych usta-wionych naprzeciw ekranów symulujących bieg itd.

Aktywność ruchowa może być przyczyną kontuzji. Przemęczenie i kontuzje zdarzają się nie tylko w sporcie wyczynowym.

Warto więc pamiętać o profilaktyce obejmującej między innymi wspo-mnianą już odpowiednią rozgrzewkę oraz właściwy ubiór (także ochron-ny). Na przykład dla maratończyków szczególnie ważne jest obuwie (jego podeszwy powinny być sprężyste, gdyż chroni to kręgosłup i kościec sto-py przed nadmiernymi wstrząsami). W boksie amatorskim wymagane są kaski ochronne, ochraniacze dziąseł i oczywiście odpowiednie rękawice,

ryzyko urazów Dla amatorów sporty związane ze stale powtarzającymi się czynno-' kontuzi' ściami ruchowymi (chód, bieganie, pływanie, jazda na rowerze) nie stwa-

rzają większych zagrożeń (pomijamy tu wypadki). Znacznie większe jest ryzyko kontuzji w wypadku dyscyplin, w których wykonuje się dynamicz-ne ruchy zmienne (np. piłka nożna, piłka koszykowa, hokej, rugby, nar-ciarstwo zjazdowe). Są to często dyscypliny kontaktowe i (lub) wykorzy-stuje się w nich twarde przedmioty, na przykład opatrzone tak zwanymi korkami buty piłkarskie lub narty i ich wiązania.

Do częstych kontuzji należy zaliczyć naciągnięcia i stłuczenia mięśni, zerwanie ścięgien, skręcenia i zwichnięcia stawów oraz złamania kości. Wówczas szczególnie ważna jest właściwa diagnoza i pierwsza pomoc.

Czy wiesz że...

ścięgno Achillesa

W sporcie prawie co czwarta kontuzja dotyczy kolana (uszko-dzenie więzadeł kolanowych, łą-kotki). Co siódma kontuzja za-chodzi w obrębie łydki i stawu skokowego (uszkodzenia mię-śnia brzuchatego łydki lub ze-rwanie ścięgna Achillesa).

mięsień brzuchaty

rzepka tąkotka

więzadta kolanowe

Udzielanie pierwszej pomocy naprawdę warto rzetelnie przećwiczyć na lekcjach przysposobienia obronnego. W lżejszych przypadkach może wy-

134

9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

starczyć na przykład kompres lub bandaż oraz wypoczynek. W przypad-kach cięższych, takich jak zerwanie mięśnia czworogłowego uda, ścięgna Achillesa, zwichnięcie stawu barkowego, uszkodzenie kolana czy złama-nie kości udowej, wymagana jest hospitalizacja i niekiedy długa rekonwa-lescencja.

Zmorą sportu, nie tylko wyczynowego, jest doping.

Ryc. 130. Harmonijnego rozwoju mięśni ciata nie wol-no osiągać za wszelką cenę.

Znamy przyczyny wielu chorób układu szkieletowego. Jednymi z większych problemów zdrowotnych współczesnych społe-

czeństw są: wady postawy (m.in. skolioza, płaskostopie) oraz choroby układu szkieletowego, w tym krzywica, reumatyzm i osteoporoza. Sko-lioza, czyli boczne skrzywienie kręgosłupa, rozwija się w wieku dziecię-cym i młodzieńczym. Często jej przyczyną jest jednostronne obciążenie barku i zła postawa siedząca. Noszenie nieprawidłowego obuwia może być przyczyną płaskostopia. Utrudnia ono chodzenie i wywołuje ból stóp oraz kręgosłupa.

Jeśli przez doping rozumiemy zagrzewanie okrzykami zawodników do osiągnięcia lepszych wyników, to jest on jednym z najwspanialszych aspektów sportu. Jeśli jednak doping oznacza sięganie po niedozwolone środki farmakologiczne, zwiększające sztucznie wydolność organizmu, to mamy do czynienia z największym wrogiem szlachetnych olimpijskich idei sportowych. W sporcie wyczynowym stosowanie sztucznego dopin-gu wynika często z chęci osiągnięcia wysokich lokat za wszelką cenę. Przykładem mogą być niedawne Zimowe Igrzyska Olimpijskie w Salt Lake City (USA, 2002 r.). Przeprowadzone tam badania wykazały stoso-wanie na przykład syntetycznej erytropoetyny - środka zwiększającego gęstość i wydolność tlenową krwi przez niektórych narciarzy i biegaczy.

Po niebezpieczne dla zdrowia i niedozwolone środki farmakologicz-ne sięgają nie tylko sportowcy wyczynowi, ale także amatorzy. Na przy-kład chłopcy zafascynowani kulturystyką potajemnie kupują sterydy anaboliczne zwiększające masę mięśniową. Przyjmowanie tych i innych substancji dopingujących prowadzi jednak do zaburzenia homeostazy, często do poważnych schorzeń wątroby, serca i stawów, a niekiedy na-wet do nagiej śmierci! Warto więc się zasta-nowić, czy wynik sportowy lub wygląd bicep-sów uzasadniają tak wysoki poziom ryzyka (ryc. 130).

doping i środki dopingujące

wptyw środków anabolicznych

135

Organizm człowieka jako zintegrowana caiość

reumatyzm Poważną chorobą układu szkieletowego jest reumatoidalne zapalenie stawów (popularnie zwane reumatyzmem). Przyczyny tej choroby nie są jeszcze dobrze rozpoznane. Wiadomo natomiast, że choroba się rozwija, ponieważ niektóre komórki odpornościowe „omyłkowo" atakują własne błony maziowe. Powstają wówczas zaczerwienienia i bolesne obrzęki sta-wów. Niekiedy dochodzi nawet do deformacji. Leczenie reumatologicz-nego zapalenia stawów jest trudne, ale istnieją już środki farmakologicz-ne zmniejszające dolegliwości i cofające rozwój choroby,

osteoporoza Osteoporoza, czyli zrzeszotnienie kości, polega na przewadze procesów utraty kości nad procesami regeneracyjnymi. Charakterystyczna dla osteoporozy jest demineralizacja powodująca, że kości stają się słabe i ła-two się łamią. Przyczyną osteoporozy może być znaczny niedobór składni-ków mineralnych w diecie (głównie wapnia), brak aktywności fizycznej i zmiany hormonalne związane ze starzeniem się. Na osteoporozę częściej cierpią kobiety w starszym wieku (po klimakterium, gdy wyraźnie spada poziom estrogenów). Ruch, odpowiednia dieta, a niekiedy także zastępcza terapia hormonalna mogą zahamować rozwój osteoporozy.

Podsumowanie

1. Układ narządów ruchu składa się z układu mięśniowego oraz układu szkieletowego. 2. W szkielecie człowieka elementy zestawione są w funkcjonalną całość dzięki połącze-

niom ścisłym oraz ruchomym (stawom). 3. W muskulaturze człowieka można wyróżnić grupy mięśni pracujących antagonistycznie

(zginacze i prostowniki). 4. Praca mięśni wymaga dostarczenia dużych ilości energii. Jej źródłem są przemiany bio-

chemiczne (oddychanie tlenowe i beztlenowe). W warunkach beztlenowych szybko do-chodzi do zakwaszenia mięśni.

5. Wysoka sprawność fizyczna jest jednym z warunków zachowania zdrowia, nawet w po-deszłym wieku.

Ćwiczenia

1. Badanie działania ścięgien. I. Materiały: stopa kurczęcia, szczypce lub kombinerki. II. Wykonanie:

a) odetnij skórę wokół kurzej nogi, tak aby odsłonić białe, nieco przypominające sznurek, ścięgna;

b) uchwyć szczypcami (kombinerkami) oddzielnie wierzchnie, a potem spodnie ścię-gna i pociągaj je najpierw delikatnie, potem coraz mocniej, aż wreszcie szarpnij tak, aby je zerwać;

c) zapisz wynik obserwacji i wyciągnij wniosek. 2. Szacunkowy pomiar grubości mięśni szkieletowych.

a) Zmierz w najgrubszym miejscu obwód wyprostowanego ramienia kolegi.

136

9. Uktad ruchu - przemieszczanie się

b) Powtórz pomiar w tym samym miejscu mięśnia, w sytuacji, gdy kolega zegnie ramię (możesz go poprosić, aby dodatkowo napiął mięsień).

c) Porównaj otrzymane wyniki, wyciągnij wniosek i zapisz go. 3. Wykorzystując dostępne materiały (np. karton, drewienka, zawiasy meblowe, gąbkę,

gumki recepturki itp.), zbuduj model stawu: a) łokciowego, b) biodrowego, c) występującego w kręgosłupie pomiędzy kręgami.

4. Nazwij kości kończyn wolnych górnej i dolnej, pokazując je na modelu szkieletu lub (jeśli nim nie dysponujesz) na schematach obok.

a) Znajdź analogie w budowie szkieletu koń-czyn górnych i dolnych.

b) Zapisz parami nazwy „analogicznych" kości lub grup kości.

5. Na modelu szkieletu (lub na sobie) pokaż i na-zwij kości, które pod względem kształtu zalicza się do: a) kości długich, b) kości płaskich, c) kości różnokształtnych.

6. Ustaw kolegę na środku klasy profilem do po-zostałych uczniów.

a) Pokaż na jego kręgosłupie naturalne krzywizny: kifozy i lordozy. b) Nazwij odcinki kręgosłupa, w których występują te krzywizny. c) Wyjaśnij różnicę między krzywizną fizjologiczną i patologicznym

skrzywieniem kręgosłupa.

Polecenia kontrolne

1. Połącz prawidłowo w pary rodzaje stawów i przykładowe stawy: Rodzaje stawów Przykładowe stawy I. staw panewkowy A. staw promienno-nadgarstkowy II. staw siodełkowaty B. staw nadgarstkowo-śródręczny kciuka III. staw zawiasowy C. staw biodrowy IV. staw eliptyczny D. staw barkowy

E. staw łokciowy F. staw skokowy

2. Wymień trzy funkcje układu szkieletowego. 3. Określ jednym zdaniem funkcję poszczególnych elementów budujących kość:

a) okostna, b) beleczki kostne, c) istota zbita, d) szpik kostny czerwony.

4. Podaj, jaki wpływ ma dieta, szczególnie w okresie niemowlęcym i dziecięcym, na stan układu szkieletowego. Uzasadnij swoją odpowiedź.

137