9. Układ ruchu - przemieszczanie się

Transkrypt

1 9. Układ ruchu - przemieszczanie się Jedną z najbardziej uniwersalnych cech istot żywych - ruch - można dostrzec zarówno wewnątrz organizmu człowieka, jak i na zewnątrz. Wewnątrz obserwujemy ruch pojedynczych komórek (np. liczne białe krwinki przemieszczające się ruchem pelzakowatym). Także w obrębie samych komórek poruszają się pewne elementy (np. cytoplazma). Natomiast patrząc na człowieka z zewnątrz, widzimy makroskopowo efekty pracy układu 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 zdolnością 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 lokomocyjne); - zmieniać ułożenie części ciała względem siebie, na przykład zgiąć rękę lub nachylić głowę; - utrzymać odpowiednią postawę ciała, co ma dla nas szczególne znaczenie, ponieważ jesteśmy istotami dwunożnymi; - znacznie osłabiać skutki działania różnego rodzaju przeciążeń, na przykład w trakcie wykonywania gwałtownych ruchów. O złożoności budowy i funkcji układu narządów ruchu człowieka mogą świadczyć problemy ze skonstruowaniem w pełni funkcjonalnych robotów (udoskonalaniem robotów zajmuje się jeden z działów nowej dziedziny wiedzy - mechanotroniki; ryc. 109). I ruch Ryc Roboty najnowszej generacji składają się nie tylko z elementów mechanicznych, ale także elektronicznych Budowa i rola części biernej układu ruchu Szkielet dorosłego człowieka składa się z około 200. Podstawowym materiałem budulcowym szkieletu człowieka jest tkanka kostna oraz w mniejszym stopniu chrzęstna. Ze względu na budowę zewnętrzną podzielono na kilka grup (ryc. 110, s. 112). Pierwszą stanowią długie (długość wyraźnie przewyższa ich szero i grubość). W ich budowie wyróżnia się sztywny trzon oraz nieco bardziej sprężyste nasady (bliższą i dalszą). Przykładem długich są: ramienna, łokciowa, promieniowa, udowa, piszczelowa i strzałkowa. Kości długie występują więc przede wszystkim w kończynach. Drugą grupę stanowią płaskie (długość i szero znacznie przekraczają ich grubość), na przykład sklepienia mózgoczaszki i łopatka. Tego rodzaju pełnią przede wszystkim funkcje ochronne i krwiotwórcze. Kości: długie płaskie krótkie różnoksztattne 121

2 Organizm człowieka jako zintegrowana caiość I wzrost W ach krótkich wszystkie trzy wymiary są podobne. Do tej grupy należą liczne nadgarstka oraz stępu. Kości o najbardziej nieregularnym kształcie, na przykład żuchwę, podniebienne czy kręgi, zalicza się do różnoksztaitnych. W ach długich do roku życia człowieka występuje chrząstka nasadowa - to właśnie jej wzrost jest przyczyną intensywnego rośnięcia podczas tak zwanego skoku pokwitaniowego. Po zakończeniu wzrostu (średnio około roku życia, w zależności od płci i predyspozycji genetycznych) chrząstki nasadowe ulegają skostnieniu. nasada powierzchnia stawowa wyrostek kruczy barkowy trzon okostna powierzchnia stawowa łuk kręgowy nasada powierzchnia stawowa podniebienna otwór kręgowy trzon kręgu Ryc Budowa zewnętrzna : A-długich (ramienna), B - płaskich (łopatka), C - krótkich ( stępu) oraz D - różnokształtnych ( podniebienna i kręg lędźwiowy) ( połączenia elementów szkieletu Jedna funkcjonalna całość utworzona z licznych wymaga istnienia różnych rodzajów połączeń. Tam, gdzie zachodzi potrzeba wzmocnienia większego fragmentu szkieletu, powstają połączenia ścisłe (ryc. 111). Cechuje je mała ruchomość, a często wręcz zupełny jej brak. Miejsca styku spajane są różnymi rodzajami tkanki łącznej, na przykład szwy w czaszce i zęby w zębodołach - tkanką łączną włóknistą*, a żebra z mostkiem - tkanką chrzęstną. spojenie tonowe zrośnięte kręgi krzyżowe Ryc Ścisłe połączenia elementów szkieletu w okolicy miednicy W tych miejscach, gdzie elementy szkieletu powinny zmieniać położenie względem siebie, funkcjonują połączenia ruchome - stawy (ryc. 112). W stawach (tak jak w łożyskach wielu maszyn) największym problemem jest tarcie. Dlatego powierzchnie stawowe pokryte są bardzo odporną na "jednak szwy z wiekiem kostnieją. 122

3 ścieranie chrząstką szklistą. Niewielka przestrzeń między mi - jama stawowa - wypełniona jest biologicznym środkiem zmniejszającym tarcie, czyli mazią stawową (zawierającą bardzo dużo tłuszczowców). Wydostawaniu się mazi stawowej, wnikaniu zanieczyszczeń oraz nadmiernemu rozsuwaniu zapobiega mocna, łącznotkankowa torebka stawowa (jej wewnętrzna błona maziowa wydziela maź stawową). Poszczególne stawy różnią się zadaniami biologicznymi, a więc mają odmienną budowę i ruchomość (ryc. 113). Na wykona- więzadta nie ruchów we wszystkich płaszczyznach pozwalają stawy wieloosiowe, na przykład kuliście uformowane stawy: barkowy oraz biodrowy. Ryc Schemat budowy wewnętrznej prawego stawu biodrowego trzon udowej Mniejsza ruchomość jest cechą stawów dwuosiowych, na przykład siodełkowo ukształtowana powierzchnia stawu nadgarstkowo-śródręcznego kciuka pozwala na jego ruchy w dwóch płaszczyznach. Stawy jednoosiowe umożliwiają ruch tylko w jednej płaszczyźnie. Przykładem może być zawiasowy staw ramienno-łokciowy czy też (z pewnymi zastrzeżeniami) staw obrotowy między najwyższymi kręgami kręgosłupa. budowa stawu panewka miednicznej jama stawu biodrowego torebka stawowa koniec bliższy ov -. T ' (głowa) udowej c< łokciowa promieniowa nadgarstka łopatka ramienna ramienna dźwigacz promieniowa obrotnik łokciowa Ryc Przykłady stawów w szkielecie człowieka: A - kulisty (staw barkowy), B - siodełkowy (staw nadgarstkowo-śródręczny kciuka), C - zawiasowy (staw ramienno-łokciowy), D - obrotowy (między pierwszym i drugim kręgiem szyjnym) 123

4 Organizm człowieka jako zintegrowana caiość Szkielet człowieka można podzielić na dwie części. Pierwszą część stanowi szkielet osiowy (ryc. 114). W jego skład wchodzą: czaszka, kręgosłup oraz żebra i mostek. Drugą część stanowi szkielet kończyn górnych oraz dolnych wraz z ich obręczami. czaszka obojczyk łopatka mostek ramienna żebra kręgosłup łokciowa promieniowa nadgarstka śródręcza palców miedniczna udowa wiesz, że... Liczba kręgów szyjnych człowieka, żyrafy, psa i prawie wszystkich innych ssaków jest taka sama. Sprawdź, jaką wyso osiągają żyrafy i spróbuj oszacować, jaka musi być średnia wyso pojedynczego kręgu szyjnego żyrafy. piszczelowa strzałkowa stępu śródstopia palców Ryc Szkielet człowieka od przodu - widok ogólny 124

5 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 ochronę mózgowia. Druga otacza początkowe odcinki dróg pokarmowych i oddechowych oraz chroni takie ważne narządy zmysłów, jak na przykład wzroku, węchu czy smaku. Mózgoczaszkę współtworzą między innymi widoczne z zewnątrz : czołowa, dwie ciemieniowe, dwie skroniowe oraz potyliczna. Kość czołowa chroni od przodu mózgowie, a także współtworzy oczodoły. Czaszka: mózgoczaszka trzewioczaszka czotowa ITRZEWIOCZASZKA] nosowa jarzmowa ciemieniowa skroniowa potyliczna szczęka żuchwa staw żuchwowy Ryc Czaszka człowieka: A - od przodu, B - od strony lewej w rzucie ukośnym Kości skroniowe osłaniają mózgowie po bokach, a ponadto w nich znajdują się najważniejsze elementy narządu słuchu i równowagi. W podstawnej części potylicznej znajduje się otwór potyliczny wielki, łączący jamę mózgoczaszki z kanałem kręgowym kręgosłupa. W skład części trzewnej czaszki wchodzą między innymi po dwie : szczękowe, nosowe, jarzmowe, a także podniebienne. Jedynym ruchomym elementem całej czaszki człowieka jest żuchwa (ryc. 116). W żuchwie wyróżnia się masywny trzon, od którego do tyłu odchodzą symetrycznie gałęzie żuchwy. Ich końce współtworzą z mi skroniowymi mocny staw żuchwowo-skroniowy. powierzchnia trzon żuchwy & żuchwy Ryc Element trzewioczaszki - żuchwa (widziana z boku) 125

6 Organizm cztowieka jako zintegrowana catość odcinki kręgosłupa W kręgosłupie człowieka wyróżnia się pięć odcinków. Kręgosłup zbudowany jest z kręgów (ryc. 117). Odcinek szyjny zbudowany jest z 7 kręgów, piersiowy z 12, lędźwiowy z 5, natomiast krzyżowy z 5 kręgów zrośniętych w mocną krzyżową. W skład ostatniego odcinka - guzicznego (ogonowego) wchodzi 4-5 kręgów zrośniętych w guziczną. Różna liczba kręgów u poszczególnych ludzi jest normalnym przejawem 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 kręgowe. Od strony czaszki dźwigacz tworzy powierzchnie stawowe umożliwiające potakujące ruchy głowy, natomiast z obrotnikiem tworzy połączenie stawowe umożliwiające przeczące ruchy głowy. Pozostałe kręgi odcinka 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 odznaczają się bardzo masywną budową. odcinek guziczny Ryc Kręgosłup dorosłego człowieka: A-z lewej strony, B - ukośnie od przodu. Zwróć uwagę na wygięcia: 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 uformowaniu 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 stopniowo przybiera esowaty kształt (ryc. 117 A). Odcinki szyjny i lędźwiowy mają wypukłości skierowane do przodu (lordozy), a piersiowy i krzyżowy - do tyłu (kifozy). krążek międzykręgowy Ryc Ustawienie dwóch kręgów Pomiędzy trzonami kolejnych kręgów występują chrzęstne krążki międzykręgowe, tak zwane dyski. Ich podstawowym zadaniem jest amortyzowanie wstrząsów. Wysunięcie się krążka, popularnie, lecz nieprawidłowo zwane dyskopatią*, jest bardzo bolesne i bezwzględnie wymaga konsultacji z lekarzem. Przestrzeń pomiędzy trzonami a łukami kręgowymi kolejnych kręgów tworzy kanał kręgowy otaczający rdzeń kręgowy. 126 * W medycynie dyskopatia to zwyrodnienie krążka.

7 Poszczególne kręgi zachowują jedynie niewielką ruchomość w stosunku do kręgów, z którymi bezpośrednio sąsiadują (wyjątkiem są kręgi szyjne). 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. Klatkę piersiową tworzą kręgi piersiowe kręgosłupa (12), żebra (12 par) oraz mostek (ryc. 119). Razem tworzą one mocną, ale lekką i sprężystą osłonę płuc oraz serca, pozwalającą jednocześnie na wykonywanie wdechów i wydechów. Przednie, chrzęstne części pierwszych 7 par żeber zrośnięte są bezpośrednio ze spłaszczonym mostkiem - nazywamy je żebrami prawdziwymi. Chrzęstne części trzech kolejnych par zrastają się z chrząstkami żeber położonych wyżej - nazwano je więc umownie żebrami rzekomymi. Ostatnie dwie pary żeber są niezrośnięte z mostkiem (żebra wolne). panewka stawu barkowego łopatka obojczyk mostek Klatka piersiowa: - kręgi piersiowe żebra mostek żebra prawdziwe żebra rzekome Ryc Klatka piersiowa człowieka w rzucie ukośnym Konstrukcja szkieletu kończyny górnej zapewnia jej bardzo dużą ruchomość. W skład szkieletu każdej z kończyn górnych wchodzą obręczy górnej - łopatka oraz obojczyk i kończyny górnej wolnej: ramienna, dwie przedramienia (łokciowa i promieniowa) oraz ręki (nadgarstka, śródręcza i palców) (ryc. 120, s. 128). Połączenie szkieletu kończyny górnej ze szkieletem osiowym zapewnia obojczyk - łączy łopatkę z mostkiem. Spłaszczona łopatka przylega od tyłu do grzbietowej powierzchni klatki piersiowej. Kość ta tworzy miejsca przyczepu silnych mięśni kończyny górnej oraz grzbietu. Łopatka ma dość płytkie zagłębienie - panewkę stawu ramiennego. W panewkę tę wchodzi głowa największej kończyny górnej - ramiennej. Koniec dalszy ramiennej tworzy połączenia stawowe z mi: promieniową (leżącą po stronie kciuka - zewnętrznie) i łokciową (leżącą po stronie palca piątego - wewnętrznie). Gdy dłoń człowieka skierowana jest do przodu, przedramienia są względem siebie równoległe. Nawrócenie przedramienia z pozycji odwróconej po- żebra wolne Szkielet kończyny górnej: - obręczy barkowej kończyny górnej 127

8 Organizm człowieka jako zintegrowana caiość obojczyk topatka ramienna promieniowa łokciowa nadgarstka śródręcza paliczki Ryc Szkielet kończyny górnej prawej KOŚĆ MIEDNICZNĄ biodrowa udowa rzepka piszczelowa strzałkowa stępu śródstopia paliczki woduje skrzyżowanie wymienionych (ta ruchomość jest niezbędna w kończynie chwytno- -manipulacyjnej). Ręka składa się z licznych połączonych stawami. Rozpoczyna się nadgarstkiem (dwa szeregi ), dalej jest śródręcze tworzone przez pięć śródręcza, których końce dalsze łączą się stawowo z odpowiednimi paliczkami palców (są dwa paliczki w kciuku i po 3 w każdym z pozostałych palców). Kciuk jest przeciwstawny w stosunku do pozostałych palców, co stanowi kolejne potwierdzenie chwytno-manipulacyjnego charakteru kończyny górnej człowieka. Szkielet kończyny dolnej umożliwia dwunożną lokomocję. Obręcz miedniczną tworzą parzyste : biodrowe, kulszowe, tonowe, które zrośnięte są w pojedynczą miedniczną. Szkielet każdej kończyny dolnej tworzą : udowa, podudzia (piszczelowa i strzałkowa) i stopy (stępu, śródstopia i palców). Miednica tworzy pierścień kostny zamykający tułów od dołu i jest mocno połączona z ą krzyżową (ryc. 111, s. 122). W miejscu styku trzech miednicy powstaje zagłębienie - panewka stawu biodrowego. W staw wsunięta jest głowa masywnej udowej. Jej koniec dalszy tworzy powierzchnię stawową dla piszczelowej. Powstaje w ten sposób staw kolanowy. Współtworzy go także rzepka - niewielka 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 stępu: skokowa i piętowa) i ma ograniczoną ruchomość (w tym także paluch nie jest przeciwstawny!). Ryc Szkielet kończyny dolnej prawej 128

9 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% masy całego ciała. Typowy mięsień szkieletowy zbudowany jest z brzuśca oraz ścięgien. Brzusiec jest skupieniem włókien mięśniowych. Ma czerwone zabarwienie ze względu na obecność barwnika - mioglobiny (o podobnej 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. Jak już wspomniano, mięśnie szkieletowe są dobrze unaczynione (szczególnie mięśnie kończyn, mięśnie żuchwy) i silnie unerwione (szczególnie mięśnie umożliwiające ruchy manipulacyjne ręki). budowa mięśnia szkieletowego i ścięgna A ścięgno brzuśce skurcz mięśnia dwugłowego ramienia rozkurcz mięśnia trójgłowego rozkurcz mięśnia dwugłowego ramienia skurcz mięśnia trójgłowego ramienia Ryc Antagonizm pracy zginaczy i prostowników na przykładzie mięśni ramienia uczestniczących w zginaniu i prostowaniu stawu łokciowego: A-zginanie, B- prostowanie 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 grupy 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 silniej, 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 czynnościowe mięśni: zginacze prostowniki ' Rozkurcz może być też wywołany na przykład siłą grawitacji albo sprężystością szkieletu. 129

10 Organizm człowieka jako zintegrowana caiość 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, zwierający wargi; ryc. 123 i 124). W szyi uwagę zwraca mięsień mostkowo-obojczykowo-sutkowy uczestniczący w ruchach głowy. Do mięśni tułowia zaliczamy między innymi: mięsień piersiowy większy (przywodzący i opuszczający ramię), m. okrężny oka m. okrężny ust m. naramienny m. dwugłowy ramienia mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne (unoszące żebra podczas wdechu), mięsień prosty brzucha (umożliwiający zginanie tułowia do przodu). Po stronie grzbietowej położony jest między innymi mięsień najszerszy grzbietu (kierujący i opuszczający ramię do tyłu). Do mięśni głębokich tułowia zalicza się przeponę - najsilniejszy mięsień wdechowy (ryc. 52, s. 57). Ryc Mięśnie cztowieka od przodu (niektóre mięśnie okolic brzucha i barków odsłonięto; kończyn dolnych - częściowo pominięto). m. skroniowy m. czworoboczny m. naramienny m. grzbietu m. trójgtowy ramienia W ruchach kończyny górnej ważną rolę odgrywa mięsień naramienny (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 mięsień brzuchaty łydki (biorący udział w zginaniu kolana i stopy). Ryc Mięśnie człowieka od tyłu (kończyny dolne pominięto, część mięśni okolicy barku odsłonięto). 130

11 Mięśnie kurczą się pod wpływem impulsu nerwowego. Podstawą skracania się każdego mięśnia poprzecznie prążkowanego jest skurcz miofibryli we włóknach mięśniowych, podczas którego filamenty cienkie wsuwają się między filamenty grube (ryc. 125). ROZKURCZ prążek jasny prążek ciemny r ~\r SKURCZ filamenty grube \ Aby filamenty mogły wsunąć się między siebie, niezbędna jest energia. Bezpośrednim jej źródłem jest hydroliza ATP do ADP (ryc. 126). Zapas ATP w mięśniach starcza zaledwie na ułamek sekundy. Podtrzymanie kurczenia się mięśni wymaga więc natychmiastowego doładowania" energii. Dostarcza jej zmodyfikowany aminokwas - fosfokreatyna. Dzięki niej przez kilka sekund możliwe jest błyskawiczne odtwarzanie ATP. Jednocześnie uruchomiony zostaje proces utleniania glukozy w mięśniach (najpierw beztlenowo do pirogronianu i potem tlenowo do C0 2 i H 2 0). Przemianom tym towarzyszy synteza licznych cząsteczek ATP (por. rozdz. 3). Ten zapas energii starcza szacunkowo na przykład na kilkanaście minut biegu. Jeśli wysiłek mięśni trwa dłużej, to organizm sięga do rezerw w postaci glikogenu (w mięśniach i wątrobie) oraz tłuszczów (głównie w tkance tłuszczowej). I miozyna w obecności ^ jonów Ca 2+ (i) ATP * ADP + Pi + energia (2) fosfokreatyna + ADP 1 ^ glukoza + ADP + Pi * pirogronian + ADP + Pi + 02-, filamenty 'cienkie Ryc Ilustracja utożenia filamentów podczas rozkurczu i skurczu miofibryli kreatyna + ATP pirogronian + ATP (utamek sekundy) (do 2.-4 sekund) (do 2-3 minut) C02 + H20 + ATP (do kilkunastu minut) a_ o s o z O S 2 o cc 1- o glikogen + H20 ttuszcze + H20 1 glukoza glicerol + kwasy tłuszczowe (do minut) (teoretycznie nawet do kilkudziesięciu godzin) Si cc < glukoza + ADP + Pi kwas mlekowy + ATP Ryc Przemiany biochemiczne zachodzące podczas długotrwałej pracy mięśnia Rozkład glikogenu prowadzi do powstania glukozy, która jest następnie utleniana. Ta rezerwa starcza na przykład na około pół godziny intensywnego biegu. Dopiero wówczas uruchamiane są rezerwy z tkanki tłuszczowej. Niestety, wielu młodym ludziom wysiłek fizyczny sprawia 131

12 Organizm człowieka jako zintegrowana caiość trudność, nieliczni są zdolni biec przez kilkadziesiąt minut lub dłużej (ryc. 127). Podstawowym powodem jest niedostateczna dbałość o kondycję. U osób prowadzących mało ruchliwy tryb życia wydolność układu oddechowego i krążenia są zbyt małe, aby zaopatrzyć pracujące intensywnie 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 mlekowego. Ten ostatni w większym stężeniu zakłóca funkcjonowanie włókien mięśniowych. Mięśnie szkieletowe stają się słabsze, sztywne, a ich ruch sprawia ból (sportowcy mówią o zakwaszeniu mięśni). Kwas mlekowy zostaje rozłożony dopiero po kilkudziesięciu godzinach od ustania wysiłku! Ryc Uliczne biegi dtugie są organizowane także w Polsce Sprawność fizyczna i higiena układu narządów ruchu l ruch i zdrowie We współczesnych krajach rozwiniętych aktywność ruchowa obywateli zmniejsza się coraz bardziej. Jest to bardzo niekorzystne zjawisko, gdyż gatunek ludzki od początku swego istnienia cechował się dużą sprawnością 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, poprawi krążenie i umożliwi odpowiednią koncentrację. Dobrze przeprowadzona rozgrzewka powinna objąć rozciąganie różnych partii mięśni i wyginanie stawów kończyn, tułowia oraz szyi. Na początek poproś o pomoc 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 Jedna z nowoczesnych form aktywności fizycznej - marsz w specjalnym zbiorniku wodnym pozwala w kontrolowany sposób szybko zwiększać natężenie wysitku. 132

13 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 akceptowalna, ale niewiele mówi o sprawności tej osoby. Znacznie więcej informacji dostarcza ocena tempa dochodzenia do tętna spoczynkowego mierzona za pomocą wzoru: wskaźnik tempa dochodzenia do tętna spoczynkowego po wzmożonym wysiłku wskaźnik tempa = maksymalne tętno wysiłkowe - tętno w 90 sekund po ustaniu wysiłku maksymalne tętno wysiłkowe x 100% Jeżeli na przykład po 90 sekundach od wysiłku tętno osoby ćwiczącej spadło do 110 uderzeń na minutę, to wartość przyjętego wskaźnika wyniesie: wskaźnik tempa = x 100% = 26,6 % 150 Wynik ten świadczy o dość dobrej sprawności tej młodej osoby. Jeśli jednak wskaźnik tempa wyniesie 15-20% lub jeszcze mniej, to przed rozpoczęciem ćwiczeń koniecznie trzeba się skontaktować z lekarzem. Warto przy okazji zwrócić uwagę, że wysiłek fizyczny oznacza wzmożone zużycie energii (ryc. 129). Siłą rzeczy osoby regularnie uprawiające ćwiczenia fizyczne mogą po prostu więcej zjeść! Nie zapominajmy jednak, że 100 kcal zużywamy podczas około 30 minut spaceru, 10 minut biegu, 12 minut pływania albo 28 minut jazdy na rowerze. Jeśli więc trening 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 zużycie energii w ciągu 45 min średnie jajko (50 g)» 80 bułka pszenna (50 g) >163 chipsy (90 g) pasztetowa (50 g) szarlotka (80 g) 222 łyżka majonezu (20 g) -143 pączek (50 g) 189 keks owocowy (50 g) -194 Ryc Wysiłek oznacza zużycie energii (wartość w kcal). Wokół nas najczęściej funkcjonują liczne kluby sportowe, ośrodki odnowy biologicznej czy też baseny dające wiele możliwości uprawiania ćwiczeń fizycznych. Jednak nawet, gdy nie ma ich w pobliżu lub nie dysponujemy 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

14 Organizm człowieka jako zintegrowana caiość piłka nożna czy koszykówka. Inni wolą sporty indywidualne, jak lekkoatletyka, pływanie, badminton czy tenis albo kręgle. Ćwiczenia sprawnościowe 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 gimnastykę przy muzyce i w kilkuosobowych grupach (np. aerobik). Bywalcy ośrodków odnowy biologicznej korzystają z bieżni elektrycznych ustawionych naprzeciw ekranów symulujących bieg itd. ryzyko urazów ' kontuz i' Aktywność ruchowa może być przyczyną kontuzji. Przemęczenie i kontuzje zdarzają się nie tylko w sporcie wyczynowym. Warto więc pamiętać o profilaktyce obejmującej między innymi wspomnianą już odpowiednią rozgrzewkę oraz właściwy ubiór (także ochronny). Na przykład dla maratończyków szczególnie ważne jest obuwie (jego podeszwy powinny być sprężyste, gdyż chroni to kręgosłup i ec stopy przed nadmiernymi wstrząsami). W boksie amatorskim wymagane są kaski ochronne, ochraniacze dziąseł i oczywiście odpowiednie rękawice, Dla amatorów sporty związane ze stale powtarzającymi się czynnościami ruchowymi (chód, bieganie, pływanie, jazda na rowerze) nie stwarzają większych zagrożeń (pomijamy tu wypadki). Znacznie większe jest ryzyko kontuzji w wypadku dyscyplin, w których wykonuje się dynamiczne ruchy zmienne (np. piłka nożna, piłka koszykowa, hokej, rugby, narciarstwo zjazdowe). Są to często dyscypliny kontaktowe i (lub) wykorzystuje 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. Wówczas szczególnie ważna jest właściwa diagnoza i pierwsza pomoc. Czy wiesz że... W sporcie prawie co czwarta kontuzja dotyczy kolana (uszkodzenie więzadeł kolanowych, łąkotki). Co siódma kontuzja zachodzi w obrębie łydki i stawu skokowego (uszkodzenia mięśnia brzuchatego łydki lub zerwanie ścięgna Achillesa). mięsień brzuchaty rzepka tąkotka więzadta kolanowe ścięgno Achillesa Udzielanie pierwszej pomocy naprawdę warto rzetelnie przećwiczyć na lekcjach przysposobienia obronnego. W lżejszych przypadkach może wy- 134

15 starczyć na przykład kompres lub bandaż oraz wypoczynek. W przypadkach cięższych, takich jak zerwanie mięśnia czworogłowego uda, ścięgna Achillesa, zwichnięcie stawu barkowego, uszkodzenie kolana czy złamanie udowej, wymagana jest hospitalizacja i niekiedy długa rekonwalescencja. Zmorą sportu, nie tylko wyczynowego, jest doping. 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 dopingu 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 stosowanie na przykład syntetycznej erytropoetyny - środka zwiększającego gęstość i wydolność tlenową krwi przez niektórych narciarzy i biegaczy. Po niebezpieczne dla zdrowia i niedozwolone środki farmakologiczne sięgają nie tylko sportowcy wyczynowi, ale także amatorzy. Na przykład 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 nawet do nagiej śmierci! Warto więc się zastanowić, czy wynik sportowy lub wygląd bicepsów uzasadniają tak wysoki poziom ryzyka (ryc. 130). doping i środki dopingujące wptyw środków anabolicznych Ryc Harmonijnego rozwoju mięśni ciata nie wolno osiągać za wszelką cenę. Znamy przyczyny wielu chorób układu szkieletowego. Jednymi z większych problemów zdrowotnych współczesnych społeczeństw są: wady postawy (m.in. skolioza, płaskostopie) oraz choroby układu szkieletowego, w tym krzywica, reumatyzm i osteoporoza. Skolioza, czyli boczne skrzywienie kręgosłupa, rozwija się w wieku dziecięcym 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. 135

16 Organizm człowieka jako zintegrowana caiość reumatyzm osteoporoza 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 stawów. Niekiedy dochodzi nawet do deformacji. Leczenie reumatologicznego zapalenia stawów jest trudne, ale istnieją już środki farmakologiczne zmniejszające dolegliwości i cofające rozwój choroby, Osteoporoza, czyli zrzeszotnienie, polega na przewadze procesów utraty nad procesami regeneracyjnymi. Charakterystyczna dla osteoporozy jest demineralizacja powodująca, że stają się słabe i łatwo się łamią. Przyczyną osteoporozy może być znaczny niedobór składników 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 połączeniom 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 biochemiczne (oddychanie tlenowe i beztlenowe). W warunkach beztlenowych szybko dochodzi do zakwaszenia mięśni. 5. Wysoka sprawność fizyczna jest jednym z warunków zachowania zdrowia, nawet w podeszłym 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 ścięgna 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

17 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 kończyn wolnych górnej i dolnej, pokazując je na modelu szkieletu lub (jeśli nim nie dysponujesz) na schematach obok. a) Znajdź analogie w budowie szkieletu kończyn górnych i dolnych. b) Zapisz parami nazwy analogicznych" lub grup. 5. Na modelu szkieletu (lub na sobie) pokaż i nazwij, które pod względem kształtu zalicza się do: a) długich, b) płaskich, c) różnokształtnych. 6. Ustaw kolegę na środku klasy profilem do pozostałych 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 : 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