فهرست...
سیستم اسکلتی تمام استخوان‌ها و مفاصل بدن را شامل می‌شود.
هر استخوان یک عضو زنده پیچیده است که از میزان زیادی سلول، رشته‌های پروتئینی و مواد معدنی ساخته شده است. اسکلت به عنوان یک داربست از بافت‌های نرم بدن که بقیه بدن را تشکیل می‌دهند، پشتیبانی و حفاظت می‌کند. سیستم اسکلتی همچنین نقاط اتصال را برای ماهیچه‌ها فراهم می‌کند تا به وسیله آن‌ها حرکت در مفاصل ممکن شود. سلول‌های خونی جدید به وسیله مغز قرمز استخوان در داخل استخوانهای ما ساخته می‌شوند.
دستگاه اسکلتی در بدن یک فرد بزرگسال از ۲۰۶ استخوان تشکیل شده است. این استخوان‌ها در دو بخش عمده مرتب می‌شوند: اسکلت محوری و اسکلت ضمیمه. اسکلت محوری در امتداد خط وسط بدن است و از ۸۰ استخوان در مناطق زیر تشکیل شده است:
- جمجمه
- هیوئید
- استخوانچه شنوایی
- دنده
- جناغ
- ستون فقرات
اسکلت ضمیمه از ۱۲۶ استخوان در مناطق زیر تشکیل شده است:
- اندام‌های فوقانی
- اندام‌های تحتانی
- کمربند لگنی
- کمربند شانه‌ای (سینه‌ای)
جمجمه
جمجمه از ۲۲ استخوان تشکیل شده است که همه‌ی این استخوان‌ها به جز استخوان فک به یکدیگر جوش خورده‌اند. این ۲۱ استخوان جوش خورده در کودکان از یکدیگر جدا هستند و به مغز و جمجمه اجازه می‌دهند که رشد کنند، اما با افزایش سن این استخوان‌ها به یکدیگر جوش می‌خورند تا به قدرت آن‌ها افزوده شود و از مغز بهتر محافظت کنند. فک به صورت استخوان متحرک فک باقی می‌ماند و تنها مفصل متحرک در جمجمه را با استخوان تمپورال می‌سازد.
استخوانهای بخش بالایی جمجمه تحت عنوان کرانیوم شناخته می‌شوند و از مغز در برابر آسیب حفاظت می‌کنند. استخوانهای بخش پایینی و قدامی جمجمه تحت عنوان استخوانهای صورت شناخته می‌شوند و از چشم‌ها، بینی و دهان حمایت می‌کنند.
هیوئید و استخوانچه شنوایی
هیوئید یک استخوان کوچک U شکل است که در زیر فک قرار گرفته است. هیوئید تنها استخوان در بدن است که با هیچ استخوان دیگری مفصل تشکیل نمی‌دهد و یک استخوان شناور (متحرک) است. وظیفه هیوئید کمک به باز نگه داشتن نای و فراهم کردن یک اتصال استخوانی برای ماهیچه‌های زبان است.
استخوانهای چکشی، سندانی و رکابی که کوچک‌ترین استخوانهای بدن هستند، در مجموع به عنوان استخوانچه‌های شنوایی شناخته می‌شوند. این استخوانچه‌ها دیک حفره کوچک درون استخوان تمپورال قرار گرفته‌اند و وظیفه آن‌ها انتقال و تقویت صدا از پرده گوش به گوش داخلی است.
مهره‌ها
ستون فقرات بدن انسان از ۲۶ مهره تشکیل شده است. این مهره‌ها با توجه به ناحیهای که در آن قرار دارند، نام‌گذاری می‌شوند:
- سرویکال (گردن) - ۷ مهره
- توراسیک (سینه) - ۱۲ مهره
- لومبار (کمر) - ۵ مهره
- استخوان خاجی - ۱ مهره
- دنبالچه - ۱ مهره
به غیر از مهرههای خاجی و دنبالچه‌ای، هر مهره با حرف اول اسم ناحیهای که در آن قرار دارد و محل قرارگیری‌اش در امتداد بالا و پایین محور نام‌گذاری می‌شود. به عنوان مثال، بالا‌ترین مهره در ناحیه توراسیک T1 و پایین‌ترین مهره T12 نامیده می‌شود.
دنده‌ها و جناغ
جناغ یک استخوان نازک و چاقو شکل است که در امتداد خط وسط بدن و در سمت قدامی اسکلت ناحیه توراسیک قرار گرفته است. جناغ به وسیله باند‌های باریک غضروفی که به آن‌ها غضروف دنده‌ای گفته می‌شود، به دنده‌ها متصل می‌شود.
۱۲ جفت دنده وجود دارد که به همراه جناغ، قفسه سینه را در ناحیه توراسیک شکل می‌دهند. ۷ دنده اول تحت عنوان دنده‌های واقعی شناخته می‌شوند زیرا مهرههای سینه‌ای را به وسیله غضروف‌های دنده‌ای خود به طور مستقیم به جناغ متصل می‌کنند. دنده‌های ۸، ۹ و ۱۰ از طریق غضروف به غضروف دنده هفتم متصل می‌شوند و به وسیله آن به استخوان جناغ متصل می‌شوند، بر همین اساس به آن‌ها دنده‌های کاذب نیز گفته می‌شود. دنده‌های ۱۱ و ۱۲ نیز دنده‌های کاذب هستند، اما همچنین به آن‌ها دنده‌های شناور نیز گفته می‌شود زیرا آن‌ها هیچ گونه اتصال غضروفی به استخوان جناغ ندارند.
کمربند سینه‌ای و اندام فوقانی
کمربند سینه‌ای استخوانهای اندام فوقانی (دست) را به اسکلت محوری متصل می‌کند و از استخوانهای ترقوه (کلاویکل) چپ و راست و کتف (اسکاپولا) چپ و راست تشکیل شده است.
استخوان بازو به همراه استخوان کتف مفصل شانه را تشکیل می‌دهد که یه مفصل از نوع گوی و کاسه است، همچنین استخوان بازو به همراه استخوانهای ساعد مفصل آرنج را تشکیل می‌دهد. زند زبرین (رادیوس) و زند زیرین (اولنا) دو استخوان ساعد هستند. زند زیرین استخوانی است که در سمت داخل ساعد قرار گرفته است و به همراه استخوان بازو یک مفصل لولایی را در آرنج تشکیل می‌دهد.
استخوانهای ساعد مفصل مچ را به همراه استخوانهای مچ (یک گروه از هشت استخوان کوچک که به مفصل مچ انعطاف‌پذیری می‌بخشند) تشکیل می‌دهند. استخوانهای مچ به پنج استخوان کف دست متصل می‌شوند و هر استخوان کف دست به یکی از انگشتان متصل می‌شود. هر انگشت سه استخوان دارد که تحت عنوان بندهای انگشت شناخته می‌شوند، به جز انگشت شست که تنها دو بند دارد.
کمربند لگنی و اندام تحتانی
کمربند لگنی از استخوانهای چپ و راست لگن تشکیل شده است، کمربند لگنی اسنتخوان‌های اندام تحتانی (پا) را به اسکلت محوری متصل می‌کند. استخوان فمور (ران) بزرگ‌ترین استخوان بدن و تنها استخوان ناحیه ران است. استخوان ران یک مفصل گوی و کاسه را با استخوان لگن تشکیل می‌دهد و مفصل زانو را با استخوانهای درشت‌نی و کشکک می‌سازد. کشکک که معمولاً کاسه زانو نامیده می‌شود، یکی از چند استخوانی است که در هنگام تولد وجود ندارد. کشکک در اوایل کودکی برای حمایت از زانو برای راه رفتن و خزیدن شکل می‌گیرد.
درشت‌نی و نازکنی استخوانهای استخوانهای ساق پا هستند. استخوان درشت‌نی بزرگ‌تر از نازکنی است و تقریباً تمام وزن بدن را تحمل می‌کند، استخوان نازکنی عمدتاً یک محل اتصال برای عضلات است و به حفظ تعادل کمک می‌کند. درشت‌نی و نازکنی مفصل مچ پا را با استخوان تالوس (یکی از هفت استخوان مچ پا) تشکیل می‌دهند.
مچ پا گروهی از هفت استخوان کوچک است که بخش خلفی انتهایی پا و پاشنه را شکل می‌دهند. استخوانهای مچ پا مفصل‌هایی را با پنج استخوان کف پا تشکیل می‌دهند. سپس هر استخوان کف پا با یکی از انگشتان پا مفصلی را تشکیل می‌دهد. هر انگشت پا سه بند دارد، به جز انگشت شست پا که تنها دو بند دارد.
ساختار میکروسکوپی استخوان‌ها
سیستم اسکلتی حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد از توده بدن یک فرد بالغ را تشکیل می‌دهد. توده اسکلتی از ماتریکس استخوانی غیر زنده و سلول‌های استخوانی کوچک بسیاری ساخته شده است. تقریباً نیمی از توده ماتریکس استخوانی از آب است، در حالی‌که نیم دیگر آن پروتئین کلاژن و بلورهای جامد کربنات کلسیم و فسفات کلسیم است.
سلول‌های استخوانی زنده در لبه استخوان‌ها و درون حفره‌های کوچکی در داخل ماتریکس استخوان یافت می‌شوند. اگرچه این سلول‌ها میزان بسیار کمی از توده استخوانی را تشکیل می‌دهند، چندین نقش بسیار مهم در عملکردهای دستگاه اسکلتی دارند. سلول‌های استخوانی به استخوان‌ها اجازه می‌دهند تا:
- رشد و توسعه یابند
- به دنبال آسیب یا سایش روزانه، ترمیم شوند
- شکسته شوند تا مواد معدنی ذخیره شده خود را آزاد کنند
انواع استخوان‌ها
تمام استخوانهای بدن به به پنچ نوع تقسیم می‌شوند: بلند، کوتاه، تخت، نامنظم و کنجدی.
- بلند: استخوانهای بلند طول آن‌ها بیشتر از عرض آن‌ها است و استخوانهای اصلی اندام‌ها هستند. رشد استخوانهای بلند در دوران کودکی از استخوانهای دیگر بیشتر است و مسئول بخش عمده‌ای از قد ما در بزرگسالی هستند. یک حفره توخالی در مرکز استخوانهای بلند یافت می‌شود و یک ناحیه ذخیره‌سازی را برای مغز استخوان فراهم می‌کند. نمونه‌هایی از استخوانهای بلند عبارتند از استخوان ران، درشت‌نی، نازکنی، استخوانهای کف دست و پا و استخوانهای بندهای انگشتان.
- کوتاه: استخوانهای کوتاه تقریباً طول و عرض یکسانی دارند و اغلب مکعبی یا دایره‌ای شکل هستند. استخوانهای مچ دست و استخوانهای مچ پا نمونه‌هایی از استخوانهای کوتاه هستند.
- تخت: استخوانهای تخت در شکل و اندازه بسیار متنوع هستند، اما وجه مشترک همه آن‌ها این است که در یک سمت بسیار نازک هستند. چون این استخوان‌ها نازک هستند، برخلاف استخوانهای بلند حفره مرکزی ندارند. استخوانهای پیشانی، آهیانه و پس‌سری از جمجمه به همراه دنده‌ها و لگن همگی نمونه‌هایی از استخوانهای تخت هستند.
- استخوان نامنظم: استخوانهای نامنظم شکلی دارند که به هیچ یک از استخوانهای بلند، کوتاه یا تخت نیست. مهره‌ها، استخوان خاجی و استخوان دنبالچه‌ای به همراه استخوانهای اسفنوئید، غربالی و گونه از از جمجمه همگی از استخوانهای نامنظم هستند.
- کنجدی: استخوانهای کنجدی پس از تولد درون تاندون‌هایی که در مفاصل وجود دارند، شکل می‌گیرند. استخوانهای کنجدی رشد می‌کنند تا از تاندون‌ها در برابر ضربه‌ها و کشش‌هایی که به مفاصل وارد می‌شود، محافظت کنند. کشکک زانو و استخوان پیزیفورم مچ دست، تنها استخوانهای کنجدی بدن هستند که به عنوان بخشی از ۲۰۶ استخوان بدن شمارش می‌شوند. سایر استخوانهای کنجدی می‌توانند در مفاصل دست و پا شکل بگیرند، اما در همه انسان‌ها وجود ندارند.
بخش‌های استخوان‌ها
استخوانهای بلند بدن با توجه به روند رشدی که دارند، نواحی متمایز بسیاری دارند. در هنگام تولد هر استخوان بلند از سه استخوان منفرد ساخته شده است که به وسیله غضروف شفاف از یکدیگر جدا شده‌اند. هر انتهای استخوان یک اپی‌فیز نامیده می‌شود، در حالی‌که قسمت میانی استخوان دیافیز نامیده می‌شود. اپی‌فیزها و دیافیز به سمت یکدیگر رشد می‌کنند و در نهایت به یکدیگر جوش می‌خورند و یک استخوان را شکل می‌دهند. ناحیه رشد و جوش خوردن نهایی بین اپی‌فیز و دیافیز، متافیز نامیده می‌شود.
وقتی که قطعات استخوان بلند به یکدیگر جوش می‌خورند، تنها قسمتی از غضروف شفاف که باقی می‌ماند، غضروف مفصلی در دو انتهای استخوان هستند که مفاصل را با استخوانهای دیگر تشکیل می‌دهند. غضروف مفصلی به عنوان یک ضربه گیر عمل می‌کند و سطح لغزنده‌ای را بین استخوان‌ها فراهم می‌کند که باعث تسهیل حرکت در مفصل می‌شود.
اگر یک مقطع از استخوان تهیه کنیم و به آن نگاه کنیم، چندین لایه مجزا را مشاهده می‌کنیم که استخوان را می‌سازند. خارج استخوان توسط یک لایه نازک از بافت همبند نامنظم متراکم پوشیده شده است که پریوستئوم (ضریع استخوان) نامیده می‌شود. پریوستئوم حاوی فیبرهای کلاژن مستحکم بسیاری است که به اتصال محکم تاندون‌ها و عضلات به استخوان برای حرکت کمک می‌کند. سلول‌های بنیادی و سلول‌های استئوبلاست در پریوستئوم درگیر رشد و ترمیم قسمت خارجی استخوان هستند که به دنبال آسیب و ضربه، صدمه می‌بیند. عروق خونی موجود در پریوستئوم انرژی را برای سلول‌های سطحی استخوان تامین می‌کنند و برای تغذیه سلول‌های داخلی استخوان، به درون استخوان نفوذ می‌کنند. پریوستئوم همچنین حاوی بافت عصبی و پایانه‌های عصبی بسیاری است که به استخوان امکان می‌دهند که در هنگام آسیب درد را احساس کند. در عمق پریوستئوم استخوان متراکم وجود دارد که بخش معدنی و محکم استخوان است. استخوان متراکم از یک ماتریکس معدنی که با الیاف کلاژن تقویت شده، ساخته شده است. سلول‌های کوچک بسیاری که استئوسیت نامیده می‌شوند درون فضاهای کوچکی در ماتریکس قرار دارند و به حفظ استحکام و یکپارچگی استخوان متراکم کمک می‌کنند.
در عمق استخوان متراکم، منطقه‌ای از استخوان اسفنجی وجود دارد که در آن بافت استخوانی در ستون‌های نازکی به نام ترابکول رشد می‌کند و در بین آن‌ها فضاهایی برای مغز استخوان قرمز وجود دارد. ترابکول با یک الگوی خاصی رشد می‌کند که مقاومت در برابر فشارهای خارجی را با کمترین میزان توده ممکن از بافت استخوان فراهم می‌کند و استخوان‌ها را سبک اما مستحکم نگه می‌دارد. استخوانهای بلند در دو انتهای خود استخوان اسفنجی دارند، اما در مرکز دیافیز دارای یک حفره مرکزی توخالی هستند. حفره مرکزی در دوران کودکی حاوی مغز استخوان قرمز است، که در نهایت و پس از بلوغ به مغز استخوان زرد تبدیل می‌شود.
مفصل
مفصل نقطه اتصال بین استخوان‌ها ، بین استخوان و غضروف یا بین استخوان و دندان است. مفاصل سینوویال رایج‌ترین مفاصل در بدن هستند و یک فضای کوچک را بین استخوان‌ها شکل می‌دهند. این فضا به امکان حرکات آزادانه را فراهم می‌کند و همچنین فضایی برای مایع سینوویال است که مفصل را روان می‌کند. مفاصل لیفی در میان استخوانهای وجود دارند که بسیار محکم به یکدیگر متصل شده‌اند و حرکت اندکی دارند. مفاصل لیفی همچنین دندان‌ها را در جایگاه‌های خود نگه می‌دارند. در نهایت، مفاصل غضروفی در جاهایی تشکیل می‌شوند که استخوان به غضروف متصل می‌شود یا جاهایی که یک لایه غضروف بین دو استخوان قرار می‌گیرد. این مفاصل به دلیل قوام ژله مانند غضروف، امکان انعطاف‌پذیری را به میزان اندکی فراهم می‌کنند.
عملکردهای دستگاه اسکلتی
پشتیبانی و حفاظت
نخستین عملکرد دستگاه اسکلتی فراهم کردن داربستی برای پشتیبانی و حفاظت از ارگان‌های بدن و محلی برای اتصال عضلات اسکلتی است. استخوانهای اسکلت محوری به صورت یک پوسته سخت عمل می‌کنند که از ارگان‌های داخلی بدن در برابر آسیب نیروهای خارجی محافظت می‌کنند. استخوانهای اسکلت ضمیمه امکان انعطاف‌پذیری در مفاصل را فراهم و از آن‌ها پشتیبانی می‌کنند و محلی برای اتصال عضلات را فراهم می‌کنند که اندام‌ها را به حرکت در می‌آورند.
حرکت
استخوانهای دستگاه اسکلتی به عنوان محل‌های اتصالی برای عضلات اسکلتی بدن عمل می‌کنند. تقریباً هر عضله اسکلتی با نزدیک کردن دو یا چند استخوان به هم یا دور کردن دو یا چند استخوان از هم فعالیت می‌کند. مفاصل به عنوان نقاط محوری برای حرکت استخوان‌ها عمل می‌کنند. مناطقی از هر استخوان که عضلات به آن‌ها متصل می‌شود، برای حمایت از نیروهای اضافی ناشی از عضلات، بزرگ‌تر و قوی‌تر می‌شوند. به علاوه، حجم کلی و ضخامت یک استخوان که تحت فشار ناشی از تحمل وزن بدن است، افزایش می‌یابد.
خون‌سازی
مغز قرمز استخوان در قالب فرآیندی به نام خون‌سازی سلول‌های قرمز و سفید خون را تولید می‌کند. مغز قرمز استخوان در فضای خالی درون استخوان‌ها که تحت عنوان حرفه مرکزی شناخته می‌شوند، یافت می‌شود. کودکان به نسبت وزن بدن خود، مغز قرمز استخوان بیشتری در مقایسه با بزرگسالان دارند، که ناشی از رشد و تکامل پایدار در بدن نوزادان است. میزان مغز استخوان قرمز در پایان دوران بلوغ کاهش می‌یابد و با مغز استخوان زرد جایگزین می‌شود.
ذخیره‌سازی
دستگاه اسکلتی انواع مختلفی از مواد ضروری برای تسهیل رشد و ترمیم بدن را در خود ذخیره دارد. ماتریکس سلولی دستگاه اسکلتی با ذخیره‌سازی و آزاد کردن یون‌های کلسیم به داخل خون به عنوان بانک کلسیم عمل می‌کند. سطوح مناسب یون‌های کلسیم در خون برای عملکرد مناسب دستگاه عصبی و دستگاه عضلانی ضروری است. سلول‌های استخوانی همچنین استئوکلسین (هورمونی که به تنظیم قند و چربی خون کمک می‌کند) را ترشح می‌کنند. مغز استخوان زرد در داخل حفره استخوانهای بلند برای ذخیره‌سازی انرژی به شکل چربی استفاده می‌شود. در نهایت، مغز استخوان قرمز مقداری آهن را به شکل مولکول فریتین در خود ذخیره می‌کند و از این آهن به شکل هموگلوبین در سلول‌های خون استفاده می‌کند.
رشد و تکامل
اسکلت شکل‌گیری خود را در اوایل دوران جنینی به صورت یک اسکلت منعطف ساخته شده از غضروف شفاف و بافت پیوندی لیفی نامنظم متراکم آغاز می‌کند. به دنبال تکامل جنینی، عروق خونی به درون اسکلت نرم جنینی شروع به رشد می‌کنند، و سلول‌های بنیادی و مواد مغذی برای رشد استخوان را به همراه خود می‌آورند. بافت استخوانی در قالب فرآیندی به نام کلسیفیکاسیون با بافت غضروفی و بافت لیفی جایگزین می‌شود. نواحی کلسیفیه شده تا رسیدن به لبه دیگر ناحیه استخوانی، از طریق عروق خونی گسترش می‌یابند و بافت‌های قدیمی را جایگزین می‌کنند. در هنگام تولد، اسکلت یک نوزاد بیش از ۳۰۰ استخوان دارد؛ با افزایش سن فرد، این استخوان‌ها رشد می‌کنند و به یکدیگر جوش می‌خورند و استخوانهای بزرگی را شکل می‌دهند، تا جایی که در بدن برزگسالان تنها ۲۰۶ استخوان باقی می‌ماند.
استخوانهای تخت روند استخوان سازی داخل غشایی را پی می‌گیرند که در آن استخوانهای جوان از یک مرکز استخوان سازی اولیه در غشای لیفی رشد می‌کنند و یک ناحیه کوچک از بافت لیفی را در میان یکدیگر باقی می‌گذارند. در جمجمه این نواحی نرم تحت عنوان فونتانل (ملاج) شناخته شده، به جمجمه انعطاف‌پذیری می‌بخشند و امکان رشد استخوانهای جمجمه را فراهم می‌کنند. استخوان به آرامی جایگزین فونتانل‌ها می‌شود تا زمانی که استخوانهای جمجمه به یکدیگر جوش بخورند و استخوان مستحکم جمجمه بزرگسالان را شکل دهند.
استخوانهای بلند استخوان سازی داخل غضروفی را پی می‌گیرند که در آن دیافیز داخل غضروف از یک مرکز استخوان سازی اولیه شروع به رشد می‌کند تا بخش اعظمی از استخوان را شکل دهد. اپی‌فیزها سپس از مراکز استخوان سازی ثانویه در دو انتهای استخوان رشد می‌کنند. نوار کوچکی از غضروف شفاف تحت عنوان صفحه رشد در بین استخوان‌ها باقی می‌ماند. هنگامی‌که ما در طول دوران کودکی به رشد خود ادامه می‌دهیم، صفحات رشد تحت تاثیر هورمون‌های رشد و جنسی رشد می‌کنند و به آرامی استخوان‌ها را جدا می‌کنند. در همان زمان استخوان‌ها با رشد به سمت صفحات رشد، بزرگ‌تر می‌شوند. این فرآیند تا پایان دوران بلوغ ادامه دارد، هنگامی که رشد صفحه رشد متوقف می‌شود و استخوان‌ها به یکدیگر جوش می‌خورند و یک استخوان واحد را شکل می‌دهند. تفاوت گسترده‌ای در طول و ارتفاع اندام‌ها در هنگام تولد در مقایسه با بزرگسالی وجود دارد که علت اصلی آن استخوان سازی داخل غضروفی در استخوانهای بلند است.
