معلومة

38.2E: إعادة تشكيل العظام وإصلاحها - علم الأحياء

38.2E: إعادة تشكيل العظام وإصلاحها - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتم إعادة تشكيل العظام من خلال الاستبدال المستمر لأنسجة العظام القديمة ، وكذلك إصلاحها عند الكسر.

أهداف التعلم

  • حدد الخطوط العريضة لعملية إعادة تشكيل العظام وإصلاحها

النقاط الرئيسية

  • يشمل استبدال العظام الخلايا الآكلة للعظم التي تكسر العظام وبانيات العظم التي تصنع عظمًا جديدًا.
  • تختلف معدلات دوران العظام حسب العظم والمنطقة الموجودة داخل العظم.
  • هناك أربع مراحل لإصلاح العظم المكسور: 1) تكوين ورم دموي عند الكسر ، 2) تكوين دشبذ ليفي غضروفي ، 3) تكوين دشبذ عظمي ، 4) إعادة تشكيل وإضافة عظم مضغوط.
  • يتطلب النمو السليم للعظام وصيانتها العديد من الفيتامينات (د ، ج ، أ) ، والمعادن (الكالسيوم ، والفوسفور ، والمغنيسيوم) ، والهرمونات (هرمون الغدة الدرقية ، وهرمون النمو ، والكالسيتونين).

الشروط الاساسية

  • الكالس: مادة الإصلاح في كسور العظام التي تكون في البداية لينة أو غضروفية في التناسق ، ولكنها تتحول في النهاية إلى عظم حقيقي وتوحد الشظايا في قطعة واحدة
  • سبيكيول: قطعة حادة تشبه الإبرة
  • الليفية: خلية موجودة في النسيج الضام تنتج أليافًا مثل الكولاجين

إعادة تشكيل العظام وإصلاحها

يستمر تجديد العظام بعد الولادة وحتى سن الرشد. إعادة تشكيل العظام هو استبدال أنسجة العظام القديمة بأنسجة عظمية جديدة. وهي تنطوي على عمليات ترسيب العظام أو إنتاج العظام التي تقوم بها بانيات العظم وارتشاف العظم الذي تقوم به ناقضات العظم ، والتي تكسر العظام القديمة. يتطلب النمو الطبيعي للعظام فيتامينات D و C و A ، بالإضافة إلى المعادن مثل الكالسيوم والفوسفور والمغنيسيوم. الهرمونات مثل هرمون الغدة الجار درقية وهرمون النمو والكالسيتونين مطلوبة أيضًا لنمو العظام والحفاظ عليها بشكل صحيح.

معدلات دوران العظام ، المعدلات التي يتم فيها استبدال العظام القديمة بعظام جديدة ، مرتفعة للغاية ، حيث يتم إعادة تدوير خمسة إلى سبعة بالمائة من كتلة العظام كل أسبوع. توجد اختلافات في معدلات الدوران في مناطق مختلفة من الهيكل العظمي وفي مناطق مختلفة من العظام. على سبيل المثال ، يمكن استبدال العظم الموجود في رأس عظم الفخذ بشكل كامل كل ستة أشهر ، بينما يتم تغيير العظم الموجود على طول العمود بشكل أبطأ بكثير.

تسمح إعادة تشكيل العظام للعظام بالتكيف مع الضغوط من خلال أن تصبح أكثر سمكًا وأقوى عند التعرض للإجهاد. تبدأ العظام التي لا تتعرض للإجهاد اليومي العادي (على سبيل المثال ، عندما يكون أحد الأطراف في جبيرة) في فقدان الكتلة.

يخضع العظم المكسور أو المكسور للإصلاح من خلال أربع مراحل:

  1. تكوّن ورم دموي: الأوعية الدموية في العظام المكسورة تمزق ونزيف ، مما يؤدي إلى تكوين دم متخثر ، أو ورم دموي ، في موقع الكسر. يتم سد الأوعية الدموية المقطوعة عند الأطراف المكسورة للعظم بعملية التخثر. تبدأ خلايا العظام المحرومة من المغذيات في الموت.
  2. تكوين العظام: في غضون أيام من الكسر ، تنمو الشعيرات الدموية في ورم دموي ، بينما تبدأ الخلايا البلعمية في إزالة الخلايا الميتة. على الرغم من احتمال بقاء أجزاء من الجلطة الدموية ، فإن الأرومات الليفية وبانيات العظم تدخل المنطقة وتبدأ في إصلاح العظام. تنتج الخلايا الليفية ألياف الكولاجين التي تربط أطراف العظام المكسورة ، بينما تبدأ بانيات العظم في تكوين عظم إسفنجي. يتكون نسيج الإصلاح بين نهايات العظام المكسورة ، الكالس الغضروفي الليفي ، من كل من الغضروف الهياليني والغضروف الليفي. قد تظهر أيضًا بعض الأشواك العظمية في هذه المرحلة.
  3. التكوين العظمي القاسي: يتم تحويل الكالس الليفي الغضروفي إلى دشبذ عظمي من عظم إسفنجي. يستغرق العظم المكسور حوالي شهرين حتى يتم الالتصاق بإحكام بعد الكسر. هذا مشابه للتكوين الغضروفي للعظام عندما يصبح الغضروف متحجرًا ؛ بانيات العظم ، ناقضات العظم ، ومصفوفة العظام موجودة.
  4. إعادة تشكيل العظام: يتم بعد ذلك إعادة تشكيل الكالس العظمي بواسطة ناقضات العظم وبانيات العظم ، مع إزالة المواد الزائدة على السطح الخارجي للعظم وداخل التجويف النخاعي. تتم إضافة العظم المضغوط لإنشاء نسيج عظمي مشابه للعظم الأصلي غير المكسور. يمكن أن تستغرق عملية إعادة البناء هذه عدة أشهر ؛ قد يظل العظم غير مستوٍ لسنوات.

لمحة سريعة عن إعادة تشكيل العظام

جولي سي كروكيت ، مايكل ج. روجرز ، فريزر بي كوكسون ، لين جيه هوكينغ ، ميب إتش. ي خلية العلوم 1 أبريل 2011 124 (7): 991-998. دوى: https://doi.org/10.1242/jcs.063032

تحافظ دورة إعادة تشكيل العظام (انظر لوحة الملصق "دورة إعادة تشكيل العظام") على سلامة الهيكل العظمي من خلال الأنشطة المتوازنة لأنواع الخلايا المكونة له. هذه هي بانيات العظم المكونة للعظم ، وهي الخلية التي تنتج مصفوفة العظام العضوية وتساعد على تمعدنها (كارسنتي وآخرون ، 2009) ناقضة العظم المهينة للعظام ، وهي نوع فريد من الخلايا الخارجية التي تذيب معادن العظام وتحلل المصفوفة خارج الخلية إنزيميًا (كارسنتي وآخرون ، 2009) ECM) والبروتينات (Teitelbaum ، 2007) والخلايا العظمية ، وهي خلية ما بعد الانقسام المشتق من بانيات العظم داخل مصفوفة العظام والتي تعمل كمستشعر ميكانيكي وخلية للغدد الصماء (Bonewald and Johnson ، 2008). يُعتقد أن نوع الخلية الرابع ، خلية بطانة العظام ، له دور محدد في ربط ارتشاف العظام بتكوين العظام (Everts et al. ، 2002) ، ربما عن طريق التحديد المادي لمقصورات إعادة تشكيل العظام (Andersen et al. ، 2009).

حدد التشريح الجزيئي للاضطرابات الوراثية ذات الكتلة العظمية المتزايدة أو المنخفضة للغاية العديد من البروتينات الحاسمة التي تتحكم في نشاط هذه الأنواع من الخلايا العظمية. نتج عن هذه المعلومات طريقتان جديدتان لعلاج أو تشخيص اضطرابات العظام الأكثر شيوعًا وفهمًا أفضل للمتغيرات الجينية الشائعة التي تؤدي إلى اختلافات في كثافة العظام بين عامة السكان.

في مقالة الملصق هذه ، نوضح مسارات الإشارات الحاسمة المشاركة في تمايز خلايا العظام ووظيفتها وبقائها ، وشرح كيفية الحفاظ على الأنشطة المزدوجة للخلايا في العظام من خلال التفاعلات بين الخلايا. نولي اهتمامًا خاصًا للعوامل وعمليات إرسال الإشارات التي ثبت أنها لا غنى عنها للحفاظ على صحة العظام من خلال دراسة الأمراض الوراثية النادرة للعظام.


MiRNAs في إصلاح العظام

تيزيانا فرانشيسكيتي ، آن م.ديلاني ، في MicroRNA في الطب التجديدي ، 2015

الملخص

يتم إصلاح العظام في مراحل متداخلة ، حيث تتضمن خلايا مشتقة من ثلاثة أنواع أسلاف مميزة ، بما في ذلك الأنساب اللحمية المتوسطة والظهارية والمكونة للدم. تلعب miRNAs دورًا أساسيًا في التزام النسب والتمايز ، وكذلك وظيفة بانيات العظم ، والخلايا الغضروفية ، وخلايا العظم ، والخلايا الوعائية. تعتمد تأثيرات الجزيئات المجهرية الفردية على سياق الخلية ، وحتى الآن لم يتم تحديد ميرنا الذي يمكن استهدافه لغرض تسهيل الإصلاح. ومع ذلك ، فإن زيادة الفهم لعملية إصلاح العظام ، إلى جانب التقدم في فهم التفاعلات المستهدفة ميرنا في الخلايا الموجودة في موقع الكسر والأنسجة الأخرى ، سيسهل ترجمة العلاجات القائمة على ميرنا إلى العيادة. تم توضيح إعادة تشكيل العظام ، وإصلاح الكسور ، وبعض التفاعلات الرئيسية للهدف ميرنا النشطة في هذه الوظائف في هذا الفصل.


مصفوفة البروتينات المعدنية في امتصاص العظام وإعادة تشكيلها وإصلاحها

إن الإنزيمات المعدنية للمصفوفة (MMPs) هي عائلة البروتياز الرئيسية المسؤولة عن انقسام الماتريسوم (التركيب العالمي للبروتينات خارج الخلية (ECM)) والبروتينات غير المرتبطة بـ ECM ، مما يؤدي إلى توليد الجزيئات النشطة بيولوجيًا. تعمل هذه البروتينات على إعادة تشكيل ECM ، بالاقتران مع مثبطات الأنسجة الخاصة والمثبتة بالخلية (TIMPs و RECK ، على التوالي). في العظام ، يتوسط ECM التصاق الخلية ، النقل الميكانيكي ، نواة التمعدن ، وتثبيت عوامل النمو لحمايتها من التلف أو التدهور. منذ الوصف الأول لـ MMP في أنسجة العظام ، تم التعرف على العديد من MMPs الأخرى ، بالإضافة إلى مثبطاتهم. تم تعيين وظائف عديدة لهذه البروتينات ، بما في ذلك تمايز بانيات العظم / الخلايا العظمية ، وتكوين العظام ، وإذابة العظم أثناء ارتشاف العظم ، وتجنيد ناقضات العظم وهجرته ، وكعامل اقتران في إعادة تشكيل العظام في ظل الظروف الفسيولوجية. في المقابل ، هناك عدد من الأمراض ، المرتبطة بإعادة تشكيل العظام غير المتوازنة ، تنشأ بشكل رئيسي من الإفراط في التعبير عن العضل العضلي النحوي (MMP) والتشوهات في ECM ، مما يؤدي إلى انحلال العظام أو تكوين العظام. في هذه المراجعة ، سنناقش وظائف MMPs ومثبطاتها في خلايا العظام ، أثناء إعادة تشكيل العظام ، ارتشاف العظام المرضي (هشاشة العظام ونقائل العظام) ، إصلاح / تجديد العظام ، والأدوار الناشئة في الهندسة الحيوية للعظام.

الكلمات الدالة: المواد الحيوية الهندسة الحيوية للعظام تجديد العظام إعادة تشكيل العظام ارتشاف العظام مصفوفة خارج الخلوية (MMPs) الخلايا الجذعية الوسيطة مثبطات الأنسجة من البروتينات المعدنية المصفوفة (TIMPs).


38.3 حركة المفاصل والهيكل العظمي

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • صنف الأنواع المختلفة من المفاصل على أساس الهيكل
  • اشرح دور المفاصل في حركة الهيكل العظمي

تسمى النقطة التي تلتقي عندها عظمتان أو أكثر بالمفصل أو المفصل. المفاصل هي المسؤولة عن الحركة ، مثل حركة الأطراف ، والاستقرار ، مثل الثبات الموجود في عظام الجمجمة.

تصنيف المفاصل على أساس الهيكل

هناك طريقتان لتصنيف المفاصل: على أساس هيكلها أو على أساس وظيفتها. يقسم التصنيف الهيكلي المفاصل إلى مفاصل عظمية وليفية وغضروفية وزليلي اعتمادًا على المادة المكونة للمفصل ووجود أو عدم وجود تجويف في المفصل.

المفاصل الليفية

ترتبط عظام المفاصل الليفية ببعضها البعض بواسطة نسيج ضام ليفي. لا يوجد تجويف أو فراغ موجود بين العظام وبالتالي فإن معظم المفاصل الليفية لا تتحرك على الإطلاق ، أو أنها قادرة فقط على الحركات البسيطة. هناك ثلاثة أنواع من المفاصل الليفية: الغرز ، المتلازمات ، و gomphoses. تم العثور على الغرز فقط في الجمجمة وتمتلك ألياف قصيرة من النسيج الضام الذي يثبت عظام الجمجمة بإحكام في مكانها (الشكل 38.23).

المتلازمات عبارة عن مفاصل تتصل فيها العظام بشريط من النسيج الضام ، مما يسمح بحركة أكثر من الخيط. مثال على تناذر هو مفصل الظنبوب والشظية في الكاحل. يتم تحديد مقدار الحركة في هذه الأنواع من المفاصل بطول ألياف النسيج الضام. تحدث التكتلات بين الأسنان ومآخذها ، يشير المصطلح إلى الطريقة التي يتناسب بها السن مع التجويف مثل الوتد (الشكل 38.24). يتم توصيل السن بالمقبس بواسطة نسيج ضام يشار إليه باسم الرباط اللثوي.

المفاصل الغضروفية

المفاصل الغضروفية هي مفاصل تتصل فيها العظام بالغضاريف. هناك نوعان من المفاصل الغضروفية: الوصلات الغضروفية والسمفيسات. في التهاب الغضروف المفصلي ، يتم ربط العظام بواسطة غضروف زجاجي. تم العثور على Synchondroses في الصفائح المشاشية للعظام النامية عند الأطفال. في السمفيسات ، يغطي الغضروف الهياليني نهاية العظم ولكن الاتصال بين العظام يحدث من خلال الغضروف الليفي. تم العثور على سيمفيس في المفاصل بين الفقرات. يسمح أي نوع من المفصل الغضروفي بحركة قليلة جدًا.

المفاصل الزليلي

المفاصل الزليلية هي المفاصل الوحيدة التي لها مسافة بين العظام المجاورة (الشكل 38.25). يشار إلى هذا الفراغ باسم التجويف الزليلي (أو المفصل) ويمتلئ بالسائل الزليلي. يقوم السائل الزليلي بتشحيم المفصل ، مما يقلل الاحتكاك بين العظام ويسمح بحركة أكبر. نهايات العظام مغطاة بالغضروف المفصلي ، والغضروف الزجاجي ، والمفصل بأكمله محاط بكبسولة مفصلية مكونة من نسيج ضام يسمح بحركة المفصل أثناء مقاومة الخلع. قد تحتوي الكبسولات المفصلية أيضًا على أربطة تربط العظام معًا. المفاصل الزليليّة قادرة على القيام بأكبر حركة من أنواع المفاصل الهيكلية الثلاثة ، ومع ذلك ، كلما كان المفصل أكثر قدرة على الحركة ، كان المفصل أضعف. الركبتين والمرفقين والكتفين أمثلة على المفاصل الزليليّة.

تصنيف المفاصل على أساس الوظيفة

يقسم التصنيف الوظيفي المفاصل إلى ثلاث فئات: التركيب المفصلي ، والتهاب المفاصل ، والتهاب المفاصل. التركيب المفصلي هو مفصل غير متحرك. وهذا يشمل الخيوط الجراحية ، والتشابك ، والتزامن الغضروفي. داء المفصل عبارة عن مفاصل تسمح بحركة طفيفة ، بما في ذلك المتلازمات والسمف. داء المفصل عبارة عن مفاصل تسمح بحرية حركة المفصل ، كما هو الحال في المفاصل الزليليّة.

الحركة في المفاصل الزليليّة

النطاق الواسع للحركة التي تسمح بها المفاصل الزليليّة ينتج أنواعًا مختلفة من الحركات. يمكن تصنيف حركة المفاصل الزليليّة كواحد من أربعة أنواع مختلفة: حركة مزلقة ، أو زاوية ، أو دورانية ، أو حركة خاصة.

حركة مزلق

تحدث حركات الانزلاق عندما تتحرك أسطح العظام المسطحة نسبيًا فوق بعضها البعض. تنتج حركات الانزلاق القليل جدًا من الدوران أو الحركة الزاوية للعظام. مفاصل عظام الرسغ والرسغ هي أمثلة على المفاصل التي تنتج حركات انزلاق.

الحركة الزاويّة

تنتج الحركات الزاوية عندما تتغير الزاوية بين عظام المفصل. هناك عدة أنواع مختلفة من الحركات الزاوية ، بما في ذلك الثني ، والتمدد ، وفرط التمدد ، والاختطاف ، والتقريب ، والالتفاف. يحدث الانحناء أو الانحناء عندما تقل الزاوية بين العظام. يعد تحريك الساعد لأعلى عند الكوع أو تحريك الرسغ لتحريك اليد نحو الساعد أمثلة على الانثناء. التمدد هو عكس الانثناء في أن الزاوية بين عظام المفصل تزداد. يعد استقامة أحد الأطراف بعد الانثناء مثالاً على التمدد. يشار إلى التمدد بعد الوضع التشريحي العادي باسم فرط التمدد. يتضمن ذلك تحريك الرقبة للخلف للنظر للأعلى ، أو ثني الرسغ بحيث تتحرك اليد بعيدًا عن الساعد.

يحدث الاختطاف عندما يتحرك العظم بعيدًا عن خط الوسط في الجسم. من أمثلة الاختطاف تحريك الذراعين أو الساقين بشكل جانبي لرفعهما إلى الجانب بشكل مستقيم. التقريب هو حركة العظم نحو خط الوسط من الجسم. تعتبر حركة الأطراف إلى الداخل بعد الاختطاف مثالاً على التقريب. المحيط هو حركة أحد الأطراف في حركة دائرية ، مثل تحريك الذراع في حركة دائرية.

الحركة الدورانية

الحركة الدورانية هي حركة العظم أثناء دورانه حول محوره الطولي. يمكن أن يكون الدوران باتجاه خط الوسط من الجسم ، والذي يشار إليه بالدوران الإنسي ، أو بعيدًا عن خط الوسط للجسم ، والذي يشار إليه بالدوران الجانبي. تعتبر حركة الرأس من جانب إلى آخر مثالاً على الدوران.

الحركات الخاصة

تسمى بعض الحركات التي لا يمكن تصنيفها على أنها انزلاقية أو زاوية أو دورانية حركات خاصة. يتضمن الانعكاس تحريك باطن القدمين نحو الداخل باتجاه خط الوسط من الجسم. الانقلاب هو عكس الانقلاب ، أي حركة نعل القدم للخارج ، بعيدًا عن خط منتصف الجسم. الإطالة هي الحركة الأمامية لعظم في المستوى الأفقي. يحدث التراجع عندما يعود المفصل إلى موضعه بعد الإطالة. يمكن رؤية الإطالة والانكماش في حركة الفك السفلي حيث يتم دفع الفك إلى الخارج ثم العودة إلى الداخل. الارتفاع هو حركة العظم لأعلى ، كما هو الحال عندما يتم هز الكتفين ، ورفع الكتف. الاكتئاب هو عكس الارتفاع - الحركة لأسفل من العظم ، كما هو الحال بعد هز الكتفين وعودة الكتف إلى وضعها الطبيعي من وضع مرتفع. عطف ظهري هو الانحناء في الكاحل بحيث يتم رفع أصابع القدم نحو الركبة. الثني الأخمصي هو انحناء في الكاحل عند رفع الكعب ، كما هو الحال عند الوقوف على أصابع القدم. الاستلقاء هو حركة نصف القطر وعظام الزند من الساعد بحيث تكون راحة اليد متجهة للأمام. الكب هو الحركة المعاكسة ، حيث تواجه الكف للخلف. المعارضة هي حركة الإبهام تجاه أصابع اليد نفسها ، مما يجعل من الممكن الإمساك بالأشياء والإمساك بها.

أنواع المفاصل الزليليّة

يتم تصنيف المفاصل الزليليّة إلى ست فئات مختلفة على أساس شكل المفصل وهيكله. شكل المفصل يؤثر على نوع الحركة التي يسمح بها المفصل (شكل 38.26). يمكن وصف هذه المفاصل بأنها مفاصل مستوية أو مفصلية أو محورية أو لقمية أو سرج أو مفاصل كروية ومقبس.

المفاصل المستوية

تحتوي المفاصل المستوية على عظام ذات أسطح مفصلية تكون مسطحة أو منحنية قليلاً. تسمح هذه المفاصل بالحركات الانزلاقية ، ولذلك يشار إليها أحيانًا باسم المفاصل الانزلاقية. نطاق الحركة محدود في هذه المفاصل ولا يتضمن الدوران. تم العثور على المفاصل المستوية في عظام الرسغ في اليد وعظام الكاحل في القدم ، وكذلك بين الفقرات (الشكل 38.27).

المفاصل المفصلية

في المفاصل المفصلية ، تتناسب النهاية المستديرة قليلاً لعظم ما مع الطرف الأجوف قليلاً للعظم الآخر. بهذه الطريقة ، تتحرك إحدى العظام بينما تظل الأخرى ثابتة ، مثل مفصل الباب. الكوع هو مثال على المفصل. تُصنف الركبة أحيانًا على أنها مفصل مفصلي معدل (الشكل 38.28).

المفاصل المحورية

تتكون المفاصل المحورية من نهاية مستديرة لعظم واحد يتناسب مع حلقة مكونة من العظم الآخر. يسمح هذا الهيكل بالحركة الدورانية ، حيث يتحرك العظم المستدير حول محوره. مثال على المفصل المحوري هو مفصل الفقرتين الأولى والثانية من الرقبة التي تسمح للرأس بالتحرك للخلف وللأمام (الشكل 38.29). مفصل الرسغ الذي يسمح برفع راحة اليد لأعلى ولأسفل هو أيضًا مفصل محوري.

المفاصل اللقمية

تتكون المفاصل اللقمية من نهاية بيضاوية الشكل لعظم واحد مناسب في تجويف مماثل بيضاوي الشكل لعظم آخر (الشكل 38.30). وهذا ما يسمى أحيانًا بالمفصل الإهليلجي. يسمح هذا النوع من المفاصل بالحركة الزاوية على محورين ، كما يظهر في مفاصل الرسغ والأصابع ، والتي يمكن أن تتحرك من جانب إلى جانب وأعلى ولأسفل.

مفاصل السرج

سميت مفاصل السرج بهذا الاسم لأن نهايات كل عظم تشبه السرج ، مع أجزاء مقعرة ومحدبة تتلاءم معًا. تسمح مفاصل السرج بحركات زاوية مشابهة للمفاصل اللقمية ولكن مع نطاق أكبر من الحركة. مثال على مفصل السرج هو مفصل الإبهام ، والذي يمكن أن يتحرك للخلف وللأمام وللأعلى وللأسفل ، ولكن بحرية أكبر من الرسغ أو الأصابع (الشكل 38.31).

الكرة والمقبس المفاصل

تمتلك المفاصل الكروية والمقبس طرفًا مستديرًا يشبه الكرة لعظم واحد يتناسب مع تجويف يشبه الكوب من عظم آخر. تسمح هذه المنظمة بأكبر نطاق للحركة ، حيث أن جميع أنواع الحركة ممكنة في جميع الاتجاهات. من أمثلة مفاصل الكرة والمقبس مفاصل الكتف والورك (الشكل 38.32).

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الرسم المتحرك الذي يعرض الأنواع الستة للمفاصل الزليليّة.

الاتصال الوظيفي

أخصائي أمراض الروماتيزم

أطباء الروماتيزم هم أطباء متخصصون في تشخيص وعلاج اضطرابات المفاصل والعضلات والعظام. يقومون بتشخيص وعلاج أمراض مثل التهاب المفاصل ، والاضطرابات العضلية الهيكلية ، وهشاشة العظام ، وأمراض المناعة الذاتية مثل التهاب الفقار اللاصق والتهاب المفاصل الروماتويدي.

التهاب المفاصل الروماتويدي (RA) هو اضطراب التهابي يؤثر في المقام الأول 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 جهاز المناعة في الجسم عن طريق الخطأ الأنسجة السليمة ، إلا أن سبب التهاب المفاصل الروماتويدي لا يزال مجهولاً. تدخل الخلايا المناعية من الدم إلى المفاصل والغشاء الزليلي مسببة انهيار الغضروف وتورم والتهاب بطانة المفصل. يؤدي انهيار الغضروف إلى احتكاك العظام ببعضها البعض مما يسبب الألم. يعد التهاب المفاصل الروماتويدي أكثر شيوعًا عند النساء منه عند الرجال ، وعادةً ما يتراوح عمر ظهور المرض بين 40 و 50 عامًا.

يمكن لأطباء الروماتيزم تشخيص التهاب المفاصل الروماتويدي على أساس الأعراض مثل التهاب المفاصل وآلامها ، والتصوير بالأشعة السينية والتصوير بالرنين المغناطيسي ، واختبارات الدم. تصوير المفاصل هو نوع من التصوير الطبي للمفاصل يستخدم عامل تباين ، مثل الصبغة ، وهو معتم بالنسبة للأشعة السينية. هذا يسمح بتصور 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 حاليًا علاج لالتهاب المفاصل الروماتويدي ، ومع ذلك ، فإن أطباء الروماتيزم لديهم عدد من خيارات العلاج المتاحة. يمكن علاج المراحل المبكرة من المفاصل المصابة باستخدام عصا أو باستخدام جبائر المفاصل التي تقلل الالتهاب. عندما ينخفض ​​الالتهاب ، يمكن استخدام التمارين لتقوية العضلات المحيطة بالمفصل وللحفاظ على مرونة المفصل. إذا كان تلف المفاصل أكثر انتشارًا ، فيمكن استخدام الأدوية لتخفيف الألم وتقليل الالتهاب. يمكن استخدام الأدوية المضادة للالتهابات مثل الأسبرين ومسكنات الآلام الموضعية وحقن الكورتيكوستيرويد. قد تكون الجراحة مطلوبة في الحالات التي يكون فيها تلف المفاصل شديدًا.


مناقشة

نوضح هنا أن مكملات NAD + بواسطة NAD + السلائف NR يمكن أن تستعيد عددًا شابًا من خلايا osteoprogenitor وتخفيف شيخوخة الهيكل العظمي في إناث الفئران. هذه ، إلى جانب النتائج التي تشير إلى أن مستويات NAD + تنخفض مع تقدم العمر في أسلاف بانيات العظم ، تشير بقوة إلى أن NAD + هدف رئيسي للشيخوخة في الخلايا العظمية. كما لوحظ انخفاض في NAD + في خلايا انسجة نخاع العظم من عمر 15 شهرًا مقارنة بالفئران التي يبلغ عمرها شهرًا 30. بالاتفاق مع النتائج التي توصلنا إليها ، أدى تناول NMN على المدى الطويل إلى زيادة كثافة المعادن في العظام في ذكور C57BL / 6 الفئران 31. في المقابل ، لم يكن إعطاء NMN لفئران بعمر 12 شهرًا لمدة 3 أشهر فقط كافيًا لتغيير كتلة العظام 32.

ارتبط الانخفاض في NAD + مع تقدم العمر في أسلاف بانيات العظم بزيادة في Cd38 & # x02014 nicotinamide nucleotidase الرئيسي في أنسجة الثدييات. Cd38 هو بروتين متعدد الوظائف يشارك في توليد المرسل الثاني ADPR و cyclic-ADPR (cADPR) الذي يعزز إشارات الكالسيوم داخل الخلايا 34. نظرًا لنشاط NADase ، فإن Cd38 هو أيضًا مساهم رئيسي في NAD + التوازن الخلوي والأنسجي 35. على غرار النتائج التي توصلنا إليها في أسلاف بانيات العظم ، تزداد مستويات ونشاط Cd38 مع تقدم العمر في الكبد والأنسجة الدهنية والطحال والعضلات الهيكلية. الأهم من ذلك ، أن تثبيط Cd38 الوراثي أو الصيدلاني في الفئران يزيد من مستويات NAD + في أعضاء متعددة ويمنع انخفاض NAD + المرتبط بالعمر ، ويخفف من اختلال وظائف الميتوكوندريا ، ويحسن تحمل الجلوكوز ، ووظيفة القلب ، وقدرة التمرين 36 & # x0201339. في أنواع الخلايا المتعددة ، تعمل السيتوكينات الالتهابية مثل TNF على تعزيز تعبير Cd38 عن طريق تنشيط NF-kB 40،41. هذه ، إلى جانب النتائج التي تفيد بأن التعبير عن السيتوكينات الالتهابية يزداد مع تقدم العمر في مجموعات خلايا عظمية متعددة 13،42 وأن NF-kB يتم تحفيزها في منشطات العظام من الفئران البالغة من العمر 13 عامًا ، تمثل تفسيرًا محتملاً للزيادة المرتبطة بالعمر لـ Cd38 في أسلاف بانيات العظم.

وجدنا أيضًا أن مستويات البروتين في نامبت في الخلايا الأروماتية العظمية من الفئران المسنة كانت أقل منها في خلايا الفئران الصغيرة. هذه بالإضافة إلى النتائج التي تفيد بأن حذف نامبت في خلايا نسب اللحمة المتوسطة كافٍ لتقليل كتلة العظام يدعم فرضية أن الانخفاض المرتبط بالعمر في NAD + في أسلاف بانيات العظم يضعف تكوين العظام. يتم تقديم المزيد من الدعم من خلال الدليل على أن إدارة NR تزيد من عدد osteoprogenitor وتمعدن السطح في الفئران المسنة. في الأنسجة مثل العضلات والأمعاء ، تعد الخلايا السلفية أهدافًا مهمة للتأثيرات المضادة للشيخوخة لـ NR 43،44. ومع ذلك ، فإن الطبيعة النظامية للعلاج بالرنين المغناطيسي تستبعد الاستنتاج النهائي حول الخلايا المستهدفة المسؤولة عن الآثار المفيدة على الهيكل العظمي.

لقد أظهرنا نحن وآخرون أن منشئي هشاشة العظام من البشر القدامى أو الفئران يظهرون علامات الشيخوخة الخلوية 13،42،45. يؤدي القضاء على الخلايا الشائخة عن طريق التلاعب الجيني أو الدوائي إلى زيادة كتلة العظام لدى الفئران المسنة ، مما يشير إلى أن الشيخوخة الخلوية تساهم في شيخوخة الهيكل العظمي. النتائج الحالية التي توصلنا إليها والتي تفيد بأن إدارة NR تقلل من علامات الشيخوخة في أسلاف بانيات العظم من الفئران القديمة توفر دعمًا قويًا للادعاء بأن الانخفاض في NAD + هو مساهم رئيسي في شيخوخة الخلايا العظمية المرتبطة بالعمر. ويدعم هذا الخلاف أيضًا أدلة على أن الانخفاض في NAD + يؤدي إلى تفاقم الشيخوخة التكرارية في مزارع الخلايا اللحمية المشتقة من نخاع العظم 47. تخفف إدارة NR أيضًا الشيخوخة الخلوية في دماغ وجلد الفئران البالغة من العمر 43 عامًا. ومن المثير للاهتمام ، أنه في البلاعم والخلايا البطانية ، يمكن تحفيز تعبير Cd38 عن طريق العوامل المرتبطة بـ SASP 48 ، مما يشير إلى أن الشيخوخة الخلوية تعيد فرض الانخفاض في NAD +.

في معظم الأنسجة ، تظل آليات المصب التي تتوسط في التأثيرات المفيدة لـ NMN و NR غير واضحة. هنا ، وجدنا أن NR قلل من الأسيتيل المرتبط بالعمر لـ FoxOs و & # x003b2-catenin. علاوة على ذلك ، فإن خفض مستويات NAD + عبر الوسائل الدوائية أو الوراثية عزز بقوة أستلة هذه البروتينات. يزيد Acetylation لـ FoxOs ارتباطه بـ & # x003b2-catenin ويمنع إشارات Wnt وتكوين الخلايا العظمية 18،26. Sirt1 يزيل الأسيتيل FoxOs و & # x003b2-catenin ويعزز تكوّن الأرومة العظمية 18،19. النتائج التي توصلنا إليها أن الخلايا الأروماتية العظمية من الفئران التي تفتقر إلى FoxO1 و 3 و 4 محمية جزئيًا من تأثيرات FK866 تدعم فرضية أن Sirt1 / FoxOs تتوسط في تأثيرات NAD + على تكون الأرومة العظمية. يتم تقديم المزيد من الدعم من خلال الدليل على أن إعطاء محفزات Sirt1 للفئران يخفف من شيخوخة الهيكل العظمي 20،21 ، وأن Sirt1 يتوسط بعض الآثار المفيدة لـ NR في الكبد والعضلات والأمعاء 43،44،49. ومن المثير للاهتمام ، أن كلاً من Sirt1 و FoxOs قد تم ربطهما بالشيخوخة الخلوية 43،50. لذلك ، من الممكن أن يساهم الانخفاض في NAD + مع تقدم العمر في شيخوخة osteoprogenitor عبر آليات Sirt1- و FoxO المعتمدة. ومع ذلك ، بالنظر إلى النطاق الواسع لأهداف NAD + والتفاعلات المعقدة بين العمليات المعتمدة على NAD + ، ستكون هناك حاجة إلى مزيد من العمل لتحديد الأهداف الخلوية والجزيئية لـ NAD + في العظام.

النتائج التي توصلنا إليها أن الحذف متغاير الزيجوت نامبت لم يكن له أي تأثير على نمو العظام ونموها ولكنه تسبب في فقدان كتلة العظام لدى الفئران الصغيرة البالغة مما يشير إلى أن انخفاض NAD + في خلايا النسب اللحمية المتوسطة تسبب في تسريع شيخوخة الهيكل العظمي. في الفئران C57BL / 6 ، يتوقف نمو الفخذ عند 6 & # x020137 شهرًا ، وعند حوالي 12 شهرًا ، وهو ما يعادل 40 عامًا تقريبًا في البشر 51 ، يبدأ حيز النخاع في التوسع ويتم إضافة عظم إضافي ببطء إلى السمحاق (العظم الخارجي السطح) ومع ذلك ، فإن الأول يتجاوز الأخير ، مما يؤدي إلى قشرة أرق وأكثر هشاشة. ومن المثير للاهتمام، نامبت أدى الحذف إلى تكرار آثار الشيخوخة على العظم القشري الذي يتميز بترقق قشري مرتبط بتوسع كل من النخاع والمساحة الكلية. قد يكون تواجد العظم في السمحاق الذي يحدث مع تقدم العمر استجابة تعويضية لتضخم التجويف النخاعي في محاولة للحفاظ على قوة العظام 52. سواء كان هذا هو الحال في فئران Nampt fl / + & # x00394Prx1 يتطلب دراسات مستقبلية.

بناءً على نتائج العمل الحالي ، نقترح أن العيوب الجوهرية في أسلاف بانيات العظم التي تسبب انخفاضًا في NAD + تساهم في التدهور المرتبط بالعمر في تكوين العظام وكتلة العظام. لذلك ، قد يمثل تكاثر NAD + مع السلائف مثل NR نهجًا علاجيًا لهشاشة العظام المرتبطة بالعمر كما هو الحال بالنسبة للأمراض الأخرى المرتبطة بالعمر.


الملخص

إن الإنزيمات المعدنية للمصفوفة (MMPs) هي عائلة البروتياز الرئيسية المسؤولة عن انقسام الماتريسوم (التركيب العالمي للمصفوفة خارج الخلية (ECM) البروتينات) والبروتينات غير المرتبطة بـ ECM ، مما يولد الجزيئات النشطة بيولوجيًا. تعمل هذه البروتينات على إعادة تشكيل ECM ، بالاقتران مع مثبطات الأنسجة الخاصة والمثبتة بالخلية (TIMPs و RECK ، على التوالي). في العظام ، يتوسط ECM التصاق الخلية ، النقل الميكانيكي ، نواة التمعدن ، وتثبيت عوامل النمو لحمايتها من التلف أو التدهور. منذ الوصف الأول لـ MMP في أنسجة العظام ، تم تحديد العديد من MMPs الأخرى ، بالإضافة إلى مثبطاتهم. تم تعيين وظائف عديدة لهذه البروتينات ، بما في ذلك تمايز بانيات العظم / الخلايا العظمية ، وتكوين العظام ، وإذابة العظم أثناء ارتشاف العظم ، وتجنيد ناقضات العظم وهجرته ، وكعامل اقتران في إعادة تشكيل العظام في ظل الظروف الفسيولوجية. في المقابل ، هناك عدد من الأمراض المرتبطة بإعادة تشكيل العظام غير المتوازنة ، والتي تنشأ بشكل رئيسي من الإفراط في التعبير عن العضل المغناطيسي العضوي (MMP) والتشوهات في ECM ، مما يؤدي إلى انحلال العظام أو تكوين العظام. في هذه المراجعة ، سنناقش وظائف MMPs ومثبطاتها في خلايا العظام ، أثناء إعادة تشكيل العظام ، ارتشاف العظام المرضي (هشاشة العظام ونقائل العظام) ، إصلاح / تجديد العظام ، والأدوار الناشئة في الهندسة الحيوية للعظام.


تمرين وأنسجة العظام

تتكيف العظام مع أحمال القوة العضلية الموضوعة عليها ، وتصبح أكثر سمكًا وأقوى تحت الضغط والاستخدام وتصبح أضعف وأرق عند عدم استخدامها.

أهداف التعلم

يميز بين استجابات العظام للنشاط والهرمونات

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • تُفقد كتلة العظام إذا لم يتم استخدامها لأن الحفاظ عليها مكلفًا من الناحية الأيضية.
  • تساهم الفروق بين الجنسين في الهرمونات الجنسية في تكوين عظام أكبر وأقوى لدى الرجال لأن هرمون التستوستيرون يحفز كتلة العضلات ، مما يزيد من كثافة العظام.
  • نتيجة لانخفاض هرمون الاستروجين ، تعاني النساء المسنات من ضعف الاستجابة للتمارين الرياضية وبالتالي يجدن صعوبة في الحفاظ على قوة الهيكل العظمي.
  • للحفاظ على قوة الهيكل العظمي ، تحتاج النساء الأكبر سنًا إلى زيادة مستويات التمرين عن طريق المشي أكثر.

الشروط الاساسية

  • قانون وولف & # 8217s: العظام في الإنسان السليم أو الحيوان سوف تتكيف مع الأحمال التي توضع تحتها.
  • قوة الهيكل العظمي: تتحدد بعلاقة العظم التربيقي بالعظم القشري.
  • قوى العضلات: نتيجة زيادة الكتلة العضلية ، وزيادة حجم العظام وقوتها.

أمثلة

على الرغم من أننا غالبًا ما نفكر في كبار السن على أنهم ضعفاء وضعفاء ، إلا أن التمارين المنتظمة يمكن أن تحارب هشاشة العظام وتحافظ على القوة والمرونة. تم توضيح ذلك من قبل جوانا كواس ، لاعبة الجمباز البالغة من العمر 86 عامًا والتي لا يزال بإمكانها أداء روتين مذهل على القضبان المتوازية.

ناسا رائد فضاء مكوك: غالبًا ما يعود رواد الفضاء الذين يقضون وقتًا طويلاً في الفضاء إلى الأرض بعظام أضعف ، لأن الجاذبية لم تكن تحمل عبئًا. أعادت أجسادهم امتصاص الكثير من المعادن التي كانت موجودة في عظامهم من قبل.

وفقًا لقانون Wolff & # 8217s ، فإن العظام في الشخص السليم أو الحيوان سوف تتكيف مع الحمل الذي يتم وضعها تحته. إذا زاد التحميل على عظم معين ، فسوف يعيد العظم تشكيل نفسه لتوفير القوة اللازمة للمقاومة. تخضع البنية الداخلية للتربيق لتغييرات تكيفية ، تليها تغييرات ثانوية في الجزء القشري الخارجي من العظم ، وربما تصبح أكثر سمكًا نتيجة لذلك. العكس هو الصحيح أيضا. إذا انخفض الحمل على العظم ، فسوف يصبح العظم أضعف بسبب الدوران. إن صيانته أقل تكلفة من الناحية الأيضية ولا يوجد حافز لإعادة البناء المستمرة المطلوبة للحفاظ على كتلة العظام.

قوة العضلات هي المحدد القوي لبنية العظام ، خاصة أثناء النمو والتطور. يصبح الاختلاف بين الجنسين في العلاقة بين العظام والعضلات واضحًا بقوة خلال فترة المراهقة. In females, growth is characterized by increased estrogen levels and increased mass and strength of bone relative to that of muscle. In men, increases in testosterone fuel large increases in muscle, resulting in muscle force that coincides with substantial growth in bone dimensions and strength.

In adulthood, significant age-related losses are observed for both bone and muscle tissues. A large decrease in estrogen levels in women appears to diminish the skeleton’s responsiveness to exercise more than in men. In contrast, the aging of the muscle-bone axis in men is a function of age-related declines in both hormones. In addition to the well-known age-related changes in the mechanical loading of bone by muscle, newer studies appear to provide evidence of age and gender-related variations in molecular signaling between bone and muscle that are independent of purely mechanical interactions. In summary, gender differences in acquisition and age-related loss in bone and muscle tissues may be important for developing gender-specific strategies for ways to reduce bone loss with exercise.

Tim Henman performs a backhand volley at the Wimbledon tournament in 2004.: The racquet-holding arm bones of tennis players become much stronger than those of the other arm. Their bodies have strengthened the bones in their racquet-holding arm since they are routinely placed under higher than normal stress.

Simple aerobic exercises like walking, jogging, and running could provide an important role in maintaining and/or increasing bone density in women. Walking is an inexpensive, practical exercise associated with low injury rates and high acceptability among the elderly. For these reasons, walking could be an appropriate approach to prevent osteoporosis and maintain bone mass.


إظهار / إخفاء الكلمات المراد معرفتها

Chondroblasts: cell that make cartilage and help in bone healing after a break.

Hard callus: a hard bump that forms around a fracture when a bone is broken and healing.

Osteoclast: cells in your body that break down bone material in order to reshape it.

Phagocytes: cells that swallow up germs and other unwanted waste materials in the body.

Soft callus: a soft bump that forms around a fracture when a bone is broken and healing.


38.1 Types of Skeletal Systems

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • Discuss the different types of skeletal systems
  • Explain the role of the human skeletal system
  • Compare and contrast different skeletal systems

A skeletal system is necessary to support the body, protect internal organs, and allow for the movement of an organism. There are three different skeleton designs that fulfill these functions: hydrostatic skeleton, exoskeleton, and endoskeleton.

Hydrostatic Skeleton

A hydrostatic skeleton is a skeleton formed by a fluid-filled compartment within the body, called the coelom. The organs of the coelom are supported by the aqueous fluid, which also resists external compression. This compartment is under hydrostatic pressure because of the fluid and supports the other organs of the organism. This type of skeletal system is found in soft-bodied animals such as sea anemones, earthworms, Cnidaria, and other invertebrates (Figure 38.2).

Movement in a hydrostatic skeleton is provided by muscles that surround the coelom. The muscles in a hydrostatic skeleton contract to change the shape of the coelom the pressure of the fluid in the coelom produces movement. For example, earthworms move by waves of muscular contractions of the skeletal muscle of the body wall hydrostatic skeleton, called peristalsis, which alternately shorten and lengthen the body. Lengthening the body extends the anterior end of the organism. Most organisms have a mechanism to fix themselves in the substrate. Shortening the muscles then draws the posterior portion of the body forward. Although a hydrostatic skeleton is well-suited to invertebrate organisms such as earthworms and some aquatic organisms, it is not an efficient skeleton for terrestrial animals.

الهيكل الخارجي

An exoskeleton is an external skeleton that consists of a hard encasement on the surface of an organism. For example, the shells of crabs and insects are exoskeletons (Figure 38.3). This skeleton type provides defence against predators, supports the body, and allows for movement through the contraction of attached muscles. As with vertebrates, muscles must cross a joint inside the exoskeleton. Shortening of the muscle changes the relationship of the two segments of the exoskeleton. Arthropods such as crabs and lobsters have exoskeletons that consist of 30–50 percent chitin, a polysaccharide derivative of glucose that is a strong but flexible material. Chitin is secreted by the epidermal cells. The exoskeleton is further strengthened by the addition of calcium carbonate in organisms such as the lobster. Because the exoskeleton is acellular, arthropods must periodically shed their exoskeletons because the exoskeleton does not grow as the organism grows.

Endoskeleton

An endoskeleton is a skeleton that consists of hard, mineralized structures located within the soft tissue of organisms. An example of a primitive endoskeletal structure is the spicules of sponges. The bones of vertebrates are composed of tissues, whereas sponges have no true tissues (Figure 38.4). Endoskeletons provide support for the body, protect internal organs, and allow for movement through contraction of muscles attached to the skeleton.

الهيكل العظمي البشري هو هيكل داخلي يتكون من 206 عظمة عند البالغين. لها 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 الكتفين وعظام الأطراف والحزام الصدري وحزام الحوض).

الهيكل العظمي البشري المحوري

The axial skeleton forms the central axis of the body and includes the bones of the skull, ossicles of the middle ear, hyoid bone of the throat, vertebral column, and the thoracic cage (ribcage) (Figure 38.5). The function of the axial skeleton is to provide support and protection for the brain, the spinal cord, and the organs in the ventral body cavity. It provides a surface for the attachment of muscles that move the head, neck, and trunk, performs respiratory movements, and stabilizes parts of the appendicular skeleton.

الجمجمة

تدعم عظام الجمجمة هياكل الوجه وتحمي الدماغ. تتكون الجمجمة من 22 عظمة ، مقسمة إلى فئتين: عظام الجمجمة وعظام الوجه. تتكون عظام الجمجمة من ثماني عظام تشكل التجويف القحفي الذي يحيط بالدماغ ويعمل كموقع ارتباط لعضلات الرأس والرقبة. The eight cranial bones are the frontal bone, two parietal bones, two temporal bones, occipital bone, sphenoid bone, and the ethmoid bone. Although the bones developed separately in the embryo and fetus, in the adult, they are tightly fused with connective tissue and adjoining bones do not move (Figure 38.6).

تنقل العظيمات السمعية في الأذن الوسطى الأصوات من الهواء على شكل اهتزازات إلى القوقعة المليئة بالسائل. The auditory ossicles consist of three bones each: the malleus, incus, and stapes. These are the smallest bones in the body and are unique to mammals.

تشكل الوجه أربعة عشر عظمة للوجه ، توفر تجاويف للأعضاء الحسية (العيون والفم والأنف) ، وتحمي مداخل الجهاز الهضمي والجهاز التنفسي ، وتعمل كنقاط ارتباط لعضلات الوجه. The 14 facial bones are the nasal bones, the maxillary bones, zygomatic bones, palatine, vomer, lacrimal bones, the inferior nasal conchae, and the mandible. All of these bones occur in pairs except for the mandible and the vomer (Figure 38.7).

Although it is not found in the skull, the hyoid bone is considered a component of the axial skeleton. يقع العظم اللامي أسفل الفك السفلي في مقدمة العنق. يعمل كقاعدة متحركة للسان ومتصل بعضلات الفك والحنجرة واللسان. The mandible articulates with the base of the skull. The mandible controls the opening to the airway and gut. في الحيوانات ذات الأسنان ، يجعل الفك السفلي أسطح الأسنان ملامسة للأسنان العلوية.

العمود الفقري

The vertebral column , or spinal column, surrounds and protects the spinal cord, supports the head, and acts as an attachment point for the ribs and muscles of the back and neck. يتكون العمود الفقري للبالغين من 26 عظمة: 24 فقرة وعظام العجز والعصعص. عند البالغين ، يتكون العجز عادة من خمس فقرات تندمج في واحدة. يتكون العصعص عادة من 3-4 فقرات تندمج في واحدة. في حوالي سن السبعين ، قد يندمج العجز والعصعص معًا. نبدأ الحياة بما يقرب من 33 فقرة ، ولكن مع نمونا ، تندمج عدة فقرات معًا. The adult vertebrae are further divided into the 7 cervical vertebrae, 12 thoracic vertebrae, and 5 lumbar vertebrae (Figure 38.8).

يحتوي كل جسم فقري على ثقب كبير في المركز تمر من خلاله أعصاب الحبل الشوكي. هناك أيضًا شق على كل جانب يمكن من خلاله للأعصاب الشوكية ، التي تخدم الجسم في هذا المستوى ، الخروج من الحبل الشوكي. يبلغ طول العمود الفقري حوالي 71 سم (28 بوصة) في الذكور البالغين وهو منحني ، ويمكن رؤيته من وجهة نظر جانبية. تتوافق أسماء منحنيات العمود الفقري مع منطقة العمود الفقري التي تحدث فيها. المنحنيات الصدرية والعجزية مقعرة (منحنى إلى الداخل بالنسبة لمقدمة الجسم) ومنحنيات عنق الرحم والقطني محدبة (منحنى للخارج بالنسبة إلى مقدمة الجسم). The arched curvature of the vertebral column increases its strength and flexibility, allowing it to absorb shocks like a spring (Figure 38.8).

تقع الأقراص الفقرية المكونة من غضروف ليفي بين الأجسام الفقرية المجاورة من فقرة عنق الرحم الثانية إلى العجز. كل قرص هو جزء من مفصل يسمح ببعض الحركة للعمود الفقري ويعمل كوسادة لامتصاص الصدمات من الحركات مثل المشي والجري. تعمل الأقراص الفقرية أيضًا كأربطة لربط الفقرات معًا. يتصلب الجزء الداخلي من الأقراص ، وهو النواة اللبية ، مع تقدم العمر ويصبح أقل مرونة. يقلل فقدان المرونة هذا من قدرته على امتصاص الصدمات.

القفص الصدري

The thoracic cage , also known as the ribcage, is the skeleton of the chest, and consists of the ribs, sternum, thoracic vertebrae, and costal cartilages (Figure 38.9). يحيط القفص الصدري أعضاء التجويف الصدري ويحميها ، بما في ذلك القلب والرئتين. كما أنه يوفر الدعم لحزام الكتف والأطراف العلوية ، ويعمل كنقطة ربط للحجاب الحاجز وعضلات الظهر والصدر والرقبة والكتفين. التغييرات في حجم القفص الصدري تمكن من التنفس.

The sternum , or breastbone, is a long, flat bone located at the anterior of the chest. يتكون من ثلاث عظام تلتحم عند البالغين. الأضلاع هي 12 زوجًا من العظام الطويلة المنحنية التي تتصل بالفقرات الصدرية وتنحني باتجاه مقدمة الجسم ، وتشكل القفص الصدري. تربط الغضاريف الساحلية الأطراف الأمامية للأضلاع بعظم القص ، باستثناء أزواج الضلع 11 و 12 ، وهي ضلوع حرة الحركة.

Human Appendicular Skeleton

The appendicular skeleton is composed of the bones of the upper limbs (which function to grasp and manipulate objects) and the lower limbs (which permit locomotion). It also includes the pectoral girdle, or shoulder girdle, that attaches the upper limbs to the body, and the pelvic girdle that attaches the lower limbs to the body (Figure 38.10).

The Pectoral Girdle

The pectoral girdle bones provide the points of attachment of the upper limbs to the axial skeleton. The human pectoral girdle consists of the clavicle (or collarbone) in the anterior, and the scapula (or shoulder blades) in the posterior (Figure 38.11).

The clavicles are S-shaped bones that position the arms on the body. The clavicles lie horizontally across the front of the thorax (chest) just above the first rib. These bones are fairly fragile and are susceptible to fractures. For example, a fall with the arms outstretched causes the force to be transmitted to the clavicles, which can break if the force is excessive. The clavicle articulates with the sternum and the scapula.

The scapulae are flat, triangular bones that are located at the back of the pectoral girdle. They support the muscles crossing the shoulder joint. A ridge, called the spine, runs across the back of the scapula and can easily be felt through the skin (Figure 38.11). The spine of the scapula is a good example of a bony protrusion that facilitates a broad area of attachment for muscles to bone.

The Upper Limb

The upper limb contains 30 bones in three regions: the arm (shoulder to elbow), the forearm (ulna and radius), and the wrist and hand (Figure 38.12).

An articulation is any place at which two bones are joined. The humerus is the largest and longest bone of the upper limb and the only bone of the arm. It articulates with the scapula at the shoulder and with the forearm at the elbow. The forearm extends from the elbow to the wrist and consists of two bones: the ulna and the radius. The radius is located along the lateral (thumb) side of the forearm and articulates with the humerus at the elbow. The ulna is located on the medial aspect (pinky-finger side) of the forearm. It is longer than the radius. The ulna articulates with the humerus at the elbow. The radius and ulna also articulate with the carpal bones and with each other, which in vertebrates enables a variable degree of rotation of the carpus with respect to the long axis of the limb. The hand includes the eight bones of the carpus (wrist), the five bones of the metacarpus (palm), and the 14 bones of the phalanges (digits). Each digit consists of three phalanges, except for the thumb, when present, which has only two.

The Pelvic Girdle

The pelvic girdle attaches to the lower limbs of the axial skeleton. Because it is responsible for bearing the weight of the body and for locomotion, the pelvic girdle is securely attached to the axial skeleton by strong ligaments. It also has deep sockets with robust ligaments to securely attach the femur to the body. The pelvic girdle is further strengthened by two large hip bones. In adults, the hip bones, or coxal bones , are formed by the fusion of three pairs of bones: the ilium, ischium, and pubis. The pelvis joins together in the anterior of the body at a joint called the pubic symphysis and with the bones of the sacrum at the posterior of the body.

The female pelvis is slightly different from the male pelvis. Over generations of evolution, females with a wider pubic angle and larger diameter pelvic canal reproduced more successfully. Therefore, their offspring also had pelvic anatomy that enabled successful childbirth (Figure 38.13).

The Lower Limb

The lower limb consists of the thigh, the leg, and the foot. The bones of the lower limb are the femur (thigh bone), patella (kneecap), tibia and fibula (bones of the leg), tarsals (bones of the ankle), and metatarsals and phalanges (bones of the foot) (Figure 38.14). The bones of the lower limbs are thicker and stronger than the bones of the upper limbs because of the need to support the entire weight of the body and the resulting forces from locomotion. In addition to evolutionary fitness, the bones of an individual will respond to forces exerted upon them.

The femur , or thighbone, is the longest, heaviest, and strongest bone in the body. The femur and pelvis form the hip joint at the proximal end. At the distal end, the femur, tibia, and patella form the knee joint. The patella , or kneecap, is a triangular bone that lies anterior to the knee joint. The patella is embedded in the tendon of the femoral extensors (quadriceps). It improves knee extension by reducing friction. The tibia , or shinbone, is a large bone of the leg that is located directly below the knee. The tibia articulates with the femur at its proximal end, with the fibula and the tarsal bones at its distal end. It is the second largest bone in the human body and is responsible for transmitting the weight of the body from the femur to the foot. The fibula , or calf bone, parallels and articulates with the tibia. It does not articulate with the femur and does not bear weight. The fibula acts as a site for muscle attachment and forms the lateral part of the ankle joint.

The tarsals are the seven bones of the ankle. The ankle transmits the weight of the body from the tibia and the fibula to the foot. The metatarsals are the five bones of the foot. The phalanges are the 14 bones of the toes. Each toe consists of three phalanges, except for the big toe that has only two (Figure 38.15). Variations exist in other species for example, the horse’s metacarpals and metatarsals are oriented vertically and do not make contact with the substrate.

اتصال التطور

Evolution of Body Design for Locomotion on Land

The transition of vertebrates onto land required a number of changes in body design, as movement on land presents a number of challenges for animals that are adapted to movement in water. The buoyancy of water provides a certain amount of lift, and a common form of movement by fish is lateral undulations of the entire body. This back and forth movement pushes the body against the water, creating forward movement. In most fish, the muscles of paired fins attach to girdles within the body, allowing for some control of locomotion. As certain fish began moving onto land, they retained their lateral undulation form of locomotion (anguilliform). However, instead of pushing against water, their fins or flippers became points of contact with the ground, around which they rotated their bodies.

The effect of gravity and the lack of buoyancy on land meant that body weight was suspended on the limbs, leading to increased strengthening and ossification of the limbs. The effect of gravity also required changes to the axial skeleton. Lateral undulations of land animal vertebral columns cause torsional strain. A firmer, more ossified vertebral column became common in terrestrial tetrapods because it reduces strain while providing the strength needed to support the body’s weight. In later tetrapods, the vertebrae began allowing for vertical motion rather than lateral flexion. Another change in the axial skeleton was the loss of a direct attachment between the pectoral girdle and the head. This reduced the jarring to the head caused by the impact of the limbs on the ground. The vertebrae of the neck also evolved to allow movement of the head independently of the body.

The appendicular skeleton of land animals is also different from aquatic animals. The shoulders attach to the pectoral girdle through muscles and connective tissue, thus reducing the jarring of the skull. Because of a lateral undulating vertebral column, in early tetrapods, the limbs were splayed out to the side and movement occurred by performing “push-ups.” The vertebrae of these animals had to move side-to-side in a similar manner to fish and reptiles. This type of motion requires large muscles to move the limbs toward the midline it was almost like walking while doing push-ups, and it is not an efficient use of energy. Later tetrapods have their limbs placed under their bodies, so that each stride requires less force to move forward. This resulted in decreased adductor muscle size and an increased range of motion of the scapulae. This also restricts movement primarily to one plane, creating forward motion rather than moving the limbs upward as well as forward. The femur and humerus were also rotated, so that the ends of the limbs and digits were pointed forward, in the direction of motion, rather than out to the side. By placement underneath the body, limbs can swing forward like a pendulum to produce a stride that is more efficient for moving over land.



تعليقات:

  1. Giollabrighde

    انا أنضم. وقد واجهته.

  2. Moketaveto

    كما يقولون ، بدون استخدام المعيشة - الموت المبكر.

  3. Bennett

    يا له من حظ!

  4. Brent

    لذلك يمكن للمرء أن يناقش بلا حدود.

  5. Fenrigul

    لا يزال يضحك!

  6. Matthan

    لأن هذا يبدو مثيرًا للاهتمام

  7. Bomani

    محض هراء



اكتب رسالة