Sistemul osos și muscular

Sistemul locomotor este format din sistemul osos (scheletul) și sistemul muscular, care lucrează împreună pentru susținerea corpului, protecția organelor interne și realizarea mișcărilor. Oasele sunt elementele pasive ale mișcării, iar mușchii, comandați de sistemul nervos, sunt elementele active.

Sistemul osos (Scheletul)

Funcțiile scheletului

Scheletul uman îndeplinește mai multe funcții:

• Susținere: formează cadrul rigid care susține corpul și îi menține forma
• Protecție: protejează organe vitale (encefalul, măduva spinării, inima, plămânii)
• Mișcare: oferă puncte de inserție pentru mușchi și funcționează ca un sistem de pârghii
• Hematopoieză: măduva osoasă roșie produce celulele sanguine (eritrocite, leucocite, trombocite)
• Depozit de săruri minerale: stochează calciu, fosfor și alte minerale, pe care le eliberează în sânge la nevoie

Structura osului

Osul este un țesut conjunctiv dur, mineralizat, format din celule și substanță fundamentală:

• Componenta organică (aproximativ o treime): fibre de colagen (oseina), care conferă elasticitate și rezistență la tracțiune
• Componenta minerală (aproximativ două treimi): săruri de calciu, mai ales fosfat de calciu (sub formă de hidroxiapatită), care conferă duritate

Tipuri de țesut osos

• Țesut osos compact: dens, formează stratul extern al oaselor și diafiza oaselor lungi; unitatea lui structurală este osteonul (sistemul Havers), format din lamele osoase concentrice dispuse în jurul unui canal central (canalul Havers), prin care trec vase de sânge și nervi
• Țesut osos spongios: format din trabecule osoase care delimitează spații ocupate de măduva osoasă roșie; se găsește în epifizele oaselor lungi și în interiorul oaselor scurte și plate

Celulele țesutului osos

• Osteoblastele: celule care formează os; sintetizează componenta organică a substanței fundamentale și inițiază mineralizarea
• Osteocitele: osteoblaste mature, închise în substanța fundamentală; întrețin țesutul osos
• Osteoclastele: celule mari, cu mai mulți nuclei, care resorb (distrug) țesutul osos; sunt necesare pentru remodelarea osului și pentru eliberarea calciului

Structura osului lung și creșterea oaselor

Un os lung (de exemplu, femurul) are un corp, numit diafiză, și două extremități, numite epifize:

• La exterior, osul este învelit de periost, o membrană conjunctivă bogat vascularizată și inervată, cu rol în nutriția osului, în creșterea lui în grosime și în refacerea lui după fracturi
• Diafiza este formată din țesut osos compact și are la mijloc canalul medular, cu măduvă galbenă la adult
• Epifizele sunt formate din țesut osos spongios, cu măduvă roșie, și sunt acoperite de cartilaj articular

Osificarea este procesul de formare a țesutului osos, fie pe un model de cartilaj (majoritatea oaselor), fie direct în țesut conjunctiv (unele oase ale craniului).

• Creșterea în lungime se realizează la nivelul cartilajelor de creștere (de conjugare), situate între diafiză și epifize; după pubertate, acestea se osifică, iar creșterea în lungime încetează
• Creșterea în grosime se realizează pe seama periostului, care depune la exterior straturi noi de os, în timp ce osteoclastele lărgesc canalul medular

Clasificarea oaselor după formă

• Oase lungi: au o diafiză și două epifize; exemple: femurul, humerusul, tibia, fibula, radiusul, ulna
• Oase scurte: au dimensiuni aproximativ egale pe toate direcțiile; exemple: oasele carpiene (ale mâinii) și cele tarsiene (ale piciorului)
• Oase plate (late): subțiri și late; exemple: oasele bolții craniene, scapula (omoplatul), sternul, coastele
• Oase neregulate: au forme complexe; exemple: vertebrele, osul sfenoid, osul etmoid (unele manuale încadrează vertebrele la oasele scurte)

Scheletul axial

Scheletul axial formează axa centrală a corpului și cuprinde:

• Scheletul capului: format din neurocraniu (8 oase, care protejează encefalul: frontal, 2 parietale, 2 temporale, occipital, sfenoid, etmoid) și viscerocraniu (14 oase ale feței: 2 maxilare, mandibula, 2 zigomatice, 2 nazale, 2 lacrimale, 2 palatine, vomerul, 2 cornete nazale inferioare); mandibula este singurul os mobil al capului
• Coloana vertebrală: formată din 33–34 de vertebre: 7 cervicale, 12 toracice, 5 lombare, 5 sacrale (sudate în sacrum) și 4–5 coccigiene (sudate în coccis); în plan sagital are 4 curburi fiziologice (lordoza cervicală, cifoza toracală, lordoza lombară și cifoza sacrală), care îi măresc rezistența și amortizează șocurile
• Cutia toracică: formată din 12 perechi de coaste, din stern și din cele 12 vertebre toracice; primele 7 perechi de coaste se leagă direct de stern (coaste adevărate), următoarele 3 se leagă indirect (coaste false), iar ultimele 2 au capătul anterior liber (coaste flotante); protejează inima și plămânii și participă la respirație
• Osul hioid: os mic, situat la baza limbii, singurul os care nu se articulează cu alt os

Scheletul apendicular

Scheletul apendicular cuprinde oasele membrelor și centurile care le leagă de scheletul axial:

• Centura scapulară: formată din claviculă și scapulă (omoplat)
• Membrul superior: humerusul (brațul), radiusul și ulna (antebrațul), oasele carpiene (8), metacarpiene (5) și falangele (14)
• Centura pelviană: formată din cele două oase coxale (fiecare provenit din sudarea ilionului, ischionului și pubisului); împreună cu sacrul și coccisul, oasele coxale formează bazinul
• Membrul inferior: femurul (coapsa), rotula (patela), tibia și fibula (gamba), oasele tarsiene (7), metatarsiene (5) și falangele (14)

Tipuri de articulații

Articulațiile sunt legăturile dintre oase. Se clasifică în:

• Articulații fixe (sinartroze): nu permit mișcarea; exemplu: suturile dintre oasele craniului
• Articulații semimobile (amfiartroze): permit mișcări limitate; exemple: articulațiile dintre corpurile vertebrale (prin discuri intervertebrale), simfiza pubiană
• Articulații mobile (diartroze): permit mișcări ample; au cavitate articulară cu lichid sinovial, cartilaj articular pe suprafețele osoase, capsulă articulară și ligamente; exemple: articulațiile genunchiului, umărului și șoldului

Afecțiuni ale sistemului osos

• Deformările coloanei vertebrale, favorizate de pozițiile incorecte și de lipsa mișcării: scolioza (curbură laterală), cifoza patologică (accentuarea curburii toracale, „spatele rotund”) și lordoza patologică (accentuarea curburii lombare)
• Piciorul plat: turtirea bolții plantare, care face mersul obositor și dureros
• Fractura: ruperea unui os, produsă de o lovitură sau de o cădere; poate fi închisă sau deschisă (cu ruperea pielii)
• Entorsa: întinderea sau ruperea ligamentelor unei articulații, fără ca suprafețele articulare să-și piardă contactul
• Luxația: deplasarea suprafețelor articulare, care își pierd contactul normal

Sistemul muscular

Tipuri de țesut muscular

Organismul uman conține trei tipuri de țesut muscular:

Mușchiul scheletic (striat)

• Se contractă voluntar sau reflex, la comanda sistemului nervos somatic
• Fibrele musculare sunt multinucleate, cilindrice, cu striații transversale (alternanța benzilor clare și întunecate)
• Se prinde de oase prin tendoane
• Asigură mișcările voluntare, menținerea posturii și producerea de căldură
• Exemple: bicepsul brahial, cvadricepsul femural, deltoidul, mușchii abdominali

Mușchiul neted

• Se contractă involuntar, sub controlul sistemului nervos vegetativ
• Fibrele musculare sunt mononucleate, fusiforme, fără striații
• Se găsește în pereții organelor interne: tubul digestiv, vasele de sânge, vezica urinară, uterul, bronhiile
• Contracțiile sunt lente și susținute (de exemplu, mișcările peristaltice ale intestinului)

Mușchiul cardiac

• Se contractă involuntar și are automatism propriu (țesutul nodal generează impulsurile)
• Fibrele musculare sunt ramificate, striate, unite prin discuri intercalare, care permit propagarea rapidă a excitației
• Se găsește numai în peretele inimii (miocardul)
• Contracțiile sunt ritmice și se succedă fără întrerupere toată viața

Structura mușchiului scheletic

Un mușchi scheletic este învelit de o fascie conjunctivă și are o organizare ierarhică:

• Fibra musculară (celula musculară): conține numeroase miofibrile
• Miofibrila: formată din unități care se repetă, numite sarcomere
• Sarcomerul: unitatea morfologică și funcțională a miofibrilei, delimitat de două membrane Z (linii Z); conține:
  • Filamente groase de miozină, care formează discul (banda) A, întunecat
  • Filamente subțiri de actină, care formează discul (banda) I, clar, și pătrund între filamentele de miozină
  • Zona H: porțiunea centrală a benzii A, în care se găsesc doar filamente de miozină

Placa motorie este sinapsa dintre terminația axonului unui neuron motor și fibra musculară striată; mediatorul ei chimic este acetilcolina.

Mecanismul contracției musculare: teoria filamentelor glisante

Teoria filamentelor glisante (alunecătoare) a fost propusă în 1954 de două echipe de cercetători, conduse de Andrew Huxley și de Hugh Huxley, și explică mecanismul contracției:

1. Impulsul nervos ajunge la placa motorie și determină eliberarea acetilcolinei
2. Acetilcolina se leagă de receptorii de pe membrana fibrei musculare (sarcolema) și declanșează un potențial de acțiune, care se propagă de-a lungul sarcolemei și în tubii T
3. Reticulul sarcoplasmatic eliberează ioni de calciu (Ca²⁺) în sarcoplasmă
4. Ca²⁺ se leagă de troponină, care deplasează tropomiozina și descoperă locurile de legare de pe actină
5. Capetele miozinei se leagă de actină, formând punți transversale
6. Capetele miozinei își schimbă poziția (o mișcare asemănătoare vâslirii) și trag filamentele de actină spre centrul sarcomerului, care se scurtează
7. ATP-ul se leagă de capul miozinei și determină desprinderea punții; prin hidroliza ATP-ului se obține energia pentru un nou ciclu
8. Ciclul se repetă cât timp sunt disponibili Ca²⁺ și ATP
9. La relaxare, Ca²⁺ este pompat înapoi în reticulul sarcoplasmatic, tropomiozina acoperă din nou locurile de legare, iar mușchiul revine la lungimea inițială

În timpul contracției, filamentele nu se scurtează: benzile I și zona H se îngustează, iar banda A își păstrează lungimea.

Proprietățile mușchilor și tipurile de contracții

• Proprietățile mușchilor: excitabilitatea, contractilitatea, extensibilitatea, elasticitatea și tonusul muscular (starea de ușoară contracție permanentă a mușchiului în repaus, menținută reflex)
• Contracția izotonică: mușchiul se scurtează, iar tensiunea lui rămâne aproape constantă (de exemplu, ridicarea unui obiect ușor)
• Contracția izometrică: lungimea mușchiului rămâne aceeași, dar tensiunea crește (de exemplu, împingerea unui perete)
• Secusa: contracția unică a unui mușchi ca răspuns la un singur stimul; are o perioadă de latență, una de contracție și una de relaxare
• Tetanosul muscular: contracția puternică și susținută produsă de stimuli repetați rapid, ale căror secuse se sumează; contracțiile voluntare ale mușchilor scheletici sunt contracții tetanice

Principalele grupe de mușchi scheletici

• Mușchii capului: mușchii mimicii (de exemplu, orbicularul ochiului și al gurii), care dau expresia feței, și mușchii masticatori (maseterul, temporalul)
• Mușchii gâtului: de exemplu, sternocleidomastoidianul, care înclină și rotește capul
• Mușchii trunchiului: pe torace (pectoralii, intercostalii, diafragma, mușchiul principal al inspirației), pe abdomen (dreptul abdominal, oblicii) și pe spate (trapezul, marele dorsal)
• Mușchii membrelor: de exemplu, deltoidul, bicepsul și tricepsul brahial la membrul superior; fesierii, cvadricepsul femural și tricepsul sural la membrul inferior

Sursele de energie pentru contracția musculară

• ATP-ul: sursa directă de energie; rezervele din fibră ajung doar pentru câteva secunde de contracție
• Fosfocreatina: cedează rapid o grupare fosfat pentru refacerea ATP-ului (pentru încă aproximativ 8–10 secunde de efort intens)
• Glicoliza anaerobă: descompunerea glucozei fără oxigen, cu formare de acid lactic (în eforturile intense și scurte)
• Respirația celulară aerobă: oxidarea completă a glucozei și a acizilor grași în mitocondrii (în eforturile de lungă durată)

Afecțiuni ale sistemului muscular

• Oboseala musculară: scăderea temporară a capacității de contracție după un efort prelungit, legată de epuizarea rezervelor energetice și de acumularea acidului lactic
• Întinderea musculară: alungirea exagerată a fibrelor musculare, cu durere, fără ruperea lor
• Ruptura musculară: ruperea parțială sau totală a fibrelor unui mușchi, cu durere puternică, hematom și imposibilitatea contracției

Relevanța pentru Bacalaureat

Sistemul osos și muscular este o temă importantă a programei „Anatomie și fiziologie umană, genetică și ecologie umană”. Pentru examen trebuie să cunoști funcțiile scheletului, structura și creșterea osului lung, oasele principalelor regiuni ale scheletului, tipurile de articulații, tipurile de țesut muscular, structura sarcomerului, mecanismul și tipurile contracției musculare și afecțiunile sistemului locomotor (deformări ale scheletului, fracturi, entorse, luxații, întinderi și rupturi musculare). Mișcarea este rezultatul colaborării dintre sistemul nervos, oase, articulații și mușchi.