دستگاه اسکلتی ـ عضلانی: مجموعه استخوان‌ها، عضلات، مفاصل و رباط‌ها

دستگاه اسکلتی ـ عضلانی: موتور حرکتی بدن

ساختار اسکلت: داربست استخوانی بدن

اسکلت انسان در بدو تولد از حدود 270 قطعه استخوان تشکیل شده که با افزایش سن و جوش خوردن برخی از آن‌ها، این تعداد در بزرگسالی به حدود 206 استخوان می‌رسد. این استخوان‌ها را می‌توان بر اساس شکل و کارکردشان دسته‌بندی کرد. برای درک بهتر، جدول زیر انواع اصلی استخوان‌ها را نشان می‌دهد.

استخوان یک بافت زنده و فعال است. در مرکز برخی استخوان‌ها، مغز استخوان قرار دارد که کارخانهٔ تولید سلول‌های خونی است. ترکیب شیمیایی استخوان به آن استحکام می‌دهد: مواد معدنی (عمدتاً کلسیم و فسفر) سختی و مواد آلی (مانند کلاژن⁷) انعطاف‌پذیری ایجاد می‌کنند. استحکام استخوان را می‌توان با فرمولی ساده نشان داد: $استحکام \propto (تراکم\;معدنی)^2$. یعنی استحکام تقریباً با مجذور تراکم مواد معدنی رابطه دارد. به همین دلیل کمبود کلسیم می‌تواند استخوان‌ها را بسیار شکننده کند.

مفاصل و رباط‌ها: لولاها و مهارهای طبیعی

استخوان‌ها به تنهایی قادر به حرکت نیستند. آن‌ها در محل‌هایی به نام مفصل به هم متصل می‌شوند. مفاصل بر اساس میزان حرکتی که اجازه دادن می‌کنند، به سه دستهٔ اصلی تقسیم می‌شوند:

مفاصل ثابت مانند درزهای بین استخوان‌های جمجمه که تقریباً هیچ حرکتی ندارند و نقش حفاظتی ایفا می‌کنند.

مفاصل نیمه‌متحرک مانند مفاصل بین مهره‌ها که حرکت محدودی دارند و مانند کمک‌فنر ضربات را جذب می‌کنند.

مفاصل متحرک (سینوویال)⁸ که بیشترین تحرک را دارند و در فعالیت‌های روزمره مانند راه رفتن یا پرتاب توپ نقش کلیدی بازی می‌کنند.

مفاصل متحرک ساختار پیچیده‌تری دارند. آن‌ها دارای کپسول مفصلی، غضروف⁹ برای کاهش اصطکاک، و مایع سینوویال برای روان‌کاری هستند. رباط‌ها نوارهای محکمی از بافت فیبروز هستند که استخوان‌ها را در محل مفصل به هم متصل کرده و از حرکت بیش از حد آن‌ها جلوگیری می‌کنند. برای مثال، رباط‌های صلیبی¹⁰ در زانو، ثبات این مفصل حیاتی را حفظ می‌کنند.

سیستم ماهیچه‌ای: موتورهای محرکه

ماهیچه‌ها با انقباض خود، نیرو تولید کرده و باعث حرکت استخوان‌ها حول مفاصل می‌شوند. سه نوع بافت ماهیچه‌ای در بدن وجود دارد: ماهیچه اسکلتی (ارادی)، ماهیچه قلبی و ماهیچه صاف (غیرارادی). در اینجا تمرکز ما روی ماهیچه‌های اسکلتی است که مسئول حرکات آگاهانهٔ ما هستند. این ماهیچه‌ها معمولاً به‌وسیلهٔ تاندون‌ها¹¹ (رشته‌های بسیار محکم) به استخوان‌ها متصل شده‌اند.

ماهیچه‌های اسکلتی اغلب به صورت جفت‌های مخالف عمل می‌کنند. برای مثال، هنگامی که می‌خواهید بازوی خود را خم کنید، ماهیچهٔ دوسر بازو (بایسپس)¹² منقبض و کوتاه می‌شود، در حالی که ماهیچهٔ سه‌سر بازو (ترایسپس)¹³ در طرف مقابل، شل و کشیده می‌شود. برای صاف کردن بازو، این عمل برعکس می‌شود. این هماهنگی دقیق توسط سیستم عصبی کنترل می‌شود.

همکاری اجزا: از فرمان مغز تا حرکت دست

حال بیایید این اجزا را در یک عمل ساده مانند «برداشتن لیوان آب» با هم دنبال کنیم:

۱. فرمان مغز: مغز شما تصمیم می‌گیرد آب بنوشد و سیگنال‌های الکتریکی را از طریق نخاع و اعصاب به ماهیچه‌های دست و انگشتان می‌فرستد.

۲. انقباض ماهیچه‌ها: ماهیچه‌های ساعد و دست شما منقبض می‌شوند. تاندون‌های متصل به استخوان‌های انگشت، نیروی انقباض را به آن‌ها منتقل می‌کنند.

۳. حرکت در مفاصل: استخوان‌های انگشتان حول مفاصل بین بندیشان می‌چرخند (مانند لولا). رباط‌های اطراف این مفاصل، اجازه نمی‌دهند انگشتان بیش از حد به عقب خم شوند.

۴. حمایت اسکلت: استخوان‌های ساعد (زند زبرین و زیرین)¹⁴ و مچ، به‌عنوان اهرم‌های محکمی عمل می‌کنند که ماهیچه‌ها به آن‌ها نیرو وارد می‌کنند.

این کل فرآیند در کسری از ثانیه و با هماهنگی کامل انجام می‌شود. کارایی این سیستم را می‌توان با اصل اهرم‌ها در فیزیک توضیح داد. نیروی ماهیچه ($F_m$) در یک فاصله ($d_1$) از تکیه‌گاه (مفصل) وارد می‌شود تا بار ($W$) را که در فاصله‌ای دورتر ($d_2$) قرار دارد، بلند کند: $F_m \times d_1 = W \times d_2$. به همین دلیل است که برای بلند کردن یک وزنه با دست کشیده، باید نیروی بسیار بیشتری نسبت به زمانی که وزنه نزدیک بدن است، وارد کنید.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ Musculoskeletal System (سیستم ماهیچه‌ای-استخوانی).
² Femur.
³ Humerus.
⁴ Carpal Bones.
⁵ Scapula.
⁶ Mandible.
⁷ Collagen.
⁸ Synovial Joints.
⁹ Cartilage.
¹⁰ Cruciate Ligaments.
¹¹ Tendons.
¹² Biceps Brachii.
¹³ Triceps Brachii.
¹⁴ Radius & Ulna.
¹⁵ Delayed Onset Muscle Soreness (DOMS).