Układ kostny 2: struktura i funkcja układu mięśniowo-szkieletowego

Wprowadzenie

Układ mięśniowo-szkieletowy składa się z kości, chrząstki, więzadła, ścięgna i mięśnie, które tworzą ramy dla ciała. Ścięgna, więzadła i tkanka włóknista wiążą struktury razem, aby stworzyć stabilność, przy czym więzadła łączą kość z kością, a ścięgna łączą mięsień z kością. W szkielecie dorosłego człowieka znajduje się 206 kości; szkielet mężczyzny i kobiety jest prawie taki sam, ale szkielet kobiety ma szerszą miednicę, aby umożliwić poród, a szkielet mężczyzny jest zazwyczaj wyższy i ma większą gęstość kości. Szkielet dzieli się na:

• Szkielet osiowy – obejmujący czaszkę, kręgosłup i klatkę żebrową;
• Szkielet kostny – składający się z obręczy miednicznej i piersiowej oraz kończyn górnych i dolnych (Cedar, 2012).

Skoordynowany ruch jest możliwy dzięki połączeniu celowych i zsynchronizowanych ruchów przez odpowiednie mięśnie i kości w celu utworzenia artykulacji stawów. Konfiguracja powierzchni stawowej determinuje możliwy ruch. Płaszczyzny ruchu obejmują zgięcie, wyprost, przywodzenie, przywiedzenie, rotację i obwodzenie (Tabela 1).

Stawy

Stawy są powierzchniami artykulacyjnymi pomiędzy dwiema kośćmi i mogą być sklasyfikowane w zależności od tego, na jaki ruch pozwalają:

• Synartroza – staw nieruchomy, nieruchomy;
• Amphiarthrosis – staw, w którym możliwy jest pewien ruch;
• Diarthrosis – staw swobodnie ruchomy (Moini, 2020).

Można je również sklasyfikować według komponentów łączących kości (takich jak struktury włókniste, struktury chrzęstne i struktury synowialne), jak pokazano poniżej.

Stawy włókniste

Stawy włókniste to powierzchnie artykulacyjne połączone ze sobą twardymi połączeniami włóknistymi. Jednym z przykładów są linie szwów w czaszce, gdzie kości, które początkowo były oddzielne, zostały zlepione razem (synostoza), tworząc jedną kość (Danning, 2019). Ponieważ linia szwu nie pozwala na ruch po wystąpieniu fuzji, jest to uważane za staw synarthrotic.

Syndesmosy są innym rodzajem stawu włóknistego, w którym więzadła i błona międzykostna łączą staw, tworząc twardą strukturę. Przykładem jest staw piszczelowo-strzałkowy dolny, w którym więzadła międzykostne, piszczelowo-strzałkowe i poprzeczne łączą dalszą część kości piszczelowej i strzałkowej kończyny dolnej. Kolejnym stawem jest staw promieniowo-łokciowy, w którym błona śródkostna łączy dystalną część kości promieniowej i łokciowej przedramienia. Można go również zaklasyfikować jako staw amfipatyczny, ponieważ pozwala na pewien ruch umożliwiający pronację i supinację ręki i przedramienia.

Stawy chrzęstne

Stawy te są połączone twardą chrząstką pomiędzy kośćmi i można je zaklasyfikować jako pierwotne (synchondroza) lub wtórne (symphyses).

Synchondrozy
Synchondrozy są stawami chrzęstnymi utworzonymi z chrząstki hialinowej, i występują głównie w rosnącym szkielecie jako centra kostnienia rosnącej kości, które będą kostnieć z czasem (synostoza), takie jak nasadowa płytka wzrostowa.

Stawy chrzęstne są zazwyczaj nieruchome, ale w rzadkim stanie u dzieci i młodzieży, mocowanie nasady rozluźnia się, pozwalając głowie kości udowej ześlizgnąć się w dół szyjki kości udowej. Jest to znane jako zsunięta górna nasada kości udowej i często objawia się u dziecka nieoczekiwanym utykaniem (Robson i Syndercombe Court, 2019).

W dojrzałym szkielecie przykładem synchondrozy jest pierwszy staw mostkowo-obojczykowy (między pierwszym żebrem a manubrium); wszystkie pozostałe stawy mostkowo-obojczykowe są synowialne.

Symphyses
Są to stałe połączenia chrzęstne, w których kości połączone są poprzez fibrokartylinę; co ciekawe, wszystkie one znajdują się w linii środkowej ciała (Robson i Syndercombe Court, 2019). Krążki międzykręgowe między trzonami kręgów kręgosłupa są przykładem kości połączonych fibrocartilage. Te włókniste stawy pozwalają na stosunkowo ograniczony ruch indywidualnie, ale rozległy ruch można osiągnąć zbiorowo w całym kręgosłupie.

Innym przykładem spojenia łonowego jest spojenie łonowe w miednicy, które pomaga utrzymać stabilność miednicy. W czasie ciąży spojenie łonowe jest zmiękczane przez hormony, aby umożliwić jego rozszerzenie podczas porodu. To, wraz z niezrośniętymi kośćmi czaszki dziecka, umożliwia przejście główki dziecka przez kanał rodny.

Jako że spojenia łonowe pozwalają na niewielki ruch pomiędzy powierzchniami stawowymi, są one uważane za amphiarthroses.

Stawy synowialne

Stawy synowialne są zaprojektowane tak, aby umożliwić swobodny ruch stawu i są klasyfikowane jako diarthroses. Charakteryzują się przerwą pomiędzy kośćmi stawowymi i są utrzymywane w bliskim sąsiedztwie przez torebkę stawową. Skurcz infrastruktury mięśni wokół stawu utrzymuje ruch, natomiast stabilność jest utrzymywana dzięki wykorzystaniu struktur tkanek miękkich, takich jak więzadła, wargi, poduszki tłuszczowe i łąkotki (Danning, 2019).

Staw posiada zewnętrzną włóknistą torebkę stawową, która otacza cały staw i jest przymocowana do okostnej, umożliwiając ruch, utrzymując wytrzymałość na rozciąganie i pomagając zapobiegać zwichnięciom. Wewnątrz torebki znajdują się czuciowe włókna nerwowe, które wykrywają ból i określają położenie stawu (Moini, 2020). Wewnętrzna warstwa torebki jest silnie unaczyniona i unerwiona przez wolne/małe włókna nerwowe, które w przypadku stymulacji mogą wywoływać rozproszone uczucie pieczenia lub bólu (Danning, 2019). Warstwa ta zawiera również błonę maziową (synovium), która składa się z synowiocytów, z których istnieją dwa typy:

• Typ A – pośredniczą w uwalnianiu cytokin i są zaangażowane w generowanie odpowiedzi immunologicznej (Robson i Syndercombe Court, 2019);
• Typ B – produkują płyn maziowy.

Płyn maziówkowy
Płyn maziówkowy pomaga chronić staw przed urazami mechanicznymi i zawiera kwas hialuronowy oraz lubrynę (Danning, 2019). W zdrowym stawie płyn maziowy jest bardzo lepki i przejrzysty, jest bezbarwny lub ma kolor blado-słomkowy. Woda jest w stanie bardzo łatwo dostać się do stawu podczas stanu zapalnego, ale po zmieszaniu się z kwasem hialuronowym nie może go opuścić tak szybko (Robson i Syndercombe Court, 2019) – w związku z tym, chociaż obrzęk stawu może trwać tylko kilka godzin, ustąpienie tego obrzęku może zająć kilka dni.

Płyn maziowy może ulec zakażeniu w wyniku hematogennego (przenoszonego przez krew) rozprzestrzeniania się bakterii, rozszerzenia sąsiedniego zakażenia lub bezpośredniego zaszczepienia w następstwie urazu lub procedury inwazyjnej. Jest to znane jako septyczne zapalenie stawów i może spowodować uszkodzenie błony maziowej lub chrząstki stawowej.

Reumatoidalne zapalenie stawów
Jest to autoimmunologiczna artropatia zapalna, która wpływa na błonę maziową. Występuje częściej u palaczy i jest trzykrotnie częstsza u kobiet niż u mężczyzn (Ralston i McInnes, 2014).

Początek kliniczny charakteryzuje się nieprawidłową produkcją cytokin i mediatorów zapalnych, takich jak interleukina 1, interleukina 6, interleukina 15 i czynnik martwicy nowotworów (Ralston i McInnes, 2014). Powoduje to, że błona maziowa ulega zapaleniu i przerostowi, przez co kosmki błony maziowej ulegają pogrubieniu i zlepiają się ze sobą, tworząc pannus. Panewka wnika w otaczające tkanki (takie jak chrząstka, więzadła i torebka stawowa), co może prowadzić do stopniowego niszczenia stawu (Danning, 2019).

Reumatoidalne zapalenie stawów może również wpływać na struktury okołostawowe, w tym pochewki ścięgien i kaletki maziowe, jak również mieć objawy pozastawowe.

Osteoarthritis
Powierzchnie stawowe w stawach maziówkowych pokryte są około 2-3mm chrząstką hialinową, która zapewnia gładką powierzchnię i zmniejsza tarcie podczas ruchu. Pomaga to rozłożyć ciężar na całym stawie, zmniejszając tarcie i uszkodzenia powierzchni kostnej (Robson i Syndercombe Court, 2019).

Osteoarthritis jest chorobą zwyrodnieniową polegającą na ogniskowej utracie chrząstki stawowej, przez co chrząstka staje się mniej skuteczna w ochronie końców kości (Ralston i McInnes, 2014). Z czasem może to powodować ocieranie się o siebie powierzchni kostnych podczas ruchu, powodując ból i słyszalne trzeszczenie. Ponieważ kość próbuje skompensować utratę chrząstki stawowej, wytwarza nową kość, aby spróbować ustabilizować staw. Skutkuje to pogrubieniem kości pod pozostałą chrząstką (stwardnienie) oraz tworzeniem osteofitów na krawędziach stawu, co może ograniczać zakres ruchu w stawie.

Wiązadła podporowe
Stawy synowialne zostały zaprojektowane w taki sposób, aby umożliwić ruch przy jednoczesnym zachowaniu równowagi, siły i stabilności. Różnią się budową i rodzajem ruchu, na jaki pozwalają – Tabela 2 podsumowuje różne typy.

Stabilność stawu zależy od jego kształtu, liczby i położenia więzadeł podporowych wokół niego, ich siły i napięcia, jakie wywierają (Tortora i Derrickson, 2009). Więzadła podporowe opisywane są w zależności od ich położenia w stosunku do torebki stawowej (zewnątrz- lub wewnątrz-kapsułkowe). Nadmierne napięcie więzadeł, np. podczas przemieszczania stawu poza jego funkcjonalny zakres ruchu, może spowodować ich rozciągnięcie i doprowadzić do ich skręcenia lub rozerwania. Uszkodzenie więzadeł może zagrozić stabilności i funkcji stawu.

Długotrwałe nieużywanie stawu, na przykład z powodu unieruchomienia w gipsie lub poprzez odpoczynek w łóżku, często powoduje zmniejszenie elastyczności więzadeł i ścięgien, jak również zanik mięśni (Tortora i Derrickson, 2009). Może to prowadzić do zmniejszenia ruchomości stawów i trudności z aktywnością funkcjonalną.

Mięśnie

W organizmie występują trzy rodzaje mięśni:

• Gładkie;
• Sercowe;
• Szkieletowe.

W przeciwieństwie do mięśni szkieletowych, mięśnie gładkie i sercowe nie podlegają dobrowolnej kontroli (Soames i Palastanga, 2019). Mięśnie szkieletowe są unerwione przez nerwy somatyczne (ruchowe), aby symulować ruch dobrowolny, podczas gdy mięśnie sercowe i gładkie są unerwione przez autonomiczny układ nerwowy.

Mięśnie szkieletowe
Anatomia mięśni szkieletowych została przedstawiona na ryc. 1. Komórki włókien mięśni szkieletowych są wąskie, ale mogą być długie (Danning, 2019), a każde włókno ma własne pokrycie łącznotkankowe zwane endomysium (Soames i Palastanga, 2019). Włókna mięśniowe znajdują się w pęczkach zwanych powięziami, które są utrzymywane razem przez warstwę tkanki łącznej zwanej perimysium. Są one zgrupowane razem, tworząc mięśnie, związane osłoną z tkanki łącznej włóknistej zwanej epimysium. Epimysium łączy się z perimysium tworząc ścięgno mięśniowe, które przyczepia mięsień do okostnej kości.

Miejsce, w którym ścięgna i więzadła przyczepiają się do kości jest znane jako enteza; jest to miejsce powszechnie dotknięte w seronegatywnych spondyloartropatiach (na przykład zesztywniającym zapaleniu stawów kręgosłupa, łuszczycowym zapaleniu stawów i reaktywnym zapaleniu stawów). Seronegatywne artropatie są rodzajem zapalenia stawów, w których nie występują przeciwciała czynnika reumatoidalnego.

Bursy to wypełnione płynem worki zlokalizowane w miejscach, w których mogą występować siły ścinające, takie jak gdy mięśnie i ścięgna przechodzą nad, lub wokół krawędzi, kości – na przykład w barku (subacromial bursa) lub biodrze (trochanteric bursa) (Robson i Syndercombe Court, 2019). Bursy pozwalają strukturom gładko przesuwać się nad sobą, zmniejszając tarcie podczas ruchu. Czasami mogą one ulec zapaleniu i stać się bolesne z powodu infekcji, zapalenia stawów lub powtarzających się ruchów i „nadużywania” stawu, co jest stanem znanym jako zapalenie kaletki maziowej. Typowe przykłady to zapalenie kaletki podkolanowej (kolano pokojówki) i zapalenie kaletki olecranonowej (łokieć studenta).

Mięśnie szkieletowe mają kilka kluczowych funkcji, w tym:

• Utrzymywanie postawy i pozycji ciała;
• Wykonywanie ruchu;
• Pomaganie w powrocie krwi żylnej z kończyn dolnych do prawej strony serca (pompa mięśni szkieletowych);
• Zamienianie energii chemicznej na energię mechaniczną, która wytwarza ciepło i przyczynia się do utrzymania temperatury ciała (Moini, 2020; Robson i Syndercombe Court, 2019).

Wiele mięśni jest nazwanych zgodnie z ich różnymi cechami, takimi jak: brevis (krótki), longus (długi), maximus (duży) i minimus (mały). Ich nazwy mogą również wskazywać kierunek działania mięśnia – na przykład mięsień poprzeczny brzucha biegnie poprzecznie, a mięsień prosty brzucha biegnie pionowo („rectus” oznacza prosty) – i mogą również wskazywać funkcję; na przykład flexor pollicis longus oznacza mięsień, który zgina (Drake i in., 2020).

Mięśnie szkieletowe są antagonistyczne – pracują w opozycji do siebie, aby stworzyć ruch. Kiedy mięsień szkieletowy otrzymuje sygnał z nerwu somatycznego (ruchowego), skraca się, pociągając jedną kość w kierunku drugiej. Gdy jeden mięsień w parze kurczy się, drugi rozluźnia się; proces ten jest następnie odwracany, aby wyprostować staw kostny.

Mięśnie szkieletowe wymagają czterech kluczowych właściwości:

• Zwrotność – aby kurczyły się w celu wytworzenia sił wystarczających do poruszenia kości;
• Rozciągliwość – zapewniająca zdolność do rozciągania bez uszkodzenia;
• Elastyczność – umożliwiająca powrót do stanu spoczynku po rozciągnięciu lub skurczeniu;
• Ekscytowalność – czyli jest w stanie odpowiedzieć na bodziec (potencjał czynnościowy).

Złącze nerwowo-mięśniowe to chemiczna synapsa utworzona między włóknem nerwowym a włóknem mięśniowym. Nerw do synapsy między mięśniem a włóknem nerwowym uwalnia acetylocholinę, która działa jako chemiczny neuroprzekaźnik do przekazywania impulsu elektrycznego z nerwu do receptorów w mięśniu. Podczas operacji połączenie nerwowo-mięśniowe jest ważnym miejscem działania leku, ponieważ blokowanie receptorów acetylocholiny zapewnia blokadę nerwowo-mięśniową, która powoduje paraliż mięśni.

Mięśnie szkieletowe działają najlepiej, gdy są używane regularnie, a stosowanie ukierunkowanego treningu lub ćwiczeń może poprawić ich wytrzymałość i moc. Podobnie, utrata masy mięśniowej (atrofia), taka jak spadek wielkości i siły mięśni, może wystąpić z powodu braku aktywności lub czynników, takich jak złe odżywianie lub przewlekła choroba. Chociaż starzenie się i towarzyszące mu zmniejszenie mobilności może obniżyć jakość tkanki łącznej i spowodować, że więzadła stracą część swojej elastyczności (Robson i Syndercombe Court 2019), ważne jest, aby zoptymalizować zdrowie układu mięśniowo-szkieletowego poprzez utrzymywanie zdrowej diety i kontynuowanie aktywności fizycznej na miarę możliwości danej osoby (Rowe i in., 2019).

Podsumowanie

Mięśnie i stawy są ważną częścią układu mięśniowo-szkieletowego. Budowa powierzchni artykulacyjnych oraz rodzaj tkanek łącznych odgrywają istotną rolę w zakresie i płaszczyźnie ruchu dozwolonego w stawie. Mięśnie szkieletowe są odpowiedzialne za ruch i postawę ciała, a ich działanie jest najlepsze, gdy są regularnie używane, co zapobiega ich zanikowi. Patologia dotykająca stawy może mieć znaczący wpływ na funkcję i zakres ruchu – zrozumienie, w jaki sposób patologia wpływa na układ mięśniowo-szkieletowy, pozwala lekarzom zająć się oznakami i objawami oraz proaktywnie promować zdrowie układu mięśniowo-szkieletowego.

• Sprawdź swoją wiedzę za pomocą samooceny Nursing Times po przeczytaniu tego artykułu. Jeśli zdobędziesz 80% lub więcej punktów, otrzymasz spersonalizowany certyfikat, który możesz pobrać i przechowywać w swoim Portfolio NT jako dowód CPD lub rewalidacji.
• Zrób samoocenę Nursing Times dla tego artykułu

.