Филогенез опорно двигательного аппарата кратко

Обновлено: 05.07.2024

Филогенез двигательной функции лежит в основе прогрессивной эволюции животных. Поэтому уровень их организации в первую очередь зависит от характера двигательной активности, которая определяется особенностями организации опорно-двигательного аппарата, претерпевшего в типе Хордовые большие эволюционные преобразования в связи со сменой сред обитания и изменения форм локомоции. Действительно, водная среда у животных, не имеющих наружного скелета, предполагает однообразные движения за счет изгибов всего тела, в то время как жизнь на суше более способствует их перемещению с помощью конечностей.

1. Скелет

У хордовых скелет внутренний. По строению и функциям подразделяется на осевой, скелет конечностей и головы.

Осевой скелет

У всех позвоночных хорда постепенно вытесняется позвонками, развивающимися из склеротомов сомитов, и функционально заменяется позвоночным столбом. Это один из выраженных примеров гомотопной субституции органов. Формирование позвонков в филогенезе начинается с развития их дуг, охватывающих нервную трубку и становящихся местами прикрепления мышц. Начиная с хрящевых рыб обнаруживается охрящевение оболочки хорды и разрастание оснований позвонковых дуг, в результате чего формируются тела позвонков. Срастание верхних позвонковых дуг над нервной трубкой образует остистые отростки и позвоночный канал, в который заключена нервная трубка .

У рыб только два отдела позвоночника: туловищный и хвостовой. Это связано с перемещением их в воде за счет изгибов тела.

Земноводные приобретают также шейный и крестцовый отделы, представленные каждый одним позвонком. Первый обеспечивает большую подвижность головы, а второй — опору задним конечностям.

У пресмыкающихся удлиняется шейный отдел позвоночника, первые два позвонка которого подвижно соединены с черепом и обеспечивают большую подвижность головы. Появляется поясничный отдел, еще слабо отграниченный от грудного, а крестец состоит уже из двух позвонков.

Млекопитающие характеризуются стабильным количеством позвонков в шейном отделе, равным 7. В связи с большим значением в движении задних конечностей крестец образован 5—10 позвонками. Поясничный и грудной отделы четко отграничены друг от друга.

У рыб все туловищные позвонки несут ребра, не срастающиеся друг с другом и с грудиной. Они придают телу устойчивую форму и обеспечивают опору мышцам, изгибающим тело в горизонтальной плоскости. Эта функция ребер сохраняется у всех позвоночных, совершающих змеевидные движения,— у хвостатых земноводных и пресмыкающихся , поэтому у них ребра также располагаются на всех позвонках, кроме хвостовых.

У пресмыкающихся часть ребер грудного отдела срастается с грудиной, формируя грудную клетку, а у млекопитающих в состав грудной клетки входит 12—13 пар ребер.

Лекция "Возрастная анатомия опорно-двигательного аппарата"

Стадии развития скелета в филогенезе.

У животных выделяют наружный и внутренний скелет.

Наружный скелет у разных животных (рис. 1) имеет разное строение и происхождение. У многих беспозвоночных он является продуктом выделения кожного эпителия: кутикула дождевого червя, хитин членистоногих, известковые раковины молюсков.

Наружный скелет у позвоночных появляется в форме чешуи у рыб. Из чешуй у высших рыб развиваются покровные кости головы и плечевого пояса.

Чешуя рыб и кожные окостенения наземных позвоночных всегда дополняются внутренним скелетом.

Внутренний скелет у низших животных (рис. 1) развит слабо и представляет собой систему соединительнотканных образований, иногда включающих рогоподобные волокна, кремниевые или известковые иглы.

Внутренний скелет у головоногих молюсков представлен хрящом.

У позвоночных животных внутренний скелет всегда хорошо развит.

У бесчерепных он перепончатый, у низших рыб – хрящевой, у высших рыб и наземных позвоночных он построен преимущественно из костной ткани.

Развитие скелета в онтогенезе у человека.

Согласно основному биогенетическому закону Геккеля-Мюллера онтогенез есть краткое повторение филогенеза. Онтогенез твердого скелета у человека не является исключением: в развитии костей у человека выделяются три последовательных стадии (рис. 2):

1. Соединительнотканная.
2. Хрящевая.
3. Костная.

Большинство костей в своем развитии последовательно проходят все три стадии – это вторичные кости. Ряд костей при развитии пропускают хрящевую стадию – это первичные кости. К первичным по развитию костям относятся: кости свода черепа, кости лицевого черепа, часть ключицы (акромиальный конец).

Первичные и вторичные кости.

По развитию кости человека делятся на две группы (рис. 3):

Первичные – проходят в своем развитии две стадии: соединительнотканная и костная.
Вторичные кости – проходят в своем развитии три последовательных стадии: соединительнотканную, хрящевую и костную.

Характеристика остеобластов и остеокластов развиваюшейся кости.

Для развития костной ткани в костях необходимо наличие популяций двух видов клеток (рис. 4):

Остеобласты представляют собой кубовидной формы клетки (20-30 мкм в диаметре) с одним крупным ядром, располагающиеся близко друг к другу на костном матриксе (межклеточном веществе). Фибробласты продуцируют все компоненты костного матрикса. Они имеют два разных эмбриональных источника:

нервные гребешковые клетки (выделяются из краев нервного желобка эмбриона при замыкании его в нервную трубку). Они дают начало волокнистой костной ткани костей черепа.
мезенхимальные клетки закладки кости. Они дают начало пластинчатой костной ткани.

Остеокласты - многоядерные (от 2 до 100 ядер в клетке), большие (от 20 до 100 мкм) клетки гемопоэтической природы. Заносятся в соединительнотканные и хрящевые закладки костей по кровеносным сосудам. Функция остеокластов – резорбция кости.

Для формирования кости как органа необходимо совместная работа двух видов клеток: остеобластов и остеокластов.

Cпособы развития костей (окостенения).

В зависимости от того где начинается формирование костной ткани в костях (включая их закладки) выделяют четыре способа окостенения (рис. 5):

Эндесмальное окостенение.
Перихондральной окостенение.
Энхондральное окостенение.
Периостальной окостенение.

При эндесмальном окостенении (рис. 5) первичная точка окостенения появляется в центре соединительнотканной закладки кости. Затем новообразующаяся костная ткань распространяется от цента органа к периферии. Таким способом окостеневают первичные кости. На месте первичной точки окостенения обычно наблюдается утолщение (например, теменной бугор, наружный затылочный выступ и т.п.).

Периходральное окостенение характерно для вторичных костей. Остеобласты выстраиваются на поверхности хрящевой закладки кости и начинают синтезировать костный матрикс. Это приводит с сдавливанию и нарушению трофика подлежащей хрящевой ткани, изменения которой активирует остеокласты. В результате этого на поверхности хрящевой закладки кости появляется и постепенно нарастает костная ткань (рис. 5). За счет перихондрального окостенения формируется компактное костное вещество. У длинных трубчатых костей так во внутриутробном периоде образуется диафиз.

При энхондральном окостенении точка (первичный очаг) окостенения появляется в центре хрящевой закладки кости. Затем костная ткань разрастается из центра к периферии (рис. 6). В результате этого формируется губчатое костное вещество. Этим способом развиваются вторичные кости: эпифизы и апофизы трубчатых костей, губчатые, плоские (кроме свода черепа) кости.

Периостальное окостенение происходит за счет надкостницы (periosteum, лат – надкостница). У детей за счет надкостницы кости растут в толщину (напоминаем, что рост кости в длину идет за счет метафизарного хряща)(рис. 6). У взрослых периостальное окостенение обеспечивает физиологическую регенерацию кости.

Развитие костей туловища (общие свойства). Развитие и аномалии развития позвонков.

Рис. 8. Развитие и аномалии развития позвонков.

Рис. 9. Расщелина дуг позвонков на протяжении всех грудных позвонков.

Кости туловища по развитию относятся к вторичным костям. Они окостеневают энхондрально (рис. 7).

Развитие позвонков:

У зародыша закладывается 38 позвонков: 7 шейных, 13 грудных, 5 поясничных, 12-13 крестцовых и копчиковых (рис. 8).

13-й грудной превращается в 1-й поясничный, последний поясничный – в 1-й крестцовый, Идет редукция большинства копчиковых позвонков.

Каждый позвонок имеет первоначально три ядра окостенения: в теле и по одному в каждой половинке дуги. Они срастаются лишь к третьему году жизни.

Вторичные центры появляются по верхнему и нижнему краям тела позвонка у девочек в 6-8 лет, у мальчиков – в 7-9 лет. Они прирастают к телу позвонка в 20-25 лет.

Самостоятельные ядра окостенения образуются в отростках позвонков.

Аномалии развития позвонков (рис. 8, 9):

- Врожденные расщелины позвонков:

- Spina bifida - расщелина только дуг.
- Рахишизис – полная расщелина (тело и дуга).

- Клиновидные позвонки и полупозвонки.

- Платиспондилия – расширение тела позвонка в поперечнике.

- Брахиспондилия – уменьшение тела позвонка по высоте, уплощение и укорочение.

- Аномалии суставных отростков: аномалии положения, аномалии величины, аномалии сочленения, отсутствие суставных отростков.

- Спондилолиз – дефект в межсуставной части дуги позвонка.

- Врожденные синостозы: полный и частичный.

- Os odontoideum – неслияние зуба с телом осевого позвонка.

- Ассимиляция (окципитализация) атланта – слияние атланта с затылочной костью.

- Сакрализация – полное или частичное слияние последнего поясничного позвонка с крестцом.

- Люмбализация – наличие шестого поясничного позвонка (за счет мобилизации первого крестцового).

Развитие и аномалии развития ребер и грудины.

Рис. 10. Развитие и аномалии развития ребер.

Рис. 11. Развитие и аномалии развития грудины.

Развитие ребер (рис. 10):

Закладывается 13 пар ребер. Затем 13-е ребро редуцируется и срастается с поперечным отростком 1-го поясничного позвонка.

Основных точек окостенения в ребре две: точка окостенения на месте будущего угла ребра (окостеневает тело ребра) и в головке ребра (на 15-20 году жизни). У 10 верхних ребер появляется точка окостенения в бугорке ребра.

Передние концы 9 пар верхних ребер образуют грудные полоски – источник развития грудины.

Развитие грудины (рис. 11):

Источником развития грудины являются грудные полоски – расширенные концы хрящевых концов девяти пар верхних ребер. В грудине бывает до 13 точек окостенения.

Аномалии развития ребер (рис. 10):

- Отсутствие ребра
- Отсутствие части ребра
- Дефект ребра
- Раздвоение ребра (вилка Лушки)
- Шейное ребро
- XIII ребро

Аномалии развития грудины (рис. 11):

- Аплазия рукоятки грудины
- Отсутствие отдельных сегментов тела грудины - Расщепление грудину
- Отсутствие тела грудины
- Воронкообразная деформация
- Куриная грудь

Рассмотрим в отдельности эволюцию скелета и мышечной системы.

У хордовых скелет внутренний. По строению и функциям подразделяется на осевой, скелет конечностей и головы.

В подтипе Бесчерепные имеется только осевой скелет в виде хорды. Она построена из сильно вакуолизированных клеток, плотно прилегающих друг к другу и покрытых снаружи общими эластической и волокнистой оболочками. Упругость хорде придают тургорное давление ее клеток и прочность оболочек. Хорда закладывается в онтогенезе всех хордовых и выполняет у более высокоорганизованных животных не столько опорную, сколько морфогенетическую функцию, являясь органом, осуществляющим эмбриональную индукцию.

На протяжении всей жизни у позвоночных хорда сохраняется только у круглоротых и некоторых низших рыб. У всех остальных животных она редуцируется. У человека в постэмбриональном периоде сохраняются рудименты хорды в виде nucleus pulposus межпозвоночных дисков. Сохранение избыточного количества хордального материала при нарушении его редукции чревато возможностью развития у человека опухолей — хордом, возникающих на его основе.

У всех позвоночных хорда постепенно вытесняется позвонками, развивающимися из склеротомов сомитов, и функционально заменяется позвоночным столбом. Это один из выраженных примеров гомотопной субституции органов (см. § 13.4). Формирование позвонков в филогенезе начинается с развития их дуг, охватывающих нервную трубку и становящихся местами прикрепления мышц. Начиная с хрящевых рыб обнаруживается охрящевение оболочки хорды и разрастание оснований позвонковых дуг, в результате чего формируются тела позвонков. Срастание верхних позвонковых дуг над нервной трубкой образует остистые отростки и позвоночный канал, в который заключена нервная трубка (рис. 14.6).

Рис. 14.6. Развитие позвонка. А—ранний этап; Б—последующая стадия:

1—хорда, 2—оболочка хорды, 3—верхние и нижние позвонковые дуги, 4—остистый отросток, 5—зоны окостенения, 6—рудимент хорды, 7—хрящевое тело позвонка

Замещение хорды позвоночным столбом — более мощным органом опоры, имеющим сегментарное строение,— позволяет увеличить общие размеры тела и активизирует двигательную функцию. Дальнейшие прогрессивные изменения позвоночного столба связаны с тканевой субституцией — заменой хрящевой ткани на костную, что обнаруживается у костных рыб, а также с дифференцировкой его на отделы.

Рис. 14.7. Аномалии развития осевого скелета. А — рудиментарные шейные ребра (показаны стрелками); Б — несращение остистых отростков позвонков в грудной и поясничной областях. Спинномозговые грыжи

Онтогенез осевого скелета человека рекапитулирует основные филогенетические стадии его становления: в периоде нейруляции закладывается хорда, заменяющаяся впоследствии хрящевым, а затем и костным позвоночником. На шейных, грудных и поясничных позвонках развивается по паре ребер, после чего шейные и поясничные ребра редуцируются, а грудные срастаются спереди друг с другом и с грудиной, формируя грудную клетку.

Нарушение онтогенеза осевого скелета у человека может выразиться в таких атавистических пороках развития, как несрастание остистых отростков позвонков, в результате чего формируется spinabifida — дефект позвоночного канала. При этом часто через дефект выпячиваются мозговые оболочки и образуется спинномозговая грыжа (рис. 14.7).

В возрасте 1,5—3 мес. зародыш человека обладает хвостовым отделом позвоночника, состоящим из 8—11 позвонков. Нарушение их редукции в последующем объясняет возможность возникновения такой известной аномалии осевого скелета, как персистирование хвоста.

Нарушение редукции шейных и поясничных ребер лежит в основе их сохранения в постнатальном онтогенезе.

Скелет

ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Рассмотрим в отдельности эволюцию скелета и мышечной системы.

У хордовых скелет внутренний. По строению и функциям подразделяется на осевой, скелет конечностей и головы.

У всех позвоночных хорда постепенно вытесняется позвонками, развивающимися из склеротомов сомитов, и функционально заменяется позвоночным столбом. Это один из выраженных примеров гомотопной субституции органов (см. § 13.4). Формирование позвонков в филогенезе начинается с развития их дуг, охватывающих нервную трубку и становящихся местами прикрепления мышц. Начиная с хрящевых рыб обнаруживается охрящевение оболочки хорды и разрастание оснований позвонковых дуг, в результате чего формируются тела позвонков. Срастание верхних позвонковых дуг над нервной трубкой образует остистые отростки и позвоночный канал, в который заключена нервная трубка (рис. 14.6).

Рис. 14.6. Развитие позвонка. А—ранний этап; Б—последующая стадия:

Нарушение редукции шейных и поясничных ребер лежит в основе их сохранения в постнатальном онтогенезе.

Цель: рассмотреть строение и функции наружных покровов и опорно-двигательной системы у хордовых животных, выявить закономерности и основные направления их развития в ходе эволюционного процесса.

Лабораторная работа № 1.

Тема: Филогенез наружных покровов и опорно-двигательной системы у животных.

1. Дать определение понятию Филогенез.

2. Филогенез покровов тела животных.

2.1. Наружные покровы хордовых подразделяются на 2 слоя: ___________ (эктодермального происхождения) и _________, или собственно кожа (мезодермального происхождения).

2.2. Укажите направления эволюции покровов тела

Особенности строения наружных покровов

2.4. Запишите возможные нарушения онтогенеза покровов

3. Филогенез опорно-двигательной системы животных.

3.1. Скелет позвоночных животных состоит из 3 отделов:________________.

3.2. Скелет выполняет следующие функции:

3.3. Укажите направления эволюции осевого скелета:

3.4. Укажите направления эволюции скелета конечностей и их поясов

Шейный отдел позвоночника

Поясничный (туловищный) отдел позвоночника

Крестцовый отдел позвоночника

Хвостовой отдел позвоночника

4. Сделайте вывод.

Справочный материал Филогенез наружных покровов

Основные функции покровов: ограничение и защита многоклеточного организма.

У хордовых состоит из эпидермиса, развивающийся из эктодермы, и дермы, развивающаяся из мезодермы

Направление эволюции:

1) Однослойный эпидермис становится многослойным, у позвоночных 5 + 2 слоя, они дифференцируются и ороговевают наружу.

2) Появляются производные эпидермиса

3) Усиление главной — защитной функции за счет:

- формирования многослойного эпидермиса;

- образования специализированных структур (чешуя, когти, ногти);

- разрастания соединительной ткани в дерме.

4) Усиление функции терморегуляции за счет обильной кровеносной сети дермы и быстрого изменения диаметра артериальных сосудов.

5) Расширение количества выполняемых функций:

- участие в теплообмене;

6) Смена функций:

- деление эпидермиса на два слоя: ростковый и роговой;

- формирование зубов позвоночных из плакоидной чешуи хрящевых рыб;

- особый тип волос — вибриссы выполняют функцию осязания.

Производные дермы:

Хроматофоры — пигментсодержащие и светоотражающие клетки, присутствующие у земноводных, рыб, рептилий, ракообразных и головоногих. Они отвечают за окраску кожи и глаз у холоднокровных животных

Железы (у низших хордовых - одноклеточные слизистые железы, начиная с рыб появляются ядовитые железы, у птиц- сальные и у млекопитающих- потовые железы)

Нарушение онтогенеза покровов:

Альбинизм – полное отсутствии пигмента покровов

Витилиго – пигмент отсутствует участками

Гипертрихоз – избыток роста волос

Алопеция – отсутствие волос

Гиперкератоз – утолщение ногтей

Пахионексия – утолщение волос

Полимастия – увеличение числа молочных желез

Филогенез опорно-двигательной системы.

Филогенез двигательной функции лежит в основе прогрессивной эволюции животных. Поэтому уровень их организации в первую очередь зависит от характера двигательной активности, которая определяется особенностями организации опорно-двигательного аппарата, претерпевшего в типе Хордовые большие эволюционные преобразования в связи со сменой сред обитания. Низшие хордовые живут в водной среде, а высшие хордовые - на суше. Водная среда у животных, не имеющих наружного скелета, предполагает однообразные движения за счет изгибов всего тела, в то время как жизнь на суше более способствует их перемещению с помощью конечностей. Перемещение из водной среды в воздушную, привело в значительному усложнению скелета и скелетной мускулатуры, особенно конечностей.

Функции опорно-двигательной системы

• Сохранение определенной формы тела;

• Удержание положения тела и его частей в пространстве;

• Передвижение тела и его отдельных частей относительно друга друга;

• Защита и поддержание внутренних органов;

• Участие в глотании, дыхании, мочеиспускании, дефекации, родовой деятельности, артикуляции.

У хордовых скелет внутренний. По строению и функциям подразделяется на осевой, скелет конечностей и головы. В центре осевого скелета лежит хорда. В процессе эволюции возникли и сформировались позвонки, которые дифференцировались и увеличилось число отделов позвоночника.

У рыб есть 2 отдела позвоночника: туловищный и хвостовой. Это связано с перемещением их в воде за счет изгибов тела. У рыб все туловищные позвонки несут ребра, не срастающиеся друг с другом. Они придают телу устойчивую форму и обеспечивают опору межреберным мышцам, изгибающим тело в горизонтальной плоскости. Эта функция ребер сохраняется у всех позвоночных, совершающих змеевидные движения, — у хвостатых земноводных и большинства пресмыкающихся, поэтому у них ребра также располагаются на всех позвонках, кроме хвостовых.

У амфибий кроме туловищного и хвостового отдела появляется по одному шейному и крестцовому позвонку.

У рептилий шейный отдел имеет 8 позвонков (I - атлант, II - осевой), с возможностью поворачивать голову, грудной отдел позвоночника сзади соединен с ребрами, поясничный и крестцовый отдел имеют большое количество позвонков + хвостовой отдел позвоночника.

У птиц шейный отдел позвоночника имеет до 25 позвонков, поясничный, крестцовый и хвостовой отдел позвоночника срастаться в один мощный крестец.

У млекопитающих в шейном отделе 7 позвонков, в грудном отделе 9-24 позвонка, в поясничном 3-9 позвонков, крестцовый – число варьирует, у человека срастается в единую кость с тазом, хвостовой отдел – длинный хвост или копчиковая кость. У млекопитающих в состав грудной клетки входит 12—13 пар ребер.

У человека в связи и прямохождением сформировались изгибы позвоночника – 2 лордоза (шейный и поясничный) и 2 кифоза (грудной и крестцовый).

Остатки хорды у высших позвоночных сохранились в виде межпозвоночных дисков.

Особенности опорно-двигательного аппарата человека:

Вертикальное расположение позвоночного столба; наличие в нем изгибов;

Увеличение размеров позвонков (сверху вниз);

Увеличение мозгового отдела черепа и уменьшение лицевого отдела;

Центральное положение большого затылочного отверстия в основании черепа; уменьшение остистых отростков шейных позвонков.

Уплощение грудной клетки; укрупнение ключицы;

Противопоставление большого пальца кисти остальным, что связано с трудовой деятельностью;

Выпрямление фаланг II—V пальцев и развитие дифференцированной мускулатуры обеспечили возможность точно захватывать предметы, исследовать их на ощупь и сжимать с необходимой силой;

Широкий короткий таз, наклон таза под углом 60° в связи с перемещением центра тяжести;

Ноги длиннее рук, сильное развитие мышц ног;

Укорочение пальцев стопы, большой палец не противопоставлен остальным пальцам, расположен параллельно другим и имеет общую подошвенную поверхность. Это привело к утрате им хватательной функции;

Появление продольного свода стопы (роль амортизатора);

Развитие пяточного бугра.

Онтофилогенетические пороки и аномалии развития скелета человека:

Ахейрия – отсутствие кисти;

Брахидактилия – отсутствие фаланг пальцев;

Синдактилия – сращенные пальцы;

Полидактилия – увеличенное количество пальцев;

Акромегалия – увеличенные конечности;

Сиреномелия – слияние нижних конечностей.

У человека есть разные дефекты формирования позвоночного канала, через которые могут выходить спинномозговые грыжи.

Могут быть патологические изгибы позвоночника – сколиоз.

Может сохраняться хвост (атавизм).

Эволюционные преобразования опорно-двигательного аппарата хордовых:

Читайте также: