الجهاز الهيكلي

لقد وهب الله تعالى الإنسان كغيره من الفقاريات هيكلاً داخلياً يتكون من عظام وغضاريف يعمل كدعامة للأنسجة والأعضاء، ويجمع بين الصلابة والمرونة، ويكسب الجسم شكله.

فما أقسام الجهاز الهيكلي؟ وما تركيب العظم؟ وكيف تلتئم كسور العظام؟ وما أنواع المفاصل؟ هذه الأسئلة، وأخرى غيرها سأتمكن من الإجابة عليها بعد دراسة هذا الفصل، وسأكون قادراً على:

1. التعرف إلى وظائف الجهاز الهيكلي.
2. التمييز بين عظام الهيكل المحوري والهيكل الطرفي.
3. التمييز بين أشكال العظم.
4. وصف تركيب نسيج العظم والغضروف.
5. توضيح آلية التئام كسر في العظم.
6. التمييز بين أنواع المفاصل من حيث التركيب والوظيفة.
7. التعرف إلى بعض المشكلات الصحية المتعلقة بالجهاز الهيكلي، والتقنيات الخاصة بحلها.

1. يتكون الهيكل العظمي في الإنسان من عظام ترتبط بعضها ببعض وغضاريف وأربطة وأنسجة ضامة أخرى تثبتها، وهذه العظام تمد الجسم كله بهيكل دعامي صلب.
2. كما أن الهيكل العظمي، وبالتآزر مع أجهزة الجسم الأخرى، يُمكّن الجسم من الحركة، والانتقال، والقيام بالحركات الرياضية.

يقوم الجهاز الهيكلي في جسم الإنسان بعدة وظائف مهمة، منها:

• أ. الدعامة: يعطي الجهاز الهيكلي الشكل العام للجسم، يعطي كلاً من الساقين والحوض والعمود الفقري الدعم للجسم، وتدعم عظام الفك الأسنان، وتدعم جميع العظام العضلات.
• ب. خزن الأملاح والدهون: تشكل العظام مخزناً رئيساً لعنصري الكالسيوم والفسفور في الجسم. كما تُخزن الدهون في نخاع العظم الأصفر لتشكل مصدراً للطاقة في الجسم.
• ج. إنتاج خلايا الدم: يتم إنتاج جميع أنواع خلايا الدم في نخاع العظم الأحمر لبعض العظام.
• د. الحماية: تعمل العظام على حماية أجهزة الجسم وأعضائه، فالأضلاع تسهم في تكوين القفص الصدري الذي يحمي القلب والرئتين، ويحمي العمود الفقري الحبل الشوكي، ماذا تحمي كل من عظام الجمجمة وعظام الحوض من أعضاء في جسم الإنسان؟
• ه. الحركة: تساعد العظام التي تتصل بها العضلات على حركة الجسم، فمثلاً عندما تنقبض العضلات تتحرك عظام الذراع أو الساق؛ ما يسبب حركتيهما، كما تساعد العضلات المرتبطة مع الأضلاع على حدوث الحركات التنفسية (الشهيق والزفير) بصورة طبيعية.

نشاط (1): أجمع عظاماً أو صوراً لهياكل عظمية

أجمع عظاماً أو صوراً لهياكل عظمية لعدد من الكائنات الحية، وأتعرف على الكائن الحي من خلال عظامه. أنظر الشكل (1).

أتأمل الشكل (2) جيداً وأجيب عن الأسئلة الآتية:

• أ. ما عدد عظام الإنسان البالغ؟
• ب. ما أقسام الجهاز الهيكلي؟
• ج. من خلال تفحصي مجسماً للهيكل العظمي، أصمم مخططاً تصنيفياً يجمع العظام المبينة في الشكل (2).

بالرجوع للشكل (2) نلاحظ أن الهيكل العظمي للإنسان يتكون من قسمين رئيسيين، هما:

أولاً: الهيكل المحوري (Axial Skeleton)

يتكون الهيكل المحوري من الأجزاء الآتية:

1. الجمجمة (Skull): عبارة عن تجويف من العظام المسننة والمتداخلة بعضها مع بعض تحيط بالدماغ، بالإضافة إلى عظام الوجه. عدد عظامها (22) عظمة ويوجد ثقب كبير في قاعدة الجمجمة يدعى ثقب ماغنوم (Foramen Magnum). ما أهميته؟

2. العمود الفقري (Vertebral Column): يوفر دعامة للجسم ويحمل معظم ثقله، ويشكل قناة فقرية يمر فيها الحبل الشوكي. ويتكون من مجموعة من العظام غير منتظمة الشكل مرتبة الواحدة فوق الأخرى تسمى الفقرات.

• ويمتاز العمود الفقري باتصال فقراته بعضها البعض بوساطة أربطة، يفصلها أقراص ليفية غضروفية تعطيه المرونة أثناء الحركة، وتعمل على تحمل الضغط الواقع عليه.
• أستعين بالشكل (4) وأبين عدد الفقرات وأنواعها وموقعها في العمود الفقري، وأي الفقرات متحركة وأيها ملتحمة.

3. القفص الصدري (Thoracic Cage): يتكون من 12 زوجاً من الأضلاع، وعظمة القص، والفقرات الصدرية. تتصل الأضلاع من الخلف بالفقرات الصدرية ومن الأمام تتصل:

• سبعة أزواج منها بعظمة القص مباشرة من خلال غضاريف الأضلاع، وتسمى الأضلاع الحقيقية،
• وثلاثة أزواج لا تتصل بعظمة القص مباشرة، وتسمى الأضلاع الكاذبة،
• وزوجان لا يتصلان نهائياً بعظمة القص، تسمى الأضلاع الطافية. أنظر الشكل (5).

ثانياً: الهيكل الطرفي (Appendicular Skeleton)

يتكون الهيكل الطرفي من الأجزاء الآتية:

1. الحزام الصدري (Pectoral Girdle): يربط بين الأطراف العلوية والهيكل المحوري، ويتكون مما يأتي:

• أ. عظمتا الترقوة (Clavicle): يشكل كل منهما عظماً أمامياً رفيعاً، تتصلان من الخلف بشوكة علوية بارزة من لوح الكتف، تسهم في تكوين مفصل الكتف. بماذا تتصل عظمة الترقوة من الأمام؟
• ب. عظمتا لوح الكتف: يشكل كل منهما عظماً خلفياً مثلث الشكل ومسطحاً، ويحوي تجويفاً خاصاً بطرف عظم اللوح لاستقبال عظم العضد.

2. الحزام الحوضي (Pelvic Girdle): يربط بين الأطراف السفلية والهيكل المحوري، ويتكون من عظام الورك، وتدعى أيضاً العظم عديم الاسم (Innominate Bones)، وتتكون من عظمتين متماثلتين تشكل الحرقفة (Ilium) الجزء العلوي منهما، يلتقيان من الأمام في مفصل غضروفي يدعى الارتفاق العاني (Pubic Symphysis)، ويتصلان من الخلف بعدد من فقرات المنطقة العجزية والعصعصية للعمود الفقري مكونة الحوض، أنظر الشكل (7).

• يوجد عند كل جانب من جانبي الحوض تجويف يسمى تجويف الحق، ما العظم الذي يتمفصل مع تجويف الحق؟

3. الأطراف (Limbs): الطرفان العلويان والطرفان السفليان (Upper and Lower Limbs). أنظر الشكل (8) وأحدد مكونات كل طرف علوي وسفلي.

الجدول (1): عظام الطرف العلوي والسفلي وعددها

يتكون الهيكل العظمي للفقاريات من العظام والغضاريف والمفاصل، وللتعرف على كيفية ارتباط العظام بعضها مع بعض من جهة، وارتباطها بالعضلات من جهة أخرى، أنفذ النشاط الآتي:

المواد والأدوات: طبق تشريح، أدوات تشريح، قفازات، أجنحة دجاج

خطوات العمل

1. أحضر جناح دجاج نظيفاً ومحفوظاً في كيس بلاستيكي، ألاحظ الجلد الذي يغطي الجناح.
2. أحرك الجناح داخل الكيس، وأحدد كيف يتحرك، ومكان العظام والعضلات.
3. ألبس القفازات وأضع جناح الدجاجة فوق لوح التشريح.
4. أستخدم أدوات التشريح في فصل العضلات عن العظام برفق مع بقاء نهاية الأطراف متماسكة، ما الذي

   يربط بين العضلة والعظم؟ وما الذي يُبقي العظام متماسكة معاً؟

5. أقارن بين جناح دجاج والطرف العلوي للإنسان.

يعد العظم نسيجاً ضاماً، له أشكال وأحجام مختلفة، ويعكس هذا التنوع تنوعاً في الوظائف، وتصنف العظام إلى سبع مجموعات، استنادا إلى أشكالها. أدرس الشكل (9)، وأحدد أشكال العظم، وأمثلة عليها.

ويتكون العظم من المكونات الآتية:

1. المكونات بين الخلوية Matrix

• تتكون معظم كتلة العظم من أملاح الكالسيوم التي تشكل تقريباً ثلثي كتلة العظم وتعطي العظام صلابتها، مثل أملاح فوسفات الكالسيوم $(Ca_3(PO_4)_2)$، وكربونات الكالسيوم $CaCO_3$، وأملاح أخرى.
• أما ألياف بروتين الكولاجين والبروتينات الأخرى فتشكل تقريباً ثلث كتلة العظم، وتعطيه المرونة.

2. المكونات الخلوية Cellular Components

تشمل الخلايا العظمية الحية التي تشكل %2 من كتلة العظم، ويوجد نوعان من الأنسجة العظمية، هما:

أ- العظم الكثيف Compact Bone:

1. تتكون الطبقات الخارجية لجميع العظام من عظم كثيف، وهو عظم صلب وقوي، يعطي الجسم القوة والحماية.
2. والوحدة البنائية فيه تسمى جهاز هافرس Haversian System، الذي يتكون من خلايا عظمية Osteocytes يتواجد كل منها داخل ثغرة Lacuna في المادة بين الخلوية.
3. تتصل الخلايا العظمية بعضها ببعض بزوائد بروتوبلازمية ، وتمتد من خلال شقوق أو قنوات صغيرة في المادة العظمية تسمى القنيات Canaliculi، حيث تكون الخلايا مرتبة في صفوف أسطوانية (5-4 صفوف) مشتركة المركز، ويوجد في مركزها قناة تسمى قناة هافرس، تحتوي أعصاباً وأوعية دموية تزود الخلايا العظمية بالأكسجين والغذاء.
4. هنالك أيضاً قنوات عرضية تسمى قنوات فولكمان Volkmann's Canals ترتبط فيما بينها، وترتبط مع قنوات هافرس. أنظر الشكل (10).

ب- العظم الإسفنجي Spongy Bone: أقل كثافة من النوع الأول وفيه عدة تجاويف (فجوات) تحوي نخاع العظم الأحمر، ويوجد العظم الإسفنجي وسط العظام القصيرة والمسطحة، وفي نهاية العظام الطويلة.

تشكل العظام أقل من %20 من وزن الجسم وهي أنسجة حية، وللتعرف على نسبة وأهمية الماء والأملاح فيها، أقوم بتنفيذ النشاط الآتي:

المواد والأدوات: ماء، حمض الهيدروكلوريك المخفف (300 مل)، كؤوس زجاجية، شبكة تسخين، عظم دجاج، لاصق، نايلون، قفازات، ملقط، ميزان حساس، فرن للتجفيف، قطعة قماش مقاومة للحرارة.

ملاحظة: يجب توخي الحذر عند استخدام حمض الهيدروكلوريك ومراعاة عدم ملامسته الجلد أو العينين.

طريقة العمل:

الجزء الأول: نسبة الماء في العظام

1. أتفحص عظمة الدجاج وأختبر مرونتها من خلال محاولة ثنيها.
2. أضع العظمة على الميزان وأجد كتلتها.
3. أضع العظمة في فرن التجفيف عند 100 C ° ولمدة 30 دقيقة.
4. باستخدام الملقط، أخرج العظمة من الفرن وأضعها على قطعة قماش مقاومة للحرارة كي تبرد لمدة 15 دقيقة.
5. أضع العظمة على الميزان وأسجل كتلتها.
6. باستخدام المعادلة (الكتلة قبل التسخين – الكتلة بعد التسخين) /الكتلة قبل التسخين × %100

   لحساب النسبة المئوية التي فقدت من كتلة العظم.

الأسئلة:

1. ما النسبة المئوية للماء في العظم؟
2. كيف أثر فقد الماء في العظم؟

الجزء الثاني: نسبة الأملاح في العظام

1. أستخدم العظمة التي استخدمتها في الجزء الأول.
2. أضع العظمة في كأس زجاجي به 300 مل من حمض الهيدروكلوريك المخفف.
3. أغطي الكأس بالنايلون اللاصق، وأتركه مدة (7-5) أيام.
4. أستخدم الملقط لإخراج العظمة من الكأس الزجاجي وأغسلها بمياه الصنبور لمدة دقيقتين، ألاحظ

   ملمس العظمة، أحاول ثني العظم، أفسر مشاهدتي.

5. أضع العظمة في فرن التجفيف عند 100C° ولمدة 30 دقيقة، لماذا؟
6. باستخدام الملقط، أخرج العظمة من الفرن وأضعها على قطعة قماش مقاومة للحرارة لمدة 10 دقائق

   كي تبرد.

7. أضع العظمة على الميزان وأسجل كتلتها.
8. أستخدم معادلة مناسبة لحساب النسبة المئوية للأملاح التي فقدت من كتلة العظم.

1. ما النسبة المئوية للأملاح المعدنية في العظم؟
2. كيف أثر فقد الأملاح المعدنية في العظم؟
3. كيف أثر حمض الهيدروكلوريك في العظام؟
4. كيف يؤثر فقد الكالسيوم في عظام شخص ما؟

1. يتكون الهيكل العظمي للجنين من الغضاريف وأثناء نمو الجنين تنمو خلايا في الغضاريف تسمى الخلايا العظمية البانية Osteoblasts التي ترسب أملاحاً تستقر في الفراغات الموجودة بين الخلايا الغضروفية لتكون العظام، وتسمى هذه العملية التعظم Ossification
2. وتبقى الغضاريف متصلة في بعض المناطق في الجسم. أبحث عن أماكن تواجدها؟
3. وتحدث عملية النمو من صفيحة غضروفية في مناطق أطراف العظم الطويل ، وتسمى لوحة طرف العظم Epiphyseal Plate، إذ يتم تكوين غضروف إضافي، يتحول إلى عظم مما يؤدي إلى استطالة العظمة.
4. ويتواصل النمو إلى أن يحل العظم محل الغضروف كله حينها لا تعود العظام تنمو طولياً، ويكون الشخص عادة قد بلغ غاية قامته. ألاحظ الشكل(11).

الغضروف نسيج دعامي مرن يتحمل الضغط والاحتكاك المستمرين، يتكون من خلايا غضروفية Chondrocytes وتُنتج بشكل رئيس مادة الغضروفين Chondrin وبروتين الكولاجين، وتخلو الأنسجة الغضروفية من الأوعية الدموية.

تتصل عظام الجسم بعضها مع بعض بواسطة مفاصل تقوم بوظيفتين رئيسيتين هما: الربط بين العظام والسماح للهيكل العظمي بالحركة بمرونة.

غالباً ما تتعرض المفاصل كمفصل الركبة لمقدار كبير من الضغط والإجهاد، إلا أن تركيبها يتلاءم مع ذلك. لأتعرف على تركيب المفصل أدرس الشكل (12) وأجيب عن الأسئلة التي تليه:

1. ماذا يغطي نهايات العظم في منطقة المفصل؟ وما أهميتها؟
2. ما أهمية السائل الزلالي الموجود في المفصل؟
3. ما الذي يحدد حركة المفصل، ويمنع عظامه من الابتعاد بعضها عن بعض؟
4. ما الفرق بين الأربطة والأوتار من حيث الوظيفة؟

تصنف المفاصل تبعاً لمدى حركتها وتركيبها إلى الأنواع الآتية:

1. المفاصل الثابتة Synarthrosis: قد تكون ليفية أو غضروفية أو عظمية تلتحم فيها العظمتان معاً،

• فالدرزات المسننة Sutures في الجمجمة توفر ترابطاً محكماً للعظام بوساطة نسيج ليفي متشابك، تسمح للجمجمة بالتمدد لتستوعب نمو دماغ الطفل، وعندما يكتمل نمو الدماغ تلتحم عظام الجمجمة وتختفي هذه المفاصل،
• ومن الأمثلة الأخرى على المفاصل الثابتة، المفصل الغضروفي مكان التقاء عظمتي الحوض في الارتفاق العاني.

2. المفاصل المتحركة، وتصنف إلى ما يأتي:

أ- مفاصل محدودة الحركة Amphiarthrosis منها ما تكون حركته باتجاه واحد تجمع ما بين القوة والحركة، مثل فقرات العمود الفقري المتحركة، أنظر الشكل (14).

ب- المفاصل حرة الحركة Diarthrosis: عبارة عن مفاصل تحتوي على سائل زلالي وتمتاز هذه المفاصل بأن لها مدى واسعاً للحركة، وذلك من أجل تحريك الأطراف. ومن الأمثلة على هذه المفاصل مفصل الكتف. ألاحظ الشكل (15).

يتعرض الجهاز الهيكلي لمشكلات صحية عديدة، منها:

1. كسور العظام

الكسور من الإصابات الشائعة التي تصيب العظام وتحدث نتيجة تعرض العظام لقوة عالية، أو لصدمات مفاجئة، حيث يلتهب مكان الإصابة وينتفخ.

• عندما ينكسر العظم تنقطع الأوعية الدموية ويحدث نزيف، ويتخثر الدم حول الكسر مكونا خثرة، وهذه قد تضغط على الأنسجة المحيطة مسببة الألم.
• تبدأ خلايا العظم البانية بتكوين كالس العظم، وهو عظم إسفنجي يحيط بمكان الكسر.
• وتتخلص خلايا العظم Osteoclast الهادمة من العظم الإسفنجي ليحل محله العظم الكثيف الذي تكونه خلايا العظم البانية. أنظر الشكل (16).

تحتاج العظام إلى فترات زمنية متفاوته لكي تتجدد وتلتئم، ويعتمد هذا الأمر على عمر الإنسان، ومكان الكسر، ودرجة خطورته.

• وتستخدم الجبائر في كثير من حالات الكسر لإعادة العظام إلى مواقعها الطبيعية وتثبيتها، إذ يتم ذلك بصب قالب من الجبس أو اللدائن حولها،
• وفي حالة تفتت العظم يتم وضع قضيب معدني داخل قناة النخاع المركزية لتثبيت العظم المعاد إلى موضعه حتى يلتئم، ويتم إبقاؤه في موضعه أو إزالته لاحقاً.

2. هشاشة العظام: أحد الأمراض الشائعة في فلسطين، حيث تفقد العظام صلابتها، وتصبح هشة نتيجة لفقدان الأنسجة أو نتيجة للتغيرات الهرمونية، أو نقص الكالسيوم أو فيتامين (د)، وهذا يؤدي إلى نقص في كتلة المادة العظمية وتغير في بنية العظام.

• وفي كثير من الحالات يتصاحب ذلك مع التقدم في العمر، حيث تفقد العظام صلابتها وتكون عرضة للكسر.
• وللوقاية من حالات هشاشة العظام ينصح الأطباء بتناول غذاء صحي يحتوي على الكالسيوم وفيتامين (د)، وممارسة الرياضة.

3. أبين أسباب فقدان النساء لكتلة العظم بنسبة كبيرة في سن الأمان.
4. أكون فرضية: ماذا يمكن أن يحدث لعظام امرأة لم تتناول المزيد من الكالسيوم أثناء فترة الحمل؟
5. أقدم قائمة بمصادر غذائية طبيعية لفيتامين د.
6. أصيب (سمير) بمرض هشاشة العظام، ما الغدة الصماء التي يرجح أن تكون أصيبت بخلل أدى لهذ المرض؟
7. أعلل: ينصح التعرض لأشعة الشمس.

3. التهاب المفاصل: وهو نوعان

• أ- التهاب المفاصل العظمي Osteoarthritis: وهو مرض يتآكل فيه الغضروف المفصلي الزلالي، ويصبح أرق وأكثر خشونة، ما يسبب احتكاك العظام بعضها مع بعض، وإصابتها بالتلف.
• ب- التهاب المفاصل الروماتزمي Rheumatoid Arthritis: يبدأ المرض عندما يهاجم جهاز المناعة أنسجة الجسم؛ ما يؤدي إلى التهاب المفاصل وتصلبها وتشوهها.

تستخدم بعض العقاقير لتخفيف الالتهاب وتسكين الألم وفي بعض الحالات يلجأ الأطباء إلى الجراحة وإعادة تركيب المفصل، باستبدال رأس المفصل المتآكل بكرة من الفولاذ.

قضية للبحث: أبحث في ملائمة البيئة المدرسية واتجاهات الأفراد نحو الأشخاص ذوي الإعاقة الحركية وأكتب مقترح لتطوير ذلك.

المواد والأدوات: أرنب وزنه 2 كغم، قفازات مطاطية، أدوات تشريح، كلوروفورم، كربونات الصوديوم، محلول فوق أكسيد الهيدروجين، أسلاك معدنية مقاومة للتآكل، صمغ قوي، ناقوس زجاجي، دورق سعة 2 لتر، براغ، صندوق شفاف.

طريقة العمل

1. أحضر أرنباً في حالة صيام لمدة 24 ساعة، ثم أخدره من خلال وضع قطعة قطن مبللة بالكلوروفورم

   داخل ناقوس زجاجي، أو وضع قطعة مبللة بالكلوروفورم على مقدمة رأسه ووضعه في دورق زجاجي.

2. أقوم بإزالة الجلد والعضلات والأحشاء والدهون عن العظام ما أمكن باستخدام أدوات التشريح.
3. أغلي عظام الأرنب في 3% من محلول ماء الصودا (كربونات الصوديوم $Na_2CO_3$) لمدة ساعة

   لإزالة العضلات ثم أتركه ساعتين ليبرد، بعد ذلك أقوم بإزالة العضلات عن العظام باستخدام الشفرات وأسحب الأضلاع من العظام الخلفية بلطف، ثم أنقع العظام في محلول الصودا مرة أخرى لليوم التالي.

4. أرتب الفقرات والأضلاع على ورقة بالترتيب الصحيح بواسطة دبابيس.
5. أقوم بغمر العظام في محلول مطهر Bleaching Water كمحلول الكلور بتركيز %10 أو (محلول فوق

   أكسيد الهيدروجين $H_2O_2$) لمدة ساعتين وتجفف بأشعة الشمس لمدة 10 ساعات.

6. باستخدام (الأسلاك، أو البراغي، أو اللاصق القوي) أثبت عظام الأرنب للحصول على هيكل عظمي كامل.
7. أحفظ الهيكل في صندوق مغلق شفاف لحمايته من الغبار.

   ملاحظة: أضيف تأملاتي حول المشروع في ملف الإنجاز.

السؤال الاول: أضع دائرة حول رمز الإجابة الصحيحة لكل مما يأتي:

1. أي من وظائف الهيكل العظمي مهمة عند تعرض شخص ما لحادث سير؟

• أ. تخزين الأملاح
• ب. تسهيل الحركة
• ج. حماية الأعضاء الداخلية
• د. خزن الدهون

2. ما تصنيف العظام التي تحيط بالحبل الشوكي؟

• أ. غير المنتظمة
• ب. السمسمية
• ج. المسطحة
• د. القصيرة

3. بماذا يتصف التهاب المفاصل العظمي؟

• أ. تمدد الأربطة
• ب. المناعة ضد الذات
• ج. تحطيم العظم
• د. ترقق الغضروف

4. أي من المفاصل الآتية محدودة الحركة؟

• أ. الكتف
• ب. فقرات العمود الفقري
• ج. الدرزات المسننة في الجمجمة
• د. الارتفاق العاني

السؤال الثاني: أعلل المرونة العالية للعمود الفقري أثناء حركته.

السؤال الثالث: إذا كنت أخصائي تغذية، ما الطعام الذي تصفه لفتاة شابة لديها تاريخ عائلي لمرض هشاشة العظام؟ ولماذا؟

السؤال الرابع: أصف كيف يختلف العظم الكثيف عن العظم الإسفنجي في التركيب والموقع.

السؤال الخامس: من خلال دراستي للشكل المجاور أجيب عن الأسئلة التي تليه:

• أ. أكتب الأجزاء 6-1.
• ب. مم يتكون القفص الصدري؟
• ج. كم عدد الأضلاع الكاذبة؟
• د. ما شكل عظمة القص؟