Sistemul musculo-scheletic la animale: Scheletul hidrostatic, exoscheletul, endoscheletul

Figura 38.1 Îmbunătățirile în proiectarea protezelor au permis o gamă mai largă de activități la primitori.

Sistemele musculare și osoase oferă suport corpului și permit o gamă largă de mișcări. Oasele sistemului osos protejează organele interne ale corpului și susțin greutatea corpului. Mușchii sistemului muscular se contractă și trag de oase, permițând mișcări la fel de diverse precum statul în picioare, mersul, alergatul și prinderea obiectelor.

Leziunile sau bolile care afectează sistemul musculo-scheletic pot fi foarte debilitante. La oameni, cele mai frecvente boli musculo-scheletice din întreaga lume sunt cauzate de malnutriție. Afecțiunile care afectează articulațiile sunt, de asemenea, larg răspândite, cum ar fi artrita, care poate îngreuna mișcarea și, în cazurile avansate, poate afecta complet mobilitatea. În cazurile severe în care articulația a suferit leziuni extinse, poate fi necesară o intervenție chirurgicală de înlocuire a articulației.

Progresul în știința proiectării protezelor a dus la dezvoltarea articulațiilor artificiale, intervenția chirurgicală de înlocuire a articulațiilor la șolduri și genunchi fiind cea mai frecventă. Sunt disponibile și articulații de înlocuire pentru umeri, coate și degete. Chiar și cu aceste progrese, mai este loc de îmbunătățire în proiectarea protezelor. Protezele de ultimă generație au durabilitate limitată și, prin urmare, se uzează rapid, în special la persoanele tinere sau active. Cercetările actuale se concentrează pe utilizarea de noi materiale, cum ar fi fibra de carbon, care pot face protezele mai durabile.

Tipuri de sisteme scheletice

Un sistem osos este necesar pentru a susține corpul, pentru a proteja organele interne și pentru a permite mișcarea unui organism. Există trei modele diferite de schelet care îndeplinesc aceste funcții: schelet hidrostatic, exoschelet și endoschelet.

Scheletul hidrostatic

Un schelet hidrostatic este un schelet format dintr-un compartiment plin de lichid în interiorul corpului, numit celom. Organele celomului sunt susținute de fluidul apos, care rezistă și la compresiune externă. Acest compartiment este sub presiune hidrostatică din cauza fluidului și susține celelalte organe ale organismului. Acest tip de sistem osos se găsește la animalele cu corp moale, cum ar fi anemonele de mare, râmele, Cnidaria și alte nevertebrate (Figura 38.2).

Figura 38.2 Scheletul stelei marine cu noduri roșii (Protoreaster linckii) este un exemplu de schelet hidrostatic.

Mișcarea într-un schelet hidrostatic este asigurată de mușchii care înconjoară celomul. Mușchii dintr-un schelet hidrostatic se contractă pentru a schimba forma celomului; presiunea fluidului din celom produce mișcare. De exemplu, râmele se deplasează prin valuri de contracții musculare ale mușchiului scheletic al peretelui corpului scheletului hidrostatic, numit peristaltism, care scurtează și lungesc alternativ corpul. Alungirea corpului extinde capătul anterior al organismului. Majoritatea organismelor au un mecanism de fixare în substrat. Scurtarea mușchilor trage apoi porțiunea posterioară a corpului înainte. Deși un schelet hidrostatic este potrivit pentru organismele nevertebrate, cum ar fi râmele și unele organisme acvatice, nu este un schelet eficient pentru animalele terestre.

Exoscheletul

Un exoschelet este un schelet extern care constă dintr-o înveliș dur pe suprafața unui organism. De exemplu, cochiliile crabilor și insectelor sunt exoschelete (Figura 38.3). Acest tip de schelet oferă apărare împotriva prădătorilor, susține corpul și permite mișcarea prin contracția mușchilor atașați. Ca și în cazul vertebratelor, mușchii trebuie să traverseze o articulație în interiorul exoscheletului. Scurtarea mușchiului modifică relația dintre cele două segmente ale exoscheletului. Artropodele precum crabii și homarii au exoschelete care constau în 30-50% chitină, un derivat polizaharidic al glucozei care este un material puternic, dar flexibil. Chitina este secretată de celulele epidermice. Exoscheletul este întărit în continuare prin adăugarea de carbonat de calciu în organisme precum homarul. Deoarece exoscheletul este acelular, artropodele trebuie să-și piardă periodic exoscheletele, deoarece exoscheletul nu crește pe măsură ce organismul crește.

Figura 38.3 Mușchii atașați de exoscheletul crabului de Halloween (Gecarcinus quadratus) îi permit să se miște.

Endoscheletul

Un endoschelet este un schelet care constă din structuri dure, mineralizate, situate în țesutul moale al organismelor. Un exemplu de structură endoscheletică primitivă sunt spiculii bureților. Oasele vertebratelor sunt compuse din țesuturi, în timp ce bureții nu au țesuturi adevărate (Figura 38.4). Endoscheletele oferă suport pentru corp, protejează organele interne și permit mișcarea prin contracția mușchilor atașați de schelet.

Figura 38.4 Scheletele oamenilor și cailor sunt exemple de endoschelete. (Credit: Hibernian/Wikimedia Commons. Domeniu public)

Scheletul uman este un endoschelet care constă din 206 oase la adult. Are cinci funcții principale: furnizarea de sprijin organismului, stocarea mineralelor și lipidelor, producerea de celule sanguine, protejarea organelor interne și permiterea mișcării. Sistemul osos la vertebrate este împărțit în scheletul axial (care constă din craniu, coloana vertebrală și cutia toracică) și scheletul apendicular (care este format din umeri, oasele membrelor, centura pectorală și centura pelviană).