الجهاز الهيكلي هو الجهاز الذي يمنح جسم الإنسان القوة والاستقامة، ويتكون من عدد كبير من الأجزاء، التي تشمل الهيكل العظمي (العظام)، والأربطة، والمفاصل التي تعمل مع العضلات وتساعد الجسم على الحركة والتنقل،[1]ويشكل الهيكل العظمي نسبة 15٪ من إجمالي وزن الجسم وهو من بين أكبر الأجهزة في جسم الإنسان.[2]
تعريف عام بالجهاز الهيكلي
يُعد الجهاز الهيكلي من أجهزة الجسم الرئيسية التي تُقدم وظيفة الدعم والحركة والحماية للأعضاء الداخلية، ويعمل الجهاز الهيكلي ويتصل مع الجهاز العضلي في جسم الإنسان لمساعدته على الحركة بقوة وانسيابية، إذ لا يُقدم الجهاز الهيكلي دعمًا بنيويًا للجسم فقط، بل يمتلك عدة وظائف أساسية كتخزين الفسفور والكالسيوم وتكوين خلايا الدم.[3]
أجزاء الجهاز الهيكلي
يتكون الجهاز الهيكلي من عدة أجزاء:
الغضاريف (Cartilage)
تُعد الغضاريف من أجزاء الجهاز الهيكلي التي تمنح العظام المرونة والدعم، وتتكون الغضاريف من الخلايا الغضروفية الأولية (Chondrocyte) والتي يحفها من الخارج طبقات من الأنسجة الليفية ومركبات كل من البروتوجلايكان (Proteoglycans) والجلوكوزأمينوجلايكان (Glycosaminoglycans)، ولا تحتوي الغضاريف على أوعية دموية تمدها بالدم، بل تحصل على الغذاء من البيئة المحيطة حولها باستخدام خاصية الانتشار (Diffusion)، وهو ما يجعل تعافي الغضاريف عند إصابتها بطيئًا.[4] ويوجد عدة أنواع من الغضاريف، تشمل:[4]
- الغضروف الزجاجي (Hyaline Cartilage).
- الغضروف المرن (Elastic Cartilage).
- الغضروف الليفي (Fibrocartilage).
الأربطة (Ligaments)
هي عبارة عن نسيج ضام غني بألياف الكولاجين، وتربط كل عظمتين معًا، خاصةً المفاصل، وهو ما يمنع التواء العظام في المفصل أو تحركها بطريقة خاطئة أو خلعها وفصلها عن بعضها البعض.[5]
هناك نوع من الأربطة التي لا تتصل بالعظام، وهي التي تضمن بقاء وتثبيت الأعضاء الداخلية في جسم الأنسان في مكانها الصحيح، على سبيل المثال، تُبت الأربطة الرحم في مكانه الصحيح في الحوض.[5]
وهناك نوعٌ آخر من الأربطة، يربط بين كل عضوين جهازيين في جسم الإنسان، على سبيل المثال، الأربطة التي تثبت الكبد والأمعاء والمعدة داخل تجويف البطن في مكانهما الصحيح، ويمنحها النسيج الليفي الضام القوة اللازمة والمتانة التي تمنعها من الانحناء أو الالتواء أو التمزق.[5]
العظام (Bones)
تتكون العظام من أنسجة ضامة، ويبدأ نموها في الخلايا البانية للعظم (Osteoblasts) التي تُفرِز سائلاً غنيًا بالكولاجين، ويتصلب هذا السائل عن طريق عملية التمعدن (Mineralization)، ويُضاف فيها الكالسيوم والفوسفور والأوستيوكالسين (Osteocalcin) وكبريتات الكوندرويتين (Chondroitin Sulfate) إلى العظام، والتي تُعد من مكونات العظام الأساسية.[6]
عدد العظام في جسم الإنسان هو 213 عظمة،[1] وينقسم الهيكل العظمي إلى قسمين:
- الهيكل العظمي المحوري (ِAxial Skeleton): يتكون من الجمجمة والفقرات والأضلاع والقص، ويبلغ عددها 74 عظمة.
- الهيكل العظمي الطرفي (Appendicular Skeleton): يتكون من جميع عظام الأطراف (عظام اليدين والأرجل)، ويبلغ عددها 126 عظمة.
يُكون عدد العظام المتبقي العظيمات السمعية وعددها 6 ويُشكلان مع الهيكل المحوري والهيكل الطرفي ما يُعرف بالهيكل العظمي عند الإنسان،[1] وتشمل أقسام العظام في الهيكل العظمي البشري:
عظام القدم (Feet/Ankle Bone)
عظام القدم أكثر تعقيدًا، فهي تضم عددًا كبيرًا من العظام والمفاصل والأربطة والأوتار والعضلات التي تمنح الإنسان القدرة على المشي، تحتوي القدم على 26 عظمة:[7]
- عظم الكاحل (Tarsal): وعددها 7 عظمات،[7] وهي:[8]
- عظمة الكعب (Calcaneus).
- عظمة الكاحل (Talus).
- عظمة النردي (Cuboid).
- العظم الزورقي (Navicular).
- العظم الإنسي (Medial).
- العظم المتوسط (Middle).
- العظم الإسفيني الوحشي(Lateral cuneiforms).
- عظم مشط القدم (Metatarsal): وعددها 5 عظمات مشطية، وتتصل مفاصلها مباشرةً مع عظام سلاميات القدم التي تشكل الأصابع الخمسة.[8]
- عظام سلاميات القدم (Phalanges): وعددها 14 عظمة، يوجد عظمتان في إصبع القدم الكبير و3 عظمات في كل إصبع من أصابع القدم الأخرى، وتكون سلاميات القدم أقصر من سلاميات اليد،[8] وتنقسم سلاميات القدم الثلاثة حسب موقعها إلى:[8]
- سلاميات القدم البعيدة.
- سلاميات القدم المتوسطة.
- سلاميات القدم القريبة.
عظام كف اليدين (Hand Bones)
تحتوي كل يد على 27 عظمة،[9]وتتكون من ثلاثة أقسام:[9]
- عظام الرسغ (Carpus) وعددها 8 عظمات.
- عظام مشط اليد (Metacarpal bones)، وعددها 5 عظمات بعدد أصابع اليد، وترتبط جميعها معًا بواسطة الأربطة.
- عظام سلاميات أصابع اليد (Phalanges)، وعددها 14 عظمة، ويحتوي الإبهام على عظمتين اثنتين (قريبة وبعيدة) فقط، بينما تحتوي الأصابع الأربع الأخرى على 3 سلاميات (قريبة ووسطى وبعيدة).
عظام الكتف (ٍShoulder bones)
يتكون الكتف من جزأين رئيسيين، الجزء الأول هو لوح الكتف (Clavicle)، أما الجزء الثاني فهو الترقوة (Scapula)، ويوجد أربع مفاصل رئيسية في الكتف،[10]وتشمل:[10]
- المفصل القصي الترقوي (Sternoclavicular).
- المفصل الأخرمي الترقوي (Acromioclavicular).
- المفصل الكتفي الصدري (Scapulothoracic joints).
- المفصل الحقاني العضدي (Glenohumeral).
عظام الجمجمة (Cranial bones)
تتكون الجمجمة من 22 عظمة، وتنقسم إلى قسمين رئيسيين؛ الجمجمة العصبية التي تحمي المخ، والجمجمة الحشوية التي تحمي الوجه،[11] وأهم أجزاء الجمجمة:[11]
- قلنسوة الجمجمة (calvaria): وهي الجزء العلوي من الجمجمة، وتحمي القشرة الدماغية والمخيخ، وتتكون من:
- صدفة العظم الجبهي (Frontal bone).
- العظمتان الجداريتان (Parietal bones).
- العظم الصدغي (Temporal bones).
- العظم القذالي (Occipital bone).
- الحفرة الجمجمية (Intracranial Fossae).
- عظام الوجه (Facial Bones)، ويوجد 14 عظمة في الوجه، تشمل:
- المحارتين الأنفيتين (Nasal conchae).
- عظمتين أنفيتين (Nasal bones).
- عظمتين في الفك العلوي (Maxilla bones).
- عظمتين في الحنك (Palatine bones).
- عظمتين دمعيتين (Lacrimal bone).
- عظمتين في الوجنتين (Zygomatic bones).
- عظمة الفك السفلي (Mandible).
- عظمة الميكعة (Vomer).
عظمة الفخذ (Femur bone)
هي أطول وأقوى وأثقل عظمة في الإنسان، وهي عظمة واحدة فقط، وترتبط مع العضلات التي تحرك الورك من الأعلى ومع العضلات التي تحرك الركبة من الأسفل.[12]
عظام القفص الصدري (Thoracic cage)
يتكون القفص الصدري من عظمة القص، ويتصل بها اثني عشر زوجًا من الأضلاع، ويربط بين كل زوج منهما فقرتين صدريتين تتصلان عن طريق مفصل ضلعي فقري (Costovertebral joint)، ولا تنطبق هذه القاعدة على الضلع الأول، لأنه يرتبط بالفقرة الصدرية الأولى فقط، وتصنف الأضلاع إلى 3 أصناف:[13]
- ضلوع حقيقية (True Ribs): هي الأضلاع السبعة الأولى وتتصل مباشرةً بعظمة القص بواسطة الغضاريف الضلعية ومفصل قصي ضلعي (Sternocostal joints) باستثناء الضلع الأول الذي يرتبط مع القص بمفصل ليفي (Synarthrosis) والذي يتصل أيضًا مع الترقوة بواسطة المفصل الضلعي الترقوي (Synarthrosis).
- ضلوع كاذبة (False Ribs): تشمل الضلع الثامن والتاسع والعاشر، وتتصل بعظمة القص وتتصل بالغضروف الضلعي عن طريق غضروف ضلعي آخر.
- ضلوع عائمة (Floating Ribs): تشمل الضلع الحادي عشر والثاني عشر، وهي الأضلاع التي لا تتصل بعظمة القص.
عظام الساعد (Forearm)
يمتد الساعد من الكوع إلى الرسغ، ويتكون من عظمتين اثنتين طويلتين رئيسيتين، الأولى تسمى عظمة الكعبرة (Radius)، أما العظمة الثانية فتسمى عظمة الزند (Ulna) وهي أطول من عظمة الكعبرة، والعظمة الأكثر ثباتًا واستقرارًا في الساعد.[14]
عظام العمود الفقري (Spine bones)
تُشكل عظام العمود الفقري الهيكل العظمي المحوري،[15] وتتكون من 33 فقرة مقسمة حسب موقعها من العمود الفقري:[15]
- 7 فقرات عنقية (Cervical Vertebra) مرتبطة بالجمجمة.
- 12 فقرة صدرية (Thoracic Vertebra) مرتبطة بالأضلاع في عظام القفص الصدري.
- 5 فقرات قطنية (Lumbar Vertebra) تربط أسفل العمود الفقري الصدري ببداية منطقة العجز.
- 5 فقرات عجزية (Sacral Vertebra)، تتصل بالحوض عند المفصل العجزي الحرقفي.
- من 3 - 5 فقرات عصعصية (Coccygeal Vertebra) تتصل بمنطقة العجز من الأسفل.
عظام الحوض (Pelvic bone)
يتكون الحوض من 3 عظام رئيسية:[16]
- عظام الورك "Os Coxae" (عظمتين من كل جانب)، وتتكون من 3 عظام:
- عظم الحرقفة (Ilium).
- عظم الإسك (Ischium).
- عظم العانة (Pubis bones)..
- عظمة العجز (Sacrum).
- عظمة العصعص (Coccyx).
عظام الساق (Leg Bone)
الساق هي منطقة ما بين الركبة والقدمين، تتكون من عظمتين فقط وهما قصبة الساق (Tibia) والشظية (Fibula)، وهما العظمتين المسؤولتين عن دعامة الجسم بأكمله، وتتصل هذه العظام مع عظام الفخذ (Femur) من الأعلى ومع عظام الكاحل "Talus" من الأسفل من خلال المفاصل، وتمكّن الإنسان من المشي.[17]
قصبة الساق هي ثاني أكبر عظمة في جسم الإنسان وتوفر دعمًا كبيرًا وتحملًا أعلى للوزن أما الشظية فهي أصغر من قصبة الساق وتوفر دعمًا أقل وتحمل أقل للوزن، وتتصل الشظية مع قصبة الساق عبر غشاء يربط بين العظمتين في الجزء السفلي من عظمتي الساق.[17]
العظام السمسمية (Sesamoids)
هي عظام صغيرة تُوجد مغروسةً في العضلات عبر الأوتار عند أسطح المفاصل، وتوجد بكثرة في كفة اليدين والقدمين وأشهرها العظم السمسي في الرضفة، ولا يُوجد عدد مؤكد لها في الجسم، إذ يعتقد العلماء أنّ جسم الإنسان يحتوي على حوالي 42 عظمة سمسمية،[18] ومن أهم أماكن تواجدها:[18]
- 5 عظام سمسمية في كل يد.
- عظمة سمسمية واحدة كبيرة في الرضفة.
- عظمة سمسمية في الأذن الوسطى
- زوج من العظام السمسمية في إبهام القدم.
- عظمة سمسمية في الفيبيلا (Fabella) في عضلة الساق.
- عظمة سمسمية داخل وتر العضلة المأبضية (Popliteus tendon).
- عظمة سمسمية في وتر العضلة الشظوية الطويلة (Peroneus (fibularis) longus tendon).
عظام الذراع / العضد (Brachium)
يتكون العضد من عظمة واحدة، وهي أطول عظمة في الطرف العلوي (Upper limps)، تتصل رأس العظمة العلوية مع لوح الكتف من خلال مفصل الكتف، وتتصل مع عظام الساعد من خلال مفصل الكوع.[19]
عظام الحنجرة (Larynx)
الحنجرة هي عبارة عن هيكل غضروفي من 9 أنواع من الغضاريف مثبتة بواسطة الأربطة، وتتحرك الرقبة بواسطة العضلات المتصلة فيه، وتحتوي الحنجرة على عظمة واحدة فقط تسمى عظمة اللامي (Hyoid bone)، وهي العظمة الوحيدة الداعمة للحنجرة وتتصل بلسان المزمار من الأعلى والجزء السفلي من البلعوم من الأسفل.[20]
المفاصل (Joints)
هي ملتقى نهايتي كل عظمتين في الهيكل العظمي، إذ يربط المفصل كل عظمتين مع بعضهما البعض ويسمح لهما بالحركة، ويختلف النسيج الذي يتكون منه المفصل بناءً على موقعه، فهناك عدة أنواع من المفاصل،[21] وتشمل:[21]
- المفاصل الليفية (Fibrous Joints): هي المفاصل الثابتة التي لا تتحرك، وتتكون من نسيج ضام ليفي غني بالكولاجين، ولا يحتوي هذا النوع من المفاصل على تجويف مفصلي، وتُسمى بالمفاصل الملتصقة (Synarthrosis)، ومن الأمثلة عليها مفاصل اللثة والجمجمة وتكون هذه المفاصل صلبة وقوية.
- المفاصل الغضروفية (Cartilaginous Joints): هي المفاصل التي تتحرك قليلاً بحدود، وتتصل المفاصل الغضروفية بغضروف ليفي شفاف، وتوجد هذه المفاصل عادةً في القفص الصدري والحوض ومفصل العانة والقص، وتتطور مع تقدم عمر الإنسان إذ تكون متواجدة أكثر عن الأطفال وتتطور إلى مفصل غضروفي أولي أقل قوة وتماسكًا ثم إلى مفصل غضروفي ثانوي أكثر قوة وتماسكًا.
- المفاصل الزلالية (Synovial Joints): هي المفاصل التي تتحرك بحرية ومرونة، وهي من المفاصل الوظيفية الرئيسية في الجسم، وتحتوي على تجويف مفصلي، يُبطن هذا المفصل غشاءً زلاليًا يُفرز سائلاً زلاليًا، ، يمنع المفاصل من الاحتكاك مع بعضها، ومن الأمثلة عليها مفصل الركبة.
نخاع العظم (Bone Marrow)
نخاع العظم، فهو من الوحدات الوظيفية الموجودة داخل تجاويف العظام، وهو المسؤول عن تكوين الدم، إذ يحتوي نخاع العظم على الخلايا الجذعية المكونة للدم، والتي تتمايز لتكوين خلايا الدم طبيعيًا في جسم الإنسان.[22]
الأوتار (Tendons)
هي عبارة عن نسيج ضام غني بألياف الكولاجين القوية التي تجعلها مقاومة للتمزق، وتوجد في جميع مناطق الجسم، وهي المسؤولة عن حدوث التكامل بين الجهاز الهيكلي والجهاز العضلي، وتنقل حركة العضلات في الجسم إلى العظام، وهي المسؤولة عن تنظيم قوة تحركهما. [23][24]
تحتوي أنسجة الوتر القريبة من العضلات على ألياف انقباضية، وهي أكثر صلابة من عضلات الجسم، ويُمكنها تحمل حمل أوزان كبيرة تتعدى وزن الإنسان 8 مرات مضاعفة بأقل حد من الأضرار، [23] ومن أهم أجزاء الوتر هي أغماد الأوتار (Tendon sheaths) وهي طبقات من النسيج الضام تحمي الوتر وتغلفه من الخارج، ويحفها من الخارج سائلًا مزلِقًا ليُسهل تحركها بحرية وسلاسة.[24]
أنواع العظام
هناك نوعين رئيسيين فقط من العظام عند البالغين؛ النوع الأول هو العظام القشرية (Cortical Bone) وتُشكل نسبة 80% من إجمالي العظام، أما النوع الثاني فهو العظام الإسفنجية (Cancellous Bone)، وتشكل نسبة ال20% المتبقية من العظام،[25] وأهم المعلومات حول النوعين:[1]
- العظام القشرية: هي أكثر كثافة وأكثر قوة وصلابة، وتوجد في العظام الطويلة (Diaphyses).
- العظام الإسفنجية: وهي أقل كثافة وصلابة، وتوجد في النهاية المستديرة للعظام الطويلة التي تعرف باسم المشاشة (Epiphyses)، وفي الجزء القصير المتصل بها تمامًا، والذي يُعرَف باسم الكردوس (Metaphyses).
كيف يعمل الجهاز الهيكلي؟
تعمل العظام جنبًا إلى جنب مع العضلات والأربطة والأوتار والأوعية الدموية والأعصاب والغضاريف المفصلية التي تساعد على بدء الحركة واستمرارها، وتربط الغضاريف والأوتار والأربطة كلاً من العظام والعضلات معًا، وهو ما يسمح لها بالانقباض والحركة.[26]
وظائف الجهاز الهيكلي
يؤدي الجهاز الهيكلي بمجموعة من الوظائف الأساسية للجسم:
حماية الأعضاء الداخلية
يحيط الهيكل العظمي ببعض الأعضاء وأجهزة الجسم المهمة والحساسية ويُشكل الحماية لها، على سبيل المثال تحمي تجاويف الجمجمة الدماغ، وتحمي الأضلاع القلب والرئتين، وهي من الوظائف الأساسية للجهاز الهيكلي، ويحمي العمود الفقري نخاع العظم الموجود داخل تجاويفه.[2]
دعم حركة الجسم
يُؤدي الهيكل العظمي المرتبط بالعضلات والأوتار والأربطة وظيفةً بنيوية تمنح الجسم القدرة على الحركة وتحمي الجسم في الوقت ذاته، إذ تمتلك العظام القوة والمتانة التي تسمح لها بامتصاص الصدمات ومنح الإنسان القدرة على الحركة والتنقل وحمل الأوزان وغيرها من الأنشطة بسبب محتواها من المعادن مثل الكالسيوم والفسفور والبروتينات كالكولاجين.[27][2]
تخزين المعادن
يُمثل الهيكل العظمي مخزنًا للمعادن المهمة في الجسم مثل الكالسيوم والفوسفور الضروريان لعمل العديد من أجهزة الجسم، ويستعين الجسم بهذه المخازن عندما تنفذ في الدم، ويُساعد على وجودها دائِمًا في بلازما الدم لتحصُل عليه الخلايا.[27]
تكوين الدم
وهي من أهم وظائف الجهاز الهيكلي، إذ يُساعد على تكوين الدم في الجسم عبر تمايز الخلايا الجذعية في نخاع العظم داخل تجاويف العظام لتُكوِّن سلالات الخلايا المكونة للدم في جسم الإنسان، إذ تمتلك الخلايا العظمية دورًا مهمًا في تكون الخلايا الليمفاوية وتكوين خلايا الدم البيضاء وتكوين الصفيحات الدموية.[2]
أبرز الأمراض التي تصيب العظام
تشمل أبرز الأمراض التي يُمكن أن تُصيب الجهاز الهيكلي كلاً من:
- هشاشة العظام (Osteoporosis): تنخفض في هذه المشكلة كثافة العظام وتُصبح أكثر عرضة للكسر.[28]
- تكون العظم الناقص (Osteogenesis imperfecta): هو مرض وراثي، يُؤدي إلى أن تُصبح العظام أكثر عرضة للكسر بدون سبب واضح.[29]
- خلل التنسج الهيكلي (Skeletal dysplasia): ويُعرف باسم خلل التنسج الهيكلي الغضروفي، وهو مرض وراثي يُؤدي لحدوث تشوهات تكوينية في الغضاريف وطريقة نمو العظام.[30]
- التهاب المفاصل (Arthritis): هو التهاب حاد ومزمن في المفاصل يُؤدي إلى تلف وألم في المفصل.[31]
- خشونة الركبة (Osteoarthritis): يحدُث عندما تتحلل أنسجة المفصل وتتآكل بمرور الوقت أو مع التقدم في السن، وتؤدي لتيبس المفصل والألم في الركبة.[32]