ระบบการเคลื่อนที่และโครงกระดูก

ระบบการเคลื่อนที่และโครงกระดูก (LOCOMOTION AND SKELETAL SYSTEM)

การเคลื่อนที่ของมนุษย์ (Human Locomotion)

การเคลื่อนที่ของมนุษย์อาศัยการทำงานร่วมกันของหลายระบบ ได้แก่:

  • กระดูก (Bones)
  • ข้อต่อ (Joints)
  • กล้ามเนื้อ (Muscles)
  • ระบบประสาท (Nerves)

ระบบโครงกระดูก (SKELETAL SYSTEM)

หน้าที่ของระบบโครงกระดูก
  1. ค้ำจุนร่างกาย: ช่วยรักษารูปร่างของร่างกาย
  2. ป้องกันอวัยวะภายในที่สำคัญ:
    • กระดูกกะโหลกปกป้องสมอง.
    • กระดูกซี่โครงปกป้องปอดและหัวใจ.
    • กระดูกสันหลังปกป้องไขสันหลัง.
  3. สร้างเม็ดเลือด: เม็ดเลือดถูกสร้างจากไขกระดูก (Bone marrow) จากเซลล์ต้นกำเนิด (stem cell). เมื่ออายุมากขึ้น ไขมันจะมาสะสมและลดการสร้างเม็ดเลือด.
  4. สะสมแร่ธาตุ: กระดูกเป็นแหล่งสะสมของแคลเซียม (calcium) และฟอสเฟต (phosphate).
  5. ช่วยในการเคลื่อนไหว: เป็นที่ยึดติดของกล้ามเนื้อเพื่อให้เกิดการเคลื่อนไหว โดยการเคลื่อนไหวจะถูกจำกัดด้วยรูปแบบของข้อต่อ.
เซลล์กระดูกและการสร้างกระดูก
  • เซลล์ต้นกำเนิดกระดูก (Ostrogenic cell): เซลล์ตั้งต้นที่สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์กระดูกชนิดอื่นได้
  • เซลล์สร้างกระดูก (Osteoblast): ทำหน้าที่สร้างกระดูก โดยการผลิตเมทริกซ์กระดูก (Bone matrix).
  • เซลล์กระดูก (Osteocytes): เซลล์กระดูกที่เติบโตเต็มที่และฝังตัวอยู่ในเมทริกซ์กระดูก.
  • เซลล์สลายกระดูก (Osteoclast): เซลล์หลายนิวเคลียสที่เกิดจากเซลล์มาโครฟาจ ทำหน้าที่สลายกระดูก.
    • มี Ruffled zone (ส่วนที่เป็นขอบหยัก) สำหรับการหลั่งกรดและเอนไซม์เพื่อสลายเมทริกซ์กระดูก.
    • มี Clear zone (ส่วนที่ใส) สำหรับการยึดเกาะกับผิวของกระดูก.
    • Howship's Lacuna: แอ่งที่เกิดจากการสลายกระดูกโดย Osteoclast.
  • กลไกการสลายกระดูกของ Osteoclast:
    • เอนไซม์ Carbonic Anhydrase (CA) ทำการเปลี่ยน CO<em>2+H</em>2OCO<em>2 + H</em>2O ให้เป็น HCO3−+H+HCO_3^- + H^+ ภายในเซลล์ Osteoclast.
    • ไอออน H+H^+ ถูกปั๊มออกไปยัง Howship's Lacuna ด้วย V-ATPase.
    • ไอออน Cl−Cl^- ก็ถูกปั๊มออกไปเช่นกัน.
    • ไลโซโซม (Lysosomes) จะปล่อยเอนไซม์ เช่น Cathepsin K, MMP-9, MMP-MT1, TRAP เพื่อย่อยสลายเมทริกซ์กระดูก.
    • ไอออน Ca2+Ca^{2+} และ P+P^+ (ฟอสเฟต) ที่ถูกปล่อยออกมาจะถูกขนส่งออกจากบริเวณโดยหลอดเลือด (ผ่าน Transcytosis).
  • การสร้างกระดูก (Ossification):
    • การสร้างกระดูกแบบ Intra-membranous (Intramembranous ossification): เกิดขึ้นโดยตรงจาก Mesenchyme (เนื้อเยื่อเกี่ยวพันตัวอ่อน) เช่น กระดูกกะโหลกศีรษะและกระดูกไหปลาร้า.
      • Mesenchyme -> Ossification center (ศูนย์การสร้างกระดูก) -> Osteoblast ผลิต Osteoid (เมทริกซ์กระดูกที่ยังไม่แร่ธาตุ) -> เกิด Vascularization (การสร้างหลอดเลือด).
    • การสร้างกระดูกแบบ Endochondral (Endochondral ossification): เกิดขึ้นจากโมเดลกระดูกอ่อน Hyaline (กระดูกอ่อนส่วนใหญ่ในร่างกาย).
      1. โมเดลกระดูกอ่อน Hyaline พัฒนาขึ้น.
      2. กระดูกอ่อนแข็งตัวและเกิด Periosteal bone collar (ปลอกกระดูกรอบเยื่อหุ้มกระดูก) รอบ Diaphysis (กระดูกส่วนกลาง).
      3. Primary ossification center (ศูนย์การสร้างกระดูกปฐมภูมิ) ก่อตัวใน Diaphysis.
      4. Secondary ossification centers (ศูนย์การสร้างกระดูกทุติยภูมิ) ก่อตัวใน Epiphyses (ส่วนปลายของกระดูก).
      5. กระดูกเข้ามาแทนที่กระดูกอ่อน ยกเว้น Articular cartilage (กระดูกอ่อนข้อต่อ) และ Epiphyseal plates (แผ่นกระดูกอ่อนที่ปลายกระดูก).
      6. Epiphyseal plates แข็งตัวและกลายเป็น Epiphyseal lines (เส้นกระดูกที่ปลายกระดูก).
จำนวนกระดูกของมนุษย์
  • ทารกมีกระดูกประมาณ 350350 ชิ้น.
  • เมื่อโตขึ้น กระดูกบางส่วนจะเชื่อมรวมกัน ทำให้ผู้ใหญ่มีกระดูก 206206 ชิ้น.
ไขกระดูก (Bone Marrow)
  • ไขกระดูกแดง (Red marrow): มีหน้าที่สำคัญในการสร้างเม็ดเลือดจากเซลล์ต้นกำเนิด (stem cell).
  • ไขกระดูกเหลือง (Yellow marrow): เป็นแหล่งสะสมของเซลล์ไขมัน (Adipocyte หรือ Fat cell) โดยร่างกายจะนำไขมันที่สะสมไว้มาใช้เป็นพลังงานเมื่อจำเป็น. เมื่ออายุมากขึ้น ไขกระดูกแดงจะค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยไขกระดูกเหลือง.
เอ็น (Tendons and Ligaments)
  • เอ็น (Tendon): เอ็นที่ยึดระหว่างกระดูกกับกล้ามเนื้อ (Muscle to bone).
  • เอ็นยึด (Ligament): เอ็นที่ยึดระหว่างกระดูกกับกระดูก (Bone to bone).
  • เอ็นร้อยหวาย (Achilles tendon): เป็น Tendon ที่ใหญ่ที่สุดในร่างกาย. หากเกิด Achilles tendon rupture (เอ็นร้อยหวายฉีกขาด) มักจะต้องรักษาด้วยการผ่าตัด (tendon repair).
เนื้อเยื่อกระดูก (Bone Tissue)
  • ประกอบด้วยระบบ Haversian canal (ท่อน Haversian) ที่เป็นช่องทางสำหรับหลอดเลือดและเส้นประสาท.
  • สามารถแบ่งเป็น Cancellous bone (กระดูกพรุน หรือ Spongy bone) มีลักษณะเป็นโครงสร้างพรุน และ Compact bone (กระดูกทึบ) ซึ่งมีความหนาแน่นสูง.

การแบ่งระบบโครงกระดูก

ระบบโครงกระดูกของมนุษย์แบ่งออกเป็น 22 ส่วนใหญ่ๆ ได้แก่:

  1. กระดูกแกน (Axial skeleton): มีทั้งหมด 8080 ชิ้น
  2. กระดูกรยางค์ (Appendicular skeleton): มีทั้งหมด 126126 ชิ้น
    รวมทั้งหมด 206206 ชิ้นในผู้ใหญ่.
กระดูกแกน (Axial Skeleton) - 8080 ชิ้น

ทำหน้าที่ปกป้องอวัยวะภายในที่สำคัญและค้ำจุนร่างกาย ประกอบด้วย:

  1. กระดูกกะโหลก (Skull): มี 2222 ชิ้น ทำหน้าที่ปกป้องสมอง.
    • เกิดจากการเชื่อมต่อกันของกระดูกกะโหลกศีรษะ (Cranium) และกระดูกใบหน้าหลายชิ้น เช่น Mandible (ขากรรไกรล่าง) และ Maxilla (ขากรรไกรบน).
    • บริเวณรอยต่อส่วนใหญ่เชื่อมเป็นแผ่นเดียวกันทำให้ไม่สามารถขยับได้ ยกเว้นข้อต่อของกระดูกขากรรไกร.
    • Pterion: จุดต่อของกระดูกกะโหลก 44 ชิ้น ซึ่งเป็นตำแหน่งที่บอบบางที่สุดของกะโหลกศีรษะ.
    • Fontanel (กระหม่อม): ส่วนของกระดูกกะโหลกศีรษะในทารกที่ยังไม่เชื่อมปิดกัน.
  2. กระดูกสันหลัง (Vertebral column): มีทั้งหมด 2626 ชิ้น ทำหน้าที่ปกป้องไขสันหลัง แบ่งออกเป็น 55 ส่วน:
    1. ส่วนคอ (Cervical vertebrae): 77 ชิ้น
    2. ส่วนอก (Thoracic vertebrae): 1212 ชิ้น
    3. ส่วนเอว (Lumbar vertebrae): 55 ชิ้น
    4. ส่วนกระเบนเหน็บ (Sacral vertebrae): มี 55 ชิ้นเชื่อมเป็นชิ้นเดียวเรียกว่า Sacrum.
    5. ส่วนก้นกบ (Coccygeal vertebrae): มี 44 ชิ้นเชื่อมเป็นชิ้นเดียวเรียกว่า Coccyx.
    • ระหว่างกระดูกสันหลังจะมีกระดูกอ่อนเรียกว่า หมอนรองกระดูก (Intervertebral disc) ภายในบรรจุน้ำไขข้อ (Synovial fluid) ทำหน้าที่ลดแรงเสียดสี.
    • หมอนรองกระดูกมีส่วนประกอบ 22 ชั้น: Annulus fibrosus และ Nucleus pulposus.
    • Intervertebral disc protrusion หรือ HNP (Herniated Nucleus Pulposus) คือภาวะหมอนรองกระดูกปลิ้น ที่อาจทำให้เกิดการบาดเจ็บต่อไขสันหลังหรือเส้นประสาท.
  3. กระดูกทรวงอก (Thoracic cage): ประกอบด้วย:
    • กระดูกอก (Sternum): 11 ชิ้น.
    • กระดูกซี่โครง (Rib): 1212 คู่ หรือ 2424 ชิ้น.
      • True rib (11-77): กระดูกซี่โครง 77 คู่แรกที่ติดกับกระดูกอกโดยตรง.
      • False rib (88-1010): กระดูกซี่โครง 33 คู่ต่อมาที่เชื่อมกับกระดูกอ่อนก่อนที่จะติดกับกระดูกอก.
      • Floating rib (1111-1212): กระดูกซี่โครง 22 คู่สุดท้ายที่ลอยอยู่และไม่เชื่อมกับกระดูกอก.
  4. กระดูกหู (Ossicle): มีทั้งหมด 33 คู่ หรือ 66 ชิ้น ได้แก่:
    • กระดูกค้อน (Malleus): 22 ชิ้น.
    • กระดูกทั่ง (Incus): 22 ชิ้น.
    • กระดูกโกลน (Stapes): 22 ชิ้น.
  5. กระดูกไฮออยด์ (Hyoid bone): มี 11 ชิ้น ลักษณะเป็นรูปตัว U อยู่บริเวณคอ ยึดติดกับลิ้นช่วยในการกลืน.
กระดูกรยางค์ (Appendicular Skeleton) - 126126 ชิ้น

กระดูกส่วนของรยางค์บนและรยางค์ล่าง:

  • รยางค์บน (Upper limb): ประกอบด้วย:
    • กระดูกโอบอก (Pectoral girdle):
      • กระดูกไหปลาร้า (Clavicle).
      • กระดูกสะบัก (Scapula).
    • กระดูกแขน:
      • กระดูกต้นแขน (Humerus).
      • กระดูกปลายแขนท่อนนอก (Radius).
      • กระดูกปลายแขนท่อนใน (Ulna).
    • กระดูกมือ:
      • กระดูกข้อมือ (Carpals).
      • กระดูกฝ่ามือ (Metacarpals).
      • กระดูกนิ้วมือ (Phalanges).
  • รยางค์ล่าง (Lower limb): ประกอบด้วย:
    • กระดูกโอบเชิงกราน (Pelvic girdle): กระดูกเชิงกราน (Pelvic girdle).
    • กระดูกขา:
      • กระดูกต้นขา (Femur).
      • กระดูกน่อง (Fibula).
      • กระดูกแข้ง (Tibia).
    • กระดูกเท้า:
      • กระดูกข้อเท้า (Tarsals).
      • กระดูกฝ่าเท้า (Metatarsals).
      • กระดูกนิ้วเท้า (Phalanges).

ข้อต่อ (Joints)

  • บริเวณข้อต่อจะมีของเหลวเรียกว่า น้ำไขข้อ (Synovial fluid) ทำหน้าที่ลดแรงเสียดสี.
  • กระดูกอ่อน (Cartilage) ที่พบตามบริเวณข้อต่อต่างๆ มีบทบาทสำคัญในการลดการเสียดสีของกระดูกและรองรับน้ำหนักตัว.
  • ประเภทของข้อต่อ:
    • ข้อต่อแบบเดือย (Pivot joint): พบระหว่างกระดูกปลายแขนทั้ง 22 ชิ้น และฐานคอกับกะโหลกศีรษะ ทำให้บิดปลายแขนไปมาได้.
    • ข้อต่อแบบบานพับ (Hinge joint): พบที่ข้อศอก ทำให้แขนขยับขึ้นลงได้ระนาบเดียวคล้ายกับบานพับประตู.
    • ข้อต่อแบบอานม้า (Saddle joint): พบในข้อต่อระหว่างกระดูกโคนนิ้วหัวแม่มือกับข้อมือ เคลื่อนไหวได้ 22 ทิศทาง.
    • ข้อต่อแบบลูกกลมในเบ้า (Ball and socket joint): พบที่กระดูกสะบักและกระดูกต้นแขน (ข้อต่อหัวไหล่) ทำให้เคลื่อนไหวได้รอบ 360exto360^ ext{o}.
    • ข้อต่อคอนไดลอยด์ (Condyloid joint or Double hinge joint): พบที่ข้อมือ เป็นข้อต่อที่มีการเคลื่อนไหวเป็น 22 ทาง คือ ไปข้างหน้า-ข้างหลัง และไปข้างๆ โดยกระดูกชิ้นหนึ่งเป็นหัวกลมอีกชิ้นหนึ่งเป็นแอ่งตื้นๆ.
    • ข้อต่อแบบแบนราบ (Gliding Joint): พบในข้อต่อที่กระดูกข้อมือและข้อเท้า เป็นข้อต่อระหว่างกระดูกที่มีหน้าตัดเรียบ ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวลักษณะเลื่อนถูไปมา.
    • ข้อต่อแบบที่เคลื่อนไหวไม่ได้ (Immovable joint): พบบริเวณกระดูกกะโหลกศีรษะ (Sutures).

ความผิดปกติเกี่ยวกับกระดูก

  • แพทย์รักษาโรคกระดูก (Orthopedist): ผู้เชี่ยวชาญในการรักษาโรคกระดูกและข้อ.
  • โรคกระดูกพรุน (Osteoporosis):
    • สาเหตุ: เกิดจากการสลายกระดูกมากกว่าการสร้างกระดูก.
    • เกี่ยวข้องกับการทำงานของ Osteoblast (เซลล์สร้างกระดูก) ซึ่งสร้างกระดูกใหม่จากแคลเซียมและโปรตีน และ Osteoclast (เซลล์สลายกระดูก) ซึ่งย่อยสลายเนื้อกระดูกเก่า.
  • โรคกระดูกอ่อน (Rickets) (ในเด็ก) / โรคกระดูกอ่อนในผู้ใหญ่ (Osteomalacia) (ในผู้ใหญ่):
    • พยาธิกำเนิด (Pathogenesis): เกิดจากการขาดวิตามิน D ทำให้ Ca2+Ca^{2+} ในเลือดมีระดับต่ำ ส่งผลให้ฮอร์โมน Parathyroid Hormone (PTH) ทำงานเพื่อเพิ่ม Ca2+\text{Ca}^{2+} ในเลือด โดยสลายมาจากกระดูก.
  • มะเร็งกระดูก (Bone cancer):
    • เนื้องอกกระดูก (Osteosarcoma).
    • เนื้องอกกระดูกอ่อน (Chondrosarcoma).
  • ข้อต่ออักเสบ / กระดูกอักเสบ / ข้อเสื่อม.
  • โรคเกาต์ (Gouty arthritis):
    • เกิดจากระดับกรดยูริก (Uric acid) ในเลือดสูง ซึ่งมาจาก Purine base.
  • การผ่าตัดเปลี่ยนข้อเข่าเทียม (Knee replacement surgery): เป็นการรักษาภาวะข้อเข่าเสื่อมอย่างรุนแรง.