CHỨC NĂNG CỦA HỆ XƯƠNG NGƯỜI: BỘ KHUNG VÀ CÁI LỒNG

*Trong bài này bộ xương người và hệ xương người sẽ được dùng với ý nghĩa tương đương nhau.

Bộ xương của loài người (human skeleton) chúng ta có thể nói là một kỳ quan của tạo hóa. Nó là cấu trúc nền tảng của toàn bộ cơ thể người, từ đó có thể “gắn” thêm những bộ phận khác lên. Hệ xương người là một phần của hệ vận động, bao gồm một mạng lưới phức tạp của xương và sụn, đảm trách nhiều chức năng quan trọng quyết định cho sự sống và chất lượng cuộc sống của chúng ta. Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng đào sâu hơn và tìm hiểu về những chức năng của hệộ xương người, bắt đầu với một cái nhìn tổng quang về cấu trúc của bộ xương, khám phá về các loại xương trong cơ thể người, và cuối cùng là những chi tiết về các chức năng của nó.

CÁC MỤC CHÍNH I. Tóm Tắt Nhanh Về Hệ Xương Người II. Một Số Loại Xương Trong Cơ Thể Người III. Các Chức Năng Của Hệ Xương Người

I. TÓM TẮT NHANH VỀ HỆ XƯƠNG NGƯỜI

Hệ xương người là một hệ thống động, phức tạp, có độ linh loạt, đóng vai trò như một bộ khung cho cơ thể người. Trung bình ở một cơ thể người trưởng thành bình thường có 206 xương. Con số này có thể dao động nhẹ tùy vào cơ địa của từng người, một số người có một vài xương bị tiêu biến hay nhập vào xương khác, một số thì lại có thêm những xương phụ.

Toàn bộ xương của cơ thể người có thể được chia thành hai loại chính: Hệ xương trục (Axial skeleton) và Hệ xương chi (Appendicular skeleton)

A. HỆ XƯƠNG TRỤC (AXIAL SKELETON)

Hệ xương trục tạo thành phần trục chính dọc theo chiều dài của cơ thể người, bao gồm 80 xương, thuộc về Hộp sọ (skull), Cột sống (vertebral column), và Lồng ngực (rib cage).

1. Hộp Sọ (skull): Hộp sọ là cấu trúc xương chứa và bảo vệ não, một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ xương người. Nó được tạo thành từ 22 xương, thuộc về hai khu vực gồm vòm sọ trên (cranium) (phần giống như mái vòm ở nửa trên hộp sọ) và các xương mặt (facial bones) (những xương tạo ra hình dạng của gương mặt). Xương vòm sọ bao bọc lấy bộ não, bảo vệ não khỏi những lực tác động từ bên ngoài. Xương mặt tạo ra hình dạng và đường nét của gương mặt, là bộ khung để các cơ mặt bám lên, giúp con người có khả năng nhai (mastication) và có những biểu cảm trên gương mặt (facial expression).

2. Cột Sống (vertebral column): Cột sống, hay thường được gọi là xương sống (spine), được tạo thành từ 26 xương riêng lẻ gọi là đốt sống. Những đốt sống này xếp chồng lên nhau, tạo thành một trục động có thể chịu được khối lượng của nửa trên cơ thể, cũng như giúp cho nửa trên cơ thể có chuyển động linh hoạt theo nhiều hướng (uống cong, co giãn, và xoay). Cột sống còn là “ống đựng” tủy sống, bao bọc xung quanh tủy sống, một bộ phận quan trọng liên kết não với hệ thống thần kinh ngoại biên (peripheral nervous system).

3. Lồng Ngực (rib cage): Lồng ngực được tạo thành từ 24 xương sườn (ribs) và 1 xương ức (sternum/breastbone). Lồng ngực đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các cơ quan nội tạng bên trong khoang ngực (thoracic cavity). Xương sường, cùng với các cơ liên sườn (intercostal muscles), hỗ trợ việc hít thở bằng việc nở và co trong quá trình hít thở. Ngoài ra, lồng ngực còn là bộ khung để các cơ gắn lên.

B. HỆ XƯƠNG CHI (APPENDICULAR SKELETON)

Hệ xương chi bao gồm xương của các chi (bones of limbs) và các đai xương (girdles) giúp gắn các xương vào hệ xương trục.

Bao gồm: Xương chi trên (hai tay), xương chi dưới (hai chân), cùng với đó là đai xương vai (pectoral girdle) và đai xương chậu (pelvic girdle).

1. Xương Chi Trên (upper limbs): Mỗi chi trên gồm có 30 xương, bao gồm xương cánh tay trên (humerus), xương cánh tay dưới (radius và ulna), xương cổ tay (carpals), xương bàn tay (metacarpals), và xương ngón tay (phalanges). Xương chi trên cung cấp sự khéo léo cho hai tay người, giúp chúng ta thực hiện những động tác từ đơn giản đến phức tạp như chơi nhạc cụ hay chạm khắc những đồ vật tinh xảo.

2. Xương Chi Dưới (lower limbs): Mỗi chi dưới gồm có 30 xương, bao gồm xương đùi (femur), xương ống quyển (tibia và fibula), xương mắc cá (tarsals), xương bàn chân (metatarsals), và xương ngón chân (phalanges). Xương chi dưới chịu trách nhiệm nâng đỡ trọng lượng cơ thể và hỗ trợ việc duy chuyển. Khớp hông (hip joint), đai xương hông nối với hệ xương trục, đóng vai trò quan trọng trong việc chịu trọng lượng và khả năng duy chuyển.

3. Đai Xương Vai (pectoral girdle): Đai xương vai bao gồm xương bả vai (shoulder blade) và xương quai xanh (xương đòn, clavicle/collarbone), giúp nối các chi trên với hệ xương trục. Đai xương vai giúp cánh tay có thể cử động với một biên độ lớn, cùng với đó là giúp ổn định cho khớp vai.

4. Đai Xương Chậu (pelvic girdle): Đai xương hông được tạo thành từ hai xương hông (hip bones), mỗi xương lại được tạo thành từ sự kết dính của các xương: ilium, ischium, và pubis, tạo ra một bộ khung bảo vệ chắc chắn giúp nối các chi dưới với hệ xương trục. Nó là nơi chứa các nội tạng vùng chậu, và là một cái “nền nhà” vững chãi cho cột sống.

II. MỘT SỐ LOẠI XƯƠNG TRONG CƠ THỂ NGƯỜI

Bộ xương người là tập hợp của rất nhiều các loại xương. Dựa trên hình dáng và chức năng chính và các xương có thể được chia thành 5 loại chính:

A. XƯƠNG DÀI (long bones)

Ở chi trên trên và chi dưới, một số ví dụ có thể kể để như xương cánh tay trên và dưới, xương đùi, các xương ống quyển tibia và fibula, v.v. Những xương này rất cứng, có thể chịu được trọng lực cơ thể và giúp phân tán lực trong lúc di chuyển.

B. XƯƠNG NGẮN (short bones)

Xương ngắn nhỏ, có hình dạng gần như một hình hộp (có thể liên tưởng với một cục đường viên), có tính ổn định, cho phép những di chuyển có giới hạn, ví dụ như các xương ở trong cổ tay hay ở khu vực mắc cá chân. Cấu trúc nhỏ gọn của chúng cực kì lý tưởng cho việc hấp thụ độ sốc và giúp phân phối trọng lượng trong các không gian nhỏ hạn chế giữa các khớp.

C. XƯƠNG DẸT (flat bones)

Xương dẹt mỏng như một cái đĩa và có một bề mặt rộng. Chức năng của chúng chủ yếu là để bảo vệ và cung cấp bề mặt để các cơ có thể bám lên. Các xương trên hộp sọ và xương ức (sternum) là những ví dụ cho xương dẹt. Xương phẳng trên hộp sọ giúp bảo vệ não, còn xương ức thì giúp bảo vệ tim và phổi.

D. XƯƠNG BẤT QUY TẮC (irregular bones)

Xương bất quy tắc là những xương không thuộc vào những loại trên, có hình dạng phức tạp và không dễ để phân loại. Các đốt sống hay xương hàm dưới (mandible) là những ví dụ của xương bất quy tắc. Hình dạng độc đáo của những xương này giúp chúng đảm nhận những chức năng riêng, ví dụ như nâng đỡ cột sống hay hỗ trợ việc cử động cơ hàm để nhai và nói chuyện.

E. XƯƠNG HẠT VỪNG (sesamoid bones)

Xương hạt vừng nhỏ và có dạng tròn, dính vào các gân hay dây chằng. Xương bánh chè (patella, ở vùng đầu gối) là xương hạt vừng được biết đến nhiều nhất, có chức năng giúp tăng cường khả năng chuyển động của cơ tứ đầu vùng đùi (quadriceps) bằng việc tạo ra một cơ chế giống như là đòn bẩy ở khu vực đầu gối. Xương hạt vừng có chức năng chủ yếu là tiêu giảm ma sát và tăng độ hiệu quả của chuyển động ở các khớp.

III. CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ XƯƠNG NGƯỜI

Hệ xương người không đơn thuần chỉ là một bộ khung tĩnh; nó giúp cơ thể chuyển động được theo nhiều hướng và là một hệ thống đa chức năng phục vụ rất nhiều chức năng quan trọng khác trong cơ thể người. Hãy cùng khám phá những chức năng chính của hệ xương người sau đây:

A. NÂNG ĐỠ VÀ TẠO KHUNG CƠ THỂ

Một trong những chức năng căn bản của hệ xương người là nâng đỡ và tạo khung cơ thể. Nó giống như một giàn giáo trong xây dựng, từ đó các cơ quan khác của cơ thể có thể sắp xếp vào. Không có bộ xương, cơ thể người chỉ là một khối mềm nhũn không có hình dạng. Khả năng chống chịu lại trọng lực và tạo khung của bộ xương là tối quan trọng cho sự vững chãi và di động của cơ thể.

1. Nâng Đỡ: Hệ xương trục, cụ thể là cột sống và đai xương chậu, đóng một vai trò quan trọng trong việc nâng đỡ trọng lượng cơ thể. Cấu trúc của chúng giúp phân phối khối lượng một cách hợp lí, giúp con người có thể đi đứng và các hoạt động đòi hỏi khả năng giữ vững cơ thể.

2. Giữ Dáng Cố Định: Bộ xương giúp giữ dáng đứng thẳng trên hai chân của con người, giúp cơ thể chống chịu được trọng lực xuyên xuốt thời gian đứng. Cột sống là bộ phận trực tiếp đảm bảo dáng đứng thẳng.

B. BẢO VỆ CÁC NỘI TẠNG QUAN TRỌNG

Bộ xương người là tấm khiên chắn của các cơ quan nội tạng trong cơ thể, bảo vệ chúng khỏi những lực tác động từ bên ngoài hay những chấn thương không cần thiết. Hộp sọ bao bọc não bộ, bảo vệ nó khỏi những tác động vật lí. Lồng ngực bảo vệ tim và phổi, trong khi cột sống thì bảo vệ tủy sống. Chức năng bảo vệ này là tối quan trọng trong việc đảm bảo khả băng sống sót và sự khỏe mạnh của mỗi người.

C. HỖ TRỢ CHUYỂN ĐỘNG

Hệ xương người là thứ không thể thiếu cho sự chuyển động. Nó là một cầu nối với hệ cơ để tạo ra những chuyển động khác nhau, từ những cử động nhỏ trên bàn tay cho đến những hoạt động thể chất mạnh. Chức năng này phụ thuộc rất nhiều vào những khớp nối giữa các xương trên khắp cơ thể

1. Khớp Xương: Khớp xương là những điểm mà hai hay nhiều xương chạm nhau, tạo ra nhiều kiểu chuyển động đa dạng. Một số khớp cực kì linh động, ví dụ như khớp động ở tay chân, trong khi một số khác lại là khớp bất động (các xương hộp sọ) và bán động (ở các đốt sống). Sự đa dạng trong biên độ chuyển động của các khớp giúp cơ thể có thể chuyển động một cách mềm dẻo cùng với đó là sự dễ dàng trong việc điều hướng của chuyển động.

2. Sự Bám Của Các Cơ: Xương cung cấp chỗ bám cho các cơ, giúp chúng truyền lực từ đó tạo ra những chuyển động. Khi cơ co lại, chúng sẽ kéo những xương mà chúng bám vào, tạo ra chuyển động ở khớp xương. Sự hợp tác này giữa cơ và xương chính là cơ chế giúp con người có thể thực hiện nhiều hoạt động khác nhau từ chạy nhảy cho đến những chuyển động tinh tế của các ngón tay.

D. TẠO MÁU (hematopoiesis)

Tạo máu là quá trình các tế bào máu được tạo ra, chủ yếu diễn ra trong phần tủy đỏ chỉ có ở một số xương nhất định, ví dụ như các xương dẹt ở hộp sọ, xương ức, hay là đai xương chậu. Tủy đỏ là thành phần tối quan trọng cho hệ thống tạo máu của cơ thể, chịu trách nhiệm cho việc tạo ra hồng cầu (red blood cells), bạch cầu (white blood cells), và các tiểu cầu (platelets).

1. Tạo Hồng Cầu: Hồng cầu, hay có tên khoa học là erythrocytes, rất quan trọng trong việc vận chuyển oxy đi khắp cơ thể. Sự tạo máu (hematopoiesis) đảm bảo nguồn cung hồng cầu luôn đầy đủ và có sẵn để đảm bảo cho chức năng vận chuyển oxy phục vụ các chức năng sinh lý (physiological function) của cơ thể.

2. Tạo Bạch Cầu: Bạch cầu, hay tên khoa học là leukocytes, là chìa khóa của hệ miễn dịch (the immune system). Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cơ thể khỏi những sự truyền nhiễm hay dịch bệnh từ bên ngoài. Quá trình tạo bạch cầu trong tủy đỏ giúp đảm bảo cho cơ chế miễn dịch của cơ thể.

3: Tạo Tiểu Cầu: Tiểu cầu (platelets) là thành phần thiết yếu của cơ chế đông máu và hồi phục vết thương hở. Tủy đỏ sản sinh ra tiểu cầu, đảm bảo rằng cơ thể sẽ hồi phục nhanh chóng từ những vết thương và ngăn chặn việc chảy máu quá nhiều.

E. DỰ TRỮ KHOÁNG CHẤT

Xương người là một kho dự trứ rất nhiều loại khoáng chất, nhiều nhất là canxi và phốt-pho. Những khoáng chất này cần thiết cho các hoạt động sinh lý bên trong cơ thể. Hệ xương giúp kiểm soát và điều hòa lượng khoáng chất có trong máu.

F. TRAO ĐỔI CHẤT

Xương tham gia vào rất nhiều những chức năng trao đổi chất khác nhau bên cạnh việc dự trữ khoáng chất. Các mô xương liên tục thay đổi cấu trúc của bản thân trong một quá trình gọi là Tái mô hình (bone remodeling), là quá trình tái hấp thụ (resorption) xương cũ và tạo ra xương mới. Quá trình tái mô hình xương được diễn ra liên tục nhằm đảm bảo độ cứng của xương đồng thời điều chỉnh để xương phù hợp với những thay đổi mới của cơ thể (ví dụ như tăng giảm khối lượng, v.v.)

1. Tái mô hình và sự phát triển: Quá trình Tái mô hình xương cần thiết cho sự phát triển và thích nghi của bộ xương trước những thay đổi liên tục của cơ thể. Khi còn trẻ thơ và niên thiếu xương sẽ tăng nhanh về độ dài và rộng. Quá trình Tái mô hình vẫn tiếp diễn trong suốt đời người để có thể chữa lành những tổn thương đồng thời tối ưu hóa cấu trúc xương.

2. Điều tiết hormone (hóc-môn): Hệ xương đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa hormone bằng việc giải phóng ra osteocalcin, một loại hormone có ảnh hưởng tới sự trao đổi chất của glucose và chất béo. Nó còn tạo ra osteopontin, hormone tham gia vào chức năng miễn dịch và sửa chữa các mô (tissue). Đây là những hormone đóng góp vào sự cân bằng của quá trình trao đổi chất trong cơ thể.

G. CHỨC NĂNG CẢM GIÁC (sensory function)

Có thể bạn chưa biết, nhưng xương cũng có chức năng cảm giác. Chúng có những thụ thể (receptors) có thể cảm nhận được những căng thẳng cơ học (mechanical stress), những áp lực trên các cơ, vv. Những thụ thể cung cấp thông tin cho não bộ về vị trí và những chuyển động của cơ thể trong không gian, từ đó giúp chúng ta có nhận thức về chính cơ thể của bản thân.

Mechonoreceptors là những thụ thể ở trong xương và khớp, giúp chúng ta cảm nhận được những chuyển động và vị trí của cơ thể. Chúng giúp chúng ta có cảm giác về sự thăng bằng, khoảng cách xa gần, và khả năng điều khiển những chuyển động nhỏ của cơ thể.

H. ĐIỀU TIẾT THÂN NHIỆT

Trong những điều kiện thời tiết cực đoan, xương có thể đóng góp vào quá trình điều hòa thân nhiệt bằng cách thay đổi dòng chảy của máu. Khi trời quá lạnh, cơ thể sẽ giảm dòng chảy của máu đến cực hạn nhằm giữ nhiệt ở những khu vực chính yếu trong cơ thể, bao gồm các cơ quan nội tạng. Ngược lại, khi trời quá nóng, cơ thể sẽ tăng dòng chảy của máu lên cực hạn, đẩy nhanh quá trình thoát nhiệt.

Xương sẽ giúp tác động vào dòng chảy của máu thông qua hai quá trình gọi là giãn mạch (vasodilation) và co mạch (vasodilation).

I. DỰ TRỮ NĂNG LƯỢNG

Tủy vàng (yellow bone marrow, là phần tủy ở đoạn giữa của các xương dài) trữ năng lượng dưới dạng lipids (chất béo). Lượng năng lượng này có thể chuyển đổi linh hoạt tùy vào nhu cầu và các chu kì trao đổi chất, ví dụ khi đang nhịn ăn (fasting) hay đang hoạt động mạnh (physical exertion). Có thể tưởng tượng rằng lượng tủy vàng này chính là “kho xăng” mà cơ thể sẽ dùng đến trong trường hợp cần thêm năng lượng cho các hoạt động nặng.

TỔNG KẾT

Cần phải nhắc lại thêm lần nữa, hệ xương người là một kì quan sinh học của tạo hóa, góp phần tạo nên bộ khung cho cơ thể và và đảm nhiệm nhiều chức năng quan trọng. Từ nâng đỡ và bảo vệ đến hỗ trợ tạo ra những vận động và những quá trình điều hòa trao đổi chất, bộ xương là một hệ thống động luôn thay đổi để thích nghi để đảm bảo cơ thể có thể sống sót và khỏe mạnh. Hiểu về những chức năng của bộ xương sẽ khiến chúng ta nhận ra tầm quan trọng của việc có một bộ xương khỏe mạnh để có một cuộc sống lành mạnh xuyên suốt cuộc đời.

©2023 Thanh Phú

Đọc thêm về sự Tái mô hình của các tế bào và mô xương tại: https://www.nih.gov/news-events/nih-research-matters/human-skeletal-stem-cell-identified