人类与动物的支持与运动
动物需要支持以保持体形,也需要一套系统来运动。本章讲授骨骼的类型、人类肌肉骨骼系统、拮抗肌如何带动关节,以及相关健康问题。
肱二头肌与肱三头肌这对拮抗肌是经典考题。
除了人臂之外,内容标准14.3还要求把骨骼与肌肉,跟一种动物在自身栖息地中实际的运动方式联系起来。鱼靠身体两侧一列称为肌节的肌肉块依序收缩,把柔韧的脊柱弯成前进的波浪,尾鳍提供主要推力,其余鳍则负责在水中转向与保持平衡。
鸟类则把主要愈合、中空的轻质骨骼,与带龙骨突起的胸骨结合,这块骨附着强健的飞行肌,收缩时把翅膀向下拉产生升力,向上拉则用于恢复。比较水、空气与陆地上的运动方式,是命题者考查结构与功能理解,而非单纯考记忆事实的常见方式。
健康问题是最后一项内容标准14.4,通常以简短的结构式问题考查,要求写出一个成因、一个影响与一项预防措施。骨质疏松症是骨质分解速度超过重建速度所致,骨密度因而下降;它与钙或维生素D摄取不足、荷尔蒙变化及老化有关,即使只是轻微跌倒也会大大提高骨折的风险。
关节炎则是关节发炎,通常影响垫在骨端之间的软骨或包裹关节囊的滑膜,造成疼痛、肿胀、僵硬与活动受限。负重运动与均衡饮食都有助于同时预防这两种情况。
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本章的内容标准
- 14.1 骨骼的类型:流体静力骨骼、外骨骼与内骨骼
- 14.2 人类肌肉骨骼系统
- 14.3 运动与移行
- 14.4 Health Issues Related to the Human Musculoskeletal System
关键概念
- 骨骼的类型
- 流体静力骨骼(如蚯蚓)、外骨骼(如昆虫)与内骨骼(如人类),各自提供支持并允许运动。
- 肌肉骨骼系统
- 骨提供支持,关节允许运动,由肌腱附着的肌肉产生力量。
- 关节
- 铰链关节(肘、膝)允许在一个平面内运动;球窝关节(肩、髋)允许多方向运动。
- 拮抗肌
- 肌肉成对工作:肱二头肌收缩使臂弯曲时,肱三头肌舒张,反之则使臂伸直。
- 运动与移行
- 肌肉收缩牵拉跨越关节的骨产生运动;移行是整个身体的移动。
- 健康问题
- 关节炎(关节发炎)与骨质疏松(骨骼脆弱)影响肌肉骨骼系统。
- 水中的运动
- 鱼靠身体两侧排列的肌节肌肉块依序收缩,把柔韧的脊柱弯成左右摆动的波浪,以推开较致密的水。尾鳍提供大部分向前的推力,而背鳍、腹鳍与胸鳍则在鱼游动时提供稳定、转向与制动的作用。
- 空气中的运动
- 鸟类骨骼轻盈,是因为许多骨骼中空且相互愈合,减少了独立关节的数目与需要举起的总质量。胸骨上的龙骨突起附着着庞大的飞行肌,收缩时把翅膀向下拉以产生升力与推力,随后较小的肌肉再把翅膀抬起复位。
- 骨与软骨的比较
- 骨是坚硬的活组织,由钙盐与磷酸盐加固,为骨骼提供支持、运动所需的刚性,并保护脑与心脏等器官。软骨则是较柔软、更具弹性的结缔组织,垫在关节表面使运动顺畅,并构成外耳、鼻尖与部分呼吸道等柔韧结构。
- 骨骼肌的附着方式
- 骨骼肌两端各由一条肌腱连接到骨,因此肌肉收缩会把关节的两块骨拉得更近。由于肌腱不能推,任何一个方向的运动都需要第二块肌肉,或一组肌肉,在第一块肌肉舒张后把关节拉回相反方向。
- 照顾肌肉骨骼系统
- 步行或慢跑等规律的负重活动能刺激骨骼保持密度,而每日充足摄取钙与维生素D,则提供骨骼所需矿物质并帮助身体吸收。坐、站或搬举物件时保持正确姿势,加上避免反复劳损,都能降低关节损伤与骨质流失的长期风险。
- 膝部的拮抗肌
- 在膝部,大腿前方的股四头肌与后方的腘绳肌构成另一对拮抗肌:股四头肌收缩使腿伸直,同时腘绳肌舒张;腘绳肌收缩使腿弯曲,同时股四头肌舒张,原理与肘部的肱二头肌和肱三头肌相同。
- 外骨骼为何限制生长
- 由于外骨骼是坚硬的外壳,无法随体内动物的生长而扩大。昆虫或甲壳动物因此必须定期脱去旧外骨骼,这一过程称为蜕皮,并在体形能进一步增大之前,迅速长出并硬化一层更大的新外骨骼。
- 脱臼与扭伤
- 脱臼是指骨被迫离开关节的正常位置,常常撕裂周围的韧带,需要把骨复位。扭伤则是较轻的损伤,韧带被过度拉伸或部分撕裂,造成疼痛与肿胀,但骨仍留在关节内。
- 长骨的结构
- 股骨等长骨外层有坚韧的骨膜,含有血管与神经,使骨能在宽度上生长;骨膜之下是致密骨,提供强度,包裹着中央的骨髓腔,骨髓腔产生血细胞并储存脂肪,而每端圆形部分则为松质骨。
本章如何考查
SPM 生物通过三张试卷评估。试卷一有40道客观题(40分),时长1小时15分钟;试卷二为100分,分 A、B、C 部分,时长2小时30分钟;试卷三是考查科学过程技能的实作卷。本章内容可能出现在其中任何一张,因此课程为试卷一训练记忆、为试卷二训练结构化作答。
常见考法
- 解释拮抗肌如何使手臂弯曲与伸直。
- 比较三种骨骼类型。
- 标注关节并说出其组成部分。
- 结合肌节与鳍,解释鱼的结构如何适合游泳。
- 解释鸟类中空且愈合的骨骼与龙骨状胸骨如何适合飞行。
- 说出关节炎或骨质疏松症其中一项成因、一项影响与一项预防措施。
常见错误
学生常写: 说肌肉能推动骨。
能得分的写法: 肌肉只能通过收缩牵拉;它们成拮抗对工作,由一方把骨拉回。
学生常写: 写肱二头肌与肱三头肌一起收缩。
能得分的写法: 它们是拮抗的:一方收缩时,另一方舒张。
学生常写: 混淆肌腱与韧带。
能得分的写法: 肌腱连接肌肉与骨;韧带连接骨与骨。
学生常写: 把外骨骼称为内部骨骼。
能得分的写法: 外骨骼在外部(如昆虫);内骨骼在内部(如人类)。
学生常写: 说软骨与骨是同一种组织。
能得分的写法: 骨坚硬且矿化,用于支持与保护;软骨较软而有弹性,垫在关节表面并构成外耳等柔韧结构。
学生常写: 把骨质疏松症说成是关节疾病。
能得分的写法: 骨质疏松症是骨密度流失、提高骨折风险的疾病;关节炎才是使关节发炎、导致疼痛与僵硬的疾病。
学生常写: 以为所有动物都用同一种肌肉动作运动。
能得分的写法: 运动方式与栖息地相符:鱼用肌节使身体弯曲对抗水,鸟用中空的翅膀拍打空气,陆生哺乳动物则靠有关节的四肢蹬踏坚实地面。
学生常写: 以为所有脊椎动物都有龙骨状胸骨。
能得分的写法: 龙骨状胸骨主要是会飞的鸟类的飞行适应特征,提供更大表面积附着庞大的飞行肌,其他大多数脊椎动物并不需要。
学生常写: 写单一块强壮的肌肉就能使关节双向运动。
能得分的写法: 单一块肌肉只能把骨往一个方向拉;需要第二块拮抗肌把关节拉回相反方向。
学生常写: 把脱臼与扭伤当成同一种损伤。
能得分的写法: 脱臼是骨被迫离开关节;扭伤是韧带过度拉伸或撕裂而骨仍在原位,通常较不严重。
学生常写: 以为外骨骼会随动物持续变大。
能得分的写法: 外骨骼坚硬且不能扩张,因此昆虫须定期蜕皮,脱去旧壳并硬化一层更大的新壳。
学生常写: 只以肘部作为拮抗肌对的例子。
能得分的写法: 膝部是另一个例子:股四头肌伸直腿部时腘绳肌舒张,腘绳肌弯曲腿部时股四头肌舒张。
学生常写: 混淆骨膜与骨髓。
能得分的写法: 骨膜是骨的外层,含有血管与神经;骨髓是内部组织,产生血细胞并可储存脂肪。
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本章的结构
常见问题
拮抗肌如何带动手臂?
肌腱与韧带有何区别?
三种骨骼类型是什么?
关节炎与骨质疏松症有何区别?
鱼的结构如何适合游泳?
为什么肌肉只能拉动骨而不能推动骨?
昆虫为什么需要蜕皮?
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