骨骼和肌肉系统（动物学）

动物通过骨骼和肌肉的协同作用来支撑身体并产生运动，无论骨骼是充满液体的腔体、外壳还是内部骨骼。

Definition

骨骼和肌肉系统是支撑动物身体并产生其运动的结构：骨骼提供刚性或静水框架和保护，肌肉是收缩组织，通过牵拉该框架来移动身体部位。

Scope

本主题涵盖了动物界中动物的支撑和运动系统。它描述了三种主要的骨骼类型：软体动物的静水骨骼、节肢动物和许多软体动物的外骨骼，以及脊椎动物和棘皮动物的内骨骼，以及每种骨骼如何提供支撑、保护和肌肉作用的框架。它将肌肉视为动物运动的来源，并解释了肌肉和骨骼元件之间杠杆般的协同作用。

Core questions

• 动物骨骼的主要类型有哪些，每种骨骼如何运作？
• 肌肉和骨骼如何协同作用产生运动？
• 为什么软体动物依赖静水骨骼？
• 外骨骼和内骨骼的权衡是什么？

Key theories

三种骨骼类型

动物支撑主要有三种形式：肌肉压力下的流体静水骨骼、体外分泌的刚性外骨骼和内部内骨骼，每种都提供支撑和肌肉作用的基础，并具有不同的优势。

肌肉-骨骼杠杆系统

肌肉只能拉动，因此运动需要肌肉以对立组的形式排列，作用于关节或静水腔室，骨骼元件充当杠杆，将收缩转化为有目的的运动。

Mechanisms

静水骨骼利用一个保持恒定体积的充满液体的腔室；环形肌和纵向肌对抗液体收缩，改变身体形状，使蠕虫和其他软体动物能够掘洞和爬行。外骨骼是坚硬的外层覆盖物，例如节肢动物的几丁质角质层，它保护身体并提供肌肉附着的内部表面，但必须蜕皮才能生长。内骨骼位于体内，由脊椎动物的软骨和骨骼或棘皮动物的钙质骨片构成，并随动物生长，同时支撑较大的体型。在所有情况下，肌肉只能通过缩短来产生力，它们以拮抗组的形式排列，因此一组肌肉的收缩使骨骼杠杆向一个方向移动，而对立组肌肉的收缩则使其反向移动。

Clinical relevance

对骨骼和肌肉的比较研究是生物力学、灭绝动物运动重建以及生物启发工程的基础；它也为理解脊椎动物肌肉骨骼系统提供了比较基础。这属于教育范畴，并非临床建议。

History

动物运动的力学分析始于十七世纪的博雷利，他将肌肉和骨骼视为杠杆。二十世纪的动物学家，包括詹姆斯·格雷，研究了动物运动的物理学，而西德尼·曼顿则分析了节肢动物骨骼和肢体的功能设计，建立了当今动物学中使用的支撑和运动的比较生物力学。

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

什么是静水骨骼？

它是一种支撑系统，肌肉作用于一个保持恒定体积的充满液体的体腔，从而通过肌肉收缩改变身体形状；蚯蚓和许多其他软体动物就是通过这种方式移动的。

为什么肌肉必须成对拮抗工作？

因为肌肉只能通过收缩和拉动来产生力，所以需要一块对立的肌肉或肌肉群来将骨骼部分拉回，因此关节或静水腔室的运动取决于拮抗肌。