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第三章骨是有生命的——认识你的骨骼

骨骼并不像一些人理解的是一种单纯没有活性的骨头,而是一种具有生命的组织。在人的一生中,骨组织一直在不断地代谢或更新,一方面老的骨组织不断地消失;另一方面新的骨组织不断地在产生,这一过程称为“骨的重建”。

我们可以把骨骼的这种生命活动比喻为人体大楼的建筑。构成大楼房屋的钢架就是胶原蛋白,而由钙和磷构成的羟磷灰石就是围绕在钢筋外面的水泥,于是人体的骨骼就像钢筋混凝土那样,既有钢性,又有弹性。房子越造越高,建筑工人就要不断地拆去旧的房架,建立新的房架。这些专门分工负责拆房的工人就是破骨细胞,而专门负责造房的工人就是成骨细胞。骨的新陈代谢伴随着人的一生,骨的形成和吸收也是一直不断地动态平衡地进行着。

一、骨骼及构成

人体共有块骨头,骨与骨的连接成为骨骼。其中最主要的是颅骨、躯干骨和四肢骨。可是中国人和日本人,只有块骨头,这是因为我们的第五趾骨只有2节,而欧美人却有3节,所以,中国人比欧美人少2块骨头。

在儿童期,人的骨头比成年人多一些,大约为或块,一些没有成型的骨头(如骶骨、尾骨等)往往几块连在一起,但当长大成人后,一些相连的骨头便合为一块了,数量就从或块变成块。

从骨的形态来分,可分为长骨、短骨、扁骨和不规则骨等四种。长骨像一根棍棒,短骨像一个立方体,扁骨犹如扁扁的板条。人体最长的骨头就是股骨,一般占人体高度的27%,人体最硬的骨头是胫骨,它的平均承受重量可以超过人体平均重量的20多倍。人体最小的骨头是耳朵中的三块小骨头,其中最小的一块是镫骨,只有0.25~0.43厘米长。人体的骨头是很硬的,每平方厘米的骨头可承受千克的压力,甚至超过了花岗石。

在人的骨头中,一半是水,另一半是矿物质和有机物。在儿童少年期,骨头中的有机物比例较大,所以,骨头韧而嫩,容易变形;而老年人的骨头中,矿物质比较多,因此,骨头就比较硬而脆,容易发生骨折。相比之下,男性的骨头比较粗而重,而女子的骨头则比较轻而细;胖人的骨头表面比较光滑,而瘦人的骨头表面比较粗糙。在人的骨头中,最重要的可能就是脊柱了,它由7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎和1块骶椎还有一块尾骨组成。正常人的脊柱不是笔直的,从侧面来看是S型的,有4个弯曲的地方。这些弯曲的地方保证了人体在运动中从脚底下传到头上的振动可以大大地减轻,这就大大地减少了行走过程中产生的振动对大脑的冲击。在所有的脊柱骨中,体积最小、活动量最大的是颈椎骨,因此,颈椎的活动能力也就最大。

在人体的骨骼发育过程中,最早是软骨阶段,以后随着年龄的增长,软骨逐渐被骨组织代替。在人体的不同生长阶段中,骨骼的发育程度有着明显的区别。医生用骨骼生长发育的程度来评价一个人的生理年龄,这就是骨龄。通常医生就是用它的X线的片子来判断一个人的骨龄,特别是观察一个孩子还能不能长高。骨龄小于生活年龄的少年儿童,以后身体估计比较高;相反,骨龄大于生活年龄的少年儿童,以后个子估计不会太高。此外,骨龄小于生活年龄的少年,生长发育高潮的持续时间较长,运动能力“自然增长”的潜力比较大。

在骨组织中,约1/3是由有机基质组成的,其中主要成分是胶原蛋白,另2/3是由无机矿物质所组成的,主要成分是钙和磷。骨骼的形成,首先是先产生由蛋白质组成的有机基质框架,然后,钙和磷沉淀在这个框架上,从而构成了坚硬的骨骼。骨骼的强度取决于矿物质的沉淀。人体中的钙大约99%都分布在骨骼和牙齿中,还有1%存在于血液和组织液中,有其特殊的功用。

骨骼的内部结构更是奇妙,它可分为内、外二层。骨骼中的外层由质地致密,非常坚硬的皮质骨(或称为密质骨)构成;而内层则是由许多厚薄不一、相互交错排列而成多孔的网状蜂窝状、间距不等的松质骨构成。骨组织的数量称为骨量,而骨密度是指骨组织结合的紧密程度。

在骨组织中,胶原蛋白就像一束束密布排列的有规律的纤维,中间具有空隙,如同造房子时的“钢筋”一样;另一方面,人体中99%的钙与磷结合成羟磷灰石小结晶沉积在这些空隙中,如同“混凝土”,附着在“钢筋”上,这样使骨骼就成为人体既坚硬而又富有弹性的组织了。

一般来说,骨骼中皮质骨在骨的外面一层,松质骨在里面,但皮质骨与松质骨在人体骨骼的不同部位中分布和比例是不同的,如在长骨的骨干部分,皮质骨的比例最多,约占95%,但骨小梁中皮质骨的比例只占5%;而在脊椎骨和长骨两端的前部,皮质骨只占10%~35%,这种特殊的结构比例上的差异与各个部位骨的功能不同有着很大的关系。

骨的这种特殊的外层为鞘样包裹(主要是皮质骨),内层为网状结构(主要是松质骨)的特点,使骨骼既有理想的力学功能(支撑和运动),又具有最轻的重量。

骨的外层硬而密,形成皮质骨,骨的内层,由薄厚不一、间距不等的骨小梁相互交错排列,形成多孔、网状的松质骨。

人体发生骨质疏松时,首先造成丢失骨量的地方一般总是松质骨,以后再发展到包括皮质骨在内的部分,渐渐发生骨量的丢失,以至于发生全身性的多部位的骨质疏松症。

如果我们再仔细地来看,骨的组织结构是由细胞和细胞外基质所组成的。而骨的细胞至少包含成骨细胞、骨细胞和破骨细胞三种。

在了解骨质疏松症时,我们常会遇到以下一些专用名词,这里就几个常用的专用名词作一些介绍:

成骨细胞:是一种骨形成细胞,它能合成和分泌骨胶原,形成骨基质,并释放钙离子,使基质矿化,顾名思义它的作用主要是用于“长骨头的”。成骨细胞来源于骨源细胞,直径20~50微米,呈立方形、圆形、矮柱形、扁平形,核大呈圆形或椭圆形,含1~3个核仁。细胞质中含有丰富的细胞器,如粗面内浆网、高尔基复合物、核糖体、线粒体、溶酶体与糖原颗粒等,并含有丰富的碱性磷酸酶,这些成分与成骨细胞对骨的合作功能和骨形成功能密切有关。

骨细胞:骨细胞实际上是成骨细胞被包埋在骨基质中形成的,它们位于骨凹陷窝内,体积较小,呈长椭圆形。它会伸出若干突起,与邻近骨细胞伸出的突起相连接沟通形成小管系统。通过小管系统的网络,骨细胞互相传递信息,并与骨髓内和骨外膜毛细血管相通,以保障骨细胞的营养和物质的交流。幼稚的骨细胞仍具有分泌骨基质的能力,沉积在凹陷壁致骨陷窝体积变小,以及由于骨细胞性骨吸收作用,致骨陷窝变大。

破骨细胞:它是骨吸收细胞,可以分泌酸离子和蛋白溶解酶,降解骨基质和溶解吸收钙离子,并将钙离子转移到血液中去,顾名思义它起到破坏骨的作用。骨髓前单核细胞发育成前破骨细胞,核融合形成破骨细胞,直径为30~微米,含数个至几十个核(甚至多达个核),每个核含1~2个核仁。胞浆富含酸性磷酸酶,含有空泡和丰富的线粒体、高尔基体、溶酶体,这与破骨细胞的骨吸收功能有关。

骨基质:骨基质是由成骨细胞分泌的胶原经矿化后形成,三分之一为有机基质、三分之二为无机基质。有机基质中的90%为胶原。无机盐通常称为骨盐,占骨干重的65%左右,主要成分为羟基磷灰石结晶,还含有无定型钙、磷,其中85%是磷酸钙、10%是碳酸钙,还有少量为氯化钙、氧化钙和碳酸镁等。

皮质骨:皮质骨又称为密质骨,其结构致密,占人体骨量的80%,为四肢长骨的主要成分,椎体的皮质骨较薄。皮质骨的外表面为骨外膜,骨内膜为包围骨髓腔和包被骨小梁、中央管内表面的薄层结缔组织。

松质骨:松质骨呈较疏松的网状小梁结构,又称海绵骨,占人体骨量的20%,主要分布于骨干骺端、脊椎骨和不规则型骨。松质骨的表面积很大,为皮质骨的6倍以上,因而松质骨的代谢远较皮质骨为高(大约高8倍)。

软骨:软骨由中胚叶细胞分化而来。成骨细胞合成和分泌有机基质,被基质包围而形成软骨细胞。通过软骨内生长和软骨膜下生长,由软骨形成中心生长发育,软骨细胞不断地分裂繁殖,分泌软骨基质,扩大软骨的体积。软骨基质的主要成分为水、胶原与糖蛋白。关节软骨为高度水合的组织,水的重量占软骨基质的75%。软骨的胶原属于Ⅱ型胶原,含有较多的羟脯氨酸与羟赖氨酸,三股肽链均为α链。糖蛋白含三种氨基糖,即4-硫酸软骨素、6-硫酸软骨素与硫酸角质。糖蛋白的静电荷渗透能力是软骨具有弹性的基础。

了解了骨骼及骨骼中各细胞的成分与构造,我们就不难理解强健的骨骼是保证人类健康生活所必需的。由此可以看出骨的主要功能为:

1.坚硬的骨组织是人体的“顶梁柱”,特别是脊柱支撑着人体,维持着挺拔的体形。

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2.骨与关节是运动系统主要组成部分,当骨骼肌收缩时,通过与之相连的肌腱(韧带)发生牵拉,此时,骨起到了杠杆作用,而与关节联结共同起到运动的枢纽作用。这些协同作用保障了人体活动能力呈多方位而显得灵活有力。

3.骨骼又是人体中最大的钙储存仓库,是调节人体钙、磷代谢的重要器官。当机体摄入钙增加时,一部分钙随着粪便和尿液排出体外,另一部分钙就储存在骨组织中;当机体摄入钙的量不足时,粪便和尿液中排出的钙就相应减少,同时一部分骨钙被动员出来释放补充入血,以维持正常的血钙水平。

如果人体长期处于缺钙状态时,骨库中的钙长期处于入不敷出的状况,人体为了保持血钙水平的稳定而不得不使钙从骨中释放出来进入血液,久而久之,就会导致骨质疏松,造成骨骼的枯竭、衰老。

二、骨峰值——骨骼的巅峰期

如果我们把骨骼设想成是一个“银行”的话,人体一生中在这个“银行”中不断地“存入”和“提取”,只不过不是提取或存储人民币,而是骨组织。通常,在儿童期、青春期和成年期的早期,新的骨组织生成的速度比老的骨组织流失的速度要快,其结果就是骨骼不断的成长,而骨组织也变得越来越密集和强壮起来。一个人骨骼所能达到的最大的骨密度和强度称为骨峰值,人体一般在20~30岁期间达到骨峰值。过了30~35岁,骨组织的流失开始超过了骨组织的生成,也就是骨骼“银行”中“提取”的数目超过了“存入”(更新)的量。当骨组织流失得太快而补充(更新)太慢时,骨骼就会变得脆弱,久而久之就有可能造成骨质疏松症。

骨峰值时,骨密度的形成比例中,遗传因素占80%,环境因素占20%。

三、骨头是活的——骨骼的新陈代谢

在人的一生中,骨组织一直在不断地代谢或更新,一方面老的骨组织不断地消失,另一方面新的骨组织不断地产生,这一过程称为“骨的重建”。通常,骨的重建包括了两个阶段:一个是原有骨组织被破坏或被吸收(请注意,这里“吸收”两个字常常被人们误解为“吸收进来”,而事实上是“被”吸收掉),接着是新的骨组织的形成。在骨的吸收过程中,破骨细胞是主要负责破坏骨组织的特殊细胞,它在骨的表面变得活跃,并且造成小的空穴。而在进一步的骨的形成过程中,另一种细胞——成骨细胞发挥作用,起到填充这些孔穴构成新的骨组织的作用。

一般来说,完成一个骨的再建过程需要3~4个月的时间。但事实上,有许多因素会影响到骨骼重建的速度,这些因素中,最重要的是:性激素的水平、钙的摄入量以及人体运动。如果被吸收的骨组织能够完全更换,骨骼的强度就可以保持不变。但当患有骨质疏松症时,流失的骨组织太多,而新形成的骨组织又太少,这样就会导致骨组织数量的减少,骨骼的强度就会降低。在人的一生中,从一个~克的新生儿开始到成年,骨骼就是通过这种新陈代谢不断长长、长粗(人就会长大、长高);而过了35~40岁以后,骨不再长长、长粗,而是逐步通过新陈代谢发生衰退。掌握了这个规律后,人们就可以通过有意识地调整饮食营养、运动锻炼以及所需要的某些药物治疗,以此增加和保障骨骼的健康发育,减缓骨骼的衰老,预防骨质疏松症的发生。

而作为骨骼关键组成的钙元素的代谢调节在体内涉及三个重要环节:

1.肾脏——是调节血钙的重要器官;

2.骨——对血钙有调节的作用;

3.肠——对钙的吸收、排泄和对钙的调节很重要。

与上述三个重要环节相对应的物质分别是:

1.甲状旁腺激素;

2.维生素D;

3.降钙素。

四、骨量的流失、结构的变化和强度的下降——骨质疏松症

过去人们对骨质疏松症的理解常局限于“全身的骨质减少就是骨质疏松”,但现在科学的认识已经突破这一观念了。现在对骨质疏松,人们新的理解是:骨质疏松症是由多种因素引起的一组骨病,每个单位容积内骨组织总量减少了,但骨组织还是有正常的矿物化,骨盐和基质的比例还是正常的,因此,骨的化学成分不变。其形态学的特点是骨小梁变细、骨皮质变薄和髓腔增宽,因此,骨的强度下降了。其中三个关键概念是:(1)骨量减少;(2)骨的微观结构退化,因此全身骨骼酸痛;(3)骨的强度下降,脆性增加,难以承载原来的负荷,因此容易发生骨折。由此骨质疏松症可以用这样通俗的语言来介绍——“骨量减少了、骨的微观结构退化了、骨的脆性增加了、一碰就容易折断了”。

必须强调的是:骨质疏松症不只是一种骨病,而是一种全身性疾病,它还会同时伴发老年性呼吸困难、骨质增生、高血压、糖尿病和老年性痴呆等一系列老年疾病,从这个角度讲,骨质疏松症确实是一种影响全身的疾病。当患有骨质疏松,为了减少并发症时,必须保证有足够的睡眠,每天晒1小时的太阳,每天运动锻炼半小时或更长时间,可以散步、打太极拳、做各种运动操,有条件的话,可以进行游泳锻炼。晒太阳与运动锻炼先是时间短一些,然后慢慢增加,延长锻炼时间。吃菜不应挑食,应该吃低盐、清淡膳食,注意营养要丰富。每天应保证1瓶牛奶。如果按照上述方法治疗了2个星期,骨痛、抽筋没有得到缓解。你可以再去找医生开一些针药,帮助调节你身体内部骨钙含量。

骨质疏松症的早期可以毫无症状,这可能是骨骼——这个大仓库中还有足够的钙储备,因此,很少出现什么全身性的症状。但到了中期以后,随着钙储备的减少,不同的人就会逐步出现不同的症状。

骨质疏松症的最明显的一些症状是疼痛,骨质疏松症发生的骨头痛最常见的症状是腰背酸痛;其次,是身高缩短、驼背、骨折以及肺部受压而发生呼吸功能的障碍。

五、骨骼系统与人体免疫功能的关系

人们所谓的免疫防御功能,是说当人体受到病原微生物侵袭时,体内的白细胞就会对此种外来致病物质加以识别,并产生一种特殊的抵抗力,从而更有效地清除微生物,维护人体的健康。产生这种抵抗力,也是一种特异的免疫能力,而免疫稳定功能,指的是及时清除人体内组织和细胞的正常碎片和代谢物,防止其积存体内,误作为外来异物而产生自身抗体,导致如红斑性狼疮等自身免疫性疫病。此外,在正常人体内经常会出现少量的“突变”细胞,它们可被免疫系统及时识别出来,加以清除,因为任其发展和分裂下去,即可成为肿瘤,这种发现和消灭体内出现“突变”细胞的本领,被称为免疫监视功能。最新的研究,除了支撑功能外骨骼,还具有对人体的保护作用;即骨骼系统还具有免疫功能。骨头内部的骨髓能制造白细胞,这些白细胞包括粒细胞、单核细胞和淋巴细胞等多种免疫细胞。这些细胞会保护人体不让微生物入侵,使人体具有免疫力。

如果骨骼无法从饮食中获得足够的钙和其他增强骨骼的营养物质以支持其功能的话,人体就会面临丧失健康循环系统和免疫系统的危险。而有足够的营养时,白细胞就会在骨髓中自由流动,持续保持免疫系统的新陈代谢。人体骨骼中最重要的是骨髓,血液中的红、白细胞等就是在骨髓中形成的,随着年龄的增大和机体的老化,骨髓制造红、白细胞的功能逐渐衰退,骨髓功能降低,直接影响到人体新陈代谢的能力。人们常说的骨头汤能补充钙物质,就是指骨头汤中含有的胶原蛋白,正好能增强人体制造血细胞的能力。所以,对于中老年人来说,喝些骨头汤加以调理,可以减缓骨骼老化;同样,骨头汤也能有利于青少年的骨骼生长。

颅骨像一个坚强的球壳,保护着我们的大脑。如果没有颅骨,那么我们跌了一跤后,就会永远爬不起来了。更不要说足球运动员用头去顶球射门、杂技演员用头顶缸了。

《圣经》上说,上帝用泥土造了一个叫亚当的男人,然后,从亚当身上抽出一根肋骨,造了一个女人夏娃。照此说来,男性应该比女性少一根肋骨。实际上,男性和女性的肋骨数是一样多,都是12对。这些肋骨和胸骨及脊柱共同围成胸廓,好像一只坚固的笼子,保护着里面的心脏和肺等内脏器官。

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