二月,我们将重点关注塑造我们、为我们供氧、以及让我们在海边长距离散步时充满活力的身体部位。坚实的骨骼。这些骨骼构件能激发不同人的好奇心,也会让一些人感到恐惧——我们希望我们涵盖了从手术、补充剂到经典的“骨骼互动”的故事,能只激发前者。在你充分了解了骨骼知识后,请回顾我们之前的主题月份:肌肉和脂肪。
幽灵、恐怖:万圣节让骨骼名声扫地。(它还让你对自己的骨骼长什么样产生了非常不准确的印象,但这是另一个故事。)健康的骨骼没什么好害怕的——事实上,它对保持身体顺利运作至关重要,而不仅仅是因为它能支撑你柔软的身体部分。
尽管骨骼在博物馆里看起来是静止的,或在课堂上被建模,但你体内的骨骼和你体内的肺、肝脏或肾脏一样有生命。它由坚硬、沉重的外部组织构成,称为“密质骨”,包围着海绵状的“松质骨”组织和液态骨髓。整个系统由静脉和动脉网络供养,这些血管输送氧气和能量,并带走废物和骨骼产生的物质。密质骨的外面是骨膜,一种帮助骨骼修复和生长的纤维膜。唯一没有骨膜覆盖的地方是软骨围绕骨骼的地方,比如关节,或者韧带和肌腱附着的地方,将骨骼连接到肌肉。这是一个复杂的系统,在死亡骨骼中残留的干燥密质骨和松质骨中是无法真正捕捉到的。
在你的一生中,你的骨骼会融合,承受创伤,改变形状,让你保持活动——所有这些同时都在不断地进行着组织重塑和更换。俄勒冈健康与科学大学口腔医学和生物医学工程副教授 Luiz Bertassoni 说,骨骼是“活的器官”。“就像任何其他活的器官一样,你拥有巨大的相互作用和复杂性,才能使其保持生命并良好运作。”
骨骼有什么作用?
科学作家、《骨骼之钥:骨骼的秘密生活》的作者 Riley Black 说,直到最近,科学家们对骨骼的了解还仅限于宏观解剖。(这是我们可以用肉眼观察到的解剖学,而不是令人作呕的解剖学,不过效果可能因人而异。)历史上,骨骼保护重要器官和支撑人体站立的功能是众所周知的,它与肌肉(骨骼连接到肌肉)的关系也得到了认识。
生活在第一个世纪的希腊医生 Pergamon 的 Galen 写道,骨骼“像地基一样支撑着身体的其他部分,因为一切都固定并附着在骨骼上。”他在这方面并非完全错误——尽管骨骼本身无法移动,但骨骼系统是人体运动的重要组成部分,因为它提供了肌肉、韧带和肌腱发挥推拉作用的锚点。
但是,骨骼中有很多东西是你通过解剖尸体无法看到的。Bertassoni 说,除了提供结构和物理保护,骨骼“还能调节身体内多种多样的生物现象。”“所有东西实际上都嵌入在你看到的坚硬组织中。”
Black 说,由于成像技术的不断发展,我们对骨骼多种作用的理解得到了极大的扩展。在过去 125 年里,这些技术使科学家们能够看到活体内的身体,并观察骨骼的运作。第一次看到活体骨骼是在 1895 年,当时 X 射线发明者 Wilhelm Rontgen 拍下了他的妻子 Anna Bertha Ludwig 的手骨的照片。(历史没有记录 Ludwig 看到自己的手,包括订婚戒指,作何感想。)
人们认为,人类和其他动物最开始演化出内部骨骼的原因与保护有关,最近对骨骼功能的が研究也支持了这一理论。你的一些骨骼(例如头骨和肋骨)仍然用于包裹你的软组织。但你的骨骼也保护了它们内部的骨髓,骨髓对于造血至关重要。骨髓含有特殊的干细胞,它们会产生红细胞和白细胞,这些细胞将氧气输送到你身体的所有组织,并抵抗有害的微生物入侵。我们自 20 世纪 50 年代以来就知道这一功能。
骨骼的这部分还储存着矿物质,直到你的身体需要它们——主要是钙和磷。你的肌肉和神经需要这些矿物质才能发挥作用,但只能在非常特定的数量下。骨骼储存了你身体约 99% 的钙和约 85% 的磷,它充当一个“银行”,当身体需要时,你可以从中提取这些资源。
过去二十年的研究揭示了骨骼的另一个令人惊讶的作用:产生和调节激素骨钙素。2019 年的一项研究表明,骨钙素除其他作用外,还会激发你的战斗或逃跑本能——这有些道理,如果你考虑到骨骼在你身体战斗或逃跑的能力中扮演着重要角色的话。
骨钙素是唯一一种已知由骨骼产生的激素,它在急性应激情况下由骨骼释放。它负责“关闭”副交感神经系统,这是我们在一切正常时使用的神经系统。然后,肾上腺素和皮质醇(也是我给我的拳头起的名字)会介入,让你为战斗或逃跑做好准备。
复杂的关系
当你出生时,你有近 300 块骨头,其中许多骨头仍然由软骨构成。这种橡胶状组织,即使在成年后仍然是 the skeletal system 的重要组成部分,作为关节的衬垫,它使新生儿变得柔软灵活,这对于他们将在子宫里蜷缩数月并艰难地来到这个世界至关重要,要通过狭窄的产道。也有一些例外,比如头骨——尽管头骨出生时也由多个部分组成,在出生后的头几年里会融合在一起。
随着你的成长,你的骨骼会变硬并融合在一起。到成年早期(女孩大约 18 岁,男孩大约 20 岁),你的骨骼数量会减少到 206 块,这是你一生中拥有的骨骼数量。但这个系统还在继续变化,这个过程叫做“重塑”。在这个过程中,少量的现有硬骨会被去除,并被新骨取代。国家卫生研究院写道,“重塑通过替换细胞损伤区域的小裂缝或畸变来修复骨骼因反复受力而造成的损伤。”这个过程还会回收旧骨,这些旧骨可能变得非常脆弱,并将其中的矿物质加工处理,以便身体其他需要它们的部位使用。由于所有这些维护工作,你几乎每10 年就会有一个崭新的、不同的骨骼。
独特的骨骼
你的身体怎么知道你的骨骼应该是什么形状?正如基因控制着你身体的每个部分一样,你的基因也控制着你骨骼的生长和维护,NIH 写道。但是,你的骨骼也可以“很大程度上受到”你所做事情的影响。研究发现,进行高强度运动或从事体力劳动的人的骨骼形状与普通人不同,这取决于他们进行的体力活动类型。骨骼强度也与一个人获得的体力活动量有关——NIH 警告说,就像肌肉一样,如果骨骼使用不足,它们会变弱。从这个角度来看,你最终拥有的骨骼“确实是你生活和经历的活体时间胶囊”,Black 说。
关于骨骼,还有很多东西需要学习,而且新技术——比如 Bertassoni 和他的同事开发的“体外骨骼”——正在帮助研究人员做到这一点。这种由相同类型的细胞培养而成的骨骼模型,复制了硬质材料的结构方式,以及它如何承载神经和血管等其他软材料。最终,研究人员希望它能够用于骨移植和研究。
OHSU 研究人员说,在构建这种材料的过程中,他被骨骼的结构深深吸引。他说,向内看,你会看到成千上万的微观结构——允许物质进出的微小孔洞——精心分布,以分散骨骼承受的力,同时它还能执行许多其他功能。他说,其结果“简直是一件艺术品”。