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骨骼，支撐身體的“橋梁”

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在人體這個無比精密的高級機(jī)器中，一個人能自由地來回走動、跑跑跳跳，任何一個動作，都需要支撐，而這個支撐中的頭號功臣莫過于骨頭了。它們作為人類身體的支架，支撐著肉身上的肌肉、脂肪、神經(jīng)等等，如果人類沒有骨骼，或許就跟章魚一樣，一攤?cè)廛浘d綿地躺在地上了。此外，骨頭還能保護(hù)我們的身體器官免受傷害，比如頭顱保護(hù)了腦部，肋骨保護(hù)了胸腔。

那么，骨頭會有哪些秘密呢？

我們這200多塊骨頭

我們的骨頭是大自然的一個奇跡。基本上人類骨骼由206塊骨頭組成，像一個巨大的拼圖。嬰兒出生時有270多塊骨頭，但在成長過程中，有些融合在一起了。

但你知道嗎？206塊是針對全世界人類總體而言的，你身上的骨頭并不一定是這個數(shù)目。調(diào)查表明，歐美絕大多數(shù)人有206塊骨頭，但中國大多數(shù)人只有204塊骨頭。這是由于很多中國人的腳上第5趾骨為2塊骨頭，而歐美人有3塊。每只腳少1塊骨頭的話，當(dāng)然只會有204塊了。

骨頭約占我們體重的14%，是人體最重要的器官之一。每一根骨頭都是更大“組織”的一部分，比如大腿骨是大腿的一部分，大腿骨是最長最重也是最結(jié)實的骨頭，它通常占人體高度的27%左右，也就是說假如你身高1.7米，那么你的大腿骨約為0.46米。無論是站立、行走還是跑步，我們都需要大腿骨來支撐人體的重量，它的球形末端嵌入了髖關(guān)節(jié)的“窩”內(nèi)，使雙腿能夠移動。

人體中的骨頭通過筋、肌肉和軟骨連接到一起，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，就像是交響樂團(tuán)。而交響樂團(tuán)的指揮是脊柱，脊柱將所有的骨骼部件組合在一起，并賦予我們身體彈性。它使我們能直立，它又像一個大型彈簧，能減少顛簸，據(jù)說脊柱的減震能力比一輛卡車上的減震器還要好。

骨頭的結(jié)構(gòu)不同凡響

骨頭的成分之一是礦物質(zhì)化的骨骼組織，其內(nèi)部是堅硬的蜂巢結(jié)構(gòu)，這是一種精巧的結(jié)構(gòu)，使得骨頭具有很強的抗破裂能力，還減輕了很多重量，不會很笨重。這樣的蜂巢網(wǎng)絡(luò)很堅實，并且它就像是一座蓋不完的房子，需要不斷地由破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的破壞與重建來更新。

蜂巢網(wǎng)絡(luò)內(nèi)還有一種高度發(fā)達(dá)的“蜂巢溝”結(jié)構(gòu)，能讓沖擊力沿著骨頭消散。比如我們在打籃球時，“蜂巢溝”結(jié)構(gòu)很容易地消弱籃球運動帶來一些沖擊力。

骨頭這種結(jié)構(gòu)第一次是在距今5.3億年前進(jìn)化出來的。那是一個被稱為寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的時期，那時出現(xiàn)了第一批脊椎動物，包括魚、鳥、兩棲動物、爬行動物和哺乳動物。它們都有一個主心骨、一個胸腔，身體的一端有嘴，另一端有肛門。今天有超過5萬種脊椎動物物種，所有的變化都是在這原始古老骨骼的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，從小小的蜂鳥到巨大的藍(lán)鯨。

而有趣的是，按體重計算的話，其實蜂鳥比鯨魚有著更大比例的骨架，蜂鳥胸骨的大小幾乎相當(dāng)于蜂鳥本身的大小，突出的胸部像船的龍骨。蜂鳥的飛行肌肉能使微小的翅膀每秒振動80次，而它的“大型”骨架能夠輕松應(yīng)付這頻繁振動所產(chǎn)生的巨大負(fù)擔(dān)。

相比之下，藍(lán)鯨的骨骼是一種相對柔軟的結(jié)構(gòu)。我們知道，藍(lán)鯨是世界上最大的動物，一般體長可達(dá)到24～34米，體重可達(dá)150～200噸，相當(dāng)于2 000～3 000個成人的重量。如此巨大的藍(lán)鯨生活在海洋里，它的重量由水支撐，因此骨頭極其柔軟、多孔，還充滿油脂。這樣的骨頭在水中是非常理想的，多孔富油的骨頭為鯨魚提供了必要的浮力，能幫助它在水里生活。如果一只藍(lán)鯨擱淺了，它的骨頭通常會斷裂，因為沒有水的支撐，藍(lán)鯨的骨骼幾乎不能支撐200噸的體重。

骨頭一直很活躍

骨頭可能看起來像一塊沒有生命的“硬石頭”，但它們實際上是活著的，而且非?；钴S：它們能生長，并產(chǎn)生血細(xì)胞，紅血細(xì)胞是在紅骨髓中產(chǎn)生的。當(dāng)細(xì)胞成熟時，它們從骨髓中遷移到血液里，并將氧輸送到全身。

骨中的主要成分是磷酸鈣和骨膠原，分別占其質(zhì)量約70%和30%。磷酸鈣也是牙齒的主要成分，這種物質(zhì)使骨頭跟牙齒都變得堅硬，但過剛易折，這也是骨頭脆弱的地方，而骨膠原則恰好能抵消這種脆弱。骨膠原具有一種扭曲的結(jié)構(gòu)，類似于鋼鐵電纜，即使在一萬倍重量的負(fù)荷下，它也不會撕裂。它環(huán)繞著骨頭里堅硬的礦物磷酸鈣，創(chuàng)造一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使骨頭既有韌度又有硬度。

骨組織的細(xì)胞成分包括骨原細(xì)胞、成骨細(xì)胞、骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞。其中成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞是一對歡喜冤家，這兩種硬骨細(xì)胞會不斷地、反復(fù)進(jìn)行建造和破壞骨骼的工作。

一根骨頭有厚厚的壁，里面是骨髓腔，容納著骨髓。在人成長過程中，骨會不斷加粗，就是因為在骨的外壁的骨膜層內(nèi)有成骨細(xì)胞，它們不斷轉(zhuǎn)化為骨細(xì)胞，附在骨外側(cè)，使骨增粗。骨粗了，骨髓腔也要擴(kuò)大。于是，骨髓腔內(nèi)的破骨細(xì)胞就使骨內(nèi)腔壁分解破壞，使骨髓腔擴(kuò)大。老年人都有不同程度的骨質(zhì)流失，所以易發(fā)生骨折，這與破骨細(xì)胞的活動不無關(guān)系。

骨原細(xì)胞是骨組織中的干細(xì)胞，它能改建或修復(fù)骨組織，能治愈骨折，這個特點使我們區(qū)別于無脊椎動物。比如說蝸牛，構(gòu)成它們“外殼房子”的原材料不包括細(xì)胞，如果蝸牛的殼被人踩到、壓到從而破碎了，那就沒有希望自我恢復(fù)，算是被徹底毀掉了。然而，假如人類骨頭完全折斷，會留下暴露的骨髓。骨原細(xì)胞可以修補這種骨折，大約三個月后，骨頭將會完全再生。

很難想象骨頭是有生命、能生長的組織，骨頭是怎么生長的呢？

骨頭循獨特的方式生長：首先是新細(xì)胞形成，然后，這些細(xì)胞產(chǎn)生一種特殊的有機(jī)物，成為環(huán)繞自身的基質(zhì)，最后，鈣鹽在基質(zhì)里沉積，使之逐漸變硬。人的骨頭，早在胎齡二月時就開始形成。此后不斷生長，女子到16歲左右骨頭才停止生長，男子則長到18歲左右。胸骨至25歲左右就不再硬化，但其他骨頭的強度和鈣量仍不斷增加，直到35歲左右才停止。在人的大半生中，骨頭不斷改造，骨組織不斷耗損和補充。

在胎兒時期，骨頭的形成方式有兩種。顱頂?shù)墓穷^是在結(jié)締組織膜里開始生長的，其他骨間大多始于“雛型”軟骨。雛型軟骨與真骨相似，只是比較柔軟，宜于快速生長，最終被真骨替代。雛型軟骨是逐漸由骨組織替代的。長骨的替代過程由骨干中心和骨的兩端開始；最終在骨干和兩端之間只留下一層薄薄的軟骨，稱為生長板。生長板不斷形成新的軟骨，軟骨隨后又被真骨代替，于是骨頭得以生長。一旦生長板不再形成軟骨，骨頭也就停止生長。

骨骼保護(hù)從小開始

孩子在發(fā)育過程中身體骨骼的各大部位最容易變形，這就猶如一個形象的比喻：“中國的盆景是怎樣造出來的，那就是在植物幼嫩期通過鐵絲去固定它的造型而形成的。因此，我們需要從小開始注意我們的孩子的骨骼健康?！?/p>

補充足量的鈣

身體里99%的鈣都儲存在骨頭和牙齒里，它們支撐著你的身體；而另外的1%則在血液里，這1%也扮演著相當(dāng)重要的角色，例如控制肌肉收縮、血液凝結(jié)、荷爾蒙分泌，這些對于生命都非常重要。而如果你的飲食中鈣不夠的話，你的身體就需要從骨骼中汲取鈣的“存量”，以維持血液中的鈣含量。天長地久，這種稀缺就導(dǎo)致了骨骼的疏松。其實日常飲食就是最好的補鈣渠道。一杯牛奶或酸奶含300毫克的鈣，一天喝3杯，鈣的量就夠了。一些綠葉蔬菜，例如羽衣甘藍(lán)也含有豐富的鈣，還有豆?jié){、高鈣飲料等。

選擇合適的運動

理論上說，所有運動都有利于健康，但并不是所有的運動對增進(jìn)骨骼的健康同等有效。最好選擇那些承重運動，例如走路、跳舞、慢跑、爬樓梯或舉重。因為當(dāng)你跳躍、奔跑或舉重時，你的骨骼承受了壓力，你的身體就會受到一個需要增強骨骼的信號，并開始制造新的細(xì)胞以強壯骨骼。但是在骨骼比較脆弱的兒童期和第二次生長突增期負(fù)重鍛煉要適度，不然容易影響身高的增長。

多進(jìn)食含維生素D的食物

維生素D的作用相當(dāng)于鈣類穩(wěn)定劑，它能促進(jìn)我們吸收食物中的鈣，并鎖定到骨骼中。維生素D的來源有兩個：太陽，紫外線與皮膚中的化學(xué)成分相互作用產(chǎn)生維生素D；食物，包括蛋黃、鮭魚、金槍魚、動物肝臟等食物中都含有維生素D。

有超級骨頭嗎

電影《不死劫》中，兩列疾行的火車相撞之后，131名乘客不幸遇難。大衛(wèi)是唯一的幸存者，他被送進(jìn)了醫(yī)院的急診室，經(jīng)過一番搶救，他終于蘇醒過來。令人吃驚的是大衛(wèi)全身上下竟然沒有一點傷痕。

現(xiàn)實生活中也有一位這樣的“大衛(wèi)”，他叫托比·史密斯，當(dāng)他駕駛摩托車，加大油門想要超車時，很不幸被對面突然出現(xiàn)的卡車撞倒，這一切都發(fā)生得很快：瞬間的碰撞、摩托車傾斜、失重，然后醒來他就在重癥監(jiān)護(hù)室，睜開眼睛看到的是表情震驚的醫(yī)護(hù)人員。醫(yī)護(hù)人員之所以震驚，是因為這樣的事故應(yīng)該把史密斯整個身體都摔碎了，但令人驚訝的是，史密斯身體“很好”，撞車事故竟然沒有使他的任意一根骨頭發(fā)生骨折、破碎。

而醫(yī)生發(fā)現(xiàn)史密斯有非常高的骨密度，足以稱為“堅不可摧”的骨頭。

為什么史密斯有這樣神奇的骨頭呢？耶魯大學(xué)的遺傳學(xué)家對此非常感興趣，他們研究了史密斯整個家族的基因，發(fā)現(xiàn)其中7位家庭成員的骨頭與史密斯一樣牢不可破。

這個家庭的高骨密度是由單個基因的突變引起的，那些受突變基因影響的人，沒有一根骨頭曾被折斷過。但是高密度骨頭也有一個缺點，就是游泳可能要比普通人更費力，因為骨頭太重了，容易沉下去。

你是不是也希望像托比·史密斯一樣擁有牢不可破的骨頭？但實際情況是，當(dāng)人類20多歲的時候，平均骨密度達(dá)到頂峰；到了30歲的時候，骨頭會變?nèi)酰驗樯眢w內(nèi)的磷酸鈣會減少。據(jù)估計，30%的女性絕經(jīng)后有骨質(zhì)疏松癥，因為激素改變了骨頭。在骨質(zhì)疏松癥患者的骨頭中，蜂窩結(jié)構(gòu)中的孔更大，這意味著更容易骨折。

這就引出了一個問題：為什么人類沒有進(jìn)化出超級骨骼？

研究人員認(rèn)為，如果要進(jìn)化的話，第一步可能是基因突變，就像史密斯家族中的那7人一樣。但是基因只會在發(fā)生突變的少數(shù)人群中傳播，過程相當(dāng)緩慢。此外，從進(jìn)化角度來說，擁有堅不可摧的骨頭的人，在生存上并沒有多大的優(yōu)勢，對生活也沒有很大的幫助。

有關(guān)骨頭的冷知識

1.人體骨頭能承受多重的力量？

德國柏林的學(xué)者曾做了一項實驗，發(fā)現(xiàn)木頭能承受224千克的重量，鋼管能承受255千克，而骨頭則達(dá)642千克。但要注意，不要以為你能承受這么重的重量，畢竟你不僅僅由骨頭構(gòu)成。

2.人體中最堅韌的骨頭在哪里？

手肘？膝蓋？腳踝？都不是，人體200多根骨頭中，最堅韌的骨頭要數(shù)巖骨了（或稱為顳骨巖部）。它的重量只有幾克，它包裹住我們的內(nèi)耳，所屬的位置不是巧合，因為那里是重要的聽力和平衡器官所在的地方。即使是拳王最有力的一拳擊打在臉部，也不足以破壞巖骨。

只有最嚴(yán)重的沖擊，如汽車或摩托車事故才有可能破壞它。

3.骨頭會不會痛？

骨頭的外表面是被稱為骨膜的血管膜，其包含了許多神經(jīng)，能感知骨骼是否處于極度壓力的情況，比如骨折了。但其實骨本身沒有神經(jīng)，因此它們完全不能感知疼痛。

4.可塑性極強的嬰兒頭骨

頭骨（顱骨）可分為兩個部分：腦顱和面部骨骼。腦顱包圍著我們的大腦，就像在大腦外面的一套盔甲。面部骨骼由一系列單獨的骨骼組成，由縫線和囟門相互連接。

嬰兒的縫線是由軟骨構(gòu)成，所以他們的頭骨可塑性非常強。這就是為什么嬰兒在剛出生時，頭部會塑造不同的形狀來適應(yīng)媽媽的產(chǎn)道，順利通過出生的“運河”。

5.零重力如何改變骨頭？

在地球上，無論是白天還是晚上，人類的骨骼必須隨時防止身體被重力壓垮。但在太空中沒有重力“壓”著椎間盤，這使得脊柱會增長達(dá)4厘米左右。太空中并不需要一個強大的骨骼來支撐身體，因此，身體會逐漸清除體內(nèi)的礦物質(zhì)，骨頭慢慢變得脆弱和萎縮。而陽光的缺乏則加劇這種情況。最多在零重力環(huán)境中生活4年后，骨頭即使是在很微小的外力作用下，也會發(fā)生斷裂。

6.世界上骨頭最多的動物是什么？

海參是世界上骨頭最多的動物，全身骨頭多達(dá)2 060多萬塊，只是這些骨頭小得用肉眼看不見，要在顯微鏡下放大幾十甚至幾百倍才能看見。由于骨頭這么小，所以我們吃的時候就不會有感覺了。

7.人體里最長的骨頭是哪塊？

人體里，最長的骨頭是股骨，位于雙側(cè)大腿部，它通常占人的身長的27.5%，一個身高1.83米的人，股骨大約為50.17厘米。

據(jù)記載，股骨最長的是1902年3月30日去世的德國巨人康士坦丁，他的股骨長75.95厘米，有史以來最高的巨人羅伯特·沃德羅的股骨據(jù)估計有74.93厘米。

8.為什么海洋動物的骨骼不如陸地動物堅固？

骨骼的最主要功能，為支撐保持體形。因此海洋生物的骨骼不及陸地動物，是因為海洋提供了浮力支撐。動物進(jìn)化而遷往陸地，就開始形成堅固的骨骼結(jié)構(gòu)。另一方面，骨骼也提供肌肉連接面，透過關(guān)節(jié)，協(xié)助肌肉產(chǎn)生運動。骨骼也為內(nèi)部軟組織結(jié)構(gòu)提供保護(hù)。外骨骼包裹整個身體，容納所有器官，保護(hù)度較高，但行動不便，也限制了生物的大小，因此只見于較低等生物。而較高等生物則具有內(nèi)骨骼，雖然保護(hù)性不及外骨骼，但也能保護(hù)一些重要器官，如：大腦、脊髓和心臟，行動方便快速，并且體形較大。

建筑中的骨骼應(yīng)用

每當(dāng)論及工程學(xué)，我們總能從人體骨骼中受益不少。提到骨骼在建筑中的應(yīng)用，就不得不提到埃菲爾鐵塔。埃菲爾設(shè)計出了一個牢固到能夠支撐所有的元素、同時又和其周圍空氣差不多輕的結(jié)構(gòu)——埃菲爾鐵塔，他是如何做到的呢？

要想回答這個問題，就得理解一些高強度結(jié)構(gòu)，方法就是研究人體內(nèi)部。通過研究人體骨骼，便能發(fā)現(xiàn)埃菲爾鐵塔的一部分設(shè)計原理。

如果將一塊骨骼切開，你會發(fā)現(xiàn)它就像一根長棍面包——外表堅硬，內(nèi)部卻布滿小孔。外面的骨質(zhì)叫做“密質(zhì)骨”，堅硬緊湊，用來支撐大部分的身體重量。內(nèi)部的骨質(zhì)卻像海綿，被稱為“松質(zhì)骨”。這一結(jié)構(gòu)也起著重要作用，用來支撐人體骨骼時常需要承受的壓力和拉力。

現(xiàn)在來放大長棍形骨骼的外殼——密質(zhì)骨。密質(zhì)骨由許多被稱為“骨單位”的管狀組織構(gòu)成，每個骨單位的直徑僅為0.2毫米，從中間伸出一根血管。將這些骨單位內(nèi)壁放大后，可以看到它們是由一些更微小的“束”構(gòu)成的，這些“束”叫做“原纖維”。對其中一根原纖維進(jìn)行放大后，可以看到它們確實是一些纖維束，每根纖維由三根單纖維交織而成。將這些單纖維分離后便得到了骨骼的基本單位“骨膠原”——一種長鏈狀分子。

這種將事物結(jié)合起來，利用自相似性物質(zhì)進(jìn)行構(gòu)建的分形方式叫做“結(jié)構(gòu)層次”。人體骨骼的輕質(zhì)強度正是由于這種結(jié)構(gòu)層次的存在，即管狀體層層包含的結(jié)構(gòu)。（松質(zhì)骨也是一種具有自相似性的分形結(jié)構(gòu)。假如用電子顯微鏡對一塊松質(zhì)骨進(jìn)行觀察，就會發(fā)現(xiàn)它看上去就像海綿。）

竹子的生長原理同樣如此。這種生長極其迅猛的植物需要一種保持輕量的同時將材質(zhì)最小化的方式，這樣才能夠保證達(dá)到一定高度的同時不被自身重量壓垮。竹子的空心管狀結(jié)構(gòu)有效地保證了其自身的硬度。竹子和人體骨骼一樣，由一些極細(xì)的管狀組織構(gòu)成，這些管狀組織由纖維束構(gòu)成，纖維束則由更為纖細(xì)的纖維束組成，以此類推。將一根竹子層層分解，直至納米大小的纖維，便得到了另一種長鏈狀分子——“纖維素”。

竹子和骨骼本質(zhì)上都是納米物質(zhì)，利用結(jié)構(gòu)層次來保證輕質(zhì)和強度。埃菲爾鐵塔的設(shè)計原理與之相似。埃菲爾從竹子和骨骼中得到靈感，將其運用到龐大的建筑中去。

和許多現(xiàn)代建筑一樣，埃菲爾鐵塔利用了一系列“X”形橫梁，也就是“桁架”。借助固有強度和三角結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，“桁架”成為了一種相當(dāng)高效的工程結(jié)構(gòu)。若對埃菲爾鐵塔的一根桁架進(jìn)行放大，便會發(fā)現(xiàn)它們其實并沒有表面上那么堅固，每根桁架都由一些更小的相似桁架構(gòu)成。材質(zhì)內(nèi)部的小孔比鐵多。這種中空結(jié)構(gòu)成就了鐵塔令人難以置信的輕質(zhì)性。下次你走過一座橋的時候，請仔細(xì)觀察，說不定那座橋也運用了同樣的原理。

當(dāng)初那些把埃菲爾鐵塔稱為“骨架”的評論家們意在侮辱這件藝術(shù)品，不過如今看來，卻反而是一種贊美了。