1.骨骼是人体的建筑学杰作

骨骼有两个重要的特性：承载力和弹性。例如，髋部可以承载超过250kg的重量（也就是1/4t的重量），它还必须能够承受人体在跳跃或滑雪等强烈运动、快速击打，以及扭曲的情况下的承载力和弹性，否则就会导致骨折。其实，骨骼的这两种特性归功于骨骼中特殊的混合材料，就像建筑学中预应力混凝土结构的基本原理，也就是所谓的“双组分”。骨骼由一种弹性骨质材料（胶原分子）组成。胶原分子排列为层状结构，嵌入了钙和磷酸盐晶体，相当于预应力混凝土结构中的混凝土。各种微量元素和巨型分子（糖胺聚糖）像胶水一样将胶原分子与矿物质晶体连接起来。胶原分子赋予了骨骼弹性，矿物质晶体赋予了骨骼强度与硬度，才使得骨骼在巨大外力作用下不会出现骨折。当然，骨骼成分的混合结构十分复杂，涉及许多的矿物质，如维生素、激素和酶等。直到今天，虽然科技发展迅速，医疗条件逐步改善，但我们依然只能了解骨骼成分混合结构中的部分，而非全部。

◆ 图1-1 骨组织的显微结构：平行排列的胶原分子（蓝色），中间嵌入磷酸盐晶体（红色）。胶原分子负责骨骼的韧性和弹性，间隙中的矿物质晶体负责骨骼的硬度、耐压强度和刚性

密质骨

我们无法从外部观察到人体骨骼的精妙构造，只能通过X光图像来辨别。有些骨骼是空心的，像一条长管，比如股骨和肱骨。这种类型的骨组织因其外部紧密的皮质，也被称为“密质骨”或“皮质骨”。现代建造电视塔等建筑常常会用到这种结构原理——空心管的韧性比实心柱要大得多。

◆ 图1-2 纵截面上的骨组织结构：密质骨、松质骨。骨髓位于空腔内

松质骨

在椎体、骨盆、跟骨和股骨颈部，我们发现了另一种结构。这些骨骼不是空心的，而是像一块由坚硬外壳包裹着的海绵。这种结构在起重机和桥梁建造中十分常见，即利用内部的金属桁架分担主梁上的荷载。乍一看，这些骨小梁（骨小梁是密质骨在松质骨内的延伸部分，在骨髓腔中呈不规则的立体网状结构，起支持造血组织的作用）似乎杂乱无序，但仔细观察后我们就会发现它们的精妙之处——所有骨小梁都按照压力和张力的方向规律排列。骨小梁的连接密度越大，骨的承载力就越高。

◆ 图1-3 股骨的两种结构确保了它的最大承载力，类似电视塔的管状结构和起重机的桁架结构

◆ 图1-4 四块骨小梁的联结点，联结点的密度及骨小梁的层状排列，与骨骼强大的承载力有关

均衡与稳定

由此可见，骨骼的承载力与骨密度关系不太大，是由均衡的骨骼结构决定的。人体骨骼中约有80%为密质骨，松质骨仅占20%。密质骨的密度很高，矿化程度高达90%，表面积与体积之比极低，骨骼重建速度慢；而松质骨由于其内部精巧的结构而具有更大的表面积，骨骼重建速度很快。因此，骨质疏松通常先发于骨小梁含量较高的骨中，即椎体、手腕、肋骨和股骨颈部。

◆ 图1-5 骨的解剖图：血管和神经通过骨膜为骨骼提供养分。无数的管道（中央管和穿通管）纵横交错，其作用是向骨组织供应氧气、信使物质、维生素和更新所需的原料