我們都知道經(jīng)常進(jìn)行體育鍛煉會(huì)使體格健壯．運(yùn)動(dòng)生理學(xué)也發(fā)現(xiàn)，長跑運(yùn)動(dòng)員的下肢骨壁要比一般人厚實(shí)．自1961年4月12日前蘇聯(lián)宇航員加加林第一次飛向太空以后，人類已有數(shù)百次登上太空．太空環(huán)境非常有利于半導(dǎo)體晶體的生長，卻極不利于人或其他生命的生長．宇航員長期呆在太空的航天器中，由于失重，他們的肌肉會(huì)萎縮，骨質(zhì)會(huì)疏松．他們每次回到地面都要地面人員把他們抬出航天器，有的宇航員返回地面后不能站立和行走，有的稍不慎會(huì)發(fā)生骨折．前蘇聯(lián)一名宇航員返回地面時(shí)，竟無力拿起一束家人獻(xiàn)給的鮮花．

重力對生命如此重要嗎?美國一個(gè)科研小組進(jìn)行過這樣一項(xiàng)實(shí)驗(yàn):他們將數(shù)百萬個(gè)人的軟骨組織細(xì)胞分離，然后將這些細(xì)胞在地面上培養(yǎng)3個(gè)月，再將其中的一些“栽種”到俄羅斯“和平號”軌道空間站的生物反應(yīng)器中，生物反應(yīng)器保證了細(xì)胞的營養(yǎng)物供應(yīng)和廢物清除．科學(xué)家們讓這些活組織在太空零重力條件下生長了4個(gè)月．之后，將它們與地面上類似環(huán)境的細(xì)胞比較發(fā)現(xiàn)，活組織在太空零重力條件下比在地面上同類組織長得弱?。刂@個(gè)實(shí)驗(yàn)探索下去，生物力學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了應(yīng)力與生長之間存在著密切的關(guān)系．

人類認(rèn)識組織生長與應(yīng)力的關(guān)系最早是從骨開始的．骨是支撐人類身體的重要器官，從力學(xué)角度來看它也是人體最堅(jiān)硬的組織．人體中共有206塊骨頭．它們形狀各異，大小不同，構(gòu)成了人體形態(tài)及運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)．圖5－8所示是骨的組成示意．在長骨的兩端是兩個(gè)關(guān)節(jié)，其外由一層關(guān)節(jié)軟骨的特殊覆蓋層，構(gòu)成了關(guān)節(jié)的滑動(dòng)表面．關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)軟骨之間的摩擦系數(shù)非常低，可達(dá)到0.002 6，大概是已知所有固體表面中最低的摩擦系數(shù)．這為人類關(guān)節(jié)活動(dòng)獲得很高的效率．骨的外層是一層骨密質(zhì)，中層是骨松質(zhì)，當(dāng)中是中空的，里面有血管與骨髓．在骨密質(zhì)的外層還有一層覆蓋除關(guān)節(jié)外整個(gè)骨頭的骨膜，它含有大量的活性細(xì)胞，它可以轉(zhuǎn)變成骨細(xì)胞，調(diào)控骨的生長．

圖5－8　骨的組成示意

人類在生活與臨床實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，骨的生長與其所受的應(yīng)力有著密切關(guān)系．實(shí)際上，應(yīng)力對骨的改變、生長和吸收起著調(diào)節(jié)作用，這對于健康和醫(yī)療是非常重要的．每根骨都有一個(gè)最適宜的應(yīng)力范圍．在這個(gè)應(yīng)力范圍內(nèi)，骨細(xì)胞的生長與凋亡是動(dòng)態(tài)平衡的．過高或過低應(yīng)力都會(huì)打破這種平衡，使骨頭產(chǎn)生萎縮．例如，在早期的骨外科手術(shù)中，醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，固定骨頭的螺釘在一段時(shí)間后經(jīng)常會(huì)松脫，而擰得越緊，松脫也越早．這就是因?yàn)樘o的螺釘或螺栓會(huì)在骨頭內(nèi)部產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，引起骨吸收，結(jié)果使固定松動(dòng)．因此，現(xiàn)代先進(jìn)的骨固體螺栓上會(huì)有自動(dòng)應(yīng)力指示，醫(yī)生在固定時(shí)要擰得恰到好處．

科學(xué)家們進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，一定范圍的應(yīng)力能刺激新生骨的生長，這對骨折的愈合是一個(gè)重要的因素，這個(gè)研究成果徹底改變了骨折的治療方法．以前治療骨折，往往是在X光下，醫(yī)生將折斷的骨頭對接好，然后再在體外用石膏將其固定，待2～3個(gè)月骨折處長好后再將石膏拆除．這個(gè)方法雖然可以起到固定骨頭的作用，但在拆除病人的石膏時(shí)，病肢肌肉嚴(yán)重萎縮，需要長期艱苦的恢復(fù)鍛煉才能復(fù)原．所以古人有“傷筋動(dòng)骨一百天”之說．現(xiàn)在，掌握了應(yīng)力與生長的規(guī)律后，治療方案就發(fā)生了根本性變化，不再采用石膏了．首先，通過手術(shù)用金屬支架將折斷的骨頭固定在一起，這樣骨折段的骨頭功能就由支架來代替，縫好傷口，幾天后患者就要下床鍛煉，給骨和肌肉以良好的應(yīng)力刺激，幾個(gè)月后再手術(shù)取出金屬支架，病人就完全康復(fù)了．這樣，病人雖然經(jīng)歷兩次手術(shù)，但無論從治療時(shí)間還是從治療效果來講都具有很大優(yōu)點(diǎn)．所以，在臨床上正慢慢用此治療方法取代用石膏的方法．現(xiàn)在宇航員在太空失重情況下，每天都必須做2～3 h規(guī)定的體操，這樣可大大減少骨及肌肉的萎縮．