故事
骨骼系统
骨头是活组织,一直在拆旧建新。它存着全身大部分的钙和磷,骨髓还在造血;负重和运动是告诉骨头往哪里加固的信号。
最后更新:
先读这一段 骨头是活组织,一直在拆旧、建新。
科普内容,不替代医师诊断或处方;有症状或在服药请咨询医师。
故事路径
第 1 章
骨是活组织
Living tissue
骨头是活组织,一直在拆旧、建新。负责拆的是破骨细胞,负责盖的是成骨细胞;还有一群骨细胞埋在已经硬化的骨质里当传感器,感受骨头此刻受了多大的力。
你走路、提重物、跳一下,骨头都会发生极小的形变,骨细胞读到它,就发出这块地方要加固的信号;长期不用,信号就倒过来,变成这里可以拆一点。所以骨量不是长成就定了,它一直在跟着你怎么用它调整。
你走路、提重物、跳一下,骨头都会发生极小的形变,骨细胞读到它,就发出这块地方要加固的信号;长期不用,信号就倒过来,变成这里可以拆一点。所以骨量不是长成就定了,它一直在跟着你怎么用它调整。
机制 · 骨头多久翻新一遍
成人骨骼每年大约有 10% 被翻新一遍,算下来差不多 10 年换一副骨架。年轻时建得比拆得多,30 岁左右骨量到顶,这个最高点叫峰值骨量;之后拆得略多于建,骨量开始缓慢下降。干这件事的最小施工队叫骨重塑单位(BMU,basic multicellular unit):破骨细胞先来挖一个小坑,大约 3 周;成骨细胞随后来填,大约要 3 个月。先拆后建、拆快建慢,这个不对称能解释几件事:
(PTH,血钙偏低时升高、让骨头放钙的激素)升高时,骨头先丢钙,因为挖坑比填坑快。双膦酸盐(一类抗骨质疏松药)压住破骨细胞;拆和建是连在一起的,所以后面的建骨也跟着放慢。任何改善骨骼的做法,都要等半年到一年以上,双能 X 线检查()上才看得出变化。
第 2 章
骨头是钙和磷的仓库
Bone stores calcium and phosphate
骨头也是身体的矿物仓库:全身约 99% 的钙、85% 的磷存在这里。血钙必须卡在很窄的一段(2.2–2.6 mmol/L),偏高偏低,心脏和神经都会出乱子。所以血钙一往下掉,身体先保血:派破骨细胞从骨头里挖钙放回血里。缺钙的代价,往往是默默花在骨头上的。
所以骨骼健康从来不只是补钙一件事。钙、磷、维生素 D、蛋白质这些原料,加上负重的刺激,一起起作用;镁和维生素 也参与骨代谢,但补充它们能不能减少骨折,还没有被证实。
所以骨骼健康从来不只是补钙一件事。钙、磷、维生素 D、蛋白质这些原料,加上负重的刺激,一起起作用;镁和维生素 也参与骨代谢,但补充它们能不能减少骨折,还没有被证实。
机制 · 三种激素怎么管血钙
血钙是三种激素推拉出来的结果:(PTH):血钙一低就升高,让骨头放钙、让肾少漏钙,并通过激活维生素 D 让肠道多吸收钙。活性维生素 D [1,25(OH)₂D,肾脏把维生素 D 加工成的激素形式]:PTH 的下游执行者,真正把肠道的钙通道打开。降钙素:血钙偏高时由甲状腺的 C 细胞释放,起关阀的作用;它在成年人身上的作用很小。
骨头是最后的钙库,所以短期看血钙几乎总是好看的。血钙正常,只说明这套调节还在运转,不说明骨头里的钙够。真正反映骨量的,是双能 X 线检查()给出的 T 值,不是抽血。
第 3 章
胶原让骨头有韧性
Collagen makes bone tough
矿物让骨头硬,胶原让骨头有韧性。骨头重量里约 30% 是有机基质,其中绝大部分是 I 型胶原:三股蛋白链拧成一根三螺旋,像麻绳。
维生素 C 是胶原成熟时那几步酶反应的辅因子,铜参与最后一步的交联,蛋白质提供原料。只谈矿物、不谈这层基质,骨骼的故事就少了一半。
维生素 C 是胶原成熟时那几步酶反应的辅因子,铜参与最后一步的交联,蛋白质提供原料。只谈矿物、不谈这层基质,骨骼的故事就少了一半。
机制 · 好交联和坏交联
胶原是骨头里像麻绳一样的纤维。单根绳子不够结实,要在绳子之间打上一道道交叉的连结,叫交联,骨头才扛得住拉扯。交联分两种,效果正好相反。好的交联是身体主动打的:一种叫赖氨酸氧化酶(LOX)的酶,在相邻的胶原纤维之间精准地系上结,铜是它离不开的零件。交联越成熟,骨头越有韧性。
坏的交联是糖捣的乱:血糖长期偏高时,血里多余的葡萄糖会不经过酶、自己粘到胶原上,在不该连的地方乱连一气,生成糖化终产物(AGE,戊糖素 pentosidine 是其中一种)。被乱连住的胶原失去弹性,骨头一受力就更脆。这被认为是 人常常正常、骨折风险却更高的原因之一;跌倒更多等别的因素也在起作用。
所以骨头的韧性不只是多吃钙的事,还包括别让胶原被糖泡坏。
第 4 章
骨髓在造血
Marrow makes blood cells
骨头不只是支架。它中央空腔里的红骨髓,是血细胞和免疫细胞的发源地:身体每天新造的 2000-3000 亿个血细胞——红细胞、白细胞、血小板——都起源于这里。
这就把骨骼和贫血、免疫、凝血直接绑在了一起:骨髓跟不上,三样会一起出问题。
这就把骨骼和贫血、免疫、凝血直接绑在了一起:骨髓跟不上,三样会一起出问题。
机制 · 一种干细胞造出全部血细胞
造血干细胞(HSC)住在骨髓里特定的小环境(niche)中,被成骨细胞、血管内皮细胞和间充质细胞围着保护。一个造血干细胞能分化出所有血细胞谱系:红细胞:每秒约新生 250 万个,寿命约 120 天,需要铁、维生素 B12 和叶酸。中性粒细胞:在血液里只活几小时,每天要造约 1000 亿个,感染时产量能翻几倍。淋巴细胞(T 细胞、B 细胞、NK 细胞):适应免疫的主力;T 细胞还要去胸腺继续受训。血小板:由骨髓里的巨核细胞掉渣产生,是凝血的主力。
造血的位置随年龄变化。婴儿几乎每块骨头里都是红骨髓;成人只剩中轴骨(脊柱、肋骨、髂骨、胸骨、颅骨)和长骨两端还在造血,长骨骨干变成以脂肪为主的黄骨髓。大量失血时,黄骨髓可以重新转回红骨髓应急。
临床上的骨髓检查,多从髂骨(骨盆后上方)穿刺取样,有时从胸骨抽吸;腰椎穿刺取的是脑脊液,不是骨髓。
临床 · 骨髓衰竭是什么样子
骨髓衰竭不是一个症状,而是同时撞向三个系统:红细胞少了是贫血:乏力、心慌、稍一活动就喘。白细胞少了,免疫就撑不住:反复感染,平时不致病的菌也会变得危险。血小板少了就容易出血:牙龈渗血、皮下淤青、月经量过多。
三样一起减少,叫全血细胞减少(pancytopenia),通常需要做骨髓检查找原因。常见的原因有:再生障碍性贫血(多数是免疫系统攻击造血干细胞)、化疗或放疗的副作用(骨髓抑制是化疗最常见的剂量限制性毒性)、白血病(异常的细胞克隆挤占了正常造血),以及严重的维生素 B12 或叶酸缺乏(DNA 合成停滞,各系血细胞一起减少)。
这也是为什么化疗的两个周期之间,通常要等中性粒细胞回升:下一轮开得太早,病人可能死于感染而不是肿瘤。骨髓恢复需要的时间,决定了治疗的节奏。正在化疗的人一旦发烧,要立即联系治疗团队或去急诊,不要在家观察。
第 5 章
哪些激素影响骨头
Hormones that shape bone
影响骨重塑的激素不止一种:活性维生素 D 和(PTH)管钙,FGF23(骨细胞分泌、让肾脏多排磷的激素)管磷,雌激素和睾酮这些性激素管拆骨的速度,生长激素管成长期的建骨。骨骼不是孤岛,它一直在和肠道、肾脏、内分泌系统互通消息。
其中最要紧的一根弦是雌激素:它一撤,拆骨就加速。这就是为什么绝经后的女性是骨质疏松最集中的人群。
其中最要紧的一根弦是雌激素:它一撤,拆骨就加速。这就是为什么绝经后的女性是骨质疏松最集中的人群。
机制 · 雌激素为什么护骨
雌激素护骨,靠的是两件事:压住破骨细胞:它让 (催破骨细胞成熟的信号)变少,让 OPG(拦截 RANKL 的诱饵受体)变多,破骨细胞就没那么活跃。让骨细胞少凋亡:骨细胞活着,骨头感受力学信号的能力就还在。
所以绝经后雌激素一撤,头几年骨量丢得最快,这是骨质疏松在女性里更常见的主要原因;具体丢多快、什么时候该查,放在骨质疏松那一篇。男性也在丢骨,但睾酮可以在体内慢慢转成雌激素,所以跌得慢。
生长激素和它促使肝脏产生的 (胰岛素样生长因子-1)在青春期推高峰值骨量,成年后帮着维持成骨,并和力量训练协同。
峰值骨量有多要紧,有一项计算机模型研究估算过:30 岁前峰值骨量高 10%,骨质疏松的发生可以推迟约 13 年(Hernandez 2003)。这是模型推算,不是长期随访的结果;但它说明了方向——年轻时练骨头,是在给 70 岁的自己存骨本。
hernandez-2003-peak-bmd-model
第 6 章
负重告诉骨头往哪加固
Loading tells bone where to build
没有力学刺激,营养就像堆在仓库里的建材,不知道该用到哪里。力量训练、跳跃、快走和日常负重,告诉骨骼把材料用在哪。
骨头也怕长期不用:卧床或长期不动时,骨量流失得很快。反过来,给骨头的力要够大、来得够快,它才会加固,所以不同运动对骨头的作用差别很大。
骨头也怕长期不用:卧床或长期不动时,骨量流失得很快。反过来,给骨头的力要够大、来得够快,它才会加固,所以不同运动对骨头的作用差别很大。
证据 · 哪种运动对骨头有用
骨细胞响应的是骨头的形变有多大、来得多快,不只是运动了多久。所以不同运动对骨头的作用差别很大:跳跃和冲击:在孩子身上量得最干净。一项随机试验(Fuchs 2001)让 89 名 5.9-9.8 岁、还没进入青春期的孩子每周 3 次、每次从 61 cm 高台往下跳 100 次,7 个月后股骨颈的骨矿含量比做拉伸的对照组多涨 4.5%。力量训练加冲击:LIFTMOR 试验(Watson 2018)里,101 名骨量偏低、平均 65 岁的绝经后女性,在严格监督下每周 2 次、每次 30 分钟做高强度力量和冲击训练,8 个月后腰椎 +2.9%,做低强度居家运动的对照组是 −1.2%;股骨颈 +0.3% 对 −1.9%。这类训练要有人指导、循序渐进。游泳、骑车:对骨头的冲击很小,按机制推,对骨密度帮助有限,但对心肺有益。走路:比不动好,但单靠走路给骨头的刺激偏小。
所以老人多走路防骨松只说对了一小半,更有用的是走路加上力量训练,身体允许时再加一点冲击。美国 2018 年体力活动指南建议,老年人每周至少 2 天做肌力训练,并把平衡训练放进多种形式的日常活动里。
fuchs-2001-jumping-childrenwatson-2018-liftmor
参考文献 · 13
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- National Institutes of Health, Office of Dietary Supplements. (2022). Folate — Fact Sheet for Health Professionals. ods.od.nih.gov/factsheets/Folate-HealthProfessional
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