生机勃勃的骨骼肌肉系统

2008年2月27日,美国NBA休斯敦火箭队宣布,当家球星姚明左脚应力性骨折,将缺席本赛季剩余比赛。全中国姚明的粉丝震惊之余,不免要问:刚刚在4天前与黄蜂队的比赛中,以28分14篮板的成绩将与之对位的NBA让人印象深刻的中锋泰森-钱德勒打得满地找牙的姚明,没人踩、没人绊、没在赛场上发生激烈碰撞,怎么一觉醒来、骨头就自己断了呢?

姚明的受伤,对当时上升势头正猛的休斯敦火箭队无疑是场不大不小的“灾难”。而在2002年5月25日,一场灾难发生了:编号为B-18255的华航CI1611航班自台湾桃园机场起飞前往香港。这架波音747-200型飞机起飞后20分钟在马公东北方23海里处失事。机上206名乘客和19名机组人员全部罹难,经过长达一年的调查,飞机失事原因确定为金属疲劳。

姚明的骨折、航空史上的巨大灾难,看似风马牛不相及的两件事,背后的元凶却类似:应力。先看什么是应力性骨折。教科书上的描写一般是这样的:应力性骨折是一种过度使用造成的骨骼损伤,当肌肉过度使用疲劳后,不能及时吸收反复碰撞所产生的震动,将应力传导至骨骼,可引起小的骨裂或骨折。应力性骨折多发生于身体承重部位,如小腿胫腓骨和足部(跟骨、足舟骨、跖骨)。易患人群为足部承重较多的运动员,如篮球、足球、网球运动员,以及田径、体操运动员和芭蕾舞演员。

1559184365353901.jpg

再看什么是金属疲劳-机械零件在交变应力作用下,经过一段时间后,在局部高应力区形成微小裂纹,在力的持续作用下,裂纹会越来越大,材料中能够传递应力部分越来越少,直至剩余部分不能继续传递负载时,金属构件就会全部毁坏,这就是金属疲劳。疲劳破坏具有在时间上的突发性,在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点,故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。

对金属疲劳的解释完全可以用于对姚明足部骨折过程的描述:一个万众瞩目篮球明星,在日复一日的高强度对抗下,不停的起跳、落下,足部骨骼不停的承受者庞大身躯带来的冲击,终于某天,积劳成疾、倒下了。

然而,姚明的粉丝、尤其是那些业余篮球运动爱好者不免会产生新的疑问:我也每天奔跑跳跃来着,怎么俺的骨头就没折呢?其次,如果说姚明的骨头脆,怎么以前也没听说他的骨头出现应力性骨折啊?

要回答这两个问题,就要了解一下人体的一些运行规律。当我们称赞某某人时,经常称之为钢铁战士、或称之为钢筋铁骨,其实人体的骨骼的坚固性是远远低于钢铁的。但在临床上有一个现象,下肢骨折的患者在医生将骨折复位并植入钢板后,是可以逐渐下地行走的。但如果因为种种原因,骨折没有愈合,植入人体的钢板会断裂。而如果骨折及时愈合,钢板会保持完好。其原因在于,面对日复一日的应力,钢板虽足够坚强,其打持久战的能力却远逊于人体。为什么会这样,因为我们的人体具有强大的生命力,具体到骨骼上,有两个特质:强大的自我修复能力和适应能力。

先说其一,骨骼强大的自我修复能力。在日常生活中一些伤害可能会使骨骼发生细小的断裂,这些断裂如此细小、尚不能称为骨折。所谓“防患于未然”,在断裂很细微时,骨骼强大的自我修复能力被激活、重新修复断裂的区域,很快,断裂消失,骨骼重新变得结实。可以说,在人体的内部,这一积极的“灾后重建工作”几乎每天都在有条不紊的进行着,只是我们不知道罢了。对那些业余篮球选手来说,也正是这种不断的自我修复才可以使他们经年累月的奔驰跳跃在坚硬的水泥球场上。

再说其二,强大的适应能力。医学上有一条出名的定律——骨在应力下生长。也就是说,骨头受的力量越大、它就会变得越坚固。当我们面临繁重的劳动或激烈的体育运动时,只要骨骼受的力在它的承受范围内,这些外界刺激反而有利于骨骼的成长。反面的例子,因为治疗需要,医生会使用石膏将骨折的肢体固定一到两个月,当石膏拆除后拍X光片检查,会发现很多患者虽然骨折愈合了,但被固定的整块骨头会出现明显的骨质疏松现象,其原因就是在肢体被固定期间,这块被固定的骨头基本不受力,用进废退的自然法则作用下,逐渐发生骨骼脱钙、骨量减少的现象。当我们理解了以上规律,将骨骼看作一个充满活力、生机勃勃、能够不断应对外界挑战的组织后,就不难理解一般人群很少出现应力性骨折的原因了。

但是,作为运动员,姚明的骨骼远比普通人更为强壮,为什么反而会骨折呢。先看一下火箭队队医的解释吧:姚明发生骨折的主要原因是肌肉疲劳。骨骼和肌肉都是人体很重要的运动组织,它们使生物体的结构更符合力学规律。骨骼的一个重要作用就是支撑,但它本身并不能承受太大的冲击,否则它会受伤。这时就得肌肉上场了,在受力的过程中附在骨骼表面的肌肉起到了“冲击减震器”的作用。一个普通人每走一英里(约1.6093㎞)路,腿部就会承受110吨力的作用,体重、运动强度都比常人大得多的“小巨人”姚明则达到了200吨之巨。姚明脚部肌肉发生疲劳后,过多的应力被直接传至骨骼,积累到一段程度后就造成了骨折。

这段话透露了两个信息,一是在日常生活中,骨骼所承受的力量远远超出你我的想象。二是肌肉可以有效的保护骨骼。先看几个数据:当人跳起、单腿落地的一瞬间,我们先落地那条腿要承受巨大的冲击,如大腿骨近端承受的力量可高达体重的九倍。当我们下楼梯时,小小的一块髌骨(膝盖骨)承受的重量可达体重的六倍。读到这里,读者不免产生疑问,俺就一百来斤,凭什么会承受六七百斤的力呢?

这里要稍微解释一下物理学定律。大家可以想象一下跷跷板,一边坐着父亲、一边做着六岁的女儿,两个人的体重相差几倍,按理说应该是父亲将跷跷板压得低低的,小女儿在另一端高高在上悬在空中。但是,只要父亲向前挪动身体,当他逐渐靠近跷跷板的转动轴心时,女儿在另一侧就会逐渐将跷跷板压下来,后来,父亲和女儿找到了一个合适的位置,一起一落,玩得不亦乐乎。物理学是这样解释这种现象的,人离跷跷板轴心的距离称为力臂,人体的重量乘以力臂成为力矩,虽然力量不一样,但力量小的(如女儿)如果力臂长,双方一样可以获得同样的力矩。无论是塔吊(想象一下它的长臂和短臂)、杆秤还是人体内部的关节,都遵守着这一原则,即力矩而不是力量驱动他们转动。只要力臂够长,你就可以产生足够的力矩,确如阿基里德所言“给我一个支点,我可以撬动地球”。

在我们人体内部,很多关节活动的过程就如同跷跷板一样。大家可以把我们大腿前方的肌肉(医学上称为股四头肌,主要作用是伸直膝盖)看作女儿,将膝关节看作跷跷板,由于杠杆力臂的不同,股四头肌产生的力量被“放大”了很多倍。而当这些力量集中于特定的骨骼上,就会给它们施加巨大的应力。

另一方面,大家都会有这样的经验:原地轻轻跃起、落下,轻松自如。从桌子上跳下,多半会震得脚底板生疼。再高点,大家都会望而生畏了。从这个经验我们也会得出这样一个道理,身体所承受的地面反作用力,与人体的速度有关。落下的距离越长、落下的速度也就越快,身体的“动量”越大,落地时地面反震的力量越大。同样的道理,跑得越快,足部承受的力量也越大。巨大的力矩、巨大的动量,想象一下人体骨骼在运动中承受了这么多而毫发无损,不得不敬畏大自然进化的威力和人体的神奇。而在其中发挥重要作用的,就是我们的肌肉。

上一篇:肩周炎    下一篇: 脊柱稳定性的概念