夜黎本文章內容基於萊斯大學 OpenStax 的 Anatomy and Physiology 2e，由夜黎重新編輯。（根據本書前言中的創用 CC BY 4.0 聲明）
原文傳送門：<6> Bone Tissue and the Skeletal System — 6.6 Exercise, Nutrition, Hormones, and Bone Tissue
索引傳送門：《解剖學和生理學2e》索引頁面
學習本節後，你將能夠：
- 描述鍛鍊對骨組織的影響
- 列出影響骨頭健康的營養素
- 討論這些營養素對骨頭健康的作用
- 描述激素對骨組織的影響
前言
你身體的所有器官系統都是相互依賴的，骨骼系統也不例外。 你透過〝消化系統攝取的食物〞和〝內分泌系統分泌的激素〞會影響你的骨骼。 即使使用你的肌肉進行鍛鍊也會對你的骨頭產生影響。
鍛鍊與骨組織
在長時間的太空任務中，太空人每月會損失約 1% 到 2% 的骨質〔bone mass〕。 這種骨質流失被認為是〝由於太空中的重力較低〞而導致太空人骨頭缺乏機械性應力所造成的。 缺乏機械性應力會導致骨頭失去礦物鹽和膠原纖維，進而失去強度。 同樣，機械性應力會刺激礦物鹽和膠原纖維的沉積。 骨頭的內部和外部結構會隨著應力的增加或減少而變化，因此骨頭成為〝適合其承受的活動量〞的理想大小和重量。 這就是為什麼經常鍛鍊的人比久坐的人骨頭更厚。 這也是為什麼石膏中的斷骨會萎縮，而其對側的骨頭卻保持其礦物鹽和膠原纖維的濃度。 由於施加在骨頭上的力（或力的缺乏），骨頭會發生重塑。
大量對照研究表明，經常鍛鍊的人比久坐的人骨密度更高。 任何類型的鍛鍊都會刺激更多骨組織的沉積，但阻力訓練比心血管活動的效果更大。 阻力訓練〔resistance training〕對於減緩〝因老化而導致的〞最終骨質流失和預防骨質疏鬆症尤其重要。
營養與骨組織
我們所吃的所有食物中含有的維生素和礦物質，對我們的所有器官系統都很重要。 然而，某些營養素會影響骨頭健康。
鈣和維生素 D
你已經知道鈣是骨頭的重要組成部分，尤其是磷酸鈣〔calcium phosphate〕和碳酸鈣〔calcium carbonate〕。 由於身體無法製造鈣，因此必須從飲食中取得。 然而，如果沒有維生素 D，鈣就無法從小腸吸收。 因此，攝取維生素 D 對骨頭健康也至關重要。 維生素 D 除了在鈣吸收中發揮作用外，它在骨重塑中也發揮著一定作用，儘管目前尚不清楚。
牛奶和其他乳製品並不是鈣的唯一來源。 這種重要的營養素也存在於綠葉蔬菜、綠花椰菜、完整的鮭魚和骨頭軟的沙丁魚罐頭中。 堅果、豆類、種子和貝類提供的鈣含量較少。
除了鮭魚和鮪魚等富含脂肪的魚類，或營養強化乳〔fortified milk〕或穀物之外，維生素D在許多食物中並不天然存在。 陽光對皮膚的作用會觸發身體產生自己的維生素 D（圖 6.22），但許多人，尤其是膚色較深的人和生活在陽光不那麼強烈的北緯地區的人，都缺乏維生素 D 。 如果缺乏維生素 D，醫生可以開立維生素 D 補充劑。
陽光是維生素 D 的來源之一。
其他營養素
維生素 K 還可支持骨骼礦化，並可能與維生素 D 在調節骨骼生長方面發揮協同作用。 綠葉蔬菜是維生素 K 的良好來源。
礦物質鎂〔magnesium〕和氟化物〔fluoride〕也可能在支持骨頭健康方面發揮作用。 雖然鎂在人體內僅存在微量，但 60% 以上存在於骨骼中，這表明鎂在骨頭結構中發揮重要作用。 氟化物可以取代骨頭羥基磷灰石晶體〔hydroxyapatite crystals〕中的羥基〔hydroxyl group〕，並形成氟磷灰石〔fluorapatite〕。 與對琺瑯質〔dental enamel〕的作用類似，氟磷灰石有助於穩定和強化骨礦物質。 氟化物也可以進入羥基磷灰石晶體內的空間，進而增加其密度。
Omega-3 脂肪酸長期以來被認為可以減少身體各部位的發炎。 發炎會幹擾骨母細胞〔osteoblasts〕的功能，因此透過飲食或補充劑攝取 omega-3 脂肪酸也可能有助於增強新骨組織的生成。 表 6.5 總結了營養素在骨頭健康中的作用。
| 營養素 | 在骨頭健康中的作用 |
|---|---|
| 鈣〔Calcium〕 | 需要製造磷酸鈣和碳酸鈣，形成羥基磷灰石晶體〔hydroxyapatite crystals〕，賦予骨骼硬度 |
| 維生素 D〔Vitamin D〕 | 鈣吸收所需 |
| 維生素 K〔Vitamin K〕 | 支持骨頭礦化； 可能與維生素 D 有協同作用 |
| 鎂〔Magnesium〕 | 骨的結構成分 |
| 氟化物〔Fluoride〕 | 骨的結構成分 |
| Omega-3 脂肪酸〔Omega-3 fatty acids〕 | 減少可能干擾骨母細胞功能的炎症 |
激素與骨組織
內分泌系統產生並分泌激素，其中許多激素與骨骼系統相互作用。 這些激素參與控制骨頭生長、骨頭形成後的維持和重塑。
影響骨母細胞和/或維持基質的激素
控制骨骼生長和維持骨基質需要多種激素。 腦下垂體分泌生長激素（GH）〔growth hormone〕，顧名思義，它透過多種方式控制骨骼生長。 它觸發骨骺板中的軟骨細胞增殖，導致長骨長度增加。 生長激素（GH）也能增加鈣保留，進而增強礦化，並刺激骨母細胞活性，進而提高骨密度。
生長激素（GH）並不是唯一刺激骨頭生長和維持骨組織的物質。 甲狀腺素〔Thyroxine〕是甲狀腺分泌的激素，可促進骨母細胞活性和骨基質的合成。 在青春期，性激素（雌激素〔estrogen〕和睪固酮〔testosterone〕）也會發揮作用。 它們也促進骨母細胞活性和骨基質的產生，此外，還負責青春期經常發生的成長陡增〔growth spurt〕。 它們也促進骨骺板向骨骺線的轉變（即軟骨向其骨殘餘物），從而結束骨頭的縱向生長。 此外，骨化三醇〔calcitriol〕（維生素 D 的活性形式）由腎臟產生，可刺激消化道對鈣和磷酸鹽的吸收。
骨骼系統
骨質疏鬆症〔Osteoporosis〕是一種以骨質減少為特徵的疾病，當骨吸收速度超過骨形成速度時就會發生這種情況，隨著身體年齡的增長，這種情況很常見。 請注意這與 Paget氏症有何不同。 在 Paget氏症中，新骨的形成是為了跟上過度活躍的破骨細胞的吸收，但新骨的產生是隨意的。 事實上，當醫生評估骨質疏鬆的患者時，他們會測試骨質疏鬆症和 Paget氏症（以及其他疾病）。 骨質疏鬆症的血液中鹼性磷酸酶〔alkaline phosphatase〕水平不會像 Paget氏症那樣升高。
骨密度在30歲左右達到高峰。 女性骨質流失速度比男性快。
雖然骨質疏鬆症可能涉及任何骨頭，但最常見的是股骨、椎骨和腕部的近端。 由於骨密度喪失，骨組織可能無法為日常功能提供足夠的支持，像打噴嚏這樣簡單的事情就可能導致椎骨骨折。 當老年人跌倒並摔斷髖部（實際上是股骨）時，很可能是股骨先骨折，導致跌倒。 在組織學上，骨質疏鬆症的特徵是〝緻密骨的厚度〞以及〝鬆質骨中小樑的數量和尺寸〞減少。
圖 6.23 顯示，從 50 歲左右開始，女性骨質流失速度比男性更快。 出現這種情況是因為 50 歲是女性進入更年期的大致年齡。 她們不僅月經週期縮短並最終停止，而且卵巢體積縮小，然後停止產生雌激素，雌激素是一種促進骨母細胞活性和骨基質產生的激素。 因此，骨質疏鬆症在女性中更為常見，但男性也可能患有骨質疏鬆症。 有骨質疏鬆症家族史的人患這種疾病的風險更大，因此最好的治療方法是預防，應從兒童飲食開始，包括攝取足夠的鈣和維生素 D，以及包括負重鍛鍊的生活方式。 如上所述，這些作用對於增加骨質非常重要。 儘早促進適當的營養和負重鍛鍊可以在 30 歲之前最大限度地增加骨質，從而降低骨質疏鬆症的風險。
對許多老年人來說，髖部骨折可能會危及生命。 骨折本身可能並不嚴重，但癒合過程中的不動可能會導致血栓形成，並滯留在肺部毛細血管中，導致呼吸衰竭； 因缺乏空氣交換而導致不動而引發肺炎〔pneumonia〕； 壓瘡〔pressure sores〕（褥瘡〔bed sores〕）使病原體進入體內並引起感染； 和導尿〔catheterization〕引起的尿路感染。
目前治療骨質疏鬆症的治療方法包括雙磷酸鹽〔bisphosphonates〕（與Paget氏症常用的藥物相同）、抑鈣素〔calcitonin〕和雌激素〔estrogen〕（僅適用於女性）。 例如，透過消除絆倒危險〔tripping hazards〕來最大限度地降低跌倒風險，也是管理疾病潛在後果的重要一步。
影響破骨細胞的激素
骨塑建和重塑需要破骨細胞吸收不需要的、受損的或舊的骨，並需要骨母細胞沉積新骨。 影響破骨細胞的兩種激素是副甲狀腺素（PTH）〔parathyroid hormone〕和抑鈣素〔calcitonin〕。
副甲狀腺素（PTH）刺激破骨細胞增生和活性。 結果，鈣從骨頭釋放到循環中，增加了血液中鈣離子的濃度。 副甲狀腺素（PTH）也促進腎小管對鈣的重吸收〔reabsorption〕，進而影響鈣穩態〔calcium homeostasis〕（見下文）。
小腸也受到副甲狀腺素（PTH）的影響，儘管是間接的。 因為副甲狀腺素（PTH）的另一個功能是刺激維生素 D 的合成，而由於維生素 D 促進腸道對鈣的吸收，副甲狀腺素（PTH）間接增加小腸對鈣的吸收。 抑鈣素〔Calcitonin〕是甲狀腺分泌的一種激素，具有一些抵消副甲狀腺素（PTH）的作用。 抑鈣素抑制破骨細胞活性，刺激骨頭對鈣的吸收，進而降低血液中鈣離子的濃度。 副甲狀腺素（PTH）和抑鈣素在維持鈣穩態方面具有相反的功能，這表明它們通常不會同時分泌。 表 6.6 總結了影響骨骼系統的激素。
| 激素 | 作用 |
|---|---|
| 生長激素〔Growth hormone〕 | 增加長骨長度，增強礦化，提高骨密度 |
| 甲狀腺素〔Thyroxine〕 | 刺激骨頭生長，並且促進骨基質合成 |
| 性激素〔Sex hormones〕 | 促進骨母細胞活性和骨基質的產生； 負責青少年的成長陡增； 促進骨骺板向骨骺線的轉化 |
| 骨化三醇〔Calcitriol〕 | 刺激消化道對鈣和磷酸鹽的吸收 |
| 副甲狀腺素〔Parathyroid hormone〕 | 刺激破骨細胞增生和破骨細胞對骨的吸收； 促進腎小管對鈣的再吸收； 間接增加小腸對鈣的吸收 |
| 抑鈣素〔Calcitonin〕 | 抑制破骨細胞活性，並刺激骨頭對鈣的吸收 |
更新紀錄
2023/10/23 發佈本文
評論