2.2 高強度結構——人體骨骼

從外觀上看，人體骨骼是實體，其實不然，大多數骨頭都是精心構造的，外邊雖然是一層致密的骨外殼，內部卻疏松多孔存在著許多小梁，如圖2-1（見彩插）所示。在椎骨或長骨末端的關節處，這種類似泡沫狀的結構使骨骼重量減到最輕，卻仍可以承擔較大的力，正是骨小梁（骨微結構）的存在促成了這一機制，使其可以在滿足力學性能的前提下，減輕重量，從而減小關節處的壓力。

圖2-1 人體骨骼微結構

進一步，可以從生物醫學的角度來了解骨小梁的重要性。骨質疏松癥最嚴重的并發癥是脆性骨折，常發生在松質骨區域，其最常見的骨折部位是骸部、脊椎和橈骨遠端以及朧骨近端。骨質疏松癥的本質是骨的力學強度下降，而骨強度主要通過骨量來體現。隨著時間的推移，人的骨量會減少，骨體積分數下降，骨小梁厚度變薄，間隔增寬，連接性下降，最終導致骨的強度大幅度下降，無法承擔更大的載荷和受力，增加骨折的風險。由此看出，骨頭的堅硬是源于其內部精心構造的骨微結構，骨微結構的退化將會導致其強度的衰減。

在整個骨骼進化的自然歷程中，從藻類植物到錯綜復雜排列的骨微結構，使生物體不斷適應外界的惡劣環境，內部的每一根骨小梁都不是獨立的存在，都不可或缺，渾然天成，是最優的自然選擇^[3]。