對(duì)生物進(jìn)化與人類骨科疾病的探索

1、對(duì)生物進(jìn)化與人類骨科疾病的探索     【關(guān)鍵詞】  生物進(jìn)化與人類骨科疾病編者按：生物進(jìn)化是生命世界中令人感興趣而又困惑的核心問(wèn)題，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物進(jìn)化與人類骨科疾病的發(fā)生、發(fā)展有何關(guān)系，如何應(yīng)用生物進(jìn)化這一武器解釋各種骨科疾病的發(fā)生、發(fā)展并指導(dǎo)臨床醫(yī)師診治某些骨科疾病，一直是人們關(guān)注和探討的課題。本文作者多年來(lái)結(jié)合自己的臨床實(shí)踐，查閱文獻(xiàn)，大膽探索，刻苦鉆研，不斷總結(jié)形成觀念，試圖分析生物進(jìn)化與人類骨科疾病發(fā)生、發(fā)展的一些內(nèi)在聯(lián)系和一些規(guī)律性的東西，這種精神極為可貴。本刊征得作者同意，全文刊載，以饗讀者。   

2、 醫(yī)學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了從生命的遺傳物質(zhì)，生命的起源與進(jìn)化過(guò)程，從人類的生態(tài)、生活模式與情感行為等方面，解釋人體生命與健康、軀體與靈魂、疾病與衰老等奧秘的時(shí)代。達(dá)爾文創(chuàng)立的以“自然選擇，適者生存”為核心內(nèi)容的生物進(jìn)化論，已成為整個(gè)自然科學(xué)乃至社會(huì)科學(xué)的普遍規(guī)律。正如當(dāng)代物理學(xué)家普里高京、斯唐熱所言：“無(wú)論向哪里看去，我們所看到的都是演化”1。    人們對(duì)生物進(jìn)化與科技進(jìn)步、生態(tài)醫(yī)學(xué)、人體疾病，與醫(yī)療模式之間的關(guān)系，還缺乏較多的研究。這是因?yàn)閺氖律镞M(jìn)化和人類學(xué)研究的學(xué)者，缺乏醫(yī)學(xué)知識(shí)背景和臨床經(jīng)驗(yàn)，又沒(méi)有主動(dòng)和臨床醫(yī)師交流，而醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者由于過(guò)細(xì)的分科，又把主要精力和

3、研究經(jīng)費(fèi)，投到微觀物質(zhì)與生命某一現(xiàn)象的觀察、分析與細(xì)節(jié)的描述；忽視用生物進(jìn)化論的武器，解釋某些疾病的成因、演變過(guò)程以及指導(dǎo)臨床醫(yī)師的診療決策。    作者復(fù)習(xí)生物進(jìn)化的新近文獻(xiàn)，比較脊椎動(dòng)物骨骼演化的結(jié)構(gòu)改變，分析人類直立行走的身體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、行為方式與其他靈長(zhǎng)目的差異；結(jié)合自己的臨床醫(yī)學(xué)背景，初步探索進(jìn)化與人類骨科疾病發(fā)生的一些內(nèi)在聯(lián)系。    1  從原始生命到人的進(jìn)化歷程    古生物化石證明2，地球上最早的原核生物約在太古宙早期（距今約38億年）出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)10億年之后才由原核生物進(jìn)化成含有

4、細(xì)胞核的真核生物（細(xì)胞）。脊椎動(dòng)物約發(fā)生在距今約3.55億年的顯生宙-古生代-石碳紀(jì)；約3 3002 400萬(wàn)年前從舊世界的猴子中進(jìn)化出猿；約600700萬(wàn)年前人類與黑猩猩分手，直立起來(lái)用雙足行走，走向?qū)儆谌说拇蟮?。而人類的腦量快速膨脹約在不足200萬(wàn)年前才開始，比人類直立行走晚了幾百萬(wàn)年。因此，直立行走引發(fā)了人類解剖學(xué)上的巨大改變，為其他方面的天擇演化奠定了基礎(chǔ)。    由單細(xì)胞生物進(jìn)化到脊椎動(dòng)物經(jīng)過(guò)了20多億年的時(shí)間，占了整個(gè)進(jìn)化史的23。從生物進(jìn)化的時(shí)間跨度上也說(shuō)明了脊椎動(dòng)物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。脊椎動(dòng)物進(jìn)化成靈長(zhǎng)類動(dòng)物用了約3億年，而靈長(zhǎng)目進(jìn)化成人猿超科動(dòng)物僅用了

5、2 000多萬(wàn)年的時(shí)間，與38億年的生物進(jìn)化史比較，僅是短短的瞬間。大約在15萬(wàn)年前智人在地球上出現(xiàn)了，從此人類的形態(tài)與腦的重量就基本沒(méi)有改變。由此昭示出一個(gè)奇特的現(xiàn)象，就是脊椎動(dòng)物的進(jìn)化速度越接近人的階段，其變成新物種的“轉(zhuǎn)型周期”越短，產(chǎn)生了與直立行走相關(guān)的結(jié)構(gòu)缺陷與“特有疾病”：如下肢靜脈曲張、膝關(guān)節(jié)與足踝畸形、頸椎病、腰腿痛、股骨頭壞死塌陷、脊柱側(cè)凸、骨質(zhì)疏松、高血壓、內(nèi)臟下垂、闌尾炎、痔瘡、難產(chǎn)、近視眼等。    2  脊椎動(dòng)物的出現(xiàn)為人類的誕生打下了基礎(chǔ)    脊椎動(dòng)物是生物進(jìn)化史上低級(jí)邁上高級(jí)的分水嶺。以脊椎骨

6、為軸心機(jī)體形成完美的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，脊椎是身體運(yùn)動(dòng)中軸和中樞神經(jīng)的保護(hù)屏障。背神經(jīng)管分化成腦和脊髓，加上頭骨就形成了動(dòng)物的頭部。嗅、聽、視覺(jué)等感覺(jué)器官集中于頭部，增加了對(duì)外界感知的敏感度與廣度，完成了中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)全身運(yùn)動(dòng)與生理的調(diào)節(jié)，為陸生爬行綱、哺乳綱動(dòng)物的誕生奠定了基礎(chǔ)。    低級(jí)脊椎動(dòng)物（如魚）脊椎全由肋骨包繞，爬行類僅頸椎出現(xiàn)，故身體的靈活性運(yùn)動(dòng)受到很大限制。進(jìn)化首先表現(xiàn)在頸椎、腰椎部的肋骨退化，到哺乳動(dòng)物形成了靈活的頸部與腰部2個(gè)軀體的多自由度的旋轉(zhuǎn)中心（圖1）。    組成人體脊椎的33塊骨頭中，每一塊骨頭又有6個(gè)關(guān)節(jié)，向6

7、個(gè)不同的方向旋轉(zhuǎn)，可以形成2億種不同轉(zhuǎn)動(dòng)方向的排列組合，其中任何一種非正常的組合都有可能造成身體的不適4。所有哺乳動(dòng)物都有7個(gè)頸椎，人的腰椎由其他脊椎動(dòng)物的67個(gè)減少至5個(gè)3，骶椎融合在一起，這是直立行走的結(jié)果。    圖1  脊椎動(dòng)物骨骼的進(jìn)化圖（略） 1a.魚；1b.蠑螈類；1c.爬行動(dòng)物；1d.地球上已經(jīng)消失的雷塞獸；1e.哺乳動(dòng)物；從上圖所示，脊椎動(dòng)物越高級(jí)，骨與關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)越適應(yīng)于靈活性運(yùn)動(dòng)。    在其它靈長(zhǎng)目動(dòng)物，脊柱原本起到拱頂?shù)淖饔?，一旦人類直立起?lái)它就只好充當(dāng)承重的立柱了。為了支撐我們的腦袋并平衡

8、髖關(guān)節(jié)和下肢以上的體重，脊柱演化成S形彎曲，從而維持了人體平衡和省力的雙足運(yùn)動(dòng)。但也為人類頸背部疼痛、脊柱多發(fā)性疾患留下了隱患。    3  人手的誕生過(guò)程    人類在運(yùn)動(dòng)行為上最特有的物種區(qū)別是兩只手得到完全解放與自由自在的運(yùn)動(dòng)。某些靈長(zhǎng)類動(dòng)物的前爪正在向手的方向演變，但從結(jié)構(gòu)看，他們的前爪還不能運(yùn)用自如，大拇指不能完成與其它四指的對(duì)掌動(dòng)作，奔跑時(shí)常常需要前爪輔助。由靈長(zhǎng)目前爪演化成人手的基本過(guò)程可能是：3.1  靈長(zhǎng)目攀緣、采摘的樹棲生存方式，使上肢的功能與結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生有利于靈活運(yùn)動(dòng)的變化與相應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜

9、調(diào)控。3.2  環(huán)境的變化迫使下到地面生存的猿類，為更好的采摘食物，不定期的直立或半直立行走，胳膊變短，腿變長(zhǎng)，如此，能騰出前肢并在前肢的輔助下進(jìn)食，學(xué)會(huì)對(duì)同類擁抱、撫摩、用胳膊攜帶幼兒等溫情行為，這些行為都增加了前爪進(jìn)化成人手的內(nèi)在動(dòng)力需求。靈活、復(fù)雜的行為需求世代積累，便可能促成個(gè)體的微小變異或基因突變，使運(yùn)動(dòng)器官結(jié)構(gòu)的改變與功能升級(jí)，這就是內(nèi)因的累積進(jìn)化5。從不同種的哺乳動(dòng)物與人前肢的比較解剖學(xué)，可以證明人手的演化過(guò)程（圖2）。圖2  不同種的哺乳動(dòng)物前肢結(jié)構(gòu)比較：哺乳動(dòng)物前肢經(jīng)過(guò)選擇和適應(yīng)導(dǎo)致的變化，人類、貓、鯨和蝙蝠的同源性骨骼構(gòu)成，已具備了各自種的特定功能，但都

10、有5個(gè)趾（指）骨（選自恩斯特·邁爾著，田洺譯，進(jìn)化是什么，第25頁(yè)）3.3  目前生活在地球上的250多個(gè)靈長(zhǎng)類物種，大猩猩與黑猩猩與人的血緣最近，人與黑猩猩的基因98.87%是相同的，遠(yuǎn)小于黑猩猩與其它靈長(zhǎng)目的基因差異6。手與舌頭在人的大腦皮層功能代表區(qū)所占的區(qū)域最大。腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，手在進(jìn)行精細(xì)運(yùn)動(dòng)時(shí)如彈鋼琴，會(huì)促使腦血流量明顯增加6，證明了手的勞動(dòng)與語(yǔ)言的形成促使了人腦的發(fā)展，手的精細(xì)運(yùn)動(dòng)必然與人類的心理活動(dòng)聯(lián)系在一起。    4  人類的“幼態(tài)持續(xù)”現(xiàn)象    人類是所有哺乳動(dòng)物中“幼態(tài)持續(xù)”或生

11、長(zhǎng)發(fā)育期最長(zhǎng)的動(dòng)物，幼兒從1015個(gè)月學(xué)會(huì)站立行走，20歲以后，行走的方法（步態(tài)）才基本定型8。從幼年到成年，身體的骨骺一般于2225歲才完全閉合。生長(zhǎng)期幾乎占整個(gè)生命周期的30%9。而其它哺乳動(dòng)物幼兒的生長(zhǎng)期一般約占生命周期的1516。如此漫長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程，使人類出現(xiàn)比其它高等脊椎動(dòng)物多的骨關(guān)節(jié)發(fā)育障礙性疾病。大自然之所以給人類規(guī)定這么長(zhǎng)的生長(zhǎng)、發(fā)育周期，主要原因是由于直立行走中股骨頭迫使雙髖臼內(nèi)陷，骨盆縮窄，難產(chǎn)率增加，迫使嬰兒只能在未發(fā)育成熟之前（幼胎階段）即降生。且人類屬于社會(huì)性動(dòng)物，身體發(fā)育與智能發(fā)育必須同步，才能成為合格的具有獨(dú)立生活與善于勞動(dòng)的社會(huì)人10。    5  人類直立行走的代價(jià)5.1  四足行走的脊椎動(dòng)物快速演變?yōu)閮勺阈凶叩娜?，贏得了雙手的自由和人腦的智慧，但形成了并不完善的人體結(jié)構(gòu)。為了支撐身體的重量并緩沖直立移動(dòng)所形成的沖擊應(yīng)力，四肢的關(guān)節(jié)和脊椎骨都變大了，足部也演化出了足弓，關(guān)節(jié)與肌肉的總數(shù)增多，全身約282個(gè)關(guān)節(jié)，639條肌肉，還有無(wú)數(shù)的按規(guī)律分布的韌帶，使人體的靈活、精細(xì)運(yùn)動(dòng)與平衡功能達(dá)到高等動(dòng)物的頂峰。但雙