书城科普世界科普故事精华:科学之谜故事卷
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第13章 未解篇(3)

人体衰老的探究

许多科学家认为,衰老是受基因控制的。有些科学家则认为,人所以会衰老,原因是由于人体受到疾病以及“自由基”的破坏。“自由基”是一个由多余电子组成的极不稳定的分子,是新陈代谢的副产物。这些分子绝大多数是破坏细胞DNA的氧化物,而人靠体内的酶来清除这些破坏性的分子。疾病和这些分子对人体的破坏,随着人体的年龄增长而积累,使人体逐渐衰老。

有专家提出,有三个不同的相互有关的系统影响人的衰老:脑、内分泌系统、免疫系统。这些科学家认为,如果人体的生命维持系统不衰退,脑神经细胞能活150~200年之久。然而,脑可能影响产生激素的内分泌系统而内分泌腺又可以影响免疫系统,所以脑可以使其它系统衰退。人需要本身的免疫力来抵抗疾病,才能长寿。

胸腺分泌的激素是使人长寿的免疫力的源泉。人的寿命则以胸腺功能是否正常为转移。婴儿在出世时,其胸腺大小约如核桃。胸腺在人的青春期便开始萎缩。人到老年,其胸腺只有原来大小的十分之一。因此,其免疫系统亦逐渐失效。

近十年来科学家发现人的头发中钴含量的变化与人类发育、衰老密切相关。女性在24~25岁,男性在31~32岁,发钴含量有一高峰值,以后逐渐降低,由此便可以解释女性较男性易早熟或早衰的现象。有趣的是在60岁以后,女性发钴含量急剧下降,由高于男性变为低于男性,在图表上呈剪刀交叉形,这样就可以解释长寿老年人中女性身体通常同年龄的男性身体差的现象。

人体中的核反应

1958年,法国斯特拉斯大学药物研究所的梅茨和哈塞尔曼等人,对非洲撒哈拉沙漠的油井工人作生物化学统计,他们详尽地分析了工人们的食物成分和排泄物成分后,又有新的发现:几乎全部元素的摄入量比排泄量要大,但是其中的镁,平均每人每天摄入量是263.8毫克,排泄量却是380毫克。

那么,人体中这么多的镁是从何而来的呢?

法国的克尔符兰也对此一直进行研究。他认为,人每天的食物数量与质量有变化,为了满足人体本身营养物质的需要,人的生命作用可能具有把过剩的元素转换成所需元素的功能,其中人的生命细胞质就是“原子反应堆”,并提出了存有这种现象的“生命原子转换说”。

为了解开体内多出的镁的谜团。克尔符兰坚持了10年严密的科学实验。到1968年得出了令人鼓舞的成果:由于给老鼠的饮食中添加了过量的镁,结果使它们体内的钙和磷的百分含量跟对照组相比,分别增加33.3%和34.8%,而且它们的体重还比对照组平均重了15%。

以此证明了由于细胞质在生物体内进行了使原子核转化的工作,使体内过剩的镁转换成磷和钙。

这些实验结果的确是令人感到新奇的,在生物体里,除了真正的化学变化以外,在原子核里还在不断地进行着无休止的变换。

对于这样一个令人费解的谜团,科学家们正在向纵深方面探索,总有一天会彻底解开这个谜的!

大脑及其机能

世界上最复杂的计算机是由只有1.1公斤左右的灰白物质组成的,其外形酷似一个特大的已剥离的胡桃。正是这部计算机的数十亿个元件控制着人所做的每一件事,控制着生命的每一个瞬间,在刹那间,它可以完成数百万次的相互联系。这个计算机就是人体的大脑。

每个称为神经元的神经细胞就是一个工作单位,这种大脑最初级的单位的机能仍未清楚。大脑的能量似乎更多地来源于神经之间的相互作用,而不是来源于神经元本身。神经元不但接受电化学冲动,同时释放能量,使各种信息得以在神经系统传递。这些冲动由一个神经移向另一个,通过大脑迅速地传递各种信息。

人体的中枢神经系统——思维和行为的控制室,不仅指大脑,还包括脊髓。来自大脑的各种指令和人们产生的各种感觉通过脊髓得以连接。大脑最显着的外部特征是构成大脑的两个软半球,左右半球分别控制对侧躯体的各种活动以及接受来自对侧躯体的各种感觉。

皮质下的白色物质构成两半球(灰质覆盖大脑表面),两半球通过数种连接组织而相互沟通,最大的连接组织称为胼胝体。跨越两半球的大部分信息是通过胖胝体传递的,而信息如何传递仍属未知。

小脑位于大脑半球下面,它在大脑与脊髓之间起着至关重要的连接作用。小脑的主要作用在于协调肌肉的运动并决定肌肉运动的快慢。小脑也有两个半球,与平衡和肌肉协调有关。

脑干深埋于大脑与小脑下面,它控制着心脏、肺脏及消化系统,脑的这部分与大脑的最下部——下丘脑有着许多联系,下丘脑似乎与人的情绪变化有着非常重要的关系。

器官功能再认识

直至近年,人体中的一部分器官还一直被认为是人类祖先进化过程中已退化的无用之物。然而目前认为,人体中几乎没有无用的器官,那些曾被认为是退化或多余的器官仍然在发挥着有益于健康的作用。

最近,儿科专家们普遍认为,扁桃腺在阻止细菌和其他异物进入肺脏和消化系统过程中发挥着有益的作用。扁桃腺曾经被认为是既多余而又令人讨厌的典型器官。现在,专家们建议,只有在扁桃腺已成为重复感染病灶的情况下,才该考虑予以摘除。

不久前,在进行腹腔外科手术时,许多外科医生总是漫不经心地顺手摘去健康的阑尾,作为“送给病人的一件小礼物”。然而,现在一些医生相信,阑尾在人体免疫系统中发挥着某种作用。外科医生已不再利用这一方便的机会迫不及待地把它摘除掉。

长期以来一直认为,胸腺是无用的器官。现在才知道,尽管在发育期后,胸腺的作用可能相对减少了,但它对胎儿和婴儿白血球的抗体的生长具有重要作用。

也许,最令人感兴趣的“无用”器官是神秘的松果体,甚至这名字都存在争议。许多科学家提出,它是否也像其他真性腺体那样分泌着某些物质,认为它是无用的退化器官。

但是经过科学家的研究证实松果体具有调节生殖的作用,松果体中的血清素与大脑其他部位的血清素之间是否存在某种关系,目前还不得而知。但是,这种可能存在的关系值得进一步探索。

人体的免疫力

人体是一个战场,在这里,抗击致病菌的战斗经久不息。

人体的第一道防御屏障是外层皮肤和包绕在内脏器官表面的浆膜。诸如嘴巴和眼睛这些易受侵犯的部位,均由抗菌液——唾液和泪液加以保护。

一旦细菌侵入任何脆弱的区域,人体的“防卫力量”——血液中的白细胞就会踊跃争先,前往抗击。人体平均含有250~300亿个白细胞,当细菌侵入时,白细胞就聚集到感染部位,以吞噬和消化的形式消灭入侵者。

在激战中,细菌释放了大量的毒性物质,这些毒素作为“抗原”,刺激部分白细胞和体内网状内皮系统中的其他细胞,产生了称为“抗体”的防护化学物质。即使战斗已经结束,获胜的机体并没有遣散其抵抗力量。抗体继续存留于血液中,并时而得到来自肝脏和淋巴系统中发育成熟的新生力量的补充。这样,一旦类似的细菌再次进犯,严阵以待的抵抗力量就会予以迎头痛击。这是获得性免疫系统对类似病菌再次侵犯产生的自然抵抗作用。

感冒的免疫力是短暂的,由于引起感冒的病毒种类太多了,以致机体不可能建立起抗击它们的特种力量。已经发展了人工免疫法(或称接种疫苗法),用于抗击某些疾病,当然,最着名的例子是天花。

因生病或注射疫苗后所获得的免疫力称为“自动免疫”,而机体的另一种防卫形式称为“被动免疫”。在被动免疫过程中,机体本身并不产生抗体。这一类型的免疫力是胎儿从其母亲的血液中,或婴儿出生后的头几天从其母亲的乳汁中获得的。

头发中的奥秘

拿破仑是法国历史上叱咤风云的人物,关于他的死因,一直是个谜。

本世纪60年代,瑞典牙科医生、业余病理学家伏素夫伍德,用现代科学技术对一根拿破仑的头发进行了化验,发现这根头发每克中砷的含量竟高达10.38微克,比正常人高10多倍!砷是有毒元素,它的化合物三氧化二砷就是砒霜,有剧毒。直到现在人们还对他的死因抱有怀疑的态度。

每根头发都有毛囊。毛囊底部为一乳头状的突起,这便是制造头发的“工厂”,里面还有血管,以供给能转换成头发细胞的原料。在乳头状的表面,新细胞将旧细胞挤出以增加头发的长度,当头发长到使其尖端突出头皮毛囊时,头发就变硬了。头发每天都在生长,速度与年龄、健康状况有关。健康的人,尤其是16至25岁之间者,头发生长速度最快,1年可增长18厘米,而中年人平均每年只增长12厘米左右。

人类的头发有一个生灭的循环历程,每15分钟,头上的头发有90%在生长,而10%则处于休止状态。这10%的头发将维持到3个月以后渐渐脱落。

人类的头发,还有一个与其他动物不同的特征,就是没有“触觉”或“毛感”,如猫的触须极为敏感,而人的头发却没有这种功能。

人的头发抗拉力很强,尤其中国人的黑发抗拉力就更强。杂技团的飞技表演家可用自己的头发悬在空中表演。另外人的头发还极有弹性,在断裂之前,可拉长20%左右。

人的头发除保护头部和美容上的意义外,现在还用于医疗保健。儿童缺少微量元素锌时,会食欲不振、生长迟缓,化验头发可以确定锌的含量,这样就可以有针对性地采取治疗手段。此外,头发还可以在侦查破案中成为证据。

人体内存在“弹簧”吗

人体的“弹簧”究竟是什么呢?科学家们认为,腿部的肌肉以及连接肌肉和骨骼的肌腱就是一种弹簧。

肌肉和肌腱具有弹簧的功能,它们在受到张力作用时伸长,张力消失时又恢复原状。科学家们曾经对跑步者作过若干研究。他们根据肌电流的变化确定人跨步时各部分肌肉的发力情况,又从关节的转动角度计算出肌肉和肌腱的伸长量,最后得到结论是:位于小腿的腓肠肌和比目鱼肌以及与它们相连的跟腱作用最大。这些肌肉由长度仅有20~60毫米的肌纤维组成,而跟腱全长约为370毫米,因此可以认为,人体内部最重要的“弹簧”就是跟腱。

精确的实验表明,拉伸肌腱所耗用的能量之中,约有93%可在弹性恢复过程中重新释放出来。跑步过程中,支撑腿受到的作用力在人体重新开始加速的瞬间达到最大值。据测算,人体以每秒4.5米的中等速度奔跑时,地面最大作用力约为人体重量的2.8倍。而跟腱承受的最大张力大约等于人体重量的7倍。具体地说,如果跑步者体重70千克,跟腱张力便将达到480千克!

英国一个由动物学家和外科医生组成的研究小组又用实验证实,人体内部还存在着另一个重要的“弹簧”,这就是通常称之为“足弓”的脚底拱形结构。研究人员起初让一名受试者站立不动,全身重量大部分由左脚支持,右脚则仅仅与地面保持接触,此后又让这位受试者跑步经过同一地点。他们将这两种情况下拍摄的照片作了相互对比,结果发现受试者在跑步时踝关节离地面的高度比站立不动时降低了10毫米。很明显,这是因为脚掌受到的作用力“压扁”了足弓,而维持足弓正常形状的那些韧带也必然产生了一定的伸长。

这些研究成果对于改进田径鞋的制作,从而提高运动员的跑步速度等有着重要意义。

为什么称骨骼肌为“外围心脏”

横纹肌是人体肌肉组织的一种,绝大多数附生在人的骨骼上,所以这种肌肉又叫“骨骼肌”。骨骼肌能随人的意志迅速有力地收缩,但易疲劳。

长期以来,人们一直认为骨骼肌仅仅是血液的消耗者。人在重体力劳动时,骨骼肌对血液的需求量可增加40~60倍,无疑这对心脏是一种极大的负担。因此,传统看法认为使骨骼肌保持静止状态对心脏较有利。但实际情况恰恰相反!临床观察表明,大幅度减少体力劳动对健康的心脏和患病的心脏都会带来有害的影响。反过来说,心肌梗塞症患者如能及早恢复行动往往会更快地痊愈。

测试表明,骨骼肌的作用很像一台台小型的压缩血泵。当骨骼肌处于静止状态时,从骨骼肌肉的静脉血管流出的血液很少,血压也较低。如强制骨骼肌进行活动,则血液流量会随之增加,血压也迅速增高,有时竟高达约16600~34580帕。人们在跑步或走路时,骨骼肌做有节奏的收缩;当人们支撑或背负重物时,骨骼肌处于紧张状态。在这两种情况下,人体中600多块骨骼肌都在积极工作,这600多个“血泵”大大减轻了心脏的负担。

早在17世纪,血液循环机制的发现者,英国人威廉·哈维曾经断言,骨骼肌的活动有助于血液循环。本世纪初,俄国的着名医生雅诺夫斯基也曾指出在血管系中存在“外围心脏”,尽管后来在动脉系中从未找到过这种“外围心脏”,但在某种意义上讲,骨骼肌“血泵”不就是事实上的“外围心脏”吗?而增强“外围心脏”活力的唯一办法就是让骨骼肌多活动。

脑垂体的作用

脑垂体长在我们的颅骨内,在大脑下面,颅底部蝶骨的骨腔——蝶鞍内。它是一个带有短柄的卵圆状的球体,与丘脑下部相连。垂体分为前叶(腺垂体)和后叶(神经垂体)两部分。