Og uden knogler ville din krop være en glidende pose med organer. Men de stive modeller af et skelet, som du har set i naturvidenskabsundervisningen (eller som Halloween-pynt), fortæller kun halvdelen af historien. Det er fordi “skelettet gør mere end blot at holde dig oppe”, forklarer Laura Tosi Knogler er lavet af levende, åndende celler. Og de spiller alle mulige vigtige roller, siger Tosi, som leder Bone Health Program på Children’s National Medical Center i Washington, D.C.
Tynde øreknogler leder lyde, der hjælper os med at høre. Knoglemarv – en blød, geléagtig substans, der fylder det hule indre af kroppens lange knogler – producerer blodceller, både røde og hvide. Hvide blodlegemer bekæmper infektioner, mens røde blodlegemer leverer ilt i hele kroppen.
Vejlige opdateringer, der hjælper dig med at bruge Science News for Students i undervisningsmiljøet
Og det er bare til at starte med. Forskere har fundet ud af, at knogler “chatter” med andre kropsdele på overraskende måder. Efterhånden som forskerne afdækker skelettets hemmeligheder, finder de spor, der kan hjælpe dem med at helbrede sygdomme og endda med at dyrke erstatningsknogler.
Celler kaldet osteoblaster (grå klatter, der danner en oval) skaber nyt knoglevæv. Robert M. Hunt/Wikimedia Commons
Skeletbesætningen
Den ramme, der giver din krop form, er overraskende travl. “Knogler er et meget dynamisk organ,” bemærker Mark Johnson. Han er biokemiker ved University of Missouri-Kansas City.
Kroppens skelet ændrer sig konstant. I en proces, der kaldes remodellering, nedbrydes gammel knogle, så ny knogle kan tage dens plads. I løbet af barndommen giver denne proces knoglerne mulighed for at vokse og ændre form. Hos voksne hjælper remodellering med at reparere skader og forhindre, at knoglerne bliver skøre.
Celler, der kaldes osteoklaster, nedbryder gammel knogle gennem en proces, der kaldes resorption. Andre celler kaldet osteoblaster tager sig af at danne ny knogle. Men de fleste knogleceller hører til en tredje type. De kaldes osteocytter og fortæller osteoblasterne og osteoklasterne, hvad de skal gøre. “Hvis du tænker på genopbygningen som en symfoni, er osteocytten dirigenten”, forklarer Johnson.
I barndommen og det tidlige voksenliv danner kroppen mere ny knogle, end den tager væk. Det betyder, at massen – eller mængden af knogle – øges. Det er naturligvis svært at måle knoglemassen med resten af kroppens væv i vejen. Derfor vurderer lægerne knoglestyrken ved at måle tætheden af det hårde mineral, der er pakket ind i et knoglesegment. Jo større knogletætheden er, jo stærkere er skelettet.
Celler kaldet osteocytter, hvoraf den ene er vist her, fungerer som dirigenter i en symfoni og instruerer de andre knogleceller om, hvad de skal gøre. Wikimedia Commons
For at opbygge mere knogle har cellerne brug for visse byggesten. En særlig vigtig er calcium. Stærke knogler er afhængige af dette mineral, som findes i mejeriprodukter og mange grøntsager. Knogler fungerer også som kroppens lager af calcium, som bruges mange steder. Calcium er f.eks. drivkraften bag den kemiske reaktion, der får hjertet til at slå. Når kosten ikke leverer nok calcium, vil kroppen stjæle mineralet fra skelettet. Det kan svække knoglerne.
Det er også svært at få sunde knogler uden nok D-vitamin. Det hjælper kroppen med at optage calcium. Men mange mennesker har for lidt D-vitamin. Derfor kan deres knogler blive tynde og misdannede.
Når det drejer sig om at opbygge knogler, er motion dog det vigtigste,” sagde Tosi til Science News for Students. Vægtbærende øvelser som at gå, løbe, hoppe og løfte vægte er gode til at øge knoglemassen. Motion gør faktisk så stor en forskel, at professionelle tennisspillere faktisk har stærkere knogler i den arm, de bruger til at svinge deres ketsjer.
Træning styrker sandsynligvis knoglerne på flere måder, siger Johnson. Vægtbærende motion forårsager små mængder af skader på knoglerne. Osteoblaster reagerer ved at lægge ny knogle ned for at reparere skaden. Det svarer til at brolægge huller på en ujævn vej. Denne omlægning resulterer i tættere og stærkere knogler.
Knogler, som her er vist på et røntgenbillede, fremstår hvide på grund af det calcium, de indeholder. Asja/Flickr
Samtaler mellem knogler og muskler
Men brolægning af bittesmå stykker af skader forklarer kun en del af motionens fordele for knoglerne. I løbet af de sidste par år har Johnsons hold vist, at vejen til stærkere knogler er langt mere kompleks. Forskere plejede kun at se på knogler for at finde svarene, sagde han. Det viser sig imidlertid, at musklerne også har noget at sige om knoglernes adfærd.
Johnsons hold og forskere i andre laboratorier har opdaget signalering – en slags kemisk snak – der foregår mellem de to vævstyper. Knoglerne ser ud til at sende signaler, der påvirker den måde, hvorpå musklerne fungerer. Musklerne sender til gengæld signaler, der ændrer den måde, hvorpå knoglecellerne fungerer.
Musklerne laver molekyler, der påvirker osteocytternes handlinger – lederne – har Johnsons hold fundet frem til. (Et molekyle er en gruppe af atomer, der holdes sammen af kemiske bindinger. Molekyler udgør alt, lige fra celler i kroppen og byggestenene i plastik til gasserne i Jordens atmosfære.)
Johnson formoder, at musklerne danner mange molekyler, der påvirker knoglerne. Han arbejder på at identificere disse og finde ud af, hvilke budskaber de sender til knoglerne. Hvis det lykkes ham, vil det måske en dag være muligt at identificere lægemidler eller andre behandlinger, der skruer op for disse budskaber. Det kunne f.eks. give lægerne en mulighed for at få osteoblasterne til at danne mere ny knogle. Det kunne styrke hele skelettet.
Sådanne behandlinger kunne hjælpe med at styrke svage og skrøbelige knogler. Denne tilstand, der kaldes osteoporose, rammer mange ældre mennesker og kan føre til knogler, der let knækker.
Men denne forskning kan også hjælpe yngre mennesker, der lider af sygdomme, der svækker eller beskadiger knoglerne. Et eksempel er skørknoglesygdom. Som navnet antyder, har mennesker, der er født med denne sygdom, skrøbelige knogler, der let knækker. Lige nu findes der ingen kur.
Osteoporose er en tilstand, der forårsager en foroverbøjet kropsholdning, tab af højde og tynde, svage knogler, der let knækker. Pilene angiver knoglevækst (til venstre) kontra knogleskrumpning (til højre). Wikimedia Commons
Opbygning af knogler uden for kroppen
Muligheden for at instruere kroppen til at styrke sine knogler kunne hjælpe mennesker med en række skeletlidelser. Men nogle gange ville det være endnu bedre at opbygge nye knogler fra bunden. Forskere på Columbia University i New York arbejder på at gøre netop dette.
En af motiverne er at hjælpe mennesker med Treacher Collins syndrom. Denne sygdom får knoglerne i ansigtet til at vokse unormalt. Personer, der er født med syndromet, har tendens til at have små eller manglende kindben. Det giver deres ansigter et hængende udseende.
Læger kan erstatte disse misdannede knogler eller tilføje manglende knogle med kirurgi. Det kræver, at man stjæler knogle fra andre dele af kroppen. Kirurger kan f.eks. skære et stykke af hofteknoglen ud. Efter at have formet det til noget, der ligner et kindben, implanterer de det i ansigtet.
Dette er dog ikke ideelt. For det første beskadiger det hoften. Den lånte knogle kan også være vanskelig at forme til en perfekt kind eller kæbe.
Så Columbia-holdet dyrker erstatningsknogler i laboratoriet. Først skaber de et stillads, eller en ramme, af knogle fra en ko, der er blevet renset for levende celler. De skærer stilladset ud, så det er formet som en normal, sund udgave af den knogle, de ønsker at erstatte eller tilføje. Derefter fjerner de stamceller fra patientens krop.
Stamceller er specielle, fordi de kan modnes til mange forskellige celletyper, herunder knogleceller. Columbia-holdet høster stamceller fra fedt, der er udtaget fra patienten. De anbringer disse celler på stilladset og giver dem derefter de næringsstoffer, de har brug for, for at vokse til knogleceller. Efter et par uger implanterer kirurgerne knoglestilladset i patientens ansigt.
Der vil der fortsat vokse ny knogle ind i implantatet. Med tiden vil den nye knogle æde stilladset helt væk. Til sidst vil der kun være patientens knogleceller tilbage, sagde Sarindr Bhumiratana til Science News for Students. Han er biomedicinsk ingeniør og er en af de forskere på Columbia, der arbejder på knogleudviklingsprojektet.
Francis Smith blev født med Treacher Collins syndrom, en sygdom, der påvirker knogler og væv i ansigtet. Han er afbilledet til højre i 1978 i en alder af 2 år, før han blev opereret. Til venstre: Smith, som han ser ud i dag, efter mere end 20 ansigtsoperationer. Han er nu forsker og studerer kraniofacial videnskab ved University of Calgary i Canada. Francis Smith
Disse forskere har hidtil kun dyrket og implanteret knogler i grise. Snart har de dog planer om at afprøve denne teknik på mennesker.
I en ikke alt for fjern fremtid vil mennesker med ansigtsdeformiteter måske kunne få bygget nye kæbe- eller kindben fra bunden. “Fremtidens videnskab er spændende,” sagde Bhumiratana, “og det bliver sjovt.”
Johnson, Bhumiratana og deres kolleger arbejder på at få endnu flere hemmeligheder ud af knoglerne. De håber, at de snart kan lukke disse skeletter ud af skabet.
Power Words
biomedicinsk ingeniør En ekspert, der bruger videnskab og matematik til at finde løsninger på problemer inden for biologi og medicin. De kan f.eks. skabe medicinsk udstyr som kunstige knæ eller finde nye måder at producere væv til brug i kroppen.
knoglemarv Blødt, fedtstof inde i knoglerne, som producerer blodceller.
Forskere på Columbia University dyrker specialfremstillede knogler i de gråfarvede tanke i midten. En pumpe (til venstre) bader knoglecellerne med særlige væsker og næringsstoffer (rødfarvet væske, til højre) for at hjælpe dem med at vokse. Sarindr Bhumiratana
knoglemasse Skelettets vægt.
knoglemineraltæthed Et mål for mængden af calcium og andre mineraler pakket ind i et knoglesegment.
knogleskørhed En genetisk sygdom, der er til stede fra fødslen, og som forårsager svage, skrøbelige knogler; tidligt høretab og lille højde. Man mener, at den rammer 25.000 til 50.000 amerikanere. Symptomerne kan variere fra milde til potentielt dødelige.
calcium Et kemisk grundstof, som de fleste organismer har brug for for at vokse.
molekyle En elektrisk neutral gruppe af atomer, der repræsenterer den mindste mulige mængde af en kemisk forbindelse. Molekyler kan bestå af enkelte typer af atomer eller af forskellige typer af atomer. For eksempel består ilten i luften af to oxygenatomer (O2), men vand består af to hydrogenatomer og et oxygenatom (H2O).
osteoblast Celler, der syntetiserer nyt knoglevæv.
osteoclast Celler, der nedbryder og fjerner gammelt knoglevæv.
osteocyt Den mest almindelige type knoglecelle. Den styrer osteoblaster og osteoklaster.
osteoporose En tilstand, der forårsager svage, skrøbelige knogler, som let knækker.
stamcelle En “blanko”-celle, der kan give anledning til andre celletyper i kroppen. Stamceller spiller en vigtig rolle i regenerering og reparation af væv.
væv En af de forskellige typer materiale, der består af celler, og som udgør dyr, planter eller svampe.
Treacher Collins syndrom En genetisk sygdom, der påvirker udviklingen af knogler og andre væv i ansigtet. Syndromet rammer anslået en ud af 50.000 mennesker og forårsager ansigtsdeformiteter og undertiden høretab og ganespalte.
vitamin D Kaldes solskinsvitaminet, og huden danner dette kemikalie ved udsættelse for visse ultraviolette bølgelængder i sollyset. Den form, der dannes i huden, er ikke aktiv, men snarere en forstadieform, der kan lagres i kropsfedt, indtil den er nødvendig, indtil den er nødvendig. Den aktive form af dette vitamin er et hormon, der hjælper knoglerne med at optage calcium. Den aktive form spiller også en rolle i bekæmpelsen af mange typer kroniske sygdomme, lige fra muskelsvind og diabetes til visse typer kræft og tandkødssygdomme. Folk, der ikke opholder sig meget udendørs, eller som bruger solcreme, når de gør det, danner måske ikke de ideelle mængder D-vitamin. Derfor beriger producenterne nogle almindeligt indtagede fødevarer, især mælk og noget appelsinjuice, med D-vitamin.
Word find (klik her for at forstørre til udskrivning)
