Csontok nélkül a tested egy csúszós szervzsák lenne. De a csontváz merev modelljei, amelyeket a természettudományos órákon (vagy halloweeni dekorációként) láttál, csak a történet felét mondják el. Ez azért van így, mert “a csontváz többre képes annál, hogy csak megtartson téged” – magyarázza Laura Tosi A csontok élő, lélegző sejtekből állnak. És mindenféle fontos szerepet játszanak, mondja Tosi, aki a washingtoni Children’s National Medical Center csontegészségügyi programját vezeti
Az apró fülcsontok vezetik a hangokat, amelyek segítenek hallani. A csontvelő – egy puha, kocsonyás anyag, amely a test hosszú csontjainak üreges belsejét tölti ki – termeli a vörös és fehér vérsejteket. A fehérvérsejtek harcolnak a fertőzések ellen, míg a vörösvérsejtek oxigént szállítanak az egész szervezetbe.
Heti frissítések, amelyek segítenek felhasználni a Science News for Students-t a tanulási környezetben
És ez csak a kezdet. A kutatók azt találták, hogy a csontok meglepő módon “csevegnek” más testrészekkel. Ahogy a tudósok feltárják a csontváz titkait, olyan nyomokra bukkannak, amelyek segíthetnek a betegségek gyógyításában és akár csontpótló csontok növesztésében is.
Az oszteoblasztoknak nevezett sejtek (ovális alakú szürke pacák) új csontszövetet hoznak létre. Robert M. Hunt/Wikimedia Commons
A csontváz legénysége
A testünk formáját adó váz meglepően elfoglalt. “A csont egy nagyon dinamikus szerv” – jegyzi meg Mark Johnson. Ő a Missouri-Kansas City-i Egyetem biokémikusa.
A test csontváza folyamatosan változik. A remodellingnek nevezett folyamat során a régi csont lebomlik, hogy új csont kerülhessen a helyére. Gyermekkorban ez a folyamat lehetővé teszi a csontok növekedését és alakváltoztatását. Felnőtteknél az átalakulás segít helyreállítani a sérüléseket, és megakadályozza, hogy a csontok törékennyé váljanak.
A csontreszorpciónak nevezett folyamat során az oszteoklasztoknak nevezett sejtek lebontják a régi csontot. Más, oszteoblasztoknak nevezett sejtek veszik át az új csont felépítését. A legtöbb csontsejt azonban egy harmadik típusba tartozik. Az úgynevezett oszteociták mondják meg az oszteoblasztoknak és az oszteoklasztoknak, hogy mit kell tenniük. “Ha az újjáépítésre úgy gondolunk, mint egy szimfóniára, az oszteocita a karmester” – magyarázza Johnson.
A gyermekkorban és a korai felnőttkorban a szervezet több új csontot termel, mint amennyit elveszít. Ez azt jelenti, hogy a csont tömege – vagyis a csont mennyisége – növekszik. Nyilvánvalóan nehéz mérni a csonttömeget, mivel a test többi szövete útban van. Ezért az orvosok a csontszilárdságot a csontszegmensbe tömörített kemény ásványi anyag sűrűségének mérésével becsülik meg. Minél nagyobb a csontsűrűség, annál erősebb a csontváz.
A csontocitáknak nevezett sejtek – itt az egyik látható – úgy viselkednek, mint a karmesterek egy szimfóniában, utasítják a többi csontsejtet, hogy mit tegyenek. Wikimedia Commons
A több csont felépítéséhez a sejteknek bizonyos építőelemekre van szükségük. Az egyik különösen fontos: a kalcium. Az erős csontok ettől az ásványi anyagtól függenek, amely a tejtermékekben és sok zöldségben megtalálható. A csontok a szervezet kalciumraktáraként is szolgálnak, amelyet rengeteg helyen felhasználnak. A kalcium hajtja például azt a kémiai reakciót, amely lehetővé teszi a szívverést. Ha az étrend nem szállít elegendő kalciumot, a szervezet ellopja az ásványi anyagot a csontvázból. Ez gyengítheti a csontokat.
Elégséges D-vitamin nélkül szintén nehéz egészséges csontokkal rendelkezni. Ez segít a szervezetnek a kalcium felszívódásában. De sok embernek túl kevés D-vitaminja van. Ennek következtében csontjaik vékonyak és rosszul formáltak lehetnek.
Amikor azonban a csontok építéséről van szó, “a mozgás a legfontosabb dolog” – mondta Tosi a Science News for Studentsnek. Az olyan súlyzós gyakorlatok, mint a séta, a futás, az ugrálás és a súlyok emelése nagyszerűek a csonttömeg növelésére. A testmozgás olyannyira sokat számít, hogy a profi teniszezőknek valójában erősebbek a csontjai abban a karban, amellyel az ütőjüket lendítik.
Az edzés valószínűleg többféleképpen erősíti a csontokat, mondja Johnson. A súlyzós edzés apró sérüléseket okoz a csontokban. Az oszteoblasztok válaszul új csontot raknak le, hogy kijavítsák a károsodást. Olyan ez, mintha egy göröngyös úton a kátyúkat kiköveznénk. Ez az újraaszfaltozás sűrűbb, erősebb csontokat eredményez.
A csontok, amelyek itt egy röntgenfelvételen láthatóak, a bennük lévő kalcium miatt fehérnek tűnnek. Asja/Flickr
Beszélgetések a csont és az izom között
Az apró sérülések kikövezése azonban csak egy részét magyarázza a testmozgás csontokra gyakorolt jótékony hatásának. Az elmúlt néhány évben Johnson csapata kimutatta, hogy az erősebb csontokhoz vezető út sokkal összetettebb. A tudósok korábban csak a csontokat nézték a válaszokért, mondta. Mint azonban kiderült, az izmoknak is van mondanivalójuk a csontok viselkedéséről.
Johnson csapata, valamint más laboratóriumok tudósai felfedezték a jelátvitelt – egyfajta kémiai csevegést -, amely a kétféle szövet között zajlik. Úgy tűnik, hogy a csontok olyan jeleket küldenek, amelyek befolyásolják az izmok működését. Az izmok viszont olyan jeleket küldenek, amelyek megváltoztatják a csontsejtek működését.
Az izmok olyan molekulákat termelnek, amelyek befolyásolják az oszteociták – a vezetők – működését – állapította meg Johnson csapata. (A molekula kémiai kötésekkel összetartott atomok csoportja. A molekulák mindent alkotnak, a test sejtjeitől kezdve a műanyagok építőkövein át a földi légkör gázaiig.)
Johnson gyanítja, hogy az izmok sok olyan molekulát állítanak elő, amelyek befolyásolják a csontokat. Azon dolgozik, hogy azonosítsa ezeket, és hogy milyen üzeneteket küldenek a csontoknak. Ha sikerrel jár, egy nap talán lehetséges lesz olyan gyógyszerek vagy más kezelések azonosítása, amelyek felerősítik ezen üzenetek hangerejét. Ez lehetőséget adhat az orvosoknak arra, hogy például az oszteoblasztokat több új csont létrehozására irányítsák. Ez megerősíthetné az egész csontvázat.
Az ilyen kezelések segíthetnek a gyenge és törékeny csontok megerősítésében. Ez a csontritkulásnak nevezett állapot sok idős embert érint, és könnyen törő csontokhoz vezethet.
De ez a kutatás a fiatalabbaknak is segíthet, akiknek olyan betegségeik vannak, amelyek gyengítik vagy károsítják a csontokat. Ilyen például a törékeny csontok betegsége. Ahogy a neve is mutatja, az ezzel a betegséggel született embereknek törékenyek a csontjaik, amelyek könnyen eltörnek. Jelenleg nincs rá gyógymód.
Az oszteoporózis olyan állapot, amely görnyedt testtartást, magasságvesztést és vékony, gyenge, könnyen törő csontokat okoz. A nyilak a csontnövekedést (balra) és a csontzsugorodást (jobbra) jelzik. Wikimedia Commons
A csontok építése a testen kívül
Az a képesség, hogy a szervezetet utasíthatjuk a csontok erősítésére, számos csontrendszeri rendellenességben szenvedő emberen segíthetne. De néha még jobb lenne új csontokat építeni a semmiből. A New York-i Columbia Egyetem tudósai éppen ezen dolgoznak.
Az egyik motiváció a Treacher Collins-szindrómában szenvedők segítése. Ez a betegség az arc csontjainak rendellenes növekedését okozza. A szindrómával született embereknek általában apró vagy hiányzó arccsontjaik vannak. Ez az arcuknak lógó kinézetet kölcsönöz.
Az orvosok műtéttel pótolhatják ezeket az eldeformálódott csontokat vagy hozzáadhatják a hiányzó csontokat. Ehhez csontot kell rabolni a test más részeiből. A sebészek például kivághatnak egy darab csípőcsontot. Miután olyanná alakították, ami hasonlít az arccsontra, beültetik az arcba.
Ez azonban nem ideális. Egyrészt károsítja a csípőcsontot. A kölcsönvett csontot emellett nehéz lehet tökéletes arccsontot vagy állkapcsot formázni.
A Columbia csapata ezért a laboratóriumban növeszti a csontpótlást. Először egy állványzatot, vagy vázat hoznak létre az élő sejtjeitől megfosztott tehéncsontból. Az állványzatot úgy faragják ki, hogy az olyan alakú legyen, mint annak a csontnak a normális, egészséges változata, amelyet pótolni vagy hozzáadni akarnak. Ezután őssejteket vesznek ki a páciens testéből.
Az őssejtek különlegessége, hogy sokféle sejttípussá tudnak érni, beleértve a csontot is. A Columbia csapata a páciensből kinyert zsírból nyer őssejteket. Ezeket a sejteket az állványzatra viszik fel, majd táplálják őket a csontsejtekké való növekedésükhöz szükséges tápanyagokkal. Néhány hét múlva a sebészek beültetik a csontos állványzatot a páciens arcába.
Ahol az új csont tovább növekszik az implantátumba. Idővel az új csont teljesen felemészti az állványzatot. Végül csak a páciens csontsejtjei maradnak meg, mondta Sarindr Bhumiratana a Science News for Studentsnek. Az orvosbiológiai mérnök a Columbia egyik kutatója, aki a csontfejlesztési projekten dolgozik.
Francis Smith Treacher Collins-szindrómával született, egy olyan betegséggel, amely az arc csontjait és szöveteit érinti. A jobb oldali képen 1978-ban, 2 éves korában látható, még a műtétek előtt. Balra: Smith mai formájában, több mint 20 arcműtét után. Jelenleg a kanadai Calgary Egyetem koponya- és arctudományokkal foglalkozó tudósa. Francis Smith
Ezidáig ezek a kutatók csak sertésekben növesztettek és ültettek be csontokat. Hamarosan azonban azt tervezik, hogy ezt a technikát embereken is kipróbálják.
A nem túl távoli jövőben az arcdeformitással küzdő emberek talán a semmiből építhetnek új állkapocscsontokat vagy arccsontokat. “A jövő tudománya izgalmas” – mondta Bhumiratana – “és szórakoztató lesz.”
Johnson, Bhumiratana és kollégáik azon dolgoznak, hogy még több titkot kiszedjenek a csontokból. Remélik, hogy hamarosan ki tudják engedni ezeket a csontvázakat a szekrényből.
Power Words
biomedikai mérnök Olyan szakember, aki a tudomány és a matematika segítségével megoldásokat talál a biológia és az orvostudomány problémáira. Például olyan orvosi eszközöket hozhat létre, mint a mesterséges térd, vagy új módszereket találhat a szervezetben felhasználható szövetek előállítására.
csontvelő A csontok belsejében lévő puha, zsíros anyag, amelyből vérsejtek termelődnek.
A Columbia Egyetem kutatói egyedi csontokat növesztenek a középen látható szürke színű tartályokban. Egy pumpa (balra) speciális folyadékkal és tápanyagokkal (piros színű folyadék, jobbra) fürdeti a csontsejteket, hogy segítse növekedésüket. Sarindr Bhumiratana
csonttömeg A csontváz tömege.
csont ásványi sűrűsége Egy csontszegmensbe csomagolt kalcium és más ásványi anyagok mennyiségének mérése.
hajlékony csontbetegség Születéstől jelenlévő genetikai rendellenesség, amely gyenge, törékeny csontokat; korai halláscsökkenést és alacsony magasságot okoz. Vélhetően 25 000-50 000 amerikait érint. A tünetek az enyhétől a potenciálisan halálosig terjedhetnek.
kalcium A legtöbb szervezet számára a növekedéshez szükséges kémiai elem.
molekula Elektromosan semleges atomcsoport, amely egy kémiai vegyület lehető legkisebb mennyiségét képviseli. A molekulák egyféle típusú atomokból vagy különböző típusú atomokból állhatnak. Például a levegőben lévő oxigén két oxigénatomból (O2), a víz viszont két hidrogénatomból és egy oxigénatomból (H2O) áll.
osteoblaszt Az új csontszövetet szintetizáló sejtek.
osteoklaszt A régi csontszövetet lebontó és eltávolító sejtek.
osteocita A csontsejtek leggyakoribb típusa. Irányítja az oszteoblasztok és az oszteoklasztok tevékenységét.
osteoporózis Olyan állapot, amely gyenge, törékeny csontokat okoz, amelyek könnyen törnek.
törzssejt “üres lap” sejt, amelyből más típusú sejtek keletkezhetnek a szervezetben. Az őssejtek fontos szerepet játszanak a szövetek regenerációjában és javításában.
szövet Az állatok, növények vagy gombák szöveteit alkotó, sejtekből álló, elkülönülő anyagtípusok bármelyike.
Treacher Collins-szindróma Az arc csontjainak és egyéb szöveteinek fejlődését befolyásoló genetikai betegség. A szindróma a becslések szerint minden 50 000 emberből egyet érint, és arcdeformitást, valamint néha halláscsökkenést és szájpadhasadékot okoz.
D-vitamin A napfény-vitaminnak nevezett vegyi anyagot a bőr állítja elő, ha a napfény bizonyos ultraibolya hullámhosszúságú sugarainak kitéve van. A bőrben előállított forma nem aktív, hanem egy prekurzor forma, amely szükség esetén a testzsírban tárolható. Ennek a vitaminnak az aktív formája egy hormon, amely segíti a csontok kalciumfelvételét. Az aktív forma a krónikus betegségek számos típusa ellen is szerepet játszik, az izomsorvadástól és a cukorbetegségtől kezdve a rák bizonyos típusain át a fogínybetegségekig. Azok az emberek, akik nem töltenek sok időt a szabadban, vagy akik naptejet viselnek, amikor ezt teszik, nem biztos, hogy ideális mennyiségű D-vitaminhoz jutnak. Kevés olyan élelmiszer van, amely természetes módon is gazdag ebben a vitaminban. Ezért a gyártók néhány gyakran fogyasztott élelmiszert, különösen a tejet és néhány narancslevet D-vitaminnal dúsítanak.
Szótalálat (a nyomtatáshoz kattintson ide a nagyításhoz)
