Sem ossos, o teu corpo seria um saco escorregadio de órgãos. Mas os modelos rígidos de um esqueleto que você já viu na aula de ciências (ou como decorações de Halloween) contam apenas metade da história. Isso porque “o esqueleto faz mais do que apenas segurar você”, explica Laura Tosi Bones é feito de células vivas e respiratórias. E eles desempenham todos os tipos de papéis importantes, diz Tosi, que dirige o Programa de Saúde Óssea no Children’s National Medical Center em Washington, D.C.
Os pequenos ossos do ouvido conduzem sons que nos ajudam a ouvir. A medula óssea – uma substância suave e gelatinosa que preenche o interior oco dos ossos longos do corpo – produz células sanguíneas, tanto vermelhas como brancas. Os glóbulos brancos combatem infecções, enquanto os glóbulos vermelhos fornecem oxigénio em todo o corpo.
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E isso é só para começar. Os pesquisadores têm descoberto que os ossos “conversam” com outras partes do corpo de formas surpreendentes. À medida que os cientistas descobrem os segredos do esqueleto, eles estão encontrando pistas que podem ajudá-los a curar doenças e até mesmo crescer ossos substitutos.
Células chamadas osteoblastos (bolhas cinzentas formando uma oval) criam novo tecido ósseo. Robert M. Hunt/Wikimedia Commons
A equipe do esqueleto
A estrutura que dá forma ao seu corpo está surpreendentemente ocupada. “O osso é um órgão muito dinâmico”, observa Mark Johnson. Ele é bioquímico na Universidade do Missouri-Kansas City.
O esqueleto do corpo muda constantemente. Num processo chamado remodelação, o osso velho quebra-se para que o osso novo possa tomar o seu lugar. Durante a infância, esse processo permite que os ossos cresçam e mudem de forma. Nos adultos, a remodelação ajuda a reparar danos e evita que os ossos se tornem quebradiços.
Células chamadas osteoclastos quebram os ossos velhos através de um processo chamado reabsorção. Outras células chamadas osteoblastos encarregam-se de fazer um osso novo. Mas a maioria das células ósseas pertencem a um terceiro tipo. Chamados osteócitos, eles dizem aos osteoblastos e aos osteoclastos o que fazer. “Se você pensa em remodelar como uma sinfonia, o osteócito é o condutor”, explica Johnson.
Na infância e no início da vida adulta, o corpo faz mais osso novo do que o que tira. Isto significa que a massa – ou quantidade de osso – aumenta. Obviamente, é difícil medir a massa óssea com o resto dos tecidos do corpo no caminho. Assim, os médicos estimam a força óssea medindo a densidade do mineral duro embalado em um segmento de osso. Quanto maior a densidade óssea, mais forte o esqueleto.
Células chamadas osteócitos, uma aqui mostrada, agem como condutores numa sinfonia, instruindo as outras células ósseas o que fazer. Wikimedia Commons
Para construir mais osso, as células precisam de certos blocos de construção. Um especialmente crucial: o cálcio. Os ossos fortes dependem deste mineral, encontrado em produtos lácteos e em muitos vegetais. Os ossos também servem como armazém de cálcio do corpo, que é usado em muitos lugares. Por exemplo, o cálcio impulsiona a reação química que permite que o coração bata. Quando a dieta não fornece cálcio suficiente, o corpo rouba o mineral do esqueleto. Isso pode enfraquecer os ossos.
Também é difícil ter ossos saudáveis sem vitamina D suficiente. Mas muitas pessoas têm muito pouca vitamina D. Como resultado, seus ossos podem se tornar finos e mal formados.
Quando se trata de construir ossos, no entanto, “o exercício é a coisa mais importante”, disse Tosi ao Science News for Students. Exercícios que suportam peso, como caminhar, correr, saltar e levantar pesos, são ótimos para aumentar a massa óssea. O exercício faz tanta diferença, na verdade, que os tenistas profissionais têm ossos mais fortes no braço que usam para balançar a raquete.
Exercício provavelmente fortalece os ossos de várias maneiras, diz Johnson. O exercício de carregar peso causa pequenas quantidades de danos nos ossos. Os osteoblastos respondem colocando osso novo para reparar os danos. É como pavimentar sobre buracos em uma estrada acidentada. Essa repavimentação resulta em ossos mais densos e fortes.
Osso, mostrado aqui num raio-X, aparecem brancos por causa do cálcio que contêm. Asja/Flickr
Conversations between bone and muscle
But paving over tiny bits of damage explains only part of the exercise’s benefit to bone. Nos últimos anos, a equipa da Johnson tem mostrado que o caminho para ossos mais fortes é muito mais complexo. Os cientistas costumavam olhar apenas para os ossos para as respostas, dizia ele. No entanto, ao que parece, os músculos também têm algo a dizer sobre o comportamento ósseo.
A equipe de Johnson, assim como os cientistas de outros laboratórios, descobriram a sinalização – um tipo de tagarelice química – que ocorre entre os dois tipos de tecido. Os ossos parecem enviar sinais que afectam a forma como os músculos trabalham. Os músculos, por sua vez, enviam sinais que alteram a forma como as células ósseas trabalham.
Músculos fazem moléculas que influenciam as ações dos osteócitos – os condutores – a equipe da Johnson descobriu. (Uma molécula é um grupo de átomos mantidos juntos por ligações químicas. As moléculas compõem tudo, desde células do corpo e blocos de construção de plásticos até aos gases da atmosfera terrestre.)
Johnson suspeita que os músculos formam muitas moléculas que influenciam os ossos. Ele está a trabalhar para identificar estas e que mensagens eles enviam aos ossos. Se ele conseguir, um dia poderá ser possível identificar drogas ou outros tratamentos que aumentem o volume dessas mensagens. Isso pode fornecer aos médicos uma maneira de direcionar esses osteoblastos para fazer mais osso novo, por exemplo. Isso pode fortalecer todo o esqueleto.
Seseses tais tratamentos podem ajudar a fortalecer ossos fracos e quebradiços. Chamada osteoporose, esta condição afeta muitas pessoas mais velhas e pode levar a ossos que se quebram facilmente.
Mas esta pesquisa também pode ajudar pessoas mais jovens que têm doenças que enfraquecem ou danificam os ossos. Um exemplo é a doença dos ossos frágeis. Como o nome indica, as pessoas nascidas com esta doença têm ossos delicados que se partem facilmente. Neste momento, não existe cura.
Osteoporose é uma condição que causa postura inclinada, perda de altura e ossos finos e fracos que se partem facilmente. As setas indicam crescimento ósseo (esquerda) versus encolhimento ósseo (direita). Wikimedia Commons
Construção óssea fora do corpo
A capacidade de instruir o corpo a fortalecer os ossos pode ajudar as pessoas com uma série de distúrbios esqueléticos. Mas às vezes construir novos ossos a partir do zero seria ainda melhor. Os cientistas da Universidade de Columbia em Nova York estão trabalhando para fazer exatamente isso.
Uma motivação é ajudar pessoas com Síndrome de Treacher Collins. Esta doença faz com que os ossos do rosto cresçam anormalmente. As pessoas nascidas com a síndrome tendem a ter maçãs do rosto pequenas ou ausentes. Isto dá ao rosto um ar de baba.
Doctors podem substituir estes ossos em má forma ou adicionar osso em falta com cirurgia. Requer o roubo de osso de outras partes do corpo. Os cirurgiões podem cortar, por exemplo, um pedaço de osso da anca. Depois de moldá-lo em algo que se assemelha a um osso da face, eles o implantarão no rosto.
Isso não é o ideal, no entanto. Por um lado, danifica o quadril. O osso emprestado também pode ser difícil de moldar em uma face ou mandíbula perfeita.
Então a equipe da Columbia está crescendo o osso substituto no laboratório. Primeiro, eles criam um andaime, ou armação, a partir do osso de vaca que foi removido das suas células vivas. Eles esculpem o andaime para que ele tenha a forma de uma versão normal e saudável do osso que eles querem substituir ou adicionar. Depois retiram as células estaminais do corpo do paciente.
As células estaminais são especiais, pois podem amadurecer em muitos tipos diferentes de células, incluindo o osso. A equipa da Columbia recolhe as células estaminais da gordura extraída do paciente. Eles aplicam estas células no andaime e depois alimentam-nas com os nutrientes de que necessitam para se transformarem em células ósseas. Após algumas semanas, os cirurgiões implantam o andaime ósseo no rosto do paciente.
Há um novo osso que continuará a crescer no implante. Com o tempo, o novo osso irá devorar completamente o andaime. Eventualmente, apenas as células ósseas do paciente permanecerão, Sarindr Bhumiratana disse ao Science News for Students. Engenheiro biomédico, ele é um dos pesquisadores da Columbia trabalhando no projeto de desenvolvimento ósseo.
Francis Smith nasceu com a Síndrome de Treacher Collins, uma doença que afeta os ossos e tecidos da face. Ele é fotografado à direita em 1978, aos 2 anos de idade, antes de fazer qualquer cirurgia. À esquerda: Smith tal como aparece hoje, após mais de 20 cirurgias faciais. Ele agora é um cientista que estuda ciências craniofaciais na Universidade de Calgary, no Canadá. Francis Smith
Até agora, esses pesquisadores têm crescido e implantado ossos apenas em porcos. Em breve, no entanto, eles planejam testar esta técnica em pessoas.
Num futuro não muito distante, pessoas com deformidades faciais podem ser capazes de obter novos maxilares ou maçãs do rosto construídas a partir do zero. “A ciência do futuro é excitante”, disse Bhumiratana, “e vai ser divertido”
Johnson, Bhumiratana e os seus colegas estão a trabalhar para bisbilhotar ainda mais segredos dos ossos. Eles esperam poder deixar esses esqueletos fora do armário em breve.
Power Words
engenheiro biomédico Um especialista que usa ciência e matemática para encontrar soluções para problemas em biologia e medicina. Por exemplo, eles podem criar dispositivos médicos como joelhos artificiais ou encontrar novas formas de produzir tecidos para uso no corpo.
medula óssea Thesoft, substância gorda dentro dos ossos que produz células sanguíneas.
Pesquisadores da Universidade de Columbia cultivam ossos personalizados nos tanques de cor cinza no centro. Uma bomba (esquerda) banha as células ósseas com fluidos e nutrientes especiais (líquido de cor vermelha, direita) para ajudá-las a crescer. Sarindr Bhumiratana
massa óssea O peso do esqueleto.
densidade mineral óssea Uma medida da quantidade de cálcio e outros minerais contidos num segmento de osso.
doença óssea ligeira Uma desordem genética presente desde o nascimento que causa ossos fracos e frágeis; perda auditiva precoce e altura curta. Pensa-se que afecte 25.000 a 50.000 americanos. Os sintomas podem variar de leves a potencialmente mortais.
cálcio Um elemento químico necessário à maioria dos organismos para crescer.
molécula Um grupo de átomos eletricamente neutro que representa a menor quantidade possível de um composto químico. As moléculas podem ser feitas de um único tipo de átomos ou de diferentes tipos. Por exemplo, o oxigénio no ar é feito de dois átomos de oxigénio (O2), mas a água é feita de dois átomos de hidrogénio e um de oxigénio (H2O).
osteoblas células que sintetizam tecido ósseo novo.
osteoclas células que se decompõem e removem tecido ósseo antigo.
osteócitos O tipo mais comum de célula óssea. Dirige as acções dos osteoblastos e osteoclastos.
osteoporose Uma condição que causa ossos fracos e quebradiços que se fracturam facilmente.
célula tronco Uma célula “em branco” que pode dar origem a outros tipos de células no corpo. As células estaminais desempenham um papel importante na regeneração e reparação dos tecidos.
tecido Qualquer dos tipos distintos de material, composto por células, que compõem animais, plantas ou fungos.
Síndrome de Colinas de Alcance Uma doença genética que afecta o desenvolvimento dos ossos e outros tecidos da face. A síndrome afeta uma em cada 50.000 pessoas, causando deformidades faciais e, às vezes, perda auditiva e fissura palatina.
vitamina D Chamada de vitamina D do sol, a pele faz este químico quando exposta a certos comprimentos de onda ultravioleta da luz solar. A forma feita na pele não é activa, mas sim uma forma precursora que pode ser armazenada até ser necessária na gordura corporal. A forma activa desta vitamina é uma hormona que ajuda o osso a absorver o cálcio. A forma activa também desempenha um papel no combate a muitos tipos de doenças crónicas, desde o desperdício muscular e diabetes a certos tipos de cancro e doenças gengivais. As pessoas que não passam muito tempo ao ar livre ou que usam protector solar quando não produzem quantidades ideais de vitamina D. Poucos alimentos também são naturalmente ricos nesta vitamina. Assim, os fabricantes fortificam alguns alimentos comumente consumidos, especialmente leite e suco de laranja, com vitamina D.
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