Fără oase, corpul tău ar fi un sac alunecos de organe. Dar modelele rigide ale unui schelet pe care le-ați văzut la ora de științe (sau ca decorațiuni de Halloween) spun doar jumătate din poveste. Asta pentru că „scheletul face mai mult decât să te țină în picioare”, explică Laura Tosi Oasele sunt alcătuite din celule vii, care respiră. Și joacă tot felul de roluri importante, spune Tosi, care conduce Programul de sănătate osoasă de la Children’s National Medical Center din Washington, D.C.
Oasele mici ale urechii conduc sunetele care ne ajută să auzim. Măduva osoasă – o substanță moale, gelatinoasă, care umple interiorul gol al oaselor lungi ale corpului – produce celule sanguine, atât roșii, cât și albe. Celulele albe luptă împotriva infecțiilor, în timp ce celulele roșii transportă oxigenul în tot corpul.
Educatori și părinți, înscrieți-vă pentru The Cheat Sheet
Actualizări săptămânale pentru a vă ajuta să folosiți Science News for Students în mediul de învățare
Și asta doar pentru început. Cercetătorii au descoperit că oasele „discută” cu alte părți ale corpului în moduri surprinzătoare. Pe măsură ce oamenii de știință descoperă secretele scheletului, ei găsesc indicii care i-ar putea ajuta să vindece boli și chiar să crească oase de înlocuire.
Celulele numite osteoblaste (pete gri care formează un oval) creează țesut osos nou. Robert M. Hunt/Wikimedia Commons
Echipa scheletului
Cadrul care dă formă corpului dumneavoastră este surprinzător de ocupat. „Osul este un organ foarte dinamic”, notează Mark Johnson. El este biochimist la Universitatea din Missouri-Kansas City.
Scheletul corpului se schimbă constant. Într-un proces numit remodelare, osul vechi se descompune, astfel încât osul nou să îi poată lua locul. În timpul copilăriei, acest proces permite oaselor să crească și să-și schimbe forma. La adulți, remodelarea ajută la repararea leziunilor și previne ca oasele să devină fragile.
Celulele numite osteoclaste descompun osul vechi printr-un proces numit resorbție. Alte celule numite osteoblaste se ocupă de producerea de os nou. Dar majoritatea celulelor osoase aparțin unui al treilea tip. Numite osteocite, acestea le spun osteoblastelor și osteoclastelor ce trebuie să facă. „Dacă vă gândiți la remodelare ca la o simfonie, osteocitul este dirijorul”, explică Johnson.
În timpul copilăriei și la începutul vârstei adulte, organismul produce mai mult os nou decât îndepărtează. Acest lucru înseamnă că masa – sau cantitatea de os – crește. Evident, este greu de măsurat masa osoasă cu restul țesuturilor corpului în cale. Așadar, medicii estimează rezistența osoasă prin măsurarea densității de minerale dure împachetate într-un segment de os. Cu cât densitatea osoasă este mai mare, cu atât scheletul este mai puternic.
Celulele numite osteocite, una dintre ele prezentată aici, acționează ca niște dirijori într-o simfonie, instruindu-le pe celelalte celule osoase ce trebuie să facă. Wikimedia Commons
Pentru a construi mai mult os, celulele au nevoie de anumite blocuri de construcție. Unul deosebit de crucial: calciul. Oasele puternice depind de acest mineral, care se găsește în produsele lactate și în multe legume. Oasele servesc, de asemenea, ca depozit de calciu al organismului, care este folosit în o mulțime de locuri. De exemplu, calciul conduce reacția chimică care permite inimii să bată. Atunci când dieta nu oferă suficient calciu, organismul va fura mineralul din schelet. Acest lucru poate slăbi oasele.
Este, de asemenea, greu să ai oase sănătoase fără suficientă vitamina D. Aceasta ajută organismul să absoarbă calciul. Dar mulți oameni au prea puțină vitamina D. Ca urmare, oasele lor pot deveni subțiri și deformate.
Când vine vorba de construirea oaselor, totuși, „exercițiul fizic este cel mai important lucru”, a declarat Tosi pentru Science News for Students. Exercițiile de susținere a greutății, cum ar fi mersul pe jos, alergatul, săriturile și ridicarea de greutăți sunt excelente pentru creșterea masei osoase. Exercițiile fizice fac o astfel de diferență, de fapt, încât jucătorii profesioniști de tenis au de fapt oase mai puternice în brațul pe care îl folosesc pentru a-și învârti racheta.
Exercițiul probabil că întărește oasele în mai multe moduri, spune Johnson. Exercițiul de susținere a greutății cauzează cantități mici de deteriorare a oaselor. Osteoblastele răspund prin depunerea de os nou pentru a repara daunele. Este ca și cum ai pava peste gropile de pe un drum accidentat. Această reparație are ca rezultat oase mai dense și mai puternice.
Oasele, prezentate aici într-o radiografie, apar albe din cauza calciului pe care îl conțin. Asja/Flickr
Conversații între oase și mușchi
Dar pavarea unor mici porțiuni de deteriorare explică doar o parte din beneficiile exercițiilor fizice pentru oase. În ultimii câțiva ani, echipa lui Johnson a arătat că drumul către oase mai puternice este mult mai complex. Oamenii de știință obișnuiau să se uite doar la oase pentru a afla răspunsurile, a spus el. După cum se pare, însă, mușchii au, de asemenea, ceva de spus despre comportamentul oaselor.
Echipa lui Johnson, precum și oamenii de știință din alte laboratoare, au descoperit semnalizarea – un tip de pălăvrăgeală chimică – care are loc între cele două tipuri de țesut. Oasele par să trimită semnale care afectează modul în care funcționează mușchii. Mușchii, la rândul lor, trimit semnale care modifică modul în care funcționează celulele osoase.
Mușchii produc molecule care influențează acțiunile osteocitelor – conductorii – a descoperit echipa lui Johnson. (O moleculă este un grup de atomi ținuți împreună prin legături chimice. Moleculele alcătuiesc totul, de la celulele din organism și elementele constitutive ale materialelor plastice până la gazele din atmosfera Pământului.)
Johnson bănuiește că mușchii produc multe molecule care influențează oasele. El lucrează pentru a le identifica pe acestea și ce mesaje trimit către oase. Dacă va reuși, într-o zi ar putea fi posibilă identificarea medicamentelor sau a altor tratamente care să mărească volumul acestor mesaje. Acest lucru ar putea oferi medicilor o modalitate de a direcționa osteoblastele pentru a produce mai mult os nou, de exemplu. Acest lucru ar putea întări întregul schelet.
Aceste tratamente ar putea ajuta la întărirea oaselor slabe și fragile. Numită osteoporoză, această afecțiune afectează multe persoane în vârstă și poate duce la oase care se rup ușor.
Dar această cercetare ar putea ajuta și persoanele mai tinere care au boli care slăbesc sau deteriorează oasele. Un exemplu este boala oaselor fragile. După cum sugerează și numele, persoanele care se nasc cu această afecțiune au oase delicate care se rup ușor. În momentul de față, nu există niciun leac.
Osteoporoza este o afecțiune care provoacă o postură aplecată, pierderea înălțimii și oase subțiri și slabe care se rup ușor. Săgețile indică creșterea osoasă (stânga) versus contracția osoasă (dreapta). Wikimedia Commons
Constituirea oaselor în afara corpului
Capacitatea de a instrui organismul să își întărească oasele ar putea ajuta persoanele cu o serie de afecțiuni ale scheletului. Dar, uneori, construirea de noi oase de la zero ar fi chiar mai bine. Oamenii de știință de la Universitatea Columbia din New York lucrează pentru a face exact acest lucru.
O motivație este de a ajuta persoanele cu sindromul Treacher Collins. Această boală face ca oasele de la nivelul feței să crească în mod anormal. Persoanele care se nasc cu acest sindrom au tendința de a avea pomeții mici sau lipsă. Acest lucru dă feței lor un aspect căzut.
Medicii pot înlocui aceste oase deformate sau pot adăuga osul lipsă cu ajutorul unei intervenții chirurgicale. Aceasta necesită furtul de os din alte părți ale corpului. Chirurgii pot tăia o bucată de os din șold, de exemplu. După ce îl modelează în ceva care seamănă cu un pomete, îl vor implanta în față.
Acest lucru nu este ideal, totuși. În primul rând, deteriorează șoldul. De asemenea, osul împrumutat poate fi dificil de modelat într-un obraz sau maxilar perfect.
De aceea, echipa de la Columbia crește os de înlocuire în laborator. Mai întâi, ei creează o schelă, sau cadru, din os de vacă care a fost dezbrăcat de celulele sale vii. Ei sculptează scheletul astfel încât să aibă forma unei versiuni normale și sănătoase a osului pe care doresc să îl înlocuiască sau să îl adauge. Apoi prelevează celule stem din corpul pacientului.
Celulele stem sunt speciale prin faptul că se pot maturiza în multe tipuri diferite de celule, inclusiv celule osoase. Echipa de la Columbia recoltează celule stem din grăsimea extrasă de la pacient. Ei aplică aceste celule pe schelă și apoi le hrănesc cu nutrienții de care au nevoie pentru a se dezvolta în celule osoase. După câteva săptămâni, chirurgii implantează schela osoasă în fața pacientului.
Acolo, osul nou va continua să crească în implant. În timp, osul nou va roade complet scheletul. În cele din urmă, vor rămâne doar celulele osoase ale pacientului, a declarat Sarindr Bhumiratana pentru Science News for Students. Inginer biomedical, el este unul dintre cercetătorii de la Columbia care lucrează la proiectul de dezvoltare a osului.
Francis Smith s-a născut cu Sindromul Treacher Collins, o boală care afectează oasele și țesuturile feței. El este fotografiat în dreapta în 1978, la vârsta de 2 ani, înainte de a fi supus vreunei intervenții chirurgicale. În stânga: Smith așa cum apare astăzi, după mai mult de 20 de operații faciale. El este acum un om de știință care studiază științele cranio-faciale la Universitatea din Calgary, Canada. Francis Smith
Până acum, acești cercetători au cultivat și implantat oase doar la porci. În curând, însă, ei plănuiesc să testeze această tehnică la oameni.
Într-un viitor nu prea îndepărtat, persoanele cu deformări faciale ar putea avea posibilitatea de a obține noi maxilare sau pomeți construiți de la zero. „Știința viitorului este incitantă”, a spus Bhumiratana, „și va fi distractiv.”
Johnson, Bhumiratana și colegii lor lucrează pentru a smulge și mai multe secrete din oase. Ei speră că în curând vor putea scoate aceste schelete din dulap.
Power Words
Inginer biomedical Un expert care folosește știința și matematica pentru a găsi soluții la problemele din biologie și medicină. De exemplu, ar putea crea dispozitive medicale, cum ar fi genunchii artificiali, sau ar putea găsi noi modalități de a produce țesuturi care să fie utilizate în organism.
mucoasa osoasă Substanța moale și grasă din interiorul oaselor care produce celule sanguine.
Cercetătorii de la Universitatea Columbia cresc oase personalizate în rezervoarele de culoare gri din centru. O pompă (stânga) îmbăiază celulele osoase cu fluide speciale și nutrienți (lichid de culoare roșie, dreapta) pentru a le ajuta să crească. Sarindr Bhumiratana
masa osoasă Greutatea scheletului.
densitatea minerală osoasă O măsură a cantității de calciu și alte minerale împachetate într-un segment de os.
boala oaselor fragile O tulburare genetică prezentă de la naștere care provoacă oase slabe, fragile; pierderea timpurie a auzului și înălțime mică. Se crede că afectează între 25.000 și 50.000 de americani. Simptomele pot varia de la ușoare la potențial mortale.
calciu Un element chimic necesar majorității organismelor pentru a crește.
moleculă Un grup de atomi neutru din punct de vedere electric care reprezintă cea mai mică cantitate posibilă dintr-un compus chimic. Moleculele pot fi alcătuite dintr-un singur tip de atomi sau din tipuri diferite. De exemplu, oxigenul din aer este format din doi atomi de oxigen (O2), dar apa este formată din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen (H2O).
osteoblast Celule care sintetizează țesut osos nou.
osteoclast Celule care descompun și elimină țesutul osos vechi.
osteoclast Cel mai comun tip de celulă osoasă. Dirijează acțiunile osteoblastelor și osteoclastelor.
osteoporoză Afecțiune care provoacă oase slabe, fragile, care se fracturează cu ușurință.
celulă stem O celulă „de tablă albă” care poate da naștere altor tipuri de celule în organism. Celulele stem joacă un rol important în regenerarea și repararea țesuturilor.
țesut Oricare dintre tipurile distincte de material, alcătuit din celule, care alcătuiesc animalele, plantele sau ciupercile.
Sindromul Treacher Collins O boală genetică ce afectează dezvoltarea oaselor și a altor țesuturi ale feței. Sindromul afectează aproximativ una din 50.000 de persoane, provocând deformări faciale și, uneori, pierderea auzului și fisura palatului.
vitamina D Numită vitamina soarelui, pielea produce această substanță chimică la expunerea la anumite lungimi de undă ultraviolete ale luminii solare. Forma fabricată în piele nu este activă, ci mai degrabă o formă precursoare care poate fi stocată până la nevoie în grăsimea corporală. Forma activă a acestei vitamine este un hormon care ajută oasele să absoarbă calciul. Forma activă joacă, de asemenea, un rol în combaterea multor tipuri de boli cronice, de la epuizarea mușchilor și diabet până la anumite tipuri de cancer și boli ale gingiilor. Este posibil ca persoanele care nu petrec mult timp în aer liber sau care se dau cu cremă de protecție solară atunci când o fac să nu producă cantități ideale de vitamina D. De asemenea, puține alimente sunt bogate în mod natural în această vitamină. Așa că producătorii îmbogățesc unele alimente consumate în mod obișnuit, în special laptele și unele sucuri de portocale, cu vitamina D.
Citește cuvintele (click aici pentru a le mări pentru imprimare)
