Ngôn ngữ của bộ xương và những điều thú vị chưa biết

Không thể nói quá tầm quan trọng của xương đối với chúng ta. Chúng giữ cho cơ thể chúng ta thẳng đứng, bảo vệ các cơ quan nội tạng, cho phép chúng ta cử động chân tay và nâng đỡ cơ thể thay vì chất đống trên mặt đất. Khi chúng ta còn trẻ, xương phát triển cùng với chúng ta và dễ dàng phục hồi sau khi gãy xương. Tuy nhiên, theo tuổi tác, xương sẽ ngày càng mỏng manh và thường xuyên bị hư, gãy, thậm chí cần phải phẫu thuật để thay thế.

Các chức năng cấu tạo của xương vốn đã phong phú, nhưng vai trò của nó còn nhiều hơn thế. Xương của chúng ta cũng lưu trữ một lượng lớn canxi, phốt pho và khoáng chất, rất quan trọng đối với chức năng thần kinh và tế bào. Ngoài ra, tủy xương sản xuất hàng trăm tỷ tế bào máu mỗi ngày, được sử dụng để vận chuyển oxy, chống nhiễm trùng, làm đông vết thương chảy máu, và các tế bào khác tạo nên mô sụn và mô mỡ.

Và điều đó vẫn chưa đủ. Trong những thập kỷ gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng xương cũng tham gia vào quá trình trao đổi hóa học phức tạp với các bộ phận khác của cơ thể, bao gồm thận, não, mô mỡ, cơ và thậm chí cả hệ thực vật đường ruột. Như thể bạn bất ngờ phát hiện ra rằng các chùm tia và cột sóng trong nhà bạn có thể giao tiếp với điều hòa không khí, tủ lạnh, lò vi sóng … Các nhà khoa học cũng đang giải mã cách tế bào xương gửi tín hiệu đến các cơ quan khác và cách chúng diễn giải và phản ứng với thông tin phân tử lạ. . Các nhà khoa học lâm sàng đang suy nghĩ về cách sử dụng giao tiếp tế bào này để phát triển các phương pháp mới để bảo vệ hoặc củng cố xương.

Đây là một lĩnh vực khám phá hoàn toàn mới, và các nghiên cứu gần đây đã khiến các nhà khoa học nhận ra rằng xương năng động hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.

Xương là một “tổ chức” độc đáo, không chỉ chứa các tế bào cung cấp sức mạnh mà còn chứa các tế bào phân hủy, cho phép xương tiếp tục phát triển trong thời thơ ấu và xây dựng lại xương bị gãy trong suốt cuộc đời. Các tế bào chịu trách nhiệm xây dựng xương được gọi là nguyên bào xương, và các tế bào chịu trách nhiệm phá vỡ chúng được gọi là tế bào hủy xương. Khi hai loại tế bào này hoạt động mất cân bằng, cơ thể có thể tạo ra quá ít (hoặc quá nhiều) xương. Ví dụ, loãng xương xảy ra khi xương mới không hình thành nhanh như xương cũ bị thoái hóa, do đó xương trở nên lỏng lẻo và dễ gãy.

Ngoài nguyên bào xương và tế bào hủy xương, xương còn chứa một loại tế bào khác gọi là tế bào hủy xương. Mặc dù những tế bào này chiếm hơn 90% tổng số tế bào trong xương nhưng chúng vẫn chưa được nghiên cứu sâu. Mãi cho đến 20 năm trước, một nhà sinh học tế bào tên là Lynda Bonewald làm việc tại Đại học Indiana ở Indianapolis mới bắt đầu quan tâm đến nó. Các đồng nghiệp của cô khuyên cô không nên lãng phí thời gian của mình, bởi vì các tế bào xương có thể chỉ là chức năng bình thường của chúng là cảm nhận lực cơ học và điều chỉnh quá trình tái tạo xương.

Nhưng Bonewald quyết định xem xét kỹ hơn. Cô và các nhà nghiên cứu khác phát hiện ra rằng các tế bào xương thực sự cảm nhận được tải trọng cơ học. Nhưng cô ấy cũng chỉ ra rằng: “Nó còn nhiều hơn thế nữa.”

Cô ấy viết về tầm quan trọng của các tế bào xương đối với thận, tuyến tụy và cơ bắp, vào năm 2006, cô ấy đã xuất bản báo cáo đầu tiên về sự giao tiếp của tế bào xương với các cơ quan khác, trong đó chỉ ra rằng các tế bào xương tạo ra một yếu tố tăng trưởng được gọi là FGF23.

Phân tử này di chuyển qua máu đến thận. Nếu có quá nhiều FGF23 trong cơ thể – như xảy ra ở dạng còi xương di truyền – thận sẽ giải phóng quá nhiều phốt pho vào nước tiểu, khiến cơ thể mất đi khoáng chất cần thiết này, gây ra còi xương, yếu cơ hoặc cứng khớp và các vấn đề về răng miệng.

Cùng khoảng thời gian Bonewald đang nghiên cứu tế bào xương, nhà sinh lý học Gerard Karsenty cũng bắt đầu điều tra mối quan hệ giữa quá trình tái tạo xương và chuyển hóa năng lượng. Ông suy đoán rằng có thể có mối liên hệ giữa hai yếu tố này, vì việc phá hủy và xây dựng lại xương là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng.

Trong một nghiên cứu năm 2000, Karsenty đã phân tích mối liên hệ giữa một loại hormone gọi là leptin và cả hai quá trình sinh học này. Leptin được sản xuất bởi các tế bào mỡ và vai trò chính của nó là ngăn chặn sự thèm ăn. Trong quá trình tiến hóa, nó xuất hiện cùng lúc với xương. Và Karsenty đã tìm thấy trong các thí nghiệm trên chuột rằng leptin ảnh hưởng đến não, làm ngừng quá trình tái tạo xương.

Bằng cách này, các sinh vật có xương ban đầu có thể ngăn chặn sự thèm ăn và sự phát triển của xương khi không có thức ăn và tiết kiệm năng lượng của chúng cho các chức năng hàng ngày.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng tia X để quét bàn tay và cổ tay của một số trẻ em bị thiếu tế bào mỡ (và do đó là thiếu leptin) do đột biến gen. Theo bác sĩ X quang, tuổi xương của những đứa trẻ này lớn hơn tuổi thật vài tháng, thậm chí vài năm. Điều này cho thấy rằng khi thiếu leptin, xương của chúng phát triển nhanh hơn, phản ánh các đặc điểm của xương già hơn như mật độ xương cao hơn.

Đó là một trường hợp xương lắng nghe các cơ quan khác, nhưng vào năm 2007, Karsenty cho rằng xương cũng nói lên điều gì đó về cách cơ thể sử dụng năng lượng. Ông phát hiện ra rằng những con chuột thiếu một loại protein xây dựng xương có tên là osteocalcin gặp khó khăn trong việc điều chỉnh lượng đường trong máu của chúng.

Trong nghiên cứu sâu hơn, Karsenty phát hiện ra rằng osteocalcin cũng thúc đẩy khả năng sinh sản của nam giới thông qua tác dụng của nó đối với việc sản xuất hormone giới tính, cải thiện khả năng học tập và trí nhớ bằng cách thay đổi mức độ dẫn truyền thần kinh trong não và tăng cường chức năng cơ khi tập thể dục. Ông đã mô tả những thông điệp này và các “cuộc trò chuyện” khác, trong đó xương tham gia vào, trong Đánh giá thường niên về Sinh lý học năm 2012.

Cho dù osteocalcin có đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa của động vật có xương sống hay không, những nghiên cứu này đã truyền cảm hứng cho các nhà khoa học khác bắt đầu nghiên cứu cách xương giao tiếp với các cơ quan. cơ thể khác.

Trong quá trình vận động của cơ thể, xương và cơ là một “đối tác”, tham gia vào các tương tác vật lý khác nhau. Các cơ kéo xương, và khi cơ phát triển lớn hơn và khỏe hơn, xương cũng to ra và khỏe hơn để chống lại lực kéo tăng lên của cơ. Bằng cách này, xương sẽ thích ứng với nhu cầu của cơ thể để xương và cơ luôn kết hợp với nhau một cách hiệu quả.

Nhưng các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng giữa hai “đối tác” này cũng có sự trao đổi chất. Ví dụ, các tế bào cơ xương tạo ra một loại protein gọi là myostatin, ngăn cơ bắp phát triển quá lớn. Đồng thời trong các thí nghiệm trên loài gặm nhấm và quan sát của con người, chất này cũng ức chế sự phát triển của khối lượng xương.

Trong quá trình tập luyện, cơ bắp cũng tổng hợp một phân tử gọi là axit beta-aminoisobutyric (BAIBA), chất này ảnh hưởng đến cách chất béo và insulin phản ứng với việc tăng tiêu hao năng lượng. Bonewald cũng phát hiện ra rằng phân tử này có thể làm giảm thiệt hại cho các tế bào xương bởi các loại oxy phản ứng, một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất tế bào. Ở những con chuột non bị bất động trong thời gian dài, chúng bị teo xương và cơ, nhưng khi bổ sung axit beta-aminoisobutyric, cơ và xương của chúng dần trở lại bình thường.

Trong nghiên cứu sâu hơn, Bonewald và các đồng nghiệp của ông cũng tìm thấy một phân tử khác, irisin, tăng lên khi tập thể dục. Khi được nuôi cấy trong ống nghiệm, chất này sẽ giúp các tế bào hủy xương duy trì hoạt động; và ở động vật, phân tử cũng thúc đẩy quá trình tái tạo xương.

Hơn nữa, sự giao tiếp này không phải một sớm một chiều. Đổi lại, các tế bào xương thường xuyên sản xuất prostaglandin E2, giúp thúc đẩy sự phát triển của cơ bắp. Sự bài tiết của phân tử này được tăng lên khi xương cảm nhận được sức căng của cơ tăng lên.

Cơ thể chúng ta chứa số lượng tế bào và vi sinh vật gần như bằng nhau. Ruột già cũng giống như một cơ quan khác và có vai trò nhất định đối với cơ thể. Chúng giúp chúng ta tiêu hóa thức ăn, ngăn ngừa nhiễm trùng do vi khuẩn có hại và giao tiếp với các cơ quan khác, bao gồm cả xương.

Cho đến nay, giao tiếp giữa xương và hệ vi sinh vật đường ruột dường như là một chiều. Chưa ai quan sát thấy rằng xương truyền thông tin đến hệ vi sinh vật đường ruột, nhưng xương có thể thu nhận rất nhiều thông tin hữu ích từ ruột. Ví dụ, trong trường hợp ngộ độc thực phẩm nghiêm trọng, khi chúng ta cần sử dụng tất cả các nguồn lực của cơ thể để chống lại nhiễm trùng, đây không phải là thời điểm tốt nhất cho sự phát triển của xương.

Mối liên hệ giữa xương và hệ vi sinh vật lần đầu tiên được nhìn thấy trong một nghiên cứu năm 2012. Những con chuột được sử dụng trong nghiên cứu này đều được nuôi trong môi trường vô trùng không có bất kỳ vi sinh vật nào. trong cơ thể của họ. Họ có ít tế bào hủy xương hơn trong cơ thể và do đó có nhiều khối lượng xương hơn. Khi những con chuột này được bổ sung lợi khuẩn đường ruột, khối lượng xương của chúng nhanh chóng trở lại mức bình thường trong thời gian ngắn.

Điều thú vị nhất về những phát hiện này là chúng có thể giúp chúng ta tìm ra những phương pháp mới để điều trị xương, cho phép thuốc hoạt động ở các bộ phận khác nhau của cơ thể.

Người ta ước tính rằng gần 13% người trên 50 tuổi bị loãng xương, và trong khi các loại thuốc có thể làm chậm quá trình phân hủy xương hoặc thúc đẩy sự phát triển của xương lại có tác dụng phụ và ít hiệu quả hơn. Vì vậy, chúng ta cần phải tìm ra một phương pháp điều trị mới.

Chúng ta có thể bắt đầu với ruột trước. Chế phẩm sinh học, cũng như thực phẩm có chứa vi khuẩn được nuôi cấy có mục đích, chẳng hạn như các sản phẩm sữa lên men, có thể giúp xây dựng một hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh. Lactobacillus reuteri có thể giúp chuột chống lại sự mất xương sau khi điều trị bằng kháng sinh.

Các nhà khoa học vẫn còn rất nhiều điều để tìm hiểu về sự giao tiếp giữa xương và các bộ phận khác của cơ thể. Theo thời gian, những nghiên cứu này có thể dẫn đến nhiều phương pháp điều trị hơn để giữ cho xương và các bộ phận cơ thể khác khỏe mạnh.

Tổng hợp: Công Nghệ Chính Nhân