Открыт костный "клей", амортизирующий ударные нагрузки
- Источник: University of Cambridge
Последние исследования показывают, что минеральный состав костной ткани включает в себя некую клейкую жидкость между мельчайшими кристаллами, которая обеспечивает подвижность внутри костной ткани. Это дает необходимую гибкость, и спасает кость от хрупкости. Также исследования показывают, что жидкий цитрат натрия является продуктом нормального клеточного метаболизма – он смешивается с водой, образуя висцеральную жидкость, удерживаемую между наноскопическими кристаллами, из которых состоят наши кости. Эта жидкость обеспечивает возможность достаточного объема движения для скольжения кристаллов относительно друг друга, таким образом кости становятся гибкими и не ломаются под воздействием нагрузок. Это и есть встроенный амортизирующий костный механизм, который до сих пор не был известен.
Если натрий цитрат исчезает, кристаллы, состоящие из фосфата кальция, сцепляются вместе единым массивом и становятся неподвижными, хрупкими и более ломкими. Наиболее вероятно, именно это является причиной остеопороза.
Команда ученых Отделения Химии Кэмбриджского университета, использовала спектроскопический метод, а также рентгеновские снимки высокого разрешения, демонстрирующие наличие многослойных структур состоящих из цитрата натрия и кристаллов в костной ткани. Исследователи утверждают, что данное открытие является ключом к решению множества проблем, связанных с заболеваниями опорно-двигательного аппарата типа остеопороза и патологий костной ткани в целом. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Ранее полагали, что структура кости едина и представляет собой жесткий гидрооксиапатит. Но как мы сумели продемонстрировать, значительная часть костной ткани, возможно около половины, состоит из этой липкой жидкостной субстанции, где цитрат натрия играет роль скользящего геля между кристаллами минералов», - говорит доктор Мелинда Дюер, руководившая экспериментом.
«Эти наноскопические слои жидкости натрия цитрата позволяют кристаллам оставаться плоскими, как блюдце, что дает им возможность скользить относительно друг друга. Без жидкости все кристаллы в кости слиплись бы вместе, становясь единым хрупким кристаллическим материалом. Это и есть та самая многослойная структура, о которой мы ранее не знали, и теперь мы понимаем, что без нее мы не могли бы существовать».
Дюер приводит в качестве сравнения две стеклянные пластинки, разделенные водой, которые соединены вместе, но имеют возможность скользить: «То же самое происходит с плоскими костными кристаллами. Но что-то должно удерживать там воду, не позволяя пластинкам высыхать и разлетаться или слепляться вместе. Теперь мы знаем, что эта склеивающая субстанция – цитрат натрия».
Цитрат натрия – «четырехрукая» паутинообразная молекула, которая легко может прикрепляться к кальцию, из которого состоит костная ткань, объясняет Дюер. Это означает, что цитрат может удерживать кристаллы минералов вместе и в то же время исключать их слипание, сохраняя воду, обеспечивая скользящее движение, которое, в свою очередь дает костям достаточную гибкость. «Без цитрата, вода просто утекла бы через малейшие отверстия», сказала она.
Организм на самом деле создает молекулы кальция, как бы обернутые в натрий цитрат, чтобы предотвратить слипание кальция с фосфатом и формирования крупных ломких минеральных образований там, где это не нужно. Костная ткань имеет белковый состав с отверстиями, в которых удерживается кальций. В здоровой ткани эти отверстия имеют очень малый размер и цитрат не может излиться, удерживаясь между кристаллами, создавая подвижные слои жидкости и костных пластин.
С возрастом или в результате повторяющихся травм, белковая ткань восстанавливается хуже с помощью клеток, замещающих поврежденные ткани, при этом часто восстановление отстает от разрушения. Это вызывает увеличение размеров отверстий в белковой ткани, жидкий цитрат натрия изливается и кристаллы слипаются. То, что происходит дальше – химия в чистом виде с некоторым биологическим контролем, говорит Дюер. Тело стимулирует некую форму биологического контроля через мелкие отверстия в белковой ткани, которые задерживают жидкий цитрат натрия вместе с другими молекулами, которые в норме контролируют минеральный состав. Эти малые, ограниченные пространства объединяют молекулы с формирующимися минералами, что позволяет взять процесс под контроль. Если у вас нет ограниченного для химических реакций пространства, процесс станет необратимым.
«В более крупных пространствах поврежденных тканей мы видим объективные химические реакции. Как только кальций и фосфат соприкасаются, они формируют жесткую структуру. В итоге получаются большие объемы жесткой и хрупкой кристаллической ткани, обезвоженной, лишенной цитрата натрия», говорит она.
«Мысля категориями химии, эти жесткие образования минералов являются наиболее стабильными структурами. Однако с точки зрения биомеханики они безнадежны – как только вы нагружаете их, они ломаются. Если мы хотим лечить остеопороз, нам необходимо понять, как остановить образование крупных отверстий в белковой матрице».
Исследование является первым в серии открытий, другие исследования данной команды ученых на тему химии костной ткани ожидаются в течение года.
Идея костного клея, описанная детально в Science Daily, действительно стоит репоста!
Моя любимая цитата: «Это и есть та самая многослойная структура, о которой мы ранее не знали, и теперь мы понимаем, что без нее мы не могли бы существовать».
Данное открытие – к слову, центральное в этом году – тем не менее имеет очень малое практическое применение в среде мануальных терапевтов или терапевтов движения. Однако оно действительно потрясающе, по меньшей мере, удивительно для меня лично. Гидрооксиапатит – жесткая часть кости, содержащая соли кальция, в отличие от более мягкой «фасциальной» части кости, состоящей из кожистой коллагеновой подложки, которая в свою очередь является основой для гидрооксиапатита – мы думали, что твердая структура является единой по всей жесткой части кости и губчатому веществу. Но оказалось, что костная ткань состоит из множества кровяных пластинок (не тромбоцитов), отделенных друг от друга жидким цитратом натрия.
Фокус в том, что две влажные пластинки как будто бы слиплись вместе, но при этом могут чуть скользить по отношению друг к другу, что дает костной ткани амортизирующий буфер, который предотвращает распространение микропереломов, как если бы мы могли расколоть одну пластинку в цепи, при этом не повредив соседние. Конечно, если воздействующая сила слишком велика, кость не выдерживает и ломается.
Наноскопические прослойки жидкого цитрата натрия между кристаллами минералов в кости позволяют пластинкам иметь плоскую форму и обеспечивает возможность их движения. Если бы цитрата натрия не было, все кристаллы в кости сжались бы, образуя единую ломкую структуру.
>Цитрат натрия удерживает пластинки вместе, но также удерживает в мелких клетках внутри костной ткани воду. Если содержание воды в кости снижается, появляется опасность переломов. Таким образом, переломы более вероятны, когда становится меньше костного клея из цитрата натрия – в пожилом возрасте и при склонности к остеопорозу. Так что эта идея отлично находит отклик в связи с остеопорозом. Теперь у нас есть прекрасное подтверждение следующих мыслей:
Здоровое тело должно быть полностью подвижно – каждая часть тела двигается относительно других частей.
Идеи Стивена Левина о биотенсегрити (biotensegrity точка com), который говорил о том, что не только тело в целом представляет собой модель тенсегрити, но каждый элемент, каждая частичка вплоть до молекулярного уровня обязательно демонстрирует в себе ту же взаимосвязь элементов. До того, как вышло данное исследование, я не решался утверждать это на 100%.
Вода содержится в каждой живой структуре и ткани тела – даже в кости!