- оглядовий
- Діалоги
- Профілі
- Листи
- Sci & Co
- Без кордонів
- Народження
- PlayScience
- Відповіді
Як відновлюються кістки людського тіла?
Кістки не тільки оновлюються при переломі, це процес, який триває протягом усього життя і базується на двох концепціях: остеогенезі, що полягає у створенні нової тканини за допомогою остеобластів або клітин, відповідальних за її виробництво, відновлення та підтримку; і резорбція кісток - процедура, розроблена остеокластами, відповідальна в цьому випадку за руйнування найбільш пошкоджених частин для сприяння регенерації.
Наукові поради: Леонор Сантос.
Скелет є опорою людського тіла. Структура, яка підтримує всю вагу тіла і здатна регенерувати не тільки в несприятливих умовах, таких як перелом, але і в постійному процесі оновлення, що триває день у день і в якій здорові способи життя, такі як помірний фізична активність або збалансоване харчування є основними факторами.
Тіло людини складається з 206 кісток. Тверді і стійкі шматки, що складають скелет і які складаються з сполучної тканини, що складається з клітин, кальцинованих позаклітинних компонентів, а також судин, нервів і, в деяких випадках, кісткового мозку. Подібним чином вони мають здатність до регенерації, завдяки чому вони виконують важливі функції у захисті життєво важливих органів, таких як мозок або серце, і підтримують рух тіла як структури опорно-рухової системи.
Інтер'єр людської стегнової кістки
Зокрема, в організмі є 35 мільйонів багатоклітинних базових одиниць, і щороку активується від трьох до чотирьох мільйонів, тому кісткова структура повністю оновлюється кожні 10 років. "Вони діють як робочі групи, остеокласти продовжують абсорбувати пошкоджену кістку, а остеобласти втручаються пізніше, щоб створити нову кістку", - пояснює Леонор Сантос Руїс, дослідник Центру біомедичних досліджень у Мережі. Таким чином, зазначає фахівець, досягаються дві цілі: "Викид кальцію та фосфору в кров та постійне перебудовування скелета".
"Кістка - це тканина, значення якої полягає в ній", - прогресує Сантос Руїс. І додає: "Процес його розвитку починається в клітинах, що його складають, створюючи навколо позаклітинний матрикс, утворений білками, які взаємодіють один з одним, генеруючи фактори, що визначають ріст".
І справа в тому, що кістка - це динамічна і метаболічно активна тканина, яка зазнає безперервного процесу ремоделювання, надаючи скелету його регенеративної здатності та функціональної адаптації. "Цей процес відбувається щодня, оскільки їм доводиться виділяти частину його вмісту, щоб клітини мали кальцій - необхідний, наприклад, для руху м'язів - і фосфор - ключовий у функціонуванні мозку і для виробництва Аденозинтрифосфат, АТФ, валюта обміну енергії - ", говорить дослідник.
Виправити переломи
Організм завжди насторожений. Також коли відбувається розрив, в цей час запускаються різні процеси репарації, які змінюють нормальну динаміку кістки, починаючи з нестабільної або гнучкої консолідації, званої мозолем, яка полягає у з’єднанні уламків перелому фіброзною тканиною; з подальшим запаленням, гематомою та ексудатом через розрив судин, що оточують осередок перелому. "Одночасно реабсорбція некротичної або мертвої частини кінців зламаних фракцій відбувається остеокластами", - говорить Сантос.
Приблизно через два-три тижні, зазначають експерти, волокниста тканина породила м’яку мозоль, фіброзно-хрящову тканину, яка забезпечує достатню стійкість для запобігання вкороченню кістки, але не згинання. "Ось чому важливо, щоб він був рівним і вирівняним під час зварювання, а отже, і гіпсовими пов'язками, або навіть титановими стрижнями", - каже Леонор Сантос, також доцент Малазького університету.
Леонор Сантос з членами її команди
Ця м’яка мозоль мінералізується, твердне, починаючи з третього і четвертого тижня, але стає повністю жорсткою лише через три-чотири місяці, тоді оцінюється утворення так званої твердої мозолі. "Пацієнт зазвичай сприймає це як тверду грудку, товстішу за вихідну кістку, де раніше був перелом", - говорить він.
Нарешті, відбувається реконструкція, яка може зайняти місяці чи роки. "Це процес, коли кістка відновлює свою первісну форму, залежно від активності, яку виконує пацієнт, тому важливо, щоб пацієнт поступово відновлював її в зламаній кінцівці", - говорить експерт.
Насправді саме ця діяльність відповідає за керівництво клітинами, інструктування їх за формою та міцністю, яку повинна мати перероблена кістка. Це те, що відоме як "Закон Вольфа", після хірурга, який його проголосив, Джуліус Вольф: "Форма і структура кісток залежать від зусиль і напруги, яким вони піддаються".
Фізична активність, двигун регенерації
Процес ремоделювання кісток тісно пов’язаний з фізичною активністю. «Коли людина дуже активний, зазвичай їх кістки оновлюються з більшою швидкістю, тоді як більш сидячий людина їх не навантажує, і вони починають реабсорбуватися. Це те, що трапляється з астронавтами, коли вони виходять у космос і проводять тривалі періоди в нульовій гравітації, наприклад ", - розкриває він.
Для фахівців регенерація кісток відбувається протягом усього життя, однак є переломний момент, коли кістки починають слабшати: «У певний момент, який зазвичай збігається зі зрілістю, баланс залишається, якщо він позитивний, тобто реабсорбція переважає над формуванням ", - говорить Сантос.
Таким чином, протягом періоду росту кістки різні, вони менш мінералізовані і навіть зовсім не в певних частинах, тих, за допомогою яких вони ростуть. «З 23 років процес стабілізується. Як тільки ми досягли 50, він починає старіти. У випадку жінок менопауза є ключовим моментом у цьому плані, оскільки відсутність деяких гормонів, що сприяють засвоєнню кальцію, сприяє старінню », - згадує Сантос.
У цьому віці, 50 років, фізична активність є більш важливою, ніж прийом певних продуктів з добавками кальцію. “Йдеться не про те, щоб вони стали супер спортсменами, а про те, щоб бути активними людьми, щодня робити, наприклад, 45-хвилинні прогулянки. Ми рекомендуємо помірковану щоденну активність ”, - говорить експерт.
Насправді, більш агресивна діяльність, яка все ж зростає, наприклад біг, може призвести до значного погіршення кісткової маси. "Загалом, жоден вид спорту, який впливає на кістки, не є добрим", - прямо говорить Леонор Сантос. «Будь-яка вправа, яка не передбачає зіткнення в суглобі, є кращою. Коли ми стрибаємо, ми навантажуємо хрящ, викликаючи дегенерацію ”, - додає він. Тому, на думку експерта, такі дії, як ходьба, плавання, танці, є позитивними, оскільки вони менш насильницькі і сприяють тому, що кісткова структура рухається і відновлюється.
Здорове харчування та вітамін С
Збалансоване харчування не менш важливо для посилення природного процесу відновлення кісток. Однак, зазначають спеціалісти, не існує конкретних продуктів харчування чи певного типу дієти, що є вирішальним у цьому процесі, окрім здорових рекомендацій.
“Не існує дієти, яка стимулює формування кісток. Щоб зберегти їх здоров’ям, вам потрібно приймати молочні продукти, але не захоплюючись цим, бо якщо організм цього не вимагає, не має значення, скільки ви його даєте. І щоб просити про це, вам потрібні фізичні вправи ", - говорить Сантос Руїс.
Так, є одне останнє основне питання. "Дуже важливо приймати вітаміни, приймаючи фрукти, особливо вітамін С, необхідний для утворення колагенової матриці, на якій кістка відкладає мінерали", - додає Сантос.
Кісткові відновлювальні протези
Остеропороз, важка травма або видалення пухлини - найпоширеніші випадки хірургічного втручання, що вимагають реконструкції кістки, як правило, за допомогою протезування. Об'єднання 15 дослідників з 8 різних установ в Малазі, Мадриді, Касересі та Лас-Пальмас-де-Гран-Канарія зробило можливим розробку імплантату, який представляє нову концепцію регенерації кісток.
Після зрілості процес всмоктування більший, ніж процес регенерації, що спричинює більшу пористість кісткової тканини та значне ослаблення кістки. Імплантація протезів в найбільш уражених місцях, як правило, в коліні, стегні та плечах, необхідна, коли кістка вже не здатна адекватно виконувати свою функцію підтримки та сприяння рухам.
З часу перших спроб замінити пошкоджену кістку штучним елементом, багато матеріалів використовувались з більшим чи меншим успіхом в історії ортопедичної хірургії. Протягом 20 століття були випробувані різні методи імплантології. Що стосується матеріалів, то він перейшов шлях від нержавіючої сталі до хромо-кобальтових сплавів, а від них - до титану, більш стійкого та біосумісного. Крім того, в даний час часто зустрічається використання керамічних покриттів, які сприяють кращому розподілу навантажень і меншому зносу протеза.
Незважаючи на прогрес у використаних матеріалах, протез все ще необхідно скріпити з кісткою цементом, щоб він добре закріпився. Це означає, що кожні десять років або близько того, для повторного кріплення або зміни протеза потрібна ревізійна операція.
Дослідження, в якому брав участь BIONAND, спрямоване на те, щоб кістка регенерувала природним шляхом, стимулюючи остеобласти робити кістки на протезі та навколо нього, так що заміна імплантатів більше не потрібна. Таким чином, у цій роботі їм вдалося уніфікувати знання та досвід різних дослідницьких груп, щоб дати початок тому, що може бути матеріалом кісткової імплантології майбутнього.
Імплантат майбутнього
«Коли ми отримали зразки, які нам довелося проаналізувати, ми не знали, який з них буде найбільш придатним для імплантації. Ми провели сліпе дослідження ", - каже Леонор Сантос, дослідник університету Малаги та один з авторів статті, яка представляє результати дослідження, опублікованої в Acta Biomaterialia. Експерт отримав зразки імплантатів, виготовлених у овець чотирьох різних типів. Один з них виявився найбільш придатним для регенерації кісток, що підтвердило дослідження, проведені в різних дослідницьких групах, розподілених по всій іспанській географії.
Леонор Сантос Руїс, дослідник Андалузького центру наномедицини та біотехнологій (BIONAND).
З одного боку, ця робота додала досвіду Марії Валлет та її групи з Мадридського університету Комплутенсе в галузі керамічних біоматеріалів із застосуванням у травматології, стоматології та тканинній інженерії та доставці ліків. Початкова ідея полягала в створенні керамічного покриття для металевих протезів, яке повинно служити як для полегшення взаємодії з кісткою, зі складом, більш схожим на керамічний, ніж металевий, так і для транспортування молекули, що стимулює васкуляризацію, оскільки без кровоносних судин кістка не може бути відремонтований. Обраним матеріалом був гідроксиапатит, легований кремнієм, "дизайнерська" кераміка, розроблена групою Complutense.
Молекулою, що індукує васкуляризацію, був судинний фактор росту (VEGF, для судинного фактора ендотеліального росту), сигнальний білок, який бере участь у формуванні ембріональної системи кровообігу та зростанні нових судин у дорослих. Робота також мала знання про взаємодію між тканинами біоматеріалів групи університет Малаги.
Центр малоінвазивної хірургії в Касересі надав свої можливості та широкі медичні та ветеринарні знання з анатомії, хірургії та, зокрема, ортопедичної хірургії. Імплантати, створені в ITC на Канарських островах, використовують титан як основний матеріал, але на відміну від протезів, які використовуються в даний час, він не твердий, а пористий, що полегшує створення кровоносних судин всередині. Крім того, завдяки 3D-друку можна створювати їх в індивідуальному порядку для кожної конкретної потреби, значно зменшуючи витрати.
Результатом роботи є пористий металевий імплантат, покритий керамікою, який виконує роль моста між металом і кісткою, а також несе молекулу, яка полегшує утворення нової кістки, стимулюючи утворення судин. Таким чином, кісткова тканина хімічно зв'язується з гідроксиапатитом, внаслідок чого імплантат фіксується без потреби в цементі, тоді як VEGF робить протез добре васкуляризованим, що спричинює природний ріст кістки.