Гидроксиапатит – компонент костной ткани, который выполняет важную функцию. Он участвует в фосфорно-кальциевом обмене, активирует рост костной ткани. Ученые выяснили, что у этого минерала есть и другие уникальные задачи. Например, восстановление костей после травмы.
Восстановление после перелома – необычная роль гидроксиапатита
Медики давно заметили, восстановление после перелома происходит быстрее при что разумных нагрузках на кости. Такие занятия способствуют более быстрому излечению (конечно, в сочетании с терапией). Но механизм действия таких нагрузок был не до конца ясен. Сначала состоялось открытие электромеханического «способа» самоизлечения костной ткани с участием коллагена. Оказалось, что при изгибе кости в ней начинает течь слабый электрический ток, что способствует заживлению костных поражений. Но недавно было обнаружено, что электрический ток может генерировать и гидроксиапатит — основной минеральный компонент костей. Причем даже при отсутствии коллагена вообще.
Откуда берется электрический ток в костях
Научная работа о так называемом флексоэлектрическом эффекте в костях была опубликована 18 января 2018 года в рецензируемом журнале «Advanced Materials». Авторами исследования стали Фабиан Васкез-Санчо, Амир Абдоллахи, Драган Дамьянович и Густав Каталан, работающие в Каталонском институте нанотехнологий и Барселонском институте науки и технологий (Испания).
Исследователи поставили себе целью выяснить, какой компонент костей отвечает за появление флексоэлектрического эффекта, то есть возникновение электрического тока при изгибе кости.
Этот процесс был открыт еще в середине 20 века. Тогда ученые доказали, что во многих материалах, которые обычно не проводят электрический ток (их называют диэлектрики) при небольшом изгибе происходит разделение электрических зарядов частиц, составляющих сам материал, на положительные и отрицательные. Таким образом возникает поляризация как бы на концах фрагмента какого-либо диэлектрического материала и возникает эффект электрического тока от одного конца к другому.
Как это ни необычно, флексоэлетрический эффект был обнаружен в костях животных и человека. Мало того, выяснилось, что электрический ток, проходя по костной ткани, способствует восстановлению поврежденных участков. Эффект возникает при давлении на кости при физической нагрузке, которое приводит к их небольшому изгибу.
Сначала ученые выяснили, что пьезоэлектрический эффект своим появлением в костях обязан коллагену, который является основным белком соединительной ткани. Однако некоторые исследователи высказали гипотезу, что электрический ток может возникать и в неорганических веществах, составляющих твердую основу кости.
Наконец было обращено внимание на гидроксиапатит — главное минеральное вещество, отвечающее за твердость костей и зубов. Ученые искали возможность проверить предположение о том, что гидроксиапатит способен генерировать электрический ток, и работа каталонских исследователей поставила точку в этом вопросе.
Коллаген отвечает за «электролечение» макроповреждений, а гидроксиапатит — за заживление микротрещин
Ученые провели сравнительные измерения поляризации, которая возникает при изгибе костей (с коллагеном в составе) и во фрагментах «как бы костей», состоящих из чистого гидроксиапатита.
Оказалось, что и в том, и в другом материале появляется флексоэлектрический эффект с параметрами, которые количественно сопоставимы и даже близки. Проще говоря, и кости, и чистый гидроксиапатит генерируют электрический ток при изгибе, и значения этого тока в среднем похожи.
Побочным знанием, которое было получено в ходе экспериментов, оказалась информация о том, что пьезоэлектрический эффект, возникающий в белке коллагене, способствует самозаживлению при крупных повреждениях костей. А флексоэлектрический эффект при изгибе зон, состоящих из гидроксиапатита, отвечает за самовосстановление костей, пораженных микротрещинами. Оказывается, это происходит потому, что максимальная деформация или изгиб появляется в кости как раз на концах микротрещин.
Исследователями была создана модель электрического поля, которое формируется в костной ткани при деформации. Выяснилось, что его величина в месте нахождения конца микротрещины составляет около 1 киловольта на 1 метр.
Авторы научной работы заявляют, что электрическое поле такой величины запускает апоптоз остеоцитов (это первая стадия процесса восстановления кости при повреждении). Также оказалось, что электрическое поле ускоряет доставку в область трещин ионов, которые участвуют в остеогенезе, то есть в образовании костной ткани.
Открытие участия минерального компонента костей гидроксиапатита в формировании лечебного электрического поля открывает дорогу для новых исследований в сфере создания не химических технологий костного протезирования и разработки материалов, которые смогут при внедрении в поврежденные кости стимулировать их самовосстановление.
Пока испанские ученые думают, как с помощью гидроксиапатита лечить травмы,
в России уже разработали средство для быстрого восстановления после переломов.
Это препарат Остеомед Форте, который способствует росту костных клеток. Он содержит цитрат кальция, который необходим для срастания поврежденных участков. Другим важным компонентом препарата является трутневый расплод – источник энтомологических прогормонов. Остеомед Форте стимулирует рост собственного тестостерона, что благотворно сказывается на срастании костей.
ПОЛЕЗНО УЗНАТЬ:
Кальций для организма – бомба или спасение? Почему минерал важен для нас
Почему кальций для организма важен? На этот вопрос большинство людей, как правило, отвечает односложно: «полезен для костей». С этим утверждением трудно не согласиться, но будет ошибкой сводить многочисленные заслуги данного минерала лишь к поддержанию прочности скелета. У него хватает и других важных задач. Каких? Прочитайте публикацию до конца и узнаете. Кальций всемогущий Если…
Гормоны щитовидки: их влияние на костную ткань и развитие остеопороза
Гормоны щитовидки участвуют в регуляции функций всех органов и систем человеческого организма. Опорно-двигательный аппарат – не исключение. Благополучие костной ткани находится в прямой зависимости от хрупкого, напоминающего по форме одновременно бабочку и щит органа. Остеопороз нередко развивается по причине или на фоне неполадок в работе щитовидки. Можно ли помочь этой важнейшей эндокринной железе функционировать без…
Хрустят кости? Причины этого явления и профилактика артрита
Бывает, что при движении у человека хрустят кости. Есть ли причина для беспокойства, указывает ли это на какую-то болезнь? Или можно не переживать и хрустеть как ни в чем не бывало? Хрустят кости — это причина для беспокойства? На самом деле, когда мы слышим, как хрустят кости — это хруст суставов. И если этому…
Витамин Д для мужчин. Почему он так важен для сильной половины?
Витамин Д раньше считался веществом, полезным в первую очередь для костей, но в последние годы на него стали смотреть шире. Например, на Западе проблемы с потенцией рекомендуют решать при помощи добавок с этим нутриентом. Витамин Д для мужчин очень важен. Это простая профилактика костных заболеваний, инфарктов, инсультов и болезней мочеполовой системы. Вещество для сердца,…
