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.
Содержание
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.
ПОЛЕЗНО УЗНАТЬ:
Капризный минерал. Какой кальций лучше усваивается в организме?
Приобретая в аптеке препараты для укрепления костей, редкий потребитель задумывается над тем, какой кальций лучше усваивается в организме и не наносит вреда здоровью. А зря. Разные формы макроэлемента всасываются в желудочно-кишечном тракте неодинаково: одни – лучше, другие – хуже. И это важно учитывать при выборе средства. Рассказываем, на что нужно обратить особое внимание. Струков Виллорий…
Власть гормонов. Какие активные вещества регулируют восстановление хряща?
Струков Виллорий Иванович Рецензент статьи, профессор, д. м. н., разработчик препарата «Остеомед» Научные работы Биография Про Остеомед Admin Автор статьи Ещё статьи от автора
Выпрямь спину и расправь плечи! Как исправить сколиоз грудного отдела?
Сколиоз грудного отдела – диагноз нередкий как среди детей, так и среди взрослых. Искривление позвоночника может появиться в любом возрасте, быть наследственным или приобретённым в течение жизни. Если ничего не предпринимать, деформация отразится на работе внутренних органов, станет причиной регулярной головной боли, ухудшения зрения и слуха, сердечных колик и даже эпилепсии. Как обнаружить заболевание, к…
Витамин D для мужчин: в чём его сила?
Витамин D для мужчин – наиважнейшее вещество. От него зависят как чисто мужские качества, так и показатели здоровья, значимые для всех людей. Назвать витамин D мужским позволяет его влияние на выработку главного гормона сильного пола – тестостерона. Вот почему уровень этого витамина в крови следует поддерживать на оптимальном уровне. Как это сделать, избежав и гиповитаминоза,…
