Những bộ xương của chúng ta giữ cho cơ thể đứng thẳng và hỗ trợ cho các cử động của con người, nhưng những điều đó chưa phải là tất cả. Chúng còn có một hoạt động gây kinh ngạc nữa, đó là những cuộc trò chuyện giữa chúng với các cơ bắp để điều chỉnh và hoàn thiện toàn diện cho cơ thể.
Không có xương, cơ thể chúng ta sẽ là một chiếc túi khó nắm giữ những bộ phận cơ thể. Nhưng những bộ xương bạn đã từng thấy trong phòng thí nghiệm khoa học ở nhà trường hay trong những hình thức trang trí Halloween chỉ mới nói được một nửa câu chuyện. Đó là bởi vì “những bộ xương còn làm nhiều hơn chức năng giữ cho cơ thể bạn đứng thẳng”, theo tiết lộ của bà Laura Tosi, Giám đốc Chương trình Sức khỏe Xương thuộc Trung tâm Y khoa Quốc gia Washington DC.
Những chiếc xương tai nhỏ bé kiểm soát các âm thanh giúp chúng ta nghe. Tủy xương (một chất giống như jelly, mềm, chứa đầy bên trong phần rỗng ở những chiếc xương dài của cơ thể) sản xuất ra những huyết cầu, cả hồng cầu lẫn bạch cầu. Những tế bào bạch huyết cầu chống nhiễm trùng, và những tế bào hồng huyết cầu chuyển giao dưỡng khí đến khắp cơ thể.
Nhưng những điều đó vẫn chỉ là những bắt đầu. Các nhà nghiên cứu phát hiện thấy các bộ xương đang “trò chuyện” với các bộ phận khác trong cơ thể theo những hình thức đầy ngạc nhiên. Khi các nhà khoa học khám phá được những bí mật của xương, họ tìm thấy những manh mối có thể giúp con người điều trị bệnh, thậm chí phát triển được những bộ xương thay thế nữa.
Những nhóm xương khác nhau
Công việc tạo hình cho cơ thể con người là một quá trình bận rộn đầy ngạc nhiên. “Xương là một bộ phận rất năng động”, nhà sinh hóa học Mark Johnson nhận xét. Những thay đổi của xương diễn ra liên tục trong một quá trình gọi là tái tổ chức. Bộ xương cũ tự sụp đổ sao cho xương mới có thể thay thế vào chỗ đó. Khi còn nhỏ, quá trình này cho phép xương phát triển và thay đổi hình dạng. Khi đã trưởng thành, quá trình tái tổ chức giúp sửa chữa những tổn thương và giúp cho xương tránh bị giòn.
Những tế bào mang tên osteoclast (tế bào hủy xương) phân hủy xương cũ thông qua một quá trình gọi là tái hấp thụ. Những tế bào khác gọi là osteoblast (tế bào tạo xương) có nhiệm vụ chế tạo xương mới. Nhưng những tế bào có số lượng nhiều nhất thuộc về loại thứ ba, gọi là osteocyte (tế bào xương), chúng nói với các osteoclast và osteoblast các công việc phải làm. Ông Johnson giải thích: “Nếu bạn liên tưởng quá trình tái tổ chức tương tự như một giàn nhạc nhạc giao hưởng, thì osteocyte chính là một nhạc trưởng”.
- Xem thêm: Cách đơn giản giúp làm khỏe xương
Trong giai đoạn còn nhỏ cho đến đầu thời kỳ trưởng thành, cơ thể làm ra nhiều xương mới hơn là hủy bớt đi. Điều này nghĩa là số lượng xương có gia tăng. Hiển nhiên thật khó mà đo lường độ tương xứng của xương với phần còn lại là những mô tế bào cơ thể. Vì thế, các bác sĩ ước tính độ vững chắc của xương bằng cách đo mật độ chất khoáng cứng chứa trong một đốt xương. Mật độ xương càng lớn thì xương càng vững chắc.
Tập thể dục có lẽ giúp củng cố độ vững chắc của xương theo những cách nào đó, ông Johnson nói. Tập tạ gây ra những lượng nhỏ về tổn thương xương. Các osteoblast phản ứng lại bằng cách tổ chức những xương mới để sửa chữa tổn thương. Động tác đó giống như việc lát bằng các hố sâu trên những mặt đường gập ghềnh. Quá trình tái sửa chữa tạo ra những khu vực xương cứng cáp hơn, đậm đặc hơn.
Những cuộc đối thoại giữa xương và cơ bắp
Việc khắc phục những tổn thương nhỏ chỉ giải thích được một phần về lợi ích của việc tập thể dục đối với xương. Trong mấy năm qua, nhóm nghiên cứu của ông Johnson đã chứng minh có một lộ trình dẫn tới những bộ xương vững chắc hơn, đó là một diễn biến phức tạp hơn thế nhiều. Những nhà khoa học thường tìm câu trả lời từ những bộ xương, tuy vậy những cơ bắp cũng nói về hoạt động của xương nữa.
Nhóm của ông Johnson, cùng với những nhà khoa học ở các phòng thí nhiệm khác, đã khám phá ra những biểu thị bằng tín hiệu, một hình thức “trò chuyện” với nhau bằng hóa chất, đã diễn ra giữa hai loại mô. Những xương đã gửi đi các tín hiệu ảnh hưởng tới cách làm việc của những cơ bắp. Đổi lại, những cơ bắp gửi các tín hiệu ảnh hưởng tới cách làm việc của những xương. Sau đó, những xương gửi đi những tín hiệu sửa đổi lại cách làm việc của các tế bào xương.
Những xương tạo ra các phân tử ảnh hưởng tới những hoạt động của các osteocyte – tức những nhạc trưởng – nhóm của ông Johnson đã phát hiện ra điều đó. (Một phân tử là một nhóm các nguyên tử được kết hợp lại với nhau bằng những liên kết hóa học. Những phân tử hình thành được mọi thứ đa dạng, từ những tế bào trong cơ thể cho tới xây dựng những khối nhựa hoặc chất khí trong khí quyển).
Ông Johnson nghi ngờ rằng những cơ bắp tạo nên nhiều phân tử có ảnh hưởng đến xương. Hiện ông đã xúc tiến nhận dạng những điều này cũng như việc các cơ bắp đã gửi đi những thông điệp như thế nào đến các xương. Nếu ông thành công, một ngày nào đó chúng ta sẽ nhận dạng được các loại thuốc hay những phương pháp điều trị khác và có thể tuyên bố về những thông điệp này. Cho ví dụ, điều đó sẽ cung cấp cho những bác sĩ con đường đi thẳng đến những osteoblast để tạo thêm những xương mới. Nhờ vậy có thể làm vững chắc được toàn bộ xương trên cơ thể.
Những biện pháp trị liệu này có thể giúp phục hồi được những khu vực xương bị suy yếu hoặc bị giòn. Gọi là chứng loãng xương, loại bệnh lý này ảnh hưởng đến nhiều người cao tuổi đồng thời làm cho xương bị gẫy dễ dàng. Những cuộc nghiên cứu này cũng có thể trợ giúp cho những người trẻ bị mắc bệnh suy yếu hoặc tổn thương xương. Một ví dụ điển hình là bệnh giòn xương. Như tên gọi, những người này sinh ra đã mang theo rối loạn làm cho xương của họ bị mỏng manh, dễ gẫy. Cho đến nay vẫn chưa có phương pháp chữa trị.
Xây dựng xương bên ngoài cơ thể
Khả năng hướng dẫn cơ thể để bổ sung cho các xương của nó có thể giúp cho những người bị các triệu chứng rối loạn xương. Nhưng đôi khi việc xây dựng các xương mới từ những vết thương nhẹ thậm chí vẫn tốt hơn. Các nhà khoa học thuộc Đại học Columbia ở thành phố New York đang làm việc để thực hiện điều đó.
Một động lực đang giúp cho những người mắc phải Hội chứng Treacher Collins. Đây là căn bệnh khiến cho cấu trúc xương ở vùng khuôn mặt bị phát triển bất bình thường. Những người bẩm sinh bị hội chứng này thường có xương gò má nhỏ đi hoặc bị biến mất, làm cho khuôn mặt của họ bị rũ xuống.
Các bác sĩ có thể thay thế các xương bị biến dạng này hoặc thêm vào chỗ xương bị thiếu bằng cách phẫu thuật. Ví dụ các bác sĩ giải phẫu có thể cắt ra một khúc xương hông. Sau khi tạo hình nó gần giống như hình xương gò má, họ sẽ cấy nó vào khuôn mặt.
Tuy nhiên, biện pháp này không lý tưởng, vì nó gây tổn thương vùng hông. Xương vay mượn cũng có thể khó tạo hình thành một gò má hay một chiếc cằm hoàn hảo. Vì vậy, những nhà nghiên cứu ở Đại học Columbia đang phát triển xương thay thế trong phòng thí nghiệm. Đầu tiên, họ tạo ra một cái khung hoặc giàn giáo, từ xương bò đã bỏ đi hết các tế bào sống của nó. Họ khắc lên cái khung để tạo hình giống như một xương bình thường khỏe mạnh mà họ muốn thay thế hoặc thêm vào. Sau đó, họ loại bỏ các tế bào gốc từ cơ thể của bệnh nhân.
Ở đó, xương mới sẽ tiếp tục phát triển thành vật cấy ghép. Theo thời gian, xương mới sẽ hoàn toàn ăn mất giàn giáo. Cuối cùng, chỉ có các tế bào xương của bệnh nhân sẽ còn lại, Sarindr Bhumiratana nói. Là một kỹ sư y sinh học, S. Bhumiratana là một trong những nhà nghiên cứu tại Đại học Columbia làm việc trong dự án phát triển xương.
Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã phát triển và cấy ghép xương nơi loài heo. Trong một tương lai gần, họ đang có kế hoạch thử nghiệm kỹ thuật này trên cơ thể mọi người.
