تحقیقات جدید نشان می دهد که چرا استخوان های افراد دیابتی اینقدر شکننده هستند

11مه 2020 - احتمال شکستگی استخوان ها در یک فرد مبتلا به دیابت نوع 2 ، سه برابر بیشتر از افراد غیر دیابتی است. از آنجایی که تعداد افراد مبتلا به دیابت در جهان به سرعت در حال افزایش است، شکنندگی استخوان در بیماران مبتلا به دیابت نوع 2 به یک موضوع بهداشت عمومی رو به رشد تبدیل شده است اما هموز اطلاعات کمی در مورد علل آن در دست است.

معمولاً تراکم پایین استخوان را علت شکنندگی آن می دانند، اما در مورد افراد مبتلا به دیابت نوع 2، که تمایل به داشتن تراکم استخوان طبیعی و بالایی دارند، این دلیل نمی تواند توضیح مناسبی باشد. با این حال، آنها هنوز هم از شکستگی استخوان با نرخ بالاتری نسبت به افراد غیر دیابتی رنج می برند و هیچ کس نمی داند چرا.

محققان در آزمایشگاه بیومکانیک استخوان دکتر Lamya Karim، سعی کردند تا با بررسی استخوان افراد دیابتی، در سطح میکرو، علت شکنندگی استخوان این افراد را کشف کنند.

استخوان ها زنده هستند

استخوان ها اندام های زنده ای هستند که به بدن شکل می دهند و از بدن محافظت می کنند. دارای یک فضای زندگی برای مغز استخوان هستند، جایی که سلول های خونی تولید می شوند. استخوانها مواد معدنی مورد نیاز بدن از جمله کلسیم و فسفر را تأمین می نمایند.

در صورت آسیب دیدگی، استخوان ها می توانند به خودی خود یا با کمک مداخله ی پزشکی ترمیم شوند، این موضوع را هر کس که تاکنون شکستگی استخوان را تجربه کرده باشد، می تواند گواهی دهد. اما آنچه شما ممکن است ندانید این است که استخوان ها از طریق فرآیندی به نام بازسازی یا ریمدلینگ، در حال ترمیم مداوم خود هستند.

فعالیت بدنی روزمره باعث آسیب به استخوان ها به صورت میکرو شکستگی می شود که بدن به طور پیوسته آنها را ترمیم می کند. روند بهبود استخوان شامل تجزیه مواد معدنی و پروتئین در مناطق فرسوده و جایگزینی آنها با پروتئین های جدید سالم است.

اتصالات عرضی بین پروتئین ها

این پروتئین های جدید از اسیدهای آمینه ای تشکیل شده اند که به طور طبیعی با قندهای موجود در بدن واکنش نشان می دهند. به این فکر کنید که چگونه یک سیب خرد شده هنگام قرار گرفتن در معرض هوا قهوه ای می شود. واکنش شیمیایی بین اسیدهای آمینه و قند موجود در بدن مشابه با قهوه ای شدن سیب است. این فرآیند "گلیکاسیون غیر آنزیمی" نامیده می شود، این روند در تمام بافت های بدن، از جمله در استخوان رخ می دهد

.

درست مانند سیب که قهوه ای می شود، گلیکاسیون غیر آنزیمی دارای همین اثر بر پروتئین ها است و باعث ایجاد پل ها یا اتصالات شیمیایی ریزی به نامcrosslinks می شود. این اتصالات در پروتئینهای همه ی افراد ایجاد می شوند زیرا هر کس مقداری قند در بدن خود دارد. علیرغم اینکه این اتصالات بطور طبیعی تشکیل می شوند، اما پیوندهای غیر آنزیمی برای بدن خوب نیستند.

شکل: بعد از انکوبه ی نمونه های استخوانی در قند زیاد (تصویر راست) اتصالات عرضی بیشتری ایجاد می شود و نمونه به رنگ قهوه ای تیره در می آید، در حالی که نمونه ی استخوانی که در محیطی با حداقل قند (سمت چپ) انکوبه شده است، چند اتصال متقاطع تشکیل می دهد و قهوه ای نمی شود.

این اتصالات مضر هستند زیرا پروتئین هایی که به هم متصل شده اند را سفت می کنند و در صورت قرار گرفتن در معرض نیروهای روزانه برای مثال راه رفتن می توانند از خم شدن آنها جلوگیری کنند. این استحکام ممکن است مانند یک چیز خوب به نظر برسد، اما برای جلوگیری از شکل گیری میکرو شکستگی ها، استخوان ها به کمی خمش یا انعطاف نیاز دارند. اتصالات متقاطع غیر آنزیمی در واقع باعث شکنندگی استخوان ها می شوند.

معمولاً بدن کراس لینک ها را با شکستن آنها و خلاص شدن از شر آن ها به راحتی مدیریت می کند. اما در استخوان های مبتلایان به دیابت نوع 2 ، داستان متفاوت است. تحقیقات آزمایشگاه دکتر Karimو سایرین دو عامل نگران کننده را مشخص کرد: اولین مورد این است که غلظت قند موجود در خون افراد مبتلا به دیابت نوع 2 بالا است و از آنجایی که قند سوخت یک واکنش شیمیایی است که این کراس لینکها را ایجاد می کند، تعداد این کراس لینک ها در استخوان های افراد دیابتی در مقایسه با استخوان افراد سالم بیشتر است. دکتر Karimو همکارانش معتقدند که تجمع این کراس لینکها ممکن است یکی از دلایل شکنندگی استخوان افراد دیابتی باشد.

عامل دوم این است که میزان بازسازی استخوان در مبتلایان به دیابت نوع 2 ، کمتر است، به این معنی که توانایی آنها در از بین بردن کراس لینک ها کمتر است. محققان فکر می کنند که این موضوع نیز به افزایش بیشتر تعدادcrosslinks ها در استخوان افراد دیابتی کمک می کند.

کراس لینک ها در اندام های دیگر مورد بررسی قرار گرفته اند. مشخص شده است که کراس لینک ها در افراد دیابتی به عوارضی مانند آسیب عروقی، آسیب کلیوی و مشکلات بینایی منجر می شود. مطالعه ی کراس لینک ها در استخوان بطور کلی یک مطالعه ی نسبتاً جدید است و بویژه در مورد استخوان افراد دیابتی، جدیدتر است.

اکتشافات دانشمندان

تیم دکتر Karim، از مهندسان بیومدیکال، مهندسین مکانیک، مهندسان عمران، شیمی دانان و پزشکان با استفاده از استخوان افراد دیابتی و اجساد، میکرو شکستگی ها و کراس لینک ها را بررسی کردند.

در این مطالعه، محققان از بیماران دیابتی که تحت عمل جراحی تعویض مفصل ران قرار گرفته بودند، ثبت نام کرده و نمونه هایی از استخوان ران آنها را که در طی عمل جراحی دور ریخته بودند، برای مطالعه جمع آوری کردند. محققان دریافتند: استخوان سخت و متراکمی که پوسته بیرونی استخوان ها را تشکیل می دهد، در افراد دیابتی دارای کراس لینک های بیشتر و خواص مکانیکی ضعیف تر است.

محققان همچنین محیطی با قند بالا را برای نمونه های استخوانگرفته شده از اجساد، شبیه سازی کردند. اگرچه استخوان های گرفته شده از جسد دیگر زنده نیستند، اما ساختار پروتئینی آن هنوز دست نخورده است. هنگامی که محققان این نمونه های استخوانی را در محلول های قندی قرار دادند، قندها هنوز هم با آمینو اسیدهای موجود در پروتئینهای استخوان واکنش نشان داده و کراس لینک تشکیل دادند. محققان از این تکنیک استفاده کردند تا نشان دهند که نمونه های استخوانی که در معرض محیط هایی با قند بالا قرار دارند، کراس لینک بیشتری ایجاد می کنند، ضعیف تر می شوند و به احتمال زیاد می تواند دچار میکرو شکستگی بیشتری شوند.

دکتر Karim و همکارانش اکنون در حال اندازه گیری انواع مختلف کراس لینک ها هستند و قصد دارند با دقت بیشتری به بررسی چگونگی و محل تشکیل میکرو شکستگی ها در استخوان بپردازند. آنها امیدوارند که بتوانند پیش بینی کنند که چگونه ممکن است شکستگی در یک بیمار رخ دهد. علاوه بر این، آنها در حال آزمایش ترکیبات مختلفی هستند که ممکن است باعث شکستن کراس لینکهای استخوانی یا جلوگیری از شکل گیری آنها در وهله اول شود، به این امید که تحقیقات آنها به کشف درمان های جدید در آینده و مراقبت های پزشکی بهتر برای بیماران دیابتی کمک کند.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2020-05-diabetics-bones-easily-figuring-fragile.html