Κατανόηση της δομής των οστών

Δομική οργάνωση των οστών

Η δομή του οστού είναι παρόμοια με το ενισχυμένο σκυρόδεμα που χρησιμοποιείται για να φτιαχτεί ένα κτίριο ή μια γέφυρα. Όταν ξεκινάει το χτίσιμο ενός κτιρίου ή μιας γέφυρας, αρχικά τοποθετείται ένα πλαίσιο από μακριές ράβδους χάλυβα. Στην συνέχεια χύνεται το τσιμέντο γύρω από αυτές τις ράβδους χάλυβα. Οι ράβδοι και το τσιμέντο συγκροτούν μια σφιχτή ένωση, παράγοντας μια δομή που είναι τόσο ισχυρή όσο και αρκετά ελαστική ώστε να αντισταθεί σε κάποια κίνηση διατηρώντας την συνοχή της. Χωρίς τις ράβδους του χάλυβα το τσιμέντο θα ήταν εύθραυστο και θα έσπαγε με μόνο τη δευτερεύουσα μετακίνηση. Χωρίς το τσιμέντο, οι ράβδοι χάλυβα θα είχαν ανεπαρκή υποστήριξη και θα έκαμπταν.

Η ίδια οργάνωση ισχύει και για το οστό. Οι ράβδοι χάλυβα που υποστηρίζουν το κτίριο είναι οι ράβδοι κολλαγόνου στο οστό. Το τσιμέντο που περιβάλλει και υποστηρίζει τις ράβδους διαμορφώνεται από τα μεταλλικά στοιχεία (συμπεριλαμβανομένου του ασβεστίου και φώσφορου) του αίματος που κρυσταλλώνονται και περιβάλλουν τις ράβδους. Αυτά τα μεταλλικά στοιχεία δίνουν τη δύναμη στα οστά ενώ οι ράβδοι του κολλαγόνου παρέχουν την ανθεκτικότητα.

Ασθένειες οι οποίες παρεμποδίζουν τη δυνατότητα του ασβεστίου και φωσφόρου να τοποθετηθούν γύρω από τις ράβδους κολλαγόνου παράγουν οστά που κάμπτονται αλλά δεν σπάζουν απαραιτήτως. Σε αυτήν την περίπτωση η διάγνωση συνήθως είναι ραχίτιδα (rickets) και παρατηρούνται σε ασθενείς που παρουσιάζουν έλλειψη σε βιταμίνη D. Ασθένειες στις οποίες οι ράβδοι χάλυβα (ράβδοι κολλαγόνου) είναι ανώμαλες οδηγούν σε εύθραυστα οστά και εμπίπτουν στην κατηγορία της ατελούς οστεογένεσης (osteogenesis imperfecta, OI). Για να κατανοήσουμε την ατελή οστεογένεση, είναι σημαντικό να γίνει κατανοητό γιατί οι ράβδοι κολλαγόνου είναι ανώμαλες και πώς οι ανώμαλες ράβδοι έχουν επιπτώσεις στη δομή του οστού.

Κανονικές έναντι των ράβδων κολλαγόνου κατά την ατελή οστεογένεση

Οι ράβδοι κολλαγόνου στην πραγματικότητα διαμορφώνονται από μια αυστηρή αλληλοεπιδρούσα τοποθέτηση άκαμπτων ινών κολλαγόνου (μόρια κολλαγόνου). Αυτή η ρύθμιση είναι παρόμοια με τον τρόπο ότι τα τούβλα και το κονίαμα αλληλεπιδρούν για να διαμορφώσουν έναν τοίχο με τούβλα. Ένας ισχυρός τοίχος απαιτεί τα μεμονωμένα τούβλα να είναι ομοιόμορφα στο μέγεθος και τη μορφή έτσι ώστε μπορούν να ευθυγραμμιστούν με έναν υπέρθετο (επικαλυπτόμενο) τρόπο. Τα μόρια κολλαγόνου οργανώνονται επίσης με έναν υπέρθετο τρόπο και διατηρούν την συνοχή τους με την σύνδεσή τους μεταξύ τους και με άλλα μόρια καθώς και με το ασβέστιο που προέρχεται από το αίμα.

Οι ράβδοι κολλαγόνου που αποτελούν ένα οστό με ατελή οστεογένεση δεν δίνουν στον σκελετό την πλήρη δύναμη επειδή η ποσότητα ή η μορφή των ράβδων είναι ανώμαλη. Υπάρχει μια ατέλεια στη δομή ή τον αριθμό των μορίων κολλαγόνου. Τέτοιες ατέλειες είναι το αποτέλεσμα μιας μετάλλαξης (αλλαγής) στο DNA (γενετικό κώδικα) στο γονίδιο που φτιάχνει το κολλαγόνο και προκαλεί συχνά σοβαρής μορφής ατελή οστεογένεση. Όταν συμβεί μια τέτοια μετάλλαξη, προκύπτει ένα ελαττωματικό σχέδιο παραγωγής που λέει στο κύτταρο για να παραγάγει το αλλοιωμένο κολλαγόνο με συνέπεια τις κακές ίνες κολλαγόνου. Ακόμα κι αν το σώμα κάνει ακόμα μερικές καλές ίνες κολλαγόνου, αυτές οι ίνες συνδέονται με τις κακές ίνες έτσι ώστε οι ράβδοι και, κατά συνέπεια, τα οστά δεν γίνονται ποτέ πολύ ισχυρά.

Στην ατελή οστεογένεση, οι ίνες του κολλαγόνου που διαμορφώνουν τις ράβδους είναι είτε «μπερδεμένες» είτε σπασμένες, έτσι ώστε η δομή να είναι εγγενώς ασταθής. Γύρω στο μισό με τρία τέταρτα όλων των ινών κολλαγόνου που παράγονται είναι ελαττωματικές. Όσο πιο σοβαρή είναι η ατέλεια στην ίνα του κολλαγόνου, τόσο πιο αδύνατη είναι η ράβδος κολλαγόνου και τόσο μεγαλύτερη είναι η σοβαρότητα της μορφής της ατελούς οστεογένεσης. Δεδομένου ότι όλο και περισσότεροι ασθενείς με ατελή οστεογένεση μελετώνται, οι ερευνητές θα είναι ικανοί να προβλέψουν πόσο βαριά είναι μια νέα περίπτωση ατελούς οστεογένεσης βασισμένοι στη θέση της ατέλειας μέσα στην ίνα κολλαγόνου.

Σε αντίθεση με τις σοβαρότερες μορφές της ατελούς οστεογένεσης, η ήπια ή τύπου I μορφή ατελούς οστεογένεσης δεν προκύπτει από την παραγωγή κακών ινών κολλαγόνου. Αντ' αυτού, προκύπτει από τη μειωμένη παραγωγή των ειδάλλως κανονικών ινών κολλαγόνου. Σε αυτούς τους ασθενείς, η μετάλλαξη αδρανοποιεί ή βγάζει εκτός την λειτουργία ενός από τα δύο γονίδια κολλαγόνου που όλοι κληρονομούμε (ένα από κάθε γονέα). Η παρουσία του μισού μόνο αριθμού ινών και ράβδων κολλαγόνου έχει μια μέτρια επίδραση στη δύναμη οστών, αλλά δεν είναι τόσο σοβαρό όσο η δυσμορφία του οστού από έναν κανονικό αριθμό κακών ινών κολλαγόνου.

Συνέπειες της μετάλλαξης του κολλαγόνου

Υπάρχουν πρόσθετοι λόγοι για τους οποίους μια μετάλλαξη κολλαγόνου μπορεί να έχει τα καταστρεπτικά αποτελέσματα στη δύναμη οστών.

  1. Οι ελαττωματικές ράβδοι κολλαγόνου διαμορφώνουν μια ανώμαλη φόρμα στην οποία «χύνονται» τα μεταλλικά στοιχεία συνένωσης των οστών. Δεδομένου ότι η φόρμα δεν διαμορφώνει σωστά, το υλικό συνένωσης τοποθετείται κατά τρόπο τυχαίο.
  2. Οι ατελώς διαμορφωμένες ράβδοι κολλαγόνου είναι πιο ευαίσθητες στην φυσιολογική διαδικασία του σώματος που ανιχνεύει και καταστρέφει τα σπασμένα μόρια. Κατά συνέπεια, το ποσό του οστού, το οποίο ωστόσο είναι ατελές, μειώνεται περαιτέρω με το «ξεκαθάρισμα» των κυττάρων που αφαιρούν τις ελαττωματικές ράβδους κολλαγόνου.
  3. Ο τρίτος και ίσως σημαντικότερος λόγος για την ευθραυστότητα των οστών με ατελή οστεογένεση είναι ότι τα ίδια τα κύτταρα που φτιάχνουν το οστό, οι οστεοβλάστες (osteoblasts) επηρεάζονται από την κοντινή παρουσία των κακών μορίων κολλαγόνου. Οι οστεοβλάστες έχουν μεγάλη δυσκολία στο να κατασκευάζουν ατελείς ίνες κολλαγόνου και να τις μεταφέρουν έξω από το κύτταρο. Έτσι, τα κύτταρα γεμίζουν με μεγάλες ποσότητες ατελών ινών κολλαγόνου που δεν μπορούν να μεταφερθούν έξω. Κατά συνέπεια, αυτά τα κύτταρα, οι οστεοβλάστες, γίνονται πολύ ανεπαρκή στο να παράγουν πρόσθετες πρωτεΐνες οστών και γίνεται πολύ αργά η διαδικασία διαίρεσης για την παραγωγή νέων οστικών κυττάρων. Εντούτοις, το σώμα απαιτεί τα κύτταρα των οστών να παράγουν περισσότερο οστό, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια της παιδικής ηλικίας, οπότε και απαιτείται νέο οστό για να υποστηρίξει ένα συνεχώς αναπτυσσόμενο σε βάρος και ύψος σώμα όπως είναι αυτό των παιδιών. Δυστυχώς, το μόνο οστό που μπορεί να παραχθεί περιέχει τις ελαττωματικές ίνες, έτσι η δύναμη δεν βελτιώνεται ποτέ. Αυτός ο κύκλος του ατελούς σχηματισμού των οστών είναι ατέρμονος.

Αυτό το φαινόμενο εξηγεί πιθανώς γιατί η πλειοψηφία των καταγμάτων συμβαίνει κατά τη διάρκεια της παιδικής ηλικίας όπου τα παιδιά που αναπτύσσονται γρήγορα. Χρειάζονται περισσότερη δύναμη από ότι ο σκελετός τους μπορεί να παρέχει. Όταν η ανάπτυξη σταματά μετά από την σεξουαλική ωρίμανση, αυτή η απαίτηση για δραστηριότητα των οστικών κυττάρων είναι μειωμένη. Έτσι, τα οστικά κύτταρα μπορούν να επικεντρωθούν στο να κάνουν αρκετό πλέγμα οστών για να διατηρήσουν ακριβώς την οστική μάζα χωρίς να πρέπει να διαμορφωθεί νέο οστό για περαιτέρω ανάπτυξη. Επειδή τα κύτταρα οστών προφθάνουν την περιορισμένη παραγωγή, τα κατάγματα μειώνονται σε συχνότητα.

Περίληψη

Εν περιλήψει, οι σοβαρότερες μορφές της ατελούς οστεογένεσης προκαλούνται από τις γενετικές μεταλλάξεις που παράγουν τα κακά δομικά συστατικά (κακές ίνες) οι οποίες γίνονται μέρος του σκελετού. Μια σημαντική πρόοδος στην αντιμετώπιση της ατελούς οστεογένεσης θα είναι να βρεθεί ένας τρόπος ώστε να αποτραπεί η παραγωγή κακών ινών εξαρχής. Εάν αυτός ο στόχος μπορούσε να επιτευχθεί, το αποτέλεσμα θα ήταν ο τύπος Ι της ατελούς οστεογένεσης, με το άτομο να έχει ένα κανονικό γονίδιο κολλαγόνου που παράγει έναν μικρότερο αριθμό κανονικών ινών κολλαγόνου αντί ελαττωματικών ινών. Μόλις ολοκληρωθεί αυτός ο στόχος, φάρμακα που μπορούν να υποκινήσουν περισσότερη παραγωγή ινών κολλαγόνου από το υπόλοιπο κανονικό γονίδιο κολλαγόνου μπορεί να αυξήσουν την οστική δύναμη ακόμη περισσότερο.

Αυτό το ενημερωτικό δελτίο προσαρμόστηκε μετά από άδεια από ένα άρθρο του David Rowe, M.D., University of Connecticut Health Center, που έχει τίτλο, «Promising Strategies to Treat OI With Somatic Gene Therapy,» Breakthrough, 22(1), Winter 1997.

Δείτε επίσης:

Πηγή: Οι παραπάνω πληροφορίες προέρχονται από ελεύθερη μετάφραση της σελίδας με τίτλο "OI Issues: Bone structure in OI" στο site του Osteogenesis Imperfecta Foundation (OIF)