Ученые из Кембриджа обнаружили ранее неизвестную субстанцию, которая поглощает удар и делает наши кости более устойчивыми к переломам.

Данные исследования, опубликованного в издании Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что минерал, из которого состоит кость, представляет собой вязкое вещество с крошечными кристаллами, которые могут перемещаться относительно друг друга. Именно эта «гидравлическая жидкость» делает наши кости очень прочными и устойчивыми к переломам даже при очень больших нагрузках.

Исследования показали, что химический цитрат, побочный продукт метаболизма клеток, смешивается с водой и создает вязкую жидкость, которая заполняет промежутки между нанокристаллами, образующими наши кости. Эта жидкость дает нанокристаллам подвижность, тем самым обеспечивая костям гибкость при одновременном снижении вероятности перелома.

Как выяснили ученые, наша кость имеет уникальный встроенный «амортизатор», который делает ее очень прочной. На рисунке изображена структура костной ткани. Сверху вниз: коллагеновое волокно, минеральные кристаллы, слой воды, молекулы цитратов

До сих пор о данном встроенном в кости «амортизаторе» ученые ничего не знали. Тем не менее, именно эта особенность служит основой прочности наших костей. Открытие сделали в ходе исследований костных заболеваний, вызывающих повышенную хрупкость костей, таких как остеопороз.

Как оказалось, минерал костей, гидроксиапатит, связан водой и молекулами цитрата. Большая часть кости, возможно около 50%, состоит из этой вязкой жидкости, которая выполняет роль своеобразного амортизационного геля.

Благодаря вязкому цитрату, пластинчатые нанокристаллы легко скользят относительно друг друга – это похоже на две стеклянные пластинки, смоченные водой и скользящие относительно друг друга. Без цитрата все кристаллы кости «сплавляются» в одну монолитную структуру, отчего кость становится хрупкой.

Цитрат представляет собой цепкую молекулу с четырьмя «руками», которые прочно связываются с молекулами кальция. Цитрат держит минеральные кристаллы, предотвращая их слипание и одновременно удерживая воду. Без цитрата вода попросту вытекает из зазоров между минеральными кристаллами, и они начинают слипаться, а кость терять гибкость.

Теперь ученые больше знают о природе костных заболеваний. Здоровое тело поставляет костям кальций, «завернутый» в молекулы цитрата. Это предотвращает образование крупных ломких минеральных кристаллов. При этом здоровая костная ткань имеет белковую ячеистую структуру с маленькими отверстиями, где осаждается кальций. С возрастом ячейки ремонтируются плохо, отверстия увеличиваются, и вода с цитратом из них выходит. В результате начинают расти большие кристаллы, снижающие прочность кости. Для того чтобы лечить остеопороз и другие аналогичные болезни, необходимо найти способ предотвратить увеличение размера ячеек в костной ткани.