Механорецепция – секрет волшебства

Мы видели, как остеобласты окружают себя белком, который сами секретируют, и вскоре становятся практически полностью изолированными от других похожих клеток. На этом этапе они превращаются из овальных остеобластов в звездообразные остеоциты. Одна из их новых функций заключается в поддержании равновесия коллагена и кальция, образующих кость. Другая функция состоит в синтезе нового белкового матрикса, из которого будет сформирована новая костная масса. Ключевая роль в этом процессе принадлежит механорецепторам: крошечным участкам клеточной оболочки, реагирующим на механическое воздействие изменением функции клетки. Пример механорецепторов – волоски на рецепторах уха, превращающие колебания воздуха в звуки, которые мы слышим. Все нервные клетки, сообщающие нам о прикосновениях и передающие ощущения движения, относятся к данной категории. Механорецепторы реагируют на какое-то механическое воздействие, на что-то, что давит или ударяет по мембране (звук или прикосновение), и посылают импульс в мозг. Мы не «чувствуем» ухом колебание, а слышим его. Берясь за поручень в общественном транспорте, мы не знаем, насколько глубоко он вжимается в кожу; мы лишь чувствуем холодный металл и его форму. Движение клеточных мембран происходит на микроскопическом уровне. Вероятно, механорецепторы уже очень давно являются частью клеток. Они обнаруживаются у примитивных бактерий и грибов, а значит, появились у какого-то общего предшественника: разделение этих базовых форм жизни произошло около 3,5 миллиарда лет назад.

Рисунок 18. Фронтальный вид мышц головы (слева) и поясницы (справа), полученный путем МРТ. Мышцы головы крепятся преимущественно к лопаткам, ключицам и грудине. Использование рук для поднятия и удержания веса подвергает затылочные позвонки стимулирующей компрессии. То же касается мышц, связывающих между собой тела и поперечные отростки поясничных позвонков.

Еще один пример механорецепторов – остеоциты. Мы, как правило, не знаем, что наши кости сгибаются или скручиваются, однако многие исследования показывают, что именно так и происходит. Поднимаем мы что-то, несем, идем или наклоняемся – при любой нагрузке кости выгибаются и скручиваются. Когда внешние мембраны остеоцитов растягиваются или сжимаются, что происходит при сгибании или скручивании костей, они быстро реагируют на это воздействие, синтезируя новые белковые отростки, формирующие матрикс новой кости.

Остеоциты выпускают длинные щупальца, значительно увеличивая площадь своей поверхности и количество участков, чувствительных к изменению положения. Даже незначительное изменение формы внешней оболочки клетки меняет ее метаболизм и функцию. Чаще всего электрические разряды, возникающие при движении клеточной мембраны, создают достаточную энергию для изменения информационных молекул на ее внутренней поверхности. Эти молекулы продвигаются к ядру. Там они проникают в мембрану ядра и тем самым влияют на ядерные процессы. Подобно нейромедиаторам, эти крошечные курьеры с внешних границ клетки влияют на самый ее центр. Они изменяют ДНК, РНК и белки, впоследствии вырабатываемые клеткой, определяя, что именно эта клетка выпустит в организм. В случае остеоцитов этот процесс приводит к синтезу костеобразующего белка, который затем выделяется клеткой в костный матрикс, окружая его. Матрикс притягивает к себе кальций и другие минералы, укрепляющие кость, после чего подавляет движение мембран остеоцитов. Это делает кость более жесткой и устойчивой к сгибанию, а следовательно, ослабляет стимуляцию, приводящую к образованию новой костной ткани. Этот процесс является биохимической основой закона Вольфа.

Рисунок 19. Деформация стенки клетки создает электрический разряд, инициирующий химическую реакцию с образованием специфических молекул на внутренней поверхности стенки. Эти молекулярные сигналы расходятся по всей клетке и достигают ее ядра. Ядро реагирует преобразованием новой группы ДНК в РНК, что приводит к синтезу белков. Эти белки выделяются из клетки в костный матрикс, притягивая минералы, укрепляющие кость именно в том месте, куда пришлась нагрузка, сокращая дальнейшую деформацию.

Судя по всему, на хрящевую ткань нагрузка действует точно так же, как на остеоциты. Наверное, это неудивительно – ведь и клетки костей, и клетки хрящей развиваются из одинаковых мезенхимальных стволовых клеток. Как бы то ни было, понимание данного процесса дает более полное представление о преимуществах йоги: можно укреплять кости, заставляя одну мышцу противостоять другой, и обновлять хрящевую ткань при помощи неударных движений с увеличивающейся амплитудой. Таким образом, йога помогает бороться не только с остеопорозом, но и с остеоартритом.

Стоит отметить еще один аспект механорецепции, предугаданный Вольфом: остеоциты на местном уровне реагируют в точности вдоль оси сгибания кости, помогая ей сопротивляться именно такому типу сгибания. По мере формирования устойчивости кости к данной нагрузке она все меньше сгибается и образование новой костной ткани замедляется. Такая петля обратной связи не позволяет костям перерасти и стать бесполезными: они утолщаются в конкретном месте ровно до той степени, которая необходима для минимизации сгибания, – не более того. Этот процесс регулирует создающую и разрушающую функции остеоцитов и остеокластов, допуская минимально необходимое сгибание для стимуляции образования ровно того объема костной ткани, какой был уничтожен остеокластами.

Рисунок 20. Мышцы боковой поверхности шеи и головы способны стимулировать шейные позвонки практически во всех мыслимых направлениях.

По той же причине особенно полезными оказываются упражнения на эксцентричное растяжение, т. е. с преодолением сопротивления (подобные тем, которые так распространены в йоге). Минеральная плотность кости связана с ее общей толщиной. Эксцентричное растяжение стимулирует кость сразу во многих местах, утолщая и упрочняя ее в целом и защищая от разноплановой нагрузки и напряжения. Противодействие продольной оси кости непривычным нагрузкам, что характерно для всех наклонов и растяжек в йоге, стимулирует образование новой костной ткани. По этим причинам она с большой вероятностью должна эффективно защищать от компрессионных переломов, которым особенно подвержены позвонки, в том числе шесть из семи шейных.

Закон Вольфа в профилактике и лечении остеопороза

Практически все эксперты соглашаются с тем, что профилактика остеопороза всегда эффективнее его лечения. Любой достойный профилактический режим учитывает процесс естественного утолщения и последующего ослабления костей, практически идентичный у всех людей (см. с. 23, возрастная таблица МПКТ). Занятия йогой в раннем возрасте – в двадцать, пятнадцать лет и даже раньше – помогут укрепить кости как раз в период наилучших условий. Воздействие присущими йоге нагрузками повысит пиковую костную массу до максимального уровня. Прибавьте пользу смазывания хрящей и связок благодаря растяжению и сжатию в различных позах йоги, а также увеличенную амплитуду движений в результате растяжек, и йога предстанет перед вами весьма привлекательным способом профилактики.