Xương của chúng ta không chỉ tạo ra khung nâng đỡ cho cơ thể mà còn thực hiện một số vai trò quan trọng đối với sức khỏe của chúng ta. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét các vật liệu trong xương và công dụng của chúng như thế nào?
Thành phần của xương
Xương là một vật liệu tổng hợp bao gồm cả thành phần vô cơ và hữu cơ. Thành phần vô cơ chủ yếu là hydroxyapatite kết tinh: [Ca3(PO4)2]3Ca(OH)2. Thành phần hữu cơ của xương bao gồm hơn 30 loại protein với collagen loại I là phong phú nhất (>90%). Theo trọng lượng, thành phần vô cơ chiếm khoảng 60% của mô trong khi thành phần hữu cơ chiếm khoảng 30%. 10% còn lại là nước. Theo khối lượng, thành phần vô cơ, thành phần hữu cơ và nước lần lượt là 40%, 35% và 25%.
Thành phần vô cơ, được tạo thành từ các tinh thể hydroxyapatite hình đĩa nhỏ (dài 20-50 nm, rộng 15 nm và dày 2-5 nm), có chứa tạp chất. Tạp chất phổ biến là cacbonat thay cho các nhóm photphat. Các chất thay thế đã biết khác bao gồm kali, magiê, stronti và natri thay cho các ion canxi, và clorua và florua thay cho các nhóm hydroxyl.
Những tạp chất này được cho là làm giảm độ kết tinh của khoáng xương và do đó có thể thay đổi một số đặc tính của khoáng chất như khả năng hòa tan, điều này rất quan trọng đối với cân bằng nội môi và thích ứng của xương.
Thành phần hữu cơ của xương chủ yếu bao gồm collagen loại I (~90%) và ~10% còn lại là protein không liên kết. Collagen loại I là một phân tử ba vòng xoắn có chứa ba chuỗi polypeptide, mỗi chuỗi được bao gồm khoảng 1000 axit amin. Hai trong số ba polypeptit là chuỗi α1 (I) giống hệt nhau và chuỗi thứ ba là chuỗi α2 (I) tương tự về cấu trúc, nhưng khác về mặt di truyền.
Các chuỗi polypeptite này được liên kết chéo bằng liên kết hydro giữa hydroxylproline và các gốc tích điện khác để tạo thành một phân tử rất tuyến tính có chiều dài khoảng 300nm. Các phân tử tuyến tính này được sắp xếp với nhau theo kiểu song song để tạo thành các sợi collagen, sau đó được nhóm lại thành từng bó để tạo ra sợi collagen.
Trong khi collagen loại I đại diện cho thành phần cấu trúc chính của chất nền xương, các protein không liên kết, mặc dù hiện diện với số lượng rất nhỏ trong xương, nhưng lại đóng góp đáng kể vào chức năng sinh học của nó. Gần 30 loại protein không liên kết bao gồm nhiều protein ECM, các yếu tố tăng trưởng và cytokine đã được xác định từ xương.
Các vai trò sinh lý học của hầu hết các protein không tạo cốt bào vẫn chưa được làm sáng tỏ đầy đủ, nhưng chúng được cho là đóng một vai trò quan trọng trong quá trình khoáng hóa chất nền xương cũng như trong việc điều hòa chức năng của tế bào hủy xương (osteoclast) và nguyên bào xương. Cụ thể, nhiều loại protein không phải là xốp đã được chứng minh là có khả năng kiểm soát sự biệt hóa và chức năng của các tế bào xương bằng cách hỗ trợ sự gắn kết của chúng vào xương.
Dựa trên các thành phần cấu tạo cơ bản và tổ chức sinh hóa của xương, mô vôi hóa có thể sử dụng các cơ chế tiềm năng chính sau đây để tương tác với tế bào: 1) là thành phần chính của xương, hydroxyapatite có thể có một số đặc tính sinh hóa có khả năng tương tác với các protein bề mặt tế bào; 2) như một thành phần chính của thành phần hữu cơ, collagen loại I đại diện cho một mỏ neo quan trọng khác làm trung gian cho sự gắn kết tế bào; và 3) một số protein không liên kết có thể tham gia vào tương tác giữa tế bào xương.
Điều quan trọng là, trong khi một trong những cơ chế khác nhau này có thể đóng vai trò chủ yếu trong sự tương tác của xương và một số loại tế bào nhất định, thì cũng có thể một số tương tác tế bào với xương liên quan đến nhiều hơn một cơ chế.
Xương nhỏ nhất trong cơ thể con người là gì?
Xương nhỏ nhất trong cơ thể con người là xương bàn đạp, nằm trong tai giữa. Xương nhỏ, mỏng manh này có kích thước 3 x 5 mm.
Xương lớn nhất trong cơ thể con người là xương đùi, nằm ở phần trên của cẳng chân, nó thường được gọi là xương đùi. Chiều dài trung bình của một xương đùi nam là 48 cm.
Tủy xương
Tủy xương là một chất giống như thạch, có nhiệm vụ tạo ra các tế bào máu. Có 3 loại tế bào máu khác nhau được tạo ra bởi tủy xương:
- Tế bào hồng cầu – Những tế bào này có nhiệm vụ mang oxy đi khắp cơ thể.
- Tế bào bạch cầu – Những tế bào này tạo nên hệ thống miễn dịch của cơ thể.
- Tiểu cầu – Những tế bào này được sử dụng để đông máu.
Tế bào xương
Tế bào xương đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng lại bộ xương của cơ thể. Bộ xương liên tục được cơ thể làm lại thông qua quá trình xây dựng và phá vỡ các mô xương. Kết quả của việc này là mỗi xương được xây dựng lại hoàn toàn khoảng 10 năm một lần.
Các tế bào xương tham gia vào quá trình xây dựng lại này là:
- Nguyên bào xương – Đây là những tế bào xây dựng mô xương.
- Tế bào xương – Đây là những tế bào kiểm soát hàm lượng khoáng chất và canxi của mô xương. Điều này cho phép chúng duy trì các mô xương.
- Tế bào hủy xương (Osteoclasts) – Đây là những tế bào phá vỡ mô xương cũ.
Mật độ xương
Mật độ xương là lượng chất khoáng của xương trong mô xương và được sử dụng như một cách để đo sức mạnh của xương.
Một số yếu tố sẽ dẫn đến mật độ xương tốt là:
- Cung cấp cân bằng canxi trong chế độ ăn uống
- Một lượng đủ vitamin D từ việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và thức ăn
- Một chế độ ăn uống lành mạnh chứa nhiều vitamin và khoáng chất
- Các loại hormone khác nhau bao gồm hormone tuyến cận giáp, hormone tăng trưởng, calcitonin, estrogen và testosterone
- Huấn luyện sức đề kháng thường xuyên
Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!
Tham khảo Xu Feng, C&EN, Britannica và Twinkl.
