חוקרים מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת צפון קרולינה בארה"ב, הראו לראשונה כי פעילות גופנית (ריצה) מביאה להורדת רמת השומן במח העצם, ומציעים ראיות לכך שתהליך זה משפר את איכות וכמות העצם תוך מספר שבועות.
"אחת ההשלכות הקליניות העיקריות של מחקר זה היא כי פעילות גופנית לא רק מועילה לשיפור הבריאות, אלא מעולה גם לבריאות העצם", אומרת ד"ר מאיה סטיינר, החוקרת הראשית, מרצה ופרופסור לאנדוקרינולוגיה ומטבוליזם באוניברסיטת צפון קרולינה. "תוך פרק זמן קצר מאוד, ראינו שריצה גרמה לבניית עצם משמעותית בעכברים."
המחקר, שפורסם בכתב העת Journal of Bone and Mineral Research (מאי 2017), טוען בנוסף כי אנשים עם משקל עודף – שלעתים קרובות סובלים מאיכות עצם גרועה – עשויים להפיק תועלת גדולה עוד יותר מפעילות גופנית למען בריאות העצם שלהם לעומת אנשים רזים.
מח העצם ורקמת העצם
מֵחַ העצם, ידוע גם כמֹחַ העצם או לְשַׁד העצמות, הוא רקמה הממוקמת בחלק הספוגי של עצמות ארוכות בשלד אדם, ובה נוצרים תאי מערכת הדם. משקל רקמה זו מהווה כ-4% ממשקל הגוף. קיימים שני סוגים שונים של מח עצם: אדום וצהוב. המח האדום אחראי ליצור של תאי דם אדומים, תאי דם לבנים, וטסיות דם, ואילו המח הצהוב, מורכב בעיקר מתאי שומן צהובים, ותפקידו העיקרי הוא לאחסן תאי שומן שיכולים לשמש כמקור אנרגיה. אצל מבוגרים, כמחצית ממח העצם הוא אדום וחצי הוא צהוב.
מח העצם מייצר גם שומן, אך תפקידו הפיזיולוגי עדיין לא לגמרי מובן. מחקרים מעידים על כך ששומן מח העצם עשוי להיות מסדיר מרכזי בהקצאת אנרגיה עבור השלד, החל ממחזור העצם (בנייה ופירוק) ועד להמטופואזיס (תהליך יצירת תאי דם במח העצם), וגם עשוי לתרום למטבוליזם מערכתי בעת רעב. לכן, נראה שכמות מסוימת ונכונה של שומן מח עצם היא חיונית לבריאות השלד.
שומן מח העצם נבדל מרקמות השומן הלבן והשומן החום. בנוסף, נראה כי מאגר שומן מח העצם נמצא תחת בקרה נפרדת ממאגרי השומן האחרים. לבני אדם אין כמעט שומן מח עצם בזמן הלידה, אך רמת השומן במח עצם עולה עם הגיל, במיוחד במהלך העשור השלישי של החיים, באופן כזה שחלה עלייה במספר ובגודל תאי השומן. המרה ידועה זו של הפיכת המח מ"אדום" ל"צהוב" מתרחשת בדרגות שונות באזורי השלד השונים. כמו כן, מסתבר שדפוס החיים של הצטברות שומן מח העצם בחוליות הגב שונה אצל גברים ונשים.
ידוע כי רמות גבוהות יותר של שומן במח העצם מופיעות בבני אדם בתנאי רעב, אלכוהוליזם, פגיעה בחוט השדרה, ושכיבה ממושכת במיטה. מצבים נוספים קשורים הם: הידלדלות מסת העצם (אוסטאופניה), ונטילת תרופות מסוימות.
השינויים בשומן מח העצם שקשורים לגיל, והעלייה בשומן מח העצם שנקשרת לפתולוגיות ספציפיות ידועים כבר שנים, אך רק לאחרונה מתגבשת הבנה לגבי תפקידיו ותפקודיו. ניסויים במבחנה ובעלי חיים סיפקו תובנה חדשה בפרט לגבי הקשר בין שומן המח לבין העצם. מחקרים מצביעים על כך ששומן מח העצם עשוי לשמש סמן עקיף לשינויים בעצמות ועשוי גם למלא תפקיד ישיר בבריאות העצם. שינויים בתכניות של התמיינות תאים עשויים להתבטא ביצירת תאי שומן חדשים על פני יצירת תאי עצם חדשים, דבר המוביל לשומן מח עצם מוגבר עם מסת עצם מופחתת. בדומה למאגרי שומן אחרים, שומן מח העצם הוא איבר אנדוקריני (מפריש הורמונים), ועשוי להשפיע ישירות על ההישרדות והתפקוד של תאים בוני עצם (אוסטאובלסטים) ותאים מפרקי עצם (אוסטאוקלאסטים) באמצעות שחרור ציטוקינים, אדיפוקינים וחומצות שומן.
האם השמנת יתר תורמת למסת העצם ושומרת מפני אוסטאופורוזיס?
השמנת יתר נחשבת היום מגפה, במיוחד בארה"ב, עם תחלואה נילווית רבה. באופן מסורתי נחשבה השמנת יתר כמועילה לעצמות, ולכן כמגינה על השלד מפני אוסטאופורוזיס. עומס מכאני מגרה היווצרות עצם על ידי הפחתת אפופטוזיס (התאבדות תאים), והגדלה של שגשוג והתמיינות תאים שאחראים לבניית עצם. לפיכך, עומס מכאני המופעל באמצעות המשקל העודף של הגוף הוא חלק מן ההנחה שהובילה לאמונה הרווחת כי השמנת יתר עשויה למנוע אובדן עצמות ואוסטאופורוזיס. סיבה נוספת היא עדות לרמת אסטרוגן מוגברת שהופכת זמינה באמצעות המרה של הורמונים אנדרוגנים לאסטרוגן בתאי השומן. זאת ועוד, מחקרים בעכברים הוכיחו כי מתן מזון עתיר שומן בטווח הקצר קשור לצפיפות עצם משופרת או מוגברת.
עם זאת, ישנם מחקרים התומכים בהשפעה השלילית של השמנה על מסת העצם או המאפיינים הביומכאניים שלה, וסוברים ששומן יתר קשור לירידה בסך כל צפיפות ותוכן המינרלים של העצם למרות העלייה במסת העצם בזכות השמנת היתר, וכי איכות העצם וההרכב שלה עשויים שלא להיות תואמים למשקל הגוף, ואפילו מייצגים שבריריות עצמות יחסית וסיכון מוגבר לשברים, אם כי לא לשברים הקלאסיים של אוסטאופורוזיס.
מעבר למחלוקת האם השמנת יתר מועילה או מזיקה לבריאות העצם, ההשפעה של "השמנה" מקומית בתוך העצם – המיוצגת על ידי רקמת שומן מח העצם – על בריאות העצם, שנויה במחלוקת.
הצטברות של נתונים מעידה על כך שגורמים אחרים, מלבד משקל הגוף, מעורבים בתוצאה הסופית של השמנה על בריאות העצם. הירידה במסת העצם שנלווית להשמנת יתר עשויה להתרחש עקב עלייה ביצירת תאי שומן חדשים במח העצם על חשבון יצירת תאים בוני עצם, ו/או יצירה מוגברת של תאים מפרקי עצם בתגובה לייצור מוגבר של חומרים מעודדי דלקת, ו/או עודף הפרשה של לפטין (מופרש מתאי שומן בתגובה לאכילה, מסמן למוח על רמת שובע), או הפחתה בייצור אדיפונקטין (מופרש מתאי שומן, מגביר את הרגישות לאינסולין, נוגד דלקת), ו/או ירידה בספיגת הסידן שנקשרת לצריכת שומן גבוהה (חומצות שומן חופשיות עלולות ליצור גושי סידן בלתי-מסיס שאינו נספג ולכן לתרום לספיגת סידן נמוכה).
למרות שברור כי השמנת יתר גורמת לעלייה בגודל ובכמות תאי השומן הלבנים במאגרים מחוץ לשומן מח העצם, הקשר בין השמנת יתר לתאי שומן מח העצם אינו ידוע. חוקרים הראו בעבר כי נפח השומנים בשומן מח העצם גדל במהירות יחסית במהלך האכלה במזון עתיר שומן בעכברים לעומת הנפח הכולל של העצמות, וקורה מוקדם יותר ביחס להשפעת התוספת הקלורית על גודל מאגרי השומן בקרביים (מאגר שומן ויסראלי). קשר חיובי בין השמנת יתר לשומן מח העצם נצפה בבני אדם, כמו גם בעכברים. מה שנותר לא ברור הוא האם גדילת נפח תאי השומן (היפרטרופיה אדיפוציטית), או עלייה במספר תאי השומן (היפרפלזיה) נמצאת בבסיס רמת שומן מח עצם גבוהה כתוצאה מעודף קלוריות בתזונה.
הבנת הקשר בין השמנת יתר לבין חילוף החומרים של עצם עשויה לסייע בזיהוי מטרות מולקולריות חדשות שיכולות להגביר יצירת תאים בוני עצם, תוך עיכוב יצירת תאי שומן חדשים, ו/או הפחתה של יצירת תאים מפרקי עצם, ובסופו של דבר, להוביל לפיתוח התערבויות טיפוליות חדשות למניעת השמנה ואוסטאופורוזיס.
למשל, פעילות גופנית?..
ובחזרה למחקר..
תאים בוני עצם ותאי שומן שייכים למשפחת רקמות החיבור ונגזרים מתא גזע משותף רב-פוטנציאלי. למרות שמחקר בעכברים אינו ניתן לתרגום ישיר למצבו של האדם, סוגי תאי הגזע המייצרים עצם ושומן בעכברים הם מאותו סוג המייצר עצם ושומן בבני אדם.
סטיינר מציינת כי בנוסף להשלכות על השמנת יתר ועל בריאות העצם, המחקר עשוי גם לסייע להאיר חלק מהגורמים מאחורי תופעות של פירוק עצם במצבים קשורים, כגון, סוכרת, דלקת פרקים, אנורקסיה, ושימוש בתרופות סטרואידיות.
עדות חדשה זו מראה שניתן להשתמש באימון גופני אירובי כגון, ריצה, בנוסף להמלצות המוכרות יותר של אימונים במעמס ואימוני התנגדות (משקולות וכד'), כדי להפך חלק מההשפעות השליליות על העצמות.
"אני רואה הרבה מטופלים עם בריאות עצמות ירודה, ותמיד מדברת איתם על ההשפעות הדרמטיות שיש לפעילות גופנית על העצמות, ללא תלות בסיבה למצב העצם שלהם", אומרת סטיינר. "במצבי השמנת יתר, נראה שאחרי פעילות גופנית אתה בונה עצם אפילו יותר. המחקרים שלנו על הביומכניקה של עצם מראים כי איכות וחוזק העצם גדלים באופן משמעותי אחרי פעילות גופנית, ואף יותר מכך אצל מתאמנים שמנים."
להגיע למח עצם הענין
העצם ומח העצם הם דינמיים יותר מכפי שניתן להניח. מח העצם, בפרט, הוא מרכז פעילות אשר מתאם את ההיווצרות של עצם וסחוס, ובה בעת מייצר במהירות שפע של תאי דם ותאי חיסון.
בדרך כלל, שומן מח עצם נחשב כמאגר שומנים מיוחד שאינו משמש לתדלוק אנרגטי במהלך פעילות גופנית בדומה לשימוש במאגרי שומן אחרים ברחבי הגוף במהלך אימון. המחקר החדש מציע ראיות הפוכות.
"נוצר עניין רב סביב שומן מח עצם מכיון שהוא קשור מאוד למצבים של צפיפות עצם נמוכה, אבל מדענים עדיין לא מבינים את יעודו הפיזיולוגי", אומרת סטיינר. "אנו יודעים כי לפעילות גופנית יש השפעה עמוקה על שומן במקומות אחרים בגוף, ורצינו להשתמש בפעילות גופנית ככלי שיעזור לנו להבין את השומן במח העצם."
להעלים תאי שומן
החוקרים ביצעו את הניסויים בשתי קבוצות עכברים. קבוצה אחת קיבלה מזון רגיל (עכברים רזים) והשנייה קיבלה מזון עתיר שומן (עכברים שמנים) החל מחודש אחד לאחר הלידה. כשהיו בני ארבעה חודשים, חצי מהעכברים בכל קבוצה קיבלו גלגל ריצה בו יכלו להשתמש בחופשיות במשך ששת השבועות הבאים. בגלל שעכברים אוהבים לרוץ, הקבוצה עם הגישה לגלגל נטתה לבלות זמן רב בפעילות גופנית.
החוקרים ניתחו את הרכב הגוף של העכברים, כמות השומן ומסת העצם באזורים שונים. כצפוי, העכברים השמנים התחילו עם עודף של תאי שומן, ותאי שומן גדולים יותר במח העצם. לאחר שרצו על הגלגל במשך שישה שבועות, שתי קבוצות העכברים – השמנים והרזים – הראו ירידה משמעותית בגודל הכולל של תאי שומן ובכמות השומן הכוללת של מח העצם. במובן הזה, שומן מח העצם אצל העכברים השמנים שרצו נראה כמעט זהה לשומן מח העצם של העכברים הרזים, אפילו אצל אלה שהתאמנו.
אולי מפתיע יותר היה ההבדל הדרמטי במספר תאי השומן במח העצם, שלא הראה כל שינוי בעכברים הרזים, אך ירד ביותר ממחציתו בעכברים השמנים בהשוואה לעכברים השמנים שהיו בלתי פעילים. הבדיקות הראו גם כי הפעילות הגופנית שיפרה את עובי העצם, וכי השפעה זו היתה בולטת במיוחד אצל העכברים השמנים.
לדברי סטיינר, מהממצאים עולה כי ניתן להפחית את כמות שומן מח עצם באמצעות פעילות גופנית וכי תהליך זה מועיל לעצמות.
"נראה כי השמנת יתר גורמת לעלייה במאגר השומן במח העצם, וכי הוא מתנהג מאוד כמו מאגרי השומן בבטן ובאזורים אחרים", אומרת סטיינר. "פעילות גופנית מסוגלת להפחית את גודל מאגר השומן הזה, להשתמש בו כדלק, ובאותו הזמן לבנות עצמות חזקות וגדולות יותר."
להכין את הקרקע
עם זאת, המחקר משאיר כמה תעלומות בלתי פתורות. המרכזית שבהן היא הבנת הקשר המדויק בין שריפת שומן מח עצם לבין בניית עצם טובה יותר. יתכן שכאשר חל שימוש מוגבר בתאי השומן במהלך פעילות, מח העצם משתמש באנרגיה המשוחררת כדי לבנות יותר עצם. אפשרות נוספת – מכיוון שתאי השומן והעצמות מגיעים מאותם תאי אב משותפים – יכול להיות שאימון גופני איכשהו מגרה את תאי הגזע הללו לייצר יותר תאי עצם ופחות תאי שומן. בכל אופן, נדרש מחקר נוסף.
"מה שאנחנו יכולים לומר הוא שיש הרבה ראיות המרמזות על כך ששומן מח משמש כדלק כדי לבנות יותר עצם, ופחות התמיינות של תאי גזע לעצם", אומרת סטיינר.
שומן מח העצם, שנמצא עטוף בתוך עצמות, אינו קל לבדיקה. המחקר החדש מייצג זינוק קדימה לא רק בהבנת שומן מח עצם, אלא גם בפיתוח כלים לחקירה. צוות המחקר פיתח טכניקות כדי לבצע הערכה מפורטת יותר של מספר וגודל תאי השומן בתוך מח העצם, ואפילו בחן כמה חלבוני מפתח המעורבים בהיווצרות והפחתה של שומן מח העצם.
סטיינר עובדת כעת עם משתפי פעולה כדי להתאים את השיטות הללו לחקר הדינמיקה של מח העצם שעשויות להתאים לעבודות מחקר על מצבי תחלואה אחרים כולל, אנורקסיה ואוסטאופורוזיס לאחר גיל המעבר.
תמונות: dreamstime, media commons
מקורות:
