תַקצִיר
קַלְצְיוּם (סידן) ופוספט (זַרְחָה) הם רכיבים חשובים בשיניים ובעצמות, ושילובם הַתַּקִּין בחלקים אלה של הגוף נקרא מינרליזציה. במקרים של עודף סידן או זרחה במחזור הדם, הגוף שומר על מינרליזציה תחת שליטה באמצעות חלבון שנקרא פֵטוּאִין-A. חלבון זה מלווה סידן וזרחה כשהם נעים במחזור הדם, מונע התרחשות של מינרליזציה מסוכנת ברקמות גוף אחרות, ומסייע לעודף הסידן והזרחה לעזוב את הגוף דרך הכליות.
עובדות חשובות על השיניים שלנו
שיניים הן רקמות מיוחדות מאחר שהן מתקשות במהלך ההתפתחות, מה שמהווה יתרון המאפשר לנו להשתמש בהן ללעיסה. הרקמה הקשיחה האחרת היחידה בגוף היא העצם. עצמות ושיניים מתקשות בסיוען של אבני בניין תזונתיות, שאותן אנו מקבלים מהמזון שאנו אוכלים. החומרים המקשיחים החשובים ביותר הם סידן (קלציום) וזרחה (פוספט). חומרים אלה יכולים להשתלב ליצירת מינרל שנקרא אפטיט, אשר גורם לעצמות ולשיניים להיות קשיחות וחזקות. תהליך ההתקשות נקרא מינרליזציה. אם לא נוצר אפטיט לא מתרחשת מינרליזציה, והעצמות והשיניים נשארות רכות.
לא כל הרקמות בגוף אמורות להתקשות, ומשהו אמור להגן על רקמות רכות מפני התקשות בדומה לזו שעוברות השיניים והעצמות. חומרים שאחראיים על הגנה כזו התגלו, ומְכֻנִּים מדכאי מינרליזציה . כמות גבוהה מדי של סידן וזרחה בדם עשויה ליצור אפטיט במקומות שבהם אינו אמור להיווצר. לאדם בריא כמעט אף פעם אין יתר סידן או זרחה שנעים במחזור הדם. הגוף חש את רמותיהם של חומרים אלה ונפטר מעודפיהם דרך הכליות, בשתן. החלבון פֵטוּאִין-A הוא מדכא מינרליזציה, אשר מוֹנע התרחשות מינרליזציה בדם.
לעיתים קרובות אתם שומעים את המשפט: ''שתו חלב, זה טוב לעצמות ולשיניים שלכם'', וזה נכון (איור 1). תינוקות וילדים זקוקים לסידן ולזרחה עבור גדילת שיניהם ועצמותיהם. חלב הוא מקור טוב לסידן ולזרחה, וזו הסיבה לכך שתינוקות בדרך כלל מקבלים חלב או דייסת חלב בכל יום. בדומה, מומלץ לתת לילדים לשתות כוס חלב מִדֵּי יום. מזונות שמכילים סידן מספקים את כמות הסידן הנכונה עבור גופנו, אך זרחה היא עניין אחר. מזונות מוכנים, כמו משקאות מוגזים, לעיתים קרובות מכילים הרבה זרחה, אשר מוּסֶפֶת למזון כיוון שהיא גורמת לו להיות טעים ולהיראות מפתה למאכל. זרחה גם מאריכה את חיי המדף של מוצרי מזון. אם אתם אוכלים הרבה מזונות מעובדים, גופכם נדרש למאמצים נוספים כדי להיפטר מעודפי הזרחה, כאשר הכליות מבצעות את מרבית העבודה.
- איור 1 - שימושי סידן וזרחה בגופנו.
- חלב מכיל סידן וזרחה, אשר נכנסים למחזור הדם דרך מערכת העיכול ונעים לאורך הגוף. שיניים ועצמות הן בין היעדים החשובים עבור רכיבים אלה. עודף סידן וזרחה שאינם נדרשים לגדילה מסולק מהגוף בסיוען של הכליות.
השיניים כאתר בנייה
גופנו בנוי בהתאם לתוכנית אשר מקודדת בגֶנים שלנו. הבנייה מתחילה לפני שאנו נולדים, ונמשכת לכל אורך חיינו. אבני בניין רבות עבור הבנייה הזו מגיעות מהמזון שאנו אוכלים. במערכת העיכול שלנו, רוק ומיצי עיכול מפרקים מזון לרכיבים קטנים יותר, אשר משמשים כאבני בניין לרקמות החדשות שנוצרות. חשבו על פירוק של מודל לגו® –באמצעות לבני הלגו, ניתן לבנות מודל חדש שיכול להיות שונה לגמרי.
הדם מעביר את אבני הבניין מהמזון דרך הגוף, ומספק אותן לאתרי הבנייה שבהם הגדילה מתרחשת. דרישה גדולה לסידן היא עבור גדילת עצמות ושיניים – זרחה וסידן נלקחים ממחזור הדם כדי לבנותן. חומרים אלה ממוקמים בתוך רשת רכה של סיבי קוֹלָגֶן, שבסופו של דבר מעצבת את העצמות והשיניים בגופנו. כאשר הרשת מלאה באבני בניין, הרקמה נעשית קשיחה, כמו בטון שמחוזק במתכת. סיבי מתכת וקולגן יכולים לשאת מתח רב; מֶלֶט ואפטיט יכולים לשאת משקל רב. לכן, הן בטון שמחוזק במתכת הן עצמות הם קשיחים וגמישים בו בזמן.
עודף סידן וזרחה עשוי לגרום בעיות
ביכולתנו לספק לגוף את אבני הבניין הדרושות עבורו לבנייה תקינה, דרך המזון שאנו אוכלים. אולם, איננו יכולים פשוט לשלוח חזרה אבני בניין המוכנסות לגוף ביֶתֶר! לא ניתן לאחסן עודפי סידן וזרחה באתרי הבנייה בגוף עד לפעם הבאה שבה יידרשו שוב – לוּ יכולנו, זה היה מפריע לתפקוד התקין של איברים אחרים. לכן, חיוני ומועיל שלגוף יש מנגנונים המאפשרים להיפטר משאריות. מנגנונים אלה מופעלים לפני שמחזור הדם מוצף מדי בעודף של אבני בניין. בדרך כלל, אבני בניין נעות במחזור הדם עד שנעשה בהן שימוש באתרי הבנייה של הגוף. כל מה שלא בשימוש ממשיך לנוע במעגלים במחזור הדם. לאחר זמן מה, הגוף חש שיש יותר מדי אבני בניין עודפות, ונפטר מהן דרך הכליות ומערכת השתן. כאשר עודפי סידן וזרחה נעים ברחבי הגוף, הם מתחברים לחלבונים מסוימים שגם נעים בדם, כדי ליצור קוֹמפלקסים של סידן-זרחה-חלבון. אלה עשויים לשקוע על רקמות רכות, כמו למשל על דפנות כלי דם, והמשקעים הנוצרים עלולים להפריע לזרימת הדם ואפילו לחסום אותה. נוסף על כך עודף סידן וזרחה עשוי לגרום להיווצרות לוחיות מוצקות של אפטיט על רקמות רכות.
ניסוי ביתי להמחשה
כדי שגופנו יהיה בריא ויתפקד כראוי, נדרש שכל החומרים שהוא מכיל יהיו באיזון. כחלק מכך, כל אבני הבניין במחזור הדם צריכות להתמוסס בדם. מה קורה כאשר מנסים להמיס חומר רב מדי בכמות מסוימת של נוזל? ניסוי פשוט ממחיש את התוצאה (איור 2). קחו כוס מים והוסיפו לתוכה מלח, כפית אחר כפית, תוך ערבוב מתמשך. בתחילה, הנוזל הוא שקוף, אולם בשלב כלשהו תוסיפו כפית שכבר לא תימס, לא משנה באיזו נחישות תערבבו אותה. כשתפסיקו לערבב, גבישי המלח ישקעו לתחתית הכוס. התמיסה בכוס כבר לא תהיה שקופה, אלא מוצפת במלח, מה שמכונה תמיסה סופר-רוויה. במצב זה, מלח לא יימס עוד, ואין זה משנה כמה זמן תערבבו.
- איור 2 - עודפי סידן שאינם מפונים מהגוף עלולים להוביל להפרעות בזרימת הדם.
- (A) אם תמשיכו להוסיף כפית אחר כפית של מלח לכוס מים, בשלב כלשהו המלח כבר לא יימס, והתמיסה תהפוך לסופר-רוויה. תמיסות מסוג זה יכולות ליצור גבישים. (B) אם עודף סידן אינו מפונה מהדם עשוי להתרחש תהליך דומה של הסתיידות בלתי נשלטת אשר בה חלקיקי סידן-זרחה-חלבון שוקעים על רקמות רכות, כמו למשל על דפנות כלי דם, וכעבור זמן מה עשויים לגרום להיווצרות של לוחיות אפטיט מתחת לעור, בדפנות כלי הדם. לוחיות כאלה עלולות להצר את כלי הדם, או לחסום לגמרי את זרימת הדם. המשמעות של הפרעה בזרימת הדם היא שהאיברים מקבלים פחות חומרי בנייה חיוניים, וכמו כן תוצרי פסולת אינם מסולקִִים מהגוף.
אם תתלו חוט בתוך התמיסה הסופר-רוויה למשך הלילה, בבוקר תמצאו גבישים שמכסים את החוט. אחרי כמה ימים, תהיו לבעלים הגאים של ''יהלום מלח'' יפהפה. ניסוי זה ממחיש את העובדה שרק כמות מסוימת של חומר יכולה להיות מומסת בנפח מסוים של נוזל. אך מה אם זה היה מתרחש בגופכם? לא יכולנו להסתדר עם חלוקי אבן שגדלים מתחת לעורנו!
פטואין-A מגן עלינו מפני מחלת הסתיידות
הרקמות הרכות בגופנו מוגנות מפני גדילת גבישים באמצעות סיוע של מדכאי מינרליזציה כמו פטואין-A. חלבון זה מיוצר בכבד, וכאשר הוא נקשר לקומפלקסים של סידן-זרחה-חלבון בדם, הוא מונע מהם לשקוע ברקמות [1] וליצור גבישים כמו המלח בניסוי שתיארנו למעלה (איור 3). פטואין-A מסייע לעודף הסידן והזרחה לעזוב את הגוף דרך הכליות אל השתן [2].
- איור 3 - האופן שבו פטואין-A מגן עלינו.
- קומפלקסי סידן-זרחה-חלבון נוצרים בדם בדרך כלל (חץ כחול). בנוכחות פטואין-A, הוא קושר את הקומפלקסים האלה ומסייע לסלקם מהגוף (חיצים ירוקים). בהעדר פטואין-A, קומפלקסי הסידן-זרחה-חלבון מתחברים יחד ועשויים לשקוע ברקמות, מה שגורם להסתיידות (חץ אדום). מצב זה הוא מסוכן מאחר שהיווצרות גבישים בשרירים ובאיברים עלולה להפריע לפעולתם, ואפילו להרוס אותם.
תוכלו בקלות ליצור מודל הַמְּדַמֶּה את הדרך שקומפלקסי סידן-זרחה-חלבון עוברים, בסיוע חופן ראשי פרח גְּדִילָן, בד צמר ופיסת נייר אלומיניום. אַפְשְׁרוּ לכמה ראשי פרח גדילן להתגלגל על פני בד הצמר. בתוך זמן קצר הם ייתקעו בשל הקצוות החדים והקְרסים הקטנים של בד הצמר. החלק האחר של פרחי הגדילן ייתפסו בראשי הגדילן שכבר נעוצים בבד הצמר, וייצרו גושים. זו הדרך המוצגת בחץ האדום. כעת, עטפו 4-3 פרחי גדילן בנייר אלומיניום, וגלגלו את הכדור החדש והנוצץ שנוצר על פני בד הצמר. הכדור יתגלגל ללא הפרעה. זו הדרך שמציג החץ הירוק, המדמה את פעולת פטואין-A.
אם כן, ניתן לראות שהנוכחות של פטואין-A חשובה במיוחד! מחסור בחלבון זה גורם למחלת הסתיידות, שבה לוחיות זעירות של מינרלים מתפתחות בכלי הדם הקטנים ביותר. מצב זה מסוכן מאחר שהוא עלול לגרום להיווצרות גבישים בשרירים, בכלי דם, בלב, בכליות, ואפילו במוח. כאשר הרקמה שאמורה להיות רכה וגמישה נעשית מוצקה, היא אינה יכולה לתפקד כראוי. הלב יצטרך להשקיע מאמץ רב יותר בכל פעימה שכּן לבבות 'עשויי אבן' אינם יכולים להתכווץ; הכליות יזדקקו לזמן רב יותר עבור סינון. כלי הדם שמצופים בטבליות אפטיט אינם גמישים וחלקים, ונוסף על כך הם נעשים צרים ועלולים להיסתם. מצב זה מפריע לזרימת הדם ועלול אף לחסום אותה.
סיכום
מינרליזציה של עצמות ושיניים באמצעות סידן וזרחה מהמזון שאנו אוכלים היא תהליך חשוב, שמסייע להקשיח את חלקי הגוף האלה. אך תהליך המינרליזציה צריך להיות מפוקח באופן הדוק כך שעודפי סידן וזרחה במחזור הדם לא יתגבשו ויגרמו למחלת הסתיידות. למרבה המזל, גופנו שומר על הסתיידות תחת שליטה. החלבון פטואין-A מלווה קומפלקסים של סידן-זרחה-חלבון כשהם נעים דרך מחזור הדם, ומונע היווצרות משקעי מינרלים ברקמות רכות. חלבון זה הוא דוגמה למולקולה שמגינה על גופנו מפני ''יותר מדי ממשהו טוב''!
מילון מונחים
מינרלים (Minerals): ↑ חומרים שכיחים מאוד בטבע, אשר נוצרו במהלך זמן ממושך על ידי הצטברות מולקולות מסוימות. גבישי מלח במלח שולחן, יהלומים בתכשיטים וחלוקי אבן בגינה הם דוגמאות למינרלים.
אפטיט (Apatite): ↑ מינרל שמכיל סידן וזרחה.
מינרליזציה (Mineralization): ↑ שילוב תקין של סידן וזרחה בשיניים ובעצמות, אשר עושה אותן קשות וחזקות.
מדכאי מינרליזציה (Mineralization Inhibitors): ↑ חומרים שמגינים על רקמות רכות מפני התקשות – תהליך שאותו עוברות שיניים ועצמות – ויכולים לעצור תהליך מינרליזציה.
פטואין-A (Fetuin-A): ↑ חלבון אשר מונע התרחשות מינרליזציה בדם. אף על פי שפטואין-A הוא מולקולה גדולה, איננו יכולים לראותו בעין בלתי מזוינת, ולא באמצעות זכוכית מגדלת או מיקרוסקופ שבו עושים שימוש בבתי ספר.
סיבי קולגן (Collagen Fibers): ↑ מולקולות שמעוצבות כשרשראות ארוכות מאוד, שזורות יחד כמו חוטים בחבל. בגוף, סיבי קולגן הם חזקים ומתיחים, מקנים צורה ומבנה לעצמות, לעור ולשרירים.
סופר-רוויה (Supersaturated): ↑ כשתמיסה היא סופר-רוויה, לא יתמוסס בתוכה מלח נוסף ואין משנה כמה זמן תעורבב.
הסתיידות (Calcification): ↑ מחלת מינרליזציה מסוכנת ברקמות הגוף שאינן אמורות להיות קשיחות, כמו שרירים, כלי דם, לב ומוח.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מקורות
[1] ↑ Herrmann, M., Babler, A., Moshkova, I., Gremse, F., Kiessling, F., Kusebauch, U., et al. 2020. Lumenal calcification and microvasculopathy in fetuin-A-deficient mice lead to multiple organ morbidity. PLoS ONE 15:e0228503. doi: 10.1371/journal.pone.0228503
[2] ↑ Jahnen-Dechent, W., Büscher, A., Koeppert, S., Heiss, A., Kuro, O. M., and Smith, E. R. 2020. Mud in the blood the role of protein-mineral complexes and extracellular vesicles in biomineralisation and calcification. J. Struct. Biol. 12:107577. doi: 10.1016/j.jsb.2020.107577