นักวิจัยจากภาควิชาเวชศาสตร์ คณะแพทยศาสตร์ LKS มหาวิทยาลัยฮ่องกง (HKUMed) ได้ค้นพบกระบวนการทางชีวภาพที่อธิบายว่าการออกกำลังกายช่วยรักษากระดูกให้แข็งแรงได้อย่างไร การค้นพบนี้อาจนำไปสู่การรักษาใหม่ๆ สำหรับโรคกระดูกพรุนและการสูญเสียมวลกระดูก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่ไม่สามารถออกกำลังกายได้

ศาสตราจารย์ซู ไอหมิน ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการหลักแห่งรัฐด้านเทคโนโลยีชีวภาพทางเภสัชกรรม และศาสตราจารย์ประจำภาควิชาเวชศาสตร์ คณะแพทยศาสตร์คลินิก มหาวิทยาลัยแพทย์ฮ่องกง ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษา กล่าวว่า “โรคกระดูกพรุนและการสูญเสียมวลกระดูกตามอายุส่งผลกระทบต่อผู้คนหลายล้านคนทั่วโลก มักทำให้ผู้สูงอายุและผู้ป่วยติดเตียงเสี่ยงต่อการแตกหักและสูญเสียความเป็นอิสระ การรักษาในปัจจุบันพึ่งพาการออกกำลังกายเป็นอย่างมาก ซึ่งผู้ป่วยจำนวนมากไม่สามารถทำได้ เราจำเป็นต้องเข้าใจว่ากระดูกของเราแข็งแรงขึ้นได้อย่างไรเมื่อเราเคลื่อนไหวหรือออกกำลังกาย ก่อนที่เราจะหาวิธีจำลองประโยชน์ของการออกกำลังกายในระดับโมเลกุลได้ การศึกษานี้เป็นก้าวสำคัญสู่เป้าหมายนั้น”

เหตุใดการสูญเสียมวลกระดูกจึงรุนแรงขึ้นเมื่ออายุมากขึ้น

กระดูกหักจากโรคกระดูกพรุนเป็นปัญหาสุขภาพระดับโลกที่แพร่หลาย องค์การอนามัยโลกระบุว่า ผู้หญิงประมาณหนึ่งในสามคน และผู้ชายหนึ่งในห้าคนที่มีอายุมากกว่า 50 ปี จะประสบกับกระดูกหักเนื่องจากกระดูกอ่อนแอ ในฮ่องกง ผลกระทบนั้นรุนแรงเป็นพิเศษเนื่องจากประชากรสูงอายุเพิ่มขึ้น โดยโรคกระดูกพรุนส่งผลกระทบต่อผู้หญิง 45% และผู้ชาย 13% ที่มีอายุ 65 ปีขึ้นไป กระดูกหักเหล่านี้มักส่งผลให้เกิดอาการปวดเรื้อรัง การเคลื่อนไหวลดลง และสูญเสียความเป็นอิสระ ขณะเดียวกันก็สร้างภาระอย่างมากต่อระบบการดูแลสุขภาพ

เมื่อคนเราอายุมากขึ้น กระดูกจะสูญเสียความหนาแน่นและมีรูพรุนมากขึ้นตามธรรมชาติ ภายในไขกระดูกมีเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ ซึ่งสามารถพัฒนาไปเป็นเนื้อเยื่อกระดูกหรือเซลล์ไขมันได้ เซลล์เหล่านี้ตอบสนองอย่างรุนแรงต่อแรงทางกายภาพ เช่น การเคลื่อนไหวและแรงกด อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป การแก่ชราจะทำให้สมดุลนี้เปลี่ยนไป ทำให้เซลล์ต้นกำเนิดเหล่านี้เปลี่ยนไปเป็นเซลล์ไขมันมากขึ้นแทนที่จะเป็นเซลล์กระดูก

เมื่อไขมันสะสมอยู่ภายในไขกระดูก มันจะไปเบียดบังเนื้อเยื่อกระดูกที่แข็งแรง กระบวนการนี้ทำให้กระดูกอ่อนแอลงไปอีก และสร้างวงจรความเสื่อมที่ยากจะแก้ไขได้ด้วยวิธีการรักษาในปัจจุบัน

Piezo1 ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับการออกกำลังกายของกระดูก

จากการทดลองโดยใช้หนูทดลองและเซลล์ต้นกำเนิดของมนุษย์ นักวิจัยได้ระบุโปรตีนที่ชื่อว่า Piezo1 ซึ่งอยู่บนพื้นผิวของเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ในไขกระดูก โปรตีนนี้ทำหน้าที่เป็นเซนเซอร์เชิงกล ตรวจจับแรงทางกายภาพที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนไหวและการออกกำลังกาย

เมื่อ Piezo1 ถูกกระตุ้นผ่านกิจกรรมทางกายในหนูทดลอง มันจะช่วยจำกัดการสะสมไขมันในไขกระดูกและส่งเสริมการสร้างกระดูกใหม่ แต่เมื่อโปรตีนนี้ขาดหายไป ผลตรงกันข้ามก็จะเกิดขึ้น เซลล์ต้นกำเนิดมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นเซลล์ไขมันมากขึ้น ทำให้เกิดการสูญเสียกระดูกเร็วขึ้น การขาด Piezo1 ยังกระตุ้นการปล่อยสัญญาณการอักเสบ (Ccl2 และ lipocalin-2) ซึ่งยิ่งผลักดันให้เซลล์ต้นกำเนิดผลิตไขมันและขัดขวางการเจริญเติบโตของกระดูก การปิดกั้นสัญญาณเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าช่วยฟื้นฟูสภาพกระดูกให้แข็งแรงขึ้นได้

การจำลองการออกกำลังกายสำหรับผู้ที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้

ศาสตราจารย์ซู ไอหมิน กล่าวว่า “โดยพื้นฐานแล้วเราได้ถอดรหัสกระบวนการที่ร่างกายเปลี่ยนการเคลื่อนไหวให้กลายเป็นกระดูกที่แข็งแรงขึ้น เราได้ระบุตัวรับรู้การออกกำลังกายระดับโมเลกุลที่ชื่อว่า Piezo1 และเส้นทางการส่งสัญญาณที่มันควบคุม ซึ่งทำให้เรามีเป้าหมายที่ชัดเจนสำหรับการแทรกแซง โดยการกระตุ้นเส้นทาง Piezo1 เราสามารถเลียนแบบประโยชน์ของการออกกำลังกายได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นการหลอกให้ร่างกายคิดว่ากำลังออกกำลังกายอยู่ แม้ว่าจะไม่มีการเคลื่อนไหวใดๆ ก็ตาม”

ดร.หวัง ไป่เล่อ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านการวิจัยในภาควิชาเดียวกันและหัวหน้าร่วมของการศึกษา เน้นย้ำถึงความสำคัญของผลการวิจัยสำหรับกลุ่มประชากรที่เปราะบาง “การค้นพบนี้มีความหมายอย่างยิ่งสำหรับผู้สูงอายุและผู้ป่วยที่ไม่สามารถออกกำลังกายได้เนื่องจากร่างกายอ่อนแอ การบาดเจ็บ หรือโรคเรื้อรัง ผลการวิจัยของเราเปิดประตูสู่การพัฒนา 'สารเลียนแบบการออกกำลังกาย' ซึ่งเป็นยาที่กระตุ้นวิถี Piezo1 ทางเคมีเพื่อช่วยรักษามวลกระดูกและสนับสนุนความเป็นอิสระ”

ศาสตราจารย์ เอริค ออนอเร หัวหน้าทีมวิจัยจากสถาบันเภสัชวิทยาโมเลกุลและเซลล์ ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติฝรั่งเศส และผู้ร่วมวิจัย ได้เน้นย้ำถึงผลกระทบในวงกว้างว่า “นี่เป็นกลยุทธ์ที่น่าสนใจซึ่งเหนือกว่าการบำบัดทางกายภาพแบบดั้งเดิม ในอนาคต เราอาจสามารถมอบประโยชน์ทางชีวภาพของการออกกำลังกายผ่านการรักษาแบบเจาะจงเป้าหมาย ซึ่งจะช่วยชะลอการสูญเสียมวลกระดูกในกลุ่มเสี่ยง เช่น ผู้ป่วยติดเตียงหรือผู้ที่มีข้อจำกัดในการเคลื่อนไหว และลดความเสี่ยงต่อการแตกหักของกระดูกได้อย่างมาก”