חלק שלישי ואחרון

הגענו לחלק האחרון בסדרת הפוסטים שלנו: "מה קורה בעצמות כאשר מופעל עליהן עומס ואיך הן משתנות"

והפעם: כיצד מאפיינים שונים של עומס (או לא עומס בכלל) משנים בפועל את מבנה העצם.

אם עוד לא קראתם את החלקים הקודמים או רוצים לרענן את הזכרון, מוזמנים להכנס לפוסטים הקודמים:

עצמות – חלק א'

עצמות – חלק ב'

ועכשיו, לחלק השלישי והאחרון (שווה להקדיש כמה דקות ולהגיע עד לנקודות לסיכום):

הקדמה

עצמות השלד מתוכננות להשתנות בהתאם לעומס המופעל עליהן. תאי העצם משנים את תכולת וכיוון רקמת העצם בהתאם לדרישות העומס המופעל על עצמות השלד. וזהו תהליך ההסתגלות של העצמות שלנו.

הצורה שבה עומסים מכניים משפיעים על הסתגלות העצם נמצאת במרכז ויכוח מדעי מעל 100 שנה. חוקר בשם וולף הציע כבר בשנת 1892 את הרעיון שעומסים על העצם קובעים את צורת המבנה הפנימי של העצם, ובשנת 1917 חוקר בשם תומפסון הכיר לעולם את הרעיון שעצם יכולה להגיב לשינויים בכוחות המכניים המופעלים עלייה.

בעצם בריאה עלייה בפעילות הגופנית משנה את האיזון בין האוסטאו-קלאסטים לאוסטאו-בלאסטים לכיוון עלייה בכמות העצם הנוצרת. שכבת העצם החדשה יכולה לשקוע על גביי העצם הצפופה או הספוגית בהתאם לסוג/כמות העומס המכני המופעל על איזור מסויים בעצם;

האוסטאובלסטים מניחים תשתית של קולגן אליהם מתחברים גם מספר מינרלים (כמו סידן וזרחן).

השינויים בכמות העצם יכולים להיות משמעותיים כתוצאה מפעילות גופנית וכפועל יוצא הכוחות הפועלים על העצם: בשחקני טניס, עצם הזרוע ביד הדומיננטית של השחקן מכילה כ20% יותר חומר (דהיינו "צפופה" יותר) מאשר היד הלא דומיננטית. לעומת זאת אצל אסטרונאוטים השוהים בחלל, נמצא כי קצת ירידת כמות החומרים בעצם היא כ1-2% בחודש (גם כאשר הם מתאמנים בחלל על מנת למנוע התדלדלות שרירים). בהקשר זה חשוב לציין את "חוק וולף" (ע"ש החוקר) שהדגים את הקשר שבין כוח המופעל על העצמות שלנו וכיוון שבה רקמת העצם גדלה בתגובה. כך שאם כוח עובר בצורה אנכית לעצם, כך תבנה רוב רקמת העצם. בנוסף, הוכח ע"י מספר חוקרים אחרים כי ככל שכוח המופעל על עצם גדל, כך ההסתגלות והתחזקות שלה אליו גדלים גם כן.

השפעות העמסה דינאמית מול העמסה סטטית על העצם ותדירות הכוח המופעלת על העצם

לפי מספר מחקרים הוכח כי העמסה דינאמית על העצם מובילה ליצירת עצם חדשה, ואילו העמסה סטטית לא. לכן, השאלה שעולה היא כיצד פעילות דינאמית שאנחנו עושים בפרקים שונים על פני זמנים שונים משפיעה על העצם?

לאורך היממה, עם קיום הפעילויות השונות, העצמות שלנו חוות עומסים באופן חוזרני (מאות ואלפי פעמים).

לאורך השנים נבדקו כיצד תדירויות שונות (בין 0.5-30 הרץ) של העמסת כוח משפיעות על העצם. מחד, לא ברור אם ישנה תדירות אופטימלית להעמסת כוח על העצם שתפיק חוזק מקסימלי של העצם, עם זאת ברור כי יש צורך ב*תדירות כלשהי*.

ברור כי בני אדם לא הולכים במשך כל היממה אלא פעילים לפרקים קצרים עם הפסקות ביניהן. לכן קו מחשבה נוסף שהוצע בעניין הוא האם העצם תפיק תגובה אופטימלית ממקבצים של פעילויות עם הפסקות ביניהן מאשר רצף בודד וממושך של פעילות.

לפי מחקרים שונים משתקפים כמה נקודות מעניינות:

– כנראה שיש אפקט רצפה ואפקט תקרה בכל הנוגע למקבצים של פעילות. כלומר, ישנו מינימום של מקבצי פעילויות שיש לבצע כדי שעצם תראה הסתגלות ותתחזק לעומת מקסימום פעמים שמעליהן העצם לא תגיב יותר בצורה זו.

– נראה כי כאשר ישנו מקבץ של פעילות חוזרנית, החזרות הראשונות עשויות לתרום יותר להתחזקות העצם מאשר החזרות האחרונה. תופעה זו נתבעה בשם LAW OF DIMINISHING RETURENS.

– כאשר אכן מתקיים מקבץ של פעילות הוא לא חייב להיות ארוך. מחקרים הראו כי גם הפעלת כוח במשך 100 פעמים ל100 שניות ליום (100 מחזורים בתדר של 1 הרץ) מספיקה לפעילות הבונה עצם. בנוסף ראוי כי מקבצי פעילויות הנעשים למשך זמן קצר עם הפסקות ביניהן עשויים לתרום יותר לחיזוק העצם מאשר פרץ אחד של פעילות ללא הפסקה.

אחת הסברות לאיך עומס על העצם מוביל לבניית רקמת עצם נוספת היא העובדה שהלחץ גורם לנוזלים בתוך העצם לזרום בלחץ גבוה יותר, והאוסטאוציטים רגישים לאותו זרם בלחץ (תאים שנמצאים בתוך העצם ויכולים להביא להפעלת האוסטאובלסטים- תאים בוני רקמת עצם).

היבטים ישומיים- איך אפשר לחזק את העצמות שלנו ביומיום?

1. חשוב לזכור שהעמסה על עצם (כמו הרבה דברים אחריים בחיים) נמצאת בתוך ספקטרום: יותר מדי עומס ו/או קצת מדי עומס יביאו לתוצאות שליליות ולפירוק עצם (מה שנקרא בשפת היום יום- שברי מאמץ). עם זאת, באוכלוסייה המבוגרת/מבוגרת מאוד לרוב לא רואים מצבים של פגיעה בעצם בגלל פעילות יתר, אלא בעיקר אורח חיים לא פעיל ולכן צריך להיות תמיד לשים לב למידת הפעילות לאורך כל השבוע.
2. קל מאוד להישאר בבית ולהיות פחות פעיל (בטח שבתקופה האחרונה כאשר כולנו בהסגר). עם זאת חשוב להפחית את משך הישיבה הכולל היומי, וכל האמצעים כשרים.
3. כבר ידוע לנו ממחקרי עבר כי בכל גיל, העצמות שלנו יכולות להתחזק. חשוב להדגיש שבנאמר בכל הגיל; הדבר נכון גם בגיל המבוגר מאוד כך שבאופן בטיחותי לחלוטין ניתן לחזק את העצם ע"י אימונים הכוללים קפיצות או אימוני משקולות עצימים מאוד. דוגמאות טובות למחקרים כאלה הם מחקרי הLIFTMOR (מצורפים במקורות מטה) שנערכו על נשים וגברים עם ירידה בצפיפות העצם. המחקרים הללו כללו נחיתות מגבהים בדגש על נחיתה "חזקה ונוחה ככל האפשר", ואימוני התנגדות בעצימות של 80-85% מRM1 (שבמילים פשוטות זה אומר מאמץ די משמעותי!).
4. למי שחושש מאימון משקולות ישנן גם דרכים פשוטות יותר (אם כי יתכן שפחות יעילות) לשמור על צפיפות העצם. לדוגמא לצורך חיזוק העצמות ברגליים: הליכה מהירה, שימוש במדרגות או אפילו אחיזה בשולחן עם הרמת ונחיתה מהירה של העקבים ברצפה.

נקודות לסיכום של הנושא – TAKE HOME MESSAGE

א. העצמות שבגופנו הם חומר חזק קל ובעל יכולת הסתגלות מדהימה.

ב. לעצמות שני חלקים עיקריים: החלק החיצוני של העצם, הנקרא עצם צפופה. וחלק פנימי שנקרא עצם "ספוגית" (עקב מראהו הדומה לספוג).

ג. לעצמות שני תפקידים עיקריים: מתן צורה בשלד לצורך הצמדות השרירים שיאפשרו את התנועה של הגוף, להוות "מחסן" מינרלים לגוף (סידן, זרחן וכו).

ד. בעצם יש 4 סוגי תאים המשתתפים בתהליכי בנייה ופירוק העצם (אוסטאו-בלסטים, אוסטאו-קלסטים , אוסטאו-ציטים, ו BONE LINNING CELSS).

ה. תהליך החילוף של רקמת עצם ישנה ברקמת עצם חדשה נקרא REMODELLING ("עיצוב מחדש" בתרגום מילולי ישיר.

ו. כיום, ברור כי העצמות שלנו מגיבות לעומס או חוסר העומס אשר מופעל עליהן.

ז. הפעלת עומס מכני מוגבר גורמת לפעילות מוגברת של האוסטאו-בלסטים אשר יוצרים שכבה חדשה של רקמת עצם. לעומת זאת, חוסר בהעמסה על עצם יכולה לגרום לירידה בצפיפות/חוזק העצם ע"י תהליכי ספיגת עצם מוגברים על ידי האוסטאו-קלאסטים (ראו תמונה מצורפת מטה. מקור: Zhang, Ping, Kazunori Hamamura, and Hiroki Yokota. "A brief review of bone adaptation to unloading." Genomics, proteomics & bioinformatics 6.1 (2008): 4-7.

ח. המגנון המדוייק שבו עומס מכני המופעל על עצם מתורגם לבניית רקמה עצם חדשה לא ברור לחלוטין גם כיום.

ט. לא ברור אם ישנה *תדירות* אופטימלית של העמסה על העצם לחיזוקה שלה, עם זאת ברור כי (עד רמה מסויימת) העצם תתחזק ככל שתדירות העומס ועצימות העומס עלייה יגבר ועומס זה יגיע בפרקים סדורים עם הפסקות ביניהן.

מקורות:

Mellon, S. J., and K. E. Tanner. "Bone and its adaptation to mechanical loading: a review." International Materials Reviews 57.5 (2012): 235-255.

Watson, Steven L., et al. "High‐intensity resistance and impact training improves bone mineral density and physical function in postmenopausal women with osteopenia and osteoporosis: the LIFTMOR randomized controlled trial." Journal of Bone and Mineral Research 33.2 (2018): 211-220.

Harding, Amy T., et al. "A comparison of bone‐targeted exercise strategies to reduce fracture risk in middle‐aged and older men with osteopenia and osteoporosis: LIFTMOR‐M semi‐randomized controlled trial." Journal of Bone and Mineral Research (2020).

Zhang, Ping, Kazunori Hamamura, and Hiroki Yokota. "A brief review of bone adaptation to unloading." Genomics, proteomics & bioinformatics 6.1 (2008): 4-7.