Frykt gjør skjelettet levende

Skjelettet lever

Med en samlet vekt på omkring ti kilo er skjelettet det absolutt største organet i kroppen.

Aktiviteten i de hvite knoklene stammer dels fra stamcellene inne i dem, som utgjør beinmargen og er ansvarlig for å produsere de livsviktige røde og hvite blodlegemene, dels fra det indre av selve det harde beinvevet.

Her finnes det et rikt liv av celler som sørger for at skjelettet kan vokse og reparere seg selv etter et brudd.

Knoklenes oppbygning kan sammenlignes med armert betong. Når de vokser seg lengre og tykkere, kan de ikke bare strekke seg som annet vev.

Et nettverk av sterke proteinfibre er fylt ut med mineralske avleiringer som gjør dem harde, stive og ute av stand til å strekke seg i både lengden og bredden.

Men spredt rundt omkring i større og mindre hulrom i beinvevet ligger det levende celler der to celletyper har spesiell betydning for veksten.

Den ene celletypen er osteoklastene, som også kalles beinetere, fordi de som en snegl glir over knoklenes overflate og rasper i seg vevet.

Mens beineterne bryter ned knoklene, kan den andre celletypen, osteoblastene eller beinbyggerne, danne nytt beinvev.

Knoklene består av et hardt ytre skall og et hullete indre, og de vokser ved at de to celletypene koordinerer aktiviteten sin, slik at for eksempel skallet til en lårbeinsknokkel først og fremst brytes ned på innsiden og bygges opp på utsiden.

Hvis vi brekker et bein eller en arm, sørger beineterne for å slipe de to bruddflatene slik at de passer til hverandre, før beinbyggerne «limer» dem sammen ved å fylle mellomrommet med nytt beinvev.

Allerede i 2010 oppdaget Gerard Karsenty at beinbyggerne ikke bare gjenoppbygger knoklene, men også skiller ut hormonet osteokalsin, og i 2019 kunne han demonstrere hvordan hormonet påvirker kroppens alarmberedskap.

Karsenty utførte sine forsøk på mus, som enten fikk et lett elektrisk støt i føttene eller ble utsatt for duften av reveurin.

Begge deler utløser en medfødt fryktreaksjon som gjør at musene står stille – mens pulsen og åndedrettet fyker i været.

Da Karsenty tok blodprøver fra de redde musene, observerte han at mengden osteokalsin i blodet hadde steget til det femdobbelte to minutter etter sjokket.

På samme tidspunkt var innhold av adrenalin i blodet, som normalt forbindes med fryktreaksjoner, derimot helt normalt.

Adrenalinnivået steg først etter fem minutter, da mengden av osteokalsin til gjengjeld hadde begynt å falle.

Ytterligere studier viste at hjernens fryktsenter, amygdala, sendte signaler til knoklene, som produserte store mengder osteokalsin lenge før adrenalinet kom på banen.

Men Karsenty kunne ikke være sikker på at skjeletthormonet var direkte involvert i kamp- eller flukt-responsen.

Derfor genspleiset han noen av musene slik at de ikke kunne produsere osteokalsin. Når disse musene fikk støt i føttene, gikk de stort sett ikke i alarmberedskap.

Det viste seg ved at puls og åndedrettet steg mye mindre enn hos vanlige mus som fikk samme behandling.

Omvendt oppdaget Karsenty at hvis han sprøytet store mengder osteokalsin rett inn i dyrenes blod, var det nok til å utløse kamp- eller fluktresponsen, selv om musene satt i rolige omgivelser og det ikke var fare på ferde.

Skjeletthormon skrur av nerver

Karsentys forsøk slår altså fast at skjeletthormonet både er nødvendig og tilstrekkelig for å utløse en fryktreaksjon.

Det er med andre ord osteokalsin fra skjelettet, og ikke adrenalin fra binyrebarken, som setter kroppen i alarmberedskap når vi står overfor en akutt trussel.

Med en rekke andre eksperimenter klarte Karsenty også å klarlegge hvordan skjeletthormonet utløser fryktreaksjonen.

Når osteokalsin fraktes rundt med blodet og kommer i kontakt med nervecellene i det parasympatiske nervesystemet, blir nervene nærmest lullet i søvn og begynner å sende færre nervesignaler.

Det parasympatiske nervesystemet utgjør, sammen med det sympatiske nervesystemet, det autonome nervesystemet som forbinder hjernen med alle organer i kroppen og kontrollerer de grunnleggende ubevisste funksjonene som for eksempel hjerterytme, åndedrett, fordøyelsen og vannlating.

De to grenene av det autonome nervesystemet virker motsatt av hverandre.

Det parasympatiske nervesystemet forsøker å holde kroppen i en avslappet tilstand, der det gjelder å spise og fordøye mat i ro og mak, mens det sympatiske nervesystemet utløser kamp- eller fluktresponsen.

Når osteokalsin – slik som Karsentys forsøk viste – legger en demper på de avslappende nervesignalene fra det parasympatiske nervesystemet, får det sympatiske nervesystemet frie tøyler til å sette kroppen i alarmberedskap og skru opp aktiviteten i hjerte og lunger.

Musklene får ekstra drivstoff

Tidligere studier har avslørt at skjeletthormonet osteokalsin har flere andre funksjoner enn å sette kroppen i alarmberedskap, men for Karsenty passer alle inn i det samme mønsteret: å øke sjansene for at mennesker, mus og andre dyr med et skjelett kan overleve i en farefull verden.

I 2016 fant Karsenty ut at osteokalsin stimulerer musklene, slik at de tar opp mer glukose og flere fettsyrer fra blodet og bedre kan utnytte disse molekylene som drivstoff.

Når Karsenty plasserte vanlige mus og gen­spleisede mus, som ikke kunne danne osteokalsin, på en tredemølle, ble det helt tydelig at den ekstra energien hadde en markant effekt på den fysiske kapasiteten.

Skjeletthormonet utrustet dyrene med både større utholdenhet, slik at de kunne løpe omkring 25 prosent lengre før de ble utmattet, og mer styrke, slik at de kunne løpe raskere.

Osteokalsinets positive virkning på musklene er dessuten selvforsterkende fordi fysisk aktivitet får skjelettet til å skille ut enda mer av hormonet.

I tillegg til beinetere og beinbyggere, som lever på overflaten av beinvevet og i hulrommene i det, inneholder knoklene en tredje type celler som kalles osteocytter.

De holder til dypt inne i selve det kompakte beinvevet, og en av de viktigste oppgavene de har, er å regulere aktiviteten til de to andre skjelettcellenes aktivitet og dermed holde oppbygningen og nedbrytningen av beinvevet i balanse. Men osteocyttene skal også registrere det når skjelettet belastes av fysisk aktivitet.

Når vi for eksempel løper og setter føttene hardt i bakken, gir det et mekanisk støt som forplanter opp seg gjennom knoklene i beina og ryggraden, og når vi løfter en tung gjenstand, blir knoklene i armen strukket og bøyd litt.

Alle disse mekaniske påvirkningene blir registrert av osteocyttene, som er en integrert del av selve beinvevet, og de reagerer ved å gi osteoblastene beskjed om å øke produksjonen av osteokalsin.

Dermed sørger skjeletthormonet ikke bare for å sette kroppen i alarmberedskap når man står overfor en akutt fare, men det sikrer samtidig at musklene får energi til å kjempe eller flykte.

Gerard Karsenty går imidlertid ett skritt videre og hevder at en annen av hans tidligere oppdagelser fullfører bildet av osteokalsin som vårt primære vern mot trusler: I 2013 konkluderte Karsenty, igjen ut fra forsøk på mus, med at hormonet også påvirker hjernen.

Genspleiset mus var glemske

Karsenty tok genspleisede mus, som ikke kunne danne skjeletthormon, ut fra de normale omgivelsene og plasserte dem i et lett gjenkjennelig rom.

Her fikk de med et par minutters mellomrom et svakt støt under føttene. For mus er det en skremmende opplevelse som aktiverer kroppens alarmberedskap.

Normalt lærer de raskt å forbinde omgivelsene med de ubehagelige støtene, så når de dagen etter blir plassert i det samme rommet, vil de øyeblikkelig stivne til.

De genspleisede musene uten osteokalsin lærte imidlertid ikke leksen like grundig og hadde en markant mindre tendens til å «fryse» enn andre mus når de ble plassert i det spesielle rommet igjen.

I en annen test ble dyrenes evne til å huske og lære testet i en såkalt Morris-vannlabyrint. Her svømmer musene rundt i et basseng og leter etter plattformer som er skjult under vannoverflaten, der de kan hvile seg.

Ved gjentatte forsøk tester forskerne hvor raskt musene lærer å huske plasseringen av plattformene, og hvor målrettet de svømmer mot dem.

Karsentys forsøk viste at normale mus raskt lærte plasseringen av de skjulte plattformene og nærmest svømte rett til dem for å få fotfeste. Det var annerledes med de genspleiset musene med knokler som ikke kunne produsere osteokalsin.

De var ute av stand til å huske eller lære hvor plattformene var, og uansett hvor mange ganger de fikk prøve, svømte musene bare tilfeldig rundt og fant bare de skjulte plattformene ved en tilfeldighet.

Sammen med flere andre forsøk overbeviste dette Karsenty om at skjelettets produksjon av osteokalsin er helt avgjørende for å stimulere hjernens naturlige utvikling og funksjon.

Mangel på hormonet hemmer læring og hukommelse og forringer dermed evnen til å gjenkjenne faretruende situasjoner.

Da forskeren utførte disse forsøkene i 2013, tenkte han ikke så mye over hvorfor like akkurat skjelettet var med på å styrke de kognitive funksjonene, men det endret seg i 2019.

Oppdagelsen av at skjeletthormonet er avgjørende for å utløse kroppens alarmberedskap, fikk plutselig alle brikkene til å falle på plass, og da Karsenty offentliggjorde resultatene, skrev han: «Skjelettet er sannsynligvis utviklet for å gi virveldyrene et redskap for å slippe unna farer.»

Karsentys teori tar utgangspunkt i skjelettets klassiske funksjon som et solid stillas som både beskytter de indre organene bak ribbeina og samtidig gir musklene et feste slik at de kan bevege kroppen.

Men han peker også på hørselen, som nettopp fungerer ved hjelp av knokler i det indre øret, hos både mennesker og andre virveldyr.

Hørselen er en sans med mange praktiske fordeler, men sett i et evolusjonært perspektiv har den kanskje opprinnelig utviklet seg først og fremst for å oppdage rovdyr og andre farer i tide.

Avfallsstoffer skapte skjelettet

Geobiologen Shuhai Xiao fra Virginia Tech i USA har i mer enn ti år studert fossiler for å avklare skjelettets utviklingshistorie, og han mener at det først var en måte å kvitte seg med giftige avfallsstoffer på.

I stedet for å skille ut kalsium- og fosforforbindelser ble de mineralisert til en slags primitivt beinvev som i første omgang fungerte som avfallsdepot.

Men for omkring 600 millioner år siden klarte evolusjonen å utnytte disse depotene. Mange dyr begynte å legge om kostholdet og bli rovdyr, og derfor oppsto det et stort behov for å beskytte seg.

Den oppgaven kunne beinvevet i første omgang løse ved å fungere som et slags beskyttende panser, men senere begynte primitive forfedre til ålen, såkalte konodonter, som noen av de første dyrene å utvikle en ryggrad som utnyttet det harde avfallsdepotet.

Ryggraden ga de primitive ålene muligheter for å bukte seg gjennom vannet og dermed slippe unna rovdyr, og det var en ekstremt nyttig egenskap.

Under den såkalte kambriske eksplosjonen for 543 millioner år siden oppsto usedvanlig mange nye dyregrupper og arter, og blant de nye dyrene var nettopp virveldyrene, som er kjennetegnet ved en ryggrad.

Med tiden har virveldyrene, inkludert mennesket, videreutviklet skjelettet og lagt inn hormonet osteokalsin som et signalstoff, som i tillegg til å sette kroppen i alarmberedskap har flere funksjoner som i større eller mindre grad hjelper oss med å unngå farer.

Hormonet stimulerer for eksempel testiklenes produksjon av det mannlige kjønnshormonet, slik at menn får større og sterkere muskler og dermed blir bedre utrustet til å kjempe og flykte.

I over ti år har forskere dessuten vært klar over at osteokalsin spiller en avgjørende rolle for å regulere omsetning av glukose og fettsyrer i kroppen.

Det skjer blant annet ved at hormonet får bukspyttkjertelen til å øke produksjonen av insulin, og samtidig påvirker det mange av kroppens celler, slik at de blir mer følsomme overfor insulin.

Dermed stabiliserer osteokalsin blodsukkeret og bidrar til å motvirke både diabetes og fedme.

På tross av skjeletthormonets utallige virkninger på kroppens organer ser det overraskende nok ikke ut til å ha noen innvirkning på knoklene selv.

Alt tyder altså på at knoklene og produksjonen av osteokalsin først og fremst er til for at du kan være klar til handling når du en sen kveld hører raske skritt nærme seg bak deg.