Doświadczenie ciąży i porodu diametralnie zmienia nasze życie, ale jak wynika z najnowszych badań opublikowanych w czasopiśmie PLOS — także ciało. Jedna z takich transformacji zachodzi w szkielecie kobiety — nie tylko w kształcie jej miednicy, ale również w składzie mineralnym samych kości. Zespołowi antropologów z New York University, Brown University i Texas State University udało się wykazać, że reprodukcja trwale modyfikuje wewnętrzną strukturę szkieletu w sposób, który do tej pory nie był do końca poznany. Odkrycia oparte na wynikach badań na naczelnych rzucają nowe światło na procesy zachodzące w organizmie pod wpływem ciąży, które zostają na całe życie.
„Nasze odkrycia dostarczają dodatkowych dowodów i unaoczniają nam jak ogromny wpływ wywiera rozmnażanie na organizm samicy. Zyskaliśmy również świadomość, że szkielet nie jest statycznym narządem, lecz konstrukcją dynamiczną, podlegającą zmianom wraz z różnymi życiowymi wydarzeniami”, mówi kierująca badaniami Paola Cerrito, doktorantka z Wydziału Antropologii NYU.
Naukowcy odkryli, że stężenie wapnia, magnezu i fosforu jest niższe u osobników, które w swoim życiu doświadczyły reprodukcji. Zmiany te powiązane są z samym porodem i laktacją. Dzięki wynikom z dotychczasowych badań klinicznych wiemy, że takie pierwiastki jak wapń i fosfor są niezbędne dla utrzymania prawidłowej struktury i wytrzymałości kości. Naukowcy z NYU zwracają uwagę, że ich najnowsze odkrycie nie odnosi się stricte do ogólnych implikacji zdrowotnych ani u naczelnych, ani u ludzi — sugerują raczej aby spojrzeć na naturę szkieletu z uwzględnieniem jej dynamiki.
„Kość nie jest statyczną i martwą częścią szkieletu. Teraz mamy możliwość zaobserwować jak nieustannie dostosowuje się i reaguje na procesy fizjologiczne”, mówi Shara Bailey, antropolog z NYU, jedna ze współautorek publikacji.
Obraz mikroskopowy środkowej części trzonu kości udowej naczelnych. Zdjęcie dzięki uprzejmości Paoli Cerrito i Timothy’ego Bromage’a.
Z dostępnych analiz obejmujących kilkadziesiąt lat wiemy, że różnorodne zdarzenia obejmujące czynniki wewnętrzne, jak i zewnętrzne, w tym poród, reprodukcja, zakończenie karmienia piersią, menopauza, przebyte choroby, modyfikacje w diecie i zmienność klimatu pozostawiają trwały zapis w zmineralizowanych tkankach, który zostaje zachowany nawet w okazach kopalnych. Aby bardziej zgłębić temat naukowcy przebadali tkankę blaszkowatą (dojrzałą formą tkanki kostnej, która wchodzi w skład kości długich i płaskich); ten typ tkanki wybrano ze względu na jej charakter — wszelkie pojawiające się w niej zmiany w czasie można „odczytać” dzięki obecności markerów biologicznych.
Zespół badawczy określił tempo wzrostu tkanki blaszkowatej w kości udowej u samic i samców makaków (zwierzęta przebywały na terenie Karaibskiego Centrum Badań nad Naczelnymi w Portoryko i zmarły z przyczyn naturalnych). Weterynarze pracujący na stacji terenowej Sabana Seca monitorowali i zapisywali informacje na temat stanu zdrowia oraz historii reprodukcji u wybranych osobników, dzięki czemu naukowcy mogli precyzyjnie skorelować zmiany jakie zaszły w składzie i strukturze kości z wydarzeniami takimi jak ciąża i karmienie piersią.
Obrazy mikroskopowe ukazujące przekroje siedmiu kości udowych wykorzystanych w tym badanu, z uwzględnieniem wieku i płci osobnika.
Paola Cerrito, Bin Hu, Justin Z. Goldstein, Rachel Kalisher, Shara E. Bailey, Timothy G. Bromage. Elemental composition of primary lamellar bone differs between parous and nulliparous rhesus macaque females. PLOS ONE, 2022; 17 (11): e0276866 DOI: 10.1371/journal.pone.0276866
Do obliczeń zmian w stężeniach wapnia, fosforu, tlenu, magnezu i sodu w kościach zespół Cerrito wykorzystał mikroskopię elektronową oraz spektroskopię rentgenowską z dyspersją energii (EDX, EDS) — metody powszechnie wykorzystywane w pomiarach składu chemicznego tkanek.
Wyniki analiz wykazały widoczne różnice w stężeniach pierwiastków w zależności od przeszłości położniczej i płci osobnika. U samic, które przeszły poród poziom wapnia i fosforu w kościach był niższy w porównaniu z nieródkami i samcami. Z kolei karmienie piersią i laktacja wiązały się ze znacznym spadkiem poziomu magnezu.
Badania na ludziach i na gryzoniach pokazują, że zaspokojenie potrzeby na wapń i fosfor u rozwijających się płodów nie musi wiązać się z koniecznoścą większego spożycia tych pierwiastków przez matkę – odpowiadają za to mechanizmy adaptacyjne tj. zwiększone wchłanianie w jelitach, zmniejszone wydalanie nerkowe oraz zwiększona resorpcja szkieletowa. Zwłaszcza w ostatnim okresie ciąży stężenie fosforu i wapnia w surowicy matki zmniejsza się.
„Nasze badanie sugeruje, że nawet przed okresem menopauzy, kiedy płodność już zanika, szkielet reaguje dynamicznie na zmiany jakie zachodzą w organizmie w związku z ciążą i reprodukcją. Co więcej, odkrycia te potwierdzają istotny wpływ porodu na organizm kobiety, a dowody rozmnażania zostają „zapisane w kościach” na całe życie”, podsumowuje Paola Cerrito.
„Ilość wapnia, którą gromadzi płód w czasie ciąży, sięga 30 gramów, z czego 80% przypada na III trymestr. Zmiany fizjologiczne zachodzące w ciąży pozwalają na sprostanie tym wymaganiom. Do zmian tych zalicza się przede wszystkim: dwukrotnie zwiększoną zdolność wchłaniania wapnia w jelitach oraz aktywny transport wapnia przez łożysko. Mimo że całkowite stężenie wapnia zmniejsza się wskutek obniżenia fizjologicznego stężenia albumin, poziom zjonizowanego wapnia we krwi pozostaje stabilny. W czasie ciąży następuje również zmniejszenie gęstości kości (mobilizacja wapnia), niezależnie od ilości spożywanego wapnia. U zdrowych ciężarnych kobiet jest to zmiana fizjologiczna, która cofa się po okresie zakończenia laktacji.” | mp.pl
Grafika: Kovacs, C.S. Calcium and Bone Metabolism During Pregnancy and Lactation. J Mammary Gland Biol Neoplasia 10, 105–118 (2005). https://doi.org/10.1007/s10911-005-5394-0
Dziecięca ciekawość o to skąd się biorą dzieci ma również wielki sens z naukowego punktu widzenia. Badacze zastanawiający się nad początkami naszego istnienia skupiają się na znalezieniu odpowiedzi na pytanie jak przebiegała ewolucja samego procesu narodzin. „Rozmnażanie człowieka jest całkowicie odmienne od tego, czego oczekiwalibyśmy od naczelnych, a przy tym niezmiernie fascynujące. To w jaki sposób przebiegała ewolucja naszej reprodukcji pozostaje jeszcze tajemnicą”, mówi Cerrito.
Kwestia złożoności ludzkiego porodu w porównaniu z innymi gatunkami zwierząt nadal jest przedmiotem antropologicznych rozważań. W 1960 roku antropolog Sherwood Larned Washburn ukuł termin „dylematu położniczego„, koncepcji, która odnosi się do fizjologicznego paradoksu – z jednej strony dwunożność człowieka wymusiła zwężenie wymiarów miednicy, z drugiej powiększająca się, wraz z rozwojem mózgu, czaszka dziecka wymaga odpowiednio szerokiego kanału rodnego aby bezpiecznie przyjść na świat (zobacz też Ewolucja narodzin).
Szerszym wyjaśnieniem hipotezy dylematu położniczego oraz tego, że w porównaniu do innych naczelnych, ludzkie niemowlęta są bezradne i słabiej rozwinięte ruchowo ze względu na ograniczony czas trwania ciąży, może okazać się koncepcja EEG (od ang. energetics, gestation, growth, czyli energetyka, ciąża i wzrost) zaproponowana przez profesor Holly Dunsworth. Zgodnie z EGG, poród rozpoczyna się w momencie gdy organizm matki nie jest w stanie zainwestować więcej energii w ciążę i wzrost płodu. Głównym ewolucyjnym ograniczeniem byłby metabolizm matki, a nie wymiary jej bioder. | University of Rhode Island
Odkrycie naukowców z NYU ujawnia nieco więcej informacji na temat kosztów jakie organizm ponosi w związku z porodem. „W czasie karmienia piersią matka dostarcza dziecku niezbędnych składników odżywczych, aż do momentu odstawienia i przejścia na pokarmy stałe. W związku z tym, kobiecy szkielet pełni również rolę rezerwuaru pierwiastków dla rozwijającego się kośćca płodu”, mówi Cerrito.
Dr Cerrito podkreśla, że zaobserwowane przez nią trwałe pociążowe zmiany w kościach nie są ani złe, ani niebezpieczne. Co więcej, z dotychczasowych wniosków nie możemy jeszcze opracować i wprowadzić nowych sposobów postępowania do praktyki położniczej. Niniejsze badanie raczej zwraca uwagę na fakt w jaki sposób status rodzenia i przebiegu laktacji pojawiają się w zapisie kopalnym.
„Możemy także dowiedzieć się więcej o rozwoju niemowląt oraz o czasie odstawienia od piersi”, mówi Cerrito. Tempo w jakim spada poziom magnezu w kościach kobiety po narodzinach dziecka może pomóc w określeniu czasu trwania i zakończenia laktacji.
„Gruczoł piersiowy pełni funkcję centralnego regulatora demineralizacji szkieletu matki podczas laktacji. Mechaniczny bodziec ssania oraz wysoki poziom prolaktyny hamują ośrodek pulsacyjnego uwalniania gonadoliberyny (GnRH) w podwzgórzu, w wyniku czego hamowana jest przysadkowa sekrecja hormonu luteinizującego (LH) i folikulotropowego (FSH), co z kolei prowadzi do spadku produkcji estradiolu i progesteronu w jajnikach. Ważną rolę odgrywa produkowany i uwalniany w gruczole piersiowym peptyd PTH-podobny (PTHrP). Uwolniony do krwiobiegu PTHrP, działając synergistycznie z niskim stężeniem estrogenów, przyczynia się do zwiększenia resorpcji kości z uwolnieniem do krwi jonów wapnia i fosforanów, które następnie przedostają się do mleka.”
| Paszkowski T., Misiorowski W., Preis K., Wielgoś M., Suplementacja wapnia podczas ciąży i karmienia piersią – co wiemy na początku 2022 r.? Forum Położnictwa i Ginekologii. – 2022 nr 62. – ISSN 2084-011X
Grafika: Kovacs, C.S. Calcium and Bone Metabolism During Pregnancy and Lactation. J Mammary Gland Biol Neoplasia 10, 105–118 (2005). https://doi.org/10.1007/s10911-005-5394-0
Jak zaznacza autorka badania do dalszych rozważań niezbędne są analizy oparte na większej liczbie osobników zróżnicowanych gatunkowo. Oprócz badań z udziałem ludzi, Cerrito myśli również o rozszerzeniu swoich prac na pozostałe naczelne. Porównanie różnic między Homo sapiens a innymi przedstawicielami tego rzędu, może dostarczyć nam wskazówek na temat ewolucji mechanizmu porodowego u ludzi, a także formowania się ludzkich społeczności. Kiedy zrozumiemy w jaki sposób nasze ciała przystosowały się do rodzenia, zbliżymy się też do funkcjonowania pierwszych społeczeństw, ponieważ proces ludzkich narodzin musiał wpływać na rozwój współpracy, poprzez wczesne formy pomocy w trakcie rodzenia, opiekę nad świeżo upieczoną mamą i noworodkiem oraz wychowanie dzieci.
- Cerrito P, Hu B, Goldstein JZ, Kalisher R, Bailey SE, Bromage TG (2022) Elemental composition of primary lamellar bone differs between parous and nulliparous rhesus macaque females. PLoS ONE 17(11): e0276866. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0276866
- New York University. (2022, November 1). Anthropologists find new ways female bones are permanently altered after giving birth: Analysis of primates shows permanent changes in bone composition after giving birth, breastfeeding.
- Inverse, Elana Spivack (2022, November 3). Giving birth permanently alters your bones — fossil records reveal.