这周我们来看看运动是如何增强骨骼的，以及新的扫描技术是如何帮助及早发现骨质疏松症并告知治疗方法的。我们还尝试了一种测量肌肉所能施加的力的新装置，在新闻中，我们发现了一个自我修复的肿瘤能告诉我们什么关于常见癌症的信息，有证据表明哺乳动物的心脏可以自我修复，还有一种新的基于激光的诊断黑色素瘤的工具。此外，100年前去世的人的骨头如何帮助科学家通过建立脊柱的计算机模型来对抗慢性背痛……
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视频-从老骨头学习
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自我修复的皮肤肿瘤可以为更常见的癌症提供线索
人们通常不会把“自我治愈”和癌症联系在一起。但是，研究一种非常不寻常和罕见的皮肤癌的研究人员已经吸取了一些教训，这些教训可能会导致未来治疗这种疾病的新方法。
这是一种罕见的遗传性癌症，被称为多发性自愈鳞状上皮瘤，简称MSSE。在英国，每年只有少数人患此病，其中大多数人的祖先都来自苏格兰的一个家庭。这种疾病会在皮肤上产生巨大的扁平肿瘤，这些肿瘤会自行愈合，留下难看的疤痕，但没有其他持久的影响。
由于这种疾病的遗传模式，科学家们知道它一定是由单个基因的缺陷引起的，但这个基因的身份一直是一个谜
而不是40年。但现在，由英国癌症研究所的大卫·古迪博士领导的一个国际研究小组在邓迪找到了罪魁祸首。该研究小组本周在《自然遗传学》杂志上发表了他们的研究结果，他们的发现也可能为更常见的癌症类型提供线索。
研究人员观察了大约60名MSSE患者的DNA样本，并将其与100多名未受影响的亲属的DNA进行了比较。他们特别关注了先前被证明含有这种可能基因的DNA区域，缩小了搜索范围，直到找到了TGFBR1基因。
这种基因编码一种受体蛋白，这种蛋白接收来自一种叫做TGF β的蛋白质的信号。这些信号告诉细胞分裂或停止分裂，研究人员能够证明，携带有缺陷的TGFBR1基因会导致人们患上MSSE肿瘤。有趣的是，在许多类型的癌症中都发现了TGF β信号的缺陷。
癌症研究人员对TGF - β信号非常感兴趣，因为它在疾病中可能是“好东西”，也可能是“坏东西”。在更正常的癌症的早期阶段，它会告诉细胞停止分裂，起到抑制肿瘤生长的作用。但过了一段时间，它会改变方向，TGF β信号会告诉细胞分裂和生长得更快，从而促进癌症的生长。
但在MSSE的情况下，情况似乎正好相反。细胞开始生长失去控制，形成典型的皮肤肿瘤，但随后它们停止生长并逆转。
TGFBR1只是参与接收TGF β信号的受体家族中的一员。研究人员认为，随着肿瘤的生长和愈合，信号的模式一定会发生变化，从而让“好的”一面出现。
虽然MSSE是一种非常罕见和不寻常的癌症，但这一发现可能会揭示其他更常见的癌症类型，因为我们知道TGF - β信号与许多类型的癌症有关。如果研究人员能够准确地弄清楚TGF β信号的变化是如何使MSSE肿瘤愈合的，那么也许它可以为未来治疗更常见类型的癌症铺平道路。所以这是一个很好的例子，说明对一种非常不寻常的疾病的研究如何具有更广泛的相关性。
Goudie, D.等人(2011)。多发性自愈鳞状上皮瘤是由TGFBR1的疾病特异性突变谱引起的自然遗传学DOI:
10.1038 / ng.780
进入心脏修复的核心
一项令人惊讶的发现表明，心脏的自我修复是可能的。普遍的观点认为，像我们这样的哺乳动物的心脏在受伤时缺乏自我修复的能力。这与其他的形成鲜明的对比
包括鱼类在内的动物，如果心脏肌肉受伤或被切除，可以再生多达四分之一。但现在科学家们发现，新生的哺乳动物心脏最初也有同样的能力，但只是在很短的时间内。
写在科学德克萨斯大学西南医学中心的科学家恩佐·波雷洛(Enzo Porrello)和他的同事们从1日龄小鼠的左心室顶端切除了大约15%的肌肉。在形成血块密封损伤部位的伤口后，小鼠心脏在21天内完全再生，没有瘢痕组织的发展，并形成新的肌肉组织和血管;两个月后进行的功能测试也证实，恢复后的心脏完全正常跳动。
科学家们发现，这种恢复是通过心脏其他部位存活的肌肉细胞的增殖实现的;新产生的心脏细胞迁移到受伤部位，然后将自己连接到再生组织中，以取代失去的肌肉。然而，当同样的程序在稍微大一点的7天大的小鼠幼崽身上进行时，没有这种再生的努力，受伤的心脏形成了明显的疤痕组织，无法自我修复。这个有趣的结果表明，哺乳动物的心脏有自我修复的能力，类似于斑马鱼等简单物种的心脏，但由于某种原因，这种能力在出生后不久就丧失了。
然而，令人鼓舞的是，它也表明，如果科学家能够利用这样的模型系统，揭示这种从支持到非修复状态的转换背后的原因，那么就有可能在心脏病的成年患者身上触发相同的修复途径。
老骨头有助于治疗背痛
Jane Reck, EPSRC;露丝·威尔科克斯博士，利兹大学;凯特·罗布森·布朗博士，布里斯托尔大学
Kat -本周还有一条新闻，科学家们一直在使用旧骨头来开发治疗慢性背痛的新方法。据估计，80%的人一生中都会在某个时候背痛，但这种情况很难治疗，因为引起背痛的原因多种多样。现在，研究人员提出了一种新方法，在我们祖先的一点帮助下，测试新的治疗方法，正如简·雷克所发现的那样……
露丝:我们需要的数据，可以从这些古老的骨头中得到。所以，尽管骨头很老了，我们最终在模型中得到的是一个活生生的脊椎的模拟。
凯特:作为一名人类学家，我正在提供数据和分析技术的途径，这些都回到了生物机械工程领域。
古老的人类骨骼和最新的计算机建模技术的不可思议的结合，正被用于开发治疗慢性背痛的新方法。在利兹大学和布里斯托尔大学进行的这项研究中，研究人员正在分析来自不同博物馆和解剖学收藏的大约40具骨骼的脊椎。这项工作的计算机建模方面由利兹大学的露丝·威尔科克斯博士领导。
露丝:我们使用的是计算机模型，与我们在航空工程或土木工程中分析结构时使用的建模过程相同，但我们使用的是这些原理来模拟脊柱，并模拟在脊柱中如何进行治疗。
简-露丝说，他们正在使用最新的成像技术进行这项工作。
微机断层扫描是对标本进行三维成像。这和我们医院里的CAT扫描技术很相似。在医院里，病人的成像基本上是通过从不同的角度进行x光照射，然后用它来建立病人的3D图像。它的工作原理是一样的，但我们的分辨率要高得多，这样我们就能看到椎骨内的每根骨头。然后我们把这些数据输入到电脑模型中这样我们的电脑模型就能模拟出单个椎骨以及不同病人之间骨骼的变化。
这些遗骨正在布里斯托尔大学考古与人类学系由凯特·罗布森·布朗博士收集并扫描。凯特解释了他们为什么要使用这么古老的人类遗骸。
凯特:目前大多数时候，我们从老年人那里获得材料。为了了解正常人群的变异范围，我们需要从年轻的成年人群体中获取信息。通过使用旧的干骨;这些都是经过浸渍处理的，也就是从这些藏品中清洗干净、干燥的骨骼，这使我们能够研究不同年龄组的骨骼形态，而这些骨骼形态是最近捐赠的材料无法获得的。我们正在研究的其中一具骨骼是一位成年女性的。她还很小。她死的时候身高大约5英尺2英寸。她大概20多岁或30出头。我们有她完整的骨架。这是一具我们认为是在20世纪30年代被收藏起来的骨架，这个人的骨架非常干净，干燥，所以没有骨关节炎的证据，没有骨癌的证据，诸如此类的。 We can't tell from her skeleton what she died of, but it was certainly nothing that is represented on the bones itself.
简-露丝说，新的计算机软件将加快临床试验的进程，以测试治疗慢性背痛的新方法。
鲁斯:我们的想法是，在这个项目结束的时候，我们会建立并运行这些模型。一家公司可以带着一种新产品的设计进来，我们可以模拟它如何在不同脊柱的人群中起作用，这样我们就可以减少进入诊所的风险，并事先在我们的计算机模型中证明，它的行为应该是正确的。计算机模型的好处是我们可以反复使用，所以我们可以在同一台计算机模型上测试许多不同的产品，而如果我们在实验室里做这个，那么每次我们想测试新的治疗方法时，我们都需要一个新的脊柱，一个新的捐赠的脊柱。
简-凯特说，这项工作可能会导致量身定制的医疗，甚至为我们的祖先如何进化提供新的见解。
凯特:如果我们能够根据我们自己的骨骼模型来评估我们个人的手术干预，那就太好了。我们正在朝着这个方向前进，但像这样的研究有助于提供基线数据，以便进行这些开发。作为一名生物人类学家，其中一个令人兴奋的发展是，我能够将这种建模技术应用于化石骨骼，因为没有其他方法可以对它们进行测试。举个例子，我们可以拿一个300万年前的骨骼化石，扫描它的脊椎，做一个模型，然后测试一些运动策略，看看这个人在生活中是用两脚还是四脚走路。这是进化人类学的一个重大发展。
简:这项研究是由物理科学工程研究委员会资助的，计算机建模软件是第一个用于背部条件的软件。在未来几年内，它应该可以用于测试新开发的产品和治疗方法。
凯特-嗯，这让我想坐直了，只是听。这是来自工程和物理科学研究委员会的简·雷克。
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激光技术提供光学活检
科学家开发了一种新工具，可以显著提高黑色素瘤筛查技术的灵敏度。
目前，大多数黑色素瘤的临床诊断都是通过眼睛，
但是，即使是由熟练的皮肤科医生进行可视化检查，也可能遗漏高达15%的病变。此外，研究还发现，在14%的活检样本中，病理学家可能无法就诊断达成一致。因此，医生倾向于谨慎行事，“当有疑问时，切断它”，导致高假阳性率和良性病变的过度治疗。
现在，临床医生可能很快就会有一种新的武器来对付这个问题。杜克大学研究员托马斯·马修斯和他的同事在《科学转化医学》杂志上发表文章称，他们发现一种名为“泵探”的激光技术可用于检测皮肤样本中不同形式黑色素的数量。使用42个活检标本，其中包括良性和黑色素瘤病变的混合物，研究小组将组织暴露在两种波长(颜色)略有不同的激光的两次短暂爆发下。
第一束光(泵)使一种黑色素(称为真黑色素，在恶性细胞中颜色更深，浓度成比例地增加)对第二束短激光(探针)敏感。这使得研究小组能够量化样品中真黑素和较轻的褐黑素的相对浓度。虽然研究小组承认他们的系统还没有针对不产生黑色素的非色素黑色素瘤子集进行测试，但通过比较每一种黑色素瘤的水平，研究人员能够在研究的样本中正确识别出所有真正恶性的样本。
然而，对于大多数有色素的恶性黑色素瘤，研究小组指出，除了有可能显著改善目前的临床方案外，在他们一直使用的激光功率下，该系统可以很容易地适应于对患者进行原位诊断，而不需要先进行活检。
行星地球在线-罗马回收
与谢菲尔德大学的卡洛琳·杰克逊;哈里特·福斯特，诺福克博物馆和考古服务处
Kat - Planet Earth播客主持人Richard Hollingham一直在问罗马人为我们做了什么?除了修建澡堂、城市下水道和教育之外，他们还从事回收利用。为了了解详情，他会见了谢菲尔德大学的卡罗琳·杰克逊和来自诺福克博物馆和考古服务处的哈丽特·福斯特……
卡洛琳-我们只有六艘船。三个酒器，两个水壶和一个瓶子，都是4世纪晚期的。
理查德:现在我们这里有一个现代的玻璃杯，我可以摸一下。实际上，你看看这些大量生产的现代玻璃，把它和2000年前的玻璃比较一下，卡罗琳。
卡罗琳-没错。
理查德:这些眼镜几乎可以批量生产，因为这三种眼镜几乎一模一样。你可以想象一下那些放在超市或其他地方的盒子里。
卡洛琳-没错。在某种程度上，它们实际上是大量生产的。玻璃制品，在4世纪是非常多产的。玻璃在大多数考古文献中都能找到。都是吹制玻璃，这是罗马时期出现的东西。罗马人发明了吹制玻璃，这在早期可能是不存在的。因此，通过吹制玻璃是非常迅速的。一旦你掌握了它，这是一个非常简单的技巧。所以你可以用少量的玻璃制造出很多很多的容器，这就是为什么这些容器的壁也很薄——因为它们是吹制的。
你怎么知道他们回收了玻璃?
哈丽特-我们早就知道罗马人回收玻璃。我们从公元1世纪晚期的资料中得到证据，其中谈到罗马的碎玻璃被收集起来以换取小价值的物品。有关于玻璃回收的考古证据。所以我们找到了酒瓶银行的等价物。
理查德-那你后来做了什么?
卡洛琳:我们从英国大约20个地点提取了大量的材料，并对它们进行了化学分析，看看我们是否能在它们的成分中发现任何可能给我们提供回收利用迹象的东西。结果非常令人惊讶。
哈丽特:他们很惊讶，因为我们发现大量的回收正在进行。我们研究了超过500个样品，其中很大一部分表明这些玻璃被大量回收利用，这很有趣，因为它提出了更多的问题，这对当时该省的玻璃供应意味着什么?玻璃被回收是因为没有新鲜的供应还是其他原因?
理查德:你知道为什么会这样吗?
卡罗琳:到3世纪末和4世纪，罗马帝国开始发生变化。你看到的大型工业综合体开始衰落，贸易开始收缩。现在，我们不知道玻璃的供应到底发生了什么，因为我们没有任何发表的考古证据，我们知道玻璃是在哪里生产的。所以我们不能说这家工厂停止了，也许那家工厂开始了，但我们可以说，看起来原料玻璃的供应开始下降，因为你可以从化学指纹中看到，回收玻璃的比例更大。里面的元素只能通过混合而不是来自原材料。这不仅仅是针对常见的形状和颜色，甚至是这种地位更高的无色玻璃，它一直被认为是为更专门的容器保留的东西，即使它也显示出大规模回收的证据。整个玻璃行业都是如此。
理查德:好吧，你在学习玻璃，但你也可以通过使用玻璃，了解社会是如何变化的。
卡洛琳-这就是考古学。这就是我们所做的。玻璃是一种非常有趣的材料，但有趣的只是它告诉我们制作它和消费它的人。就像我们看任何考古材料一样，它的存在是有目的的。它告诉我们关于人、个人和社会的事情。
这是卡洛琳·杰克逊和哈丽特·福斯特对地球播客主持人理查德·霍林厄姆的谈话。你可以在thenakedscientists.com/planetearth上收听最新一期的行星地球播客以及其他行星地球在线资源的链接。
强化骨骼
谢菲尔德大学的蒂姆·斯克里教授
Kat -成年人平均有206块骨头，虽然克里斯博士显然缺少他的搞笑骨头，少了一块!但是我们的骨骼是如何生长和发育的，是什么控制着它们的强度呢?今天和我们一起的是来自谢菲尔德大学梅兰比骨骼研究中心的蒂姆·斯克里教授，他正在研究运动对骨密度的影响以及骨骼对压力的反应。嗨，蒂姆。
蒂姆-你好，凯特。
Kat -现在让我们从找出骨头是什么开始。当我想到骨头时，我只想到骨架，这些坚硬的“小树枝”在我们体内，但事实并非如此。骨头是由什么构成的?它们是如何工作的?
蒂姆:嗯，很容易落入这种陷阱，因为你在博物馆里看到骨头就会想到“恐龙”，实际上它们只是一堆混凝土，但事实并非如此。我想你只要想想婴儿的出生，以及婴儿成长为儿童和成人的速度，就会意识到骨骼是一种非常不寻常的材料，因为它显然有点坚硬，像石头一样。它由两种主要成分组成，一种是非常坚硬的蛋白质，很有弹性，叫做胶原蛋白，另一种是一种矿物质，叫做羟基磷灰石，是一种磷酸钙。这些结合在一起，就形成了一种叫做复合材料的东西，比如玻璃纤维和碳纤维复合材料，这种材料非常坚固，而且非常轻。所以这是一种以智能方式排列的智能材料，它可以在生命中自我生长和修复。
凯特:所以我们的观点是骨骼是一种动态的生物。它们不只是附着在我们体内，它们在不断地生长和变化，自我修复。
蒂姆:是的，没错，你应该从一些非常简单的基础开始思考这个问题。如果你认为当我们被怀孕和出生时，没有人知道我们的生活将会是什么样子。我们中的一些人会成为举重运动员，一些人会成为久坐不动的人，我们在生活中要做的活动种类会有很大的不同。现在，如果我们的骨骼完全是由某种遗传因素决定的，那么我们所有人都必须有非常强壮的骨骼，因为只有极少数人会去做极限运动。大自然不会这么做。它不喜欢生长、维持和携带对我们大多数人来说都不会使用的大量物质。所以，就像我们的肌肉一样，我们的骨头会对我们的行为做出反应，如果我们使用它们，它们就会变得强壮，如果我们不使用它们，它们就会变弱，所以我们随身携带的只是足够我们日常生活所需的东西。加上一定的安全系数，以弥补偶尔的高冲击。
凯特-当你不小心摔倒或类似的事情。哪些因素会影响你的骨骼密度?我们怎样才能使我们的骨骼更强壮?
蒂姆:嗯，锻炼是一个人能做的最重要的事情。每个人都在谈论基因，但你无法改变这一点。你当然可以改变你所做的运动，毫无疑问，如果你在成长过程中进行运动，这是一种非常有力的刺激，可以让你拥有强壮的骨骼。如果你一生都坚持锻炼，那么你最终会有一个强壮的骨骼，更不可能在你老的时候得骨质疏松症。
凯特:但是我们说到锻炼是什么意思呢?我的意思是，运动对我来说可以是任何运动，从普拉提到卧推，或者跑马拉松。什么样的运动能真正强健骨骼?
蒂姆:我们可以通过测量应变或变形来确定这一点。如果你想象一块用手指捏的橡皮，那么如果你捏它，它就会变短。我们的骨头完全一样，而且会变形。所以如果我像现在这样坐着，我的骨头比我站着的时候要长。如果我站起来，它们就会变短，因为它们被压扁了。所以，我们在活动中施加的压力是决定锻炼是否有效果的因素。因此，使我们的骨骼变形的大负荷对骨骼有很大的影响。但同时，快速施加这些负荷的运动，所以冲击，高冲击比缓慢重复的运动更能刺激骨骼生长。我们可以借此找出对骨骼有益的运动。他们做各种各样的事情，通常很快，不像马拉松跑步、骑自行车或游泳。 Now it does not say those aren't good for you, but they're just not particularly good for your bones, and if you measure the bone mass of people who do those activities at high levels, they're very little different from age-matched people in the population. So, fast impacts are very good and if you want a simple rule of thumb, if you do an exercise which makes your muscles bigger then you'll have big bones. If you do an exercise which makes your muscles trained for endurance, but they don't get bigger, then it generally doesn't affect your skeleton very much.
所以，高冲击力会是像壁球或上下跳跃这样的东西。举重之类的运动算不算?
蒂姆:举重很好，这是一个非常有趣的问题，因为举重很好，因为它显然是高负荷的，但是如果你想想举重运动员，通常他们举起重物的速度很慢，但是他们放下重物的速度很快。事实上，有实验表明，你施加这些张力的方向并不像它们变化的速度那么重要。所以很有可能举重运动员缓慢地举起东西，快速地放下东西，他们通过放下而不是举起得到了更多的骨骼锻炼。
凯特-这到底是怎么回事?很明显，骨头弯曲一定有某种化学信号使骨头生长。这到底是怎么回事?
蒂姆:嗯，骨头里充满了细胞。如果你取一块骨头的横截面，真正的硬材料有很多细胞贯穿其中，这些细胞有相互接触的过程，它们彼此交流。这些被称为骨细胞的细胞被认为是能够感知骨骼机械环境的细胞。所以，当骨头弯曲时，液体流过骨头细胞实际上被拉伸、扭曲和压缩。这两件事的结合意味着细胞能够感知到它们的负荷是过多还是过少，从而采取相应措施。如果它们看到了预期的负荷，它们就会发出信号，保持骨头的大小不变。如果你做得更少，如果你躺在医院的病床上，或者像宇航员一样在失重状态下进入轨道，那么这将被视为低水平的信号，这将导致你的骨头被重新吸收并带走，因为你没有经常使用它们。这当然会发生在宇航员身上，但通常是从他们的腿，而不是他们的手臂，因为他们要推动卫星，做一些事情，但他们的腿并没有做很多事情。所以他们会从不经常使用的部位流失骨头。
Kat:我们稍后会和Ken Poole讨论骨质疏松症，也就是骨头变薄，但是你提到过住院的人或者在某种程度上丧失活动能力的人会失去骨密度。我们是否试图找出这些化学信号是什么，是否有办法模仿它们?也许我们可以发明一种药物，可以让人的骨头模仿冲击运动的效果，而不需要去健身房?
蒂姆:我对你的问题笑了，因为这正是我25年前开始攻读博士学位时的想法，我想三年后，我可能会找到一些答案。我只有很少的几个。我认为这是关键问题。我们对信号传导的了解比以前多得多，但我认为还有很多事情我们还不知道，其中最有趣的一件事，对我来说当然是，骨骼可以对极短的运动时间做出反应。你当然不需要做很长时间，还有其他的事情表明骨骼实际上可以记住可能长达24或48小时，发生在它身上的事情，这些锻炼会增强后续锻炼的效果。所以，对我来说，这是一件非常重要的事情，因为如果我们对这方面了解得更多，我们可能就能制造出药物来延长记忆的持续时间，或者让它更敏感。就像你说的，增强了步行去商店的效果，变成了骨骼可能认为是在健身房剧烈运动的效果。
Kat -太棒了!谢谢,蒂姆。这是谢菲尔德大学的蒂姆·斯克里教授。
骨质疏松扫描
剑桥大学的肯·普尔博士
在英国，每年大约有75000人髋部骨折，其中大多数人都是骨质疏松症，这是他们骨骼太弱的潜在原因。这基本上是随着年龄的增长骨骼变薄。肯·普尔博士现在和我们在一起。他是剑桥大学的风湿病学家，在那里他研究骨骼如何随着年龄的增长而变弱和变化，然后我们可以尝试使用一些新的方法来解决这个问题。你好,肯。
肯-你好，克里斯。
克里斯-感谢您加入我们的裸体科学家节目。金宝搏app最新下载首先，告诉我们，骨质疏松症到底是什么?
肯-嗯，就像你说的。它们是多孔的薄骨，在不应该断裂的时候会断裂。所以，一位女士在走路的时候，从站着的高度摔倒不会伤到手腕，但在骨质疏松症中，你可能会，弯腰系鞋带导致脊椎骨折。那么这位小老太太，她为什么这么小呢?因为脊椎骨折，骨头塌陷。在髋部骨折的情况下，一次绊倒或跌倒，足以使髋部骨折。
克里斯-如果你从骨质疏松症患者身上取一块骨头，如果你从宏观上看，用肉眼看，然后从显微镜下看和正常骨骼的人相比，会有什么不同?
肯:我们在诊所里就是这么做的。所以，当我们从人们的骨盆中取出一块骨头时，这块骨头有一个厚厚的外壳和一个内部的蜂巢，它是一个充满支柱的网状结构。对于年轻人来说，外壳很厚，蜂窝网也很厚，提供了很多支撑，就像脆脆棒的内部一样。如果你有一个骨质疏松症的病人，那么外壳就会非常薄支柱的网状结构可能根本就不存在或者它们在那里，它们变薄了，不能正常连接。
克里斯-我们知道为什么会这样吗?我的意思是，有些人是因为家庭原因而注定要这样吗?是遗传的原因，还是仅仅取决于你有多少锻炼，或者你早年的饮食习惯?
这些都是好的观点，骨折是多因素的。骨质疏松症会导致骨骼强度降低，但你也会跌倒，你也有遗传因素。一个有趣的因素是，如果你的父母有过髋部骨折，那么你自己髋部骨折的风险也会更高。随之而来的是反应能力，你应对跌倒的能力会随着年龄的增长而变差。
克里斯-我们能做些什么?有人被诊断患有骨质疏松症。他们的手腕骨折了，他们在冰上滑倒了，一旦你把它捡起来，我们能做什么?
这项工作的一部分是提高人们的意识，国家骨质疏松症协会在这方面做得很好。老年女性的骨折风险是不能忽视的，你可以问她一些问题，看看她的骨密度是否很低，是否可以通过药物改善。我们现在有很多药物确实有帮助，正如我们之前讨论过的，锻炼也会有帮助。饮食，甚至阳光，都能帮助你增强骨骼强度。
克里斯-好的。那么，跟我们讲讲，当你让某人接受治疗时，你是如何监控他们并将其推进研究领域的，你实际上在做什么来尝试找出如何优化治疗的方法?
我们现在使用的一种方法是DEXA扫描。很多人都听说过骨密度扫描。我们把病人放在床上，观察他们的脊柱和臀部，计算出骨骼的密度，并将其与正常范围进行比较。但我们也知道，一半髋部骨折的人骨密度正常，或者没有达到骨质疏松症的阈值。所以，我们需要的一件事是找到更好的方法来发现患者，同时监控他们的治疗。
克里斯-你是怎么做到的?
| 破骨细胞: |
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| 成骨细胞: |
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肯:我们和剑桥大学的一些工程师一起开发了一种技术
根据露丝之前处理的CT扫描结果。听起来很有趣因为我们用的是CT也就是电脑断层扫描。我们现在可以绘制出股骨的外壳，也就是股骨，并绘制出骨骼厚度的彩色地图，很有趣的是，在老年人中，它们通常像蛋壳一样薄。我妻子说当你变老的时候，你的臀部会变成粉红色，因为我们用粉红色来形容小于0.3毫米的臀部，就像蛋壳一样薄。我们最近做了一项研究表明一种常用的治疗骨质疏松症的药物叫特立帕肽它能让骨头生长，能把骨头固定在合适的地方，就像蒂姆说的在股骨有峰值张力的地方这是一件好事因为那是它们经常断裂的地方。
克里斯-因为那是你想让骨头生长的地方。
肯:没错。
克里斯-是的。所以，我的意思是，这将是我的下一个观点，那就是，骨质疏松症的人失去了骨量，实际上失去了骨质。你想把它放回去。药物和医生是如何试图让骨头薄的人长出新骨头的，为什么人们不这样做呢?
肯:嗯，有一种叫做双膦酸盐的药物，很多人都在服用，通常是每周一次的药物，它们实际上并不能使新骨生长。它们是最常用的药物，但你实际上停止了它的分解。
就像蒂姆之前说的，有一个过程一直在进行，叫做破骨细胞的细胞，在骨头上挖坑，而成骨细胞，把这些坑填回去。在骨质疏松症中，这是不同步的我们称之为双膦酸盐的药物它实际上阻止了破骨细胞挖坑，并允许那里的骨头变硬，这实际上防止了骨折，它们非常有效。但是在光谱的另一端，引起骨骼生长的成骨细胞，有一种叫做特立帕肽的药物是给那些患有骨质疏松症的病人使用的。他们有多处骨折，我们的研究表明，当你每天注射这种特立帕肽时，它会使这些特定部位的骨头生长。
Chris -我一开始提到的一个故事是让心脏再生科学家们正试图制造一个成年人的心脏，就像它在胚胎中一样因为它会重新长出失去的组织。我们能不能对骨骼做同样的事情，让骨骼以为它们回到了婴儿的身体里，于是它们开始长出新骨骼，从而摆脱骨质疏松症的问题?
肯:蒂姆之前说过，如果你有基因，那么大量的物质可能是不需要携带的;事实上，有一种基因，叫做硬化蛋白，名字很有趣，但它来自一种叫做硬化症的疾病，通过研究这种疾病，科学家们已经能够找到形成骨骼的开关。通过给人们一种针对这种蛋白质的单克隆抗体，你实际上可以在各种地方以惊人的速度形成骨头，这似乎是在各种需要的情况下制造新骨头的最有可能的方法。
克里斯:但这听起来有点危险，因为你最终可能会在你不想长骨头的地方长出骨头，比如你不需要骨头的地方。
肯:这实际上是硬化症的一个特征，骨头被很好地控制着，阻止了它做一些愚蠢的事情，它能做的其中一件愚蠢的事情是，如果它关闭了头骨内的孔，那是一个不好的地方。患有这种疾病的患者实际上会封闭他们的面部神经腔，耳道，甚至是携带神经的大枕骨孔，他们可能会死于这种疾病。所以，所有的事情都要适度，要使这些安全需要做很多工作。
克里斯-肯，简单地结束一下。我想，如果你现在有了一个系统，可以让我们追踪新骨头生长的位置，如果你能找出在那个位置活跃的信号，然后告诉这个基因，这是骨骼生长的关闭开关，在那个位置激活，那么你就有了一种方法，可以在需要增厚的地方增厚骨头，而不伤害其他的地方，比如你提到的敏感的地方。
肯:解决这些过程绝对是关键。
克里斯-肯，非常感谢。这是肯·普尔。他是剑桥NIHR生物医学研究中心关节炎研究的英国临床医生科学家。
裸工程-测量物理治疗的成功
与Don Gatherer合作，The Gatherer Partnership;西娅Maxfield
当肌肉受伤或变弱时，患者通常会被转介到物理治疗师那里寻求帮助，以恢复他们的力量或改善他们的活动范围。但对于理疗师来说，很难准确地评估病人可以安全承受的工作量以及他们所取得的改善程度。所以现在，曾在英格兰橄榄球队和英国奥运代表队工作过的理疗师唐·加泽尔(Don Gatherer)提出了一个优雅简单的解决方案。在本周的裸体工程节目中，Dave和Meera一直在和他见面，看看它是如何工作的。
唐:真正的挑战是客观数据。我们的很多工作都是主观的。换句话说，你可以说:“嘿，你感觉怎么样?感觉好点了吗?你更强壮吗?”但我们没有衡量标准。
戴夫，我想另一个问题是人体非常善于适应问题，所以，如果你在一个地方遇到了问题，它会做出各种奇怪的适应来弥补它。
唐:是的。事实正是如此。它的身体是一件非常聪明的工程。
米拉:我们今天来这里的原因是因为你设计了一种客观的方法来计算我们肌肉中发生的事情?
唐:是的。市面上有很多仪器，但它们都很大、很笨重，不方便携带，所以我最大的问题是，我如何设计一个非常简单、方便携带的系统，并能快速分析所有的动作。
米拉:嗯，你这里有一个设备，它由一个线束和一个手柄组成，上面有一个圆柱体。
唐:在那个圆柱体里面，我们有一个测压元件这些测压元件是在F1中开发的，所以我把这项技术应用到医学上，因为生产出来的测压元件质量很高。
戴夫:所以称重传感器是一种有效的测量力的手段。这是你在电子秤上得到的东西。我想这样测量更快更准确。
米拉-它测量的是我们肌肉的力量。
唐:它会同时测量压缩力和牵引力。这是一个双向测压元件。
米拉-为了演示你的设备，我们还请来了西娅·麦克斯菲尔德她是一名骑手，同时，西娅，你也是唐的病人。
西娅-是的。一年前，我出了事故，从马上摔了下来，脖子上的C2和C3椎骨骨折了，这通常被称为“刽子手骨折”。
米拉-唐，从理疗师的角度来看，西娅第一次来找你的时候是什么情况?
唐-西娅显然已经得到了外科医生的许可，可以开始考虑锻炼计划了。所以我们需要做的是找出她颈部的客观数据分析。有多强壮，肌肉有没有萎缩，周边轮廓，她的手臂有什么弱点吗?所以我们的想法是一旦我们知道了脖子能承受多大的力，就意味着我们可以在这个力之下工作，在她的脖子上施加负荷来加强它，但不会有伤害脊椎潜在骨折的风险。
米拉:所以，这就是你的设备的用途，测量肌肉在疲劳之前所能承受的力。
唐:好吧，就是这样。我们测量了两种类型。我们测量他们有多强壮，然后我们可以测量他们疲劳的速度。
米拉:好吧，看看这是怎么可能的，西娅已经准备好了。她就坐在你们的一张考试沙发后面。那么如何测量这些力呢?
唐:是的。我们要做的是把线束连接到测压元件上然后把线束绑在西娅的脖子上。
Meera -她的头被包裹在这个装置里，然后有两根绳子伸出来，连接着测压元件，你拿着测压元件的手柄。
唐:是的。这两根绳子非常重要因为它们是通过滑轮连接起来的它的作用是平衡头部两侧的力所以我们在分析过程中不会受到任何剪切力或旋转力。我们要做的是把西娅放在脖子的正确位置，然后我们施加一个可控的力，她会控制住那个力。测试将继续，直到她失去她的位置。她一失去位置，我们就停止测试。
西娅，他想把我的头向前拉，我的工作是，一直抵抗它，保持脖子和头直立，我只能在我的肌肉能控制的情况下这样做，然后我让步，我向前倾。
唐:好的。开始吧。好了，等一下，等一下，好孩子。好了。这很好。
米拉-西娅，你看起来很紧张。
西娅-是的，这对体力要求很高。
米拉-唐，这句话怎么翻译?我们身后有一个大屏幕，你已经选择了西娅颈部的肌肉进行分析。那么我们在这张图上看到的是什么?
唐-我们有颈部伸展的图表，我们把测压元件调到零或调零，所以我们有一个零额定值，然后当我们施加力时，你会看到读数出现，它会测量力的大小。在她失去位置的那一刻，我们停止这个力，然后我们可以测量峰值和力下面的面积。
米拉-我猜你可以测试其他肌肉群的其他部位。
唐:我们可以测试她的整个身体——肩膀、肘部、手、手指、膝盖、脚、脚趾——所有的部位，腿筋……
米拉-这一切是如何结合起来给西娅和其他病人一个治疗方案的?
唐:我们现在有一个被测试动作的轮廓图这意味着我们可以施加一个安全的负荷，无论是对力量还是耐力的刺激负荷，我们可以达到我们的生理目标因为我们知道我们可以以一种安全的方式施加特定的力。我们不会使肌肉疲劳，也不会造成过度的剪切力，比如穿过她的脊柱，这会刺激脊椎神经等底层结构。
Meera:那么你如何总结这个系统和这种测量方式的真正好处?
简而言之就是客观分析。我们收集数据，我们可以使用这些数据，然后从那里，你可以建立数据库，你可以设计培训计划，但你也可以看看你的临床效果，如果他们在改善，如果他们没有改善，然后你可以重新设计你的测试程序。这一切都基于客观的分析。
这是来自Gatherer合伙公司的Don Gatherer和他的病人，非常愿意的Thea Maxfield，与Meera Senthilingam和Dave Ansell谈论他的新设备，该设备可以帮助物理治疗师识别患者可能较弱的特定肌肉群。特别是在一边或另一边，这样他们就可以得到特别的关注，锻炼他们需要的负荷，如果他们有任何改善就进行锻炼。
哪些饮食和营养因素对骨骼强度很重要?
我们把这个问题交给肯·普尔博士和蒂姆·斯克里教授。Ken:饮食和营养很重要，人们想到最多的是维生素d。钙也很重要。在这样的北纬地区，我们无法从阳光中获得足够的维生素D，所以这很重要。为了弄清楚它有多重要，你可以看看身体质量指数低的身体质量指数是骨折的危险因素。这是我们在世界卫生组织的Frax工具中插入的一个工具它可以预测你自己的骨折风险。你可以在苹果手机、iPhone手机上运行，甚至可以在Frax网站上运行，它会告诉你未来10年你自己的风险是什么。所以，营养和饮食非常重要。
克里斯:听起来不错。还有什么要补充的吗，蒂姆?
蒂姆:我不这么认为。我认为，一般来说，西方饮食中钙的含量相当高，但正如肯所说，维生素D可能是人们需要担心的问题。
愈合的骨头比未骨折的骨头更坚固吗?
我们把这个问题交给蒂姆·斯克里教授和肯·普尔博士。
蒂姆:嗯，实际上是的。当骨头愈合时，在骨折处周围会形成一种新的骨套。所以当它愈合并粘在一起时，临床结合，也就是在骨折几周后，骨折的地方实际上有一大块厚厚的骨头，所以它会比原来的骨头更坚固。但随着时间的推移，那厚厚的一层会被重新塑造掉。它会被肯所说的破骨细胞吸收掉。如果你小时候骨折过，你会发现几年后，你就无法分辨出骨头曾经骨折过。所以最终，强度会恢复到原来的水平。
克里斯-肯，你看到扫描图了吗?
肯-我们能扫描一下吗?是的，这不是我们通常用DEXA扫描看到的骨头，通常是髋关节和脊柱。如果要做前臂扫描，我们通常会做没有骨折的那个，因为我们在病人进去之前会问这个问题。
为什么类固醇吸入器对骨骼有害?
我们把这个问题交给肯·普尔博士……
肯:是的。类固醇是一种典型的“对骨骼有害”的药物。通常类固醇片比吸入器更糟糕，但吸入器的效果较小。重要的是，如果有人在使用类固醇吸入器，他们要做所有的生活方式，比如饮食，锻炼和营养，以确保他们最大限度地利用他们的骨骼。
为什么不是所有的软骨都变成了骨头?
我们把这个问题交给了蒂姆·斯克里教授……
蒂姆:这是一个比骨骼更基础的生物学问题，因为这是一个被称为模式的问题——你指尖上的细胞如何知道它们是指尖细胞，不同于肝细胞，不同于眼细胞。软骨细胞，也就是即将变成骨头的软骨在它们的遗传信息中有一些位置信息告诉它们该怎么做。然而关节表面的软骨细胞却有不同的信息。所以，这是一个模式问题，而不是所有的软骨细胞都不一样。
克里斯:他们写了一套指令，告诉他们基本上要成为什么。
蒂姆:是的，还知道他们在哪里。
折断股骨需要多大的力?
我们把这个问题交给肯·普尔博士……
肯-通常，它被认为是在跌倒时可用的能量;令人惊讶的是，这只是一小部分能量:大约五分之一到十分之一的能量就足以使股骨断裂。
对于髋部骨折，有一种完美的力量。如果你不走运，向后跌倒或者侧身——即使你很年轻——你也可能折断你的股骨。
我们能加强我们的头骨吗?
我们把这个问题交给了蒂姆·斯克里教授……
蒂姆:这是一个非常有趣的问题，我们目前正在积极研究这个问题，因为事实上，你不需要加强你的头骨。它比你在一天中使用的量所需要的要坚固得多这整个概念很有趣因为如果你考虑不同骨骼的安全系数，你的长骨的安全系数大约是4。这意味着，如果你把它们弯曲的幅度是正常情况下的四倍，你可能会把它们折断。头骨,约40,真正转化为是什么,如果你用长骨头,锻炼和做事情你弯曲0.2%你的头骨,不管你做什么,你弯不超过约0.02% 10日一样,我们知道这一点,因为我们把应变仪的头骨和骨骼长几年前我的一个博士生,所以我们知道这是绝对正确的。它告诉我们头骨里的细胞要么比长骨里的细胞对负荷更敏感要么对缺乏负荷更不敏感，这两种情况中的任何一种都是能够理解的很好的事情。所以我们正在比较不同部位的细胞，试图了解背后的机制，这样我们就可以找到一种药物来帮助骨质疏松症患者。
克里斯:这在多大程度上反映了胚胎学，因为长骨的形成方式不同，软骨模型被骨头取代，而头骨是由骨头片在颅骨发育过程中生长成组织形成的?那么，这是一个线索吗?
蒂姆:你说得很对。这是个很重要的问题。这当然是我们首先想到的。中轴骨骼，头骨，脊柱，肋骨和部分骨盆，以及锁骨都是由同样的东西形成的。事实上，这并不符合。这不仅仅是胚胎起源。当然，当你得到这些骨头并从中提取细胞时，它们在成年人类和动物身上看起来非常相似。实际上，这似乎并没有什么不同。细胞嵌入材料的基本方式和它们进行机械感知的方式似乎是不同的，这似乎是头骨的关键，而不仅仅是轴向骨骼的任何旧部分，因为椎骨通常受到骨质疏松症的影响。
克里斯-但你还没查出具体是什么?
蒂姆:就像所有的科学一样，你回答的每一个问题都会引出另外五个你需要解决的问题，而我们正处于这样的境地。
随着年龄的增长，骨组织会被脂肪取代吗?
我们把这个问题交给肯·普尔博士……
肯:是的，这是真的。脂肪细胞和骨细胞是同一谱系的一部分。所以当我们变老的时候，我们开始制造更多的脂肪细胞和更少的骨形成细胞，这是骨骼内部不可避免的结果。
35岁以后骨骼会停止吸收钙吗?
我们把这个问题交给了蒂姆·斯克里教授……
蒂姆:实际上，它们不会停止或失去这样做的能力，因为实际上，在我们的骨骼中，我们每个人大约有200万个位置，每时每刻，都在进行一些骨移除和骨形成。所以在其中一个小的地方，你可以得到新的骨头，新的钙的结合。事实是，在挖洞和填洞之间的平衡转变为更多的挖洞和更少的填洞，但是形成骨骼和吸收钙的能力在人的一生中仍然存在。
不同种族的人的骨骼有什么不同吗?
我们把这个问题交给蒂姆·斯克里教授和肯·普尔博士。
蒂姆:嗯，这当然是有根据的。黑人的骨骼确实比白人强壮，但我认为还有更多的原因，我认为肯，作为一名临床医生，可能对此有一些额外的想法。
克里斯-肯?
肯:那很有趣。剑桥的MRC人类营养小组经常在冈比亚工作，那里的人的骨头在扫描上看起来像是骨质疏松症，但实际上他们更强壮，这是一个悖论。但当使用Frax工具时，这是一种发现人们骨折风险的新方法，你必须确保你在正确的种族群体中，因为它是由不同的国家校准的。
克里斯:真有意思。所以如果你没有考虑到一个人来自哪里，你可能会得到一个扫描结果，给你一个误导性的结果，原因正是蒂姆刚刚提到的。
肯:完全正确，每个国家都有可用的数据，他们目前有可用的数据。
肌肉痉挛的原因是什么?有什么治疗方法吗?
我们把这个问题交给悉尼大学教育与社会工作学院阿什利·蒙塔古研究员史蒂文·桓博士。
肌肉痉挛是一种不自觉的、强行收缩的肌肉，它根本没有放松。当你使用你的肌肉时，你可以自愿地控制它们，比如你的腿和手臂，它们可以交替收缩，它们可以放松，然后收缩。但当你失去控制时，这就是肌肉痉挛。现在，大约95%的人都有肌肉痉挛，至少有时会经历，有些人比其他人更频繁，尤其是在老年人，但即使是孩子也会有肌肉痉挛。
那么我们该怎么预防呢?在运动前你必须非常小心热身，你必须非常小心不要脱水。这就是为什么，例如，当你看到网球运动员腿部抽筋时，那是因为他们在网球场上失去了大量的液体，尤其是在非常非常热的天气里。所以你必须保持水分。
你体内也必须有高水平的钾因为如果你的钾含量低，有时会导致肌肉痉挛，而且，低钾也会导致肌肉无力。
戴安娜:有时，肌肉会过度缩短，这可能是由低钠、低钾、脱水、低血糖甚至低钙(缺钙)引起的。所以，也许可以试着喝点东西来补充你可能缺少的营养。有时是因为关节弯曲得太厉害，你必须把它弄直，或者走一走。
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