Тема: Биохимия костной ткани

Факультеты: стоматологический.

2 курс.

Костная ткань является разновидностью соединительной ткани с высокой минерализацией межклеточного вещества.

ФункциИ костной ткани

1. Формообразующая

2. Опорная (фиксация мышц, внутренних органов)

3. Защитная (грудная клетка, череп и т.д.)

4. Запасающая (депо минеральных веществ: кальция, магния, фосфора, натрия и т.д.).

5. Регуляция КОС (при ацидозе отдает Na⁺, Ca₃(PO₄)₂ )

В организме человека выделяют 2 типа костной ткани: ретикулофиброзная (губчатое костное вещество) и пластинчатая (компактное костное вещество). Из них образованы различные виды костей: трубча­тые, губчатые и т. п.

Как и любая ткань, костная ткань состоит из клеток и межклеточного матрикса.

КЛЕТКИ КОСТНОЙ ТКАНИ

В костной тканивыделяются 2 типа клеток мезенхимального происхождения.

1 тип:

а) стволовые остеогенные клетки;

б) полустволовые стромальные клетки;

в) остеобласты (из них образуются остеоциты);

г) остеоциты;

2 тип:

а) стволовые кроветворные клетки;

б) полустволовые кроветворные клетки (из них образуются миелоидные клетки, макрофаги);

в) унипотентная колонеообразующая моноцитарная клетка (из нее образуется монобласт → промоноцит → моноцит → остеокласт);

Остеобласты

Молодые, не делящиеся клетки, создающие костную ткань. Имеют различную форму: кубическую, пирамидальную, угловатую. Содержат 1 ядро. В цитоплазме хорошо развиты широховатая ЭПС, митохондрии и комплекс Гольджи. В клетке много РНК, высокая активность щелочной фосфатазы, активен биосинтез белка (коллагена, протеогликаны, ферменты).

Встречаются только в глубоких слоях надкостницы и в местах регенерации костной ткани. Покрывают всю поверхность развивающейся костной балки.

Остеоциты

Преобладающие клетки костной ткани, образуются из остеобластов. Не способны к делению, имеют отросчатую форму, крупное ядро в центре клетки, содержат мало органелл, не имеют центриолей. Располагаются в лакунах, вырабатывают компоненты межклеточного вещества.

Остеокласты

Гигантские многоядерные клетки гематогенной природы. В клетке выделяют 2 зоны. В клетке много вакуолей, митохондрий, лизосом. Немного рибосом, слабо развит шероховатый ЭПС.

Активность остеокластов регулируются Т-лимфоцитами через цитокины. Остеокласты способны разрушать обызвествленный хрящ или кость. Они выделяют в межклеточную жидкость СО₂ и карбоангидразу. Н₂О + СО₂ = Н₂СО₃ Накопление кислот приводит разрушение кальциевых солей и органической матрицы.

МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС

В состав межклеточного матрикса костной ткани входят органические и неорганические вещества. В компактной кости неорганический компонент составляет 70% массы кости, органический компонент - 20% массы кости, вода – 10% массы кости. При этом по объе­му на неорганический компонент приходится только около ¼ кости; остальную часть занимает органический компонент и вода.

В губчатой костной ткани неорганический компонент составляет 33-40% массы кости, органический компонент - 50% массы кости, вода – 10% массы кости.

Органический компоненткостной ткани состоит в основном (90—95%) из коллагеновых волокон (коллаген 1 типа), которые содержат много оксипролина, лизина, фосфата, связанного с серином, и мало гидроксилизина.

Органический компонент костной ткани содержит незначительное количество протеогликанов и ГАГ. Основным представителем является хондроитин-4-сульфат, немного хондроитин-6-сульфата, кератансульфата, гиалуроновой кислоты.

В костной ткани находятся неколлагеновые структурные белки остеокальцин, остеонектин, остеоронтин и др. Остеонектин является посредником кальцификации, он связывает кальций и фосфор с коллагеном. Пептид (49АК), содержащий 3 остатка γ-карбоксиглутаминовой кисло­ты. В синтезе этого пептида участвует витамин К, он обеспечивает карбоксилирование глутаминовой кислоты.

В косной ткани содержатся ферменты: щелочная фосфатаза (много в растущих костях), кислая фосфатаза (мало), коллагеназа, пирофосфатаза. Фосфотазы выделяют фосфат из органических соединений. Пирофосфатаза разрушает пирофосфат, который является ингибитором кальцификации.

Также органический компонент представлен различными органическими кислотами фумаровой, яблочной, молочной и т.д. Присутствуют липиды.

Минеральный компонент костной ткани взрослого человека состоит глав­ным образом из гидроксиапатита (приблизительный состав Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂), кроме того, он включает фосфаты кальция (Са₃(РО₄)₂), магния (Mg₃(РО₄)₂), карбонаты, фториды, гидроксиды, цитраты (1%) и т.д. В состав костей входит большая часть Mg²⁺, около четверти Na⁺ и небольшая часть К⁺, содержа­щихся в организме. У детей раннего возраста в минеральном компоненте костной ткани преобладает аморфный фосфат кальция (Са₃(РО₄)₂), он является лабильным резервом кальция и фосфора.

Кри­сталлы гидроксиапатита имеют форму пластинок или палочек толщиной около 8-15Å, шириной 20-40Å, длиной 200-400Å. В кристаллической решетке гидроксиапатита Са²⁺ может замещаться другими двухвалентными катионами. В растущую кристал­лическую решетку гидроксиапатита могут внедряться ионы тяжелых металлов: свинец, радий, уран и тяжелые элементы, образующиеся при рас­паде урана, например стронций.

Анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на большой поверхности, образуемой малень­кими кристаллами либо растворяются в гидратной оболочке кри­сталлической решетки. Ионы Na⁺ адсорбируются на поверхности кристаллов.

Между собой кри­сталлы гидроксиапатита связываются через Са²⁺ с помощью остатков γ-карбоксиглутаминовой кисло­ты пептида (49 АК).

Вследствие кристаллической структуры образованной органическими и неорганическими компонентами модуль упругости кости сходен с бетоном.