Органический матрикс костной ткани

Доц. Каминская Л.А.

БИОХИМИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ

Кость – специализированная костная ткань, которая вместе с хрящевой образует скелет. Кость – сложное структурное образование, содержащее, наряду со специфической костной тканью, надкостницу, костный мозг, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы и в ряде случаев хрящевую ткань.

Как и все соединительные ткани , состоит из клеток и внеклеточного матрикса

Внеклеточный матрикс содержит воду, белки( коллагеновые и неколлагеновые), незначительное количество протеогликанов и растворенных низкомолекулярных органических веществ. Главная особенность внеклеточного матрикса- способность минерализоваться и приобретать сложную кристаллическую структурную организацию.

Различают кортикальную и трабекулярную костную ткань.

Кортикальная кость – тонкая плотная пластинка, образует наружную часть всех костей, выполняет механическую защитную функции.

Трабекулярная кость - сеть тонких костных пластинок . между которыми располагается гемопоэтический костный мозг. Она заполняет изнутри позвонки и концы длинных костей, выполняя, в основном , метаболическую функцию.

Внеклеточный матрикс состоитиз органического и неорганических веществ.

Органические вещества представлены белками, из которых 95% -коллаген 1 типа , входящего в состав фибрилл. Наиболее важными неколлагеновыми белками являются остеокальцин, остеонектин, остеоронтин.

Кальцифицированный матрикс не является инертным, в нем непрерывно происходят процессы обмена с участием костных клеток- остеоцитов- связанных между собой отростками . Клетки располагаются в в лакунах, а их отростки - в канальцах, по которым циркулирует внеклеточная жидкость, через которую осуществляются процессы обмена кости.

Костная ткань активно участвует в поддержании гомеостаза организма.

l Депо неорганических соединений

l Служит буфером, стабилизирующим ионный состав внутренней среды.

l Обменные реакции с неорганическими компонентами окружающей тканевой жидкости.

l Кроветворение ( депо кроветворной ткани )

На протяжении всей жизни происходит замещение на отдельных участках кости старых давно минерализованных участков на вновь образуемую кость . Этот процесс получил название «ремоделирование костной ткани», или « костный оборот».

Можно сказать, что кость состоит из «основных многоклеточных единиц ремоделирования», которые отвечают за локальное формообразование и местные концентрации кальция и фосфата.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОСТНОЙ ТКАНИ

Кость, кажущаяся, на первый взгляд, инертным образованием, в действительности характеризуется высокой метаболической активностью и способностью к восстановлению свойств, формы, размеров после травматических воздействий . Достигается это в результате взаимодействия между органическими и неорганическими веществами с участием клеток костной ткани.

ОРГАНИЧЕСКИЙ МАТРИКС КОСТНОЙ ТКАНИ.

Органические вещества кости составляют 30% массы, минеральные компоненты - 60% ; вода- 10% .

Межклеточный органический матрикс компактной кости составляет около 20% , неорганические вещества - 70% , вода - 10%.

В губчатой кости преобладают органические компоненты, которые составляют более 50% , неорганических соединений 35 – 40% , воды 10%.

Главной составной частью органического матрикса костной ткани является фибриллярный белок – коллаген, на долю которого приходится 89 – 97% азота костной ткани. В небольших количествах в органическом костном матриксе присутствуют мукопротеины, сиалопротеины и другие неколлагеновые белки.

Доля гликозаминогликанов 0,1 – 0,4%. Гликозаминогликаны принимают участие в образовании тканевого каркаса, они ответственны за формирование фибрина коллагена и имеют непосредственное отношение к процессам оссификации.

КОЛЛАГЕН.

Коллаген минерализованных тканей имеет много общего с коллагеном мягких тканей: у них близкий аминокислотный состав, идентичны первичная структура и строение цепей. Наряду с этим у коллагена кости есть ряд отличительных черт по сравнению с коллагеном мягких тканей.

В костном коллагене содержится больше свободных аминогрупп лизиновых и гидроксилизиновых остатков. В молекуле коллагена кости присутствуют дикарбоновые отрицательно заряженные аминокислоты и фосфаты. Молекулярная организация характеризуется высокой степенью упорядоченности молекулярных остатков благодаря прочным межмолекулярным связям.

Отличительные особенности коллагена кости максимально приспособлены для выполнения функции минерализации. Аминогруппы лизина и оксилизина связывают фосфаты, принимая участие в процессе зарождения первичных кристаллов кости. Определённый тип агрегации и упаковки макромолекул тропоколлагена создаёт специфические группировки , способные служить центром кристаллизации . На их основе вырастают кристаллы , и минерализованная органическая основа, приобретает необходимую твёрдость . Коллаген вместе с минеральными компонентами определяет механические свойства кости.

НЕКОЛЛАГЕНОВЫЕ БЕЛКИ.

Наряду с коллагеном , составляющим основную массу органического матрикса костной ткани, в ней содержатся белки неколлагеновой природы: гликопротеины, сиалопротеины , альбумины.

Неколлагеновые белки остеокальцин,, остеонектин, остеоронтин-кальцийсвязывающие белки, участвуют в участвуют в минерализации

Остеокальцин- уникальный для костей и зубов белок, его доля в костях 1% от общего содержания белков, и уровень его в кости отражает скорость остеогенеза.

.В составе кальцийсвязывающих белков много остатков γ -карбоксиглутамата

Синтез γ -карбоксиглутамата зависит от присутствия витамина К

Витамин К – кофактор синтеза фермента γ- карбоксилазы

Остатки глутаминовой кислоты карбоксилируются при участии витамина К в γ -положение после трансляции белка, но до секреции в межклеточное пространство.Образуется « хвостик» дикарбоновой кислоты, которая прочно связывает ионы кальция

.( вспомните аналогичные цитрат кальция и оксалат кальция, который нерастворим в

воде ), γ – карбоксильные остатки в белке содержатся блоками, по 10 -12 аминокислотных остатков.

γ -положение

БЕЛОК —— СН 2 - СН2 - СООН + СО2 — γ- карбоксилирование, вит К——>

СООН

БЕЛОК —— СН 2 - СН

СООН

С участие остеонектина , остеоронтина, тромбоспондина эти фиксаторы кальция

присоединяются к коллагеновым белкам.

Антагонисты витамина К нельзя принимать беременным женщинам, т.к. возникает нарушение формирования скелета у эмбриона

ГЛИКОПРОТЕИНЫ

Гликопротеины кости представляют собой макромолекулы, состоящие из белка и связанных с ним углеводов. Они не содержат регулярно повторяющихся дисахаридных структур и включают широкий спектр сахаров – гликозамин ,галактозамин , галактозу , манозу , глюкозу , фруктозу ,сиаловую кислоту .

. Содержание гликопротеинов зависит от степени минерализации костей и прогрессивно уменьшается по мере созревания костной ткани. Они выполняют чрезвычайно важные функции, принимая участие в процессах минерализации , водно-солевого обмена , роста и развития кости.

__________СИАЛОПРОТЕИНЫ.

Существенную долю неколлагеновых белков костной ткани составляет сиалопротеин , который характеризуется высоким содержанием сиаловых кислот, чем и отличается от гликопротеинов . Электрофорез и ультрацентрифугирование сиалопротеиновой фракции кости показали, что это гомогенное вещество , содержащие лишь следы уроновых кислот и сульфата. Присутствие сиалопротеина в костной ткани определяет способность связывать катионы , что важно для процессов минерализации костного органического матрикса .

АЛЬБУМИНЫ.

В состав неколлагеновых белков входит альбумин, по иммунологическим свойствам идентичный сывороточному альбумину. Альбумин кости выполняет транспортную функцию , принимая участие в доставке и распределении гормонов, , низкомолекулярных веществ из кровяного русла в кость.

Неколлагеновые белки костной ткани обладают высокой биологической активностью и определяют её иммунологические свойства.

ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНЫ.

В составе ГАГ костной ткани обнаружены индивидуальные гликозаминогликаны – хондроитин-4-сульфат, хондроитин-6-сульфат, гиалуроновая кислота, кератинсульфат, преобладающим компонентом компонентом является хондроитин-4-сульфат. Гликозамингликаны имеют большое физиологическое значение, принимая участие в защитной и механической функциях, в регуляции водного и электролитного обменов, в процессах нормальной и патологической кальцификации, морфогенезе и стабилизации структуры коллагеновых волокон.

В опытах in vitro было показано, что связывание хондроитинсульфата или его экстракция из срезов хряща предотвращают их кальцификацию и, наоборот, отложению минеральных солей во вновь образующихся остеонах кости обязательно предшествует синтез сульфированных мукополисахаридов. Минерализация сопровождается качественными изменениями мукополисахаридов – сульфатированные мукополисахариды уступают место несульфатированным соединениям.

Известно, что гликозаминогликаны синтезируются внутри клетки и их структура находится под генетическим контролем. В обмене гликозамингликанов принимают участие ферменты, катализирующие расщепление мукополисохаридов; к ним относятся также лизосомальные мукополисахариды. В костной ткани обнаружен ряд кислых гидролаз, гиалуронидаза, бета-глюкуронидаза, бета-галактозидаза, и бета- ацетилглюкозаминидаза.

ГЛИКОГЕН

Содержание гликогена в костной ткани составляет 50-80 мкг на 1г влажной ткани.. Присутствие гликогена – необходимое условие процесса минерализации.. Изучение распределения гликогена и кальция при минерализации показало, что гликоген содержится в зрелых и гипертрофированных клетках на месте будущего центра кристаллизации. Зрелые остеобласты, окруженные минеральным костным матриксом, лишены гликогена. В клетках, где происходит отложение минеральных веществ, содержание гликогена уменьшается.

В костной ткани не обнаружена фосфорилаза, которая по современным представлениям занимает центральное место в процессах распада гликогена в печени и мышцах, но выявлена высокая активность альфа – амилазы и альдолазы. Можно полагать, что в костной ткани расщепление гликогена осуществляется гидролитическим путем с участием альфа- амилазы.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

В костных клетках сохраняется та же закономерность соотношений содержания ДНК и РНК, что и в клетках других тканей : во всех исследуемых образцах костной ткани количество РНК в 1,5 – 2 раза превышает содержание ДНК. Количество нуклеиновых кислот в костных клетках зависит от их функциональной активности. В пролиферирующих (размножающихся) и гипертрофированных клетках оно резко повышается

Губчатая кость метаболически активнее компактной и соответственно содержание РНК в ней значительно выше, чем в компактной.

Высокое содержание РНК в костных клетках отражает их активную и постоянную биосинтетическую функцию. Известно, что костная ткань значительно беднее клетками по сравнению с другими тканями , однако они продуцируют огромную массу костного матрикса , что ещё раз подчёркивает непрерывную биосинтетическую деятельность костных клеток, в частности остеобластов.

ЛИПИДЫ.

Липиды принимают участие в процессах минерализации. Содержание липидов в костной ткани значительно ниже, чем в хрящах.

В костной ткани губчатой кости около 0,61% липидов на сухой вес ткани; из них 0,33% приходится на долю неполярных и 0,28% - полярных липидов. В компактном веществе трубчатых костей содержание липидов 0,1 – 0,7% на сухой вес ткани.

Тесная зависимость между количеством кислых липидов и степенью минерализации позволяет предполагать прямое взаимодействие. Липиды могут играть непосредственную роль в образовании ядер кристаллизации при минерализации хряща in vitro , поскольку при удалении липидов из хряща минерализация не наблюдается. Возможно , что липиды действуют как стабилизаторы аморфного кальций – фосфата.

ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ.

Скелет содержит огромный запас цитрата - в нём сосредоточено около 90% общего количества этого соединения Активность цитратсинтетазы в костной ткани значительно выше активности ферментов, принимающих участие в дальнейших реакциях использования цитрата. Цитрат легко образует комплексы с кальцием и таким образом оказывает влияние на отложение и растворение солей кальция и фосфата, обеспечивая возможность повышения концентрации их в ткани до того уровня, при котором может начаться кристаллизация и минерализация.

Действие органических кислот вместе с освобождением водородных ионов ответственно за растворение костного минерала и выход кальция из кости в общий ток крови.

МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ КОСТНОЙ ТКАНИ И ИОННЫЙ ОБМЕН.

Скелет – главное депо кальция и фосфора. У взрослого человека в скелете сосредоточено около 1200 г кальция , фосфора – 530г , магния –11г.

99% кальция , 87% фосфата, 58% магния, 25% натрия и 85% фторида организма содержится в скелете. Костная ткань – подвижный резерв минеральных солей, где постоянно происходит их обмен с окружающей жидкостью. Существует устойчивое подвижное равновесие между минералами кости и тканевой жидкостью, которое корригирует небольшие изменения уровня кальция плазмы.

Минеральная часть составляет ¼ объема кости.

Минеральные соли присутствуют в форме кристаллов и аморфной фазы. В таблице 1 приведен основной минеральный состав и произведения растворимости(ПР) солей.

Минеральные компоненты костной ткани

Таблица 1

Минеральный компонент	Состав	ПР
гидроксиапатит	Са5 ( РО4 ) 3( ОН) ∙ Н2 О	1,6 ∙ 10- 58
Кальций фторапатит	СаРО3 F	4,0 ∙ 10- 3
Кальция карбонат	СаСО3	3,8∙ 10- 9
Кальция фторид	Са F2	4,0∙ 10 -11

ГИДРОКСИАПАТИТ

Попытки определить строение кристаллов костной ткани начались более 100 лет назад.

Преобладающим компонентом минералов костной ткани является гидроксиапатит. Его основной состав:

Са²⁺_10-х ( Н3 О⁺)2х (РО4 ^3-)6 (ОН^-)2

Костный минерал состоит из микрокристаллов гидроксиапатита и что строение кристаллов костного минерала зависит от поверхностных изменений, внутренних дефектов кристаллической решётки и характера замещений. Был предложен следующий состав костного матрикса:

[Ca²⁺(H₂O)₂(PO₄^3-)₆(OH^-)₂] [Ca²⁺Mg²⁺_0,3Na⁺_0,3CO₃^2-cit^3-_0,3].

Предметом для обсуждения в настоящее время является также вопрос о том, состоит ли костная соль исключительно из кристаллов гидроксиапатита или в ней содержатся другие вещества.

Обнаружено несоответствие стехиометрических отношений для элементов, содержащихся в минеральном компоненте кости и гидроксиапатита, выражающиеся в более низком отношении Ca/ P. Это отклонение пытаются объяснить абсорбцией фосфата на кристаллах “стехиометрически правильного” оксиапатита либо дефектами кристаллической решётки. Предполагают, что в кристаллах оксиапатита костной ткани не хватает ионов кальция, которые замещены другими катионами, водой или протонами. Такие структуры называют кристаллами с дефектами. Возможно, что некоторые анионы с малой величиной отношения Ca/Pпредставляют собой слоистые структуры, состоящие из “пластинок” гидроксиапатита, соединённых водородными связями между фосфатными группами и водой. Этот апатит, названный октокальцийфосфатом. Имеет почти такие же дифракционные рентгенограммы, как и истинный гидроксиапатит. В состав минеральной фазы кости входит значительное количество ионов, которые обычно не содержатся в чистом оксиапатите, такие, как Na, Mg, K, Cl ,карбонат, цитрат и другие.

АМОРФНЫЙ КАЛЬЦИЙФОСФАТ.

Кристаллы гидроксиапатита составляют лишь часть минеральной фазы кости, а другая часть представлена аморфным фосфатом кальция.

Впервые предположение о присутствии некристаллической, аморфной фазы в кальцифицирующихся тканях было высказано Робинсоном в 1955 году при изучении электронно – микроскопических картин реберного хряща Аморфные гранулы, изученные с помощью электронной микроскопии, имели вид плотных овалов или кругов диаметром 5 – 20 нм.

. Аморфный кальцийфосфат является важным компонентном костной ткани, и его присутствие не зависит от анатомического строения кости, подвержено значительным колебаниям в зависимости от возраста. Аморфная фаза преобладает в раннем возрасте, в зрелой же кости преобладающим становится кристаллический оксиапатит. Аморфный кальцийфосфат более растворим чем гидроксиапатит. Эта фракция представляет лабильный резерв кальция и фосфора. Гидролиз аморфного кальцийфосфата обеспечивает постоянную концентрацию кальция в интерстициальной жидкости костной ткани. Аморфный кальцийфосфат является прямым продуктом клеточной деятельности. Благодаря деятельности клеточного насоса концентрация кальция и фосфора поднимается до уровня пренасыщения.В этих условиях происходит осаждение аморфного кальция.

Существует два предположения об образовании аморфного кальций фосфата:

1)кальций и фосфат аккумулируются внутри клетки, где образуются гранулы аморфного кальцийфосфата, выделяющегося затем в межклеточное пространство,

2) происходит переход свободного или связанного с органическими компонентами кальция через клеточную мембрану для образования аморфных гранул вне клетки. Имеет место секреция комплекса кальций – белок через пластинчатый комплекс. Этот комплекс, взаимодействуя с фосфатом , осаждается в межклеточной жидкости в виде аморфных солей. Образовавшийся аморфный фосфорнокислый кальций становится источником ионов кальция, необходимых для образования кристаллов гидроксиапатита, поскольку аморфный кальцийфосфат более растворим, чем апатит.

Механизм превращения аморфного кальцийфосфата в оксиапатит включает три основных процесса:

1.Растворение и гидратацию ионов на твердой поверхности аморфного кальций фосфата.

2. Передвижение образовавшихся гидратированых ионов.

3. Нуклеацию и последующий рост кристаллов оксиапатита.

Высказывается предположение об участии фосфолипидов в процессе превращения аморфного кальцийфосфата в гидроксиапатит. Кислые фосфолипиды заметно стабилизируют аморфный кальцийфосфат и задерживают образование кристаллов гидроксиапатита. Аморфный кальцийфосфат обладает высокой метаболической активностью.

Недостаточное содержание в пищевом рационе витамина Д, кальция, фосфата способствует накоплению аморфного кальцийфосфата. При недостатке марганца и цинка доля кристаллического гидроксиапатита увеличивается.

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ

В минеральной части костной ткани находятся многие другие элементы.

Важную роль играет магний, т. к. он является активатором многих ферментов, в частности щелочной фосфатазы и пирофосфатазы. Около половины магния организма содержится в скелете..

В настоящие время известно более 30 остеотропных микроэлементов: медь, стронций, барий, алюминий, бериллий, кремний, фтор и другие. Некоторые катионы замещают кальций в кристаллической решётке, другие абсорбированы на поверхности кристалла или гидратной оболочке. Кальций в кристаллической решётке оксиапатита может замещаться радием, стронцием, барием, натрием.

Минерализация и деминерализация костной ткани зависят от содержания микроэлементов.

Высокое содержание в почвах некоторых микроэлементов приводит к глубоким изменениям скелета, напоминающим рахит.

Механизм поражения скелета различен и зависит от избытка или недостатка тех или иных микроэлементов.

Избыток бериллия в почве приводит к развитию “бериллиевого” рахита, который не излечивается витамином Д. Влияние бериллия на процессы оссификации связано с его специфическим действием на щелочную фосфатазу, так как бериллий является её ингибитором.

Избыточное поступление алюминия в организм приводит к развитию “алюминиевого” рахита. Он возникает в результате образования в желудке нерастворимых соединений алюминия с фосфатами, вследствие чего в скелет поступает недостаточное количество фосфора.

Избыточное количество марганца ведёт к появлению “марганцевого” рахита, а недостаток его вызывает прекращение роста скелета , деформацию эпифизов и другие изменения. Чувствительность костной ткани к марганцу обусловлена его влиянием на метаболические процессы, обеспечивающие рост и регенерацию кости. Марганец повышает активность щелочной фосфатазы; при марганцевой недостаточности нарушается биосинтез гликозаминогликанов, выполняющих важную роль в процессах минерализации. Дефицит меди в организме приводит к искривлению и ломкости костей.

Стронций по химическим свойствам очень близок к кальцию и тесно связан с ним в обменных процессах костной ткани. У детей стронций распределяется в костях скелета равномерно, а у взрослых он аккумулируется в основном в губчатой кости. Стронций задерживается в обменивающейся фракции кости и меньше в её глубоких слоях. В наибольшей степени стронций отлагается в зонах остеобластической активности, поэтому может служить индикатором степени регенерации кости. Систематическое поступление в организм животных повышенных количеств стронция вызывает развитие '' стронциевого'' рахита.

Костную ткань можно рассматривать как ионно-обменную систему, кристаллы которой имеют три зоны: внутреннюю, наружную, гидратную оболочки. Каждая из этих зон доступна для ионного обмена в различной степени. Наиболее трудно доступна внутренняя зона, где обмен осуществляется медленно. Практически любой ион может проникать через гидратную оболочку, но только некоторые из них там концентрируются. Более специфические ионы проникают через поверхностную зону, часть из них может внедряться во внутреннюю зону кристалла.

Скорость ионного обмена зависит от многих факторов. Большое значение имеет возраст, степень минеральной насыщенности остеонов, гормональный и витаминный фон организма. Обмен во вновь образующейся костной ткани происходит значительно быстрее, чем в зрелой или старой костной ткани, где остеоны имеют высокую степень минерализации..

КЛЕТКИ КОСТНОЙ ТКАНИ

Клетки костной ткани- остеобласты, остеокласты, остеоциты

Остеобласты - клетки, формирующие кость, происходят из полипотентных мезенхимальных стволовых клеток.Их дифференциация во многом зависит от местных условий. Остеогенный фактор, называемый костным морфогенетическим протеином, был извлечён из костной ткани, дентина и остеосаркомы. Предполагают , что он воздействует на мезенхимальные клетки , обусловливая их дифференцировку в хондроциты и остеобласты Различимы в виде слоя округлых многогранных клеток, покрывающих поверхность кости, обладают сильно базафильной цитоплазмой и ядром, богатым РНК.

Остеобласты способны к пролиферации

Проходят 4 фазы развития:

1) пролиферацию 2) созревание матрикса 3) минерализация 4) апоптоз

Фаза пролиферации. Экспрессируются гены, необходимые для пролиферации( например, c –fos ) и продвижения клеточного цикла( циклины, гистоны) и гены, связанные с регуляцией биосинтеза матрикса( коллаген 1 типа, фактор роста, трансформации β )и белки, кодирующие клеточную адгезию( фибронектин).

Фаза созревания матрикса. Увеличивается экспрессия генов, участвующих в созревании и организации внеклеточного костного матрикса ( фермент щелочная фосфатаза синтез ГАГ и их выделение во внеклеточное пространство, накапливаются полифосфаты и полигидроксибутираты), что приводит к последующей минерализации.

Фаза минерализации Увеличивается экспрессия генов, кодирующих коллаген 1 типа и коллагеназу, возрастает содержание остеокальцина, остеонектина, подготавливается последующая фаза апоптоза.

Поверхности костной ткани, где идёт активное отложение новообразованной кости, имеют вид узкой зоны костеподобной ткани или прекостного матрикса, который отличается от костного матрикса тем, что не обызвествлён. Предкость состоит из грубых коллагеновых волокон, содержащих фокусы начальной кальцификации Граница между предкостью и обызвествлённой костью называется линией оссификации.

Покоящиеся остеобласты уплощены, имеют менее базафильную цитоплазму

В остеобласте развит эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии.

75% углеводов обменивается анаэробным путем, 16% - всегда анаэробным, даже в присутствии кислорода. Анаэробный путь обеспечивает образование лактата, который участвует в метаболизме костной ткани( резорбция в процессе ремоделирования).

Содержание гликогена 5-8 мг/ 100 г ткани, обязательно необходим для минерализации, распад его осуществляется амилазой, Содержание цитрата примерно в 230 раз больше по сравнению с печенью. участвует в процессах минерализации и деминерализации.

Щелочная фосфатаза (ЩФ) остеобластов выполняет много функций и ее роль пока точно не определена.

Щелочная фосфатаза ( КФ 3.1.3.1 ). Систематическое название -фосфогидролаза моноэфиров ортофосфорной кислоты( щелочной оптимум), широко используется в клинической диагностике. ( см Приложение).

Этот фермент гидролизует фосфатные группы фосфорилированных субстратов

R – ОРО3Н2 + Н2 О —щелочная фосфатаза———> R-ОН + Н⁺ + Н2 РО4 ^2-

Проявляет фосфотрансферазную и протеинфосфатазную активность.

Биохимические и физиологические функции фосфатазы в организме:

- участвует в образовании волокнистых фибрилл белков- коллагена 1 типа

- участвует в минерализации костной ткани

- растворении кристаллов пирофосфата кальция

-транспорте фосфата кальция

- адсорбции фосфата в кишечнике

К естественным субстратам фермента пирофосфат, β - глицерофосфат, фосфоэтаноламин, пиридоксаль-5'- фосфат ( фосфопиридоксаль)

В активном центре костной ЩФ ионы Mg ⁺² и Mn ⁺². У ребенка ЩФ активнее в 2,5-3 раза, к взрослой норме приходит к периоду полового созревания.

При недостатке Mg снижается синтез ГАГ, при недостатке и избытке Mn – рахит( в случае избытка остеотропные ионы магтния замещают ионы кальция в гидроксиапатите )

ЩФ рассматривают как маркер костной ткани, ее повышение в плазме крови при рахите опережает снижание фосфата

Остеокальцин(ОК) костной ткани – М= 5,7 кД. У молодых 90% общего ОК ,у взрослых 70% включено в костный матрикс. Выводится ОК почками.

Содержание остеокальцина в крови – показатель остеоенеза

Определение ОК имеет диагностическое значение( см. Приложение)

Стимулируют функцию остеобластов : Ингибируют функцию остеобластов:

- паратиреоидный гормон - действие двояко - паратиреоидный гормон

- кальцитриол кортикостероиды

-тиреоидные гормоны Т3 , Т4

- эстрогены

- простагландин Е 2

- кальцитриол 1,25 ( ОН)2 Д3

Остебласт имеет рецепторы к паратиреоидному гормону, кальцитриолу-1,25 ( ОН)2 Д3

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОСТЕОБЛАСТЕ

Остеобласт (Б).

Сокращения: ПТГ - паратиреоидный гормон, ПГЕ₂ простаглантин Е₂, ТЗ - трийодтиронин, Т4 - тироксин, 1,25(ОН)2Dз – кальцитриол

Остеокласты

Остеокласты - это многоядерные гиганские клетки, расположенные поодиночке или небольшими группами на внутренних поверхностях трабекулярных и компактных котей. Остеокласты легко выявляются в срезах, окрашенных тионином и толуидиновым синим, давая пурпурно-красную метахромазию цитоплазмы.

Ультраструктурные исследования показали, что остеокласты содержат многочисленные митохондрии, концентрирующиеся в цитоплазме между ядром и клеточной стенкой, наиболее удалённой от кости. В области ядра располагается хорошо развитый пластинчатый комплекс, умеренное количество рассеянных элементов шероховатой ЭПС. Поверхность остеокласта, непосредственно примыкающая к костному матриксу, разделяется на светлую зону и оборчатый край. Светлая зона не содержит органелл и характеризуется умеренно плотной гранулярной цитоплазмой, окружает гофрированную каемку, плотно прилегая к костному матриксу. В везикулярной зоне расположены лизосомы. Ядра, митохондрии, цистерны гранулярной ЭПС и комплекс Гольджи сосредоточены в базальной зоне .Оборчатый край имеет глубокие инвагинации клеточной мембраны с многочисленными микроворсинками. Цитоплазма в глубине оборчатого края содержит гладкие и окаймлённые пузырьки, фагосомы и остаточные тельца. Считается, что оборчатая зона является областью активной резорбции и окружена светлой зоной. В межклеточном веществе, примыкающем к оборчатому краю, отсутствуют минеральные отложения и различаются явно разъединённые кристаллы. Многочисленные цитоплазматические выросты гофрированной каемки направлены к поверхности кости.

Активная костная резорбция может быть индентифицирована по наличию остеокластов в резорбционных лакунах. Также резорбированные поверхности имеют зазубренную неправильную форму и не содержат костеподобного вещества. Это привело к идее о том, что остеокласты активны только в местах, где имеется минерализованный костный матрикс. Остеокласты способны резорбировать минерализованный хрящ и минерализованный межклеточный матрикс в процессе

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОСТЕОКЛАСТЕ

Остеокласт (А)

Сокращения: ЛТ - лимфотоксин, ФНО - фактор некроза опухоли, ИЛ-1 интерлейкин 1, ПТГ - паратиреоидный гормон, g-ИФН - гамма-интерферон₂

В выступах рифленой каемки локализуется протонный насос, создающий кислую среду около клетки. Протонный насос работает совместно с карбоангидразой II и

Н⁺ / АТФ-азой. В процессе резорбции ( выброс Н⁺) в остеокласте увеличивается продукция лактата, цитрата

На мембранах ЭПР в цитоплазме синтезируются ферменты : кислая фосфатаза, протеазы, гликозидазы и ряд других лизосомальных ферментов. Они транспортируются к зоне контакта с костью лизосомальными пузырьками. Кислая фосфатаза остеокластов имеет 2 изоформы. Она обнаружена также в эритроцитах, тромбоцитах,

Костный минерализованный материал растворяется в кислой среде, а белковый и протеогликановый матрикс – ферментами.

Н+ не действует на молодую минерализованную кость и разрушает старую минерализованную кость

Стимулируют функцию остеокластов : Ингибируют функцию остеокластов :

-паратиреоидный гормон - кальцитонин (КТ)

- фактор некроза опухолей (ФНО) - эстрогены

- интерлейкин-1 (ИЛ-1) -g-ИФН - гамма-интерферон

- лимфотоксин

- кальцитриол( при гипервитаминозе)

Остеокласт имеет рецепторы к кальцитонину

В процессе резорбции появляются амино- и карбокситерминальные пептиды про коллагена I типа, оксипролин, галактозилгидроксилизин.( см. Приложение)

На молодых остеокластах имеются рецепторы к ПТГ и КТ, а на зрелом – только к кальцитонину.

Остеокласты в процессе резорбции перемещаются с места на место, замещаясь мононуклеарными клетками. Затем скорость резорбции снижается, появляются преостеобласты