Функции основного вещества в костной ткани

Метаболизм кости: как происходят процессы в костной ткани

Функции основного вещества в костной ткани

ОСТЕОГЕНЕЗ (костеобразование) — процесс формирования костей у позвоночных. Осуществляется при помощи специальных клеток (остеобластов), выделяющих костеобразующие минеральные вещества, которые объединяются с сетью коллагеновых волокон, в результате чего образуется основное вещество твердых костей.

РЕЗОРБЦИЯ (от лат. resorbeo — поглощаю) — рассасывание, растворение (разрушение).

Термины:

Костная ткань – вид соединительной ткани, из которой образуются все кости в человеческом организме. Состоит из особых клеток (остеобластов, остеокластов, остеоцитов) и межклеточного вещества.

Межклеточное вещество (костный матрикс) составляет 50% сухого веса костной ткани и состоит из органической (25%), неорганической (50%) частей и воды (25%).

Остеобласты (от др.-греч.: ὀστέον — кость, βλάστη — росток, отпрыск, побег) – молодые клетки костной ткани диаметром 15-20 мкм, располагающиеся в верхних её слоях и вырабатывающие компоненты межклеточного вещества. Проще говоря – клетки-строители костной ткани.

Остеокласты (от др.-греч.: osteon — кость и clao — раздроблять, разбивать) – это крупные многоядерные (5 — 100 ядер) клетки костной ткани размерами до 190 мкм, которые разрушают кость и обызвествлённый хрящ (хрящ с отложениями кальция).

Остеоциты (от др.-греч.: ὀστέον — кость, κύτος — вместилище, здесь — клетка) – основной тип клеток зрелой костной ткани длиной 20-55 мкм и шириной 5-15 мкм. Образуются из остеобластов в процессе развития костной ткани.

Рис. 1. Клетки костной ткани

а — остеобласт; б — остеоцит; в — остеокласт; 1 — ядро; 2 — гранулярная эндоплазматическая сеть; 3 — митохондрии; 4 — комплекс Гольджи; 5 — гофрированная каемка; 6 — лизосомы; 7 — межклеточное вещество кости (по Е. А. Шубниковой с изменениями)

Рис. 2. Схема расположения клеток костной ткани
ОБЛ — остеобласты (активные), КВК — клетки, выстилающие кость (неактивные остеобласты), КЛ — костные лакуны с телами остеоцитов (ОЦ), КК — костные канальцы, содержащие отростки ОЦ, ОКЛ — остеокласт в резорбционной лакуне (РЛ), ОИ — остеоид, ОМВ — обызвествленное межклеточное вещество.

Образование новой кости остеобластамиРассасывание старой кости остеокластами
Пусковой фактор к активизации процессаУсиление насыщения кислородом костной ткани— снижение насыщения кислородом костной ткани; — усиление в остеокластах процесса расщепления глюкозы без участия кислорода, вызывающего накопление солей молочной кислоты (понижают pH среды) и ионов водорода.
С чего начинается процесс1. Формирование органической части   (органического матрикса) кости, который служит каркасом для дальнейшего отложения минералов. Состав органической  части:а) коллагеновые белки (90-95%);б) неколлагеновые белки (их около 200);в) протеогликаны (белки+небольшое количество углеводов) фиксируют ионы кальция в очагах остеогенеза, образуя комплексы с минералом;г) гликозаминогликаны связывают большое количество воды, благодаря чему межклеточное вещество приобретает желеобразную консистенцию.д) вода.2.Синтез аденозинтрифосфорной кислоты(АТФ) — источника энергии для процесса синтеза органического матрикса и донора фосфата для минерализации.3. Активное накопление в митохондриях остеобластов положительно заряженных ионов кальция (кальция в митохондриях в 500 раз больше, чем в цитоплазме остеобластов) и отрицательно заряженных ионов фосфатов.— Повышение проницаемости клеточных оболочек остеобластов.Снижение pH приводит к повышению проницаемости оболочек лизосом (клеточных органоидов остеокластов, в полости которых находится множество ферментов, ускоряющих расщепление органических соединений), освобождению ферментов и их выделению вместе с молочной кислотой и ионами водорода в межклеточный матрикс.
Развитие процессаСобственно минерализация — отложение фосфата и кальция в виде кристаллов гидроксиапатитов в ранее сформированный органический матрикс.Этапы:1. Активное отпочковывание в межклеточный матрикс особых пузырьков (мембранных везикул), содержащих:а) положительно заряженные ионы кальция (концентрация кальция в пузырьках в 25-50 раз выше, чем в остеобластах);б) сложные жиры (глицерофосфолипиды) – нужны для связывания кальция и фосфора с органическим каркасом;в) щелочную фосфатазу (ЩФ) – ей принадлежит ведущая роль в образовании центров кристаллизации гидроксиапатитов и ускорении процесса кристаллизации; также ЩФ ликвидирует вещество, тормозящее процесс минерализации (пирофосфат), расщепляя его.г) другие фосфатазы (пиро-, АТФ-, 5′-АМФ-), необходимые для кальцификации органического матрикса.2. Разрушение оболочек мембранных везикул и освобождение содержимого пузырьков.3. Частичный распад протеогликанов, освобождение кальция и фосфатов и формирование поверхности белков, на которой будет происходить образование кристаллической решётки гидроксиапатитов.4. Формирование ядер кристаллизации гидроксиапатитов. Этот процесс начинается ещё в мембранных везикулах.5. Формирование кристаллической решётки из минералов.6. Рост кристаллов гидроксиапатитов. Растущие кристаллы вытесняют протеогликаны и воду до такой степени, что костная ткань становится практически обезвоженной.В результате местного повышения кислотности происходит распад связей кристаллов гидроксиапатитов с белками межклеточного матрикса, кристаллы разрушаются. Белки разлагаются ферментами. Происходит разрушение межклеточного вещества костной ткани с образованием полостей.
Завершающий этапПо завершении процесса роста кристаллов гидроксиапатитов остеобласты оказываются окружёнными со всех сторон минерализованным матриксом и превращаются в остеоциты, основная задача которых – поддержание стабильности обменных процессов в уже минерализованных отделах костной ткани, т. е. сохранение постоянства её органического и минерального состава. При снижении активной синтетической (созидательной) деятельности остеобластов последние могут также превращаться в покоящиеся остеобласты. Эти клетки покрывают 80-95% покоящейся кости. Группы рядом расположенных покоящихся остеобластов под влиянием паратиреоидного гормона паращитовидных желёз вырабатывают ферменты, разрушающие костную ткань. В результате этого на поверхности костей формируются углубления (ниши резорбции). В этих углублениях в дальнейшем располагаются остеокласты, т. к. костным разрушителям в них легче прикрепиться к костной ткани. Процесс прикрепления остеокласта к костной ткани рассматривается как первый этап в рассасывании (резорбции) кости.Продукты распада белков органического матрикса и кристаллов гидроксиапатитов поступают в кровь, кальций и фосфор с током крови доставляются к остеобластам. Происходит восстановление органического и минерального состава костной ткани.Выполнившие свою работу остеокласты погибают.

О том, как избежать болей в суставах, никто не задумывается – гром-то не грянул, зачем ставить громоотвод. Между тем от артралгии – так называется этот вид боли – страдают половина людей старше сорока лет и 90 % тех, кому больше семидесяти. Так что профилактика боли суставов – то, о чем стоит подумать, даже если вы…

Читать далее

Состояние человека, слаженность работы органов его тела во многом определяются  гормональным балансом. Восстановление хряща также подчинено влиянию вездесущих регуляторов жизни.

Без нормализации гормонального фона полноценная регенерация сустава невозможна.

За какие нити дёргает невидимый кукловод – эндокринная система, воздействуя на хрящевую ткань? Тестостерон Этот гормон вырабатывается половыми железами и корой надпочечников, как в мужском организме, так…

Читать далее

Заботиться о здоровье костей актуально в любом возрасте. Для  детей это важная профилактика рахита, а для взрослых – переломов и остеопороза. Однако спектр продукции для решения этих задач, настолько широк, что потеряться и ошибиться в выборе проще простого. Лучший комплекс витаминов для костей, если верить рекламным роликам, должен насытить кости кальцием и запереть его там…

Читать далееО ЗАБОЛЕВАНИЯХ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

Солнечный свет для человека – не только источник хорошего настроения, радости и счастья.

При его попадании на сетчатку глаза и кожу в организме запускается большое количество физиологических процессов, например, синтез кальциферола.

Для чего нужен витамин Д, помимо улучшения всасывания кальция? Как компенсировать его дефицит, если пребывание под ультрафиолетовыми лучами солнца нежелательно для человека? Для чего…

Читать далее  

Источник: https://osteomed.su/metabolizm-kosti/

Медицина и Здоровье на портале EUROLAB | Медицинский справочник болезней и их лечение, консультации врача, клиники

Функции основного вещества в костной ткани

Костная ткань – разновидность соединительной ткани, из которой построены кости – органы, составляющие костный скелет тела человека.

Костная ткань состоит из взаимодействующих структур: клеток кости, межклеточного органического матрикса кости (органического скелета кости) и основного минерализованного межклеточного вещества.

Клетки занимают всего лишь ≈1-5% общего объёма костной ткани скелета взрослого человека. Различают четыре типа клеток костной ткани.

Остеобласты – ростковые клетки, выполняющие функцию создания кости. Они расположены в зонах костеобразования на внешних и внутренних поверхностях кости.

Остеокласты – клетки, выполняющие функцию рассасывания, разрушения кости.

Совместная функция остеобластов и остеокластов лежит в основе непрерывного управляемого процесса разрушения и воссоздания кости.

Этот процесс перестройки костной ткани лежит в основе адаптации организма к многообразным физическим нагрузкам за счет выбора наилучших сочетаний жесткости, упругости и эластичности костей и скелета.

Остеоциты – клетки, происходящие из остеобластов. Они полностью замурованы в межклеточном веществе и контактируют отростками друг с другом. Остеоциты обеспечивают метаболизм (белков, углеводов, жиров, воды, минеральных веществ) костной ткани.

Недифференцированные мезенхимальные клетки кости (остеогенные клетки, контурные клетки). Они находятся главным образом на наружной поверхности кости (у надкостницы) и на поверхностях внутренних пространств кости. Из них образуются новые остеобласты и остеокласты.

Межклеточное вещество представлено органическим межклеточным матриксом, построенным из коллагеновых (оссеиновых) волокон (≈90-95%) и основным минерализованным веществом (≈5-10%).

Коллаген внеклеточного матрикса костной ткани отличается от коллагена других тканей большим содержанием специфических поли полипептидов. Коллагеновые волокна в основном расположены параллельно направлению уровня наиболее вероятных механических нагрузок на кость и обеспечивают упругость и эластичность кости.

Основное вещество (the ground substance) состоит главным образом из экстрацеллюлярной жидкости, гликопротеидов и протеогликанов (хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота). Функция этих веществ пока не вполне ясна, но несомненно то, что они участвуют в управлении минерализацией основного вещества – перемещением минеральных компонентов кости.

Минеральные вещества, размещенные в составе основного вещества в органическом матриксе кости представлены кристаллами, построенными главным образом из кальция и фосфора (гидроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2). Отношение кальций/фосфор в норме составляет ≈1,3-2,0.

Кроме того, в кости обнаружены ионы магния, натрия, калия, сульфата, карбоната, гидроксильные и другие ионы, которые могут принимать участие в образовании кристаллов. Каждое коллагеновое волокно компактной кости построено из периодически повторяющихся сегментов. Длина сегмента волокна составляет ≈64 нм (64•10-10 м).

К каждому сегменту волокна примыкают кристаллы гидроксиапатита, плотно его опоясывая.

Помимо того, сегменты примыкающих коллагеновых волокон перекрывают друг друга. Соответственно, как кирпичи при кладке стены, перекрывают друг друга и кристаллы гидроксиапатита. Такое тесное прилегание коллагеновых волокон и кристаллов гидроксиапатита, а также их перекрытия, предотвращают «разрушение сдвига» кости при механических нагрузках.

Коллагеновые волокна обеспечивают эластичность, упругость кости, ее сопротивление растяжению, в то время как кристаллы обеспечивают её прочность, жесткость, ее сопротивление сжатию. Минерализация кости связана с особенностями гликопротеидов костной ткани и с активностью остеобластов. Различают грубоволокнистую и пластинчатую костную ткань.

В грубоволокнистой костной ткани (преобладает у зародышей; у взрослых организмов наблюдается только в области черепных швов и местах прикрепления сухожилий) волокна идут неупорядоченно.

В пластинчатой костной ткани (кости взрослых организмов) волокна, сгруппированные в отдельные пластины, строго ориентированы и образуют структурные единицы, называемые остеонами.

К сведению в организме:

  1. От 208 до 214 индивидуальных костей.
  2. Нативная кость состоит из 50% неорганического материала, 25% органических веществ и 25% воды, связанной с коллагеном и протеогликанами.
  3. 90% органики составляет коллаген типа 1 и только 10% другие органические молекулы (гликопротеин остеокальцин, остеонектин, остеопонтин, костный сиалопротеин и другие пртеогликаны).
  4. Костные компоненты представлены : органическим матриксом – 20-40%, неорганическими минералами – 50-70%, клеточными элементами 5-10% и жирами – 3%.
  5. Макроскопически скелет состоит из двух компонентов – компактная или кортикальная кость; и сетчатая или губчатая кость.
  6. В среднем вес скелета составляет 5 кг ( вес сильно зависит от возраста, пола, строения тела и роста).
  7. Во взрослом организме на долю кортикальной кости приходится 4 кг, т.е. 80% ( в скелетной системе), тогда как губчатая кость составляет 20% и весит в среднем 1 кг.
  8. Весь объем скелетной массы у взрослого человека составляет примерно 0.0014 м³ (1400000 мм³) или 1400 см³ (1.4 литра).
  9. Поверхность кости представлена периостальной и эндостальной поверхностями – суммарно порядка 11,5 м² ( 11500000 мм²).
  10. Периостальная поверхность покрывает весь внешний периметр кости и составляет 4.4% грубо 0,5 м² ( 500000 мм²) всей поверхности кости.
  11. Внутренняя (эндостальная) поверхность состоит из трех составляющих
    1. внутрикортикальная поверхность (поверхность Гаверсовых каналов), которая составляет 30.4% или грубо 3,5 м² (3500000 мм²);
    2. поверхность внутренней стороны кортикальной кости порядка 4.4% или грубо 0,5 м² ( 500000 мм²) и
    3. поверхность трабекулярного компонента губчатой кости 60.8% или грубо 7 м² ( 7000000 мм²).
  12. Губчатая кость 1 гр. в среднем имеет поверхность 70 см² (70000 см² : 1000 гр.), тогда как кортикальная кость 1 гр. имеет порядка 11.25 см² [(0.5+3.5+0.5) х 10000 см² : 4000 гр.], т.е. в 6 раз меньше. По мнению других авторов это соотношение может составлять 10 к 1.
  13. Обычно при нормальном обмене веществ 0.6% кортикальной и 1.2% губчатой костной поверхности подвергается разрушению (резорбции) и, соответственно, 3% кортикальной и 6% губчатой костной поверхности вовлечены в формирование новой костной ткани. Остальная костная ткань (более 93% её поверхности) находится в состоянии отдыха или покоя.

Источник: https://www.eurolab.ua/anatomy/100

Лечение Костей
Добавить комментарий