Какой химический элемент входит в состав костной ткани

Химический состав костной ткани

Какой химический элемент входит в состав костной ткани

Вкомпактнойкости: 20% – органический матрикс, 70% -неорганические вещества, 10% – вода. Вгубчатойкости: более 50% – органические компоненты,33 – 40% – неорганические соединения, 10% -вода.

Неорганическийсостав костной ткани.В организме человека ~ 1 кг кальция, 99%его находится в костях и зубах. Большаячасть Са в костях постоянно обновляется:за сутки кости скелета теряют и опятьполучают ~ 700 – 800 мг Са. Неорганическиекомпоненты костной ткани представлены:

  1. кристаллами гидроксиапатита Са10(РО4)6(ОН)2, которые имеют форму пластин или палочек;

  2. аморфным фосфатом Са – Са3(РО4)2, который считается лабильным резервом ионов Са и Р.

Враннем возрасте преобладает Са3(РО4)2,ав зрелой кости – гидроксиапатит.

Органическийматрикс костной ткани: ~95%- коллаген типа I.В нем много свободных ε-NH2-группЛиз и оксилизина, а также связанных состатками Сер фосфатов. Количествопротеогликанов в зрелой плотной костиневелико.

Среди гликозамингликановпреобладает хондроитин-4-сульфат именьше содержится хондроитин-6-сульфата,кератансульфата и гиалуроновой кислоты;они участвуют в оссификации.

Многоцитрата (до90% от общего количества ворганизме): возможно, цитрат образуеткомплексные соединения с солями Са и Ри тем самым повышает концентрацию их вткани до такого уровня, при которомначинается кристаллизация и минерализация.

Втечение всей жизни организма продолжаетсяпостоянная перестройка костной ткани.Считают, что костная ткань скелетачеловека почти полностью перестраиваетсякаждые 10 лет. Метаболизм костной ткани,поступление, депонирование и выведениеСа и Р регулируются паратирином,кальцитонином, кальцитриолом (1,25(ОН)2-Д3)(повторить!).

Паратиринактивируетостеокласты, минеральные (в 1-ую очередьСа) и органические компоненты поступаютв кровь. Кальцитонинподавляет активность этих клеток, искорость формирования кости растет.При недостатке витаминаД,участвующего в синтезе Са-СБ, замедляетсяформирование новых костей и ремоделирование(обновление) костной ткани. Хроническийизбыток вит.

Д ведет к деминерализациикостей. Вит.А:при недостаке прекращается рост костейиз-за, вероятно, нарушения синтезахондроитинсульфата; при гипервитаминозе– резорбция кости и переломы. Вит.

Снужен для гидроксилирования Про и Лиз;при недостатке: 1) образуется ненормальныйколлаген, процессы минерализациинарушаются; 2) нарушается синтезгликозамингликанов: содержаниегиалуроновой кислоты в костной тканиповышается в несколько раз, а синтезхондроитинсульфата замедляется.

ХИМИЧЕСКИЙСОСТАВ ЗУБА.

Твердаячасть зуба представлена эмалью, дентиноми цементом. Полость зуба выполненарыхлой соединительной тканью – пульпой.

Эмаль

самаятвердая ткань в организме человека, чтообусловлено высоким содержанием в нейнеорганических веществ (до 97%). Здороваяэмаль содержит 1,2% органических веществи до 3,8% воды, которая может быть свободнойи связанной (в виде гидратной оболочкикристаллов апатитов).

Минеральнуюосновусоставляют кристаллы апатитов:

  • гидроксиапатит – 75%,
  • карбонатапатит – 19%,
  • хлорапатит – 4,4%,
  • фторапатит – 0,66%,
  • неапатитные формы – менее 2%.

Общаяформула апатитов: А10(ВО4)Х2,где

А– Ca, Cr, Ba, Cd, Mg;

B– P, As, Si;

X– F, OH, Cl, CO32-.

Кристаллыразных зубов неодинаковы; кристаллыэмали ~ в 10 раз больше кристаллов дентинаи кости. Состав апатитов может меняться.“Идеальный” апатит – Са10(РО4)6(ОН)2,т.е. десятикальциевый, где отношениеСа/Р = 1,67. Это отношение может менятьсяот 1,33 до 2,0, т.к. возможно протеканиереакций замещения:

Са10(РО4)6(ОН)2+Mg2+ → Са9Mg(РО4)6(ОН)2+ Cа2+

Такоезамещение является неблагоприятным,т.к. снижает резистентность эмали. Другоезамещение, наоборот, к образованиювещества с большей резистентностью крастворению:

Са10(РО4)6(ОН)2 +F- → Са10(РО4)6F(ОН)+ ОН-

гидроксифторапатит

Однакопри воздействии высоких концентрацийFна гидроксиапатит реакция идет по-другому:

Са10(РО4)6(ОН)2 +20 F- → 10 СаF2+ 6 РО43-+ 2 ОН-

Образовавшийсяфторид Са быстро исчезает с поверхностизубов.

Вкристаллической решетке гидроксиапатитовмогут быть вакантные места, что повышаетспособность кристаллов к поверхностнымреакциям. Н-р, если десятикальциевыйгидроксиапатит имеет общий нейтральныйзаряд, то восьмикальциевый гидроксиапатитзаряжен отрицательно: (Са8(РО4)6(ОН)2)4-и способен связывать противоионы.

Каждыйкристалл гидроксиапатита покрытгидратной оболочкой (~1 нм). Проникновениеразличных веществ в кристалл гидроксиапатитаидет в 3 стадии:

1стадия – ионный обмен между раствором,омывающим кристалл, и гидратной оболочкой,в которой в результате могут накапливатьсяфосфат, карбонат, цитрат, Са, Sr.Некоторые ионы (К+,Cl-)могут легко входить в гидратный слой ипокидать его, другие ионы (Na+,F-),наоборот, проходят в кристаллгидроксиапатита. 1-ая стадия – оченьбыстрый процесс, длится несколько минут,в основе – процесс диффузии;

2стадия – обмен ионами между гидратнойоболочкой и поверхностью кристаллагидроксиапатита. Протекает медленнее(несколько часов). Поверхностнорасположенные ионы кристалла отрываются,уходят в гидратную оболочку, на их местовстают другие, из гидратного слоя. Вповерхность кристалла гидроксиапатитапроникают фосфат, Са, F,карбонат, Sr,Na;

3стадия – внедрение ионов с поверхностивглубь кристалла, т.е. внутрикристаллическийобмен. Внутрь кристалла могут проникнутьСа, Sr,фосфат, F.Течет долго, дни – месяцы.

Т.о.,кристаллы гидроксиапатита нестабильны,их состав и свойства изменяются взависимости от раствора, омывающегокристалл. Это используется в практическойстоматологии.

Большаячасть кристаллов гидроксиапатита вэмали определенным образом ориентированаи упорядочена в виде более сложныхобразований – эмалевых призм, каждаяиз которых состоит из тысяч и миллионовкристаллов. Эмалевые призмы собраны впучки.

Органическиевещества эмалипредставлены белками, пептидами,свободными аминокислотами ( Гли, Вал,Про, Опр), жирами, цитратом, углеводами(галактоза, глюкоза, манноза, глюкуроноваякислота, фукоза, ксилоза).

Белкиэмали делят на 3 группы:

I– водорастворимые белки; молекулярнаямасса – 20000, не свзываются с минеральнымивеществами;

II– кальций-связывающий белок (Са-СБ):молекулярная масса 20000; 1 моль Са-СБ можетсвязывать 8 – 10 ионов Са и образовыватьв нейтральной среде нерастворимыйкомплекс с Са2+потипу ди-, три- и тетрамеров массой 40 – 80тыс. В образовании агрегатов Са-СБ с Саучаствуют фосфолипиды. В кислой средекомплекс распадается;

III– белки, не растворимые в ЭДТА и HCl(даже в 1Nр-ре). Нерастворимые белки эмали поаминокислотному составу похожи наколлаген, но не идентичны ему: в белкеэмали меньше, чем в коллагене, Про и Гли,почти нет Опр, но много связанных с нимуглеводов.

Рольбелка:1) окружая апатиты, белок предотвращаетконтакт кислоты с ними или смягчает еевлияние, т.е. задерживают деминерализациюэтого слоя;

2)являются матрицей для минерализации иреминерализации (в механизме биологическогообызвествления).

Предложенафункционально-молекулярнаямодель строения эмали,в соответствии с которой молекулы Са-СБ,соединенные между собой кальциевымимостиками, формируют трехмерную сетку;Са при этом может быть свободным иливходить в структуру гидроксиапатита.

Эта сетка через Са крепится к остову(каркасу, мягкому скелету эмали), которыйформируется нерастворимым белком.

Функциональные группы Са-СБ, способныесвязать Са, а это фосфат в составе илифосфосерина или фосфолипидов, связанныхс белком; СООН-группы Глу, Асп, аминоцитрата,служат центрами (точками) нуклеации прикристаллизации. Т.о.

, белки обеспечиваюториентацию в ходе кристаллизации,строгую упорядоченность, равномерностьи последовательность формированияэмали. Степень минерализации зависитот саливации, кровоснабжения, пересыщенностиСа2+и фосфатом, от рН среды и т.д.

Дентин

составляетосновную массу зуба. (Коронковая частьзуба покрыта эмалью, корневая – цементом).Состав: до 72% – неорганические вещества(главным образом, фосфат, карбонат,фторид кальция), ~ 28% – органическиевещества (коллаген) и вода.

Дентинпостроен из основного вещества ипроходящих в нем трубочек, в которыхнаходятся отростки одонтобластов иокончания нервных волокон, проникающихиз пульпы. Основное вещество содержитсобранные в пучки коллагеновые волокнаи склеивающее вещество, в котором имеетсябольшое количество минеральных солей.

Процесс образования дентина происходитв течение всего периода функционированиязуба при наличии жизнеспособной пульпы.Дентин, образующийся после прорезываниязуба, называют вторичным. Он характеризуетсяменьшей степенью минерализации и большимсодержанием коллагеновых фибрилл.

Подентинным трубочкам может циркулироватьдентинная жидкость и поступать питательныевещества. Межканальцевое веществопредставлено кристаллами гидроксиапатита,имеет высокую плотность и твердость. Вцитоплазме одонтобластов много фибрилл,есть свободные рибосомы, липидныегранулы.

Источник: https://studfile.net/preview/1818693/page:5/

Физико-химический состав костного вещества

Какой химический элемент входит в состав костной ткани

Костная ткань отличается рядом весьма своеобразных качеств, резко выделяющих ее среди всех других тканей и систем человеческого организма и ставящих ее на обособленное место. Основной и главной особенностью костной ткани является ее богатство минеральными солями.

Если принять вес тела взрослого человека в среднем за 70 кг, то костный скелет весит 7 кг, а вместе с костным мозгом — 10 кг (мышцы — „мясо” — весят 30 кг). Сами кости по весу состоят из 25% воды, 30% органического вещества и 45% минералов.

воды и, стало быть, относительное содержание и других ингредиентов колеблется.

Количество воды сравнительно очень велико в эмбриональной жизни, оно убывает в детском возрасте и постепенно уменьшается по мере роста и развития ребенка, отрока и зрелого человека, достигая в старости наименьшего отношения к общему весу. Кости с возрастом можно сказать буквально высушиваются.

Органический состав костей формируется главным образом из белков — протеинов, преимущественно оссеина, но в сложную органическую часть костной ткани входят и некоторые альбумины, мукоидные и другие вещества весьма непростого химического строения.

Каков же больше всего нас интересующий минеральный состав костного вещества? 85% солей составляет фосфорнокислая известь, 10,5% углекислый кальций, 1,5% фосфорнокислая магнезия, а остальные 3% — это натрий, калий, примеси хлора и некоторых редких для человеческого организма элементов. Фосфорнокислый кальций, стало быть составляющий 19/20 содержимого всего солевого костного вещества, образует 58% общего веса костей.

Фосфорнокислые соли имеют кристаллическое строение, и кристаллы располагаются в кости правильно, закономерно.

Весьма тщательное изучение минерального остова костного вещества, произведенное в 30-х годах при помощи наиболее совершенных методов, в первую очередь путем рентгенологического структурного анализа, показало, что неорганическое костное вещество человека имеет строение фосфатита-апатита, а именно гидроксил-апатита.

При этом интересно, что апатит в костях (и в зубах) человека близок или даже подобен естественному минеральному апатиту в мертвой природе. На это тождество апатита человеческого костного и горнорудного происхождения указывает также их сравнительное исследование в поляризационном свете.

Человеческий костный апатит отличается еще содержанием незначительного количества галоида хлора или фтора. Некоторые специалисты по структурному анализу стоят на той точке зрения, что в человеческих костях апатит еще связан с другими химическими соединениями, т.е.

что кристаллы неорганической костной субстанции — это смесь двух неорганических химических веществ, одна из которых близка к апатиту. Считают, что наиболее правильно физико-химическая структура костного апатита расшифрована венгерским ученым Сент Нарай-Сабо (St. Naray-Szabo). Наиболее вероятна такая формула строения неорганического состава кости: ЗСА3(РO4)2. СаХ2, где X — это или Cl, F, ОН, V2O, 1/2SO4, 1/2СO3 и т. д. Есть также указания, что апатит состоит из двух молекул — CaF. Са4(РO4)3 или СаС1. Са4(РO4)3.

Чрезвычайно интересны указания Райнольдса (Reynolds) и др. на то, что при некоторых патологических процессах кости теряют свое нормальное химическое апатитовое строение. Это имеет место, например, при гиперпаратиреоидной остеодистрофии (болезни Реклингхаузена), в то время как при болезни Педжета апатитовая структура кристаллов полностью сохраняется.

Костная ткань — это пусть и весьма древняя по филогенезу, но вместе с тем высоко развитая и исключительно тонко и детально дифференцированная, крайне сложная по всем своим жизненным проявлениям мезенхимальная соединительная ткань.

Изменения в костях при различных патологических процессах бесконечно разнообразны; при каждом отдельном заболевании, в каждой отдельной кости, в каждом отдельном случае патологоанатомическая и патофизиологическая, а следовательно, и рентгенологическая картина имеет свои особенности. Все это громадное разнообразие болезненных явлений сводится, однако, в конечном итоге лишь к некоторым не столь уж многочисленным элементарным качественным и количественным процессам.

Болезнь — это, как известно, не только извращенная арифметическая сумма единичных нормальных явлений, при патологических условиях в целом организме и в отдельных органах и тканях возникают специфические качественные изменения, для которых не существует нормальных прообразов.

Глубокий качественный метаморфоз претерпевает и болезненно измененная кость. Надкостница, например, образуя на месте диафизарного перелома мозоль, начинает выполнять новую, в норме ей не свойственную функцию, она вырабатывает хрящевую ткань.

Опухоль кости связана с развитием, например, эпителиальных, миксоматозных, гигантоклеточных и других образований, столь же чуждых нормальной кости гистологически, сколь химически для нее необычны отложения холестерина при ксантоматозе или керазина при болезни Гоше.

Костный аппарат при рахите или педжетовской перестройке приобретает совершенно новые физические, химические, биологические и прочие качества, для которых в нормальной кости мы не в состоянии подыскать количественные критерии для сравнения.

Но эти качественные свойства, специфические для патологических процессов в костной субстанции, к сожалению, сами по себе не могут быть непосредственно определены рентгенологически, они проявляются на рентгенограммах лишь в виде косвенных, вторичных симптомов. Не в их распознавании и изучении сила рентгенологии.

Лишь когда качественно измененная ткань в своей количественной определенности дошла до степени возможного обнаружения, вступает в свои права рентгенологический метод исследования.

При помощи безупречных экспериментальных исследований Полина Мек (Mack) доказала, что из различных составных частей костной ткани поглощение рентгеновых лучей происходит на 95% за счет минерального состава (80% лучей задерживается кальцием и 15% — фосфором), и только в пределах до 5% теневое изображение костей обусловлено органическим „мягким” ингредиентом костной ткани. Поэтому в силу самой природы рентгенологического исследования в рентгенодиагностике заболеваний костей и суставов на первый план выступает оценка количественных изменений костной ткани. Нельзя весами измерять расстояние. Рентгенолог при помощи своего исключительно ценного, ’Но все же одностороннего метода в настоящее время еще вынужден ограничиться анализом преимущественно двух основных количественных процессов жизнедеятельности кости, а именно созидания кости и ее разрушения.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://auno.kz/rentgenodiagnostika-zabolevanij-kostej/343-fiziko-ximicheskij-sostav-kostnogo-veshhestva.html

Лечение Костей
Добавить комментарий