Метаболическая функция костной ткани заключается в

Факторы, влияющие на метаболизм костей (витамины и гормоны)

Метаболическая функция костной ткани заключается в

Доставка веществ в кость происходит по гаверсовым каналам и лакунам. Рост скелета задерживается в условиях любой недостаточности, в том числе и при недостаточной калорийности пищи. Однако, только при недостатке Са2+, фосфатов и витаминов (А, D, С) наблюдаются характерные поражения костей.

Аскорбиновая кислота. При её недостатке мезенхимальные клетки не вырабатывают нормальный коллаген, что приводит и к нарушению обызвествления.

(повторить синтез активных форм витамина D!!!!!!)

Витамин D оказывает на кость многоплановое влияние.

1) Повышает проницаемость эпителия кишечника для кальция и фосфора, стимулирует всасывание Са2+, повышает реабсорбцию кальция, фосфора, натрия, цитратов, аминокислот в проксимальных канальцах почек, поэтому недостаток витамина D проявляется в снижении поступления Са2+ в кровь. Отсюда недостаточное обызвествление кости и развитие рахита при дефиците витамина D.

2) Снижает синтез паратгормона, усиливает синтез щелочной фосфатазы (минерализация в эпифизах), коллагена, регулирует образование белковой стромы, рассасывание костной ткани в диафизах – нормализация минерализации;

3) кальцидиол, кальцитриол снижают пролиферацию, усиливают дифференцировку клеток.

Напротив, при избытке витамина D наблюдается усиленное рассасывание костей и увеличение концентрации Са2+ в сыворотке крови. Повышение Са2+ и Р в крови приводит к значительному их увеличению в моче и образованию камней в почках.

При отравлении витамином D активность гидроксилазы в почках ингибируется избытком субстрата, что препятствует синтезу активных форм витамина. Далее начинается рассасывание костной ткани. Усиление резорбции кости сопровождается подавлением процессов ее образования и торможением дифференцировки костных клеток в активные формы.

Вследствие деминерализации костей повышается уровень кальция в крови и его выделение с мочой. Параллельно интенсивно всасывается кальций из кишечника → общая гиперкальциемия, повреждение клеточных мембран → нарушение функционирования разных органов.

В результате деминерализации костей даже незначительные травмы вызывают множественные переломы.

Витамин А.

Биологически активные формы (ретиноевые кислоты) способны регулировать рост и дифференцировку клеток различных тканей организма. Действие ретиноевых кислот направлено и на остеобласты, и на остеокласты. Витамин А снижает продукцию остеобластами коллагена и увеличивает секрецию коллагеназы. Одновременно он стимулирует образование остеокластов и активирует остеокластическую резорбцию.

При недостатке витамина А нарушается рост скелета (остеосклероз), поскольку витамин участвует в синтезе гепарина, кислых мукополисахаридов хрящевой и костной тканей (связывание Са).

При избытке витамина А – у детей наблюдается деформация костей. Это объясняется деполимеризацией и гидролизом хондроитинсульфата, входящего в состав хряща. У взрослых – остеопения, переломы и потеря компонентов костного матрикса.

Паратгормон

Паратгормон – гормон паращитовидных желёз. Он повышает концентрацию Са2+ в крови благодаря действию на кишечник, кости и почки. Паратгормон ингибирует реабсорбцию Р в почечных канальцах, что приводит к понижению его концентрации в плазме и, как следствие, к дополнительной стимуляции рассасывания костей для пополнения недостаточных количеств этого иона в циркулирующей крови.

Метаболический эффект паратгормона опосредуется его действием на остеоциты, которые в свою очередь оказывают регуляторное влияние на структуру матрикса кости. Паратгормон активирует связанную с мембраной костных клеток аденилатциклазу и увеличивает поступление Са2+ в эти клетки. Увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ в остеоцитах приводит к следующим основным эффектам:

1)      Активации клеточных систем, участвующих в рассасывании кости;

2)      Ускорению превращения клеток-предшественников в остеобласты и остеокласты;

3)      Ингибированию синтеза коллагена остеобластами.

При повышении выработки ПТГ снижается Са-связывающая способность кости и может происходить эрозия даже хорошо кальцинированной кости (выход Са, обеднение матрикса кости коллагеном и протеогликаном).

Кальцитонин

Кальцитонинсинтезируется в паращитовидных железах и частично в щитовидной железе.

Его влияние на концентрацию Са2+ в крови прямо противоположно действию паратгормона. Он стимулирует перенос Са и Р из крови в кости, ускоряет отложение кальция и ингибирует его выход из костей.

Механизм антирезорбтивного действия кальцитонина заключается в прямом действии гормона на остеокласты, имеющие к нему большое количество рецепторов. Рецепторы кальцитонина связаны с G-белками, один тип которых активирует аденилатциклазу, другой – фосфолипазу С.

Последующее увеличение концентрации внутриклеточного кальция вызывает открепление остеокластов и прекращение резорбции.

Первоначальный эффект кальцитонина заключается в активации кальциевого насоса и стимуляции выхода Са из кости, но одновременно гормон стимулирует и поглощение кальция митохондриями. В результате конечный эффект будет в снижении концентрации кальция в крови.

Половые гормоны (эстрогены и андрогены)

Половые гормоны имеют важное значение в обмене костной ткани. Основной эффект эстрогена (17b2-эстрадиола) на кость заключается в снижении скорости её резорбции. Это результат прямого влияния гормона на предшественники остеокластов и подавления остеокластогенеза.

Зрелые остеокласты в отличие от предостеокластов не имеют рецепторов к эстрогенам, поэтому их действие опосредовано остеобластами, которые в ответ на половые гормоны снижают секрецию проостеолитических факторов.

17b2-эстрадиол, тестостерон, дигидрокситестостерон и андрогены ограничивают остеопороз, так как ингибируют синтез интерлейкина-6 остеобластами и стромальными клетками костного мозга.

Глюкокортикоиды

Глюкокортикоиды – жирорастворимые гормоны, поэтому легко проникают через клеточную мембрану, связываются с рецепторными белками (специфическими в разных тканях) и далее действуют по ядерно-цитоплазматическому механизму. Влияние глюкокортикоидов на метаболизм в разных тканях происходит по-разному, поскольку используются различные варианты воздействия на геном клетки.

В костях, соединительной ткани, скелетных мышцах, лимфоидной ткани Гормон-Рецепторный комплекс блокирует образование м-РНК для синтеза белков, и освобождающиеся аминокислоты поступают в печень для глюконеогенеза.

Одновременно в этих тканях глюкокортикоиды активируют липолиз, продукты которого тоже используются для глюконеогенеза.

Нарушения метаболизма костной ткани возникают вследствие ингибирования процессов синтеза коллагена и неколлагеновых белков кости, а также нарушения регуляторной роли фосфолипидов при минерализации кости.

Рис. Комплексное влияние глюкокортикоидов на метаболизм в разных тканях.

Тиреоидные гормоны

Тиреоидные гормоны – одни из основных системных регуляторов развития и перестройки кости. Действие обусловлено их влиянием на остеобласты, которые имеют к ним рецепторы.

Показано существование другого механизма действия тиреоидных гормонов на остеобласты: Т3повышает секрецию гипофизом гормона роста, который, в свою очередь, стимулирует продукцию печенью и другими органами инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1).

ИФР-1 модулирует функцию остеобластов, в том числе регуляцию ими остеокластогенеза. Последнее связано с увеличением (под влиянием тиреоидных гормонов) секреции остеобластами простагландинов, стимулирующих функции остеокластов.

Источник: https://biohimist.ru/podborka-lektsij-po-biokhimii/36-biohimija-kostnoj-tkani/308-faktory-vlijajushhie-na-metabolizm-kostej-vitaminy.html

Биохимия соединительной ткани. Биохимия костной ткани, страница 2

Метаболическая функция костной ткани заключается в

        Костная ткань — разновидностьсоединительной тка­ни, отличающаяся большей твердостью, механическойпрочностью, наличием межклеточного вещества, в кото­ром преобладаютнеорганические вещества. Кость, как орган, — сложное структурное образование,содержащее костную ткань, костный мозг, кровеносные и лимфати­ческие сосуды,нервы, хрящевую ткань.

Б) функции костной ткани.

Функции кости:

механическая: опорная, двигательная,защитная;

биологическая: а) участвует в процессекроветворе­ния, б) обмене веществ; в) является депо неорганических веществ; г)служит буфером, стабилизирующим ионный состав внутренней среды.

          В) Структура костной ткани.

Костная ткань состоит из органических веществ(20%); минеральных веществ (70%); воды (10%). Орга­ническая часть состоит на95% из белка-коллагена, 5% приходится на неколлагеновые белки, углеводы, жиры,протеогликаны, хондроитинсульфат, цитрат. Твердость зависит от наличияминеральных веществ. В скелете со­средоточено 99% тканевого кальция, 87% —фосфата, 58% — магния.

Клетки костной ткани разделяют наостеокласты, ос­теобласты, остеоциты.

Остеобласты — клетки, синтезирующие большуючасть органического костного матрикса (проколлаген, гликозаминогликаны,белки-ферменты и др.) в период костеобразования, участвуют в переносе кальция вкостный матрикс (минерализация кости).

Остеокласты, — клетки, осуществляющие резорб­циюкостной ткани: осуществляют рассасывание межкле­точного вещества,деминерализацию хрящей, костей. В них содержится большое количество лизосом,митохонд­рий.

Остеоциты — зрелые костные клетки, обеспечива­ющиецелостность костного матрикса и участвующие в регуляции его гомеостаза.Считается, что три типа кле­ток могут превращаться друг в друга приопределенных условиях.

Коллаген I типа — белок,состоящий из трех полипептидных цепей, представляющих скрученные спира­ли,навинченные на один общий цилиндр. В отличие от коллагена соединительной тканив коллагене кости пре­обладают поперечные связи, которые придают особуюпрочность.

Синтез коллагена происходит в остеобластах при наличии ферментов,гидроксилирующих пролин и лизин. Предшественником коллагена являетсятропоколлаген, который проникает в межклеточное пространство, гдеполимеризуется, образуя волокна.

Синтез преоблада­ет над распадом и происходитнакопление коллагена во внеклеточном пространстве.

          Г) Белки неколлагеновой природы

Гликопротеины — принимают участие в процессеми­нерализации, водно-солевом обмене, росте и развитии кости.

Альбумин — составляет главную массунеколлагеновых белков. Принимает участие в доставке и распределе­нии гормонов,веществ из кровяного русла.

Углеводы — обеспечивают энергией процессминера­лизации.

Мукополисахариды — участвуют в образованиикри­сталлического кальция и связывании его с коллагеном, регуляции водного исолевого обмена.

Органические кислоты — цитрат, которыйобразует с кальцием комплексное соединение, обеспечивая увели­чениеконцентрации кальция до такого уровня, при кото­ром начинается егокристаллизация и минерализация. Цитрат принимает участие в регуляции уровнякальция в крови.

Д) Неорганические вещества

Кальций выполняет пластическую роль при форми­рованиитканевых структур. В организме находится в фор­мах: кристаллической —оксиаппатит (его структура та­кова, что может легко отдавать ионы в тканевыежидко­сти и вновь поглощать их); аморфной — более растворим и является резервомкальция и фосфора. Он преобладает в раннем возрасте, а в зрелом —кристаллический.

Микроэлементы — регулируют обмен веществ.

   Е) Особенности метаболизма костной ткани

Образование костной ткани состоит из двухэтапов: образования органической матрицы и ее дальнейшей ми­нерализации.

Этотпроцесс протекает с большой затратой энергии, которая образуется в результатетканевого ды­хания костных клеток, которые обладают такой же дыха­тельнойактивностью, как и клетки других тканей.

На процессы образования и распадакостной ткани влияют гормоны, витамины, питание, возраст.

  Ж) Влияние гормонов

Паратгормон (84 остатка аминокислот) — активи­руяферментные системы остеокластов, вызывает деми­нерализацию костей, выражающуюсяв разрушении ми­неральной и органической основы кости. Паратгормон уменьшаетколичество остеобластов и увеличивает число остеокластов. Происходит выходионов кальция в кровь из костей.

Калъцитриол (1,25-дигидрокси-Вз) — действуетана­логично паратгормону. Калъцитонин (32 остатка ами­нокислот) — являетсяантагонистом паратгормона. Кальцитонин активирует ферментную системуостеобластов, что приводит к усилению минерализации кости, способ­ствуяотложению в костях ионов кальция и фосфатов.

Половые гормоны — ускоряют созревание и сокра­щаютпериод роста кости (при раннем половом созрева­нии наступает карликовость).Эстрогены увеличивают ак­тивность остеобластов.

Тироксин (тетрайодтиронин) – активируетфермен­ты ЦПЭ; усиливает поглощение кислорода; активирует а-глицерофосфатдегидрогеназу;активирует К+/Nа+ насос; усиливает рост идифференцировку тканей; активирует обмен белков, углеводов. При недостаточнойсекреции за­медляется рост кости.

Соматотропин — гормон роста (191 остатокамино­кислот) — стимулирует образование сульфосодержащих глюкозаминогликанов;тимидина; уридина; пролина; уси­ливает биосинтезы белка, ДНК, РНК; активируетглико­лиз, распад ТАГ и ВЖК.

Кортикостероидные гормоны (кортизол,кортизон) усиливают действие паратгормона; ингибируют рост и де­лениефибробластов; биосинтез мРНК проколлагена.

При их усиленной секрециинаблюдается замедление биосин­теза коллагена, фибронектина, протеогликановматрикса.

Таким образом, стероидные гормоны усиливают деми­нерализацию кости,поэтому длительное лечение стерои­дами вызывает остеопороз, разрушениепозвоночника, угнетает заживление переломов.

          З) Влияние витаминов D3, А, С, В2,В6, РР

Витамин D3 являетсяпредшественником кальцитриола, вызывает резорбцию кости (при гипокальциемии).

Витамин А. Если он находится в недостатке, топро­исходит утолщение костей, изменение их формы, нару­шение минерализации,задержка роста. При его избытке нарушается прочность мембран лизосом иразрушаются основные компоненты кости, т. е. наблюдается рассасы­вание кости,остеопороз, переломы.

Витамин С в норме активирует гидроксилазыпролина и лизина. При его недостатке уменьшается биосин­тез коллагена, чтоприводит к деминерализации кости, уменьшению синтеза РНК.

Витамин В6 принимает участие вобмене аминокис­лот, биосинтезе белков, поэтому при его недостатке за­медляетсярост кости.

Витамины РР и В2 являютсякоферментами дегидрогеназ ЦПЭ, при их недостатке уменьшается синтез АТФ,замедляется рост кости.

      И) Энзимодиагностика

В костной ткани находятся ферменты циклаКребса, ЦПЭ, гликолиза, щелочная фосфатаза. Ее активность за­висит отактивности остеобластов. Когда в костной тка­ни происходят процессы, связанныес перестройкой кост­ной ткани, в крови увеличивается активность щелоч­нойфосфатазы.

   К) Патология костной ткани

Заболевания могут возникнуть в результатеразлич­ных причин: травмы, инфекции, врожденных нарушений, дистрофии,дисплазии.

Воспаления: остит; остеомиелит; туберкулезкости; сифилис кости; бруцеллез.

Дистрофии: цинга; рахит; остеохондропатии.

Дисплазии: опухоли костей; саркома; метастазыопу­холей.

Травмы: переломы; артрозы; спондилезы.

Источник: https://vunivere.ru/work5163/page2

Метаболические заболевания костей – Клиника доктора Казанского

Метаболическая функция костной ткани заключается в

Серьезную угрозу здоровью опорно-двигательного аппарата составляют метаболические заболевания костей. Данные патологии могут иметь различные причины и поражают представителей обоих полов и всех возрастов.

Причины метаболических заболеваний костей

Болезни костей, имеющие метаболическую причину, связаны обычно с такими патологиями, как нехватка минеральных веществ в пище, а также нарушение их всасывания в кишечнике. Это может сочетаться с проблемами захвата этих элементов костной тканью. Сюда же относят и нехватку витамина D или нарушение его метаболизма, избыток кортизола и некоторых других веществ.

Прием гормональных препаратов и других лекарств, вынужденная обездвиженность, которая замедляет формирование костной ткани, угнетение функций остеобластов (возрастное явление), нарушение синтеза коллагена – все это также может стать толчком к развитию метаболических заболеваний костей.

Распространенные патологии костей

К наиболее часто встречающимся метаболическим заболеваниям костей относятся остеопороз, рахит, остеомаляция, паратиреоидная остеодистрофия и болезнь Педжета.

Остеопороз связан со снижением массы и нарушениями структуры костной ткани. Фактически количество костного вещества в единице объема костной ткани стремительно уменьшается. Это является причиной снижения прочности костей, а значит, присутствует и постоянная вероятность переломов. При этом поражаются все составляющие скелета.

Выделяют первичный остеопороз, на который влияют старческие изменения, менопауза, преклонный возраст, и некоторые другие. Вторичный становится следствием отклонений в эндокринной или гормональной системе, а также нарушением обменных процессов.

Лечение остеопороза комплексное: с помощью сбалансированной диеты и гимнастики, прогулок и пребывания на солнце, приема витаминов и минералов.

Рахит – это патология, связанная с нарушением обменных процессов в организме маленьких детей. Ведет, как правило, к дефектам нервной и костной систем.

Проблема заключается в недостатке витамина D, который «заведует» обменом фосфора и кальция.

Именно этот витамин способствует тому, что вышеупомянутые микроэлементы лучше впитываются из кишечника, а затем усваиваются и откладываются в костях.

Кроме общей нервозности, у ребенка с рахитом выявляется мышечная гипотония, запоздалое прорезывание зубов и всевозможные костные деформации. Лечение рахита осуществляется путем назначения высоких доз витамина D и солнечных ванн, могут применяться искусственные источники УВФ-излучения.

При остеомаляции также происходит нарушение минерального обмена в костной ткани. Кости теряют кальций, фосфорную кислоту и витамины и становятся мягче в буквальном смысле. Регистрируется патология в разном возрасте, как в юношеском, так и в старческом.

Проявляется в форме деформаций позвоночника и переломов костей. Основной упор приходиться ещё и на суставы. Ведь каждодневные нагрузки постепенно дадут о себе знать. Коленный сустав страдает постоянно, ведь нагрузки на него идут в основном.

Из-за этого может потребоваться узнать о такой операции, как эндопротезирование коленного сустава.

В качестве лечения обязательна коррекция питания, в котором должны присутствовать белки, кальций и фосфор, витамины.

Паратиреоидная остеодистрофия – патология, связанная с гиперфункцией паращитовидных желез после аденомы или гиперплазии. Нарушается формирование остеобластов, начинаются патологические изменения в костной ткани, страдают некоторые органы.

Выпадают здоровые зубы, в костях диагностируют гигантоклеточные опухоли. Возникают частые переломы костей. Остеодистрофия лечится оперативным путем и сбалансированным питанием.

Как правило, основной упор делается на устранение причины, а затем специалисты разбираются со вторичными деформациями, вызванными множественными переломами.

Болезнь Педжета связана с патологическим ростом и нарушением структуры костной ткани. Это метаболическое заболевание костей может регистрироваться в любых участках скелета, но чаще всего страдают кости таза, бедра и голени, а также позвоночник, ключицы и плечи. Заболевание обычно возрастное, выявляется у людей старше 40 лет, преимущественно у мужчин.

Фактически при болезни Педжета остеокласты и остеобласты начинают работать не согласованно, как это должно быть. Поэтому костная ткань хоть и аномально разрастается, но при этом становится очень хрупкой. Симптомов почти нет, кроме редкой тугоподвижности суставов и небольшой болезненности.

Лечение болезни Педжета хирургическое, но оно показано только в тех случаях, когда у больного возникают тяжелые проблемы в результате патологии. Боль снимают анальгетиками и другими нестероидными противовоспалительными средствами. Иногда замедлить процессы помогают бисфосфонаты.

Источник: http://dr-kazansky.com/lechenie-v-izraile/articles/metabolicheskie-zabolevaniya-kostey/

Научная электронная библиотека Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Метаболическая функция костной ткани заключается в

В филогенетическом аспекте кость является самой молодой тканью. Она до сих пор находится в периоде адаптации к существованию в условиях гравитации. Кроме того, скелет человека подвержен воздействию такого фактора, как прямохождение, а в последние столетия претерпевает изменения, связанные с гипокинезией и различными вынужденными положениями.

В морфофункциональном отношении кость является одной из наиболее сложных и биологически активных тканей. По многим показателям она превосходит другие системы организма и является наиболее массивной, многофункциональной, обладает высокой метаболической и репаративной активностью.

Костная ткань в разных участках на 20–25 % состоит из органического матрикса. Около 60–65 % массы сухого деминерализованного матрикса приходится на коллаген и 17–18 % на неколлагеновые белки, по своей структуре, являющиеся гликопротеинами.

В состав стромы костного мозга входят недифференцированные стволовые мезенхимальные клетки – ретикулярные, соединительнотканные, эндостальные фибробластоподобные, эндотелиальные клетки, адипоциты, дифференцированные костные клетки (остеобласты, остеокласты, остеоциты), межклеточное вещество, клетки эндоста и периоста, костный мозг, сосудистые, лимфатические и нервные образования, интимно связанные с окружающими мягкими тканями [13, 28, 36, 52].

В костной ткани постоянно протекают два противоположно направленных процесса – резорбция и новообразование. Соотношение этих процессов зависит от различных факторов, в том числе от физических нагрузок на кость и возраста. Считается, что остеогенез происходит за счет клеток эндоста, периоста и костного мозга.

Процесс физиологического ремоделирования губчатой костной ткани проходит несколько фаз, в каждую из которых ведущую роль выполняют те или иные клетки.

Первоначально участок костной ткани, подлежащий резорбции, «помечается» остеоцитами при помощи специфических цитокинов (активация), разрушается протективный слой на костном матриксе.

К оголенной поверхности кости мигрируют предшественники остеокластов и сливаются в многоядерную структуру – симпласт – зрелый остеокласт.

Затем остеокласт деминерализует костный матрикс (резорбция), уступает место макрофагам, которые завершают разрушение органической матрицы межклеточного вещества кости и подготавливают поверхность к адгезии остеобластов (реверсия). На последнем этапе в зону разрушения прибывают предшественники, дифференцирующиеся в остеобласты, они синтезируют и минерализуют матрикс в соответствии с новыми условиями статической и динамической нагрузки на кость (формирование) [9, 14, 19, 45].

Регуляция остеогенеза имеет три уровня: локальный (местный), системный и генетический. Это обстоятельство в конечном итоге обеспечивает высокий уровень метаболизма костной ткани.

Локальную регуляцию осуществляет микроокружение посредством различных цитокинов, большим количеством факторов роста, рядом полипептидов, ферментов, межклеточных контактов.

Системная нейроэндокринная регуляция осуществляется гормонами и веществами с гормоноподобным действием. Наиболее изученными являются паратиреоидный гормон, половые гормоны, метаболиты вит. D, кальцитонин, глюкокортикоиды, тиреоидные гормоны [9, 52].

Морфофункциональная связь остеогенеза и кровообращения осуществляются не только анатомически, но и тесно функционально.

Это подтверждено многочисленными исследованиями связей внутрикостной и внекостной системы артериального, венозного, лимфатического русла, нервной регуляции с остеорецепцией.

Красный костный мозг является депо крови, органом кроветворения, высокочувствительной рефлексогенной зоной, центральным звеном иммунной системы.

Красный костный мозг – это источник практически неистощаемого пула мезенхимальных стволовых фибробластоподобных клеток – предшественников остеобластов, способных не только потенцировать остеогенез, но и строить кроветворное микроокружение и регулировать собственно кроветворение [49].

Нарушение процесса остеогенеза приводит к патологии. Исследования В.М.

Чепоя (1978) с применением радиоактивного пирофосфата технеция показали, что при межпозвонковом остеохондрозе в телах позвонков отмечается значительное ослабление фибробластических процессов и усиление остеокластических изменений.

Кость становится разреженной и хрупкой, как в старческом возрасте, т.е. развивается остеопороз. По мнению McMahon et al. (2002) дефицит в остеогенезе карбоангидразы-2 приводит к появлению симптомов остеосклероза.

По данным С.В. Либенсона (1989) при гипокинезии происходят существенные изменения в системе регуляции остеогенеза, выражающиеся в гипокальцемии, увеличении содержания паратгормина и кальцитонина в крови, гиперэкскреции с мочой минеральных и органических компонентов, участвующих в остеогенезе. Подобные же изменения автор наблюдал и при хроническом болевом синдроме.

Репаративная регенерация – это восстановление ткани после повреждения. Механизмы физиологической и репаративной регенерации костной ткани качественно едины, осуществляются на основе общих закономерностей.

Репаративная регенерация – есть в той или иной мере усиленная физиологическая [34].

Одними из индукторов репаративной регенерации костной ткани и усиления метаболизма являются ее травматическое повреждение [10, 34], а также метод аутотрансплантации красного костного мозга, как источника мезенхимальных стволовых клеток – предшественников фибробластов.

Многие исследователи указывают на возможность локально возбуждать репаративную регенерацию костной ткани, тем самым изменять ее метаболизм, методом остеотомии, трепанации, туннелизации или перфорации в необходимых участках кости.

Локализованная и дозированная альтерация костной ткани применяется, как средство терапевтического воздействия и приводит к купированию дегенеративно-дистрофических нарушений.

Лечебный эффект проявляется местно в зоне стимуляции и регионарно в сегментарных областях за счет интенсификации гемоциркуляции [10, 32, 34].

Микротравматическое повреждение костной ткани приводит к возникновению остеоиндуктивного сигнала, который осуществляется морфогенетическим белком-2, при этом, как в костной ткани, так и в кровеносной системе, происходит стремительная активация ростовых факторов (инсулиноподобного фактора роста, фактора роста фибробластов, колониестимулирующего фактора, фактора некроза опухоли-α и т.д.) [6].

Индуцированный фактор некроза опухоли человека (hTNF)-α стимулирует образование одноядерных преостеокластоподобных клеток (POCs), увеличивает число мРНК рецепторов кальцитонина (CTR) в POCs, формирует образование колонийстимулирующего фактора макрофагов (M-CSF) и экспрессирует образование мРНК активатора ядерного фактора Каппа В лиганда (RANKL).

Совместное влияние стволовых клеток красного костного мозга и hTNF-α с растворимым RANKL увеличивают образование многоядерных остеокластоподобных клеток (MNC-s) из макрофагов, осуществляя лизис и резорбцию перелома.

RANKL не только участвует в сигнальной трансдукции преостеокластов и остеокластов, но и в резорбтивной функции и выживании зрелых остеокластов [50]. Сигнальные механизмы RANKL распространяются и на активируемые митогенами протеинкиназы – нейроэндокринный уровень регуляции [50].

HTNF-α, простагландин Е2 (PGE2), паратгормон (PNG), 1, 25 (ОН) 2 витамин D3 индуцируют образование интерлейкина 11 (IL-11), интерлейкина 11R (IL-11R) и гликопротеина (gp 130) остеобластами за счет мРНК.

Основной фактор роста фибробластов (bFGF) увеличивает в ККМ количество остеобластов и стимулирует образование белкового матрикса, ускоряя минерализацию и снижая уровень свободного фосфата.

При повреждении кости в красном костном мозге, так же экспрессируется мРНК фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) с рецепторами. Ангиобласты способствуют окружению поврежденной зоны капиллярами. Действие механического повреждения может быть потенцировано введением аутологичных стволовых клеток костного мозга [36].

Особый интерес вызывают работы о применении внутрикостной трансплантации аллогенного костного мозга для лечения экспериментального сенильного остеопороза.

В этом случае остеоиндуктивный сигнал осуществляется морфогенетическим белком-2 и макрофагами [25, 50]. Аденозинтрифосфат (АТФ) так же участвует в передаче сигналов факторов роста ККМ за счет повышения активности протеинкиназ.

Таким образом, существенно усиливается метаболическая активность костной ткани.

Янковский Г.А. (1982) привел результаты лечения 135 больных пояснично-крестцовым радикулитом методом введения 1 мл изотонического раствора натрия хлорида в остистые отростки нижних поясничных позвонков.

У 122 пациентов автор отметил значительный регресс неврологической симптоматики и в течение последующих 2-х лет у этих больных поясничные боли не отмечались. При рентгенденситометрии у данных пациентов было выявлено увеличении плотности костной ткани.

Автор сделал вывод, что внутрикостная пункция остистого отростка вследствие общности кровообращения обуславливает улучшение трофики тела позвонка и, соответственно, межпозвонкового диска.

При гистологическом исследовании костной ткани И.Н. Атясовым (2000) после проведения внутрикостного введения 10 мл различных жидкостей или крови в 1 сутки определялось разрушение костных трабекул, повреждение стромы и паренхимы костномозговой ткани, нарушение кровообращения в очаге деструкции, что являлось следствием механического повреждения в момент внедрения иглы в кость.

Через 3 суток на месте внутрикостного вливания 10 мл жидкости наблюдалось разрастание нежноволокнистой ткани и гиперплазия эндостальных элементов в виде окружения близлежащих к очагу деструкции костных трабекул остеобластами, а в некоторых опытах (после внутрикостного введения лекарственных жидкостей вместе с аутологичным костным мозгом) – уже было видно образование и разрастание остеоидных балочек.

Через 5 суток разросшаяся нежноволокнистая ткань почти полностью замещала очаг кровоизлияний, определялась резко выраженная гиперплазия соединительнотканных и эндостальных элементов в виде разрастания множества остеоидных балочек и напластования остеоидных масс на окружающие зрелые костные балки.

По истечении 7 суток в месте введения жидкости определялась нежно-волокнистая ткань, полностью замещающая очаг кровоизлияний.

Через 15 суток в нежно-волокнистой соединительной ткани определялись скопления лимфоидных и жировых клеток, множество зрелых костных балок с явлениями активной перестройки с помощью остеобластов и остеокластов.

На 18–20 сутки определялись участки фиброза.

В последующие 30–60 суток в месте введения иглы в кость отмечалась разросшаяся фибринозная ткань неравномерной плотности, окруженная костными балками, находящимися в стадии дальнейшей перестройки.

К 60 суткам костная и костномозговая ткани полностью восстанавливали свою клеточную структуру [2, 3].

Костная ткань – это главное депо минеральных солей в организме, по своей химической структуре представляет собой кристаллы гидроксиапатита, поэтому обладает физическими свойствами пьезоэлектрика. При одноостных сжатиях, изгибах или кручениях постоянно изменяется пьезоэлектрический потенциал как всей кости, так и отдельных ее составляющих элементов.

В основополагающих работах Фукады и Ясуды (1957) было показано, что поляризация линейно связана с механическим напряжением и деформацией. В состоянии покоя на поверхности кости нет связанных поляризационных зарядов, вызванных собственными механическими напряжениями, т.к. они компенсируются ионами электролита.

Механическая деформация кости определенным образом изменяет пьезоэлектрические потенциалы.

Так, на вогнутой поверхности образуется отрицательный, а на выпуклой – положительный заряд. Сочетание положительных и отрицательных потенциалов так же существенно влияет на процессы активации остеокластов, остеобластов и других клеток кости и костного мозга, на движение ионов и заряженных молекул по кровеносным сосудам.

На вогнутой поверхности стимулируется костеобразование, а на выпуклой – резорбция кости. Кроме того, кровотоком создается электрохимический потенциал.

Совокупность электропотенциалов распределена в кости таким образом, что венулы заряжены преимущественно положительно, что, по-видимому, является биологически оправданным механизмом предотвращения зарастания костных каналов, в которых они проходят.

Однако при недостаточных механических нагрузках на кость, незначительном внутрикостном кровотоке, венозном застое изменяется соотношение разнополярных потенциалов. Положительный заряд венул уменьшается или превращается в отрицательный.

Это способствует костеобразованию в месте их выхода. Уменьшается диаметр отверстия, в котором проходит венула, что ограничивает возможности резервного оттока, усиливает отек, замедляет отток крови от кости.

Таким образом, замыкается патологический круг.

Источник: https://monographies.ru/en/book/section?id=8490

Метаболизм костной ткани

Метаболическая функция костной ткани заключается в

Кость — структура, подвергающаяся непрерывным перестройкам на протяжении всей жизни. Прочность костей обеспечивает функционирование опорно-двигательного аппарата. Кроме того, костная ткань служит резервуаром, поддерживающим гомеостаз кальция, магния, фосфата, натрия и других ионов. Кости пронизаны большим количеством сосудов; костный кровоток составляет до 10% системного.

Свойства костной ткани определяются межклеточными компонентами — минеральным веществом и органическим матриксом.

На долю коллагена I типа приходится 90—95% всего белка органического матрикса.

К неколлагеновым белкам матрикса относятся: белки плазмы (альбумин и фетуин), белки, содержащие остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты (остеокальцин и γ-карбоксиглутамат-содержащий белок матрикса), гликопротеид остеонектин, фосфопротеид остеопонтин, сиалопротеиды, тромбоспондин и другие, менее изученные белки.

Некоторые из этих белков участвуют в минерализации матрикса. Минеральное вещество костной ткани состоит из частично кристаллизованного гидроксиапатита, в котором молярное отношение кальция к фосфату меньше, чем в чистом гидроксиапатите (формула чистого гидроксиапатита Са10(РО4)6(ОН)2).

В кости, особенно в ее поверхностном слое, имеются и другие ионы. Минерализация начинается с образования отдельных «островков» в промежутках между концами нитей коллагена. Процесс минерализации зависит от образования органического матрикса. Такая двухкомпонентная структура из минерального вещества и органического матрикса обеспечивает высокую механическую прочность кости.

За образование кости отвечают остеобласты — клетки мезенхимного происхождения, синтезирующие белки органического матрикса. Для остеобластов характерны:

1) определенные локализация и морфология;

2) присутствие костного изофермента ЩФ;

3) наличие рецепторов ПТГ и 1,25(OH)2D3;

4) способность синтезировать белки матрикса, такие, как коллаген I типа, остеокальцин и остеопонтин.

Минерализация новосинтезированного матрикса начинается сразу после его секреции (первичная минерализация) и продолжается в течение нескольких недель (вторичная минерализация). Остеобласт, окруженный минерализующимся матриксом, превращается в остеоцит, который сохраняет связь с другими клетками через систему канальцев.

Резорбция костной ткани осуществляется остеокластами — многоядерными клетками, образованными слиянием моноцитов.

В остеокластах обнаружены:

1) Н+-АТФаза и карбоангидраза II, обеспечивающие закисление среды в зоне резорбции;

2) тирозинкиназа Src, продукт онкогена SRC, а также ее субстрат р80/85;

3) устойчивая к тартрату кислая фосфатаза;

4) мембранные рецепторы кальцитонина;

5) Nа+,К+-АТФаза, сходная с аналогичным почечным ферментом;

6) Сl/HCO3-обменник, относящийся к семейству белков полосы 3. Остеокласты прикрепляются к белкам костного матрикса, например остеопонтину, с помощью аγβз-интегрина. При этом каждый остеокласт образует на поверхности кости зону прикрепления в виде кольца; цитоплазма остеокласта в области прикрепления светлая (светлая зона), и в ней содержатся сократительные белки.

Внутри этого кольца мембрана остеокласта образует так называемую гофрированную каемку; в ограниченном пространстве между гофрированной каемкой и костью и создается кислая среда, происходит растворение минерального вещества, а затем под действием кислых гидролаз рассасывается органический матрикс. В результате разрушительной деятельности остеокластов в кости образуются как бы разъеденные полости — гаушиповы, или резорбционные лакуны. В этих лакунах и располагаются остеокласты.

Описано много гуморальных регуляторов образования остеобластов и остеокластов из клеток-предшественников, а также функции дифференцированных клеток. Из них наиболее известны ИЛ-6, ИЛ-11 и колониестимулирующие факторы.

В костной ткани содержится много факторов роста.

На функцию остеобластов действуют: трансформирующий фактор роста р типов I и II, кислый и основный факторы роста фибробластов, тромбоцитарный фактор роста, ИФР-I и ИФР-II.

В перестройке кости участвуют, по-видимому, остеоглицин и ряд белков — регуляторов морфогенеза кости. Функцию остеокластов и процесс резорбции кости регулируют: ИЛ-1, ФНО, интерферон у и колониестимулирующие факторы.

В ряде случаев регуляция функции остеокластов осуществляется опосредованно, через остеобласты или фибробласты стромы костного мозга, — так действует, в частности, ПТГ, рецепторов к которому в зрелых остеокластах нет. Через взаимодействие с рецепторами в клетках-предшественниках l,25(OH)2D3 стимулирует их дифференцировку в моноциты и затем в остеокласты.

Некоторые цитокины, например ИЛ-1 и трансформирующий фактор роста а, индуцируют локальное образование простагландинов и других цитокинов, таких, как ИЛ-6 и колониестимулирующие факторы. Так называемые факторы активации остеокластов, как теперь очевидно, — это группа цитокинов, в том числе ИЛ-1, ФНОα и β, а также, возможно, другие вещества.

У плода и ребенка кость образуется путем замещения обызвествленного хряща (хрящевой остеогенез) или формируется непосредственно из мезенхимы (перепончатый остеогенез).

В новообразованной костной ткани (у детей, а также у взрослых при быстром росте, например при образовании костной мозоли) относительно много клеток и мало матрикса, для нее характерно беспорядочное расположение толстых переплетающихся пучков коллагеновых нитей (ретикулофиброзная кость).

В зрелой кости пучки коллагеновых нитей организованы в параллельные или концентрические пластинки (пластинчатая кость). В длинных костях костные пластинки, расположенные концентрически вокруг

кровеносных сосудов, формируют остеоны (гаверсовы системы). Толщина кости увеличивается, если скорость остеогенеза в надкостнице выше скорости резорбции на эндостальной поверхности. Удлинение костей происходит за счет пролиферации клеток эпифизарного хряща и последующего хрящевого остеогенеза.

У взрослых эпифизы зарастают, удлинение костей и хрящевой остеогенез прекращаются; некоторая активность клеток сохраняется только в суставном хряще. Однако и у взрослых продолжается перестройка как остеонов, так и губчатых костей.

Новообразованная костная ткань отличается гладкой поверхностью, поглощает тетрациклин, имеет относительно низкое содержание минерального вещества и покрыта активными остеобластами. Толщина нового неминерализованного органического матрикса (остеоида) составляет около 12 мкм.

Для определения скорости образования костной ткани больному дважды с некоторым интервалом дают тетрациклин, а затем измеряют расстояние между флюоресцирующими слоями на срезах костного биоптата.

Зоны резорбции отличаются неровной поверхностью и присутствием остеокластов. Резорбция предшествует остеогенезу, она протекает более интенсивно, но не столь долго, как последний.

Если активная резорбция у взрослых происходит приблизительно на 4% поверхности губчатой кости (например, гребня подвздошной кости), то неминерализованным органическим матриксом покрыто 10—15% поверхности костных балок.

Изотопные исследования показывают, что ежегодно замещается до 18% всего кальция костей. Таким образом, в костной ткани происходит активный обмен веществ, требующий хорошего кровоснабжения.

Перестройка костей каким-то образом зависит от механической нагрузки.

Кроме того, костная ткань служит резервуаром неорганических ионов, например кальция, играющего важную роль во многих физиологических процессах.

Реакция костной ткани на повреждение (переломы, инфекцию, нарушение кровоснабжения, метастазы) весьма ограничена. Процесс замещения мертвой костной ткани на новую сопровождается прорастанием новых кровеносных сосудов в пораженную область.

При значительном нарушении структуры ткани, например при переломе со смещением костных отломков или их патологической подвижностью, стромальные клетки-предшественники дифференцируются не в остеобласты, а в клетки, формирующие соединительную ткань и хрящ.

При хорошем совмещении и фиксации костных отломков срастание осуществляется преимущественно за счет остеогенеза, и рубцовой деформации не происходит. Перестройка кости зависит от механической нагрузки, которая каким-то образом влияет на биологическую активность ткани.

На границе растущей опухоли с костью происходит резорбция последней. Прогибающие деформации стимулируют остеогенез на вогнутой и резорбцию на выпуклой поверхностях, что способствует сохранению механической прочности.

Даже при таком деструктивном заболевании, как болезнь Педжета, перестройка кости зависит от механических сил. Таким образом, пластичность костной ткани определяется взаимодействием клеток друг с другом и с внешней средой.

Механизмы остеогенеза и резорбции кости

Остеогенез — это упорядоченный процесс образования и минерализации органического матрикса кости. В состав кости входят кальций и фосфат, поэтому скорость минерализации зависит от концентрации этих ионов в плазме и внеклеточной жидкости.

В искусственных условиях для кристаллизации гидроксиапатита достаточно тех концентраций кальция и фосфата, которые имеются в плазме. Концентрация ионов в очагах минерализации неизвестна, очевидно только, что она регулируется остеобластами и остеоцитами.

Коллаген различного происхождения способствует возникновению центров кристаллизации, и минерализация начинается в определенных участках упорядоченной структуры матрикса — промежутках между молекулами коллагена. Степень и характер минерализации, по-видимому, зависят от организации коллагена.

Первичная структура коллагенов I типа из кожи и из кости практически одинакова, однако эти белки претерпевают различные постгрансляционные изменения и поэтому различаются по степени гидроксилирования, гликозилирования, по типу, числу и распределению межмолекулярных поперечных связей. Кроме того, размер промежутков в упорядоченной структуре матрикса больше в минерализованном коллагене кости и дентина, чем в неминерализованном коллагене, например, сухожилий.

Важность коллагенового матрикса для нормального развития кости доказывается тем, что замена единичных аминокислот в спиральной части α1 — или α2-цепей коллагена I типа (в результате мутаций генов COL1A1 или COL1A2 соответственно) приводит к выраженному нарушению структуры кости, что проявляется как несовершенный остеогенез.

Неколлагеновые белки — остеокальцин, остеонектин и остеопонтин — также участвуют в минерализации. ЩФ служит маркером остеобластов, и чем больше ее активность, тем выше остеогенная способность этих клеток. Р

оль ЩФ в процессе минерализации до конца не выяснена, однако при врожденной недостаточности ЩФ (гипофосфатазии) остеогенез нарушается. ЩФ при нейтральном pH способна гидролизовать неорганический пирофосфат — мощный ингибитор минерализации.

Возможно, что функция ЩФ в остеогенезе сводится к регуляции уровня пирофосфата. Процесс минерализации подавляют также макромолекулярные комплексы, например протеогликаны. При обызвествлении хряща минерализация начинается в мембранных внеклеточных везикулах.

Минерализация начинается с отложения брушита (СаНР04 х 2Н20). Затем появляется слабокристаллизованый гидроксиапатит с низким (около 1,2) молярным отношением кальция к фосфату. С возрастом степень кристаллизации и отношение кальция к фосфату увеличиваются. Включение анионов фтора снижает долю аморфного фосфата кальция и усиливает кристаллическую структуру.

Если внеклеточные концентрации кальция и фосфата ниже пороговых, то минерализации не происходит.

Произведение растворимости для минерального вещества кости рассчитать очень трудно, так как его состав непостоянен, а растворимость зависит от других, пока неизвестных факторов внеклеточной жидкости.

При избыточной концентрации кальция и фосфата во внеклеточной жидкости иногда наблюдается эктопическая минерализация.

При резорбции кости кальций и фосфат поступают во внеклеточную жидкость, а органический матрикс рассасывается. Для растворения минерального вещества необходима кислая среда, которая создается в ограниченном пространстве между остеокластом и поверхностью кости. ЩФ — фермент, выделяемый клетками кости во внеклеточную среду.

Стимуляция остеогенеза сопровождается увеличением в крови активности костного изофермента ЩФ, остеокальцина и С-концевого пептида проколлагена I типа. Маркеры костной резорбции в моче: гидроксипролин, гидроксилизин и его гликозиды, пиридинолин и дезоксипиридинолин.

Источник: https://medicbolezni.ru/metabolizm-kostnoy-tkani/

Лечение Костей
Добавить комментарий