Образование неорганического вещества костной ткани

Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксифосфата кальция. Механизм функционирования кальций-фосфатного буфера. Явление изоморфизма

Образование неорганического вещества костной ткани

В организме человека образование костной ткани это наиболее важный гетерогенный процесс с участием неорганических соединений. Основным минеральным компонентом костной ткани является гидроксифосфат кальция Ca5(PO4)3OH. Часть ионов Ca2+ замещена ионами Mg2+, а очень незначительная часть ионов OH– замещена ионами фтора, которые повышают прочность кости.

Образование Ca5(PO4)3OH из слабощелочных растворов в опытах «in vitro» можно объяснить следующим образом. Известно, что при физиологическом значении рН крови в системе сосуществуют ионы: НРО42- и Н2РО4-.

Сопоставление значений констант растворимости Ks (СаНPO4) = 2,7×10–7 и Ks Ca(Н2PO4)2= 1×10–3, указывает на то, что в первую очередь в присутствии ионов Ca2+ образуется осадок CaHPO4:

Ca2+ + НРО42- ⇄ CaHPO4

Затем образующееся соединение претерпевает следующие изменения:

3CaHPO4 + 2OH– + Ca2+ ⇄ Ca4Н(PO4)3 + 2H2O

Са3(РО4)2×СаНРО4

Ca4H(PO4)3 + 2OH– + Ca2+⇄ Ca5(PO4)3ОН + Н2О

Растворимость в ряду CaHPO4→Ca4H(PO4)3→Ca5(PO4)3OH постоянно понижается, что и способствует образованию последнего соединения:

Ks Са3(РО4)2 = 2×10–29, Ks Са5(РО4)3ОН = 1,6×10–58

Несомненно, процессы осаждения фосфатов кальция, лежащие в основе формирования костной ткани в организмах, намного сложнее.

В плазме крови концентрация ионов кальция составляет 0,0025М, а фосфатов – 0,001М. В плазме только половина кальция находится в ионизированном состоянии, другая половина связана с белками.

Если учесть, что при рН=7,4 только 30% фосфатов находится в форме НРО42-и 70% в форме Н2РО4-, то легко можно вычислить, что произведение концентраций ионов Са2+ и НРО42- в плазме крови практически совпадает с величиной Ks (CaHPO4).

Иными словами, плазма крови представляет собой почти насыщенный раствор гидрофосфата кальция (CaHPO4), который находится в динамическом равновесии с неорганическими составными частями костной ткани.

Если произведение концентраций ионов Са2+ и НРО42- в крови повышается, то происходит обызвествление, если оно понижается, то уменьшается содержание неорганических компонентов в костях.

Клетки костной ткани могут легко ускорять либо отложение либо растворение минеральных компонентов при локальных изменениях рН, концентрации ионов Са2+ или НРО42- и комплексообразующих соединений.

Так, при увеличении концентрации ионов Са2+ в плазме крови наблюдается сдвиг равновесия, приводящий к отложению кальция в костной ткани.

Наоборот, снижение концентрации ионов Са2+ в плазме крови также вызывает сдвиг равновесия, но сопровождающийся уже растворением минеральных компонентов костной ткани.

Например, при рахите из-за недостаточности всасывания ионов Са2+ из желудочно-кишечного тракта концентрация ионов Са2+ в плазме крови поддерживается постоянной за счет мобилизации (высвобождения) ионов Са2+ из неорганических компонентов костей.

Благодаря такому явлению, как изоморфизм (замены в кристаллической решетке минерала одних химических элементов другими), вместе с кальциевыми солями могут осаждаться в костной ткани соли и других катионов, близких по своим свойствам иону кальция: бериллия, стронция, бария.

Присутствие даже небольшого количества бериллия в окружающей среде приводит к заболеванию – бериллозу (бериллиевый рахит). Дело в том, что ионы Ве2+ вытесняют ионы Са2+ из костной ткани, вызывая ее размягчение.

Ионы стронция образуют нерастворимые соединения с теми же анионами, что и Са2+, термодинамические характеристики их очень близки.

В природе существует феномен «дискриминации» стронция в пользу кальция: соотношение Ca/Sr в растениях в 2 раза больше, чем в почве, на которой они произрастают, но еще больше увеличивается (в 5-10 раз) в организме животных, потребляющих в пищу эти растения.

Тем не менее, часть ионов Sr2+ включается в состав костной ткани. Избыток стронция вызывает ломкость костей (стронциевый рахит). Особую опасность представляет собой радионуклид стронций-90 (период полураспада 27,7 года, чистый b – излучатель).

Источниками стронция-90 являются радиоактивная пыль, питьевая вода, растительная и молочная пища. Оседая в костях, Sr90 облучает костный мозг и нарушает костномозговое кроветворение.

В организме человека, помимо фосфатов, ионы Са2+ могут образовывать и другие малорастворимые соединения. При различных нарушениях обмена веществ могут локально повышаться концентрации некоторых ионов.

Так, например, при повышении концентрации оксалат-ионов С2О42- в организме могут образовываться отложения оксалата кальция, так называемые оксалатные камни. Они образуются в почках и мочевом пузыре и служат причиной мочекаменной болезни.

Кроме оксалата кальция, в состав мочевых камней наиболее часто входят фосфат кальция и урат кальция (соль мочевой кислоты).

Основным принципом лечения мочекаменной болезни является извлечение из конкрементов (камней) кальция с переводом его в растворимые соединения.

Наиболее принятым приемом такого извлечения является воздействие на камень тех или иных комплексообразователей, взаимодействующих с ионами двухвалентных металлов, входящими в состав камней.

Примерами таких комплексообразователей являются этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) и ее соли, а также лимонная кислота и ее соли.

Для явления изоморфизма необходимы следующие условия:

1. Ионные радиусы изоморфно замещающихся элементов должны быть близки.

2. Близость химических свойств элементов, замещающих друг друга.

3. Сохранение электронейтральности кристаллической структуры минерала.

Источник: //ifreestore.net/1589/9/

Неорганический состав костной ткани

Образование неорганического вещества костной ткани

В раннем возрасте в костной ткани преобладает аморфныйм фосфат кальция Са3(РО4)2. В зрелой кости преобладающим становится кристаллический гидроксиапатит Са10(РО4)6(ОН)2 (рис. 35). Его кристаллы имеют форму пластин или палочек. Обычно аморфный фосфат кальция рассматривают как лабильный резерв ионов Са2+ и фосфата.

В состав минеральной фазы кости входят ионы натрия, магния, калия, хлора и др. В кристаллической решетке гидроксиапатита ионы Са2+ могут замещаться другими двухвалентными катионами, тогда как анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на поверхности кристаллов, либо растворяются в гидратной оболочке кристаллической решетки.

Рис. 35. Строение кристалла гидроксиапатита

Метаболизм костной тканихарактеризуется двумя противоположными процессами: образованием новой костной ткани остеобластами и резорбцией (деградацией) старой остеокластами. В норме количество новообразованной ткани эквивалентно разрушенной. Костная ткань скелета человека практически полностью перестраивается в течение 10 лет.

Образование костной ткани

На1 этапеостеобласты синтезируют сначала протеогликаны и гликозаминогликаны, образующие матрикс, а затем продуцируют фибриллы костного коллагена, которые распределяются в матриксе. Костный коллаген является матрицей для процесса минерализации.

Необходимым условием процесса минерализации является пересыщение среды ионами кальция и фосфора. Образование кристаллов минерального остова кости запускают
Са-связывающие белки на матрице коллагена.

Остеокальцин прочно связан с гидроксиапатитом и участвует в регуляции роста кристаллов за счет связывания Са2+ в костях. Электронномикроскопические исследования показали, что формирование минеральной кристаллической решетки начинается в зонах, находящихся в регулярных промежутках между коллагеновыми фибриллами.

Образовавшиеся кристаллы в зоне коллагена затем в свою очередь становятся ядрами минерализации, где в пространстве между коллагеновыми волокнами откладывается гидроксиапатит.

На 2 этапе в зоне минерализации при участии лизосомных протеиназ происходит деградация протеогликанов; усиливаются окислительные процессы, распадается гликоген, синтезируется необходимое количество АТФ. Кроме того, в остеобластах увеличивается количество цитрата, необходимого для синтеза аморфного фосфата кальция.

По мере минерализации костной ткани кристаллы гидроксиапатита вытесняют не только протеогликаны, но и воду. Плотная, полностью минерализованная кость практически обезвожена.

Фермент щелочная фосфатаза принимает участие в минерализации.

Одним из механизмов ее действия является локальное увеличение концентрации ионов фосфора до точки насыщения, за которым следуют процессы фиксации кальций-фосфорных солей на органической матрице кости.

При восстановлении костной ткани после переломов содержание щелочной фосфатазы в костной мозоли резко увеличивается. При нарушении костеобразования наблюдается уменьшение содержания и активности щелочной фосфатазы в костях, плазме и в других тканях.

Ингибитором кальцификации является неорганический пирофосфат. Ряд исследователей считают, что процессу минерализации коллагена в коже, сухожилиях, сосудистых стенках препятствует постоянное наличие в этих тканях протеогликанов.

Процессы моделирования и ремоделирования обеспечивают постоянное обновление костей, а также модификацию их формы и структуры. Моделирование (образование новой кости) имеет место в основном в детском возрасте.

Ремоделирование является доминирующим процессом в скелете взрослых; в этом случае происходит лишь замена отдельного участка старой кости.

Таким образом, в физиологических и патологическтх условиях происходит не только образование, но и резорбция костной ткани.

Катаболизм костной ткани

Практически одновременно имеет место «рассасывание» как минеральных, так и органических структур костной ткани. При остеолизе усиливается продукция органических кислот, что приводит к сдвигу рН в кислую сторону. Это способствует растворению минеральных солей и их удалению.

Резорбция органического матрикса происходит под действием лизосомных кислых гидролаз, спектр которых в костной ткани довольно широк. Они участвуют во внутриклеточном переваривании фрагментов резорбируемых структур.

При всех заболеваниях скелета происходят нарушения процессов ремоделирования кости, что сопровождается возникновением отклонений в уровне биохимических маркеров.

Имеются общие маркеры формирования новой костной ткани, такие как костно-специфическая щелочная фосфатаза, остеокальцин плазмы, проколлаген I, пептиды плазмы.

К биохимическим маркерам резорбции кости относятся кальций в моче и гидроксипролин, пиридинолин мочи и дезоксипиридинолин, являющиеся производными поперечных волокон коллагена, специфичных для хрящей и костей.

Факторами, влияющими на метаболизм костной ткани, являются гормоны, ферменты и витамины.

Минеральные компоненты костной ткани находятся практически в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата сыворотки крови. В регуляции поступления, депонирования и выделения кальция и фосфата важную роль играют паратгормон и кальцитонин.

Действие паратгормона приводит к увеличению числа остеокластов и их метаболической активности. Остеокласты способствуют ускоренному растворению содержащихся в костях минеральных соединений. Таким образом, происходит активация клеточных систем, участвующие в резорбции кости.

Паратгормон увеличивает также реабсорбцию ионов Са2+ в почечных канальцах. Суммарный эффект проявляется в повышении уровня кальция в сыворотке крови.

Действие кальцитонина состоит в снижении концентрации ионов Са2+ за счет отложения его в костной ткани. Он активирует ферментную систему остеобластов, повышает минерализацию кости и уменьшает число остеокластов в зоне действия, т. е. угнетает процесс костной резорбции. Все это увеличивает скорость формирования кости.

Витамин D участвует в биосинтезе Са2+-связывающих белков, стимулирует всасывание калиция в кишечнике, повышает реабсорбцию кальция, фосфора, натрия, цитрата, аминокислот в почках. При недостатке витамина D эти процессы нарушаются. Прием в течение длительного времени избыточных количеств витамина D приводит к деминерализации костей и увеличению концентрации кальция в крови.

Кортикостероиды увеличивают синтез и секрецию паратгормона, усиливают деминерализацию кости; половые гормоны ускоряют созревание и сокращают период роста кости; тироксин усиливает рост и дифференцировку ткани.

Действие витамина С на метаболизм костной ткани обусловлено, прежде всего, влиянием на процессе биосинтеза коллагена.

Аскорбиновая кислота является кофактором пролил- и лизилгидроксилаз и необходима для осуществления реакции гидроксилирования пролина и лизина.

Недостаток витамина С приводит также к изменениям в синтезе гликозаминогликанов: содержание гиалуроновой кислоты в костной ткани увеличивается в несколько раз, тогда как биосинтез хондроитинсульфатов замедляется.

При недостатке витамина А происходит изменение формы костей, нарушение минерализации, задержка роста. Считают, что данный факт обусловлен нарушением синтеза хондроитинсульфата. Высокие дозы витамина А приводят к избыточной резорбции кости.

При недостатке витаминов группы В рост кости замедляется, что связано с нарушением белкового и энергетического обмена.

Особенности зубной ткани

Основную часть зуба составляет дентин. Выступающая из десны часть зуба, коронка, покрыта эмалью, а корень зуба покрыт зубным цементом. Цемент, дентин и эмаль построены подобно костной ткани. Белковый матрикс этих тканей состоит главным образом из коллагенов и протеогликанов.

органических компонентов в цементе – около 13%, в дентине – 20%, в эмали – всего 1-2%. Высокое содержание минеральных веществ (эмаль – 95%, дентин – 70%, цемент – 50%) определяет высокую твердость зубной ткани. Наиболее важным минеральным компонентом является гидроксиапатит [Са3РО4)2]3 • Са(ОН)2.

Содержатся также карбонатный апатит, хлорапатит и стронцевый апатит.

Эмаль, покрывающая зуб, полупроницаема. Она участвует в обмене ионами и молекулами со слюной. На проницаемость эмали влияют рН слюны, а также ряд химических факторов.

В кислой среде ткань зуба подвергается атаке и утрачивает твердость. Такое распространенное заболевание, как кариес, вызывается микроорганизмами, живущими на поверхности зубов и выделяющими в качестве продукта анаэробного гликолиза органические кислоты, вымывающие из эмали ионы Са2+.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные органические компоненты костной ткани.

2. Какие неорганические соединения входят в состав костной ткани?

3. В чем различие биохимических процессов, протекающих в остеокластах и остеобластах?

4. Опишите процесс формирования кости.

5. Какие факторы влияют на формирование костной ткани и ее метаболизм?

6. Какие вещества могут быть биохимическими маркерами процессов, протекающих в костной ткани?

7. Каковы особенности биохимического состава зубной ткани?

Литература

1. Березов, Т.Т. Биологическая химия. / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. – М.: ОАО «Издательство «Медицина»», 2007. – 704 с.

2. Биохимия. / Под ред. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. –
768 с.

3. Биологическая химия с упражнениями и задачами. / Под ред. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. – 624 с.

4. Зубаиров, Д.М. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. / Д.М. Зубаиров, В.Н. Тимербаев, В.С. Давыдов. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. – 392 с.

5. Шведова, В.Н. Биохимия. /В.Н. Шведова. – М.: Юрайт, 2014. – 640 с.

6. Николаев, А.Я. Биологическая химия. / А.Я. Николаев. – М.: Медицинское информационное агентство, 2004. – 566 с.

7. Кушманова, О.Б. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. / О.Б. Кушманова, Г.И. Ивченко. – М. – 1983.

8. Ленинджер, А. Основы биохимии / А. Ленинджер. – М., «Мир». – 1985.

9. Марри, Р. Биохимия человека. / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл. – Т. 1. – М.: Мир, 1993. – 384 с.

10. Марри, Р. Биохимия человека. / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл. – Т. 2. – М.: Мир, 1993. – 415 с.

Источник: //cyberpedia.su/8xd5ed.html

Объясните, почему радионуклид Sr90

Образование неорганического вещества костной ткани

Гетерогенные процессы

1. Константы растворимости Ks (Ag2SO4)=1,8 .10 -5

и Ks (CaSO4)=2,4. 10-5

Ag2SO4 2Ag+ (р-р)+ SO42-(р-р)

s 2s s

Ks(Ag2SO4)=(C2Ag+)*(CSO42)=

(2s) 2*s=4s3=s=3√1.8*10-5:4

S(Ag2SO4)= 0.01651моль/л

CaSO4Ca2+(р-р)+ SO42-(р-р)

S s s

Ks=C(Ca2+)C(SO42-)=S*S=S2=S=√Ks

S(CaSO4)= √Ks=√2.4*105

S(CaSO4)=0.005моль/л

S(Ag2SO4)>S(CaSO4)

Условия образования и растворения осадков

Процесс образования осадка можно расчленить

на три основные стадии:

1) возникновение зародышей кристаллизации;

2) рост кристаллов из зародышей;

3) агрегация кристаллов с образованием

поликристаллического осадка.

Эти стадии протекают с разной скоростью.

Растворение осадка или сдвиг равновесия вправо

может быть осуществлен с помощью любого метода у

меньшения концентрации свободных ионов An+ или Bm–:

1) связыванием этих ионов в другой менее растворимый осадок,

2) связыванием ионов металла в комплекс,

3) связыванием аниона в малодиссоциированную кислоту,

4) окислением или восстановлением катиона или аниона.

В какой последовательности будут осаждаться

Малорастворимые электролиты AgCI, AgBr, AgI,

Ks(AgCl)>Ks(AgBr)>Ks(AgJ)Следовательно, осадок AgJ менее

растворим, на его образование идет меньше концентрации ионов

серебра и этот осадок выпадает первым.Наиболее, осадок AgCl

растворимый, выпадает последним.

4,. Реакции, лежащие в основе образования

Неорганического вещества костной ткани.

Стадией лимитирующей скорость гетерогенного процесса

является самая медленная реакция образования центра кристаллизации

Регуляция образования костной ткани с помощью витаминов,

Гормонов и рН среды.

Основным минеральным компонентом костной ткани

является гидроксифосфат кальция Ca5(PO4)3OH.

Часть ионов Ca2+ замещена ионами Mg2+, а очень

незначительная часть ионов OH– замещена ионами фтора,

которые повышают прочность кости.

Клетки костной ткани могут легко ускорять либо отложение

либо растворение минеральных компонентов при локальных

изменениях рН, концентрации ионов Са2+ или и

комплексообразующих соединений. Так, при увеличении

концентрации ионов Са2+ в плазме крови наблюдается сдвиг

равновесия, приводящий к отложению кальция в костной ткани.

Наоборот, снижение концентрации ионов Са2+ в плазме крови

также вызывает сдвиг равновесия, но сопровождающийся уже

растворением минеральных компонентов костной ткани.

Явление изоморфизма

Изоморфизм-замещение ионов в узлах

крист.решетки другими ионаит, имеющих сходные

кристалло-химические характеристики.

Положительный- замещение гидроксидионов

на фторид-ионы Ca5(PO4)F.

отрицательный- вызывает патологии:

-Бериливый рахит (Ве-замещение),

-Лейкоз (Sr 90), -стронцивый рахит Sr+2,

Sr5(PO4)3OH.

Реакции, лежащие в основе

Образования конкрементов

CaC2O4-оксалат

Ca3(PO4)2-урат кальция.

При повышении концентрации

мочевой кислоты

CaCO3-карбонат кальция.

Основой для уратов является

мочевая кислота и ее соли.

Какой метод объемного анализа называют

Методом осаждения?

Осаждения методы — объемные (титриметрические)

методы количественного анализа,

основанные на использовании химических

реакций осаждения, т. е. таких химических

процессов, протекающих в растворах,

при которых одно из образующихся веществ

выпадает в осадок.

Аргентометрический титриметрический метод

анализа основан на применении в качестве

осадителя: Аg+ + Наl- ↔ АgНаl↓

При выборе индикатора выбирают такой ион,

который образует окрашенное соединение с

ионом серебра в пределах скачка титрования,

то есть при рАg = 4…6 ед. наиболее пригодным

оказывается K2CrО4, т. к. Ks = 2,1 * 10 -12 и

анион CrO42- образуют окрашенный осадок

с ионами серебра при концентрации последних,

отвечающих значениям в пределах скачка

на кривой титрования.

Объясните, почему радионуклид Sr90

Стронций – остеотроп, элемент накапливающийся

в определенных тканях организмов живых существ.

Накопление стронция в организме человека

происходит в скелете. Химические свойства стронция

сходны со свойствами кальция, являющегося главным

строительным элементом скелетов всех живых

организмов. В мышечных тканях этого элемента

накапливается всего 1%, все остальное

количество – в костных тканях. Участвует

в формировании костной ткани.

Радиоактивный стронций негативно сказывается

на растущей костной ткани, облучая ее и приводя

к болезням суставов и их деформации, что также

сопровождается задержкой в росте ребенка.

Такое заболевание называется стронциевым рахитом.

Повышенное содержание бериллия в пище

способствует образованию фосфата бериллия.

Систематически “забирая” фосфаты у важнейшей

части костей, – фосфата кальция, бериллий,

тем самым, ослабляет костную ткань и способствует

ее разрушению. Экспериментально известно,

что введение этого элемента животным

вызывает “бериллиевый” рахит. Доказано,

что даже небольшое количество бериллия

в составе костей приводит к их размягчению (бериллиоз).

Источник: //poisk-ru.ru/s4713t3.html

Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии

Образование неорганического вещества костной ткани

Дляпроведения коррекции кислотно-основногосостояния необходимо выявить, какоезвено в его регулировке нарушено. Дляэтого необходимо определить значениярН биологических жидкостей и содержаниебуферных оснований.

Воснове фармакологических действийлежит реакция нейтрализации.

Например,в качестве экстренной меры при ацидозеприменяется внутривенное вливаниераствора гидрокарбоната натрия 4,5%, а вострых случаях – 8,4%. Второе эффективноесредство – трисамин 3,66%, который связываетизбыточные протоны. Он эффективен толькопри внутривенном введении. Также вкачестве средства, коррегирующегоацидоз, используют лактат натрия 11%раствор.

Дляустранения явления алкалоза в некоторыхслучаях используют раствор аскорбиновойкислоты 5%. В гастроэнтерологии применяютсредства, нормализующие секреторнуюфункцию желудка. При пониженнойкислотности желудочного сока назначаютразбавленную соляную кислоту, приповышенной кислотности – различныеантацидные препараты: оксид магния,основной карбонат магния, карбонаткальция, гидрокарбонат натрия

38.Гетерогенные реакции в растворахэлектролитов. Константа растворимости.Конкуренция за катион или анион:изолированное и совмещенное гетерогенныеравновесия в растворах электролитов.Общая константа совмещенного гетерогенногоравновесия. Условия образования ирастворения осадков

Многиебиологические процессы связаны срастворением или образованиеммалорастворимых ионных соединений,преимущественно солей. Формированиенеорганического вещества костной ткани,образование почечных камней, регуляцияконцентрации ионов кальция в плазме имногие другие процессы объясняютсятеорией гетерогенных равновесий врастворах электролитов.

  *ПроизведениерастворимостиПроизведениерастворимости (ПР, Ksp) — произведениеконцентраций ионов малорастворимогоэлектролита в его насыщенном растворепри постоянных температуре и давлении.Произведение растворимости — величинапостоянная.

Припостоянной температуре в насыщенныхводных растворах малорастворимыхэлектролитов устанавливается равновесиемежду твердым веществом и ионами,образующими это вещество. Например, вслучае для AgCl это равновесие можнозаписать в виде:AgClAg++Cl-Константаэтого равновесия рассчитывается поуравнению: Кs(AgCl)=[Ag+]•[Cl-]/[AgCl]*Конкуренцияза катион или анион.

1)изолированное гетерогенное равновесие– образование в системе одногомалорастворимого электролита: В раствореприсутствуют в равных концентрацияхионы натрия Na+ и серебра Ag+. При введениихлорид-ионов Cl- образуется хлоридсеребра. В реальных системах встречаетсяредко.

 2)совмещенное гетерогенное равновесие– образование в системе несколькихмало растворимых электролитов, в первуюочередь образуется менее растворимоесоединение (с меньшим значением KS), затемболее растворимое (с бóльшим значениемKS). Происходит дробное осаждение.

39.Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция. Механизм функционирования кальций-фосфатного буфера

КоллоидныйCaHPO4, окруженный белками и гидратной оболочкой, вместе с током крови направляется всторону костной ткани , где в остеобластахпроисходит конечный этап образованиякостной ткани -минерализация .Способствующие факторы ph=8, повышенная концентрация фосфат-ионов, образующихся при гидролизе сложныхэфиров фосфорной кислоты , углеводов ,аморфного фосфата кальция .

Формированиекостной ткани – результат протеканияпроцессов осаждения-минерализациии растворения – деминерализации.

Около 30%костной ткани составляют органическиесоединения, в основном коллагеновыеволокна, 70 % – неорганические вещества(дентинсодержит около 75% неорганическоговещества и имеет очень большую плотность).

Основным минеральным компонентомкостной и зубной ткани является основнаясоль- гидроксифосфат кальция Ca5(PO4)3OH (точнее Ca10(PO4)6(OH)2- гидроксиапатит).

Образованиекостной ткани начинается с плазмы кровии включает несколько стадий: Прифизиологическом значении рН крови (7,4)в системе сосуществуют ионы (30%) и.(70%).

Однако,в первую очередь в присутствии ионовCa2+образуется менее растворимый CaHPO4(конкуренцияанионов за катион):

1-ясадия: Ca2++ CaHPO4 (СаНPO4)= 2,7×10–7

Ca(Н2PO4)2=1×10–3

КоллоидныйCaHPO4,окруженный белками и гидратной оболочкой, вместе с током крови направляется всторону костной ткани, где в остеобластах происходитконечный этап образования костной ткани- минерализация. Способствующие факторы:рН=8, повышенная концентрация фосфат-ионов, образующихся при гидролизесложных эфиров фосфорной кислоты,углеводов, аморфного фосфата кальция.

2-ястадия: 3CaHPO4+ 2OH+ Ca2+Ca4Н(PO4)3+ 2H2O

Са3(РО4)2×СаНРО4

3-ястадия: Ca4H(PO4)3+ 2OH+ Ca2+Ca5(PO4)3ОН+ Н2О

Растворимостьэлектролитов в ряду

CaHPO4®Ca4H(PO4)3®Ca5(PO4)3OH

постояннопонижается, что способствует образованиютермодинамически устойчивой в условияхорганизма формы фосфата кальция:

Са3(РО4)2= 2×10–29, Са5(РО4)3ОН= 1,6×10–58

Вповерхностных слоях кости содержится небольшое количество аморфного Са3(РО4)2,который придает гибкость костной ткании является лабильным резервом кальцияи фосфатов в организме. По мере взросленияи старения организма его содержаниеуменьшается.

Костнаяткань выполняет роль своеобразногоминерального депо. содержащего катионыпрактически всех металлов, присутствующихв организме.

Частьионов Ca2+в костной ткани замещена ионами Mg2+.Незначительная часть ионов OH–замещена ионами фтора.

Это приводит куплотнению кристаллической решетки, аследовательно, к увеличению твердостии повышению устойчивости соединения кдействию кислот ( фторид-ион – менеесильное основание Бренстеда по сравнениюс гидроксид-ионом).

Явление замещения ионов в узлах кристаллическойрешетки другими ионами, имеющими сходныекристаллохимические характеристики,называется изоморфизмом.

Такимобразом, помимо гидроксиапатита в составкостной ткани входят и другие неорганическиеминералы:

CaНPO4 2H2O-гидрофосфат кальция (брушит)

Ca5(PO4)3F-фторапатит (в составе зубной эмали)

Ca10(PO4)6СO3–карбонапатит

Ca8H2(PO4)6∙5H2O-октакальция фосфат

Mg10(PO4)6(OH)2

Ca3(PO4)2–аморфный фосфат кальция

.Механизмфункционирования кальций-фосфатногобуфера.

Встоматологической практике как компонентбиокерамики и в качестве имплантатакостной ткани используют поликристаллическийсинтетический гидроксиаппатит, благодаряего уникальной биосовместимостичрезвычайно низкой растворимости .

Обменионами кальция в организме составляетдо 800мг/сут . Концентрация ионов кальцияв плазме крови постоянна и составляет0,0025М, а фосфатов – 0,001М. Только половинакальция находится в ионизированномсостоянии, другая половина связана сбелками плазмы.

Поддержание концентрацииионов кальция на постоянном уровнеобеспечивает костная ткань и плазмакрови; эту систему можно рассматриватькак кальциевый буфер.

Плазмакрови представляет собой почти насыщенныйраствор гидрофосфата кальция (CaHPO4),находящийся в динамическом равновесиис неорганическими составными частямикостной ткани, поэтому костная тканьне растворяется. Полная перестройкакостной ткани происходит каждые 10 лет.

Приувеличении концентрации ионов Са2+ в плазме крови согласно принципу Ле-Шателье наблюдается сдвиг равновесия,приводящий к отложению кальция в костнойткани.

Наоборот, снижение концентрацииионов Са2+ в плазме крови приводит к смещениюравновесия в сторону растворенияминеральных компонентов костной ткани,ее обызвествлению.

Например, при рахитеиз-занедостаточности всасывания ионов Са2+ из желудочно-кишечного тракта, прибеременности концентрация ионов Са2+ в плазме крови поддерживается постояннойза счет мобилизации (высвобождения)ионов Са2+ из неорганических компонентов костей.

Растворение костной ткани происходитв специальных клетках- остеокластах,чему способствуют: уменьшение рН,увеличение концентрации лактатов,цитратов, белков, комплексно связывающихионы кальция, отсутствие в пище витаминаД, . являющегося проводником кальция всоставе растворимого комплекса черезстенки кишечника в плазму.

40.Явлениеизоморфизма: замещение в гидроксидфосфатекальция гидроксид-ионов на ионы фтора,ионов кальция на ионы стронция.Остеотропность металлов. Реакции,лежащие в основе образования конкрементов:уратов, оксалатов, карбонатов. Применениехлорида кальция и сульфата магния вкачестве антидотов.

Изоморфизм-явлениевозникшее в результате замещения частицодного компонента в узлах кристаллическойрешетки частицами другого компонента.

Оксалаты:CaC2O4+2HCL=CaCL2+H2C2O4 реагирует с сильными кислотами .

Кальцинозсосудов -отложение карбоната кальцияна стенках сосудов . Ca+CO3=CaCO3

Ворганизме человека помимо фосфатов ,ионы Са могут образовываться и другиемалорастворимые соединения -патологическиекокременты . Локально повышениеконцентраций некоторых ионов можетнаблюдаться при различных нарушенияхобмена веществ .

Мочекаменнаяболезнь .

  1. Образование уратов кальция (солей мочевой кислоты ) при рн 7Ca+PO4=Ca3(PO4)2

Увеличениеконцентрации ионов лития приводит куменьшению концентрации ионов натрия,что необходимо для поддержания значенийионной силы плазмы и осмотическогодавления. Уменьшение концентрации ионовна­трия приводит к частичномурастворению уратов натрия (соответственноприн­ципу Ле Шателье).

Дляформирования костной ткани необходимыстрогая ориентация коллагеновых волокон,гормональная регуляция, ряд другихфакторов.

Клетки костной ткани вследствиелокальных изменений рН, концентрацииионов кальция и фосфатов, активностиферментов могут легко ускорять процессыминерализации или деминерализации,проходящей уже в остеокластах.

Растворениекостной ткани происходит из-за повышениякислотности среды. Вначале отдаютсякатионы кальция, а затем происходитполный распад. Костную ткань можнорассматривать как кальциевый буфер.

Регуляторамиданного обмена кальцием и фосфатами ворганизме являются: витамин D(процессвсасывания ионов кальция и фосфатов изкишечника), гормоны паратирин, кальцитонин(подавляет активностьостеокластов и ингибирует освобождениеионов Ca2+ из костной ткани), йодсодержащиегормоны щитовидной железы – тироксин(Т4) и трийодтиронин (Т3) обеспечиваютоптимальный рост костной ткани,лактоферрин выполняет роль факторароста кости и её здоровья. Благодаря имподдерживается постоянная концентрацияэтих ионов в сыворотке крови, межклеточнойжидкости и тканях.

Источник: //studfile.net/preview/5874028/page:13/

Лечение Костей
Добавить комментарий