Органических веществ в костной ткани

Конспект урока по теме:

Органических веществ в костной ткани

Цели урока:

  1. Продолжить формирование знаний учащихся об основных функциях и особенностях опорно–двигательного аппарата.
  2. Изучить строение и химический состав костей.
  3. Продолжить формирование умений учащихся анализировать факты, находить причинно–следственные связи, делать выводы.
  4. Показать зависимость развития и функционирования систем органов от образа жизни человека.

ОБОРУДОВАНИЕ

: Плакаты “Скелет человека”, “Строение кости”, “Строение куриного яйца”; лабораторное оборудование.

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ.

Учитель:

Прежде, чем приступить к изучению нового учебного материала, давайте вспомним то, о чем мы говорили на предыдущих уроках.

Какую систему органов мы изучаем?

Предполагаемый ответ:

Опорно–двигательную.

Учитель: На прошлом уроке мы говорили об опорной части этой системы, т.е. о скелете. Вспомните, какие функции выполняет скелет.

П.О.

На кости скелета опираются мышцы, кости защищают внутренние органы от внешних механических воздействий.

Учитель: Что же позволяет скелету выполнять опорную и защитную функции?

Ответу на этот вопрос мы и посвятим сегодняшний урок.

Как вы думаете, какое свойство позволяет кости быть опорой и защитой?

П.О.

Ее прочность.

Слово записывается на доске.

Учитель: Как вы понимаете значение прилагательного “прочный”?

П.О. Твердый, упругий, эластичный.

Учитель: Итак, для того, чтобы выполнять опорную и защитную функции, костная ткань должна быть твердой и эластичной (т.е. прочной). А от чего, по вашему мнению, зависит прочность костной ткани?

П.О.

От ее состава.

Учитель: Верно. Сегодня на уроке мы поговорим о химическом составе кости и ее строении. Т.е. именно о тех факторах, которые и делают кость прочной.

Запись темы урока на доске.

Учитель: Вещества, входящие в состав кости можно разделить на две группы: органические и неорганические.

По ходу рассказа составляется схема “Химический состав костей”. Учащиеся работают в тетради.

Учитель: Какие неорганические вещества могут входить в состав кости?

П.О.

Соли кальция, фосфора.

Учитель: Верно. Причем соли эти должны быть нерастворимы. Почему?

П.О.

Только в случае нерастворимости солей, входящих в ее состав, кость будет прочной.

Учитель:

Какие же именно свойства должны сообщать костной ткани неорганические вещества – твердость или эластичность?

П.О.

Твердость.

Учитель: Какие органические вещества могут входить в состав костной ткани?

П.О.

Белки, жиры, углеводы.

Учитель: Какие же свойства должны сообщать костной ткани органические соединения?

П.О.

Эластичность, упругость.

Учитель: Какие именно органические соединения – белки, жиры или углеводы придадут костной ткани эти качества?

П.О.

Белки.

Итак, мы выдвинули гипотезу: Кость состоит из неорганических и органических соединений. Неорганические соединения придают кости твердость, а органические – упругость и эластичность.

Для экономии времени имеет смысл записать на доске гипотезу заранее.

Учитель: Подумайте, как экспериментально можно проверить ваши предположения.

П.О.

Нужно попытаться удалить из кости неорганические соединения и пронаблюдать свойства кости. Затем из другой кости нужно удалить органические вещества и тoже обратить внимание на свойства кости, лишенной органических веществ.

Учитель: Каким же образом удалить из кости неорганические вещества? Ведь мы отметили, что эти вещества должны быть нерастворимыми в воде?

П.О.

Но они могут быть растворимыми в кислоте.

Учитель:

Верно. Группа моих помощников два дня назад заложила опыт. Его суть, а также результаты они вам сейчас представят.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ УРОКА.

Ученик:

Два дня назад мы поместили куриную кость в 10% раствор соляной кислоты. Именно куриную кость, т.к. она мельче, чем, например, коровья и на растворение солей, входящих в ее состав, потребуется меньше и кислоты и времени.

Кислоты влияют не только на неорганические, но и на органические соединения, поэтому мы выбрали соляную кислоту, как кислоту более мягкого действия. Чтобы ее воздействие на органические вещества костной ткани было минимальным.

Итак, мы извлекаем кость из стакана с 10% раствором соляной кислоты, удаляем остатки кислоты фильтровальной бумагой, и проверяем свойства кости. Она способна гнуться во все стороны.

К какому же выводу подводят нас результаты эксперимента?

П.О.

Органические вещества сообщают кости упругость и эластичность.

Учитель:

Теперь давайте решим проблему, как удалить из кости органические вещества.

П.О.

Их можно сжечь.

Учитель:

Верно, органика прекрасно горит. Когда мы изучали химический состав растительного организма, то говорили, что остатки растений (опавшие листья, сухие ветки, стебли и пр.) отлично горят. На месте костра всегда остается зола – это минеральные соли (т.е. неорганические вещества), а все органические вещества сгорают. Сейчас мои помощники хорошенько прокалят куриную кость на огне, до такой степени, чтобы все органические вещества сгорели.

Ученик:

Мы закрепляем кость в зажиме, зажигаем спиртовку и держим кость в самом горячем участке пламени. О том, что горение происходит можно судить по сильному резкому запаху. Обычно, почувствовав такой запах, мы говорим: “Паленым пахнет”.

Наконец, кость обуглилась. Обугливание – верный признак того, что органические вещества сгорели.

Учитель:

Исследуйте свойства прокаленной кости.

Ученик:

Она твердая, но хрупкая. Крошится в руках.

Таким образом, мы подтвердили свое предположение о том, что органические вещества (белки) придают кости упругость, а неорганические (нерастворимые соли кальция и магния) придают кости твердость. Сочетание же твердости и эластичности сообщает кости прочность. Кости выдерживают растяжение почти так же как чугун, а по сопротивлению на сжатие они вдвое превосходят гранит.

Учитель:

Мы с вами очень часто говорим о том, что человек, постигая законы и принципы природы, берет их себе на вооружение, использует в технике, медицине и других отраслях хозяйства. Попробуйте привести примеры использования человеком сочетания твердости и эластичности для достижения прочности.

П.О.

Железобетон – твердость щебня и арматуры, эластичность цемента.

Автомобильные покрышки – твердость арматуры и эластичность резины.

Учитель:

Теперь мы знаем, что сочетание твердости и упругости сообщает какому–либо объекту прочность. Можем ли мы с вами, обладая только этим знанием, изготовить качественный железобетон?

П.О.

Нет. Необходимо еще знать пропорции органических и неорганических веществ. Потому что, если в костях будет больше неорганических веществ, то они будут твердыми, но хрупкими. А если будет избыток органических веществ, то гости будут слишком гибкими.

Учитель:

Верно. Природа, создавая костный скелет, нашла золотую середину (3:1). Поэтому кости человека и его родственников достаточно прочны, чтобы выполнять возложенные на них функции.

А теперь, используя знания, полученные на уроках биологии, свой жизненный опыт, попробуйте ответить на следующий вопрос: состав костной ткани человека постоянный в течение всей его жизни, или он изменяется? И если изменяется, то каким образом?

П.О.

У детей в костях содержится больше органических веществ. Их кости более упругие и эластичные. С возрастом в костях увеличивается содержание солей. В старости кости становятся хрупкими, из–за того, что в них содержание неорганических солей значительно превышает содержание эластичного компонента.

Учитель:

Правильно. Самыми эластичными косточками обладают грудные дети. Зачем? Зачем природа сделала так, что новорожденные дети, при всей своей беззащитности, еще и косточки имеют самые гибкие, нетвердые?

П.О.

Органы, которые находятся под защитой скелета, растут иногда значительно быстрее, чем сам скелет. Например, головной мозг. Если бы кости черепа не были эластичными, то у головного мозга не было бы возможности расти.

Учитель:

Как вы думаете, почему врачи не рекомендуют мамам слишком рано ставить на ноги грудных детей?

П.О.

Косточки у них слишком гибкие и под тяжестью тела они могут деформироваться.

Учитель:

А почему, скажем в три месяца, ребенка на ножки ставить нельзя, в шесть – уже можно? Что может измениться за три месяца?

П.О.

В костях ребенка увеличится содержание неорганических веществ, и они станут более твердыми.

Учитель:

А откуда возьмутся эти соли?

П.О.

Они поступят в организм с пищей.

Учитель:

Верно. Не случайно, мамам, кормящим своих детей грудным молоком, врачи советуют употреблять в пищу продукты богатые кальцием, например, творог. И детям с 4–х месяцев в рацион добавляют творог, молочно – кислые продукты. Вывод о том, что состав костей находится в тесной зависимости от состава пищи, сделал еще великий русский анатом Лесгафт. В материнском молоке сбалансировано содержание белков и минеральных солей, витаминов. Если этот баланс нарушен, то кости детей становятся мягкими, деформируются, ломаются. Все эти признаки отмечаются при заболевании, которое называется рахит. В их основе лежит недостаток минеральных солей в костях. Соли не усваиваются из–за недостатка витамина D и солнечного света.

Исходя из услышанного сообщения, какие бы вы дали рекомендации относительно диеты в разные периоды жизни ребенка?

П.О.

Грудных детей лучше всего кормить натуральным материнским молоком, в котором содержание минеральных солей и белков сбалансировано. В рацион растущего организма обязательно должна входить белковая пища – молоко, мясо, а так же пища богатая минеральными солями (растительная, морепродукты) и витамин D.

Учитель:

Итак, для прочности скелета большое значение имеет соотношение органических и неорганических веществ, образующих костную ткань. Но, подумайте, можно ли утверждать, что прочность кости зависит только от ее химического состава? Или необходимо учитывать еще какие–то факторы?

П.О.

Не меньшее значение для обеспечения прочности костей имеет строение костной ткани.

Учитель: Как и всякая другая, костная ткань состоит из клеток и межклеточного вещества. Клетки, образующие костную ткань, имеют отростки, с помощью которых они крепко–накрепко соединяются друг с другом. Межклеточное вещество образовано органическими и неорганическими соединениями, о которых мы уже говорили.

У каждой кости выделяют плотное и губчатое вещество. Их количественное соотношение и распределение зависит от места кости в скелете и от ее функции.

Плотное (компактное) вещество особенно хорошо развито в тех костях и их частях, которые выполняют функции опоры и движения. Например, из компактного вещества построено тело длинных трубчатых костей. Костные пластинки имеют цилиндрическую форму и как бы вставлены одна в другую. Такое трубчатое строение компактного вещества придает костям большую прочность и легкость.

Губчатое вещество образовано множеством костных пластинок, которые располагаются по направлениям максимальной нагрузки. Им образованы эпифизные утолщения длинных трубчатых костей, а также короткие плоские кости. Между пластинками располагается красный костный мозг, являющийся органом кроветворения – в нем образуются клетки крови.

Полости длинных трубчатых костей взрослых людей заполнены желтым костным мозгом, в котором содержатся жировые клетки. В течение жизни человека соотношение плотного и губчатого вещества кости меняется. Эти изменения зависят от образа жизни, который ведет человек, от его питания, состояния здоровья.

Лесгафт и его ученики собрали огромное количество фактов, подтверждающих это утверждение. Исследуя, например, труп человека с последствиями паралича, перенесенного в детстве, Лесгафт обнаружил, что толщина слоя плотного вещества бедренной кости парализованной ноги составляла 4 мм, а здоровой – 7,5 мм.

Количество плотного вещества у спортсменов значительно выше, чем у людей, ведущих сидячий образ жизни.

Как вы думаете, костная ткань – живая или нет?

П.О.

Живая, потому что кость растет.

Учитель:

Кости могут расти в длину и толщину. В длину они растут за счет деления клеток хряща, расположенных на ее концах. Рост костей в толщину обеспечивает надкостница – тонкий слой плотной соединительной ткани, сросшийся с костью. В надкостнице проходят сосуды и нервы. Они принимает участие в питании кости и образовании новой костной ткани.

Все, что я только что рассказала, касается молодых людей, у которых еще происходит рост организма. А у взрослых людей? Они–то ведь уже не растут. Значит их костная ткань уже мертвая?

П.О.

Но переломы у них зарастают.

Учитель: Верно. Зарастание переломов также осуществляет надкостница. Кроме того, костная ткань постоянно разрушается специальными клетками и образуется вновь. Это процесс происходит в течение всей жизни человека. С помощью меченых атомов ученые установили, что в течение года у человека дважды происходит замена вещества кости.

Итак, кость – сложный живой орган, и для его жизни необходимы определенные условия питания, движения. Если эти условия соблюдать, то наши кости будут достаточно твердыми, упругими и эластичными, т.е. достаточно прочными и смогут выполнять возложенные на них функции – опорную и защитную.

Учитель:

Согласны с таким выводом урока?

Тогда еще один вопрос. Большая берцовая кость в вертикальном положении может выдержать груз массой 1500 кг. Такова масса малолитражного автомобиля. Почему же тогда, если человек попадает в автомобильную катастрофу, такая прочная кость все же ломается?

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА.

13.01.2004

Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/104558/

Органические вещества кости

Органических веществ в костной ткани

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Биологическая роль белковой матрицы минерализованных тканей полностью еще не выяснена, но твердо установлено, что:

· у всех млекопитающих минерализация осуществляется только на белковой матрице;

· кроме структурной, белки выполняют регуляторные функции:

· стимулируют митозы предшественников клеток твердых тканей и являются митогенами;

· воздействуют на дифференцировку и созревание клеток: такие вещества называются морфогены;

· осуществляют межклеточные взаимодействия, прикрепление клеток к межклеточному матриксу, взаимосвязь органической основы с минеральными компонентами – адгезины;

· вызывают направленное движение клеток (хемотаксис) – хемоаттрактанты

Органическое вещество костей состоит примерно на 90%-95% из коллагена I типа, от 3% до 8% массы приходятся на неколлагеновые белки кости и фосфолипиды, 1% составляют кислые и нейтральные гликозаминогликаны, которые в качестве скрепляющей субстанции располагаются между ГАП.

Хондроитинсульфат играет центральную роль в обмене веществ костей. Он образует с белками основное вещество костей и имеет большое значение в обмене кальция. Костная ткань обнаруживает относительно большое количество цитрата (1%). Снабжение костной ткани осуществляется кровеносной системой.

Доставка веществ происходит по гаверсовым каналам и лакунам.

Прочностные свойства костной ткани определяются совокупностью трех компонентов: коллаген – прочность, протеогликаны – эластичность, кристаллы гидроксиапатитов – жесткость.

Таким образом, кость (а также дентин и цемент) организована на подобие железобетона: коллаген и протеогликаны выполняют роль арматуры, а ГАП роль бетона. Действительно, по ряду характеристик (устойчивость к разрыву, модуль упругости и др.

) кость сопоставима с железобетоном или даже превосходит его.

Белки

Коллаген составляет приблизительно 90% органического матрикса кости. Коллагеновый состав кости в определенной степени необычен тем, что фактически представлен только коллагеном I типа (КЛ1), хотя следы других типов коллагена, таких как V, XI и XII, все же определяются.

На самом деле не исключено, что эти типы коллагена принадлежат другим тканям, которые хотя и находятся в костной ткани, но не входят в состав костного матрикса.

Например, V тип коллагена, обычно обнаруживаемый в сосудах, которые пронизывают кость, невозможно обнаружить до того, как будет осуществлена экстракция белков. Тип XI находится в хрящевой ткани и может соответствовать остаткам кальцифицированного хряща.

Источником коллагена XII типа на самом деле могут быть “заготовки” коллагеновых фибрилл. В костной ткани коллаген I типа имеет ряд особенностей: в нем меньше поперечных связей, чем в других видах соединительной ткани, и эти связи формируются посредством аллизина.

Еще одним возможным отличием является то, что М-терминальный пропептид коллагена I типа фосфорилирован, а также то, что этот пептид сохраняется (по крайней мере, частично) в минерализованном матриксе. Такая посттрансляционная модификация проколлагена, в других видах соединительной ткани пока не выявлена.

Коллаген I типа способен участвовать в минерализации, образуя комплексы с ГАП, только в составе костной ткани, дентина и цемента (в сухожилиях, коже – коллаген I типа не минерализуется). Эти различия в свойствах коллагена I типа разных тканей определяются наличием в минерализующихся тканях особых неколлагеновых регуляторных белков и ферментов.

В жидкости, заполняющей лакунарно-канальцевую систему, циркулируют ферменты, секретируемые остеобластами (щелочная фосфотаза, пирофосфатаза) и остекластами (кислая фосфатаза, карбангидраза, коллагеназа и другие лизосомальные ферменты).

Наиболее важные неколлагеновые белки (НКБ) костного матрикса синтезируются остеобластами и остеоцитами, являются гликопротеидами или гликофосфопротеидами и выполняют роль регуляторов короткодистантного действия. Это – морфогенетические белки кости (МБК), фактор роста скелета (ФРС), костноэкстрагируемые факторы роста (КЭФР), остеонектин (ОСН), остеокальцин (ОК) и остеопонтин (ОП).

а)Остеонектин (ОСН) – гликопротеин, богатый аминокислотами: ГЛУ, АСП, АРГ, радикалы которых пространственно сближены. ОСН — адгезин, связывающий (через углеводный компонент) КЛ1 и ГАП.

ГАП фиксируется ионными связями через Са2+ с радикалами АСП и ГЛУ и ионными (по некоторым данным фосфамидными) связями через Р043- с радикалами АРГ. Таким образом, ОСН образует центры кристаллизации. ОСН секретируется зрелыми остеобластами и функционально активными остеоцитами.

Поэтому по количеству ОСН в кости можно судить о степени дифференцировки костных клеток.

б)Остеокалъцин занимает второе место среди НКБ (10-20%), синтезируется в остеобластах и остеоцитах, располагается в этих же клетках, а также в межклеточном матриксе.

OK – низкомолекулярный кислый белок, состоящий из 49 аминокислот, среди которых 3 представлены g-карбоксиглутаминовой кислотой (g-ГЛУ). Образование радикалов γ-ГЛУ происходит во время посттрансляционной модификации проостеокальцина.

Реакцию катализирует витамин K1-зависимый фермент – глутамилкарбоксилаза, использующий витамин K1 в качестве кофактора и требующий для протекания реакции О2 и СО2.

В ходе реакции СО2 под действием фермента присоединяется к радикалу ГЛУ, в γ положении с образованием γ-ГЛУ. При этом витамин К1 (гидрохинон) окисляется в филлохинон-2,3-эпоксид, который в последующих реакциях восстанавливается в витамин К1 (гидрохинон) в два этапа.

Наличие дополнительной – СОО- группы в γ-ГЛУ обеспечивает ей способность активно связывать Са2+. Другие Ме2+ тоже способны связывать с ОК, но с разной степенью сродства (Ca2+ > Mg2+> Sr2+> Ba2+).

Таблица 2.3

Неколлагеновые белки костной ткани

Белок Мг Отличительные признаки
Гликопротеины
Остеонектин 43 000 – 46 000* 32 000** Гликозилированный, фосфорилированный протеин; множественная низкая аффинность к Са2
Щелочная фосфатаза S-S димер, 50 000 – 80 000* Связывание Са2+
BAG-75 75 000 Содержит 60% углеводов (7% – сиаловая кислота), 8% фосфатов
Белки, содержащие RGD
Тромбоспондин S-S тример, 150 000 Связывание Са2+ и гидроксиапатита, сайты связывания такие же, как у фибронектина; связывается с остеонектином; клеточная адгезия
Фибронектин S-S димер, 250 000 Сайты связывания с поверхностью клеток, фибрином, гепарином, бактериями, желатином, коллагеном, ДНК; начальное прикрепление клеток
Витронектин 70 000 Связывается со многими белками матрикса и сыворотки, ответственными за прикрепление клеток
Остеопонтин 45 000 – 75 000* 41 500** Содержит N- и О-связанные олигосахариды, фосфосерин и тирозин, участвует в прикреплении клеток
Костный сиалопротеин ~75 000* 33 500** Содержит 50% углеводов (12% – сиаловая кислота); у некоторых видов происходит сульфатирование тирозина; участвует в прикреплении клеток
Белки, содержащие γ-карбоксиглутаминовую кислоту
Gla-протеин матрикса 15 000 Одна внутримолекулярная связь S-S, 5 остатков gla
Остеокальцин 12 000 – 14 000* 5 800** Одна внутримолекулярная связь S-S, 3-5 остатков gla, связывание с гидроксиапатитом, зависимое от gla

Mr – относительная молекулярная масса.

S-S – дисульфидная связь.

Gla – гликозоамины

*Определено с помощью электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия.

**Для полипептида.

Связанный с Са2+ остеокальцин является фактором хемотаксиса для остеокластов. Предполагается что связывание Са2+ так изменяет конформацию ОК, что он становится способным взаимодействовать с фосфолипидами мембран клеток.

Следовательно, вызывать хемокинез всех подвижных клеток, попадающих в кость.

Эта гипотеза подтверждается тем, что ОК действительно «привлекает» не только остеокласты, но и их предшественники – моноциты, а так же другие макрофаги.

Блокирование реакции γ-карбоколлирования остеокальцина варфарином (антагонист витамина К) лишает этот белок биологических свойств.

Предполагаются две основные функции остеокальцина:

· Предохранение кости от избыточной минерализации.

· Запуск процессов ремоделирования кости по схеме: старый остеодит → секреция остеокальцина → хемотаксис остеокластов → резорбция → остеогенез → молодой остеоцит.

Концентрация остеокальцина в крови является показателем интенсивности метаболизма кости.

в)Костный сиалопротеин составляет »5% от всех НКБ кости, синтезируется в остеобластах, остеоцитах, остеокластах и представляет собой кислый гликопротеин с большим содержанием сиаловых кислот. КСП выполняет функции:

· гликопротеина, связывающего клетки с КЛ1;

· фактора резорбции матрикса кости.

г)Ocmeoпонтин – кислый гликопротеин, содержащий сиаловые кислоты; обнаружен в остеобластах и остеоцитах. Основная роль ОП – адгезия клеток кости с ГАП, которая опосредуется пентапептидом: ГЛУ-АРГ-ГЛИ-АСП-СЕР, локализованном в центре белковой молекулы.

ОП связан также с мембранными рецепторами остеокластов, регулирует их активность и, соответственно, процессы резорбции костной ткани.

Наряду с отмеченными свойствами ОП, установлено, что увеличение содержания м-РНК ОП сопровождается метастазированием опухолей костной ткани, что, как полагают, связано с изменением адгезивных свойств клеток под влиянием ОП и активацией процесса инвазии.

д)Морфогенетический белок кости (Gla-протеин матрикса) – олигомерный белок, выделяемый разрушающимися остеоцитами и содержащий 4 или 5 протомеров с молекулярной массой: 32, 24, 17,5, 14, 1,5-2,0 кДа. Протомер 17,5 кДа обладает морфогенетической активностью.

Это – кислый гликофосфопротеин, богатый СЕР и ГЛИ, содержащий 3 дисульфидные связи, восстановление которых вызывает его инактивацию.

Морфогенетический эффект протомера 17,5 кДа, называется остеоиндукцией, в физиологических условиях проявляется в его действии на перициты (клетки, локализованные вдоль сосудов), вызывающем их дифференцировку в скелетогенные клетки.

Остеоиндукция подтверждена экспериментально путем эктопического введения протомера 17,5 кДа в мышцы, переднюю камеру глаза, под капсулу почек. В месте введения через 7 дней возникает хрящ, который через 15 дней замещается костью, а спустя 40-60 дней формируется сферическая кость с костным мозгом внутри.

Действие протомера 17,5 кДа в значительной степени зависит от комплексирования с другими протомерами (32, 24, 14 кДа):

· комплекс 17,5 +32 кДа – биологически инертен;

· комплекс 17,5 + 24 кДа – биологически активен, гидрофобен, устойчив к действию протеиназ;

· комплекс 17,5+14 кДа – гидрофилен и действует на большем расстоянии, чем один протомер 17,5 кДа (радиус действия последнего ~ 400 нм).

Протомер 14 кДа содержит γ-ГЛУ. Гидрофильные свойства самого протомера 14 кДа, а также комплекса (17,5 +14 кДа ) связывают с наличием радикала γ-ГЛУ, содержащего 2 карбоксильные группы и, особенно, с присоединением к радикалу γ-ГЛУ Са2+.

Протомер-пептид, с М.м. 1,5-2,0 кДа, богатый ГЛИ, занимает особое положение: может входить в состав олигомерного белка – МБК, но возможно существуeт самостоятельно и называется ингибитором остеоиндукции (ИО).

е)Фактор роста скелета(ФРС) – термо- и рН-стабильный белок. Легко гидролизуется кислыми протеиназами. Оказывает двойное регуляторное влияние:

· митогенное – стимулирует деление скелетогенных клеток;

· морфогенное – вызывает дифференцировку скелетогенных клеток в остеогенные. Действие ФРС на клетки-мишени индукционное (клетка переходит в активное состояние после кратковременного контакта с белком).

ж)Костнотноэкстрагируемые факторы роста(КЭФР) два гликопротеина, взывают митогенный эффект у остеогенных клеток контактным способом (митозы продолжаются, пока КЭФР связан с мембраной).

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 1370. Нарушение авторских прав

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://studopedia.info/5-34722.html

Кость как орган ( строение кости )

Органических веществ в костной ткани

Оглавление темы “Общая остеология.”:

Кость, os, ossis, как орган живого организма состоит из нескольких тканей, главнейшей из которых является костная.

Химический состав кости и ее физические свойства

Костное вещество состоит из двоякого рода химических веществ: органических (1/3), главным образом оссеина, и неорганических (2/3), главным образом солей кальция, особенно фосфорнокислой извести (более половины – 51,04 %). Если кость подвергнуть действию раствора кислот (соляной, азотной и др.

), то соли извести растворяются (decalcinatio), а органическое вещество остается и сохраняет форму кости, будучи, однако, мягким и эластичным.

Если же кость подвергнуть обжиганию, то органическое вещество сгорает, а неорганическое остается, также сохраняя форму кости и ее твердость, но будучи при этом весьма хрупким. Следовательно, эластичность кости зависит от оссеина, а твердость ее – от минеральных солей.

Сочетание неорганических и органических веществ в живой кости и придает ей необычайные крепость и упругость. В этом убеждают и возрастные изменения кости. У маленьких детей, у которых оссеина сравнительно больше, кости отличаются большой гибкостью и потому редко ломаются.

Наоборот, в старости, когда соотношение органических и неорганических веществ изменяется в пользу последних, кости становятся менее эластичными и более хрупкими, вследствие чего переломы костей чаще всего наблюдаются у стариков.

Строение кости

Структурной единицей кости, видимой в лупу или при малом увеличении микроскопа, является остеон, т. е. система костных пластинок, концентрически расположенных вокруг центрального канала, содержащего сосуды и нервы.

Остеоны не прилегают друг к другу вплотную, а промежутки между ними заполнены интерстициальными костными пластинками. Остеоны располагаются не беспорядочно, а соответственно функциональной нагрузке на кость: в трубчатых костях параллельно длиннику кости, в губчатых – перпендикулярно вертикальной оси, в плоских костях черепа – параллельно поверхности кости и радиально.

Вместе с интерстициальными пластинками остеоны образуют основной средний слой костного вещества, покрытый изнутри (со стороны эндоста) внутренним слоем костных пластинок, а снаружи (со стороны периоста) – наружным слоем окружающих пластинок.

Последний пронизан кровеносными сосудами, идущими из надкостницы в костное вещество в особых прободающих каналах. Начало этих каналов видно на мацерирован-ной кости в виде многочисленных питательных отверстий (foramina nutricia). Проходящие в каналах кровеносные сосуды обеспечивают обмен веществ в кости.

Из остеонов состоят более крупные элементы кости, видимые уже невооруженным глазом на распиле или на рентгенограмме, – перекладины костного вещества, или трабекулы. Из этих трабекул складывается двоякого рода костное вещество: если трабекулы лежат плотно, то получается плотное компактное вещество, substantia compacta.

Если трабекулы лежат рыхло, образуя между собою костные ячейки наподобие губки, то получается губчатое, трабекулярное вещество, substantia spongiosa, trabecularis (spongia, греч. – губка).

Распределение компактного и губчатого вещества зависит от функциональных условий кости. Компактное вещество находится в тех костях и в тех частях их, которые выполняют преимущественно функцию опоры (стойки) и движения (рычаги), например в диафизах трубчатых костей.

В местах, где при большом объеме требуется сохранить легкость и вместе с тем прочность, образуется губчатое вещество, например в эпифизах трубчатых костей.

Перекладины губчатого вещества располагаются не беспорядочно, а закономерно, также соответственно функциональным условиям, в которых находится данная кость или ее часть.

Поскольку кости испытывают двойное действие – давление и тягу мышц, постольку костные перекладины располагаются по линиям сил сжатия и растяжения. Соответственно разному направлению этих сил различные кости или даже части их имеют разное строение.

В покровных костях свода черепа, выполняющих преимущественно функцию защиты, губчатое вещество имеет особый характер, отличающий его от остальных костей, несущих все 3 функции скелета.

Это губчатое вещество называется диплоэ, diploe (двойной), так как оно состоит из неправильной формы костных ячеек, расположенных между двумя костными пластинками – наружной, lamina externa, и внутренней, lamina interna. Последнюю называют также стекловидной, lamina vftrea, так как она ломается при повреждениях черепа легче, чем наружная.

Костные ячейки содержат костный мозг – орган кроветворения и биологической защиты организма. Он участвует также в питании, развитии и росте кости. В трубчатых костях костный мозг находится также в канале этих костей, называемом поэтому костномозговой полостью, cavitas medullaris.

Таким образом, все внутренние пространства кости заполняются костным мозгом, составляющим неотъемлемую часть кости как органа.

Костный мозг бывает двух родов: красный и желтый.

Красный костный мозг, medulla ossium rubra (детали строения см.

в курсе гистологии), имеет вид нежной красной массы, состоящей из ретикулярной ткани, в петлях которой находятся клеточные элементы, имеющие непосредственное отношение к кроветворению (стволовые клетки) и костеобразованию (костесозидатели – остеобласты и костеразруши-тели – остеокласты). Он пронизан нервами и кровеносными сосудами, питающими, кроме костного мозга, внутренние слои кости. Кровеносные сосуды и кровяные элементы и придают костному мозгу красный цвет.

Желтый костный мозг, medulla ossium flava, обязан своим цветом жировым клеткам, из которых он главным образом и состоит.

В периоде развития и роста организма, когда требуются большая кроветворная и костеобразующая функции, преобладает красный костный мозг (у плодов и новорожденных имеется только красный мозг). По мере роста ребенка красный мозг постепенно замещается желтым, который у взрослых полностью заполняет костномозговую полость трубчатых костей.

Снаружи кость, за исключением суставных поверхностей, покрыта надкостницей, periosteum (периост).

Надкостница – это тонкая, крепкая соединительнотканная пленка бледно-розового цвета, окружающая кость снаружи и прикрепленная к ней с помощью соединительнотканных пучков – прободающих волокон, проникающих в кость через особые канальцы.

Она состоит из двух слоев: наружного волокнистого (фиброзного) и внутреннего костеобразующего (остеогенного, или камбиального). Она богата нервами и сосудами, благодаря чему участвует в питании и росте кости в толщину.

Питание осуществляется за счет кровеносных сосудов, проникающих в большом числе из надкостницы в наружное компактное вещество кости через многочисленные питательные отверстия (foramina nutricia), а рост кости осуществляется за счет остеобластов, расположенных во внутреннем, прилегающем к кости слое (камбиальном). Суставные поверхности кости, свободные от надкостницы, покрывает суставной хрящ, cartilage articularis.

Таким образом, в понятие кости как органа входят костная ткань, образующая главную массу кости, а также костный мозг, надкостница, суставной хрящ и многочисленные нервы и сосуды.

Другие видео уроки по данной теме находятся: Здесь

Также рекомендуем “Развитие кости”

При разрыве связок важно вовремя обратиться к специалисту.

Источник: https://meduniver.com/Medical/Anatom/22.html

Какое органическое вещество входит в состав костной ткани

Органических веществ в костной ткани
Только у нас: Введите до 31.03.2020 промокод бонус2020 в поле купон при оформлении заказа и получите скидку 25% на всё!

Химический состав костной ткани

Изучение химического состава костной ткани сопряжено со значительными трудностями, поскольку для выделения органического матрикса требуется провести деминерализацию кости. Кроме того, содержание и состав органического матрикса подвержены значительным изменениям в зависимости от степени минерализации костной ткани.

Известно, что при продолжительной обработке кости в разведенных растворах кислот ее минеральные компоненты растворяются и остается гибкий мягкий органический остаток (органический матрикс), сохраняющий форму интактной кости.

Межклеточный органический матрикс компактной кости составляет около 20%, неорганические вещества – 70% и вода – 10%. В губчатой кости преобладают органические компоненты, которые составляют более 50%, на долю неорганических соединений приходится 33–40%.

Количество воды сохраняется в тех же пределах, что и в компактной кости (Ю.С. Касавина, В.П. Торбенко).

По данным А. Уайта и соавт., неорганические компоненты составляют около 1 /4 объема кости; остальную часть занимает органический матрикс. Вследствие различий в относительной удельной массе органических и неорганических компонентов на долю нерастворимых минералов приходится половина массы кости.

Неорганический состав костной ткани. Более 100 лет назад было высказано предположение, что кристаллы костной ткани имеют структуру апатита. В дальнейшем это в значительной мере подтвердилось.

Действительно, кристаллы кости относятся к гидроксилапатитам, имеют форму пластин или палочек и следующий химический состав – Са10(РО4)6(ОН)2.

Кристаллы гидроксилапатита составляют лишь часть минеральной фазы костной ткани, другая часть представлена аморфным фосфатом кальция Са3(РО4)2. аморфного фосфата кальция подвержено значительным колебаниям в зависимости от возраста.

Аморфный фосфат кальция преобладает в раннем возрасте, в зрелой кости преобладающим становится кристаллический гидроксилапатит. Обычно аморфный фосфат кальция рассматривают как лабильный резерв ионов Са 2+ и фосфата.

В организме взрослого человека содержится более 1 кг кальция, который почти целиком находится в костях и зубах, образуя вместе с фосфатом нерастворимый гидроксилапатит. Большая часть кальция в костях постоянно обновляется. Ежедневно кости скелета теряют и вновь восстанавливают примерно 700–800 мг кальция.

В состав минеральной фазы кости входит значительное количество ионов, которые обычно не содержатся в чистом гидроксилапатите, например ионы натрия, магния, калия, хлора и др.

Высказано предположение, что в кристаллической решетке гидроксилапатита ионы Са 2+ 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.

Органический матрикс костной ткани. Приблизительно 95% органического матрикса приходится на коллаген. Вместе с минеральными компонентами коллаген является главным фактором, определяющим механические свойства кости.

Коллагеновые фибриллы костного матрикса образованы коллагеном типа 1. Известно, что данный тип коллагена входит также в состав сухожилий и кожи, однако коллаген костной ткани обладает некоторыми особенностями.

Есть данные, что в коллагене костной ткани несколько больше оксипролина, чем в коллагене сухожилий и кожи. Для костного коллагена характерно большое содержание свободных ε-амино-групп лизиновых и оксилизиновых остатков.

Еще одна особенность костного коллагена – повышенное по сравнению с коллагеном других тканей содержание фосфата. Большая часть этого фосфата связана с остатками серина.

В сухом деминерализованном костном матриксе содержится около 17% неколлагеновых белков, среди которых находятся и белковые компоненты протеогликанов. В целом количество протеогликанов в сформировавшейся плотной кости невелико.

В состав органического матрикса костной ткани входят гликозамино-гликаны, основным представителем которых является хондроитин-4-суль-фат. Хондроитин-6-сульфат, кератансульфат и гиалуроновая кислота содержатся в небольших количествах.

Принято считать, что гликозаминогликаны имеют непосредственное отношение к оссификации . Показано, что окостенение сопровождается изменением гликозаминогликанов: сульфатированные соединения уступают место несульфатированным.

Костный матрикс содержит липиды, которые представляют собой непосредственный компонент костной ткани, а не являются примесью в результате недостаточно полного удаления богатого липидами костного мозга. Липиды принимают участие в процессе минерализации.

Есть основания полагать, что липиды могут играть существенную роль в образовании ядер кристаллизации при минерализации кости.

Биохимические и цитохимические исследования показали, что остеобласты – основные клетки костной ткани – богаты РНК . Высокое содержание РНК в костных клетках отражает их активность и постоянную биосинтетическую функцию (табл. 22.1).

Своеобразной особенностью костного матрикса является высокая концентрация цитрата: около 90% его общего количества в организме приходится на долю костной ткани.

Принято считать, что цитрат необходим для минерализации костной ткани.

Вероятно, цитрат образует комплексные соединения с солями кальция и фосфора, обеспечивая возможность повышения концентрации их в ткани до такого уровня, при котором могут начаться кристаллизация и минерализация.

Кроме цитрата, в костной ткани обнаружены сукцинат, фумарат, малат, лактат и другие органические кислоты.

Это может быть интересно:

Что делать если исчезает костная ткань у зубов , Костная ткань это соединительная ткань состоящая , Деструкция костной ткани что это такое лечение , Как повысить плотность костной ткани ,

Только у нас: Введите до 31.03.2020 промокод бонус2020 в поле купон при оформлении заказа и получите скидку 25% на всё!

Источник: https://zdorovie-ok.ru/kakoe-organicheskoe-veschestvo-vhodit-v-sostav-kostnoj-tkani/

Строение, состав и свойства костей – Кабинет биологии

Органических веществ в костной ткани

Основную массу тела человека, около 75% общего веса, составляет опорно-двигательный аппарат , в который входят мышцы, кости, суставы, сухожилия, связки и хрящи.

Опорно-двигательный аппарат придает телу человека определенную форму, благодаря ему он может стоять прямо и передвигаться.

Костный скелет — часть опорно-двигательного аппарата — является остовом для различных органов и тканей, он защищает от повреждений такие жизненно важные органы, как головной и спинной мозг, сердце и легкие. В костях накапливаются необходимые организму минеральные вещества: кальций и фосфор. Кости содержат костный мозг, в котором образуются все клетки крови — эритроциты, лейкоциты и кровяные пластинки.

К костям прикрепляются мышцы, которые за счет сокращения и расслабления волокон делают возможными движения различных частей тела. Ряд мышц расположен внутри органов и не связан с костями.

При сокращении этих мышц осуществляется работа основных внутренних органов и обеспечиваются жизненно важные процессы в организме: перекачивание крови из сердца в кровеносные сосуды, прохождение пищи через желудочно-кишечный тракт и др.

Благодаря сокращению мышц выделяется тепло и поддерживается нормальная температура тела.

1. Значение опорно-двигательной системы

Опорно-двигательную систему называют костно-мышечной, поскольку скелет и мышцы работают согласовано. Они определяют форму тела, обеспечивают опорную, защитную и двигательную функции.

Опорная функция проявляется в том, что кости скелета и мышцы образуют прочный каркас, определяющий положение внутренних органов и не дающий им возможности смещаться.

Защищают органы от травм. Так, спинной и головной мозг находятся в костном “футляре”: головной мозг защищен черепом, спинной – позвоночником. Грудная клетка закрывает сердце и легкие, дыхательные пути, пищевод и крупные кровеносные сосуды. Органы брюшной полости сзади защищены позвоночником, снизу – тазовыми костями, спереди – мышцами брюшного пресса.

Двигательная функция возможна только при условии взаимодействия мышц и костей скелета, так как мышцы приводят в движение костные рычаги. Большинство костей скелета соединено подвижно с помощью суставов.

Мышца прикрепляется одним концом к одной кости, образующей сустав, другим концом – к другой кости. При сокращении мышца приводит кости в движение. Благодаря мышцам противоположного действия кости могут не только совершать те или иные движения, но и фиксироваться относительно друг друга.

Кости и мышцы принимают участие в обмене веществ, в частности в обмене фосфора и кальция.

2. Химический состав костей

Если сжечь кость, она почернеет от углерода, оставшегося от сгорания органических веществ. Если выгорит и углерод, получится белый остаток, чрезвычайно твердый, но хрупкий. Это минеральное вещество кости. 

Чтобы определить свойства органических веществ кости, надо удалить минеральные вещества с помощью соляной кислоты. Кость при этом сохранит свою форму. Но свойства кости резко изменятся. Она станет настолько гибкой, что ее можно будет завязать узлом. Гибкость кости зависит от наличия органических веществ, твердость – от неорганических.

Сочетание органических и минеральных веществ придает костям и прочность, и упругость. Наиболее прочны кости от 20 до 40 лет. У детей в костях относительно велика доля органических веществ.

Поэтому детские кости редко ломаются, но легко деформируются под влиянием неправильной позы или неравномерной нагрузки. У пожилых людей в костях увеличивается доля минеральных веществ.

Поэтому их кости становятся более ломкими.

3.1. Макроскопическое строение кости

Кости покрыты плотной соединительной тканью – надкостницей, которая примыкает к компактному веществу кости, которое переходит в губчатое. Последнее состоит из костных перемычек и балок, которые отбразуют многочисленные ячейки.

В них находится красный костный мозг. Его клетки выполняют кроветворную функцию – формируют клетки крови.

Внутри длинных костей имеется костномозговая полость. Она заполнена желтым костным мозгом. Он состоит из клеток жировой и кроветворной соединительной ткани и играет роль резерва на случай, когда красный костный мозг не справляется с работой.

3.2. Микроскопическое строение кости

Компактное вещество кости состоит из микроскопических ячеек и канальцев, по которым из надкостницы в кость входят многичисленные кровеносные сосуды и нервы.

Стенки костных канальцев выложены рядами радиально расположенных костных пластинок. Это неклеточное вещество кости. Наличие неклеточного вещества характерно для любой соединительной ткани.

Костные клетки, образующие эти пластинки, располагаются по наружному периметру этих колец.

4. Типы костей

По типу строения различают трубчатые, губчатые, плоские кости.

Трубчатые кости имеют вид цилиндра с утолщенными краевыми концами. Они служат длинными прочными рычагами, за счет которых человек может передвигаться в пространстве или поднимать тяжести. К трубчатым костям относятся кости плеча, предплечья, бедра и голени.

Трубчатые кости покрыты надкостницей, за исключением суставных поверхностей. За надкостницей следует слой компактного плотного вещества. На конечных участках кости компактное вещество переходит в губчатое, которое заполняет концы костей.

В средней части кости губчатого вещества нет, там находится костномозговая полость, заполненная желтым костным мозгом. Красный костный мозг сохраняется в губчатом веществе концевых участков кости. В толщину трубчатые кости растут за счет надкостницы.

Однако масса кости увеличивается незначительно, потому что стенки костномозговой полости содержит клетки, растворяющие кость. Благодаря сложной и согласованной работе тех и других клеток достигается оптимальная прочность кости при наименьших массе и затрате материала.

Рост в длину трубчатых костей происходит за счет зон роста и завершается к 20-25 годам. Зона роста находится недалеко от концевых участков костей. Они состоят из хрящевой ткани, которая по мере роста кости замещается костной тканью.

Губчатые кости имеют на поверхности довольно тонкое компактное вещество, под которым находится губчатое вещество, заполненное красным костном мозгом. К губчатым костям относятся кости тел позвонков, грудины, мелкие кости кисти и стопы. В основном губчатые кости выполняют опорную функцию.

Плоские кости выполняют в основном защитную функцию. Они состоят из двух параллельных пластинок компактного вещества, между которыми крест-накрест располагается, как балки, губчатое вещество. К плоским костям относятся кости, образующие свод черепа.

Источник: https://www.sites.google.com/a/tl-2.ru/kabinet-biologii/stroenie-sostav-i-svojstva-kostej

Лечение Костей
Добавить комментарий