Минеральные компоненты костной ткани
В таблице 2.2 показано, что неорганические составные компоненты костной ткани представлены главным образом кальцием, фосфатом и карбонатом. Из содержащихся в организме 2,2 кг кальция 99% сосредоточено в костях, там же находится 87% фосфора.
При усилении процессов резорбции, эти элементы легко мобилизуются и поступают в кровь, где их концентрация жестко регулируется и составляет 2,1-2,6 ммоль/л для общего Са2+ и 1-1,5 ммоль/л для фосфора. Кроме того, значительную часть составляют магний, натрий и калий. В костной ткани сосредоточено 50% Mg2+ и 46% Nа+.
Многие другие ионы содержатся в ничтожном количестве.
Неорганические вещества кости имеют правильное расположение в форме кристаллов апатитов шириной от 20 до 50 А и длиной до 500 А. Вследствие такого строения образуется огромная поверхность около 200 м2/г костной ткани, которая играет важную роль в составе и обмене веществ костной ткани.
Рис. 2.2Элементарная ячейка гидроксиапатита Ca10(PO4)6(OH)2. |
Общая формула апатитов: Са10 (РО4)6Х2, где Х представлен анионами ОН- (гидроксиапатит – ГАП) или другими.
Состав идеального ГАП соответствует формуле десятикальциевого соединения: Са10(Р04)6(ОН)2 с молярным отношением Са/Р = 10/6 = 1,67, называемым молярным кальциево-фосфатным коэффициентом. У природных апатитов величина отношения Са/Р существенно колеблется: от 1,33 до 2,0.
Это явление связано с заменой ионов кристаллической решетки апатитов другими ионами, сходными по размеру (по ионному радиусу), заряду, валентности, поляризующим свойствам и т.д.
Таблица 2.2
Количественный состав макроэлементов в минерализованных тканях
Элементы | г/на 100 г ткани (грамм-проценты) | |||
Эмаль | Дентин | Цемент | Кость (компактный слой трубчатой кости) | |
Ca2+ | 32-39 | 26-28 | 21-24 | |
PO43- | 16-18 | 12-13 | 10-12 | |
CO32- | 1,9-3,6 | 3,0-3,5 | 2,0-4,3 | 3,9 |
Na+ | 0,25-0,9 | 0,6-0,8 | – | 0,8 |
Mg2+ | 0,25-0,56 | 0,8-1,0 | 0,4-0,7 | 0,3 |
Cl- | 0,19-0,3 | 0,3-0,5 | – | 0,01 |
K+ | 0,05-0,3 | 0,02-0,04 | – | 0,2 |
фториды | 0,5 | 0,1 | – | 0,5 |
Са/Р | 1,5-1,68 | 1,6-1,7 | 1,6-1,7 | 1,6-1,7 |
Апатиты образуют очень стабильную ионную решётку (точка плавления свыше 1600 0 С) в которой ионы тесно контактируют между собой и удерживаются за счет электростатических сил.
Каждый катион окружен определенным количеством анионов (в зависимости от их размера), а анионы, в свою очередь, притягивают катионы. Таким образом, формирование ионной решётки происходит в соответствии с их размерами и величинами зарядов.
Сравнение размеров и формы ионов фосфата, кальция, гидроксила показывает, что фосфат-ионы имеют наибольшие размеры и, следовательно, занимают в ионной решётке доминирующую долю в общей структуре.
Согласно теоретическим расчётам фосфат-ионы имеют форму шара, поэтому упаковка ионов представляет многослойную гексагональную структуру, в которой каждый фосфат-ион окружен 12 непосредственными соседями – ионами Са2+ и -ОН из которых 6 ионов принадлежат тому же слою ионов, где расположен фосфат-ион,а по 3 иона расположены в выше- и нижележащих слоях ионов.
Между фосфат-ионами формируются каналы, в которых располагаются Са2+, -ОН и F–ионы. Идеальный, или модельный ГАП образует кристаллы в виде гексагональных призм. Анионы могут взаимно обмениваться. Фосфат и цитрат относятся к анионам, которые связаны в костях описанным выше способом.
На поверхности кристаллов апатита может адсорбироваться значительное количество ионов. Очевидно, большое количество карбоната и фосфата связывается путем поверхностной адсорбции. В составе кости могут возникать дальнейшие изменения вследствие обмена ионов и рекристаллизации.
Благодаря процессам, описанным выше, возникает динамическое равновесие в неорганических составных частях кости.
Обмен минералов особенно быстро происходит в поверхностных частях кости и, в частности, сильно выражен в губчатом слое трубчатых костей, который представляет часть кости с лабильным активным обменом веществ. Этот обмен обеспечивается хорошим кровоснабжением.
⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒
Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 1004. Нарушение авторских прав |
Рекомендуемые страницы:
Источник: https://studopedia.info/5-34721.html
Структура и формирование кости
МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС
КЛЕТКИ КОСТНОЙ ТКАНИ
ЛЕКЦИЯ №
Тема: Биохимия костной ткани
Факультеты: стоматологический.
2 курс.
В организме человека выделяют несколько различных видов костей: трубчатые кости, губчатые и т. п.
Как и любая ткань, костная ткань состоит из клеток и межклеточного матрикса.
Основные клетками костной тканиявляютсяостеокласты, остеобласты, которые являются разновидностью фибробластов (клетки мезенхимального происхождения).
В состав межклеточного матрикса костной ткани входят органические и неорганические вещества. Неорганический компонент составляет только около ¼ объема кости; остальную часть занимает органический компонент. При этом на долю неорганического компонента приходится больше половины массы кости.
Органический компоненткостной ткани состоит в основном (90—95%) из коллагеновых волокон (коллаген 1 типа), незначительного количества протеогликанов, ГАГ (аморфное вещество) и неколлагеновых структурных белков (фибронектин, ламинин, тенасцин, остеонектин и др.).
Минеральный компонент костной ткани – состоит главным образом из гидроксиапатита (приблизительный состав Са10(РО4)6(ОН)2), кроме того, он включает фосфаты кальция (Са3(РО4)2), магния (Mg3(РО4)2), карбонаты, фториды, гидроксиды, цитраты (1%) и т.д. В состав костей входит большая часть Mg2+, около четверти Na+ и небольшая часть К+, содержащихся в организме.
Ионы Na+ адсорбируются на поверхности кристаллов. В растущую кристаллическую решетку гидроксиапатита могут внедряться ионы тяжелых металлов: свинец, радий, уран и тяжелые элементы, образующиеся при распаде урана, например стронций.
Кристаллы гидроксиапатита имеют форму пластинок или палочек толщиной около 8-15Å, шириной 20-40Å, длиной 200-400Å, их удельная масса 3,0.
В кристаллической решетке гидроксиапатита Са2+ может замещаться другими двухвалентными катионами.
Анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на большой поверхности, образуемой маленькими кристаллами либо растворяются в гидратной оболочке кристаллической решетки.
Между собой кристаллы гидроксиапатита через Са2+ связываются небольшим белком (49 АК), который содержит 3 остатка γ-карбоксиглутаминовой кислоты. В синтезе этого белка участвует витамин К, он обеспечивает карбоксилирование глутаминовой кислоты.
Вследствие кристаллической структуры образованной органическими и неорганическими компонентами модуль упругости кости сходен с бетоном.
Первично синтез костной ткани начинается с образования хряща, в котором органический компонент затем частично замещается минеральным.
Синтез органических компонентов хрящевой ткани осуществляется фибробластами и остеобластами. Они синтезируются и выделяются в межклеточный матрикс молекулы тропоколлагена 1, протеогликаны и гликозаминогликаны.
В межклеточном матриксе молекулы тропоколлагена 1 последовательно формируют микрофибриллы, затем фибриллы, которые созревают и агрегируются в коллагеновые волокна.
В фибриллах молекулы тропоколлагена располагаются со смещением на ¼.
Протеогликаны связываясь с коллагеновыми волокнами в белок-полисахаридные комплексы, повышают их растяжимость и степень набухания.
Расположение тропоколлагеновых молекул Знаки ► и О указывают соответственно С- и N-концы отдельных молекул тропоколлагена. Ступенчатое расположение молекул тропоколлагена в нормальной фибрилле коллагена; начало каждой молекулы тропоколлагена смещено приблизительно на 1/4 ее длины относительно соседних молекул. |
Для превращения хрящевой ткани в костную, остеобласты, богатые щелочной фосфатазой, разрушают органические фосфоросодержащие соединения вызывая локальное повышение концентрации РО43-. В результате происходит «пересышение» среды минеральными компонентами.
Особенностью строения коллагеновых волокон заключается в том что, между концом одной молекулы тропоколлагена и началом другой имеется небольшое пространство.
Это пространство является центром нуклеации – в нем минеральные компоненты пересыщенной среды образуют кристаллы гидроксиаппатита.
Со временем кристаллы гидроксиапатита сами становятся центрами нуклеации для отложения новых кристаллов в пространстве между коллагеновыми волокнами.
В зоне кальцификации под действием лизосомальных протеиназ клеток кости происходит гидролиз белок-полисахаридных комплексов.
Образующиеся полости заполняются растущими кристаллами гидроксиаппатита, в результате кристаллы «вытесняют» протеогликаны, а с ними и воду.
Зрелая костная ткань сильно обезвожена (10%); коллаген в ней составляет 20% по массе и 40% по объему; остальное приходится на долю минеральной части. Эта структура пронизана выстланными клетками гаверсовыми каналами, по которым проходят кровеносные сосуды.
Образующиеся компоненты костной ткани со временем разрушаются остеокластами и заново восстанавливаются остеобластами. В норме полная смена костной ткани происходит в течение 10 лет. Активность остеобластов и остеокластов обеспечивает постоянство состава кости.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Источник: https://studopedia.ru/2_32840_struktura-i-formirovanie-kosti.html