Роль костной ткани в обмене веществ

Роль костной ткани в обмене веществ

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

Е) Особенности метаболизма костной ткани

Биохимия соединительной ткани. Биохимия костной ткани , страница 2

Костная ткань — разновидность соединительной тка­ни, отличающаяся большей твердостью, механической прочностью, наличием межклеточного вещества, в кото­ром преобладают неорганические вещества. Кость, как орган, — сложное структурное образование, содержащее костную ткань, костный мозг, кровеносные и лимфати­ческие сосуды, нервы, хрящевую ткань.

Б) функции костной ткани.

механическая: опорная, двигательная, защитная;

биологическая: а) участвует в процессе кроветворе­ния, 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 на 95% из белка-коллагена, 5% приходится на неколлагеновые белки, углеводы, жиры, протеогликаны, хондроитинсульфат, цитрат. Твердость зависит от наличия минеральных веществ. В скелете со­средоточено 99% тканевого кальция, 87% — фосфата, 58% — магния.

Клетки костной ткани разделяют на остеокласты, ос­теобласты, остеоциты.

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

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

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

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

Синтез коллагена происходит в остеобластах при наличии ферментов, гидроксилирующих пролин и лизин. Предшественником коллагена является тропоколлаген, который проникает в межклеточное пространство, где полимеризуется, образуя волокна.

Синтез преоблада­ет над распадом и происходит накопление коллагена во внеклеточном пространстве.

Г) Белки неколлагеновой природы

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

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

Углеводы — обеспечивают энергией процесс минера­лизации.

Мукополисахариды — участвуют в образовании кри­сталлического кальция и связывании его с коллагеном, регуляции водного и солевого обмена.

Органические кислоты — цитрат, который образует с кальцием комплексное соединение, обеспечивая увели­чение концентрации кальция до такого уровня, при кото­ром начинается его кристаллизация и минерализация. Цитрат принимает участие в регуляции уровня кальция в крови.

Д) Неорганические вещества

Кальций выполняет пластическую роль при форми­ровании тканевых структур. В организме находится в фор­мах: кристаллической — оксиаппатит (его структура та­кова, что может легко отдавать ионы в тканевые жидко­сти и вновь поглощать их); аморфной — более растворим и является резервом кальция 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 двух этапов: образования органической матрицы и ее дальнейшей ми­нерализации.

Этот процесс протекает с большой затратой энергии, которая образуется в результате тканевого ды­хания костных клеток, которые обладают такой же дыха­тельной активностью, как и клетки других тканей.

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

Паратгормон (84 остатка аминокислот) — активи­руя ферментные системы остеокластов, вызывает деми­нерализацию костей, выражающуюся в разрушении ми­неральной и органической основы кости. Паратгормон уменьшает количество остеобластов и увеличивает число остеокластов. Происходит выход ионов кальция в кровь из костей.

Калъцитриол (1,25-дигидрокси-Вз) — действует ана­логично паратгормону. Калъцитонин (32 остатка ами­нокислот) — является антагонистом паратгормона. Кальцитонин активирует ферментную систему остеобластов, что приводит к усилению минерализации кости, способ­ствуя отложению в костях ионов кальция и фосфатов.

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

Тироксин (тетрайодтиронин) — активирует фермен­ты ЦПЭ; усиливает поглощение кислорода; активирует а-глицерофосфатдегидрогеназу; активирует К + /Nа + насос; усиливает рост и дифференцировку тканей; активирует обмен белков, углеводов. При недостаточной секреции за­медляется рост кости.

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

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

При их усиленной секреции наблюдается замедление биосин­теза коллагена, фибронектина, протеогликанов матрикса.

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

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

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

Витамин С в норме активирует гидроксилазы пролина и лизина. При его недостатке уменьшается биосин­тез коллагена, что приводит к деминерализации кости, уменьшению синтеза РНК.

Витамин В6 принимает участие в обмене аминокис­лот, биосинтезе белков, поэтому при его недостатке за­медляется рост кости.

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

В костной ткани находятся ферменты цикла Кребса, ЦПЭ, гликолиза, щелочная фосфатаза. Ее активность за­висит от активности остеобластов. Когда в костной тка­ни происходят процессы, связанные с перестройкой кост­ной ткани, в крови увеличивается активность щелоч­ной фосфатазы.

К) Патология костной ткани

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

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

Дистрофии: цинга; рахит; остеохондропатии.

Дисплазии: опухоли костей; саркома; метастазы опу­холей.

Травмы: переломы; артрозы; спондилезы.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 266
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 602
  • БГУ 153
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 962
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 119
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1967
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 300
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 409
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 497
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 130
  • ИжГТУ 143
  • КемГППК 171
  • КемГУ 507
  • КГМТУ 269
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2909
  • КрасГАУ 370
  • КрасГМУ 630
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 139
  • КубГУ 107
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 367
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 330
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 636
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 454
  • НИУ МЭИ 641
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 212
  • НУК им. Макарова 542
  • НВ 777
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1992
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 301
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 119
  • РАНХиГС 186
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 243
  • РГГМУ 118
  • РГПУ им. Герцена 124
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 122
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 130
  • СПбГАСУ 318
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 147
  • СПбГПУ 1598
  • СПбГТИ (ТУ) 292
  • СПбГТУРП 235
  • СПбГУ 582
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 193
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 380
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1655
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1513
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2423
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 324
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 306

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

vunivere.ru

Смотри также:

Образованию костной ткани способствует среда . Нет костной ткани в зубах причины . Разрушение костной ткани челюсти есть ли лечение .

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/rol-kostnoj-tkani-v-obmene-veschestv/

Метаболизм костной ткани

Роль костной ткани в обмене веществ

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/

4. Особенности метаболизма костной ткани

Роль костной ткани в обмене веществ

Наиболее своеобразнымявляется обмен веществ в костной ткани.По этой причине, анализируя особенностиметаболизма в соединительной ткани, вданном разделе в основном вниманиебудет обращено на биохимические процессы,протекающие в костях.

Клеточнымиэлементами костной ткани являютсяостеобласты, остеоциты и остеокласты.Остеобласт представляет собой клеткукостной ткани, участвующую в образованиимежклеточного вещества. Отличительнойособенностью остеобластов являетсяналичие мощного аппарата белковогосинтеза.

Метаболизм костной тканисостоит из двух противоположнонаправленных процессов – образованияновой кости остеобластами и рассасываниястарой кости остеокластами.

В итогеобщая масса кости определяетсясоотношением интенсивности обоихназванных процессов, протекающих впределах участков обновления костнойткани.

Новообразованиекости протекает в две стадии. Перваястадия определяется активностьюостеобластов и предусматриваетвнутриклеточный синтез предшественниковкомпонентов основного вещества (коллагенаIтипа, остеокальцина,сиалопротеинов и протеогликанов, атакже щелочной фосфатазы).

Многие изних в дальнейшем подвергаютсяпосттрансляционной модификации, котораявключает гпдроксилирование пролина илизина в составе проколлагена,гликозилирование щелочной фосфатазыи гидроксилизированных остатков вструктуре коллагена и, наконец,γ-карбоксилирование остатков глютаминовойкислоты в молекуле остеокальцина.

Затемвыше перечисленные вещества секретируютсяостеобластами во внеклеточноепространство, где и происходит сборкаколлагеновых фибрилл. При этом! подвлиянием внеклеточной лизилксидазыобразуются характерные для зрелогоколлагена межфибриллярные сшивки -пиридинолиновые мостики.

Процесссозревания основного вещества занимает5-10 сут, после чего наступает втораястадия – стадия минерализации основноговещества.

В состав кристалловкостной ткани входят гидроксиапатиты- Саl0(Р04)6(ОН)2,которые имеют форму пластин или палочек.Кристаллы гидроксиапатита составляютлишь часть минеральной фазы образованиякостной ткани, другая часть представленааморфным фосфатом кальция – Са3(РО4)2.

аморфного Са3(РО4)2подвержено значительным возрастнымколебаниям. Преобладающее его количествонаблюдается в раннем детском возрасте.В зрелой костной ткани основнымкомпонентом становится кристаллическийгидроксиапатит.

Обычно аморфный фосфаткальция рассматривают как лабильныйрезерв ионов Са и Р. В состав минеральнойфазы кости входит значительное количествоионов, которые обычно не содержатся вчистом гидроксиапатите (например, Na+,Mg2+, К+, С1-и некоторыедр.).

Высказано предположение, что вкристаллической решетке гидроксиапатитаСа2+может замещаться другимидвухвалентными катионами.

Приблизительно95% органического матрикса приходитсяпа коллаген. Вместе с минеральнымикомпонентами коллаген является главнымфактором, определяющим механическиесвойства кости. Коллаген костной тканиобладает некоторыми особенностями: онсодержит несколько больше оксипролина,чем коллаген сухожилий и кожи.

Крометого, для него характерно значительноесодержание свободных ε-аминогрупплизиновых и оксилизиновых остатков.Еще одной особенностью костного коллагенаявляется повышенное по сравнению сколлагенами других тканей содержаниефосфата, большая часть которого связанас остатками серина.

Коллаген типа I- основной вариант коллагена, обнаруженныйв структуре кости. Проколлаген типаI(предшественник коллагена типаI)состоит из двух одинаковых полипептидныхαI-цепей и одной α2-цепи.

Сборка молекулы проколлагена из этихцепей происходит с образованиеммежцепочечных дисульфидных связей вС-концевых областях, после чего формируетсяструктура из трех цепей, вместе закрученныхв спираль. В таком виде молекулысекретируются клетками. Зачем происходитпревращение про коллагена в коллагенпутём отщепления С- и N-концевыхпропептидов.

После этого коллагеновыемолекулы собираются в фибриллы, в составекоторых происходит созревание коллагена.Суть этого процесс а заключается в том.что от каждой молекулы коллагена,включающейся в структуру фибриллы,отщепляется по одному С- И N-концевомупропептиду,

С-концевой пропептидколлагена типа Iобразуетсяв виде интактной субъединицы (смолекулярной массой 10 000 Да),стабилизированной межцепочечнымидисульфидными связями. Уровень этогопептида хорошо коррелирует с признакамиобразования костной ткани по даннымгистоморфометрии кости.

В состав органическогоматрикса костной ткани входят компонентыпротеогликанов, содержание которых всформировавшейся плотной ткани невелико.Основным представителем гликозаминогликановв костной ткани является хондроитин-4-сульфат.Хондроитин-6-сульфат, кератансульфат игиалуроновая кислота содержатся лишьв небольших количествах.

Принято считать.что гликозаминогликаны имеютнепосредственное отношение к процессуоссификации.

Окостенение сопровождаетсяизменением соотношения гликозаминогликанов:сульфатированные уступают местонесульфатированным. Костный матрикссодержит липиды. Они принимают участиев процессе минерализации.

Есть основаниеполагать, что липиды могут игратьсущественную роль в образовании ядеркристаллизации при минерализации кости.

Своеобразнойособенностью костного матрикса являетсявысокая концентрация цитрата. Об этомсвидетельствует тот факт, что около 80%его общего количества в организмеприходится на долю костной ткани.

Полагают, что цитрат необходим дляминерализации конечной ткани.

Вероятно,цитрат образует комплексные соединенияс солями кальция и фосфора, обеспечиваятем самым возможность повышения ихконцентрации в ткани до такого уровня,при котором могут начаться процессыкристаллизации и минерализации.

Интенсивностькостеобразования зависит от активностищелочной фосфатазы (ЩФ) и концентрацииважнейшего белка – остеокальцина.

Согласно современным данным, ЩФ существуетв виде нескольких изоформ, характерныхдля кости, печени и почек. Большая частьактивности ЩФ, находящейся в кровотоке,связана с печеночным и костнымизоферментами.

Активность ферментаопределяют различными методами, в томчисле с помощью моноклональных антител.

Другим показателеминтенсивности костеобразования являетсябелок остеокальцин, молекула которогосостоит из 49 аминокислот (молекулярнаямасса 5 800 Да).

Этот белок продуцируетсяостеобластами во внеклеточном пространствеи активно связывается с микрокристалламигидроксиапатита. Небольшая его частьпопадает в кровь. Уровень остеокальцинав плазме может быть определениммунологическими методами.

Изменениеего уровня в сыворотке крови отражаетметаболическую активность костнойткани при некоторых видах патологии.

Процесс рассасываниякостной ткани осуществляется остеокластами.Они растворяют минеральную основу костии расщепляют органический компонентосновного вещества, что приводит квысвобождению в кровоток кальция,фосфора, ряда ферментов и продуктовраспада органической фазы кости.Биохимические показатели рассасываниякости.

используемые в лабораторнойпрактике, включают определение количествапродуктов распада коллагена (гидроксипролин,гликозиды гидроксилизина, производныепиридина, стабилизированные телопептиды)и «костноспецифичсский» изо ферменткислой фосфатазы.

Наиболее специфичнымисследованием является определениеуровня С-концевого телопентида (С-КТП),который образуется при поперечном«сшивании» С-концевых пептидов двухα2-цепей и одной α1- или α2-цепи другойколлагенновой молекулы. КонцентрацияС-КТП коррелирует со скоростью рассасываниякости.

У больных остсопорозом сывороточнаяконцентрация СКТП является хорошимпоказателем эффективности лечения ипрогноза.

Концентрациюдругого полипептида – N-концевоготелопептида (N-КТП), который по сравнениюс С-КТП богаче дезоксипиридинолиновыми«сшивками», определяют иммунодиагностическимиметодами. Высокая информативность тестаобеспечивает прогнозирование эффективностиантирезорбтивной терапии при болезниПеджета, остеопорозе и потере костноймассы в постменопаузе.

Таким образом, дляоценки патологии костной ткани наиболееадекватными являются тесты па С.N-КТП всвязи с преобладанием в костной тканиколлагена типа 1. При других заболеванияхсоединительной ткани (ревматоидномартрите, остеоартрите) образуютсяпептидные фрагменты, являющиесяпродуктами распада коллагена типа II.

Высокоспецифичнымтестом для диагностики степени тяжестипоражения костной системы являетсятакже определение активности кислойфосфатазы.

Остеокласты содержат большоеколичество кислой фосфатазы, котораяв отличие от фосфатазы, выделенной изпредстательной железы (простатическогофермента). не ингибируется сольювиннокаменной кислоты.

Уровень кислойфосфатазы у больных с усиленнымрассасыванием кости существенно повышен.

Современнымиметодами высокоэффективной жидкостнойхроматографии и иммунодиагностикипоказано, что критериями рассасываниякостной ткани, содержащей коллаген Iтина, являются аминокислоты гидроксипролин,гликозиды гидроксипролина, а такжепроизводные пиридина (лизилпиридрлин,гидроксилизилпиридолин илидезоксипиридолин). Применениевысокоспецифических методов позволилоустановить, что экскреция с мочойпиридолина или дезоксипиридолинавозрастает у больных остеопорозом иболезнью Педжета. Эффективное лечениеэтих заболеваний сопровождаетсязначительным снижением экскрециипиридинолиновых производных.

Многие гормональныевлияния имеют существенное значениедля отдельных разновидностей соединительнойткани. В заключение рассмотрим лишьвлияния гормонов на соединительнуюткань, которые носят общий характер.

Так, под влиянием глюкокортикоидныхгормонов (кортизона и его аналогов)угнетается биосинтез коллагенафибробластами, а также синтезпротеогликанов.

Предполагают, что приучастии этих гормонов происходитактивация ферментного катаболизмабелков соединительной ткани.

Минералокортикоиды(альдостерон, дезоксикортикостерон)надпочечников, напротив, стимулируютпролиферацию фибробластов с одновременнымусилением биосинтеза межуточноговещества соединительной ткани. Известнотакже, что тироксин вызывает усиленнуюдеполимеризацию гиалуроновой кислоты,а соматотропный гормон гипофизастимулирует включение пролина вполипептидную цепь тропоколлагена.

Регуляция метаболизмакостной ткани осуществляется с помощьюгормонов, ферментов и витаминов.

Известно,что межклеточные компоненты костнойткани находятся в состоянии химическогоравновесия с ионами кальция и фосфорасыворотки крови.

Важная роль в поддержаниигомеостаза кальция и фосфора принадлежитпаратиреоидному гормону (ПТГ – гормонупаращитовидных желез), кальцитонину(гормону щитовидной железы) и кальцитриолу(активной форме витамина D).

При паденииконцентрации ионов Са2+в плазмекрови ниже допустимой границы (

Источник: https://studfile.net/preview/2483942/page:4/

Научная электронная библиотека Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Роль костной ткани в обмене веществ

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

Лечение Костей
Добавить комментарий