В состав костной ткани входит соляная кислота

В состав костной ткани входит соляная кислота

В состав костной ткани входит соляная кислота
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.

Смотри также:

Уровень андрогенов у женщин норма . Костная ткань мышечная ткань нервная ткань . Как остановить уход 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/v-sostav-kostnoj-tkani-vhodit-solyanaya-kislota/

Конспект урока по теме:

В состав костной ткани входит соляная кислота

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/

Химический состав костей человека. Каков химический состав костей?

В состав костной ткани входит соляная кислота

Со школьных уроков по химии каждому известно, что человеческий организм содержит в себе практически все элементы из периодической таблицы Д. И. Менделеева. Процентное содержание некоторых весьма значительно, а другие присутствуют лишь в следовых количествах.

Но каждый из химических элементов, находящихся в организме, выполняет свою важную роль. В человеческом теле минеральные вещества содержатся в виде солей, органические представлены как углеводы, белки и прочие.

Дефицит или избыток какого-либо из них приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности.

В химический состав костей входит ряд элементов и их веществ, в больше степени это соли кальция и коллаген, а также другие, процентное содержание которых значительно меньше, но роль их не менее значима.

Прочность и здоровье скелета зависит от сбалансированности состава, который, в свою очередь, определяется множеством факторов, начиная от здорового питания и заканчивая экологической обстановкой окружающей среды.

Соединения, формирующие скелет

В химический состав костей входят вещества органического и неорганического происхождения. Ровно половина массы – это вода, остальные 50% делят оссеин, жир и известковые, фосфорные соли кальция и магния, а также хлористый натрий.

На минеральную часть приходится порядка 22%, а органическая, представленная белками, полисахаридами, лимонной кислотой и ферментами, заполняет примерно 28%. В костях содержится 99% кальция, который есть в человеческом теле.

Схожий компонентный состав имеют зубы, ногти и волосы.

В анатомической лаборатории можно провести следующий анализ, чтобы подтвердить химический состав костей.

Для определения органической части ткань подвергают действию раствора кислоты средней силы, например, соляной, концентрации порядка 15%.

В образовавшейся среде происходит растворение солей кальция, а оссеиновый «скелет» остаётся нетронутым. Такая кость приобретает максимальное свойство эластичности, её в прямом смысле можно завязать в узел.

Неорганическую компоненту, входящую в химический состав костей человека, можно выделить путём выжигания органической части, она легко окисляется до углекислого газа и воды. Минеральный остов характеризуется прежней формой, но крайней хрупкостью. Малейшее механическое воздействие – и он просто рассыплется.

При попадании костей в почву бактерии перерабатывают органическое вещество, а минеральная часть полностью пропитывается кальцием и превращается в камень. В местах, где нет доступа влаги и микроорганизмов, ткани со временем подвергаются естественной мумификации.

Через микроскоп

Любой учебник по анатомии расскажет про химический состав и строение костей. На клеточном уровне ткань определяется как особый тип соединительной.

В основе лежат коллагеновые волокна, окруженные пластинками, составленными из кристаллического вещества – минерала кальция – гидроксилаппатита (основного фосфата). Параллельно располагаются звёздоподобные пустоты, содержащие костные клетки и кровеносные сосуды.

Благодаря своему уникальному микроскопическому строению такая ткань отличается удивительной легкостью.

Нормальная работа опорно-двигательной системы зависит от того, каков химический состав костей, в достаточном ли количестве содержатся органические и минеральные вещества.

Известковые и фосфорные соли кальция, которые составляют 95% неорганической части скелета, и некоторые другие минеральные соединения определяют свойство твёрдости и прочности кости.

Благодаря им ткань устойчива к серьёзным нагрузкам.

Коллагеновая компонента и её нормальное содержание отвечают за такую функцию, как упругость, устойчивость к сжатию, растяжению, перегибу и прочим механическим воздействиям. Но только в согласованном «союзе» органика и минеральная составляющая обеспечивают костной ткани те уникальные свойства, которыми она обладает.

Состав костей в детском возрасте

Процентное соотношение веществ, говорящее о том, каков химический состав костей человека, может варьироваться у одного и того же представителя.

В зависимости от возраста, образа жизни и других факторов влияния, количество тех или иных соединений может меняться.

В частности, у детей костная ткань только формируется и состоит в большей степени из органической компоненты – коллагена. Поэтому скелет ребёнка более гибкий и эластичный.

Для правильного формирования тканей ребёнка крайне важно потребление витаминов. В частности, такого, как Д3. Только в его присутствии химический состав костей в полной мере пополняется кальцием. Дефицит этого витамина может привести к развитию хронических заболеваний и излишней хрупкости скелета из-за того, что ткань вовремя не наполнилась солями Са2+.

Скелет взрослого

Химический состав костей человека, прошедшего подростковый возраст, значительно отличается от детского. Теперь соотношение минеральной и оссеиновой частей примерно сравниваются.

Исчезает особая гибкость костной ткани, зато прочность скелета за счёт неорганической составляющей увеличивается в разы.

Физические свойства её сравнимы с железобетонной конструкцией или чугуном, а упругость даже больше, чем у древесины дуба.

В полном объёме обеспечить сбалансированный химический состав костей человека (таблица, приведённая ниже, содержит данные о нормальном процентном содержании всех веществ, составляющих скелет) можно благодаря правильному образу жизни, рациональному питанию и заботе о здоровье.

Название или тип соединенияПроцентное содержаниеНазвание минерального соединенияПроцентное содержание
Вода50%Фосфорнокислый кальций85%
Жир16%Фосфористый кальций9%
Органические 3вещества (оссеин)12%Углекислый кальций3%
Неорганичекие вещества22%Фосфорнокислый магний1,5%
Хлористый натрий0,25%
Хлористый калий0,25%
Другие неорганические вещества1%
Всего100%100%

Изменения химического состава костей у пожилых людей

Химический состав костей человека нарушается к старости, что приводит к серьёзным последствиям. Люди преклонного возраста жалуются на проблемы с опорно-двигательной системой, у них чаще случаются переломы, которые заживают дольше, чем у ребенка или взрослого.

Это следствие увеличения содержания неорганических солей в составе скелета, их количество доходит до 80%. Нехватка коллагена, следовательно, уменьшение такого свойства, как упругость, приводит к тому, что кости становятся крайне хрупкими.

Восстановление баланса возможно с помощью специальных медицинских препаратов, но всё равно этот процесс невозможно остановить или повернуть вспять. Такова физиологическая особенность организма.

Для здоровья и нормальной работы скелета необходимо с детства следить за правильным наполнением костной ткани всеми химическими элементами и соединениями, только в этом случае представляется возможность вести полноценный и активный образ жизни.

Источник: https://FB.ru/article/193389/himicheskiy-sostav-kostey-cheloveka-kakov-himicheskiy-sostav-kostey

Химический состав костной ткани

В состав костной ткани входит соляная кислота

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 приблизительно то же, что и в компактной кости.

Органический матрикс костной ткани.Приблизительно 95% органического матрикса приходится на коллаген типа I. Данный тип коллагена входит также в состав сухожилий и кожи, однако коллаген костной ткани обладает некоторыми особенностями.

В нем несколько больше оксипролина, а также свободных аминогрупп лизиновых и оксилизиновых остатков. Это обусловливает наличие большего количества поперечных связей в коллагеновых волокнах и их большую прочность.

По сравнению с коллагеном других тканей костный коллаген характеризуется повышенным содержанием фосфата, который в основном связан с остатками серина.

Белки неколлагеновой природы представлены гликопротеинами, белковыми компонентами протеогликанов. Принимают участие в росте и развитии кости, процессе минерализации, водно-солевом обмене. Альбумины участвуют в транспорте гормонов и других веществ из крови.

Преобладающим белком неколлагеновой природы является остеокальцин. Он присутствует только в костях и зубах.

Это небольшой (49 аминокислотных остатков) белок, называемаый также костным глутаминовым белком или gla-белком. В молекуле остеокальцина обнаружены три остатка
γ-карбоксиглутаминовой кислоты.

За счет этих остатков он способен связывать кальций. Для синтеза остеокальцина необходим витамин К (рис. 34).

Рис. 34. Посттрансляционная модификация остеокальцина

В состав органического матрикса костной ткани входят гликозаминогликаны, основным представителем которых является хондроитин-4-сульфат.

Хондроитин-6-сульфат, кератансульфат и гиалуроновая кислота содержатся в небольших количествах. Окостенение сопровождается изменением гликозаминогликанов: сульфатированные соединения уступают место несульфатированным.

Гликозаминогликаны участвуют в связывании коллагена с кальцием, регуляции водного и солевого обмена.

Цитрат необходим для минерализации костной ткани.

Он 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.

Также принимет участие в регуляции уровня кальция в крови. Кроме цитрата, в костной ткани обнаружены сукцинат, фумарат, малат, лактат и другие органические кислоты.

Костный матрикс содержит небольшое количество липидов. Липиды играют существенную роль в образовании ядер кристаллизации при минерализации кости.

Остеобласты богаты РНК. Высокое содержание РНК в костных клетках отражает их активность и постоянную биосинтетическую функцию.

Неорганический состав костной ткани.

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

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

Рис. 35. Строение кристалла гидроксиапатита

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

Образование костной ткани

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

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

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

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

https://www.youtube.com/watch?v=CY54-wtk0gY

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

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

Фермент щелочная фосфатаза принимает участие в минерализации.

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

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

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

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

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

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

Катаболизм костной ткани

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Особенности зубной ткани

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

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

Содержатся также карбонатный апатит, хлорапатит и стронцевый апатит.

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

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

Контрольные вопросы

1. Назовите основные органические компоненты костной ткани.

2. Какие неорганические соединения входят в состав костной ткани?

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

4. Опишите процесс формирования кости.

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

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

7. Каковы особенности биохимического состава зубной ткани?

Литература

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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



Источник: https://infopedia.su/8x259e.html

Лечение Костей
Добавить комментарий