Все ткани, кроме эмали, состоят из клеток, погруженных в твердый межклеточный матрикс. Основное отличие этих тканей – разная степень минерализации т.е. отношение минерального компонента к органическому. Этот показатель возрастает в следующей последовательности:
кость + секретируются из клетки и создают кислую среду 3,5-4,0, необходимую для работы ферментов резорбции и деминерализации матрикса.
Карбоангидраза II диссоциация
В зону резорбции Н + перекачиваются при помощи мембранных белков:
Поверхность остеокласта поляризуется и образуются выросты – «щеточная каемка».
МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ И СТРОЕНИЕ АПАТИТОВ В ТВЕРДЫХ ТКАНЯХ
Костная ткань содержит 1200 г кальция и 580 г фосфора, в основном в составе кристаллов ГАП (Са10(РО4)6(ОН)2), похожие на кристаллы дентина и цемента зуба. Ионы в кристаллах занимают положение в соответствии с их размерами, величинами зарядов и удерживаются за счет электростатического взаимодействия.
Оптимальное расстояние между ионами Са 2+ и РО4 3- , необходимое для формирования кристалла ГАП задается органической матрицей. Изменение строения или количества любого вещества, формирующего матрицу, приводит к нарушению:
■ образованию кристаллов неправильной структуры;
■ снижению прочности костной ткани. Рис.11.22.
ГАП формируют кристаллы имеющие гидратную оболочку, толщиной
1 нм. Межпризменное пространство, отделяющее кристаллы друг от друга составляет 62,5 нм.
Апатиты могут обмениваются ионами с молекулами окружающей среды. Гидратный слой кристаллов содержит легко обмениваемый пул (запас) кальция быстро поставляющий Са 2+ и РО4 3- во внеклеточную жидкость.
Медленно обмениваемый пул состоит из фосфата кальция кристаллов ГАП. Мобилизация кальция из этого источника регулируется паратгормоном и кальцитриолом.
Молярный кальциево-фосфатный коэффициент Са/P характеризует состав ГАП, который равен 10/6 (1,67). Для биогенных апатитов организма человека, соотношение Са/P варьирует от 1,33 до 2,0. Это вызвано «изоморфными» замещениями. Наиболее часто:
▪ Са 2+ замещается Sr 2+ , Ba 2+ , Mo 2+ , реже Mg 2+ , Pb 2+ .
Стронциевый апатит Ca9Sr(PO4)6(OH)2 хрупкий. В районах, где вода, почва, а следовательно и пища богаты стронцием наблюдаются частые переломы костей.
При ацидозе, у больных сахарным диабетом, голодающих или страдающих нарушением кровообращения, ионы Са 2+ замещаются протонами (Н + ):
Так как Н + во много раз меньше иона кальция кристаллы ГАП разрушается:
▪ РО4 3- замещается НРО4 2- , СО3 2- , АsO3 2- , цитратом.
Активность такого замещения зависит от уровня бикарбонатов в крови.
▪ ОН — замещается анионами галогенов – Cl — , F — , I — , Br —
В небольших количествах фтор повышает устойчивость апатитов к разрушению.
Реакции «изоморфного» замещения протекают очень медленно и условно подразделяются на 3 стадии.
На I стадии в течение нескольких минут идет обмен ионов между тканью межпризменного пространства и гидратной оболочкой кристаллов. Ионы Na + , F — , по градиенту концентрации могут проникать в поверхностные слои кристалла.
II стадия продолжается несколько часов, происходит обмен ионами Са 2+ , РО4 3- , СО3 2- , Sr 2+ , F — гидратного и поверхостного слоев кристаллов ГАП. Ионы диффундируют в поверхностные слои кристаллов.
На III стадии происходит перемещение ионов, например Са 2+ , РО4 3- , Sr 2+ , F — из поверхностного слоя в глубь кристаллов. Продолжительность процесса от нескольких дней до нескольких месяцев.
Степень замещения зависит от:
■ концентрации и радиуса ионов;
■ продолжительности ионного обмена.
«Изоморфные» замещения приводят к:
■ изменению молярного соотношения Са/P;
■ размера и устойчивости кристаллов к физическим и химическим воздействиям.
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ТКАНЕЙ
Основными органическими являются белки, протеогликаны, фосфолипиды и цитрат, составляющие от 1% в эмали зуба до 30% в костной ткани. Особенности их строения определяют способность межклеточного матрикса к минерализации.
Белки костной ткани синтезируются остеобластами.
Коллаген I типа (остеоколлаген) содержит больше гидроксипролина, но мало гидроксилизина, поэтому менее гликозилирован. Между лизином, аллизином и гидроксилизином образуется меньше межцепочечных ковалентных связей, однако образуются структуры — пиридинолин (десмозин) и дезоксипиридинолин (изодесмозин) не встрещающиеся в коллагене I типа других тканей. Они устойчивы к деградации и во время резорбции кости в свободной форме (пиридинолин и дезоксипиридинолин) определяются в сыворотке крови и моче. В костном коллагене есть фосфорилированные остатки серина.
Читайте также: Удаление строительной пены с ткани
Неколлагеновые белки костной ткани. Некоторые из них присутствуют и в других тканях, но только в минерализованном матриксе они участвуют в процессах остеогенеза и дентогенеза, а также ремоделировании костной ткани.
Большинство неколлагеновых белков костного матрикса является
гликопротеинами или гликофосфопротеинами.
Остеонектин (ОН) синтезируется и секретируется зрелыми остеобластами и функционально активными остеоцитами. Белок содержит много аминокислотных остатков Глу, Асп, которые с помощью Са 2+ присоединяются к фосфатным остаткам (РО4 3- ) гидроксиапатитов.
ОН имеет центры связывания с коллагеном, альбумином, тромбоспондином и клеточными рецепторами. Взаимодействие с этими белками регулируют ионы Са 2+ , которые изменяет заряд и конформацию белка.
Взаимодействие ОН со специфическими лигандами. Рис. 11.24.
ОН участвует в формировании центров кристаллизации и инициирует процесс минерализации костной ткани.
Остеокальцин (ОК) является уникальным белком тканей кости и зубов. ОК синтезируется и секретируется остеобластами, остеоцитами и одонтобластами. Он содержит несколько (3-5) остатков γ (гамма)-карбоксиглутаминовой кислотой (γ-Глу, или gla). Образование γ-Глу катализирует витамин К-зависимый фермент – глутамилкарбоксилаза.
Остатки γ-Глу повышают способность ОК связывать Са 2+ . Комплекс ОК и кальция присоединяется к преостеокластам, моноцитам и стимулирует их дифференцировку.
Взаимодействие остеокальцина с фосфолипидами мембраны остеокласта.
Присоединяя Са 2+ , ОК снижает его содержание в матриксе. Таким образом, уменьшается связывание кальция с ОН, который участвует в образовании центров кристаллизации, поэтому кость не подвергается избыточной минерализации. Содержание ОК ограничено в местах минерализации и повышено в растущих тканях кости.
Экспрессия гена ОК в остеобластах регулируется кальцитриолом. При снижении синтеза и секреции ОК наблюдается усиление минерализации кости.
Gla-протеин матрикса – белок, родственный ОК, но секретируется остеобластами на более ранних стадиях развития кости и замедляет скорость минерализации.
Сиалопротеин кости синтезируется остеобластами и одонтобластами. Молекулы белка имеют высокий отрицательный заряд, который обеспечивается присутствием:
■ углеводов (50% массы молекулы) из них 12% составляет сиаловая кислота
■ фосфорилированных остатков серина;
■ повторов глутаминовой кислоты [-Глу-]n;
■ сульфатированных остатков тирозина;
■ гликозамингликановых цепей кератансульфата.
Это позволяет сиалопротеину взаимодействовать с Са 2+ и ГАП. Последовательность –Арг-Глу-Асп- (RGD-последовательность) в белке комплементарна рецепторам интегрина (αγβ3) остеокластов. Взаимодействие сиалопротеина с αγβ3-рецепторами вызывает их активацию. Сиалопротеин кости присутствует только в минерализованных тканях: костях, дентине и цементе.
Участие сиалопротеина в прикреплении остеокластов к поверхности кости.
Остеопонтин (ОП) синтезируется остеобластами и остеоцитами. Взаимодействие с ГАП матрикса происходит благодаря высокому отрицательному заряду ОП, который обеспечивается:
■ углеводными фрагментами, содержащими сиаловую кислоту;
■ сульфатированными и фосфорилированными остатками серина;
■ повторами аспарагиновой кислоты (–Асп–)n.
ОП имея –Арг-Глу-Асп- (RGD-последовательность) стимулирует прикрепление остеокластов к минерализованной поверхности кости. На этих участках костной ткани ОП превышает содержание других белков более чем в 10 раз.
Остеокласты в области «щеточной каемки» секретируют кислую фосфатазу, которая дефосфорилирует ОП, сиалопротеин и изменяет их:
■сродство к αγβ3-рецепторам остеокластов;
Активность остеокластов снижается, процесс резорбции замедляется.
Влияние остеопонтина на активность остеокластов. Рис.11.29 ——
Кальцитриол в несколько раз повышает экспрессию гена ОП и секрецию «зрелого» белка клетками.
Дата добавления: 2015-12-16 ; просмотров: 2373 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Научная электронная библиотека
1.1. Особенности метаболизма костной ткани
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].
Читайте также: Как постирать рюкзак в стиральной машине из ткани
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.
Читайте также: Сколько ткани требуется для пошива костюма
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.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом