Минерализация костной ткани

Скорость процесса минерализации зависит от содержания кальция, фосфора и ряда микроэлементов. Процесс минерализации управляется остеобластами и тормозится пирофосфатом.

Образование кристаллов минерального остова кости индуцирует коллаген. Центрами для отложения кристаллов становятся зоны между коллагеновыми волокнами, находящимися в протеогликановом матриксе. Протеогликаны повышают растяжимость коллагеновой сети. При кальцификации протеогликаны разрушаются лизосомальными гидролазами остеобластов. По мере роста кристаллы вытесняют не только протеогликаны, но и воду. Плотная, полностью минерализованная кость практически обезвожена и состоит из коллагена (20%) и минеральных веществ.

Начало минерализации характеризуется усиленным поглощением остеобластами кислорода, активацией окислительно-восстановительных процессов и окислительного фосфорилирования. В митохондриях накапливаются Са²⁺ и РО₄^3-. Начинается синтез коллагеновых и неколлагеновых белков, которые после посттрансляционной модификации упаковываются в везикулы. От остеобластов отпочковываются матриксные пузырьки или мембранные везикулы. Они содержат в большой концентрации ионы Са²⁺, глицерофосфолипиды, ферменты – щелочную фосфатазу, пирофосфатазу, АТФ-азу, аденозинмонофосфатазу. Ионы кальция в мембранных везикулах связаны преимущественно с отрицательно заряженным фосфатидилсерином. В межклеточном матриксе мембранные везикулы разрушаются с освобождением ионов кальция, пирофосфатов, органических соединений, связанных с остатками фосфорной кислоты. Присутствующие в мембранных везикулах щелочная фосфатаза, отщепляет фосфат от органических соединений, пирофосфатаза гидролизует пирофосфат, ионыСа²⁺ связываются с РО₄^3-, что приводит к появлению аморфного фосфата кальция. Из белков костной ткани наиболее активно связывают ионы Са²⁺ и РО₄^3-остеонектин и Gla-белки. Остеонектин является гликофосфопротеином, а Gla-белки содержат 5 остатков γ-карбоксиглутаминовой кислоты. Коллаген костной ткани связывает ионы РО₄^3- через ε-аминогруппу лизина с образованием фосфоамидной связи. Так возникают ядра минерализации.

На образовавшемся ядре возникают спиралевидные структуры гидроксиапатитов, рост которых идет по принципу добавления новых ионов. Этот процесс называется эпитаксисом.