Структура и формирование кости

МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС

КЛЕТКИ КОСТНОЙ ТКАНИ

ЛЕКЦИЯ №

Тема: Биохимия костной ткани

Факультеты: стоматологический.

2 курс.

В организме человека выделяют несколько различных видов костей: трубча­тые кости, губчатые и т. п.

Как и любая ткань, костная ткань состоит из клеток и межклеточного матрикса.

Основные клетками костной тканиявляются остеокласты, остеобласты, которые являются разновидностью фибробластов (клетки мезенхимального происхождения).

В состав межклеточного матрикса костной ткани входят органические и неорганические вещества. Неорганический компонент составляет только около ¼ объе­ма кости; остальную часть занимает органический компонент. При этом на долю неорганического компонента при­ходится больше половины массы кости.

Органический компоненткостной ткани состоит в основном (90—95%) из коллагеновых волокон (коллаген 1 типа), незначительного количества протеогликанов, ГАГ (аморфное вещество) и неколлагеновых структурных белков (фибронектин, ламинин, тенасцин, остеонектин и др.).

Минеральный компонент костной ткани – состоит глав­ным образом из гидроксиапатита (приблизительный состав Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂), кроме того, он включает фосфаты кальция (Са₃(РО₄)₂), магния (Mg₃(РО₄)₂), карбонаты, фториды, гидроксиды, цитраты (1%) и т.д. В состав костей входит большая часть Mg²⁺, около четверти Na⁺ и небольшая часть К⁺, содержа­щихся в организме.

Ионы Na⁺ адсорбируются на поверхности кристаллов. В растущую кристал­лическую решетку гидроксиапатита могут внедряться ионы тяжелых металлов: свинец, радий, уран и тяжелые элементы, образующиеся при рас­паде урана, например стронций.

Кри­сталлы гидроксиапатита имеют форму пластинок или палочек толщиной около 8-15Å, шириной 20-40Å, длиной 200-400Å, их удельная мас­са 3,0. В кристаллической решетке гидроксиапатита Са²⁺ может замещаться другими двухвалентными катионами. Анионы, отличные от фосфата и гидроксила, либо адсорбируются на большой поверхности, образуемой малень­кими кристаллами либо растворяются в гидратной оболочке кри­сталлической решетки.

Между собой кри­сталлы гидроксиапатита через Са²⁺ связываются небольшим белком (49 АК), который содержит 3 остатка γ-карбоксиглутаминовой кисло­ты. В синтезе этого белка участвует витамин К, он обеспечивает карбоксилирование глутаминовой кислоты.

Вследствие кристаллической структуры образованной органическими и неорганическими компонентами модуль упругости кости сходен с бетоном.

Первично синтез костной ткани начинается с образования хряща, в котором органический компонент затем частично замещается минеральным.

Синтез органических компонентов хрящевой ткани осуществляется фибробластами и остеобластами. Они синтезируются и выделяются в межклеточный матрикс молекулы тропоколлагена 1, протеогликаны и гликозаминогликаны. В межклеточном матриксе молекулы тропоколлагена 1 последовательно формируют микрофибриллы, затем фибриллы, которые созревают и агрегируются в коллагеновые волокна. В фибриллах молекулы тропоколлагена располагаются со смещением на ¼.

Протеогликаны связываясь с коллагеновыми волокнами в белок-полисахаридные комплексы, повышают их растяжимость и степень набухания.

Расположение тропоколлагеновых молекул Знаки ► и О указывают соответственно С- и N-концы отдельных молекул тро­поколлагена. Ступенчатое расположение моле­кул тропоколлагена в нормальной фибрилле коллагена; начало каждой молекулы тропоколлагена смещено приблизительно на 1/4 ее длины относительно сосед­них молекул.

Для превращения хрящевой ткани в костную, остеобласты, богатые щелочной фосфатазой, разрушают органические фосфоросодержащие соединения вызывая локальное повышение концентрации РО₄^3-. В результате происходит «пересышение» среды минеральными компонентами.

Особенностью строения коллагеновых волокон заключается в том что, между концом одной молекулы тропоколлагена и началом другой имеется небольшое пространство. Это пространство является центром нуклеации - в нем минеральные компоненты пересыщенной среды образуют кристаллы гидроксиаппатита. Со временем кристаллы гидроксиапатита сами становятся цент­рами нуклеации для отложения новых кристаллов в пространстве между коллагеновыми волокнами.

В зоне кальцификации под действием лизосомальных протеиназ клеток кости происходит гидролиз белок-полисахаридных комплексов. Образующиеся полости заполняются растущими кристаллами гидроксиаппатита, в результате кристаллы «вытесняют» протеогликаны, а с ними и воду. Зрелая костная ткань сильно обезвожена (10%); коллаген в ней составляет 20% по массе и 40% по объему; остальное приходится на долю минеральной части. Эта структура пронизана выстланными клетками гаверсовыми каналами, по которым проходят крове­носные сосуды.

Образующиеся компоненты костной ткани со временем разрушаются остеокластами и заново восстанавливаются остеобластами. В норме полная смена костной ткани происходит в течение 10 лет. Активность остеобластов и остеокластов обеспечивает постоянство состава кости.