89. Биохимия костной ткани. Клетки костной ткани и их участие в построении и резорбции кости. Особенности метаболизма в остеобластах и остеокластах.

Кости человека состоят из органического матрикса кристаллов фосфорно-калиевых солей и клеток: остеобластов, остеоцитов и остеокластов.

Остеобласты - клетки мезенхимального происхождения вырабатывающие органические части остеоида и участвуют в процессах его минерализации. В период активного функционирования эти клетки называются активными остеобластами, при окружении себя минеральным матриксом клетки теряют свою метаболическую активность, меняют форму, теряют способность к размножению и их называют остеоцитами. Остеоциты окружены полостью -лакунами и взаимодействут между собой через многочисленные отростки проходящие в узких костных канальцах. Они обмениваются низкомолекулярными метболитами и ионами через щелевые контакты. Остеобласты на поверхности кости образуют слой покоящихся остеобластов. Эти клетки образуют тонкий органический матрикс 0,1-0,5 мкм, который не минерализуется. Вырабатывваемый этими клетками органический матрикс отделяет их откости и называется эндостальной мембраной. Такая форма остеоида обеспечивает рост костей в ширину и защищает ее поверхность от несанкционированной атаки клеток разрушающих кость, сохраняет способность реагировать на гормоны и др. регуляторные воздействия.

Остеокласт—гигантская многоядерная клетка костной ткани, способная резорбировать обызвествленный хрящ и межклеточное вещество костной ткани в процессе развития и перестройки кости. Это основная функция остеокласта. Следует отметить, что остеокласты, так же как и остеобласты, синтезируют РНК, белки. Однако в остеокластах этот процесс протекает менее интенсивно, так как у них слабо развит эндоплазматический ре-тикулум и имеется небольшое число рибосом, но содержится много лизосом и митохондрий.

90. Органические и неорганические компоненты костей. Минерализация и деминерализация костей, и регуляция этих поцессов гормонами.

Состав кости. Имеется несколько различных видов костей: трубчатые, губчатые и т.п.

Минеральная часть кости состоит главным образом из различных форм фосфатов кальция, кроме того включает карбонаты, фториды, гидроксиды и цитраты. В состав костей входит большая часть Mg²⁺, около 1/4 всего Na⁺ организма и небольшая часть К⁺.

Кристаллы кости состоят из гидроксиапатитов, их приблизительный состав Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂. Кристаллы имеют форму пластинок или палочек размерами 8-15*20-40*200-400 Ǻ. Вследствие неорганической кристаллической структуры упругость кости сходна с упругостью бетона.

Функции минеральной фазы костной ткани:

1) составляет остов кости

2) придает прочность

3) придаёт форму

4) защитная

5) депо минеральных веществ

Неорганические компоненты составляют только около 1/4-1/3 объёма кости; остальной объём занимает органический матрикс. Однако удельные массы органических и неорганических компонентов кости различны, поэтому на долю нерастворимых минералов приходится 1/2 массы. При вымачивании кости в разведенных растворах кислот ее минеральные компоненты вымываются, и остается гибкий, мягкий, полупрозрачный органический остаток, сохраняющий форму кости.

Органический матрикс состоит из коллагена на 90%, неколлагеновых белков и протеогликанов.

1) Коллагеновые фибриллы костного матрикса образованы коллагеном I типа, который входит также в состав сухожилий, кожи, дентина.

2) В кости и зубах есть неколлагеновые белки, как общие, так и специфичные (только для костной ткани или только для зубных тканей).

Остеокальцин – костный глутаминовый белок (gla-белок) – присутствует и в зубах. Он небольшой - 49 аминокислотных остатков, прочно связан с кристаллами гидроксиапатита и регулирует связывание Са²⁺ в костях и зубах. Для его синтеза остеобластам нужен витамин К, который способствует присоединению дополнительной карбокси-группы к глутаминовой кислоте (в радикальной части аминокислоты получается –СН₂–СН(СОО^–)₂). Приобретая дополнительный “-“ заряд, остаток глутаминовой аминокислоты становится способным прочно связывать Са²⁺. Синтезированный остеокальцин включается во внеклеточное пространство кости, однако небольшая его часть попадает в кровоток, где и может быть проанализирована (наборы ИФА). Активность остеобластов, продуцирующих остеокальцин, ингибируется высоким уровнем паратгормона (ПТГ), в результате снижается содержание этого белка в кости и крови.

Костный сиалопротеин, остеопонтин, остеонектин и другие костные белки также имеют кислую природу (содержат ГЛУ, АСП, фосфорилированные аминокислоты) что помогает их участию в минерализации.

3) Протеогликаны кости представлены, главным образом, большими ПГ, содержащими хондроитинсульфат, который очень важен для обмена веществ костной ткани. Он образует в комплексе с белками основное вещество кости, участвует в обмене Са²⁺. Хондроитинсульфат за счет своих сульфатных групп является полианионом и связывает Са²⁺, т.е. способен к активному ионному обмену. При его разрушении нарушается связывание Са²⁺.

Минерализация – сложный биохимический процесс, включающий множество превращений с участием органических и неорганических компонентов, требующих больших энергетических затрат, регулируемый многими факторами, включая витамины, гормоны, ферменты, АТФ, гликозамингликаны, ЦТК. Процесс минерализации состоит в очаговом образовании центров кристаллизации гидроксиапатита из растворов Р и Са под действием коллагеновых волокон, в которых необходимо специфическое взаиморасположение реакционноспособных групп, способным служить центрами кристаллизации. Важную роль играют также гликозамингликаны, в частности хондроитинсульфат, обладающий повышенным сродством к ионам Са и Р. Гликозамингликаны интенсивно секретируются остеобластами в зоне минерализации, а затем подвергаются действию лизосомальных ферментов, образуя высокоактивные ионы. Биохимическую основу нуклеации первичных зародышей кристаллов составляет реакция образования комплекса между коллагеном, АТФ, Са и хондроитинсульфатом. К факторам, контролирующим кристаллообразование, относится пирофосфаты и фосфолипиды, ингибирующие минерализацию. 

Регуляторы обмена костной ткани. Паратгормон – повышает содержания сывороточного Са²⁺, вызывает резкое усиление процессов резорбции, выражающееся в разрушении минеральной и органической основы костной ткани. Под его влиянием увеличивается число остеокластов и их активность, что доказывается повышением Са²⁺ в крови и выделением с мочой оксипролина. Тиреокальцитонин, напротив, ингибирует резорбцию кости остеокластами, поэтому его применяют в клинике при заболеваниях, связанных с усиленной резорбцией кости (остеопорозы различного происхождения, замедленное заживление переломов, несовершенный остеогенез). Витамин Д – стимулирует минерализацию на уровне транскрипции, усиливая экспрессию остеокальцина.