Механизмы костного ремоделирования.

Современные представления о формировании кости и минерализации.

Образование кости - многостадийный процесс, включающий

1.Размножение и дифференцировку клеток (остеобластов).

2.Синтез и секреция в матрикс коллагена, ГАГ, НКБ, ФЛ, цитрата Са.

3.Формирование ГАП (образование ядер кристаллизации).

Пусковой механизм минерализации:

1.повышение оксигенации ткани,

2.активация аэробного окисления,

3.повышение образования АТФ в остеобластах

АТФ

источник энергии источник Н3РО4

Механизмы костного ремоделирования. Механизмы минерализации.

Роль ферментов:

Механизмы костного ремоделирования. Механизмы минерализации.

Образующиеся фосфаты способны фиксироваться на белках за счет радикалов аминокислот.

СА2+ фиксируются на фосфолипидах. Далее – формируются

протеолипидные комплексы,

содержащие первичный фосфат кальция (центр кристаллизации)

Ремоделирование костной ткани обеспечивает постоянный обмен неорганических и органических составляющих, необходимый

для поддержания прочности кости на протяжении жизни.

После формирования центра кристаллизации начинается самоорганизованный рост кристаллов ГАП на белковой матрице.

По мере роста кристаллы ГАП вытесняют протеогликаны и Н2О

до такой степени, что ткань становится практически обезвоженной.

После завершения кристаллизации, остеобласты оказываются амурованными в минеральном матриксе и превращаются в остеоциты.

Функция остеоцитов: поддержание уровня обменных процессов в костной ткани.

Особенности метаболизма макро-и микроэлементов в костной ткани.

Депонирование макро–и микроэлементов: 2,2 кг Ca (99%)

0,6 кг Р (87%) Mg (58%) Na (44%)

> 30 микроэлементов (МЭ).

МЭ могут влиять на минерализацию костной ткани. Отсутствие/избыток тех или иных МЭ определяет

возникновение патологий ткани. Примеры: «алюминиевый рахит»,

«стронциевый рахит», «марганцевый рахит» и др.

Поддержание кислотно-основного равновесия в организме: При ацидозе из костной ткани идет высвобождение Na+.

При алкалозе или избытке Na+ и F- в пище эти элементы аккумулируются в костной ткани.

Биогенными минералами являются апатиты.

Са10(РО4)6Х2

Особенность состава минерального компонента определяется: видом твердой ткани, топографической локализацией внутри ткани, возрастом человека, экологией.

Гидроксиапатиты (ГАП) - минеральная основа твердых тканей.

ГАП образуют стабильную ионную решетку (t плавления > 1600 С),

в которой ионы тесно контактируют между собой и удерживаются за

счет электростатических сил.

Кристалл ГАП состоит из 2000 элементарных ячеек.

Прочность связей между ионами ГАП прямо пропорциональна величине заряда и обратно пропорциональна квадрату расстоянию между ними.

ГАП

ГАП образуют кристаллы в виде гексогональных призм (шестигранники).

Кристалл ГАП покрыт водной оболочкой толщиной ~ 1 нм (гидратный слой).

Кристаллы ГАП отделены друг от друга пространством ~ 2,5 нм.

Оптимальное расстояние между ионами Са2+ и (РО4)3-, необходимое для формирования кристалла ГАП, задается матрицей, которая образована коллагеном I типа, НКБ, ГАГ, фосфолипидами, цитратом.

Изменение строения или количества любого вещества, формирующего матрицу, приводит к нарушению минерализации или образованию кристаллов неправильной формы, к снижению прочности ткани.

Коэффициент Ca/P в кристаллах ГАП может служить критерием устойчивости минерализованных тканей.

Идеальный ГАП соответствует формуле Сa10(PO4)6(OH)2

с молярным соотношением Са/Р = 1,67 (кальциево/фосфатный коэффициент). В природе соотношение Са/Р может меняться в пределах 1,33–2,0 (доля Са в ГАП может снижаться или повышаться).

Изменение соотношения Са/Р связано с заменой ионов в кристаллической решетке ГАП другими ионами, сходными по размеру, свойствам, заряду. Реакции внутрикристаллического обмена ионов в структуре ГАП называются изоионным (изоморфным) замещением.

Варианты замещения:

Са 2+ Na+, K+, Sr2+, Ba 2+, Mo2+, Mg2+, Cd2+, Pb2+, Cr3+

PO3- HPO2-, CO32-, AsO3-, цитрат.