Патологический аспект

При наследственном дефекте каких-либо гидролаз, участвующих в катаболизме гликозаминогликанов и протеогликанов развивается мукополисахаридозы — заболевания, проявляющиеся нарушением в умственном развитии детей, поражениями сосудов, помутнением роговицы, деформациями скелета, уменьшением продолжительности жизни.

Эти заболевания характеризуются накоплением гликозаминогликанов и протеогликанов в тканях, приводящих к деформации скелета и увеличению органов, содержащих большое количество внеклеточного матрикса. Для постановки диагноза определяют активность лизосомальных гидролаз.

С диагностической целью разных воспалительных процессов, опухолях и разрушении соединительной ткани в плазме определяют уровень «сиаловых кислот». Сиаловые кислоты циклическая форма ацетилированной нейраминовой кислоты.

Nсод в плазме = 2-2,33 ммоль/л

Регуляция синтеза и секреции гликозаминогликанов и протеогликанов.

Их синтез и секреция регулируется:

а) по механизму обратной взаимосвязи: накопление их в матриксе тормозит синтез и наоборот.

б) Гормонально: глюкокортикоиды тормозят синтез на уровне генов, ответственных за синтез белков и ферментов биосинтеза.

Половые гормоны тормозят синтез сульфатированных гликозаминогликанов.

Биохимия костной ткани

1. Особенности метаболизма в клеточных элементах костной ткани.

Общие особенности: высокий уровень потребления углеводов, значительные запасы гликогена, преобладание гидролитического пути распада гликогена над фосфолитическим.

Особенности метаболизма в остеобластах: интенсивный синтез белков, особенно коллагена и ферментов, также нуклеиновых кислот и мукополисахаридов, осуществление транспорта кальция из межклеточной жидкости в костный матрикс, секреция щелочной фосфатазы и пирофосфатазы.

Особенности метаболизма в остеокластах: участие в резорбции костной ткани, выделение лизосомальных гидролитических ферментов в костный матрикс.

2) Механизм минерализации костной ткани. Считается, что этот процесс обеспечивается, в основном, деятельностью остеобластов, выделяющих в межклеточную среду компоненты органического матрикса (коллаген, хондроитинсульфаты), органические кислоты, ионы кальция, фосфорные эфиры органических кислот и гидролизующую их щелочную фосфатазу, а также другие лизосомальные ферменты и пирофосфат (ингибитор кристаллизации).

В органическом матриксе кости молекулы коллагена находятся в виде комплексов с молекулами хондроитинсульфатов. При этом радикалы коллагена – OH, -NH3 способные инициировать образование ядра кристаллизации, оказываются связанными с хондроитинсульфатами. Выделяемые остеобластами ионы кальция связываются сульфатными группами хондроитинсульфатов.

Начало процесса минерализации объясняют усилением в остеобластах процесса распада гликогена и поступление ацетил-КоА в ЦТК. Это приводит к выделению в среду молочной и лимонной кислот, которые:

а) способствуют растворению аморфного фосфата кальция (способствует локальному повышению концентрации ионов кальция и фосфата)

б) создают оптимальную среду для деятельности кислых гидролаз, выделяемых из лизосом остеобластов. Лизосомальные ферменты перестраивают органический матрикс: разрушают комплексы коллагена с хондроитинсульфатами (и, по-видимому, частично молекулы коллагена и, тем самым, освобождают радикалы -OH и -NH3 коллагена, участвующие в формировании ядра кристаллизации). Происходящая при этом перестройка молекул хондроитинсульфата приводит к высвобождению ими ионов кальция, которые вместе с инициирующими радикалами преобразованных молекул коллагена формируют в ядро кристаллизации.

Происшедшее на первом этапе освобождение ионов кальция приводит к подщелачиванию среды и создает условия для деятельности щелочной фосфатазы, которая гидролитически отщепляет фосфорную кислоту, эфирносвязанную с органическими веществами (гл-6-ф, глицероФ). Накопление ионов кальция и фосфорной кислоты, обеспечивает рост кристаллов оксиапатита — кристаллов в ядро кристаллизации. Этому росту (и одновременно накоплению фосфата) способствует и то, что щелочная фосфатаза и пирофосфатаза в создавшихся условиях (подщелачивание среды) расщепляет ингибитор кристаллизации- пирофосфат -до двух молекул фосфорной кислоты.