2.3. Остеогенез

Начальная стадия формирования костной ткани обеспечивается активной работой специфической протеинкиназы, с помощью которой гидроксилсерин, включенный в коллаген, фосфорилируется за счет использования фосфата из АТФ. Затем к кислотному остатку присоединяется ион кальция, который поставляется цитратом; таков механизм образования первичных кристаллов гидроксиапатита. На их основе растут другие по типу эпитаксии (прорастание кристаллов без непосредственного взаимодействия с белком).

Часть ионов кальция взаимодействует с анионами включенных в коллаген моноаминодикарбоновых кислот (глутамата и аспартата), в то время как содержащийся в нем лизин образует с неорганическим фосфатом фосфоамидную связь. Кроме того, в костной ткани преципитация кальция и фосфата возможна не только на белках, но и на углеводах и липидах.

Сильно ионизированные кристаллы гидроксиапатита инициируют солидное электростатическое поле, которое, в свою очередь, удерживает вокруг них гидратную оболочку, играющую немаловажную роль в обмене ионами между кристаллами и межклеточной жидкостью.

2.4. Регуляция метаболизма и патология скелетных тканей

Особая роль в формировании и функционировании скелетных тканей принадлежит витаминам А, Д, С, Е.

Ретинол ответственен за синтез хондроитинсульфата. Поэтому дефицит витамина А сопровождается прекращением роста костей, в том числе костей черепа, то обусловливает нарушения в функционировании ЦНС, т.к. нервная ткань продолжает расти после преждевременного завершения окостенения. Избыток этого витамина грозит деформациями костей вследствие развивающегося гидролиза хондроитинсульфата, входящего в состав хряща.

Аскорбиновая кислота обеспечивает посттрансляционную модификацию коллагена, отвечая за гидроксилирование пролина и лизина в нем. Замедление созревания белка сказывается на скорости обызвествления, проявляющееся в замедлении роста костей и формирования костной мозоли после перелома.

Установлено, витамин Д проявляет свою биологическую активность после двойного гидроксилирования. Став гормоном (кальцитриолом), он стимулирует матричную активность участков ДНК, ответственных за синтез Са-связывающих белков и щелочной фосфатазы. Поэтому дефицит витамина Д провоцирует развитие дисбаланса ионов кальция и фосфатов в скелетных тканях, что приводит к остеомаляции, остеопорозу. Хроническая интоксикация холекальциферолом характеризуется усиленной резорбцией костей и вследствие этого развитием гиперкальциемии, что вместе с гиперфосфатемией обусловливает соответствующие –урии, способствуя образованию камней в почках, а также отложению этих солей в других органах.

В механизмы регуляции гомеостаза ионов кальция и фосфатов включены многие гормоны, среди них особая роль принадлежит паратгормону, тирокальцитонину, кальцитриолу, а также инсулину, эстрогенам, глюкокортикостероидам.

Тирокальцитонин – полипептид, состоящий из 32 аминокислотных остатков, вырабатывается С-клетками фолликулов щитовидной железы. Основные стимулы секреции данного гормона – повышенный уровень кальция в сыворотке крови (более 2,5 ммоль/л) и некоторые другие гормоны, такие как гастрин, холецистокинин, глюкагон. Вид рецепции: трансмембранный, через ц-3^ґ,5^ґ-АМФ. Органы мишени: костная ткань, почки. Его биологический эффект заключается в ингибировании активности остеокластов, резорбции костей. Это приводит к снижению уровней ионов кальция и фосфатов в крови. В пойках вызывает кальций- и фосфатурические эффекты.

Паратгормон – полипептид (включает 84 аминокислотных остатка), гормон околощитовидных желез, практически имеет те же органы мишени, что и тирокальцитонин. По механизму действия является его антагонистом. Он поддерживает гомеостаз кальция усиливая реабсорбции ионов кальция дистальными канальцами почек и ингибируя реабсорбцию фосфатов. В почках паратгормон способствует гидроксилированию 25-гидроксихолекальциферола в кальцитриол (1,25-дигидроксихолекальциферол). Действие этого гормона на костную ткань характеризуется двухфазностью: в ранней фазе идет мобилизация ионов кальция из костей и распад органического матрикса (при этом усиленно высвобождается гидроксипролин - важнейший компонент коллагена) благодаря активации остеокластов; в позднюю фазу наряду с резорбцией кости наблюдаются процессы образования новых ее клеток за сет стимуляции остеобластов.

Кальцитриол (1,25-дигидроксихолекальциферол). Вид рецепции: внутриклеточный, органы мишени те же, что и для паратгормона. Этот гормон растармаживает матричную активность ДНК на участках, ответственных за синтез кальций связывающего белка. При недостатке витамина Д минерализация костей нарушается в основном из-за слабого всасывания кальция и фосфатов в кишечнике. Кальцитриол способствует повышению концентрации кальция в сыворотке и, действуя синергично с паратгормоном, облегчает мобилизацию минеральных компонентов из костной ткани. В кишечнике гормон способствует всасыванию кальция. Кальцитриол способен также усиливать действие паратгормона на реабсорбцию кальция в почках.

В регуляции роста кости то или иное участие принимают почти все гормоны. В физиологических концентрациях глюкокортикостероиды стимулируют обмен веществ в костной ткани, повышая чувствительность клеток к паратгормону и кальцитриолу. Инсулин активирует всасывание кальция в кишечнике. Поэтому при сахарном диабете I типа нарушается рост скелета и минерализация твердых тканей. Тиреоидные гормоны (Т₃ и Т₄) также необходимы для нормального роста костей. При их избытке наблюдается гиперкальциемия. Соматомедины стимулируют анаболические процессы в скелетных тканях (синтез ДНК, РНК, белков, включая протеогликаны), а также сульфатирование ГАГов. Активность соматомединов определяет гормон роста.