Глава 2. ÑкелетнАя ткань

Опорно-двигательную функцию выполняет особый вид соединительной ткани, называемый скелетной. Она, в свою очередь, делится на хрящевую è костную. Первая - путем энхондрального остеогенеза формирует скелет у плода, в растущем организме, а при переломах костей служит местом образования костной ткани, ответственной за выполнение опорной функции.

2.1. Хрящевая ткань

Õðÿù (гиалиновый, эластический, волокнистый), как и другие варианты соединительной ткани, состоит из клеток (хондробластов _ хондроцитов) и межклеточного матрикса. Последний обеспечивает основные свойства – прочность и упругость ткани. В его составе содержится до 75% воды, что позволяет веществам из сосудов надхрящницы диффундировать в хрящевой матрикс (т.к. он не имеет кровеносных сосудов) и осуществлять питание хондроцитов. В межклеточном веществе наиболее значимы коллагены, протеогликаны и хондронектин. Среди первых преобладают II, VI, IX типы. С коллагеном типа X связывают способность некоторых хрящей к обызвествлению, поэтому, например, хрящи трахеи не содержат этой формы белка. В протеогликанах из ГАГов преобладают хондроитинсульфаты и гиалуроновая кислота. От гиалуроновой кислоты в разные стороны отходят полипептидные цепи, к глобулярной головке которых присоединены короткие молекулы олигосахаридов, а к противоположному концу белка – хондроитинсульфаты. По всей длине пептида прикреплены молекулы кератансульфата и олигосахарида. Главная функция протеогликанов – связывание воды в хрящевом матриксе. Чем длиннее фрагменты хондроитинсульфатов в составе протеогликана, тем больше жидкости включается в его молекулу. Из-за повреждения структуры хондроитинсульфатов снижается объем связанной воды, что характерно для лиц пожилого возраста, у которых при этом уменьшается упругость хряща.

Хондронектин – специфический белок, контролирует консистенцию матрикса, его мицеллы имеют площадки для связывания коллагена II типа, протеогликанов в плазмолемме хондроцитов.

Основные клеточные элементы – хондроциты включают хорошо развитые гранулярную эндоплазматическую сеть и комплекс Гольджи. Многочисленные вакуоли содержат коллагены, протеогликаны, гликопротеины, секретируемые позднее в матрикс.

2.2. Костная ткань

Костная ткань имеет минерализованный матрикс, который состоит на 50 % из неорганической, на 25% из органической частей, на воду же приходится оставшиеся 25%. Основными минеральными компонентами являются кальций (35%)è фосфаты (50%), входящие в состав кристаллов гидроксиапатита: Са₁₀(ĐÎ₄)₆(ÎÍ)₂ {[Ñà₃(ĐÎ₄)₂]₃•Ñà (ÎÍ)₂}. Гидроксиапатиты соединяются с молекулами коллагена через остеонектин. Ионы кальция в решетке гидроксиапатита могут замещаться другими двухвалентными катионами. Кроме того, в межклеточное вещество входят бикарбонаты, фториды, ионы Мg, К, Nа и т.д. Своеобразной особенностью костного матрикса является высокая концентрация цитрата: около 90% его общего количества в организме приходится на долю этой ткани. Данные анионы необходимы для минерализации за счет образования комплексов с ионами кальция и фосфатами. В таком виде кальций легко перемещается в кость и обратно. Из-за относительно большого размера молекулы цитрат присоединяется к поверхности гидроксиапатита, не проникая вглубь кристалла. Кроме цитрата в матриксе регистрируются и другие органические ионы (сукцинат, фумарат, малат, лактат и др.).

Среди макромолекул межклеточного вещества преобладают коллаген, неколлагеновые белки и ГАГи (хондроитинсульфат, кератансульфат), синтезированные и секретированные остеобластами. 90-95 % коллагена приходится на его I тип, в нем имеются фосфаты и дикарбоновые кислоты. Неколлагеновые протеины в основном обеспечивают регуляцию остеогенеза; к ним относят морфогены, митогены, факторы хемотаксиса и хемоаттракции.

Как и большинство белков матрикса, морфогены принадлежат к гликопротеидам; они индуцируют дифференцировку полипотентных клеток в скелетогенные с образованием новой костной ткани (феномен остеоиндукции). Важнейший из них морфогенетический белок кости (МБК), состоящий из четырех субъединиц с общей молекулярной массой 75 500 Д. Под его влиянием остеогенез протекает по энхондральному типу, т.е. сначала образуется хрящ, а из него затем - кость. В 1983 году в США этот протеин получен в чистом виде и применяется при нарушенной регенерации кости.

Митогены – сложные белки, в простетическую группу которых включены углеводы и фосфаты. Они действуют на преддифференцированные клетки, сохранившие способность к делению, увеличивая их способность к митозу. В основе их биохимического механизма действия лежит инициация репликации ДНК.

К гликопротеидам принадлежат и факторы хемотаксиса и хемоаттракции, они определяют движение и прикрепление новообразованных структур под действием морфо- и митогенов. Наиболее известны: фибронектин, остеонектин и остеокальцин. Фибронектин связывает клетки и их неклеточные компоненты в единую систему. В молекуле этого протеина имеется центр для трансглутаминазы, которая катализирует взаимодействие между остатками глутамина и лизина в разных белках, соединяя их между собой. Так осуществляется сшивка молекул фибронектина друг с другом, коллагеном и другими неклеточными элементами матрикса или плазмолемм. Продукт остеобластов – остеонектин, - гликопротеид, обеспечивающий связывание минерального компонента с коллагеном. Остеокальцин – небольшой белок в минерализованном матриксе кости, участвует в кальцификации, служит маркером для оценки активности костной ткани.

Все вышеперечисленные неколлагеновые белки выполняют важную биологическую функцию, объединяя процессы деструкции и новообразования ткани. Đазрушаясь, клетки выделяют их в среду, где, воздействуя на разные стадии дифференцировки, эти факторы индуцируют образование новых тканей.

Среди клеточных компонентов выделяют 2 линии: созидающую и разрушающую. К первым принадлежат остеобласты è остеоциты, к последним – остеокласты. Остеобласты, как отмечено выше, синтезируют и секретируют вещества костного матрикса. В этих клетках регистрируется высокая активность щелочной фосфатазы, необходимой для минерализации межклеточных структур. Остеоциты – зрелые, неспособные к делению клетки, обеспечивают структурную целостность минерализованного матрикса, участвуют в регуляции обмена кальция в организме. Остеокласты выделяют большое количество протонов, что поддерживает кислую среду, оптимальную для растворения солей кальция костного матрикса. С помощью карбангидразы в клетках происходит следующая реакция:

ÑÎ₂ + Í₂Î __ Í⁺ + ÍÑÎ₃,

в результате чего высвобождаются Н⁺; затем протонная Н⁺, Ê⁺-АТФ активно выкачивает их из остеокластов, закисляя ими замкнутое пространство лакуны. Кроме того, эти клетки секретируют кислые гидролазы, коллагеназы и другие литические ферменты, расщепляющие органическую часть костного матрикса.