Костной ткани: Кость — Википедия – Костная ткань. Функции костной ткани. Строение костной ткани :: SYL.ru

КОСТНАЯ ТКАНЬ - это... Что такое КОСТНАЯ ТКАНЬ?


КОСТНАЯ ТКАНЬ
Рис. 1. Костные клетки (вид с поверхности).

Рис. 1. Костные клетки (вид с поверхности).

Рис. 1. Костные клетки (вид с поверхности):
1 — ядро;
2 — цитоплазма;
3 — отростки.

ко́стная ткань, один из видов соединительной ткани; твёрдая обызвествлённая ткань, входящая в состав кости. Развивается из мезенхимы. Состоит из клеток и межклеточного (основного) вещества. К. т. содержит 3 вида клеточных элементов: остеобласты, остеоциты и остеокласты. Остеобласты — клетки, из которых развивается К. т., встречаются в участках её новообразования, роста или восстановления; синтезируют коллаген. Они характеризуются хорошо развитой гранулярной цитоплазматической сетью; богаты щелочной фосфатазой. Остеоциты — дифференцированные отростчатые клетки сформировавшейся К. т. Их тела лежат в лакунах обызвествлённого основного вещества, а тонкие отростки — в особых костных канальцах, пронизывающих всё межклеточное вещество

К. т. (рис. 1). Остеокласты — многоядерные гигантские клетки, участвующие в резорбции межклеточного вещества. В их цитоплазме много лизосом, богатых гидролитическими ферментами типа кислой фосфатазы. Главный компонент межклеточного вещества — коллагеновые волокна. В зависимости от их расположения различают грубоволокнистую и пластинчатую К. т. В грубоволокнистой ткани, встречающейся у зародышей и при регенерации кости, беспорядочно расположенные волокна образуют грубые пучки. В пластинчатой К. т. сформированы костные пластинки, содержащие тонкие параллельно ориентированные фибриллы. Из этой ткани построено компактное и губчатое вещество костей. В компактном веществе костные пластинки располагаются в определённом порядке, образуя сложные системы (рис. 2). Основная структурная единица компактного вещества трубчатых костей — остеоны — системы концентрически наслоённых костных пластинок вокруг центрального, или Гаверсова, канала, в котором располагаются кровеносные сосуды и нервные волокна (рис. 3). Между остеонами расположены вставочные системы пластинок — остатки старых разрушенных остеонов. На внутренней и наружной поверхностях кости образуется система непрерывных пластинок, окаймляющих всю область компактного вещества — наружные и внутренние общие системы костных пластинок.

К. т. в организме осуществляет функцию опоры и механической защиты, а также является депо кальциевых солей. К. т. способна к регенерации. Высокая регенеративная способность К. т. трубчатых костей обеспечивается периостом. Пластинчатые кости регенерируют значительно хуже.

Литература:
Иванов И. Ф., Ковальский П. А., Цитология, гистология, эмбриология, 3 изд., М., 1976.

Рис. 2. Участок компактного вещества кости.

Рис. 2. Участок компактного вещества кости.

Рис. 2. Участок компактного вещества кости:
1 — наружные общие пластинки;
2 — остеоны;
3 — вставочные пластинки;
4 — центральный канал;
5 — внутренние общие пластинки.

Рис. 3. Схема Гаверсовой системы (по Штеру).

Рис. 3. Схема Гаверсовой системы (по Штеру).

Рис. 3. Схема Гаверсовой системы (по Штеру).

Ветеринарный энциклопедический словарь. — М.: "Советская Энциклопедия". Главный редактор В.П. Шишков. 1981.

  • КОСТНАЯ СИСТЕМА
  • КОСТНЫЙ МОЗГ

Смотреть что такое "КОСТНАЯ ТКАНЬ" в других словарях:

  • Костная ткань — Кость  твёрдая (несущая) составная часть скелета живого организма. Содержание 1 Состав 2 Строение 2.1 Клеточное строение …   Википедия

  • Костная ткань — см. Кость …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Костная ткань — одна из разновидностей соединительной ткани. Отличается высокой минерализацией межклеточного вещества. Минеральные структуры формируется на белке коллагене, трехчастная спиральная структура которого является матрицей для отложения минеральных… …   Физическая Антропология. Иллюстрированный толковый словарь.

  • КОСТНАЯ ТКАНЬ — разновидность соединительной ткани, составляющей основу костей скелета позвоночных; состоит из клеток и минерализованного межклеточного вещества. Различают грубо волокнистую и пластинчатую К. т. В первой (имеется у зародышей, а у взрослых только… …   Психомоторика: cловарь-справочник

  • Губчатая костная ткань — Губчатая костная ткань …   Википедия

  • Компактная костная ткань — Попер …   Википедия

  • Цемент (костная ткань зубов) — Цемент зубной, специфическая костная ткань, покрывающая корень и шейку зуба млекопитающих и человека. Служит для плотного закрепления зуба в костной альвеоле. Подобно другим структурам, содержащим коллагеновые волокна, Ц. вырабатывается… …   Большая советская энциклопедия

  • ткань — сущ., ж., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? ткани, чему? ткани, (вижу) что? ткань, чем? тканью, о чём? о ткани; мн. что? ткани, (нет) чего? тканей, чему? тканям, (вижу) что? ткани, чем? тканями, о чём? о тканях 1. Тканью называют тканую …   Толковый словарь Дмитриева

  • ТКАНЬ — [от лат. textus, от греч. histуs] (у животных) система клеток, сходных по происхождению, строению и функциям в организме, а так же межклеточных веществ и структур продуктов их жизнедеятельности. Выделяют четыре типа Т., соответствующие основным… …   Психомоторика: cловарь-справочник

  • костная мука в медицине — измельченная в порошок костная ткань; используется для заполнения дефектов кости …   Большой медицинский словарь

Книги

  • Беременность и костная ткань. Часть 1, Зелинский Александр. В монографии представлены исторические аспекты изучения остеопатий у беременных; изложены современные представления об особенностях патогенетических механизмов формирования патологии костной… Подробнее  Купить за 6325 руб
  • 100 рецептов блюд, богатыми витамином Д. Вкусно, полезно, душевно, целебно, Ирина Вечерская. При недостатке этого витамина у детей развивается рахит, возникают нарушения сна, необоснованное беспокойство, снижается тонус мышц. Позже появляются деформации костей черепа и грудной… Подробнее  Купить за 169 грн (только Украина)
  • 100 рецептов блюд, богатыми витамином Д. Вкусно, полезно, душевно, целебно, Вечерская Ирина. При недостатке этого витамина у детей развивается рахит, возникают нарушения сна, необоснованное беспокойство, снижается тонус мышц. Позже появляются деформации костей черепа и грудной… Подробнее  Купить за 165 руб
Другие книги по запросу «КОСТНАЯ ТКАНЬ» >>

Остеобласт — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Active osteoblasts.jpg

Остеобла́сты (от др.-греч. ὀστέον — «кость» + др.-греч. βλάστη — «росток, отпрыск, побег») — молодые клетки костной ткани (диаметром 15-20 мкм), которые синтезируют межклеточное вещество — матрикс. По мере накопления межклеточного вещества остеобласты замуровываются в нём и становятся остеоцитами. Остеобласты богаты элементами зернистой эндоплазматической сети, рибосомами, имеют хорошо развитый комплекс Гольджи. Их многочисленные отростки контактируют между собой и с отростками остеоцитов. Вспомогательной функцией остеобластов является участие в процессе отложения солей кальция в межклеточном веществе (кальцификации матрикса) благодаря высокому содержанию щелочной фосфатазы, что свидетельствует о высокой синтетической активности остеобластов. При этом происходит образование полостей (лакун), в которых они и залегают, превращаясь в остеоциты.

Остеобласты возникают из мезенхимальных стволовых клеток[1]. По форме остеобласты делятся на три группы: кубические, пирамидальные и угловатые (многоугольные).

В сформировавшейся кости остеобласты встречаются только в местах разрушения и восстановления костной ткани, тогда как в развивающейся кости они непрерывным слоем покрывают почти всю поверхность формирующейся костной балки. Остеобласты располагаются вокруг первичных костных перекладин, образованных коллагеновыми волокнами. Оказавшись между ними, многие остеобласты замуровываются в межклеточном веществе и становятся остеоцитами. Так возникает костная ткань.

Остеобласты также в большом количестве находятся в надкостнице и в эндосте.

Остеобласты отделяют кость от внеклеточной жидкости. Фосфат и кальций из костной ткани и в нее не могут перемещаться пассивной диффузией, потому что плотные остеобластные соединения изолируют внутреннее пространство кости. Кальций транспортируется через остеобласты пассивным транспортом (то есть транспортерами, которые не нагнетают кальций против градиента). Напротив, фосфат активно перемещается сочетанием секреции фосфатсодержащих соединений, включая АТФ расщепления фосфата фосфатазами на фронте минерализации. Щелочная фосфатаза — это мембранный белок, который является характерным маркером остеобластов, он находится в больших количествах на апикальной (секреторной) поверхности активных остеобластов.

В замкнутой системе при минерализации накапливается фосфорная кислота, быстро понижая рН и останавливая дальнейшее выпадение осадка. Хрящ не препятствует диффузии, поэтому кислота рассеивается, что позволяет осадку выпадать. В остеоне, где матрикс отделен от внеклеточной жидкости плотными соединениями, этого не происходит. В контролируемом закрытом отсеке удаление H+ приводит к выпадению осадка в широком диапазоне внеклеточных условий, если кальций и фосфат доступны в отсеке матрикса[2]. Остеобласты обладают способностью к обмену Na+ / H+ через обменники Na/H, NHE1 и NHE6[3]. Этот обмен Н+ является основным способом удаления кислоты, хотя механизм, с помощью которого Н+ переносится из матричного пространства в барьерный остеобласт, неизвестен.

Остеобласты также соединены щелевыми контактами, что позволяет клеткам в одной когорте функционировать совместно. Это было продемонстрировано путем введения флуоресцентных красителей с низким молекулярным весом в остеобласты; показано, что краситель диффундирует в окружающие и более глубокие клетки в костных блоках[4]. Десмосомы также соединяют более глубокие слои клеток с поверхностным слоем. Кость состоит из многих таких блоков, которые разделены непроницаемыми зонами без клеточных соединений, называемых цементными линиями.

  1. M. F. Pittenger, A. M. Mackay, S. C. Beck, R. K. Jaiswal, R. Douglas. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells // Science (New York, N.Y.). — 1999-04-02. — Т. 284, вып. 5411. — С. 143–147. — ISSN 0036-8075.
  2. S. Schartum, G. Nichols. Concerning pH gradients between the extracellular compartment and fluids bathing the bone mineral surface and their relation to calcium ion distribution // The Journal of Clinical Investigation. — May 1962. — Т. 41. — С. 1163–1168. — ISSN 0021-9738. — DOI:10.1172/JCI104569.
  3. Li Liu, Paul H. Schlesinger, Nicole M. Slack, Peter A. Friedman, Harry C. Blair.
    High capacity Na+/H+ exchange activity in mineralizing osteoblasts // Journal of Cellular Physiology. — June 2011. — Т. 226, вып. 6. — С. 1702–1712. — ISSN 1097-4652. — DOI:10.1002/jcp.22501.
  4. C. E. Yellowley, Z. Li, Z. Zhou, C. R. Jacobs, H. J. Donahue. Functional gap junctions between osteocytic and osteoblastic cells // Journal of Bone and Mineral Research: The Official Journal of the American Society for Bone and Mineral Research. — February 2000. — Т. 15, вып. 2. — С. 209–217. — ISSN 0884-0431. — DOI:10.1359/jbmr.2000.15.2.209.

Строение и виды костной ткани

Костная ткань представляет собой весьма совершенную специализированную разновидность тканей внутренней среды.

В этой системе гармонично сочетаются такие противоположные свойства, как механическая прочность и функциональная пластичность, процессы новообразования и разрушения.

Костная ткань состоит из клеток и межклеточного вещества, которые характеризуются определенной гистоархитектоникой. Основные клетки костной ткани — это остеобласты, остеоциты и остеокласты.

Остеобласты имеют овальную или кубическую форму. Крупное светлое ядро располагается не в центре, оно несколько смещено к периферии цитоплазмы. Часто в ядре обнаруживается несколько ядрышек, что свидетельствует о высокой синтетической активности клетки.

Электронно-микроскопические исследования показали, что значительная часть цитоплазмы остеобласта заполнена многочисленными рибосомами и полисомами, канальцами гранулярной эндоплазматической сети, комплексом Гольджи, митохондриями, а также особыми матриксными пузырьками. Остеобласты обладают пролиферативной активностью, являются продуцентами межклеточного вещества и играют основную роль в минерализации костного матрикса. Они синтезируют и секретируют такие химические соединения, как щелочная фосфатаза, коллагены, остеонектин, остеопонтин, остеокальцин, костные морфогенетические белки и др. В матриксных пузырьках остеобластов содержатся многочисленные ферменты, которые, выделяясь за пределы клетки, инициируют процессы минерализации кости.

Синтезируемый остеобластами органический матрикс костной ткани состоит преимущественно (90-95 %) из коллагена I типа, коллагенов III—V и других типов, а также из неколлагеновых белков (остеокальцин, остеопонтин, остеонектин, фосфопротеины, костные морфогенетические белки) и гликозаминогликановых субстанций. Белки неколлагеновой природы обладают свойствами регуляторов минерализации, остеоиндуктивных веществ, митогенных факторов, регуляторов скорости образования коллагеновых фибрилл. Тромбоспондин способствует адгезии остеобластов к поднадкостничному остеоиду кости человека. Остеокальцин считается потенциальным индикатором функции этих клеток.

Ультраструктура остеобластов свидетельствует о том, что их функциональная активность различна. Наряду с функционально активными остеобластами, обладающими высокой синтетической активностью, имеются неактивные клетки. Чаще всего они локализуются на периферии кости со стороны костномозгового канала и входят в состав надкостницы. Строение таких клеток отличается малым содержанием органелл в цитоплазме.

Остеоциты являются более дифференцированными клетками, чем остеобласты. Они имеют отростчатую форму.

Отростки остеоцитов располагаются в канальцах, пронизывающих минерализованный костный матрикс в различных направлениях. Уплощенные тела остеоцитов находятся в специальных полостях — лакунах — и со всех сторон окружены минерализованным костным матриксом. Значительную часть цитоплазмы остеоцита занимает овоидное ядро. Органеллы синтеза в цитоплазме развиты слабо: имеются немногочисленные полисомы, короткие канальцы эндоплазматической сети, единичные митохондрии. В связи с тем что канальцы соседних лакун анастомозируют друг с другом, отростки остеоцитов связаны между собой при помощи специализированных щелевых контактов. В небольшом пространстве вокруг тел и отростков остеоцитов циркулирует тканевая жидкость, содержащая определенную концентрацию Са2+ и РО43-, могут содержаться неминерализованные или частично минерализованные коллагеновые фибриллы.

Функция остеоцитов заключается в сохранении целостности костного матрикса за счет участия в регуляции минерализации костной ткани и обеспечения ответа на механические стимулы. В настоящее время накапливается все больше данных о том, что эти клетки принимают активное участие в метаболических процессах, протекающих в межклеточном веществе кости, в поддержании постоянства ионного баланса в организме. Функциональная активность остеоцитов в значительной мере зависит от стадии их жизненного цикла и действия гормональных и цитокиновых факторов.

Остеокласты — это крупные многоядерные клетки с резко оксифильной цитоплазмой. Они являются частью фагоцитарно-макрофагальной системы организма, производными моноцитов крови.

На периферии клетки определяется гофрированная щеточная каемка. В цитоплазме обнаруживается много рибосом и полисом, митохондрий, канальцев эндоплазматической сети, хорошо развит комплекс Гольджи. Отличительной особенностью ультраструктуры остеокластов является наличие большого количества лизосом, фагосом, вакуолей и везикул.

Остеокласты обладают способностью создавать локально у своей поверхности кислую среду в результате интенсивно идущих в этих клетках процессов гликолиза. Кислая среда в области непосредственного контакта цитоплазмы остеокластов и межклеточного вещества способствует растворению минеральных солей и создает оптимальные условия для действия протеолитических и ряда других ферментов лизосом. Цитохимическим маркером остеокластов служит активность изофермента кислой фосфатазы, который называется кислой нитрофенилфосфатазой. Функции остеокластов заключаются в резорбции (разрушении) костной ткани и участии в процессе ремодуляции костных структур в ходе эмбрионального и постнатального развития.

Межклеточное вещество костных тканей состоит из органического и неорганического компонентов. Органические соединения представлены коллагенами I, III, IV, V, IX, XIII типов (около 95 %), неколлагеновыми белками (костные морфогенетические белки, остеокальцин, остеопонтин, тромбоспондин, костный сиалопротеин и др.), гликозаминогликанами и протеогликанами. Неорганическая часть костного матрикса представлена кристаллами гидроксиапатита, содержащими в большом количестве ионы кальция и фосфора; в значительно меньшем количестве в его состав входят соли магния, калия, фториды, бикарбонаты.

Межклеточное вещество кости постоянно обновляется. Разрушение старого межклеточного вещества представляет собой достаточно сложный и еще не ясный во многих деталях процесс, в котором принимают участие все типы клеток костной ткани и ряд гуморальных факторов, но особенно заметную и важную роль играют остеокласты.

Типы костной ткани

В зависимости от микроскопического строения различают две основные разновидности костной ткани — ретикулофиброзную (грубоволокнистую) и пластинчатую.

Ретикулофиброзная костная ткань широко представлена в эмбриогенезе и раннем постнатальном гистогенезе костей скелета, а у взрослых встречается в местах прикрепления сухожилий к костям, по линии зарастания черепных швов, а также в области переломов.

Как в эмбриогенезе, так и при регенерации ретикулофиброзная костная ткань с течением времени всегда замещается пластинчатой. Характерным в строении ретикулофиброзной костной ткани является неупорядоченное, диффузное расположение костных клеток в межклеточном веществе. Мощные пучки коллагеновых волокон слабо минерализованы и идут в различных направлениях. Плотность расположения остеоцитов в ретикулофиброзной костной ткани более высокая, чем в пластинчатой, и они не имеют определенной ориентации по отношению к коллагеновым (оссеиновым) волокнам.

Пластинчатая костная ткань является основной тканью в составе практически всех костей человека. В этой разновидности костной ткани минерализованное межклеточное вещество образует особые костные пластинки толщиной 5-7 мкм.

Каждая костная пластинка представляет собой совокупность близко расположенных друг к другу параллельных коллагеновых волокон, пропитанных кристаллами гидроксиапатита. В соседних пластинках волокна располагаются под разными углами, что придает кости дополнительную прочность. Между костными пластинками в лакунах упорядоченно лежат костные клетки — остеоциты. Отростки остеоцитов по костным канальцам проникают в окружающие их пластинки, вступая в межклеточные контакты с другими костными клетками. Различают три системы костных пластинок: окружающие (генеральные, бывают наружными и внутренними), концентрические (входят в структуру остеона), вставочные (представляют собой остатки разрушающихся остеонов).

В составе кости различают компактное и губчатое вещество. Оба они образованы пластинчатой костной тканью. Особенности гистоархитектоники пластинчатой кости будут представлены далее при описании кости как органа.

Болезни суставов
В.И. Мазуров

Опубликовал Константин Моканов

Губчатая костная ткань — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 25 сентября 2015; проверки требуют 4 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 25 сентября 2015; проверки требуют 4 правки.
Губчатая костная ткань
лат. substantia spongiosa ossium
Spongy bone - trabecules.jpg
Микрофотография губчатого вещества, демонстрирующая его трабекулы (розовые) и мозговое вещество (синее).
Spongy bone - Trabecular bone - Normal trabecular bone Trabecular bone etc -- Smart-Servier.jpg

Губчатая костная ткань (губчатое вещество, трабекулярное вещество, лат. substantia spongiosa) — костная ткань ячеистого вида, сформированная рыхло лежащими костными трабекулами. В сравнении с компактным веществом, губчатое имеет большую площадь поверхности, лёгкость, меньшую плотность и прочность. Губчатое вещество формирует эпифизы трубчатых костей и практически весь объём губчатых костей. Трабекулы губчатого вещества располагаются упорядоченно, по функциональным линиям сжатия и расширения. Губчатая костная ткань содержит орган кроветворения — красный костный мозг.

Оссификация — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 сентября 2019; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 сентября 2019; проверки требует 1 правка.

Остеогенез (оссификация, окостенение, развитие костей, формирование костей, образование костей) — процесс формирования костной ткани.

Различают несколько видов окостенения: на основе примитивной соединительной ткани — мезенхимы (эндесмальное окостенение), при помощи надхрящницы и надкостницы (перихондральное и периостальное окостенение, происходят друг за другом) и на основе хряща (эндохондральное окостенение)[1][2].

Скелеты новорождённых

По В. С. Сперанскому (1998), отмечаются следующие закономерности оссификации:

  • остеогенез начинается раньше в мезенхимальной, чем в хрящевой основе;
  • окостенение скелета происходит в направлении сверху вниз;
  • лицевой череп начинает оссифицироваться раньше мозгового;
  • в конечностях окостенение протекает в дистальном направлении[2].

По М. Г. Привесу окостенение костей происходит следующим образом:

  1. окостеневают тела костей (диафизы и метафизы) — эндохондрально, перихондрально и периостально;
  2. окостеневают эпифизы костей — эндохондрально;
  3. окостеневают апофизы костей — эндохондрально.

При этом у человека, как и у других Млекопитающих, концы костей, участвующие в сочленениях, получают самостоятельные точки окостенения.

Эндесмальное окостенение[править | править код]

Эндесмальное окостенение (от «en» — «внутри», «desme» — «связка») — осуществляется в костях, образующихся напрямую из соединительной ткани («первичных костях»), к которым относят кости лицевого черепа и свода черепа. Эндесмальная оссификация осуществляется из точек окостенения, образующихся в центре мезенхимальной закладки. Точки окостенения растут в глубину и поверхностно, формируют радиально-направленные костные перекладины, соединяющиеся костными балками. Большинство покровных костей обладают несколькими точками окостенения, сливающимися в процессе оссификации. Неоссифицированный поверхностный слой мезенхимы формирует надкостницу[2].

Эндохондральное окостенение[править | править код]

Эндохондральное окостенение («endo» — «внутри», «chondros» — «хрящ») — происходит в так называемых вторичных костях, проходящих соединительнотканную, хрящевую и костную стадии. К ним относятся кости основания черепа, туловища и конечностей (кроме части ключицы). Такое окостенение происходит внутри хрящевых зачатков кости при участии надхрящницы, отдающей отростки, содержащие сосуды, внутрь хряща. Хрящ подвергается обызвествлению. Внутри него возникает точка окостенения. Хрящ разрушается, заменяясь костной тканью. Так образуется губчатое костное вещество.

Перихондральное и периостальное окостенение[править | править код]

В ходе эмбриогенеза из мезенхимы формируется хрящевая модель, по форме соответствующая будущей кости. Хрящевая модель образуется гиалиновым хрящом, покрытым надхрящницей. Вслед за этим начинается перихондральное окостенение — на наружной поверхности хрящевых зачатков кости при участии надхрящницы (perichondrium), содержащей остеобласты. В области диафиза между надхрящницей и хрящом из мезенхимы формируется перихондральная грубоволокнистая костная манжетка. Надхрящница на этом этапе превращается в надкостницу (periosteum). Дальнейшее отложение костной ткани происходит за счёт надкостницы.

Гетеротопическое окостенение[править | править код]

Гетеротопическая оссификация — процесс формирования костной ткани в нетипичных местах (внескелетно). Часто с оссификацией путают кальцификацию (обызвествление). Остеогенез сопровождается кальцификацией, однако кальцификация причиной остеогенеза не является.

Временной период[3] Затрагиваемые кости[3]
Третий месяц эмбрионального развития Возникновение первичных точек окостенения, формирующих тела, или диафизы, трубчатых костей
Рождение — 5 лет Появление вторичных точек окостенения в эпифизах
5—12 лет у женщин, 5—14 лет у мужчин Стремительное протекание окостенения различных костей
17—20 лет Кости верхних конечностей и лопатки полностью окостеневают
18—23 года Кости нижних конечностей и таз полностью окостеневают
23—25 лет Полностью окостеневают грудина, ключица и позвонки
к 25 годам Окончены практически все процессы окостенения

Глава 14 Функции костной ткани

Глава 14. Функции костной ткани

Костная ткань обладает несколькими функциями. Прежде всего это опорная функция, обеспечивающая фиксацию внутренних орга­нов, а также связок и мышц (опорно-двигательный аппарат). За счет опорной функции кости скелет выдерживает не только вес тела, но и большие нагрузки. Представляя собой подвижно соеди­ненные в суставах рычаги различной длины, кости обеспечивают перемещение тела в пространстве за счет сократительной деятель­ности мышц. Защитная функция костной ткани наиболее наглядно проявляется по отношению к центральной нервной системе (голов­ному и спинному мозгу) и костному мозгу, одетых сплошными костными чехлами. Обе указанные функции костной ткани могут быть названы механическими и их реализация связана с особеннос­тями строения основных типов ткани — губчатой или трабекулярной и плотной или пластинчатой. Так, трабекулярная костная ткань, благодаря своему губчатому строению на концах длинных костей, гасит сотрясения, передаваемые через суставы, способна изгибаться и возвращаться к начальной форме. Пластинчатая плотная кость значительно более устойчива к изгибам и скручиванию. Помимо опорной и защитной, костная ткань выполняет в организме и дру­гие функции: резервуарно-депонирующую и метаболическую, уча­ствует в защите внутренней среды от хронического ацидоза, явля­ется ловушкой для попадающих в организм тяжелых металлов и радиоактивных изотопов, участвует в гистогенезе кроветворной тка­ни.

Кость — это непрестанно обновляемая ткань, в которой отдель­ные участки постоянно разрушаются, а на их месте образуются новые. В течение 10 лет у взрослого человека практически обнов­ляется вся костная ткань (физиологическая регенерация). Следова­тельно, в костной ткани непрерывно сосуществуют два основных процесса: резорбция и формирование ткани. Эти процессы связаны с деятельностью клеток костной ткани: остеобластов, остеоцитов и остеокластов.

Костная ткань состоит из органического матрикса или остеоида, на долю которого приходится около 35% массы, и минерального компонента (65%). Функционально - структурной единицей компакт­ной кости является остеон, представляющий собой концентрически расположенные пластинки вокруг гаверсова канала, в котором про­ходят кровеносные сосуды. В губчатой кости трабекулы находятся в полостях, включающих костный мозг, и окружены многочисленными кровеносными капиллярами. Органический матрикс синтезируется

545

остеобластами, обладающими высокой синтетической деятельностью и секретирующими коллаген и протеогликаны, фосфолипиды и щелочную фосфатазу, необходимые для минерализации кости. При формировании кости остеобласты окружаются по периферии мине­рализованными участками ткани и превращаются в остеоциты, глав­ной функцией которых является поддержание обмена веществ уже минерализованных костных участков. Третий тип клеток — остео­класты — располагается по поверхности кости в особых углублени­ях или нишах резорбции, образуемых за счет деятельности этих клеток. Остеокласты путем экзоцитоза выделяют Н-ионы, растворя­ющие минералы кости, секретируют лизосомальные ферменты (гид­ролазы и коллагеназы), разрушающие костный матрикс.

В надкостнице находится популяция стволовых остеогенных кле­ток, сохраняющих способность к пролиферации на протяжении всей жизни. За счет этих клеток происходит образование новых слоев костной ткани снаружи (в периосте), при одновременной резорбции костной ткани изнутри (эндоосте). Так растет кость в ширину, при этом костномозговой канал расширяется, а толщина стенки трубча­той кости практически не меняется. В процессе роста костей в длину важную роль играет хрящевая ткань эпифазарных концов, образующая зоны роста за счет способных к пролиферации хондро-цитов.

Для роста костной ткани важное значение имеют особенности кровообращения. Это связано с несколькими механизмами. Во-пер­вых, кровоток обеспечивает обмен кальция и фосфора между кровью и костной тканью, необходимый для постоянного обновления кости. Во-вторых, кровоток приносит в костную ткань органические суб­страты метаболизма и, прежде всего, глюкозу, высокое потребление которой костной тканью обусловлено низким содержанием в при­текающей крови кислорода и гликолитическим путем получения энергии. Глюкоза используется также для синтеза гликогена, необ­ходимого для процессов минерализации растущей кости. В-третьих, поступающая в кость кровь имеет высокое напряжение углекислого газа, что является одним из факторов, способствующих костеобра-зованию. В-четвертых, кровоток создает в растущей костной ткани электрохимический потенциал, способствующий преципитации солей и образованию очагов кальцификации.

Повышение кровотока активизирует рост костей в длину. В ус­ловиях механических нагрузок кровоток возрастает, что стимулирует рост кости. Механические нагрузки повышают процессы костеобра-зования и благодаря пьезоэлектрическому эффекту — генерирова­нию потенциалов в местах контакта кристаллов минерального веще­ства кости гидроксиаппатита с органическим веществом — коллаге­ном. Возникающие электрические потенциалы способствуют движе­нию ионов и молекул по питающим костную ткань каналам. Пре­кращение механических нагрузок обычно ведет к атрофии кости от бездеятельности. Это связано с нарушениями кровообращения, электрохимических потенциалов и преобладанием процессов деструк­ции над процессами образования костной ткани. Одной из новых

546

разновидностей этого явления стала потеря кальция костной тканью в условиях невесомости при космических полетах. Напротив, при постоянных избыточных нагрузках формируется рабочая гипертрофия кости.

Регуляция роста костей осуществляется гормонами — соматотро-пином, гормонами щитовидной и половых желез, а также сомато-мединами или инсулиноподобными факторами роста (ИПФ), один из которых образуется в печени под влиянием соматотропина (ИПФ-1), а другой — (ИПФ-2) — самими хондроцитами хрящевой зоны роста (рис.14.1). При этом соматотропин способствует образованию чувствительных к ИПФ- 1 хондроцитов из клеток предшественников, а в дальнейшем, под влиянием ИПФ-1 происходит пролиферация хондроцитов и образование гипертрофированных клеток, уже спо­собных к оссификации (рис. 14.2). Рост и дифференцировку остеоб­ластов стимулирует и гормон кальцитриол, основная функция кото­рого заключается в регуляции процессов минерализации.

Наряду с постоянной физиологической регенерацией, костная ткань обладает способностью к сепаративной регенерации, т.е. вос­становлению структуры и функции после повреждения (перелома). Репаративная регенерация реализуется теми же элементами костной ткани, которые обеспечивают рост и обновление костной структуры — хондроцитами и стволовыми остеогенными клетками надкостни­цы, соединительнотканными клетками межбалочных пространств губ­чатого вещества и сосудистых каналов остеонов, остеобластами. Остеоциты в регенерации не участвуют. Остеокласты стимулируют регенерацию гуморальными факторами.

Раньше всего в процесс регенерации включаются клетки надкост­ницы, образующие быстро растущую хрящевую ткань, что обеспе­чивает формирование периостальной (наружной) костной мозоли, способствующей фиксации костных отломков и их обездвиживанию. Регенерация также происходит со стороны костномозговой полости, приводя к образованию эндостальной костной мозоли. Последняя играет большую роль при переломах эпифизарных частей трубчатых костей, состоящих из губчатой ткани с малым числом ростовых клеток надкостницы. В подобных случаях мозоль образуется из клеток межбалочных пространств.

Состояние покоя в области перелома облегчает процесс форми­рования костной мозоли в межотломковой щели (интермедиарная мозоль), завершающей сращение перелома. Кровеносные сосуды прорастают в щель перелома вместе с остеогенной тканью, как со стороны надкостницы, так и из эндооста. Образовавшаяся костная мозоль с помощью остеобластов постепенно перестраивается, при­обретая типичное для костной ткани трабекулярное или остеонное строение. Регенерация кости не является лишь местным процессом, а сопровождается общими изменениями минерального и белкового обмена, функций эндокринных желез и других физиологических процессов в организме.

Минерализация кости, т.е. отложение неорганических веществ в ранее образованный органический матрикс, осуществляется с учас-

547

Рис. 14.1. Схема гормональной регуляции роста костей в длину. СТЛ — соматолиберин, СТС — соматостатин, ИПФ-2 — инсулиноподобный фактор роста хрящевого происхождения, (+) — активация, (-) — ингибирование; штриховая стрелка — реализация инсулиноподобных эффектов.

тием коллагена как каркаса. При этом минеральные кристаллы включаются внутрь коллагеновых фибрилл и скрепляются с ними с помощью протеогликанов. Основным минеральным соединением фосфата кальция в кости является гидрокеиаппатит, образующий микрокристаллы с огромной суммарной поверхностью — до 100 га. Сильное электростатическое поле кристалла удерживает вокруг него гидратную оболочку, играющую основную роль в обмене ионами

548

Рис.14.2. Прямой и опосредованный эффекты соматотропина (СТГ).

ИПФ-1 — инсупиноподобный фактор роста.

между кристаллами и внеклеточной жидкостью. В микрокристаллы кроме кальция и фосфора включаются и другие ионы — карбонат, нитрат, натрий, калий, магний, фтор, свинец, стронций и т.п.

Процесс минерализации кости состоит в образовании остеоблас­тами или хондробластами мембранных везикул, отпочковывающихся во внеклеточное пространство. В везикулах содержится много фос-фолипидов и щелочная фосфатаза. Везикулы захватывают и накап­ливают кальций и фосфор, после чего первично образуется фосфат кальция, преобразуемый затем в гидроксиаппатит с участием щелоч­ной фосфатазы. Благодаря наличию в везикулах фосфолипидов, начинается непрерывный рост кристаллов оксиаппатита, продолжа­ющийся и после разрыва пузырька. Щелочная фосфатаза взаимо-

549

действует с коллагеном, структура которого способствует упорядочи­ванию пролиферации кристаллов.

Процессы минерализации и деминерализации кости обеспечивают гомеостазис кальция и фосфора в организме и регулируются тремя кальцийрегулирующими гормонами — паратирином, кальцитонином и кальцитриолом (см.главу 5).

Содержание в костной ткани больших количеств кальция и фос­фора, а также непрерывность сопряженных процессов образования и разрушения ткани позволяют говорить о том, что костная ткань выполняет резсрвуарно-депонирующую функцию по отношению к этим ионам. Действительно, 99% из почти 2 кг содержащегося в организме кальция и 87% всего фосфора находится в костной ткани и может быть легко мобилизовано из нее в кровь. Таким образом, содержание кальция в крови, а следовательно его уникальная фи­зиологическая роль в регуляции жизнедеятельности многочисленных клеток, зависят от особенностей постоянно происходящего обмена кальция между кровью и костной тканью. Кальций и фосфор яв­ляются для организма настолько необходимыми элементами, что резервуарно-депонирующую функцию можно даже считать основной функцией костной ткани.

Резервуарно-депонирующую функцию кость выполняет не только в отношении кальция и фосфора, но и для других макро- и микро­элементов. Так, в костной ткани содержится 50% всего магния и 46% всего натрия организма. Все элементы, избирательно накапли­вающиеся в костной ткани, можно разделить на две группы — 1) участвующие в ионном обмене, равномерно распределенные в ми­неральной фазе кости (Са, Sr, Ba, Ra, P, F, Nb, Mg, Na) и 2) поступающие путем коллоидной адсорбции, скапливающиеся в эн-доосте, периосте и плохо проникающие в минеральное вещество (Y, La, Zr, Th, Ac.

Способность костной ткани при образовании микрокристаллов минерального вещества заменять в кристаллической решетке окси-аппатита ионы кальция на другие, так называемые остеотропные микроэлементы, лежит в основе функции кости как ловушки для попадающих в организм ионов. Это проявляется не только в отно­шении свинца, обычно конкурирующего с кальцием в биологических субстратах, но и радиоактивных элементов, прежде всего стронция-90. Связывание и концентрирование стронция в костной ткани является, с одной стороны, защитным процессом, так как изотоп элиминируется из внутренней среды. Но с другой стороны, накоп­ление в костной ткани радиоактивного элемента ведет к прицель­ному облучению костного мозга, наиболее чувствительной ткани к действию ионизирующей радиации. Поскольку образующиеся при построении участка костной ткани минеральные кристаллы сохраня­ются до момента разрушения этого участка при обновлении кости, постольку радиоактивные элементы, включенные в минеральное ве­щество костной ткани, сохраняются в нем очень долгое время.

Костная ткань играет определенную роль и в поддержании кис­лотно-основного состояния внутренней среды. Являясь мощным

550

резервуаром катионов, костная ткань способна связывать слабые кислоты при длительных сдвигах рН в кислую сторону и снижении буферных оснований внутренней среды, основную роль при этом играют ионы натрия костной ткани. Паратирин, приводящий к деминерализации костной ткани, одновременно мобилизует и нат­рий, пополняющий резерв буферных оснований крови.

Чрезвычайно важную роль играет костная ткань в обеспечении кроветворения. Являясь основной частью микроокружения гемопо-этической ткани костного мозга, костная ткань образует стромаль-ный плацдарм, на котором осуществляется дифференцировка крове­творных клеток (глава 6). Помимо биофизического взаимодействия костной и кроветворной ткани, связи между ними осуществляются с помощью местных гуморальных факторов, стимулирующих как костеобразованне, так и гемопоэз.

Костная ткань - строение, ремоделирование, резорбция, реверсия, клетки костной ткани

Скелет метаболически активен и постоянно обновляется, и оба процесса регулируются местными и системными факторами. Среди основных функций скелета выделяют структурные (опора, передвижение, дыхание и защита внутренних органов) и метаболические (хранилище для кальция, фосфора и карбоната; карбонатный костный буфер, связывание токсинов и тяжелых металлов). Тесная структурная связь с гемопоэтической системой определяет совместное использование клеток и локальных регулирующих факторов.

При нормальном развитии скелета уже в эмбриональном периоде хрящевая ткань замещается более твердой костной тканью (новообразование кости или моделирование). После рождения рост скелета продолжается, но основная клеточная активность направлена на ремоделирование кости, т.е. перестройку уже имеющейся структуры кости. Вновь сформированная на ранних стадиях равития из мезенхимы кость и кость, образующаяся во время быстрого восстановления, могут иметь относительно дезорганизованную структуру коллагеновых волокон в матриксе. Такая кость называется "тканой" (woven) костью. В то же время все другие кости закладываются организованным способом с последовательными слоями хорошо организованного коллагена и называется пластинчатой костью.

Типы костной ткани.

У взрослого человека различают 2 главных типа кости (рисунок 1):

1. Кортикальная кость (плотная и компактная) составляет внешнюю часть всех скелетных структур. На поперечном срезе компактной кости можно видеть, что она состоит из многочисленных цилиндров, образованных концентрическими костными пластинками, в центре каждого такого цилиндра имеется гаверсов канал, вместе с которым он составляет гаверсову систему или остеон. Через каждый гаверсов канал проходят одна артерия, вена, лимфатический сосуд и нервные волокна. До 80 % скелета состоит из кортикальной кости, главной функцией которой является обеспечение механической силы и защиты, но она может участвовать и в метаболическом ответе при тяжелом или длительном минеральном дефиците.

2. Трабекулярная или губчатая кость находится внутри длинных костей, особенно в концевых частях, в телах позвонков и во внутренних частях таза и в других крупных плоских костях. Она представляет собой сеть из тонких анастомозирующих костных элементов, называемых трабекулами. В ее основном веществе содержится меньше неорганического материала (60-65 %), чем в основном веществе компактной кости. Органическое вещество состоит главным образом из коллагеновых волокон. Пространства между трабекулами заполнены мягким костным мозгом. Трабекулярная кость обеспечивает механическую поддержку, особенно в позвоночнике. Метаболически она более активна, чем кортикальная кость и обеспечивает начальные поставки солей в условиях их острого дефицита.

image001(5).jpg

Рисунок 1. Анатомия кости.

Состав кости.

Кость - это обызвествленная соединительная ткань, состоящая из клеток, погруженных в твердое основное вещество. Около 30 % основного вещества составляют органические соединения, преимущественно в форме коллагеновых волокон, а остальные 70 % - неорганические. Главный неорганический компонент кости представлен гидроксиапатитом, т.е. 3[Ca3(PO4)] Ca(OH)2, образованным из кальция и фосфата; но в кости также содержатся в различных количествах натрий, магний, калий, хлор, фтор, карбонат и цитрат.

Костный матрикс.

Органический матрикс в свою очередь состоит из коллагеновых волокон (90-95 %) и основного вещества, которое контролирует отложение солей в кость. Костные соли представлены преимущественно кальцием и фосфатом. Коллагеновые волокна дают кости прочность на разрыв, а соли основного вещества - прочность на сжатие. Коллаген откладывается пластинчатым способом и усилен множественными поперечными связями ("прошивками") внутри и между трехспиральными молекулами коллагена (рисунок 2). Эти поперечные связи представляют собой трехвалентные пиридинолины, которые стойки к деградации и высвобождаются во время резорбции кости в свободной или пептидной форме и могут определяться в сыворотке и моче.

image002(4).jpg

Рисунок 2. Схема коллагеновых поперечных связей в кости. Адаптировано из Eyre D.R., 1996.

Матрикс содержит также неколлагеновые белки, которые важны для регуляции минерализации и укрепления основы коллагена. Кальцийсвязывающие белки включают остеокальцин (костный Gla-протеин) и матриксный Gla-протеин, которые содержат γ-карбоксиглютаминовую кислоту и витамин К зависимы подобно многим факторам свертывающей системы крови. Эти белки могут задерживать минерализацию и позволяют созреть костному матриксу. Даже при том, что остеокальцин является наиболее специфическим белковым продуктом остеобластов, подавление гена остеокальцина не ухудшает рост и минерализацию скелета. Костный сиалопротеин и остеопонтин связываются с кальцием и коллагеном и могут играть роль в процессе прилипания остеокластов к поверхности кости. Неорганическая основа кости представлена кристаллами гидроксиапатита. Эти кристаллы могут содержать карбонат, фторид и различные другие минералы в следовых количествах в зависимости от окружающей среды.

Соли фосфата кальция в костях находятся в 2 формах:

1. Легко обмениваемый пул, который находится в равновесии с внеклеточной жидкостью. Этот запас обеспечивает легкий обмен между костями и внеклеточной жидкостью. Таким образом, если концентрация Ca или фосфата во внеклеточной жидкости увеличивается, соли легко откладываются или, если эти концентрации снижаются, тогда соли легко мобилизуются из этого запаса.

2. Старая структурная кость, где соли фосфата кальция находятся в виде кристаллов гидроксиапатита. Эти кристаллы с трудом мобилизуются или обмениваются с внеклеточной жидкостью и для их мобилизации - резорбции необходим паратгормон.

Клетки костной ткани.

Костные клетки - остеоциты, находятся в лакунах, распределенных по всему основному веществу. Лакуны соединяются между собой тонкими канальцами, содержащими отростки остеоцитов. Через эти канальцы проходят кровеносные сосуды. От каждой лакуны отходит наподобие лучей много тонких канальцев, содержащих цитоплазму (отростки остеоцитов), которые могут соединяться с центральным гаверсовым каналом, с другими лакунами или тянуться от одной костной пластинки к другой.

Остеобласты.

Остеобласты образуются из мезенхимальных стволовых клеток, изначально плюрипотентных, которые могут также дифференцироваться в клетки мышечной, хрящевой и фиброзной ткани, а также в адипоциты. Вероятно имеются клетки предшественники, которые могут далее дифференцироваться только в остеобласты. Эти клетки предшественники остеобластов присутствуют в надкостнице и строме костного мозга.

Как только продукция остеобластами коллагеновых и неколлагеновых белков завершается, некоторые остеобласты внедряются в толщу матрикса и становятся остеоцитами. Остеобласты и остеоциты соединяются друг с другом многими клеточными отростками, которые лежат в канальцах в пределах кости. Этот синцитий взаимосвязанных клеток вероятно важен для ощущения механических сил. Большинство остеобластов либо остается на поверхности кости и рассредоточивается в виде расплющенных клеток, либо подвергается запрограммированной клеточной смерти (апоптозу). Остеобласты сохраняют соединения с остеоцитами, которые могут быть необходимы для передачи сигналов активации во время ремоделирования.

Остеобласты функционально и морфологически гетерогенны. Они имеют рецепторы для факторов (ПТГ, кальцитриол, глюкокортикоиды, половые гормоны, соматотропин и тиреотропин, интерлейкин-1, фактор некроза опухоли альфа, простагландины, инсулиноподобные факторы роста, трансформирующий фактор роста бета, факторы роста фибробластов), которые влияют на ремоделирование кости, и сами продуцируют много регуляторов роста кости.

image003(2).jpg

Рисунок 3. Клетки костной ткани. Адаптировано из Афанасьев Ю.И., Елисеев В.Г., 1989.

Остеокласты.

Остеокласты - это крупные многоядерные клетки, которые резорбируют кость, растворяя соли и разрушая матрикс. Активные остеокласты обычно имеют от 2 до 5 ядер, но могут иметь и больше. Они богаты цитоплазмой, имеют множество аппаратов Гольджи и много митохондрий и лизосом. Активно резорбирующие остеокласты крепко прикреплены к кости зоной мембраны, которая относительно лишена субклеточных частиц. Эта область называется "чистой" зоной, хотя лучший термин - зона "изолирования"; так как она как бы герметизирует область действия ферментов. Вторая (внутренняя) зона - наиболее обширная, богатая цитоплазматическими выростами (гофрированная каемка), является областью абсорбции и секреции гидролитических ферментов, где имеет место резорбция кости. В том месте, где остеокласт соприкасается с костным веществом, образуется лакуна. Часто наблюдаются группы остеокластов, которые либо располагаются на поверхности лакун Хоушипа, либо образуют туннели в кортикальной кости, формируя гаверсовы каналы. Продолжительность жизни остеокластов может составлять от 3 до 4 недель, затем они теряют ядро апоптозом и становятся неактивными. Остеокласты связаны с моноцитарно-макрофагальными клетками и образуются из гранулоцит - макрофагальных колониеобразующих единиц. Макрофагальный колониестимулирующий фактор необходим для начала дифференциации остеокластов. Клетки предшественники остеокластов присутствуют в костном мозге, селезенке, и в небольшом количестве в циркуляции. Во время развития предшественники остеокластов вероятно мигрируют в кость из экстрамедуллярных участков гемопоэза.

Ремоделирование кости.

В костной ткани в течение всей жизни человека происходят взаимосвязанные процессы разрушения и созидания, объединяемые термином ремоделирование костной ткани. Цикл ремоделирования кости начинается с активации, опосредованной клетками остеобластного происхождения (рисунок 15). Активация может включать остеоциты, "обкладочные клетки" (отдыхающие остеобласты на поверхности кости), и преостеобласты в костном мозге. Точно ответственные клетки остеобластного происхождения не были полностью определены. Эти клетки подвергаются изменениям формы и секретируют коллагеназу и другие ферменты, которые лизируют белки на поверхности кости; они также выделяют фактор, который назван остеокласт дифференцирующим фактором (ОДФ). Последующий цикл ремоделирования состоит из трех фаз: резорбция, реверсия и формирование (рисунок 4).

image004(2).jpg

Рисунок 4. Схема ремоделирования кости. Адаптировано из Raisz L.G., 1999.

Резорбция кости.

Резорбция костной ткани связана с активностью остеокластов, которые являются фагоцитами для кости. Энзимы из остеокластов растворяют органический матрикс, а кислоты растворяют костные соли. Остеокласты регулируются ПТГ; увеличение ПТГ вызывает увеличение количества и активности остеокластов, и таким образом, увеличение костной резорбции; снижение ПТГ производит обратный эффект. Постоянный обмен костных солей обеспечивает ремоделирование кости для поддержания прочности ее на протяжении жизни. Остеокластическая резорбция per se может начинаться с миграции частично дифференцированных мононуклеарных преостеобластов к поверхности кости, которые затем сливаются с образованием крупных многоядерных остеокластов, которые требуются для резорбции кости. Остеокласты удаляют минералы и матрикс до ограниченной глубины на трабекулярной поверхности или в пределах кортикальной кости; в результате пластинки остеона разрушаются и на его месте образуется полость. Пока неясно, что останавливает этот процесс, но вероятно могут вовлекаться высокие местные концентрации кальция или веществ, высвобождаемых из матрикса.

Реверсия кости.

После завершения остеокластической резорбции имеется фаза реверсии, во время которой мононуклеарные клетки (МК), возможно моноцитарно/макрофагального происхождения, появляются на поверхности кости. Эти клетки готовят поверхность для новых остеобластов, чтобы начать образование кости ( остеогенез ). Слой богатого гликопротеидами вещества откладывается на резорбированной поверхности, так называемая "цементирующая линия", к которой могут приклеиваться новые остеобласты. Остеопонтин может быть ключевым белком в этом процессе. Клетки на месте реверсирования могут также обеспечивать сигналы для дифференциации и миграции остеобластов.

Образование кости.

Фаза формирования продолжается до полного замещения резорбированной кости и пока полностью не сформируется новая костная структурная единица. Когда эта фаза завершена, поверхность покрывается сглаженными выравнивающими клетками, и имеется длительный период отдыха с небольшой клеточной деятельностью на поверхности кости, пока новый цикл ремоделирования не начинается. Основные этапы образования кости представлены ниже:

Шаги кальцификации кости.

- Остеокласты секретируют молекулы коллагена и основного вещества.

- Молекулы коллагена образуют коллагеновые волокна, называемые остеоидом.

- Остеобласты секретируют энзим - щелочную фосфатазу (ЩФ), которая увеличивает локальную концентрацию фосфата, активирует коллагеновые волокна, вызывая отложение солей фосфата кальция.

- Соли фосфата кальция преципитируют на коллагеновых волокнах и окончательно становятся кристаллами гидроксиапатита.

Стадии цикла моделирования имеют различную продолжительность. Резорбция вероятно продолжается приблизительно две недели. Фаза реверсии может длиться до четырех или пяти недель, в то время как фаза формирования может продолжаться в течение четырех месяцев до тех пор пока новая структурная единица полностью не сформируется.

Регуляция функции костных клеток.

В норме процессы отложения и резорбции солей находятся в равновесии, и костная масса остается постоянной. Обычно процессы ремоделирования оккупируют 10-15 % поверхности кости. ПТГ является одним из важнейших факторов, влияющих на количество участков ремоделирования и может увеличивать оборот кости в 7-10 раз, увеличивая поверхность ремоделирования до 100 % всей поверхности кости.

Существует как системная, так и местная регуляция функции костной клетки. Главные системные регуляторы - кальций регулирующие гормоны, ПТГ и кальцитриол; в меньшей степени кальцитонин. Другие системные гормоны также оказывают влияние на скелет, особенно соматотропин, глюкокортикоиды, гормоны щитовидной железы и половые гормоны. Более того, некоторые факторы, такие как ИПФР, имеют, и системные и местные эффекты, а другие имеют главным образом или исключительно местные эффекты, особенно простагландины, ТФР-БЕТА, отдельные морфогенные белки, и цитокины.

Паратгормон (ПТГ) - наиболее важный регулятор гомеостаза кальция. Он поддерживает сывороточную концентрацию кальция, стимулируя резорбцию кости остеокластами, увеличивая почечную канальцевую реабсорбцию кальция, и увеличивая почечную продукцию кальцитриола. ПТГ также стимулирует экспрессию генов и увеличивает производство нескольких местных факторов, включая ИЛ-6, ИФР-1 и ИФР-связывающегоглобулина, IGF-BP-5, и простагландинов.

Кальцитриол - увеличивает кишечную абсорбцию кальция и фосфатов, таким образом поддерживая минерализацию кости. В высоких концентрациях, при условиях дефицита кальция и фосфора, он также стимулирует резорбцию кости, таким образом помогая поддерживать поставку этих ионов к другим тканям. Кальцитриол стимулирует остеокластогенез в культурах клеток, но животные, испытывающие недостаток витамина Д, имеют относительно нормальный рост костей и ремоделирование во время своего развития.

Кальцитонин - ингибирует остеокласты и поэтому резорбцию костей в фармакологических дозах. Однако, его физиологическая роль минимальна. Его эффекты являются преходящими, вероятно из-за сниженной регуляции рецепторов. В результате, он только кратковременно эффективен для коррекции гиперкальцемии из-за чрезмерной резорбции кости.

Соматотропин и ИФР - Системы Ст/ИФР-1 и ИФР-2 важны для роста скелета, особенно роста конечной пластинки хряща и эндохондрального остеогенеза . Действия ИФР определяются в частности наличием различных IGF-BP: IGF-BP-3 - главная детерминанта сывороточных концентраций ИФР, в то время как IGF-BP-5 может облегчать, а IGF-BP-4 может ингибировать локальные действия ИФР.

Глюкокортикоиды - имеют и стимулирующие, и подавляющие эффекты на клетки кости. Они важны для дифференцировки остеобластов, и они сенсибилизируют костные клетки к регуляторам ремоделирования кости, включая ИФР-1 и ПТГ. Ингибиция остеогенеза - главная причина индуцированного глюкокортикоидами остеопороза. Гормоны щитовидной железы - стимулируют и резорбцию, и формирование кости.

Таким образом, оборот кости увеличивается при гипертиреозе и могут происходить потери кости.

Половые гормоны - оказывают глубокое влияние на кость. Эстрогены влияют на развитие скелета как у мужчин, так и у женщин. В позднем пубертатном периоде эстрогены уменьшают оборот кости, ингибируя резорбцию кости; они необходимы для эпифизарного закрытия у юношей и девушек. Таким образом, мужчины с генетической потерей эстрогеновых рецепторов или фермента ароматазы, который преобразует андрогены в эстрогены, имеют задержку развития кости и остеопороз, и запаздывание эпифизарного закрытия. Многие местные факторы также находятся под влиянием эстрогенов, включая цитокины и простагландины. Андрогены могут стимулировать остеогенез как прямо, так и посредством их влияния на примыкающие мышечные ткани.

Цитокины - Как описано выше, цитокины, продуцируемые костными клетками и прилегающими гематопоэтическими и сосудистыми клетками, имеют множественные регулирующие эффекты на скелет. Многие из этих факторов вовлечены в потери кости, связанные с овариэктомией у грызунов. Регулирование может происходить в результате изменяющегося производства агонистов и изменений рецепторов или связывающих белков (антагонисты рецептора) для этих факторов.

Другие - Множество других факторов играет важную роль в метаболизме кости:

- Простагландины, лейкотриены и окись азота могут быть важны в быстрых ответах клеток кости на воспаление и механические силы. Простагландины имеют бифазные эффекты на резорбцию и образование кости, но доминирующими эффектами in vivo является стимуляция. Образование простагландинов может увеличиваться под влиянием нагрузки и воспалительных цитокинов. Окись азота может ингибировать функцию остеокластов, в то время как лейкотриены стимулируют резорбцию кости.

- ТФР-бета и семейство костных морфогенных белков, состоящее, по крайней мере, из десяти белков, которые продуцируются множеством различных клеток, и которые оказывают множественное влияние на рост и развитие. ТФР-бета может регулироваться эстрадиолом и может замедлять резорбцию кости и стимулировать остеогенез. Костные морфогенный белок - 2 и другие члены этого семейства увеличивают дифференциацию остеобластов и остеогенез, когда вводятся подкожно или внутримышечно.

Факторы роста фибробластов - другое семейство белков, вовлеченных в развитие скелета. Мутации рецепторов для этих факторов приводят к патологическим скелетным фенотипам, таким как ахондроплазия. В костной ткани образуются другие факторы роста, такие как эндотелиальный фактор роста, который может играть роль в ремоделировании кости.

 

Лашутин С.В., 27.05.01 г.