Обмен минералов и костная ткань — КиберПедия 

Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

Обмен минералов и костная ткань

2017-11-22 278
Обмен минералов и костная ткань 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Кости формируют скелет организма, защищают и поддерживают жизненно важные органы, выполняют функцию депо кальция для нужд всего организма. В кости присутствуют две линии клеток — созидающая (остеогенные клетки ® остеобласты ® остеоциты) и разрушающая (многоядерные остеокласты). Клетки костной ткани окружает костный матрикс. Различают незрелый (неминерализованный) костный матрикс — остеоид и зрелый (обызвествлённый, или кальцифицированный) костный матрикс

Костный матрикс

Зрелый костный матрикс составляет 50% сухого веса кости и состоит из неорганической (50%) и органической (25%) частей и воды (25%).

· Органическая часть. Органические вещества костного матрикса синтезируют остеобласты. К макромолекулам органического матрикса относятся коллагены (коллаген типа I — 90–95% и коллаген типа V) и неколлагеновые белки (остеонектин, остеокальцин, протеогликаны, сиалопротеины, морфогенетические белки, протеолипиды, фосфопротеины), а также гликозаминогликаны (хондроитинсульфат, кератансульфат).

à Остеонектин, относящийся к Ca2+-связывающим белкам, поддерживает в присутствии коллагена осаждение Ca2+ и PO43– и соединён одним своим концом с кристаллом гидроксиапатита, а другим с молекулой коллагена типа I.

à Остеокальцин участвует в процессе кальцификации, связываясь с кристаллами гидроксиапатита при помощи остатков g‑карбоксиглутаминовой кислоты.

à Морфогенетические белки кости (семейство трансформирующих факторов роста b) — регуляторные (в частности, они индуцируют развитие кости на месте хряща (энхондральный остеогенез).

· Неорганическая часть в значительном количестве содержит два химических элемента — кальций (35%) и фосфор (50%), образующие кристаллы гидроксиапатита — [Ca10(PO4)6(OH)2H2O]. В состав неорганической части кости также входят бикарбонаты, цитраты, фториды, соли Mg2+, K+, Na+.

à Кристаллы гидроксиапатита соединяются с молекулами коллагена через остеонектин. Такая связка делает кости исключительно устойчивыми к растяжению и сжатию.

à В организме взрослого человека содержится около 1000 г кальция. 99% всего кальция находится в костях. Около 99% кальция костей входит в состав кристаллов гидроксиапатита. Лишь 1% кальция костей находится в виде фосфатных солей, именно эти соли легко обмениваются между костью и кровью и играют роль буфера («обменный кальций») при изменениях концентрации кальция в плазме крови.

Минерализация остеоида

Остеоид — неминерализованный органический костный матрикс вокруг остеобластов, синтезирующих и секретирующих его компоненты. В дальнейшем остеоид минерализуется за счёт активности щелочной фосфатазы. Этот фермент осуществляет гидролиз эфиров фосфорной кислоты с образованием ортофосфата, который взаимодействует с Ca2+, что приводит к образованию осадка в виде аморфного фосфата кальция Ca3(PO4)2 с последующим формированием из него кристаллов гидроксиапатита. Для нормальной минерализации остеоида особенно необходим 1a,25‑дигидроксихолекальциферол (активная форма витамина D3 — кальцитриол). Способствуя всасыванию кальция и фосфора в кишечнике, кальцитриол обеспечивает их необходимую концентрацию для запуска кристаллизационных процессов в костном матриксе. Прямо воздействуя на остеобласты, кальцитриол повышает активность щелочной фосфатазы в этих клетках, способствуя минерализации костного матрикса.

Клетки костной ткани

· Остеобласты активно синтезируют и секретируют вещества костного матрикса практически через всю поверхность клетки, что даёт возможность остеобласту окружить себя матриксом со всех сторон. По мере снижения синтетической и секреторной активности остеобласты становятся остеоцитами, замурованными в костный матрикс. И остеобласты, и остеоциты экспрессируют рецепторы ПТГ и кальцитриола.

· Остеоциты — зрелые неделящиеся клетки, расположенные в костных полостях, или лакунах. Тонкие отростки остеоцитов находятся в канальцах, отходящих в разные стороны от костных полостей (лакунарно–канальцевая система). Остеоциты поддерживают структурную целостность минерализованного матрикса, участвуют в регуляции обмена Ca2+ в организме. Эта функция остеоцитов находится под контролем со стороны Ca2+ плазмы крови и различных гормонов. Лакунарно –канал ьцевая система заполнена тканевой жидкостью, через которую осуществляется обмен веществ между остеоцитами и кровью. В канальцах постоянно циркулирует жидкость, что поддерживает диффузию метаболитов и обмен между лакунами и кровеносными сосудами надкостницы. По химическому составу лакунарно–канальцевая жидкость отличается от плазмы крови или жидкости в матриксе других тканей. Концентрация Ca2+ и PO43– в лакунарно–канальцевой жидкости превышает критический уровень для спонтанного осаждения солей Ca2+, что указывает на присутствие секретируемых костными клетками ингибиторов осаждения, контролирующих процесс минерализации.

· Остеокласты — крупные многоядерные клетки системы мононуклеарных фагоцитов. Предшественники остеокластов — моноциты. Для дифференцировки остеокластов необходимы колониестимулирующий фактор макрофагов (M-CSF) и кальцитриол, а для их активизации ИЛ6 и продуцируемый остеобластами фактор дифференцировки остеокластов (лиганд остеопротегерина). Остеокласты расположены в области резорбции (разрушения) кости (рис. 18–8,I).

Рис. 18–8. КОСТНАЯ ТКАНЬ. I. Остеокласт [11]. Цитоплазматические выросты гофрированной каёмки направлены к поверхности костного матрикса. В цитоплазме содержатся многочисленные лизосомы. II. Остеокласт и резорбция кости [11]. При взаимодействии остеокласта с поверхностью минерализованного костного матрикса карбоангидраза II (CA II) катализирует образование H+ и HCО3. H+ при помощи протонной H+,K+‑АТФазы активно выкачивается из клетки, что приводит к закислению замкнутого пространства лакуны. Гидролитические ферменты лизосом расщепляют фрагменты костного матрикса. А — остеокласт на поверхности кости; Б — часть гофрированной каёмки; В — часть клеточной мембраны остеокласта в области гофрированной каёмки. III. Трабекулы костной ткани. Слева — в норме, справа — остеопороз. IV. Возрастная динамика костной массы. Для гидроксиапатита даны относительные значения.

Гофрированная каёмка остеокласта (рис. 18–8,II) — многочисленные цитоплазматические выросты, направленные к поверхности кости. Через мембрану выростов из остеокласта выделяется большое количество H+ и Cl, что создаёт и поддерживает в замкнутом пространстве лакуны кислую среду (pH около 4), оптимальную для растворения солей кальция костного матрикса. Образование H+ в цитоплазме остеокласта катализирует карбоангидраза II. Остеокласты содержат многочисленные лизосомы, ферменты которых (кислые гидролазы, коллагеназы, катепсин K) разрушают органическую часть костного матрикса.

Гормональная регуляция

Регуляция роста

Синтез макромолекул костного матрикса стимулируют кальцитриол, ПТГ, соматомедины, трансформирующий фактор роста b, полипептидные факторы роста из кости.

· Соматомедины стимулируют анаболические процессы в скелетных тканях (синтез ДНК, РНК, белка, включая протеогликаны), а также сульфатирование гликозаминогликанов. Активность соматомединов определяет гормон роста (соматотропин).

· Витамин C необходим для образования коллагена. При дефиците этого витамина замедляются рост костей и заживление переломов.

· Витамин A поддерживает образование и рост кости. Недостаток витамина тормозит остеогенез и рост костей. Избыток витамина A вызывает зарастание эпифизарных хрящевых пластинок и замедление роста кости в длину.

Регуляция минерализации

Кальцитриол, необходимый для всасывания Ca2+ в тонком кишечнике, поддерживает процесс минерализации. Кальцитриол стимулирует минерализацию на уровне транскрипции, усиливая экспрессию остеокальцина. Дефицит витамина D3 приводит к нарушению минерализации кости, что и наблюдают при рахите у детей и остеомаляции у взрослых.

Регуляция резорбции

· Резорбцию кости усиливают ПТГ, ИЛ1, ИЛ6, трансформирующий фактор роста a, Пг. Резорбцию кости поддерживают йодсодержащие гормоны щитовидной железы.

· Усиление резорбции под действием ПТГ не связано с прямым влиянием этого гормона на остеокласты, т.к. эти клетки не имеют рецепторов ПТГ. Активирующее влияние ПТГ и кальцитриола на остеокласты осуществляется опосредованно — через остеобласты. ПТГ и кальцитриол стимулируют образование фактора дифференцировки остеокластов — лиганда остеопротегерина.

· Резорбцию кости и активность остеокластов подавляют кальцитонин (через рецепторы в плазмолемме остеокластов) и g‑ИФН.

· Эстрогены ингибируют выработку ретикулярными клетками костного мозга колониестимулирующего фактора макрофагов (M-CSF), необходимого для образования остеокластов, что тормозит резорбцию кости.


Поделиться с друзьями:

Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...

Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.017 с.