Меню
Яндекс.Метрика

Глава 335. Обмен кальция, фосфора и костная ткань: кальцийрегулирующие гормоны

Структура и метаболизм костной ткани (см. гл.337)

Кость — это динамическая ткань, постоянно перестраивающаяся на протяжении жизни человека. Кости скелета хорошо васкуляризованы и получают примерно 10% минутного объема крови. Строение плотной и губчатой костей создает оптимальное для движений сочетание силы и прочности. Кроме того, кость обеспечивает организм кальцием, магнием, фосфором, натрием и другими ионами, необходимыми для поддержания гомеостатических функций организма.

Свойства кости определяются ее внеклеточным веществом. Кость включает твердый минеральный компонент, тесно связанный с органическим матриксом, который на 90— 95% состоит из коллагена I типа (см. гл.319). Неколлагеновая часть органического матрикса представлена белками сывороточного происхождения (альбумин и a2-НS-гликопротеиды), белком, содержащим a-карбоксиглутаминовую кислоту (который называют костным ГЛА -белком, или остеокальцином), гликопротеидом, называемым остеонектином, а также костным протеигликаном и другими гликопротеидами, фосфопротеидами и сиалопротеидами. Функция некоторых из этих белков может заключаться в инициации минерализации и связывании минеральной фазы с матриксом. Минеральная фаза костной ткани представлена кальцием и фосфатом [эмпирическая формула Са10(РО4)6(ОН)2]. Кроме того, в кости присутствуют и другие ионы, преимущественно в поверхностных слоях. Минеральная фаза тесно контактирует с коллагеновыми волокнами и локализуется главным образом в специфических участках внутри ячеек, образуемых этими волокнами. Такая структурная организация минеральной фазы и матрикса формирует двухфазное вещество, точно соответствующее задаче противостояния механическим нагрузкам. Образование и локализация неорганической фазы, по-видимому, частично определяются органическим матриксом.

Кость формируют клетки мезенхимального происхождения, которые синтезируют н секретируют органический матрикс. Минерализация матрикса, особенно в остеонах (гаверсовы системы), начинается вскоре после его секреции клетками (первичная минерализация), а заканчивается лишь через несколько недель (вторичная минерализация). Поскольку подвергаемый минерализации матрикс секретируется остеобластами, эти клетки окружаются им и превращаются в остеоциты, снабжаемые кровью через ряд канальцев. Резорбцию кости осуществляют в основном остеокласты. Это многоядерные клетки, образующиеся в результате слияния клеток-предшественников, которые в свою очередь дифференцируются из гемопоэтической стволовой клетки, дающей начало мононуклеарным фагоцитам. Резорбция кости происходит в фестончатых пространствах (лакуны Хаушипа), где остеокласты прикрепляются к костному матриксу через кольцо сократительных белков (прозрачная зона) и образуют своеобразную гофрированную каемку. Там, где каемка формирует складки и контактирует с костью, последняя теряет как минеральный компонент, так н матрикс. В мембране гофрированной каемки присутствует

АТФаза протонового насоса, создающая особую кислую среду в ограниченном внеклеточном пространстве, что приводит к солюбилизации минеральной фазы. Остеобласты участвуют в синтезе и секреции основной массы органического матрикса и регулируют его минерализацию. Щелочная фосфатаза кости локализуется в остеобластах. Активное соединение, которое в конце концов обеспечивает формирование кости, называется костным морфогенетическим белком. Рост и/или синтез матрикса остеобластами стимулируется дополнительными факторами (ряд ростовых факторов костного происхождения, соматомедины, b-трансформирующий фактор роста).

У эмбриона и растущего ребенка кости формируются либо путем реконструкции и замещения ранее кальцифицированного хряща (эндохондральное формирование кости), либо без хрящевого матрикса (внутримембранное формирование кости). В новой кости, будь то у эмбриона или ребенка, или в случае заживления переломов у взрослых отношение клеток к матриксу довольно велико. Костная ткань характеризуется присутствием переплетающихся и редко расположенных грубых пучков коллагеновых волокон (гладкая кость). У взрослых образуется более зрелая кость, в которой пучки волокон расположены упорядочение параллельными линиями или концентрическими кругами (пластинчатая кость). В длинных костях пластинки уложены концентрически вокруг кровеносных сосудов и образуют гаверсовы системы. В длину кость растет в результате пролиферации хрящевых клеток и эндохондральной последовательности в ростовой пластинке. Рост в ширину и утолщение осуществляются вследствие формирования кости на периостальной поверхности и резорбции поверхности эндоста, причем скорость формирования должна превышать скорость резорбции. У взрослых после закрытия эпифизов рост кости в длину и эндохондральное ее формирование прекращаются, если не считать некоторой активности хрящевых клеток суставных поверхностей. Однако даже у взрослых лиц реконструкция кости (как гаверсовых систем, так и трабекулярной кости) происходит в течение всей жизни, в чем можно убедиться, регистрируя включение радиоизотопов или флюоресценцию тетрациклинов, фиксирующихся в участках свежей минерализации кости. С помощью количественных гистоморфометрических методов показано, что новообразуемые поверхности гладкие, характеризуются способностью поглощать тетрациклин и относительно низкой плотностью минерального компонента. Формирующиеся поверхности покрыты активными остеобластами. Толщина слоя, образующегося из-за относительного отставания минерализации нового органического матрикса, в норме не превышает примерно 12 мкм. О скорости формирования кости можно судить по результатам исследования недеминерализованных срезов костных биоптатов от лиц, получавших тетрациклин с некоторым интервалом. На срезах расстояние между флюоресцирующими слоями соответствует новообразованной кости. Участки резорбции неровной конфигурации и содержат остеокласты (рис.335-1). Резорбция предшествует образованию и протекает более интенсивно, но короче по времени, чем образование кости. У взрослых лиц в процесс активной резорбции вовлекается примерно 4% поверхности трабекулярной кости (такой как гребень подвздошной кости), а остеоид покрывает 10—15% поверхности этой кости. Кинетические исследования с помощью радиоактивного кальция (47Са) показали, что в скелете ежегодно обменивается до 18% общего содержания кальция. Таким образом, кость — это ткань с активным метаболизмом, и целостность ее клеток зависит от интактности кровоснабжения. Реконструкция кости каким-то образом связана с постоянными механическими нагрузками на нее. Кость служит также резервуаром минеральных ионов, особенно кальция, необходимых для различных физиологических процессов.

Реакция кости на переломы, инфекции, прекращение кровоснабжения, а также на другие патологические процессы сравнительно ограничена. Мертвая кость резорбируется, а новая формируется, что сопровождается врастанием новых кровеносных сосудов в пораженную область. При повреждениях, нарушающих целостность ткани, например при переломах с расхождением и смещением концов, остеопрогениторные клетки стромы дифференцируются в клетки с иными функциональными свойствами, чем у остеобластов, и заживление сопровождается образованием фиброзной ткани и хряща. При правильной фиксации отломков и малой подвижности в месте перелома заживление происходит преимущественно путем формирования новой кости без образования рубцовой ткани. Реконструкция этой кости совершается вдоль силовых линий, определяемых механическими нагрузками, которые каким-то образом транслируются в биологическую реакцию.

При прогрессирующих процессах, например при опухолях, на поверхности кости, контактирующей с опухолью, возникает резорбция. Изгиб усиливает новообразование кости на вогнутой поверхности с резорбцией на выпуклой, что, очевидно, направлено на формирование наиболее прочной механической структуры. Даже при столь разрушительных процессах, как болезнь Педжета, реконструкция кости определяется механическими силами. Таким образом, пластичность кости обусловливается реакцией клеток, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой.

Рис.335-1. Схематическое изображение реконструирующихся поверхностей трабекулярной кости.

Большая часть костной поверхности у взрослых не подвергается ни новообразованию, ни резорбции. Такие участки обычно гладкие, лишены остеоидного слоя и покрыты либо невидимыми, либо уплощенными клетками. Поверхности активного новообразования — гладкие и покрыты остеобластами, формирующими остеоидный слой (прозрачный) толщиной не более 12 мкм. Фронт кальцификации проходит по местам контакта остеоидного слоя и минерализованной кости (затемнена). Поверхности неактивного костеобразования не покрыты остеобластами и на них присутствует лишь немного уплощенных клеток. Поверхности активной резорбции — неровные или бахромчатые и покрыты многоядерными остеокластами. На поверхностях с неактивной резорбцией последние не видны.

Читать далее: Механизмы формирования и резорбции кости