Меню
Яндекс.Метрика

Механизмы формирования и резорбции кости

Образование кости — это упорядоченный процесс, при котором неорганические вещества откладываются в органический матрикс. Минеральная фаза состоит из кальция и фосфора, и на скорость ее образования влияют концентрации этих ионов в плазме и внеклеточной жидкости. Если концентрация кальция и фосфора сходна с таковой в ультрафильтрате плазмы, минерализация и рост кристаллов гидроксиапатита могут происходить invitro. Однако концентрация этих ионов в участках минерализации неизвестна, и локальную концентрацию кальция, фосфора и других ионов каким-то образом регулируют клетки (остеобласты, остеоциты). Коллагены из разных источников катализируют формирование очагов выпадения кальция и фосфора из рас 1 воров этих ионов, и вначале минеральная фаза откладывается в специфических участках ячеек, образованных особо упакованными молекулами коллагена. Организация коллагена, вероятно, влияет на количество и характер минеральной фазы кости. Существует по одному гену для каждой из двух a1-цепей и одной a2-цепи, из которых построен коллаген I типа. Первичная структура коллагена I типа в коже и костной ткани сходна. Однако имеются различия в посттрансляционных модификациях коллагена I типа, таких как гидроксилирование, гликозилирование, а также в характере, числе и распределении межмолекулярных поперечных связей. Кроме того, нормально минерализованный коллаген кости и дентина обладает более крупными ячейками, чем неминерализованные коллагены, например, в сухожилиях. Неколлагеновые органические компоненты, такие как костной ГЛА-белок или остеонектин, также могут принимать участие в формировании минеральной фазы кости. Щелочная фосфатаза —это маркер остеобластов, и ее уровень в клетках коррелирует с их потенциалом минерализации. Хотя у лиц со сниженным уровнем щелочной фосфатазы (гипофосфатазия) отмечаются нарушения минерализации, функция этого фермента в процессе минерализации остается не совсем понятной. Для объяснения способности коллагена неминерализованных тканей катализировать образование очагов неорганической фазы из растворов, сходных по составу с нормальной внеклеточной жидкостью, привлекают предположение о регуляции минерализации ингибиторами этого процесса. Неорганический пирофосфат в концентрациях, ниже необходимых для связывания ионов кальция, оказывается мощным ингибитором минерализации. Поскольку щелочная фосфатаза, присутствующая в остеобластах и других клетках, при нейтральном рН способна катализировать гидролиз неорганического пирофосфата, этот фермент мог бы регулировать минерализацию, меняя концентрации пирофосфата. Кроме того, на скорость и степень минерализации могут влиять и макромолекулярные ингибиторы, такие как агрегаты протеогликанов. В подвергающемся кальцификации хряще вне клеток присутствуют связанные с мембраной пузырьки, содержащие минеральные вещества, и предполагается, что это и есть начальная минеральная фаза.

В кости твердая фаза. фосфата кальция в начале минерализации представлена СаНРО4•2Н2О.По мере минерализации твердая фаза превращается в плохо кристаллизованный гидроксиапатит с относительно низким (около 1,2) молярным отношением кальций/фосфор. С возрастом и созреванием степень кристаллизации и отношение кальций/ фосфор увеличиваются. Если в минеральную фазу включаются ионы фтора, то доля аморфного фосфата кальция снижается, а кристаллизация его увеличивается.

Существует предел концентрации ионов кальция и фосфора во внеклеточной жидкости, ниже которого минерализация не возникает. Произведение растворимости для минерального вещества кости рассчитать трудно, так как состав минеральной фазы непостоянен и природа присутствующих в растворе веществ, определяющих это произведение растворимости, неизвестна. Тем не менее при чрезмерной концентрации кальция и фосфора во внеклеточной жидкости минеральная фаза может появиться и там, где в норме ее не бывает.

При резорбции кости ионы кальция и фосфора из твердой фазы переходят во внеклеточную жидкость, а потом уже рассасывается органический матрикс. Как протекают эти процессы, не совсем ясно. Выход минеральных веществ из кости можно было бы объяснить снижением рН, наличием хелирующего агента и функционированием механизма клеточного насоса, сдвигающего равновесие между твердой фазой и раствором. Тот факт, что резорбция кости происходит в участках прилегания к ее поверхности остеокластов, где рН внеклеточной жидкости имеет низкую величину, подтверждает предположение о том, что для солюбилизации минералов кости необходима кислая среда. Хотя остеокласты богаты резистентной к тартрату кислой фосфатазой, конкретная функция этого фермента неизвестна. Если при увеличении числа или усилении функции остеобластов активность сывороточной щелочной фосфатазы повышается, то для кислой фосфатазы подобные сдвиги отсутствуют. Матрикс резорбируется под действием протеиназ, высвобождаемых остеокластами. Однако пока не будет удалена минеральная фаза, белки костного матрикса не могут быть разрушены. На скорость резорбции кости влияют такие гормоны, как паратиреоидный гормон и 1,25(ОН)2— витамин D, а также местные факторы, например простагландины, гепарин из тучных клеток и различные цитокины, которые либо повышают активность уже имеющихся остеокластов, либо ускоряют их дифференцировку из гематопоэтических предшественников. Некоторые из этих факторов влияют непосредственно на остеокласты, тогда как прочие действуют опосредованно через другие клетки, такие как остеобласты или фибробласты стромы. Например, рецепторы паратиреоидного гормона присутствуют на остеобластах, но не на остеокластах; следовательно, ускорение резорбции кости под действием паратиреоидного гормона опосредуется остеобластами.

Интерлейкин-1 (монокин, повышающий резорбцию кости invitro) активирует остеокласты также опосредованно, действуя через остеобласты или фибробласты стромы. В-и Т-лимфоциты могут продуцировать и другие аналогичные факторы. Ускоряющий резорбцию эффект таких лигандов, как a-трансформирующий фактор роста, в некоторых костях обусловливается стимуляцией синтеза и высвобождения простагландинов. С другой стороны, главный ингибитор костной резорбции кальцитонин действует прямо на рецепторы остеокластов. На какие клетки влияют другие ингибиторы резорбции кости, такие как гамма-интерферон, пока неизвестно.

Читать далее: Метаболизм кальция