пульпа232. 7 общая характеристика и функции цемент от лат
 Скачать 3.95 Mb.
|
|
остеобласты, остеоциты и остеокласты. Хотя эти клетки образуют единую функциональную систему, гистогенетически они неоднородны. Остеокласты происходят из стволовой клетки крови, остальные клетки развиваются из остеогенной мезенхимы в закономерной последовательности: стволовые клетки костной ткани - остео-генные клетки-предшественники - остеобласты - остеоциты. Остеобласты (от лат. os - кость и греч. blastos - росток) - клетки, образующие межклеточное вещество костной ткани (костный матрикс); окружаясь им и снижая синтетическую активность, они постепенно включаются в состав этой ткани в качестве остеоцитов. Образование костного матрикса остеобластами протекает в два этапа: первоначально они синтезируют и секретируют остеоид - органическую основу костного матрикса, в дальнейшем обеспечивают его обызвествление, направляя в него потоки кальция и фосфора. Различают активную и неактивную формы остеобластов. Активные остеобласты - клетки кубической или столбчатой формы, связанные тонкими отростками с остеогенными клетками-предшественниками, соседними остеобластами и остеоцитами. Их округлое ядро с 1-3 крупными ядрышками удалено от полюса, контактирующего с поверхностью костного ма-трикса. Цитоплазма характеризуется выраженной базофилией, содержит мощно развитый синтетический аппарат, большое число митохондрий, пузырьков. На поверхности клетки находятся многочисленные микроворсинки. Главными компонентами остеоида, вырабатываемого остеобластами, являются коллагены (на 90 % - коллаген I типа), ряд неколлагеновых белков - гликопротеины матрикса (остеонектин, костный сиалопротеин, остеокальцин, остеопонтин), протеогликаны и гликозаминогликаны (бигликан, декорин, гиалуроновая кислота). Остеобласты продуцируют также цитокины, различные факторы роста, КМБ, ферменты (щелочную фосфатазу, коллагеназу), фосфопротеины (фос-форины) . Примерная продолжительность жизни активного остеобласта составляет 3 мес. Клиническое значение: нарушение синтеза остеоида остеобластами. Нарушение синтеза остеоида остеобластами наблюдается при ряде заболеваний. Так, выработка химически измененного коллагена остеоида (вследствие мутаций кодирующих его генов), вызывающая нарушение нормального процесса формирования костной ткани, обнаруживается при ряде врожденных заболеваний, проявляющихся ломкостью костей, например при различных формах несовершенного остеогенеза (лат. osteogenesis imperfecta), который может сочетаться с нарушением развития тканей зуба. Дефицит витамина С (цинга) у детей характеризуется нарушением формирования и роста костей вследствие дефекта синтеза коллагена и гликозаминогликанов. По этой же причине при цинге затрудняется заживление переломов костей. Авитаминоз С оказывает также пагубное влияние на обновление периодонтальной связки. Минерализация образованного органического матрикса остеобластами осуществляется внеклеточно двумя основными механизмами. 1. Путем отложения кристаллов гидроксиапатита из перенасыщенной внеклеточной жидкости вдоль фибрилл коллагена. Секретируемые остеобластами неколлагеновые белки контролируют ход минерализации, они усиливают связывание минеральных веществ и регулируют рост кристаллов гидроксиапатита. Особую роль в процессах формирования начального ядра отложения кристаллов (нуклеации) играют некоторые протеогликаны, занимающие зоны зазоров между молекулами тропоколлагена в коллагеновых фибриллах и связывающие в них кальций. Кристаллы гидроксиапатита далее растут в промежутках между коллагеновыми фибриллами. 2. Посредством секреции остеобластами в матрикс особых матричных пузырьков - мелких (100-200 нм) округлых мембранных структур, которые содержат высокие концентрации фосфата кальция и щелочной фосфатазы и характеризуются высокой активностью мембранных ферментов и липидов. Микросреда внутри матричных пузырьков способствует отложению внутри них первых кристаллов гидроксиапатита. Разрушаясь, пузырьки служат ядрами, вокруг которых растут новые кристаллы. В дальнейшем очаги минерализации увеличиваются в размерах и сливаются друг с другом, превращая новообразованный остеоид в зрелый костный матрикс. Согласно современным данным, кристаллы гидроксиапатита в костном матриксе имеют вид пластин толщиной от 2 до 7 нм, длиной 15-200 нм и шириной 10-80 нм. Регуляция деятельности остеобластов осуществляется гормонами и другими биологически активными веществами благодаря наличию у них специфических рецепторов паратгормона, витамина D, глюкокортикоидов, половых гормонов (андрогенов, эстрогенов), кальцитонина, тиреоидных гормонов, факторов роста, инсулина, простагландинов. Они реагируют также на факторы, продуцируемые остеокластами, и секретируют вещества, обусловливающие их собственную активацию (аутокринные регуляторы). Неактивные (покоящиеся) остеобласты (клетки, выстилающие кость) образуются из активных остеобластов и в покоящейся кости покрывают 80-95 % ее поверхности. Они имеют вид уплощенных клеток (толщиной 0,1-1 мкм и диаметром до 50 мкм) с веретеновидными (на срезе) ядрами. Органеллы редуцированы, однако рецепторы к различным гормонам и факторам роста, а также способность реагировать на них сохраняются. Остеоциты (от лат. os - кость и греч. cytos, или kytos, - клетка) - клетки, поддерживающие нормальную структуру и функцию костной ткани. Это основной и самый многочисленный (95 % общего числа) тип клеток зрелой костной ткани. Они образуются из остеобластов, когда те в результате своей синтетической активности и минерализации остеоида оказываются со всех сторон окруженными обызвествленным костным матриксом. При этом в остеоциты превращаются лишь 30-50 % остеобластов (остальные гибнут по завершении образования матрикса). В ходе преобразования остеобластов в остеоциты они утрачивают способность к делению, их объем уменьшается на 70 %, органеллы редуцируются, а интенсивность синтетических процессов снижается. Тела остеоцитов лишены полярности и находятся в костных полостях - лакунах размером около 10-20 мкм (занимают примерно 5 % объема ткани), где они окружены коллагеновыми фибриллами и тонким слоем протеогликанов. От тел остеоцитов отходят от нескольких десятков до сотни и более отростков длиной до 50 мкм, которые располагаются в узких (0,2-0,5 мкм) костных канальцах, образуя густую сеть в костном матриксе. Благодаря щелевым соединениям между отростками остеоцитов последние связаны в крупные клеточные системы («ансамбли»), внутри которых они способны обмениваться ионами, питательными веществами, координированно реагировать на регуляторные воздействия. Остеоцитарная сеть также связывает остеоциты с сосудистыми каналами, костномозговыми полостями и поверхностью кости. Совокупность пространств в костной ткани, включающая лакуны и канальцы, получила название лакунарно-канальцевой системы (сети). Эта сеть заполнена интерстици-альной жидкостью, перемещения которой происходят под влиянием кровяного давления в сосудах и механических нагрузок на кость, способствуя транспорту различных веществ из крови в кость и их распределению в ней, а также воздействуя на остеоциты. Функции остеоцитов. Несмотря на низкую (в сравнении с остеобластами) синтетическую активность, остеоциты играют главную роль в обеспечении нормального состояния костной ткани. Они определяют состояние костного матрикса и баланс Са и Р в организме, регулируют локальную активность остеобластов и остеокластов. При этом они в небольшом количестве вырабатывают компоненты матрикса и, по-видимому, способны к его ограниченному растворению. Остеоциты воспринимают механические напряжения, возникающие внутри костной ткани, и реагируют на сопровождающие их потоки жидкости внутри лакунарно-канальцевой системы и электрические потенциалы, выделяя ряд сигнальных молекул - простагландин Е2, остеопротегерин (OPG), азота оксид (NO), RANKL, склеростин и др. Эти молекулы влияют на различные костные клетки, регулируя их дифференцировку и функциональную активность, тем самым запуская локальный процесс перестройки костной ткани, ограниченный мелким участком скелета. Остеоциты в сравнении и с остеобластами, и с остеокластами живут значительно дольше - продолжительность их жизни составляет многие месяцы. Остеокласты (от лат. os - кость и греч. klasis - разрушение) - единственный тип клеток в организме, способных разрушать, или осуществлять резорбцию (лат. resorptio - рассасывание), костной ткани. Это - многоядерные гигантские подвижные клетки, образующиеся вследствие слияния мононукле-арных предшественников, происходящих из моноцитов. Разрушая костную ткань, остеокласты формируют и далее располагаются в образованных ими углублениях - резорбционных (эрозионных) лакунах (лакунах Хаушипа), поодиночке или небольшими группами. Один остеокласт способен разрушить объем костного матрикса равный тому, что образуется 100-1000 остеобластами. Так как резорбция кости сопровождается освобождением связанного с ее матрик-сом кальция, эти клетки играют важнейшую роль в поддержании кальциевого гомеостаза. Остеокласты достигают крупных размеров (20-100 мкм) и содержат до 20- 50 ядер (на отдельном срезе обычно видны только 6-10). Цитоплазма - ацидофильная, пенистая, с высоким содержанием лизосом, митохондрий, пузырьков. Маркерными ферментами этих клеток служат особая (тартрат-нечувствитель-ная) форма кислой фосфатазы, карбоангидраза и АТФаза. Другими важными маркерами этих клеток являются рецепторы кальцитонина и витронектина. Остеокласт - резко поляризованная клетка. В активном остеокласте участок его цитоплазмы, прилежащий к кости и не содержащий ядер и большинства органелл, образует многочисленные складки клеточной мембраны - микроскладчатую кайму (гофрированный край). По периферии (на срезах - по обеим сторонам) гофрированного края имеется гладкая краевая светлая зона - зона плотного прикрепления его цитоплазмы к костному матриксу. Механизм резорбции костной ткани остеокластом включает: 1) прикрепление к поверхности кости в участке резорбции, особенно плотное в области краевой светлой зоны; 2) растворение минерального компонента костного матрикса вследствие за-кисления содержимого резорбционной лакуны до рН 4,5 (осуществляется путем экзоцитоза пузырьков с кислым содержимым в области гофрированного края, а также благодаря действию протонных насосов); 3) разрушение органических компонентов матрикса лизосомальными ферментами, выделяемыми в лакуну; 4) удаление продуктов разрушения костной ткани из лакуны путем их утечки в области светлой зоны («разгерметизация» лакуны) или везикулярным транспортом через цитоплазму клетки. Регуляция образования остеокластов (остеокластогенез) и их активности обеспечивается общими и местными факторами. Общие факторы влияют на все остеокласты в различных участках костной ткани по всему организму. Они включают гормон околощитовидных желез (паратгормон), белок, родственный паратгормону (англ. ParaThyroid Hormone related Protein - PTHrP), 1,25 гидроксивитамин D3 и гормон щитовидной железы тироксин. Эти вещества активируют остеокласты и увеличивают их число, стимулируя слияние мононуклеарных предшественников. Напротив, гормон С-клеток щитовидной железы кальцитонин и женские половые гормоны (эстрогены) угнетают активность остеокластов. Кальцитонин связывается со специфическими рецепторами на поверхности остеокластов, а паратгормон, рецепторы которого на остеокластах отсутствуют, оказывает на них непрямое действие, опосредованное остеобластами. Местные факторы вызывают активацию или угнетение остеокластов в ограниченных конкретных участках костной ткани. К ним относится ряд факторов роста и цитокинов. Наибольшее значение в активации остеокластогенеза и активности остеокластов имеют два важнейших цитокина - RANKL и КСФ-М (КСФ-1). Кофактором при остеокластогенезе является эндогенно вырабатываемый ТФР. КСФ-М вызывает привлечение остеокластов и их предшественников. RANKL, выделяемый остеобластами, костномозговыми стромальными клетками, Т- и В-лимфоцитами, связывается с рецептором на клеточной поверхности остеокластов и их предшественников RANK (англ. receptor activator of nuclear factor кВ - рецептор-активатор ядерного фактора каппа-В), стимулируя пролиферацию и дифференцировку клеток, образующих остеокласты, усиливая их активность и ингибируя их апоптоз. Гликопротеин OPG (остеопротегерин - буквально «защитник кости», от лат. os - кость и protego - защищаю), вырабатываемый различными типами клеток, включая остеобласты, стромальные клетки костного мозга и др., является растворимым рецептором-ловушкой RANKL, который, связывая RANKL, тормозит взаимодействие RANKL/RANK, угнетая мобилизацию, пролиферацию и активацию остеокластов. Полагают, что характер ремоделирования костной ткани во многом определяется балансом между продукцией RANKL и OPG. Многие кальциотропные гормоны и цитокины, включая витамин D3, па-ратгормон, простагландин E2 и ИЛ-11, стимулируют остеокластогенез (и, соответственно, оказывают катаболическое влияние на костную ткань) двойным механизмом, который включает угнетение выработки OPG и активацию продукции RANKL. Однако недавно установлено, что паратгормон при прерывистом введении в низких дозах, не влияющих на уровень кальция в крови, оказывает анаболическое действие на костную ткань. Главный механизм этого действия связан не столько с усилением остеобластогенеза, сколько с увеличением продолжительности жизни зрелых остеобластов путем угнетения их апоптоза. Эстрогены способствуют поддержанию нормальной массы костной ткани, ингибируя выработку RANKL и опосредованный RANKL остео-кластогенез, усиливая продукцию OPG и активируя апоптоз остеокластов. Бактериальные ЛПС и некоторые провоспалительные цитокины (такие как ФНО-α и ИЛ-1) усиливают дифференцировку и функциональную активность остеокластов независимо от взаимодействия RANKL/RANK. Это влияние ЛПС на резорбцию костной ткани остеокластами опосредуется простаглан-динами. На деятельность остеокластов стимулирующее влияние оказывают простагландины, вырабатываемые макрофагами и остеобластами, а также ряд интерлейкинов (ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-6). Продолжительность жизни остеокластов составляет в среднем около 2 нед. 9.3.3. Межклеточное вещество костной ткани зубной альвеолы Межклеточное вещество (матрикс) костной ткани зубной альвеолы представляет собой своеобразный биологический композитный материал, содержащий наноразмерные минеральные частицы (кристаллы гидроксиапатита), белки и воду. Благодаря объединению этих компонентов в единую систему матрикс обладает твердостью, прочностью и резистентностью к переломам. Костный матрикс биохимически образован органическими веществами (25-30 % массы), минеральной фазой (50-60 %) и водой (10-20 %) - см. главу 5. Органические компоненты костной ткани занимают 3/4 ее объема и на 90-95 % состоят из фибриллярного белка коллагена (главным образом, коллагена I типа). В некотором количестве присутствуют также и коллагены других типов (III, IV, V, XI, XIII), в особенности в участках расположения незрелой костной ткани или в зонах ее регенерации. Большая часть коллагенов вырабатывается локально клетками костной ткани - остеобластами, некоторая часть приходится на внедряющиеся в альвеолярную кость шарпеевские волокна, которые образуются вследствие секреторной деятельности фибробластов перио-донтальной связки. Коллаген в альвеолярной костной ткани характеризуется очень быстрым обновлением - по данным радиоизотопного маркирования in vivo, период его полужизни составляет 6 сут, что значительно меньше, чем, например, в дерме (15 сут). В состав органического компонента входят также неколлагеновые белки (протеогликаны, гликопротеины), липиды, органические кислоты и другие вещества (в совокупности на них приходятся около 5 % содержания органических веществ). Их основной функцией, по-видимому, является регуляция процесса минерализации. Исключительно важными недавно открытыми органическими компонентами костного матрикса являются биологически активные вещества - ТФР-β, ИФР-I и -II, КМБ, ТРФР, ФРФ и др. При разрушении костного матрикса эти факторы выделяются из него и, воздействуя на различные клетки (в первую очередь, на фибробласты, остеогенные клетки-предшественники, остеобласты), активируют процессы регенерации кости. Главным неорганическим (минеральным) компонентом костной ткани являются фосфорные соли кальция в виде гидроксиапатита [Ca10(PO4)6(OH)2], на которые приходятся 95 % минеральной фазы. Кристаллы гидроксиапатита располагаются как между коллагеновыми волокнами, так и внутри них. Они имеют вид игольчатых или тонких пластинчатых структур вариабельной длины шириной 50 нм и толщиной 8 нм. 9.3.4. Структурная организация альвеолярного отростка В альвеолярном отростке выделяют две части: собственно альвеолярную кость и поддерживающую альвеолярную кость (рис. 9.9). 1. Собственно альвеолярная кость (стенка альвеолы) представляет собой тонкую (0,1-0,4 мм) костную пластинку, которая окружает корень зуба и служит местом прикрепления волокон периодонта. Она протягивается от альвеолярного гребня до дна альвеолы, по краям граничит и сливается с кортикальными пластинками альвеолярного отростка. Стенка альвеолы состоит из компактной пластинчатой костной ткани, в которой имеются остеоны, интерстициальные (вставочные) и опоясывающие (общие) пластинки. Опоясывающие пластинки нередко отсутствуют, в периапикальных участках тонкая стенка зубной альвеолы может не содержать остеонов, а состоять из пластинок, расположенных почти параллельно поверхности корня зуба. Стенка альвеолы пронизана большим количеством прободающих (шарпеевских) волокон периодонтальной связки, которые обусловливают ее исчерченность, обычно направленную под углом к оси корня зуба. Противоположные, значительно более тонкие, концы пучков этих волокон погружены в цемент. Поддержание нормальной структуры собственно альвеолярной кости обеспечивается жевательными нагрузками, которые перераспределяются на нее благодаря натяжению волокон периодонтальной связки. Стенка зубной альвеолы в молодом возрасте гладкая, к ней равномерно прикреплены шарпеевские волокна периодонтальной связки. В пожилом возрасте она становится неровной, содержит многочисленные выемки и зазубрины; прикрепление шарпеевских волокон неравномерное. При описании костной ткани, образующей стенки зубной альвеолы, нередко используют термин |