|
|
СРС_БХ_НМУ. Костная ткань
Костная ткань Костная ткань - это особый вид соединительной ткани. Костная ткань имеет особенности строения, которые не встречаются в других видах соединительной ткани. В ней преобладает межклеточное вещество, содержащее большое количество минеральных компонентов, главным образом - солей кальция. Основные особенности кости - твердость, упругость, механическая прочность. В компактном веществе кости большая часть минеральных веществ представлена гидроксилапатитом (смотрите рисунок) и аморфным фосфатом кальция. Кроме них встречаются карбонаты, фториды, гидроксиды и значительное количество цитрата. Химический состав костной ткани (в%%): 20% - органический компонент, 70% - минеральные вещества, 10% - вода. Губчатое вещество: 35-40% - минеральных веществ, до 50% - органические соединения, содержание воды - 10%. Неколлагеновые белки костной ткани Характеристика коллагена 1.Фибриллярный белок, основной белок костной ткани, определяет прочность и эластичность, выполняет и регуляторную функцию. 2.В костной ткани образует матрицу, на которой начинается процесс минерализация этапы образования коллагена: - I. Структура костной ткани. Из костной ткани построен скелет, который служит опорой для тела, в ней депонируются соли кальция и фосфора; кроме того, предохраняет красный костный мозг от внешних воздействий. Костные ткани состоят из клеток и твердого межклеточного вещества, содержащего большое количество минеральных солей (65 ... 70%). Органический компонент межклеточного вещества - оссеоид - представлен преимущественно коллагеновыми волокнами (90%), гликопротеинами и протеогликанами (гиалуроновая кислота), которые вместе с минеральными веществами образуют прочную ткань, способную сопротивляться растяжению и сжатию. Кроме аморфного компонента в межклеточном веществе обнаруживают пучки коллагеновых (оссеиновых) волокон.
- ^ 1.Клетки (остеобласты, остеоциты, остеокласты). Костная ткань содержит клетки трех видов - остеобласты и остеоциты, образующиеся из остеогенных клеток соединительной ткани, и остеокласты - клетки гематогенного происхождения, относящиеся к макрофагальной системе. Остеобласты. Это малодифференцированные клетки, представляющие собой камбиальные элементы; встречаются только в глубоких слоях надкостницы или в местах регенерации костной ткани после ее травмы. При развитии кости остеобласты сплошным слоем покрывают поверхность костной балки и остеогенных островков. Остеобласты продуцируют оссеоид, а также гидролитический фермент - щелочную фосфатазу. Выделяют активные и неактивные формы остеобластов.
Остеоциты. Это высокодифференцированные зрелые клетки с отростками и крупным ядром, утратившие способность к делению. Тела клеток располагаются в костных полостях, заполненных тканевой жидкостью и связанных системой канальцев с соседними остеоцитами. В канальцы проникают отростки остеоцитов. Посредством канальцев осуществляется обмен веществ между остеоцитами и кровью. Остеокласты. Это клетки, способные разрушать обызвествленный хрящ и кость выделяемыми ферментами. Они крупных размеров и содержат до нескольких десятков ядер. В месте контакта остеокласта с костной или обызвествленной хрящевой тканью выделяют две зоны. Первая, наиболее обширная, богатая цитоплазматическими выростами - гофрированная каемка секретирует и накапливает гидролитические ферменты. Вторая как бы окружает первую, предохраняя остальную часть цитоплазмы от литического действия ферментов. Она бедна органеллами, но в ней много активных микрофиламентов. - Остеоциты. Это высокодифференцированные зрелые клетки с отростками и крупным ядром, утратившие способность к делению. Тела клеток располагаются в костных полостях, заполненных тканевой жидкостью и связанных системой канальцев с соседними остеоцитами. В канальцы проникают отростки остеоцитов. Посредством канальцев осуществляется обмен веществ между остеоцитами и кровью. Остеокласты. Это клетки, способные разрушать обызвествленный хрящ и кость выделяемыми ферментами. Они крупных размеров и содержат до нескольких десятков ядер. В месте контакта остеокласта с костной или обызвествленной хрящевой тканью выделяют две зоны. Первая, наиболее обширная, богатая цитоплазматическими выростами - гофрированная каемка секретирует и накапливает гидролитические ферменты. Вторая как бы окружает первую, предохраняя остальную часть цитоплазмы от литического действия ферментов. Она бедна органеллами, но в ней много активных микрофиламентов.
^ II. Виды костной ткани. По структурным и физическим свойствам, обусловленным строениеммежклеточного вещества, костные ткани классифицируют следующим образом: дентоидная, грубоволокнистая и тонковолокнистая, или пластинчатая. Последнюю подразделяют на губчатую и компактную. ^ Дентоидная костная ткань. Характеризуется отсутствием костных клеток в толще межклеточного вещества. Образующие дентин одонтобласты расположены снаружи от него со стороны пульпы зуба. В состав дентина входят пучки коллагеновых волокон, склеенных минерализованным аморфным веществом. Дентоидная кость пронизана многочисленными костными канальцами, в которых могут находиться отростки одонтобластов. ^ Грубоволокнистая (ретикулофиброзная) костная ткань. Характеризуется тем, что толстые пучки ее коллагеновых волокон располагаются в минерализованном аморфном веществе беспорядочно. Между ними в костных полостях залегают остеоциты, отростки которых проникают в костные канальцы. Снаружи кость покрыта надкостницей. Из ретикулофиброзной ткани сформирован скелет у низших позвоночных животных. У высших позвоночных ткань образуется в эмбриональный период. у взрослых животных встречается на месте прикрепления сухожилий к костям, а также заросших черепных швов и в костных мозолях (на участке перелома). - ^ II. Виды костной ткани. По структурным и физическим свойствам, обусловленным строениеммежклеточного вещества, костные ткани классифицируют следующим образом: дентоидная, грубоволокнистая и тонковолокнистая, или пластинчатая. Последнюю подразделяют на губчатую и компактную. ^ Дентоидная костная ткань. Характеризуется отсутствием костных клеток в толще межклеточного вещества. Образующие дентин одонтобласты расположены снаружи от него со стороны пульпы зуба. В состав дентина входят пучки коллагеновых волокон, склеенных минерализованным аморфным веществом. Дентоидная кость пронизана многочисленными костными канальцами, в которых могут находиться отростки одонтобластов. ^ Грубоволокнистая (ретикулофиброзная) костная ткань. Характеризуется тем, что толстые пучки ее коллагеновых волокон располагаются в минерализованном аморфном веществе беспорядочно. Между ними в костных полостях залегают остеоциты, отростки которых проникают в костные канальцы. Снаружи кость покрыта надкостницей. Из ретикулофиброзной ткани сформирован скелет у низших позвоночных животных. У высших позвоночных ткань образуется в эмбриональный период. у взрослых животных встречается на месте прикрепления сухожилий к костям, а также заросших черепных швов и в костных мозолях (на участке перелома).
На развитие и структуру костей влияют многочисленные факторы: эндокринные, алиментарные, возрастные, статодинамические и целый ряд других. Большое влияние на структуру костной ткани оказывают витамины. При дефиците витамина С ингибируется коллагенообразование остеобластами и формирование новых костных пластинок, что приводит к уменьшению прочности кости. При дефиците витамина Д тормозится кальцификация органической матрицы, что обусловливает размягчение костей — остеомаляцию. Избыток витамина А сопровождается деструкцией костей в связи с усилением функции остеобластов. На состояние костной ткани существенное влияние оказывает содержание кальция, фосфора и других минеральных и органических веществ в рационе, а также физические нагрузки. Продолжительная иммобилизация приводит к выделению солей и повышению функции остеокластов. На развитие и структуру костей влияют многочисленные факторы: эндокринные, алиментарные, возрастные, статодинамические и целый ряд других. Большое влияние на структуру костной ткани оказывают витамины. При дефиците витамина С ингибируется коллагенообразование остеобластами и формирование новых костных пластинок, что приводит к уменьшению прочности кости. При дефиците витамина Д тормозится кальцификация органической матрицы, что обусловливает размягчение костей — остеомаляцию. Избыток витамина А сопровождается деструкцией костей в связи с усилением функции остеобластов. На состояние костной ткани существенное влияние оказывает содержание кальция, фосфора и других минеральных и органических веществ в рационе, а также физические нагрузки. Продолжительная иммобилизация приводит к выделению солей и повышению функции остеокластов. Минерализация костной ткани - Механизмы минерализации кости пока ещё недостаточно понятны, хотя известно, что в этом процессе важную роль играют все основные компоненты костной ткани, в том числе костеобразующие клетки (остеобласты) и клетки, разрушающие костную ткань (остеокласты). Определяющий фактор минерализации - взаимное расположение молекул тропоколла-гена со смещением на 1/4 длины молекулы. Считается, что промежутки между молекулами тропоколлагена являются центрами минерализации кости, в которых начинается отложение фосфата кальция сначала в аморфном виде с последующим образованием кристаллов гидроксиапатита.
- Остеобласты контролируют минерализацию посредством регуляции транспорта ионов кальция и фосфата через свои мембраны. Присутствующая в них щелочная фосфатаза высвобождает неорганический фосфат из органических фосфорсодержащих соединений. Освобождающаяся фосфорная кислота реагирует с солями кальция с образованием Са3(РО4)2. Гликопротеин остеонектин имеет высокое сродство к коллагену I типа и к гидроксиапатиту. Он содержит Са2+-связываюшие домены и способствует осаждению Са2+ и РО43- в присутствии коллагена. Определённую роль в процессе минерализации играют также кисдые фосфопротеины, специфичные для костной ткани. Они содержат последовательности поли-Асп и поли-Глу, к которым присоединяется кальций, это может быть пусковым моментом в процессе минерализации.
- Костная ткань, несмотря на высокую степень минерализации, находится в динамическом состоянии, в ней постоянно происходят процессы обновления входящих в её состав веществ, адаптационные перестройки к изменяющимся условиям окружающей среды.
Для минерализация необходимо: -коллаген -ГАГ -Белково-углеводные комплексы -макроэрги -минералы (Са, Р, F и др.) -СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ОРГАНИЧЕСКОЙ МАТРИЦЫ Основные фазы минерализации Факторы регуляции минерализации - Для минерализации костей, твёрдых тканей зуба необходимо поддержание определённых концентраций ионов кальция и неорганического фосфата в плазме крови, слюне и надкостнице. Нормальное протекание этих процессов обеспечивается тем, что концентрация Са2+ в крови варьирует в очень узких пределах: 2,25-2,64 ммоль/л – у взрослых и 2,74-3,24 ммоль/л – у детей. Более широкие колебания характерны для неорганического фосфата: 0,64-1,29 ммоль/л – у взрослых, 1,29-2,26 ммоль/л – у детей. В механизмы регуляции гомеостаза этих ионов включены три гормона – паратиреоидный (паратгормон, ПТГ, паратиреокринин), кальцитонин (тирокальцитонин, КТ) и метаболиты витамина D (кальцитриолы – 1,25(ОН)2D3 и 24,25(ОН)2D3), работающие как стероидные гормоны.
Факторы, влияющие на метаболизм костей (витамины и гормоны) Доставка веществ в кость происходит по гаверсовым каналам и лакунам. Рост скелета задерживается в условиях любой недостаточности, в том числе и при недостаточной калорийности пищи. Однако, только при недостатке Са2+, фосфатов и Аскорбиновая кислота. При её недостатке мезенхимальные клетки не вырабатывают нормальный коллаген, что приводит и к нарушению обызвествления. витаминов (А, D, С) наблюдаются характерные поражения костей. - Витамин D оказывает на кость многоплановое влияние.
- 1) Повышает проницаемость эпителия кишечника для кальция и фосфора, стимулирует всасывание Са2+, повышает реабсорбцию кальция, фосфора, натрия, цитратов, аминокислот в проксимальных канальцах почек, поэтому недостаток витамина D проявляется в снижении поступления Са2+ в кровь. Отсюда недостаточное обызвествление кости и развитие рахита при дефиците витамина D.
- 2) Снижает синтез паратгормона, усиливает синтез щелочной фосфатазы (минерализация в эпифизах), коллагена, регулирует образование белковой стромы, рассасывание костной ткани в диафизах – нормализация минерализации;
- 3) кальцидиол, кальцитриол снижают пролиферацию, усиливают дифференцировку клеток.
- Напротив, при избытке витамина D наблюдается усиленное рассасывание костей и увеличение концентрации Са2+ в сыворотке крови. Повышение Са2+ и Р в крови приводит к значительному их увеличению в моче и образованию камней в почках.
- При отравлении витамином D активность гидроксилазы в почках ингибируется избытком субстрата, что препятствует синтезу активных форм витамина. Далее начинается рассасывание костной ткани. Усиление резорбции кости сопровождается подавлением процессов ее образования и торможением дифференцировки костных клеток в активные формы. Вследствие деминерализации костей повышается уровень кальция в крови и его выделение с мочой. Параллельно интенсивно всасывается кальций из кишечника → общая гиперкальциемия, повреждение клеточных мембран → нарушение функционирования разных органов. В результате деминерализации костей даже незначительные травмы вызывают множественные переломы
Витамин А Витамин А - Биологически активные формы (ретиноевые кислоты) способны регулировать рост и дифференцировку клеток различных тканей организма. Действие ретиноевых кислот направлено и на остеобласты, и на остеокласты. Витамин А снижает продукцию остеобластами коллагена и увеличивает секрецию коллагеназы. Одновременно он стимулирует образование остеокластов и активирует остеокластическую резорбцию.
- При недостатке витамина А нарушается рост скелета (остеосклероз), поскольку витамин участвует в синтезе гепарина, кислых мукополисахаридов хрящевой и костной тканей (связывание Са). При избытке витамина А – у детей наблюдается деформация костей. Это объясняется деполимеризацией и гидролизом хондроитинсульфата, входящего в состав хряща. У взрослых – остеопения, переломы и потеря компонентов костного матрикса.
Паратгормон Паратгормон - Паратгормон – гормон паращитовидных желёз. Он повышает концентрацию Са2+ в крови благодаря действию на кишечник, кости и почки. Паратгормон ингибирует реабсорбцию Р в почечных канальцах, что приводит к понижению его концентрации в плазме и, как следствие, к дополнительной стимуляции рассасывания костей для пополнения недостаточных количеств этого иона в циркулирующей крови.
- Метаболический эффект паратгормона опосредуется его действием на остеоциты, которые в свою очередь оказывают регуляторное влияние на структуру матрикса кости. Паратгормон активирует связанную с мембраной костных клеток аденилатциклазу и увеличивает поступление Са2+ в эти клетки. Увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ в остеоцитах приводит к следующим основным эффектам:
- Активации клеточных систем, участвующих в рассасывании кости;
- Ускорению превращения клеток-предшественников в остеобласты и остеокласты;
- Ингибированию синтеза коллагена остеобластами. При повышении выработки ПТГ снижается Са-связывающая способность кости и может происходить эрозия даже хорошо кальцинированной кости (выход Са, обеднение матрикса кости коллагеном и протеогликаном).
Кальцитонин Кальцитонин - Кальцитонин синтезируется в паращитовидных железах и частично в щитовидной железе.
- Его влияние на концентрацию Са2+ в крови прямо противоположно действию паратгормона. Он стимулирует перенос Са и Р из крови в кости, ускоряет отложение кальция и ингибирует его выход из костей. Механизм антирезорбтивного действия кальцитонина заключается в прямом действии гормона на остеокласты, имеющие к нему большое количество рецепторов. Рецепторы кальцитонина связаны с G-белками, один тип которых активирует аденилатциклазу, другой – фосфолипазу С. Последующее увеличение концентрации внутриклеточного кальция вызывает открепление остеокластов и прекращение резорбции.
- Первоначальный эффект кальцитонина заключается в активации кальциевого насоса и стимуляции выхода Са из кости, но одновременно гормон стимулирует и поглощение кальция митохондриями. В результате конечный эффект будет в снижении концентрации кальция в крови.
- Половые гормоны имеют важное значение в обмене костной ткани. Основной эффект эстрогена (172-эстрадиола) на кость заключается в снижении скорости её резорбции. Это результат прямого влияния гормона на предшественники остеокластов и подавления остеокластогенеза. Зрелые остеокласты в отличие от предостеокластов не имеют рецепторов к эстрогенам, поэтому их действие опосредовано остеобластами, которые в ответ на половые гормоны снижают секрецию проостеолитических факторов. 172-эстрадиол, тестостерон, дигидрокситестостерон и андрогены ограничивают остеопороз, так как ингибируют синтез интерлейкина-6 остеобластами и стромальными клетками костного мозга.
- Йодсодержащие гормоны щитовидной железы - тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3) обеспечивают оптимальный рост костной ткани. Тиреоидные гормоны способны стимулировать секрецию гормонов роста. Они повышают как синтез мРНК инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР-1), так и продукцию самого ИФР-1 в печени. При гипертиреозе подавляется дифференцировка остеогенных клеток и синтез белка в этих клетках, снижается активность щелочной фосфатазы. За счёт усиленной секреции остеокальцина активируется хемотаксис остеокластов, что ведёт к резорбции костной ткани.
Глюкокортикоиды Глюкокортикоиды - Глюкокортикоиды – жирорастворимые гормоны, поэтому легко проникают через клеточную мембрану, связываются с рецепторными белками (специфическими в разных тканях) и далее действуют по ядерно-цитоплазматическому механизму. Влияние глюкокортикоидов на метаболизм в разных тканях происходит по-разному, поскольку используются различные варианты воздействия на геном клетки.
- В костях, соединительной ткани, скелетных мышцах, лимфоидной ткани Гормон-Рецепторный комплекс блокирует образование м-РНК для синтеза белков, и освобождающиеся аминокислоты поступают в печень для глюконеогенеза. Одновременно в этих тканях глюкокортикоиды активируют липолиз, продукты которого тоже используются для глюконеогенеза. Нарушения метаболизма костной ткани возникают вследствие ингибирования процессов синтеза коллагена и неколлагеновых белков кости, а также нарушения регуляторной роли фосфолипидов при минерализации кости.
Тиреоидные гормоны Тиреоидные гормоны - Тиреоидные гормоны – одни из основных системных регуляторов развития и перестройки кости. Действие обусловлено их влиянием на остеобласты, которые имеют к ним рецепторы. Показано существование другого механизма действия тиреоидных гормонов на остеобласты: Т3 повышает секрецию гипофизом гормона роста, который, в свою очередь, стимулирует продукцию печенью и другими органами инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1).
- ИФР-1 модулирует функцию остеобластов, в том числе регуляцию ими остеокластогенеза. Последнее связано с увеличением (под влиянием тиреоидных гормонов) секреции остеобластами простагландинов, стимулирующих функции остеокластов.
Биохимические маркёры метаболизма костной ткани Различают маркёры формирования и резорбции кости, характеризующие функции остеобластов и остеокластов. Биохимические маркёры дают информацию о патогенезе заболеваний скелета и о скорости ремоделирования. Они могут использоваться для контроля эффективности лечения в короткие сроки и идентифицировать больных с быстрой потерей костной массы. Биохимические маркёры измеряют усреднённую скорость ремоделирования всего скелета, а не отдельных его областей.
Маркёры образования кости
|
Маркёры резорбции кости
|
плазма: остеокальцин, общая и специфическая костная щелочная фосфатаза, проколлагеновые С- и N-пептиды
|
плазма: тартрат-резистентная кислая фосфатаза, пиридинолин и дезоксипиридинолин, продукты деградации коллагена I типа (N- и С-телопептиды);
моча: пиридинолин и дезоксипиридинолин, продукты деградации коллагена I типа – N- и С-телопептиды, кальций и гидроксипролин натощак и гликозиды гидроксилизина
| - Прогностическая значимость определения маркёров метаболизма костной ткани:
- • проведённый скрининг с использованием данных маркёров позволяет определить пациентов с высоким риском развития остеопороза; •высокие уровни маркёров резорбции костей могут быть связаны с увеличением риска переломов; повышение уровня маркёров метаболизма костной ткани у пациентов с остеопорозом более чем в 3 раза по сравнению с показателями нормы предполагает иную костную патологию, включая злокачественную; •маркёры резорбции могут быть использованы в качестве дополнительных критериев при решении вопроса о назначении специальной терапии при лечении костной патологии.
- Маркёры формирования кости. Формирование костной ткани оценивают по количеству остеокальцина, костного изофермента щелочной фосфатазы и остеопротегерина. Измерение количества сывороточного остеокальцина позволяет определять риск развития остеопороза у женщин, проводить мониторинг костного метаболизма во время менопаузы и гормональной заместительной терапии. Рахит у детей раннего возраста сопровождается снижением в крови содержания остеокальцина и степень снижения его концентрации зависит от выраженности рахитического процесса. У больных с гиперкортицизмом и пациентов, получающих преднизолон, значительно снижено содержание остеокальцина в крови, что отражает подавление процессов костеобразования.
- Изофермент щелочной фосфатазы присутствует на клеточной поверхности остеобластов. При увеличенном синтезе фермента клетками костной ткани повышается его количество в плазме крови, поэтому определение активности щелочной фосфатазы, особенно костного изофермента, является информативным показателем костного ремоделирования.
- Остеопротегерин выступает в качестве рецептора ФНО. Связываясь с преостеокластами, он ингибирует мобилизацию, пролиферацию и активацию остеокластов.
На эти заболевания влияет длительная неподвижность, плохое питание, недостаточность витаминов С, Д и др., нарушение метаболизма витамина Д, дефект кишечных или других рецепторов к кальцитриолу, кальцитонину. Частичное рассасывание кости может возникать вследствие нарушений в процессе минерализации костного матрикса (остеомаляция) или неправильного образования матрикса и снижения его обызвествления (остеопороз). Остеопороз часто возникает при недостатке витамина С, плохом питании, длительной неподвижности. Остеопороз – дистрофия костной ткани. Это системное заболевание костей, включает потерю костной массы и нарушение костной микроархитектоники, приводит к увеличению хрупкости костей и повышенному риску переломов. Для него характерно уменьшение костных перекладин в единице объёма кости, истончение и полное рассасывание части этих элементов. При остеопорозе не происходит уменьшения размеров кости. Остеопороз может быть диффузным, равномерным. В этих случаях кость становится равномерно более проницаемой для рентгеновских лучей. Другая форма – пятнистый остеопороз. Для него характерно наличие очагов снижения плотности костной структуры, которые имеют различную форму, величину. Вторичный остеопороз возникает при гиперкортицизме, гипертиреозе и других подобных заболеваниях, под влиянием проводимой глюкокортикоидной терапии, при длительной иммобилизации. Остеомаляция – размягчение костей из-за нарушения органического костного матрикса: 1) снижение минерализации (вымывание минеральной фазы из кости) 2) синтез избыточных количеств остеоида при ремоделировании кости Список литературы: 1.Афонасьев Ю.И., Юрина Н.А. «Гистология» - М.: «Медицина» 2001. 2.Соколов В.И., Чумасов Е.И. «Цитология, гистология, эмбриология» - М.: «Колос» 2004. 3.Мануилова Н. А. «Гистология с основами эмбриологии» - М.: «Просвещение» 1973. 4.Иванов И. Ф., Ковальский П. А. «Цитология, гистология и эмбриология» - М.: «Колос» 1976. |
|
|
Скачать 1.43 Mb.