Реферат остеокласт. Строение и регуляция функций студентка 103 группы 1го курса лечебного факультета
 Скачать 1.29 Mb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России) Кафедра гистологии с эмбриологией имени ЗДН РФ проф. Дунаева П.В. РЕФЕРАТ Остеокласт. Строение и регуляция функций. Выполнила: студентка 103 группы 1-го курса лечебного факультета Сушкевич Алина Александровна Проверил: кандидат биологических наук, доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии Матвиенко Виктор Васильевич Тюмень, 2022 г Содержание I. Введение………………………………………………………………………3 II. Основная часть 2.1. Происхождение остеокластов…………………………………………..4 2.2. Строение остеокласта…………………………………………………...6 2.3. Функции остеокласта……………………………………………………8 2.4. Регуляция функций остеокласта……………………………………......9 III. Заключение………………………………………………………………...10 IV. Список литературы………………………………………………………..11 V. Приложение………………………………………………………………...12 I. Введение Костные ткани – это специализированный полидифферонный вид соединительной ткани с высокой минерализацией межклеточного органического вещества, содержащего около 70 % неорганических соединений (фосфатов кальция). Помимо кальция в ней присутствуют более 30 микроэлементов, например: медь, стронций, цинк, барий, магний и другие. Костная ткань является опорой нашего организма, депо минеральных веществ (преимущественно кальций, фосфор), служит органом кроветворения. Как и другие виды соединительной ткани, костная ткань имеет следующие разновидности клеток: ○ 1 дифферон: стволовые остеогенные клетки (СОК), полустволовые стромальные клетки (ПСК), остеобласт, остеоцит; ○ 2 дифферон: стволовые клетки крови (СКК), моноцит, остеокласт. Интерес к проблеме обусловлен значимой ролью остеокластов в функционировании костной ткани, ее развитии и регенерации. Цель: рассказать о строении клеток остеокластов костной ткани, рассмотреть их строение, особенности и выполняемые функции. Задачи: 1. Изучить строение остеокластов. 2. Рассмотреть порядок их развития. 3. Объяснить функции клеток остеокластов, а также их важность. 4. Сделать выводы о проделанной работе. Методы исследования: 1. Изучение и анализ специальной, методической и справочной литературы; 2. Анализ и синтез полученной информации. II. Основная часть 2.1. Происхождение остеокластов Остеокласты – это клетки костномозгового происхождения, в отличие от остеобластов, которые происходят из мезенхимальной стволовой клетки. Самый ранний предшественник остеокластов – это клетка гранулоцит-макрофагколониеформирующая единица (ГМ-КФЕ), идентифицируемая в красном костном мозге. Особенность данной клетки в том, что она плюрипотента, т.е. из нее происходят не только остеокласты, но и нейтрофилы, моноциты и дендритные клетки. Обуславливает ранний путь дифференциации клеток остеокластов главный цитокин – макрофаг-колониестимулирующий фактор (М-КСФ), образующийся из стромальных клеток и остеобластов. Активация рецептора М-КСФ на клеточной поверхности ГМ-КФЕ задействует два транскрипционных фактора, необходимых для последующей дифференциации клетки-предшественницы: • PU.1; • Mift. Следует отметить, что в ходе эксперимента на животных, мутации в отмеченных выше генах приводили к формированию остеопороза (заболевание скелета с изменением структуры костей: снижением массы, уменьшением прочности и повышением хрупкости) и отсутствию зрелых остеокластов в костной ткани. Дальнейший путь остеокластогенеза связан с белком-цитокином RANKL и рецептором RANK. Трансмембранный белок остеобласта RANKL связывается с RANK-рецептором преостеокласта. Активация RANK-рецептора служит сигналом для белка-адаптора TRAF6 (TNF Receptor-Associated Factor 6). TRAF6 активирует в клетке сигнальные молекулы (фактор транскрипции NF-κB, протеинкиназы JNK и c-Src), запускающие дифференцировку остеокласта. Остеобласты секретируют также растворимый белок остеопротегерин (OPG), выполняющий роль рецептора-"ловушки" для RANKL. Связываясь с RANKL и блокируя взаимодействия RANKL/RANK, остеопротегерин модулирует остеокластогенез и количество остеокластов. Клетки, участвующие в воспалительных реакциях (например, активированные T-лимфоциты), а также опухолевые клетки могут усиливать остеокластогенез, продуцируя M-КСФ и RANKL. Другие факторы, оказывающие влияние на процесс дифференцировки остеокластов: • Паратиреоидный гормон (ПТГ), взаимодействуя с остеобластами и клетками стромы, усиливает экспрессию RANKL, а также угнетает образование OPG. • Активная форма витамина D3 осуществляет свой остеокластогенный эффект, стимулируя клетки стромы и остеобласты к экспрессии RANKL. • Фактор некроза опухоли (TNF) - мощный остеокластогенный агент, стимулирует остеобласты к образованию RANKL и M-CSF. • Интерлейкин 1, как и TNF, стимулирует экспрессию M-CSF стромальными клетками костного мозга; этот эффект ингибируется эстрогенами. Экспрессия RANKL клетками стромы костного мозга возрастает при отсутствии эстрогенов у женщин уже в начальный период менопаузы. При резорбции костной ткани происходит взаимодействие между остеобластной и остеокластной клеточными линиями. Остеобласт продуцирует M‑CSF, который взаимодействует со своим рецептором c-Fms клетки-предшественницы остеокласта, стимулируя её дифференцировку в преостеокласт. Преостеокласт начинает экспрессировать RANK-рецептор для RANK лиганда (RANKL), также продуцируемого остеобластом (или клеткой стромы). Взаимодействие RANK/RANKL стимулирует дифференцировку и активность остеокласта. Это взаимодействие может быть блокировано растворимым остеопротегерином (OPG), секретируемым остеобластом или клеткой стромы костного мозга. 2.2. Строение остеокласта Остеокласты (от греч. osteon - кость и clastos – раздробленный) – костеразрушающие клетки, в сформированной костной ткани отсутствуют, но содержатся в надкостнице ив местах разрушения и перестройки костной ткани. Эти клетки гематогенной природы способные разрушить обызвествленный хрящ и кость. Диаметр их достигает 90 мкм и более, и они содержат от 3 до нескольких десятков ядер. Форма – овальная, но часть клетки, прилежащая к костной ткани, имеет плоскую форму. В активированном остеокласте различают гофрированную каёмку, светлую, везикулярную и базальную зоны. • Светлая зона. Остеокласт прикрепляется к резорбируемой поверхности кости за счёт формирования замыкающего кольца из подосом - временных выростов цитоплазмы светлой зоны, содержащих F-актин, винкулин, талин, α-актинин. В области подосом остеокласт формирует фокальные контакты (витронектин, остеопонтин костного матрикса - интегрин αv β3). Затем происходит регулируемое малой гуанозинтрифосфатазой Rab-3 формирование гофрированной каёмки. • Гофрированная каёмка - многочисленные цитоплазматические выросты, направленные к поверхности кости и достигающие её. Через мембрану выростов из остеокласта выделяется большое количество H+ и Cl-, что создаёт и поддерживает в замкнутом пространстве лакуны кислую среду, оптимальную для растворения солей кальция костного матрикса (pH 4.5). Образование H+ в цитоплазме клетки катализируется карбоангидразой II. Остеокласт секретирует H+ с участием H+/K+‑АТФазы. Образуемый HCО3- удаляется с помощью мембранного анионообменника Cl-/HCО3- в обмен на внеклеточный Cl-. • Везикулярная зона содержит многочисленные лизосомы, ферменты которых (кислые гидролазы, коллагеназы, катепсин K) разрушают органическую часть костного матрикса. • В базальной зоне присутствуют ядра, множество митохондрий, рибосомы и полирибосомы, элементы гранулярной эндоплазматической сети, выраженный комплекс Гольджи. Цитоплазма слабобазофильна, иногда оксифильна. Остеокласты располагаются обычно на поверхности костных перекладин. Периферический слой цитоплазмы над гофрированным краем содержит многочисленные мелкие пузырьки и более крупные – вакуоли. Полагают, что остеокласты выделяют СО2 в окружающую среду, а фермент карбоангидраза, обнаруживаемый здесь, способствует образованию кислоты (Н2СО3) и растворению кальциевых соединений. Остеокласт богат митохондриями и лизосомами, ферменты которых (коллагеназа и другие протеазы) расщепляют коллаген и протеогликаны матрикса костной ткани. В том месте, где остеокласт соприкасается с костным веществом, в последнем образуется лакуна. Один остеокласт может разрушить столько кости, сколько создают 100 остеобластов за это же время. Функции остеобластов и остеокластов взаимосвязаны и коррелируют с участием гормонов, простагландинов, функциональной нагрузкой, витаминами и др. 2.3. Функции остеокласта Поскольку остеокласты имеют моноцитарную природу, являются разрушителями костной ткани, то есть способны растворять прочное межклеточное вещество костей. Через мембрану выростов из остеокласта выделяется большое количество H+ и Cl-, что создаёт и поддерживает в замкнутом пространстве лакуны кислую среду, оптимальную для растворения солей кальция костного матрикса (pH 4,5). Ферменты многочисленных лизосом везикулярной зоны разрушают органическую часть костного матрикса. Функциональная активность остеокласта проявляется следующим образом: в центральной (гофрированной) зоне основания клетки из цитоплазмы выделяются угольная кислота и протеолитические ферменты. Выделяющаяся угольная кислота вызывает деминерализацию костной ткани, а протеолитические ферменты разрушают органический матрикс межклеточного вещества. Фрагменты коллагеновых волокон фагоцитируются остеокластами и разрушаются внутриклеточно. Посредством этих механизмов происходит резорбция (разрушение) костной ткани, и потому остеокласты обычно локализуются в углублениях костной ткани. После разрушения костной ткани за счет деятельности остеобластов, выселяющихся из соединительной ткани сосудов, происходит построение новой костной ткани. Что касается развития кости, то остеокласты принимают участие в прямом и непрямом остеогенезе. ○ Прямой остеогенез. Здесь (на IV этапе) со стороны мезенехимы остеокласты врастают в грубоволокнистую костную ткань, соответственно, разрушают ее и способствую образования пластинчатой костной ткани. ○ Непрямой остеогенез (см. рис. 1). Остеокласты, пришедшие из мезенхимы через отверстия костной манжетки, играют роль разрушителя омелевшего хряща, на месте которого затем постепенно образуется пластинчатая костная ткань. 2.4. Регуляция функций остеокласта Огромное значение оказывают остеобласты на регуляцию функций остеокластов. Одной из функций зрелых остеобластов является формирование в костной ткани специфического микроокружения, состоящего из факторов, необходимых для дифференцировки и развития остеокластов. Суть этого процесса заключается в следующем. Отвечая на воздействие таких стимулов, как ПТГ, КТ, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-11, ТНФ-α, простагландин Е2 , остеобласты экспрессируют на своей поверхности мембраносвязанный макрофаг-колониестимулирующий фактор (М-КСФ), RANKL, секретируют в микроокружение гранулоцит-макрофаг-колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ) и специфический протеин-ловушку (decoy-protein) – остеопротегерин (ОПГ), который выступает в роли инактиватора RANKL. В том случае, если экспрессия остеобластами RANKL превышает скорость синтеза ОПГ, он связывается с RANK преостеокластов и остеокластов, что приводит к дифференциации первых и активации последних. В тех случаях, когда остеобласты синтезируют ОПГ в избыточном количестве он инактивирует RANKL, препятствуя тем самым его контакту с RANK. В результате преостеокласты не дифференцируются, а остеокласты не активируются. Таким образом, ОПГ, предотвращая активацию остеокластов, ингибирует процесс резорбции кости. Гипокальциемия, гиперфосфатемия, снижение уровня КТ, возникающие при ХБП, обусловливают увеличение секреции ПТГ. Высокий уровень ПТГ, персистирующий в организме в течение продолжительного срока, приводит к тому, что время действия «анаболического окна» на уровне костной ткани заканчивается, и начинают активизироваться процессы резорбции кости (обмен костной ткани в целом возрастает). III. Заключение Цель и задачи, поставленные в данной работе, выполнены. Исследовано понятие и особенности остеокластов, их строение, выполняемые функции. Раскрыты основные принципы остеокластогенеза, изучены вещества, которые регулируют данный процесс. Таким образом, остеокласты – это крупные многоядерные клетки. Клетка-родоначальница остеокластов - колониеобразующая единица для гранулоцитов и моноцитов (CFU-GM). Остеокласты относят к системе мононуклеарных фагоцитов. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что остеокластогенез – это многоступенчатый процесс, требующий приверженности предшественников остеокластов, опосредованной пролиферации предшественников остеокластов M-CSF (макрофагальный колониестимулирующий фактор) и опосредованной дифференцировки остеокластов RANKL (рецепторный активатор лиганда NFkB). А также в ходе исследования мы узнаем о веществах, регулирующих этот процесс: паратиреоидный гормон (ПТГ), активная форма витамина D3 фактор некроза опухоли (TNF), интерлейкин 1, Т-лимфоциты. Резюмируя, можно сказать, остеокласт представляет собой многоядерные гигантские клетки, диаметр может достигать 30 – 100 µm, они чаще всего расположены на поверхности абсорбируемой костной ткани. Их цитоплазма имеет кислотный характер, внутри ее содержится кислотная фосфотаза, способная растворять костные неорганические соли и органические вещества, перенося или выбрасывая их в другие места. Имеют: гофрированную каёмку, светлую, везикулярную и базальную зоны. Исходя из происхождения и строения, остеокласты приобретают специфичную функцию: разрушение старой и поврежденной костной ткани, выделяемыми ими ферментами, которые способны разрушать коллагеновые волокна и минеральные соли. На функцию остеокластов значительно влияют зрелые остеобласты, что выяснилось в ходе исследования. IV. Список литературы 1. Афанасьев Ю. И. Гистология, эмбриология, цитология: учебник // Афанасьев Ю. И. , Юрина Н. А. , Котовский Е. Ф. и др. - 6-е изд., перераб. и доп. - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2013. – С. 220-225. 2. Бойчук Н. В. Гистология, эмбриология, цитология: учебник // Н. В. Бойчук, Р. Р. Исламов, Э. Г. Улумбеков, Ю. А. Челышев; под ред. Э. Г. Улумбекова, Ю. А. Челышева - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2016. - 944 с. 3. Бойчук Н. В. Гистология. Атлас для практических занятий // Бойчук Н. В. , Исламов Р. Р. , Кузнецов С. Л. и др. – Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2014. - 160 с. 4.Смирнов А.В. , Румянцев А.Ш. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ // Нефрология. – 2015. – №1. – С. 9-11. 5. Улумбеков Э. Г. Гистология, эмбриология, цитология: учебник для вузов // Под ред. Э. Г. Улумбекова, Ю. А. Челышева - 3-е изд., - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 480 с. V. Приложение     D  Рис. 1. Эндохондральное окостенение. A - остеокласт. B - остеоцит. C - остеобласт. D - миелоидная ткань. Окраска: гематоксилин и эозин. Окуляр х 10; объектив х 40.  Рис. 2. Костная ткань. A – остеобласты. B – остеоциты. С – остеокласты. Окраска: гематоксилин и эозин. Окуляр х 10; объектив х 40. |