Биохимия костной ткани

органы. Например, полость черепа, позвоночный канал

Защитная

Опорно-механическая

Кости являются каркасом и местом прикрепления мышц. В сочетании с мышцами, суставами и сухожилиями образует систему рычагов

Метаболическая

Депо неорганических веществ

участи в обмене минеральных веществ.

в костной ткани откладывается 99% кальция, 87% фосфора, 50% магния, 46% натрия.

Регуляторная

участие в поддержании гомеостаза внутренней среды (ионного состава, кислотно-щелочного равновесия (рН) крови).

малом числе костных клеток.

составе эндоста. Это остеогенные клетки.
Остеобласты – находятся в зонах костеобразования. синтезируют и выделяют во внеклеточное пространство коллаген, протеогликаны, ГАГ, связывающие кальций вещества.
Остеоциты – древовидные клетки, контактируют друг с другом через отростки.
Остеокласты – разрушители костной ткани. Образуются из макрофагов. Участвуют в обновлении костной ткани, обеспечивая
рост и развитие скелета.

КЛЕТОЧНЫЙ СОСТАВ КОСТНОЙ ТКАНИ

20%)
неорганические вещества (70%) и воду (10%)
губчатое вещество
органических компонентов более 50%
неорганических соединений - 33–40%, а воды - 10%

в губчатом веществе кости.
4. Костный коллаген - коллаген типа 1. В нем содержится больше, чем в других видах коллагена, оксипролина, лизина и оксилизина, а также отрицательно заряженных аминокислот. С остатками серина связано много фосфата, поэтому костный коллаген является фосфопротеином.

КОЛЛАГЕН

ткани.
ферменты:
1. щелочная фосфатаза (в остеобластах)
2. кислая фосфатаза (в остеокластах).

ДРУГИЕ БЕЛКИ КОСТНОЙ ТКАНИ

небольших количествах.

Протеогликаны представлены небольшими молекулами декорина и бигликана.

Цитрат - низкомолекулярное органическое соединение (соли лимонной кислоты) составляет до 1 % от общей массы костной ткани. Активность фермента цитратсинтазы (образование цитрата из ацетил-КоА и оксалоацетата) в костной ткани значительно выше активности других ферментов.
Цитрат легко образует растворимые соли Са 2+ и обеспечивает поступление кальция в минерализующиеся ткани.
Продукция цитрата гормонозависимый процесс. Она усиливается гормоном паращитовидных желез.

магния
25% - натрия

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ КОСТНОЙ ТКАНИ

Кальций в костях находится в виде гидроксиаппатита (ГАП)

подвержено значительным колебаниям в зависимости от возраста.
Аморфный фосфат кальция преобладает в раннем возрасте, в зрелой кости преобладающим становится кристаллический гидроксилапатит.
аморфный фосфат кальция рассматривают как лабильный резерв ионов Са2+ и фосфата.

матрикс.
В начале минерализации усиливается оксигенация костной ткани, в митохондриях активно накапливается Са 2+ , Р04 3- и повышается выработкой АТФ (источник энергии и донор фосфата для минерализации).
Усиление оксигенации ведет
также к повышению прони-
цаемости мембран остеобла-
стов, в межклеточный матрикс
отпочковуются пузырьки
матрикса, или мембранные
везикулы. Они содер-
жат в высокой концентрации:
Са2+ и ГФЛ, ЩФ, пирофосфа-
тазу, АТФ-азу и 5'-АМФ-азу.

В везикулах возникает перенасыщенный раствор фосфата кальция, из-за чего формируются первичные микрокристаллы ГАП. Кальций в составе гликолипидов взаимодействует с фосфатом в составе белков, образуя протеолипидный комплекс. Однако рост кристаллов не происходит из-за способности протеогликанов и пирофосфатов (PPi) образовывать комплексы с кальцием.

и микрокристаллы, а также происходит частичный протеолиз протеогликанов. Последний обеспечивает освобождение Са2+ и Р043- и способствует формированию поверхности белков, на
которой будет происходить образование кристаллической решетки ГАП.

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ

Первичное формирование микрокристаллов ГАП в везикулах остеобластов – это внутриклеточное образование центров кристаллизации (мест нуклеации). Фиксация Са 2+ и Р043- на радикалах аминокислот неколлагеновых белков матрикса - это внеклеточный процесс образования центров кристаллизации. В костной ткани протекают оба процесса.
Основное место минерализации в микроканалах между микрофибриллами коллагена 1 типа.

белковой матрице костной ткани. По завершении роста кристаллов ГАП, остеобласты оказываются окруженными по периферии минерализованным матриксом и превращаются в остеоциты, функция которых – сохранение постоянства органического и минерального состава кости. Это возможно только при наличии непрерывного динамического равновесия между процессами образования костной ткани и процессами ее резорбции, выполняемыми остеокластами. Последние располагаются по поверхности костей в особых углублениях - нишах резорбции, образуемых за счет деятельности этих клеток.

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ

Схема отложения кристаллов ГАП на волокнах коллагена

стволовой клетки костного мозга образуются предшественники остеокластов, из которых формируются многоядерные зрелые остеокласты. В них активируются анаэробные процессы из-за чего в них накапливается лактат и соответственно, Н +. Снижение рН приводит к повышению проницаемости мембран лизосом и освобождение соответствующих гидролаз: коллагеназы, гликозидаз, сульфатаз. Остеокласты выделяют в межклеточный матрикс Н + , лактат и лизосомальные гидролазы. Активируется матриксная металлопротеиназа-9, которая участвует в деградации коллагена и протеогликанов межклеточного матрикса.

Из-за местного закисления среды происходит распад связи кристаллов ГАП и белков межклеточного матрикса, кристаллы разрушаются. Продукты распада белков матрикса и ГАП поступают в кровь, которая доставляет в остебласты кальций и фосфор, происходит восстановление органического и минерального состава костной ткани.

зоны:
Первая зона называется гофрированным краем – это мембрана с множественными цитоплазматическими складками, которые обращены в сторону резорбции костной поверхности.
вторая зона окружает первую и герметизирует область действия гидролитических ферментов. Она свободна от органелл и называется чистой зоной.
Костная резорбция происходит только под гофрированным краем в замкнутом пространстве.
Зрелые остеокласты начинают активно поглощать кость, а завершают разрушение органической матрицы межклеточного вещества кости макрофаги.
Длится резорбция около недели.
Затем остеокласты в связи с генетической программой погибают.

ткани.
Известно, что каждые 30 лет костная ткань изменяется почти полностью.
Кость растет до 20-летнего возраста, достигая пика костной массы.
До 30-35 лет наблюдается более или менее устойчивое состояние.
Затем начинается естественное снижение костной массы.

кости появляютсямононуклеарные клетки, которые «готовят» поверхность для новых остеобластов, чтобы начать остеогенез. Богатый гликопротеинами слой откладывается на резорбированной поверхности («цементирующая линия»), к которой могут приклеиваться новые остеобласты.
Фаза образования (минерализации)

ЭТАПЫ РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ

костной ткани на месте метаэпифизарного хряща, а в ширину (толщину) – от периостального окостенения.
Костная ткань находится под контролем многих гормонов.

СТГ, пролактин, инсулин и андрогены
Способствуют синтезу остеоида. Инсулин стимулирует деление клеток, КЛ1 и НКБ, усиливает действие фактор роста скелета (ФРС).
Глюкагон
Стимулирует секрецию кальцитонина (КТ).
Глюкокортикоиды
Снижают в костях синтез коллагена, а также, препятствуя действию КТ в кишечнике, уменьшают почечную реабсорбцию кальция, способствуют потере этого иона и остеопорозу.

костях. В остеобластах усиливают синтез КЛ1, активность ЩФ и остеопонтина. Активно стимулируют дифференцировки хондрогенных клеток в хондроциты в хрящевой зоне роста, что обуславливает закрытие ростовых зон, раннюю минерализацию у женщин. Ингибируют остеокласты, способствуют всасыванию кальция в пищеварительном тракте и его отложению в костной ткани. при менопаузе) начинают преобладать процессы резорбции
Андрогены
Индуцируют синтез белка в хондроцитах хрящевой зоны роста и в остеобластах, что сопровождается задержкой Са 2+ и Р0 4 3- и увеличением массы костной ткани. Тестостерон усиливает синтез ингибитора остеоиндукции. Поэтому наступление половой зрелости тормозит рост скелета (в длину).

освобождения кальция из костей. Параллельно этому, паратгормон, через остеобластические рецепторы, стимулирует и остеогенез. При высоких концентрациях гормона преобладает стимуляция остеолиза, при низких – остеогенеза.
Паратгормон способствует отрицательному костному балансу, то есть соотношению темпов остеогенеза и остеолиза, с преобладанием последнего, показателем чего служат наблюдаемые при гиперпаратиреозе повышение выведения оксипролина и сиаловых кислот с мочой.
Стимулприет второе гидроксилирования витамина D в почках, превращающего этот прогормон в активный гормон кальцитриол.
Усиливает экскрецию фосфата с мочой.
Усиливает всасывание кальция и магния в ЖКТ, способствует абсорбции фосфатов.

Однако решающей остаётся регуляция с помощью кальцитонина, кальцитриола и паратгормона.

ПАРАТГОРМОН

7 остатков на аминоконце замкнуты дисульфидной связью в кольцо.
подавляется резорбция костного вещества остеокластами (при длительном действии нарушается остегенез остеобластами);
подавляется реабсорбция кальция и фосфата (а также Na+ , Mg2+ , K + ) в почках;
возможно тормозит активацию макрофагов

КАЛЬЦИТОНИН (КТ)

стероидный гормон.
В хрящевой зоне роста эпифизов стимулирует пролиферацию и дифференцировку хондрогенных клеток, содержащих специфические рецепторы для данного соединения.
в молодых остеобластах - усиление синтеза КЛ1, активация щелочной фосфатазы, увеличение скорости дифференцировки;
в зрелых остеобластах и остеоцитах - уменьшение активности ЩФ, синтеза коллагена, усиление синтеза ОК и продукции цитрата;
в моноцитах - стимуляция дифференцировки в макрофаги и остеокласты, активация синтеза лизосомальных ферментов;
в макрофагиах- стимуляция дифференцировки в остеокласты, за счет чего усиливаются процессы резорбции кости.
в Т-лимфоцитах - увеличение продукции лимфокининов, усиливающих дифференцировку моноцитов и макрофагов в остеокласты,
В почках: в проксимальных канальцах происходит стимуляция реабсорбции Р043- ,а в дистальных - Са2+
Усиление всасывания кальция в ЖКТ.

1,25(ОН) 2 DЗ - 1,25-ДИГИДРОКСИХОЛЕКАЛЬЦИФЕРОЛ (КАЛЬЦИТРИОЛ)

вызывает уменьшение образования мукопротеидов, что ведет к нарушению процесса костеобразования.
Витамин А (ретинол) - в большей мере в форме ретиноевой кислоты активирует пролиферацию и дифференцировку хондрогенных клеток в хрящевой зоне роста эпифизов, синтез хондроитинсульфатов протеогликанов; усиливает задержку SO42, Са2 +, Р043-. При недостаточном поступлении в организм витамина А тормозится деятельность остеобластов и уменьшается включение серы и фтора в состав костной ткани.
Действие витаминов С и К1 связано с созреванием коллагена, и ɣ-карбоксилированием ОК. Недостаток аскорбиновой кислоты ведет к полному прекращению пролиферации остеобластов и уменьшению образования органического основного вещества. Падает содержание щелочной фосфатазы.
Недостаток витамина Д приводит к рахиту у детей и остеопорозу у взрослых.

ВЛИЯНИЕ ПИТАНИЯ

вида соединения отломков костной ткани:
прямое приживление (остеоинтеграция)
фиброзно-оссальная интеграция, когда вокруг зоны соединённых отломков образуется слой фиброзной ткани.
Периодонтальное соединение – самый редкий вид

В процессе остеоинтеграции после сопоставления отломков кости образуется тонкая зона из протеогликанов, которая лишена коллагена.
Зона склеивания отломка с костью обеспечивается двойным слоем протеогликанов, включающим молекулы декорина.

При фиброзно-оссальной интеграции (характерно для соединения имплантата с костной тканью)участвуют коллагены 1 и 3-го типов, фибронектин, который играет основную роль в связывании элементов соединительной ткани с имплантатами.
Под действием механической нагрузки растет активность коллагеназы, катепсинов, кислой фосфатазы.
Это приводит к убыли костной ткани в периимплантационной зоне и происходит дезинтеграция дентального имплантата.

Для нижней челюсти характерно более низкое содержание фибронектина .
Поэтому здесь наиболее часто наблюдается дезинтеграция дентальных имплантатов.

зоне функциональной нагрузки в альвеолярном отростке нижней челюсти после 1-го месяца после заживления снижается к-во суммарных белков на 25.2%, коллагена – на 15,8%, пролина – на 19,5%, оксипролина – на 38%. В зоне без функциональной нагрузки снижение к-ва суммарных белков и коллагена было менее значительным и составило соответственно 6,8% и 7,1%, оксипролина – на 10%. Максимальное снижение коллагена наблюдается спустя 7 месяцев после заживления. В последующие сроки содержание коллагена остается низким по сравнению с нормой. К 12-му месяцу изменения в составе белков костной ткани становятся более глубокими и стойкими без тенденции к восстановлению. Клинико-рентгенологические и биохимические исследования указывают на генерализованный характер изменений в зубочелюстной системе при частичной потере зубов, сходный с изменениями при пародонтозе.

Нарушение целостности зубных рядов – фактор, отрицательно влияющий на зубочелюстную систему. Частичная потеря зубов ведет к неравномерному распределению нагрузки на оставшиеся зубы и их пародонт, в которых со временем, развиваются патологические процессы.