Минерализация органического матрикса остеобластами осуществляется

двумя основными механизмами:

(1) путем отложения кристаллов гидроксиапатита из перенасыщенной внеклеточной жидкости вдоль фибрилл коллагена. Секретируемые остеобластами неколлагеновые белки контролируют ход минерализации.

(2) посредством секреции особых матричных пузырьков - мембранных структур, которые выделяются в матрикс остеобластами. В них содержатся высокие концентрации фосфата кальция и щелочной фосфатазы и др. Разрушаясь, пузырьки служат ядрами, вокруг которых растут кристаллы гидоксиапатита. В дальнейшем очаги минерализации увеличиваются в размерах и сливаются друг с другом, превращая новообразованный остеоид в зрелый костный матрикс.

В результате минерализации 90-95% солей кальция включаются в состав коллагеновых волокон и лишь 5-10% находятся в остальной части матрикса.

В норме минерализация осуществляется вскоре после образования остеоида, занимая у человека примерно 15 сут.

Нарушение процессов минерализации кости происходит при снижении в крови уровня кальция (вследствие недостаточного поступления с пищей, нарушения всасывания) или фосфата (обычно при усиленном выделении с мочой).

Кальций в кристаллах гидроксиапатита может замещаться другими элементами; наиболее опасно его замещение радиоактивными стронцием (⁹⁰Sr) плутонием (²⁵⁹Ри) или другими продуктами расщепления урана. Эти элементы могут попадать в костную ткань из внешней среды при ее радиоактивном заражении. Включаясь в состав костной ткани, и длительно в ней находясь, они вызывают сильное внутреннее облучение организма, повреждая, в первую очередь, костный мозг. В результате развивается хроническая лучевая болезнь, саркома кости.

Регуляция деятельности остеобластов осуществляется гормонами и другими биологически активными веществами благодаря наличию на их плазмолемме 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).

Остеоциты – основной тип клеток зрелой костной ткани. Остеоциты - зрелые и уже не делящиеся клетки, расположенные в костных полостях, или лакунах (рис. 6.6.). В клетке присутствуют цистерны гранулярной эндоплазматической сети, свободные рибосомы, комплекс Гольджи, округлые митохондрии и лизосомы. Тонкие отростки остеоцитов расположены в канальцах, отходящих в разные стороны от костных полостей. Отростки соседних остеоцитов, соприкасающиеся боковыми поверхностями, формируют щелевые контакты. Совокупность канальцев и лакун образует – лакунарно-канальцевую систему (6. 6).

Она заполнена тканевой жидкостью, через которую осуществляется обмен между остеоцитами и кровью. Разделяющий плазму и лакунарно-канальцевую жидкость, барьер называют костной мембраной. Барьер формируют остеобласты и остеоциты. Концентрация Са²⁺ и РО₄^-з в лакунарно-канальцевой жидкости превышает критический уровень для спонтанного осаждения солей Са²⁺, что указывает на присутствие и важную роль различных ингибиторов осаждения контролирующих процесс минерализации.

Функция остеоцитов состоит в поддержании нормального состояния костного матрикса (и баланса Са и Р в организме). При этом они не только вырабатывают его компоненты, но, по-видимому, обладают способностью к ограниченному растворению матрикса, что приводит к увеличению объема лакун (остеоцитарный остеолиз). Это явление у здоровых людей отмечается в 3-4% лакун; оно усиливается в несколько раз при повышенных уровнях паратгормона или недостатке витамина D. Остеоциты воспринимают механические напряжения, возникающие внутри костной ткани; они, очевидно, чувствительны и к электрическим потенциалам, образующимся в матриксе при воздействии деформирующих сил. Реагируя на эти и другие сигналы, остеоциты запускают локальный процесс перестройки костной ткани, ограниченный мелким участком скелета.

 

Остеокласты – многоядерные содержат (20-50 ядер) гигантские (20-100 мкм) клетки (точнее говоря, симпластические структуры, образующиеся вследствие слияния моноцитов), обладающие подвижностью и осуществляющие разрушение, или резорбцию (от лат. resorptio – рассасывание) костной ткани. Они располагаются в образованных ими углублениях на поверхности костной ткани (резорбционных лакунах, или лакунах Хаушипа) поодиночке или небольшими группами (рис. 6.7.), способны проделывать в костной ткани глубокие ходы (тоннели).

Остеокласты – резко поляризованные клетки. В активном остеокласте участок его цитоплазмы, прилежащий к кости и не содержащий ядер и большинства органелл, образует многочисленные складки клеточной мембраны (гофрированный край). В отличие от исчерченной каемки, состоящей из микроворсинок, выпячивания цитоплазмы остеокласта в области гофрированного края - вариабельные структуры, постоянно вытягивающиеся и сокращающиеся. По обеим сторонам гофрированного края имеются гладкие краевые светлые зоны - участки плотного прикрепления его цитоплазмы к кости.

Рис. 6.7. Ультраструктурная организация остеокласта. Схема. Цитоплазма остеокласта образует многочисленные складки клеточной мембраны - гофрированный край (ГК) - участок обеспечивающий резорбцию кости. Резорбция включает деминерализацию матрикса в зоне резорбции (ЗР) и переваривание его органических компонентов в лизосомах (стрелки). Плотное прикрепление цитоплазмы остеокласта к кости осуществляется в области краевых светлых зон (СЗ). MB - микроворсинки,
КГ -комплекс Гольджи. Я - ядро.

 

Рис. 6.8. Механизм резорбции костной ткани остеокластом. Остеокласт прикрепляется к поверхности кости в участке резорбции; особо плотное прикрепление образуется в области краевых светлых зон (СЗ). Закисление содержимого резорбционной лакуны (РЛ), обусловливающее растворение минерального компонента матрикса, осуществляется путем экзоцитоза пузырьков с кислым содержимым (ПКС), сливающихся с плазмолеммой остеокласта в области гофрированного фая (ГК),' а также благодаря действию протонных насосов (АТФазы мембраны ГК), накачивающих ионы Н в РЛ. Источником протонов служит реакция между СО₂, и Н₂О, катализируемая ферментом карбоангидразой (КА). Органические компоненты матрикса разрушаются лизосомальными ферментами, выделяемыми в лакуну. Продукты резорбции костной ткани удаляются из лакуны путем их утечки (У) в области СЗ (механизм "разгерметизации" лакуны) или везикулярным транспортом (ВТ) через цитоплазму клетки.

Резорбции костной ткани остеокластами протекает циклически (рис. 6.8.).

1) прикрепление остеокластов к резорбируемой поверхности кости обеспечивается рядом адгезивных взаимодействий, опосредованных интегринами и белками матрикса (в частности, остеопонтином, витронектином). При этом в остеокласте наблюдается выраженная перестройка элементов цитоскелета. Особое плотное прикрепление к костной ткани остеокласты образуют в области краевых светлых зон, тем самым "герметизируя" зону резорбции, и препятствуя в дальнейшем утечке из нее протонов;

2) закисление содержимого лакун осуществляется двумя механизмами: (а) путем выделения кислого содержимого вакуолей в лакуну; (б) благодаря действию протонных насосов (АТФазы мембраны гофрированного края), накачивающих ионы Н⁺ в лакуну;

3) резорбцию минерального компонента матрикса, которая осуществляется вследствие воздействия на него кислого содержимого лакуны;

4) растворение органических компонентов матрикса вследствие действия лизосомальных ферментов остеокластов, секретированных ими в лакуну и активирующихся при низких значениях рН. Высказывается мнение о том, что остеокласты осуществляют лишь деминерализацию матрикса, а разрушение органических компонентов обеспечивается макрофагами;

5) удаление продуктов разрушения костной ткани осуществляется двумя механизмами: (а) их утечкой из лакуны после отделения плазмолеммы от поверхности кости (механизм "разгерметизации" лакуны), (б) поглощением продуктов остеокластами, и их везикулярным транспортом через цитоплазму клетки с последующим выделением в области ее апикального полюса.

Так как резорбция кости сопровождается освобождением связанного с ее матриксом кальция, эти клетки играют важнейшую роль в поддержании кальциевого гомеостаза.

Регуляция активности остеокластов осуществляется гормоном околощитовидных желез (па-ратгормон), 1,25 гидроксивитамин D₃ (активируют остеокласты и увеличивают их число, стимулируя слияние мононуклеарных предшественников). Гормон щитовидной железы кальцитонин и женские половые гормоны (эстрогены) угнетают активность остеокластов. Кальцитонин связывается со специфическими рецепторами на поверхности остеокластов, а параттормон, рецепторы которого на остеокластах отсутствуют, оказывает на них непрямое действие, повидимому, опосредованное остеобластами.