Биохимия костной, хрящевой тканей.

Биохимия костной, хрящевой тканей.

1. Состав костной ткани.
2. Ремоделирование костной ткани.
3. Регуляция метаболизма костной ткани.
4. Реакция костной ткани на дентальные имплантанты.
5. Характеристика компонентов межклеточного хрящевого матрикса.

 

 

Костная ткань – это разновидность соединительной ткани, состоящая из клеток, неминерализованного межклеточного матрикса – остеоида- и основного минерализованного межклеточного вещества.

Функции костной ткани:

1. Опорная функция, обеспечивающая фиксацию внутренних органов, а также связок и мышц (опорно-двигательный аппарат).
2. Кости обеспечивают перемещение тела в пространстве за счет сократительной деятельности мышц.
3. Защитная функция (головному и спинному мозгу и костному мозгу).
4. Депонирующая – депо кальция и фосфора.
5. Метаболическая.
6. Участвует в гистогенезе кроветворной ткани.

 

1-5% общего объема костной ткани скелета взрослого человека занимают клетки.

 

Клеточный состав костной ткани:

1. Недифференцированные клетки – находятся на внутренней поверхности надкостницы, а также в составе эндоста. Это остеогенные клетки.

2. Остеобласты – находятся в зонах костеобразования. Остеобласты синтезируют и выделяют во внеклеточное пространство коллаген, протеогликаны, ГАГ, связывающие кальций вещества. Обеспечивают рост кристаллов гидроксиапатитов, участвуют в связывании минеральных компонентов с белковой матрицей. По мере старения остеобласты превращаются в остеоциты.

3. Остеоциты – древовидные клетки, контактируют друг с другом через отростки.

4. Остеокласты – разрушители костной ткани. Образуются из макрофагов. Участвуют в обновлении костной ткани, обеспечивая рост и развитие скелета.

 

Различают 2 вида организации костной ткани: губчатое вещество и компактное.

Компактная кость содержит органический матрикс около 20%, неорганические вещества – 70% и вода – 10%. Компактная кость более плотная, костные пластинки в ней уложены очень тесно.

Губчатое вещество содержит органические компоненты - более 50%, на долю неорганических соединений приходится 33–40%, воды 10%. В губчатом веществе выше метаболическая активность.

Неорганические компоненты составляют около ¹/₄ объема кости; остальную часть занимает органический матрикс.

 

Органические компоненты костной ткани:

1. Коллагеновые белки. До 90% волокнистых структур костной ткани представлены коллагеном I типа. В небольших количествах также представлены коллагены V, VI и XII типов.

2. Протеогликаны представлены малыми ПГ- декорином и бигликаном. Они внедряются в минерализованный межклеточный матрикс, активируя при этом процессы пролиферации и дифференцировки клеток, регулируют отложение минералов.

3. ГАГ представлены гиалуроновой кислотой. Играет роль в морфогенезе костной ткани.

4. Гликопротеины:

- остеонектин – способен связывать ионы кальция;

- тромбоспондин – связывается с другими белками матрикса;

- фибронектин – связывается с поверхностью клеток, фибрином, бактериями, коллагеном;

- остеопонтин – регулирует активность остеокластов;

- костный кислый гликопротеин-75 – способен связывать ионы кальция, ингибирует процессы резорбции костной ткани;

- остеокальцин – связывается с гидроксиапатитом;

- костный сиалопротеин – выполняет адгезивную функцию.

 

Неорганические вещества костной ткани.

Кристаллы кости относятся к гидроксилапатитам, имеют форму пластин или палочек и следующий химический состав – Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂.

Кристаллы гидроксилапатита составляют лишь часть минеральной фазы костной ткани, другая часть представлена аморфным фосфатом кальция Са₃(РО₄)₂. Содержание аморфного фосфата кальция подвержено значительным колебаниям в зависимости от возраста. Аморфный фосфат кальция преобладает в раннем возрасте, в зрелой кости преобладающим становится кристаллический гидроксилапатит. Обычно аморфный фосфат кальция рассматривают как лабильный резерв ионов Са²⁺ и фосфата.

 

В организме взрослого человека содержится более 1 кг кальция, который почти целиком находится в костях и зубах, образуя вместе с фосфатом нерастворимый гидроксилапатит. Большая часть кальция в костях постоянно обновляется. Ежедневно кости скелета теряют и вновь восстанавливают примерно 700–800 мг кальция.

 

В состав минеральной фазы кости входит значительное количество ионов, которые обычно не содержатся в чистом гидроксилапатите, например ионы натрия, магния, калия, хлора и др.

 

 

Физиологическая регенерация костной ткани.

Соотношение двух процессов резорбции и восстановления называется ремоделированием костной 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. После наступления менопаузы у женщин отмечается максимальная скорость потери костной ткани и длится до 60-70 лет. В итоге теряется 30-50% костной ткани. У мужчин эти потери составляют 15-30%.

 

Процесс ремоделирования происходит в несколько этапов:

Начальная или фаза активации.

Из стволовой клетки костного мозга образуются предшественники остеокластов, из которых формируются многоядерные зрелые остеокласты.

Фаза резорбции.

Зрелые остеокласты начинают резорбировать костную ткань.

На стороне прилегания остеокласта к разрушаемой поверхности различают две зоны:

- первая зона называется гофрированным краем – это мембрана с множественными цитоплазматическими складками, которые обращены в сторону резорбции костной поверхности. Через мембрану остеокласта высвобождаются лизосомы, содержащие гидролитические ферменты. Активируется матриксная металлопротеиназа-9, которая участвует в деградации коллагена и протеогликанов межклеточного матрикса;

- 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.

Фаза реверсии.

Во время этой фазы мононуклеарные клетки появляются на поверхности кости. Эти клетки готовят поверхность для новых остеобластов, чтобы начать образование кости

(остеогенез). Слой богатого гликопротеидами вещества откладывается на резорбированной поверхности, так называемая "цементирующая линия", к которой могут приклеиваться новые остеобласты. Остеопонтин может быть ключевым белком в этом процессе. Клетки на месте реверсирования могут также обеспечивать сигналы для дифференциации и миграции остеобластов.

4. Фаза образования.

Шаги кальцификации кости.

- Остеокласты секретируют молекулы коллагена и основного вещества.
- Молекулы коллагена образуют коллагеновые волокна, называемые остеоидом.
- Остеобласты секретируют энзим - щелочную фосфатазу (ЩФ), которая увеличивает локальную концентрацию фосфата, активирует коллагеновые волокна, вызывая отложение солей фосфата кальция.
- Соли фосфата кальция преципитируют на коллагеновых волокнах и окончательно становятся кристаллами гидроксиапатита. По мере роста кристаллы вытесняют протеогликаны и воду.

При этом синтезируются различные факторы роста, белки межклеточного матрикса – остеопонтин, остеокальцин и др.

Через несколько месяцев плотность новой кости увеличивается. Остеобласты превращаются в остеоциты.

Стадии цикла моделирования имеют различную продолжительность. Резорбция вероятно продолжается приблизительно две недели. Фаза реверсии может длиться до четырех или пяти недель, в то время как фаза формирования может продолжаться в течение четырех месяцев до тех пор пока новая структурная единица полностью не сформируется.

 

Регенерация хряща

Пересадка хряща в пределах одного и того же вида (так называемые аллогенные трансплантации) обычно не сопровождается возникнове- нием у реципиента симптомов реакции отторжения. Такого эффекта не удается достичь в отношении других тканей, так как трансплантаты этих тканей подвергаются атакам и разрушению клетками иммунной системы. Затруднённый контакт хондроцитов донора с клетками иммунной системы реципиента, в первую очередь, обусловлен наличием в хряще большого количества межклеточного вещества.

Наибольшей регенеративной способностью обладает гиалиновый хрящ, что связано с высокой метаболической активностью хондроцитов, а также присутствием надхрящницы - плотной волокнистой неоформленной соединительной ткани, окружающей хрящ и содержащей большое количество кровеносных сосудов. В наружном слое надхрящницы присутствует коллаген I типа, а внутренний слой сформирован хондрогенными клетками.

Благодаря таким особенностям пересадка хрящевой ткани практикуется в пластической хирургии, например, для реконструкции изуродованного контура носа. При этом аллогенная пересадка одних хондроцитов, без окружающей их ткани, сопровождается отторжением трансплантата.

 

Биохимия костной, хрящевой тканей.

1. Состав костной ткани.
2. Ремоделирование костной ткани.
3. Регуляция метаболизма костной ткани.
4. Реакция костной ткани на дентальные имплантанты.
5. Характеристика компонентов межклеточного хрящевого матрикса.

 

 

Костная ткань – это разновидность соединительной ткани, состоящая из клеток, неминерализованного межклеточного матрикса – остеоида- и основного минерализованного межклеточного вещества.

Функции костной ткани:

1. Опорная функция, обеспечивающая фиксацию внутренних органов, а также связок и мышц (опорно-двигательный аппарат).
2. Кости обеспечивают перемещение тела в пространстве за счет сократительной деятельности мышц.
3. Защитная функция (головному и спинному мозгу и костному мозгу).
4. Депонирующая – депо кальция и фосфора.
5. Метаболическая.
6. Участвует в гистогенезе кроветворной ткани.

 

1-5% общего объема костной ткани скелета взрослого человека занимают клетки.

 

Клеточный состав костной ткани:

1. Недифференцированные клетки – находятся на внутренней поверхности надкостницы, а также в составе эндоста. Это остеогенные клетки.

2. Остеобласты – находятся в зонах костеобразования. Остеобласты синтезируют и выделяют во внеклеточное пространство коллаген, протеогликаны, ГАГ, связывающие кальций вещества. Обеспечивают рост кристаллов гидроксиапатитов, участвуют в связывании минеральных компонентов с белковой матрицей. По мере старения остеобласты превращаются в остеоциты.

3. Остеоциты – древовидные клетки, контактируют друг с другом через отростки.

4. Остеокласты – разрушители костной ткани. Образуются из макрофагов. Участвуют в обновлении костной ткани, обеспечивая рост и развитие скелета.

 

Различают 2 вида организации костной ткани: губчатое вещество и компактное.

Компактная кость содержит органический матрикс около 20%, неорганические вещества – 70% и вода – 10%. Компактная кость более плотная, костные пластинки в ней уложены очень тесно.

Губчатое вещество содержит органические компоненты - более 50%, на долю неорганических соединений приходится 33–40%, воды 10%. В губчатом веществе выше метаболическая активность.

Неорганические компоненты составляют около ¹/₄ объема кости; остальную часть занимает органический матрикс.

 

Органические компоненты костной ткани:

1. Коллагеновые белки. До 90% волокнистых структур костной ткани представлены коллагеном I типа. В небольших количествах также представлены коллагены V, VI и XII типов.

2. Протеогликаны представлены малыми ПГ- декорином и бигликаном. Они внедряются в минерализованный межклеточный матрикс, активируя при этом процессы пролиферации и дифференцировки клеток, регулируют отложение минералов.

3. ГАГ представлены гиалуроновой кислотой. Играет роль в морфогенезе костной ткани.

4. Гликопротеины:

- остеонектин – способен связывать ионы кальция;

- тромбоспондин – связывается с другими белками матрикса;

- фибронектин – связывается с поверхностью клеток, фибрином, бактериями, коллагеном;

- остеопонтин – регулирует активность остеокластов;

- костный кислый гликопротеин-75 – способен связывать ионы кальция, ингибирует процессы резорбции костной ткани;

- остеокальцин – связывается с гидроксиапатитом;

- костный сиалопротеин – выполняет адгезивную функцию.