Анатомо-фізіологічні особливості кісткової тканини
АНАТОМО - ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ КІСТКОВІЙ ТКАНИНИ
Кость є різновидом спеціалізованої сполучної тканини, яка разом з хрящової тканиною становить кісткову систему. Кісткова тканина - постійно розвивається і оновлюється система, що володіє ремоделирующих властивостями.
Функції кісткової тканини:
- механічна - кістки, хрящі і м'язи утворюють опорно-руховий апарат. Міцність кісток є необхідною умовою виконання цієї функції
- захисна - кістки утворюють каркас для життєво важливих внутрішніх органів. Крім того, кістка сама є вмістилищем для кісткового мозку, що здійснює гемопоетичних і імунну функції
- метаболічна - кісткова тканина є депо кальцію і фосфору в організмі і відіграє важливу роль в підтримці постійної концентрації цих елементів в крові
Анатомічно розрізняють чотири типи кісток скелета:
- плоскі кістки (кістки черепа, лопатка, нижня щелепа, клубова кістка)
- трубчасті кістки (довгі і короткі) (стегнова, плечова, кістки гомілки і передпліччя)
Структурною одиницею кістки є остеон або гаверсових система, тобто система з 20 і більше концентрично розташованих кісткових пластинок навколо центрального каналу, в якому проходять судини мікроциркуляторного русла, безміеліновие нервові волокна, лімфатичні капіляри, супроводжувані елементами пухкої волокнистої сполучної тканини, яка містить остеогенні клітини, периваскулярні клітини, остеобласти і макрофаги. Остеони не прилягають щільно один до одного, між ними розташовуються міжклітинний речовина, разом з яким остеони утворює основний середній шар кісткової речовини, покритий зсередини ендостом. Ендост являє собою динамічну структуру, утворену тонким сполучнотканинним шаром, що включає вистилають кістка клітини, остеогенні клітини і остеокласти. У місцях активного остеогенезу під шаром остеобластів знаходиться тонкий прошарок немінералізованние матриксу - остеоіда. Ендостом оточена порожнина, яка містить кістковий мозок.
Зовні кісткове речовина покрито периостом (окістям), що складається з двох шарів: зовнішнього - волокнистого і внутрішнього, прилеглого до поверхні кістки - остеогенного або камбіального, який є джерелом клітин при фізіологічній і репаративної регенерації кісткової тканини. Периост пронизаний кровоносними судинами, що йдуть з нього в кісткове речовина в особливих каналах, які називаються фолькмановскімі. Початок цих каналів видно на мацерірованой кістки у вигляді численних судинних отворів. Судини гаверсових і фолькмановскіх каналів забезпечують обмін речовин в кістки.
Кісткова тканина може бути зрілою - пластинчастої і незрілої - ретикулофіброзної. Ретикулофіброзної кісткова тканина представлена, головним чином, в скелеті плодів; у дорослих - в місцях прикріплення сухожиль до кісток, в заростають швах кісток черепа, а також в кістковому регенераті при консолідації перелому.
Пластинчаста тканину формує компактне або губчаста (трабекулярную) речовина кістки. З компактного речовини побудовані, наприклад, діафізи трубчастих кісток. Трабекулярную речовина формує епіфізи трубчастих кісток, заповнює плоскі, змішані і об'ємні кістки. Простору, що оточують ці трабекули, заповнені кістковим мозком, як і порожнини діафіза.
І компактне, і губчаста речовина мають остеонами будова. Різниця полягає в остеонами організації.
Морфологічно до складу кісткової тканини входять клітинні елементи і міжклітинний речовина (кістковий матрикс). Клітинні елементи займають незначний обсяг.
Клітинний склад кісткової тканини
представлений остеобластами, остеоцитами і остеокластами.
Остеобласти є великі клітини з базофільною цитоплазмою. Активні синтезують остеобласти - це кубічні або циліндричні клітини з тонкими відростками. Основний фермент остеобластів - лужна фосфатаза (ЛФ). Активні остеобласти покривають 2-8% поверхні кістки, неактивні (покояться клітини) - 80-92%, утворюючи суцільний клітинний шар близько синуса кістковомозкового каналу. Основна функція остеобластів - білковий синтез. Вони утворюють остеоїдна пластинки шляхом відкладення колагенових волокон і протеогліканів. Щодня відкладається 1-2 мкм остеоіда (новостворена некальциновані кісткова тканина). Через 8-9 днів кінцева товщина цього шару досягає 12 мкм. Після десятиденного дозрівання починається мінералізація з протилежного остеобласти боку, фронт мінералізації просувається в напрямку остеобласта. В кінці циклу кожен десятий остеобласт замурується як остеоціт. Решта остеобласти залишаються на поверхні як неактивні. Вони беруть участь в обміні речовин в кістковій тканині.
Остеокласти - гігантські багатоядерні клітини (4-20 ядер). Зазвичай вони знаходяться в контакті з кальцифікованими кістковими поверхнями і в межах гаушіпових лакун, які є результатом їх власної резорбтивной активності. Основний фермент - кисла фосфатаза. Остеокласти - рухливі клітини. Вони оточують ту частину кістки, яка повинна резорбироваться. Тривалість їх життя складає від 2 до 20 днів. Основна функція остеокластів - розсмоктування кісткової тканини за рахунок лізосомальнихферментів в області щіткової облямівки.
Остеоцити - метаболічні неактивні кісткові клітки. Вони знаходяться в глибоко вмонтованих в кістку малих остеоцітних лакунах. Остеоцити відбуваються з остеобластів, замурованих у власному кістковому матриксі, який пізніше кальцифікуючий. Ці клітини мають численні довгі відростки для того, щоб контактувати з клітинними відростками інших остеоцитів. Вони утворюють мережу тонких канальців, що поширюються на весь кістковий матрикс. Основна роль остеоцитів - внутрішньоклітинний і позаклітинний транспорт поживних речовин і мінералів.
Міжклітинний речовина кісткової тканини - кістковий матрикс
складається з органічної (25%), неорганічної (50%) частин і води (25%).
складається з колагену I типу, неколлагенових білків і протеогліканів, які синтезуються остеобластами і доставляються тканинної рідиною.
Молекула колагену складається з трьох альфа-ланцюгів, оповитих одна навколо іншої і утворюють правовращающую спіраль. Альфа-ланцюга побудовані з часто повторюваних фрагментів, що мають характерну тріплетном послідовність -Gly-X-Y. Положення Х часто займає пролин (Pro) або 4-гидроксипролин (4Hyp), Y - гідроксилізин, а третє місце завжди займає гліцин, завдяки чому забезпечується щільна упаковка трьох поліпептидних ланцюгів в фибриллу.
Кінцеві ділянки альфа-ланцюгів на N- і С-кінцях молекулах - телопептіди (PINP і PICP відповідно). Розташування гліцину тут невпорядковане, в результаті чого в цій частині молекули немає щільно упакованої потрійної спіралі.
Телопептіди задіяні в механізмі полімеризації молекул в фібрили, формуванні міжмолекулярних поперечних зв'язків, що представляють собою тривалентні пірідиноліну, які звільняються під час резорбції кістки, і в прояві антигенних властивостей колагену.
Освіта колагену включає два етапи.- На першому відбувається внутрішньоклітинний синтез остеобластами попередника колагену - проколагену. Синтезована ланцюг проколлагена піддається внутрішньоклітинної посттрансляционной модифікації з гідроксилюванням пролина і лізину, і глікозилюванням гідроксілізінових залишків в структурі колагену. Три ланцюга проколагену формують молекулу проколагену. Збірка проколлагена відбувається з утворенням дисульфідних зв'язків в С-кінцевих областях, після чого утворюється структура з трьох ланцюгів, разом закручених в спіраль. Така молекула секретується остеобластами в позаклітинний простір.
- Після секреції відбувається збірка у позаклітинному просторі тропоколагену - мономера колагену. При цьому, під впливом позаклітинної лізіноксідази, утворюються характерні для зрілого колагену межфібріллярних зшивання - пірідіноліновие містки, в результаті чого формуються колагенові фібрили.
- неколагенові білки, які здійснюють адгезію клітин (фибронектин, тромбоспондин, остеопонтин, кістковий сіалопротеін). Ці ж білки здатні інтенсивно зв'язуватися з кальцієм і брати участь в мінералізації кісткової тканини;
- глікопротеїни (лужна фосфатаза, остеонектін);
- протеоглікани (кислі полісахариди і глікозаміноглікани - хондроитинсульфат і гепарансульфат);
- неколагенові гамма-Карбоксильований (Gla) протеїни (остеокальцин, Gla-протеїн матриксу (MGP));
- фактори росту (фактор росту фібробластів, трансформують фактори росту, кісткові морфогенетичні білки) - цитокіни, що виділяються клітинами кісткової тканини і крові, які здійснюють місцеву регуляцію остеогенезу.
Остеонектін - глікопротеїн кістки і дентину, має високу спорідненість до колагену I типу та до гидроксиапатиту, містить Са-зв'язуючі домени. Підтримує в присутності колагену концентрацію Са і Р. Передбачається, що білок бере участь у взаємодії клітини і матриксу.
Остеопонтін - фосфорілірованний сіалопротеін. Його визначення ІГХ методами може бути використано для характеристики білкового складу матриксу, зокрема поверхонь розділу, де він є головним компонентом і акумулюється у вигляді щільного покриву, названого лініями цементації (lamina limitans). Завдяки своїм фізико-хімічним властивостям регулює кальцифікацію матриксу, специфічно бере участь в адгезії клітин до матриксу або матриксу до матриксу. Продукція остеопонтіна - одне з найбільш ранніх проявів активності остеобластів.
Кісткові морфогенетичні білки (КМБ) - цитокіни, що відносяться до основного підкласу трансформують факторів зростання. Відомо, що вони здатні індукувати ріст кісткової тканини, а саме впливати на проліферацію і диференціювання чотирьох типів клітин - остеобластів, остеокластів, хондробластов і хондроцитов. Крім цього, морфогенетические білки блокують міогенез і адіпогенез. Показано, що остеобласти і клітини строми кісткового мозку експресують рецептори КМБ I і II типів. Обробка їх КМБ протягом 4-х тижнів викликає мінералізацію матриксу, підвищення активності лужної фосфатази і концентрації мРНК. Показано, що КМБ розподілений по колагеновим волокнам кісткової тканини, в клітинах остеогенного шару окістя; в помірних кількостях він є в клітинах пластинчастої кістки і в надлишку присутній в тканинах зуба.
Протеоглікани - це клас макромолекул з молекулярною масою 70-80 кДа, що складаються з стрижневого білка, з якими ковалентно пов'язані ланцюга глікозоаміногліканов (ГАГ), останні складаються з повторюваних дісахарідних субодиниць: хондроїтину, дерматан, кератан, гепаран (рис. 9). ГАГ поділяють на дві групи - несульфатованих (гіалуронова кислота, хондроїтин) і сульфатованих (гепарансульфат, дерматансульфат, кератансульфатів).
У значної частини містить кальцій (35%) і фосфор (50%), що утворюють кристали гідроксиапатиту і з'єднуються з молекулами колагену за допомогою неколлагенових білків матриксу. Гідроксиапатит не єдина форма асоціації кальцію і фосфору в кістковій тканині. Кость містить окта-. ди, трикальций фосфати, аморфний фосфат кальцію. Крім цього до складу неорганічного матриксу входять бікарбонати, цитрати, фториди, солі Mg, K, Na і ін.
Кістковий матрикс утворений колагеновими фибриллами орієнтованими в одному напрямку. Вони складають 90% всіх білків кістки. Веретеноподібні і пластинчасті кристали гідроксиапатиту знаходяться на колагенових волокнах, в їх межах і в навколишньому просторі. Як правило, вони орієнтовані в тому ж напрямку, що і колагенові волокна. Основна речовина складається з глікопротеїнів і протеогліканів. Ці Високоіонізоване комплекси мають виражену іонсвязивающей здатністю і тому відіграють важливу роль в кальцифікації і фіксації кристалів гідроксиапатиту до колагенових волокнах. Кістковий колаген представлений колагеном 1 типу, а колаген II, V, XI типів зустрічаються тільки в невеликій кількості. Також в кістковому матриксі присутні численні неколагенові протеїни. Більшість з них синтезується Кісткоутворюючі клітинами. Їх функція недостатньо ясна, проте встановлено, що рівень цих білків зменшується в міру дозрівання матриксу.
Найважливішу роль в метаболізмі цього катіона грають нирки. 97-99% профільтрованого кальцію реабсорбується і з сечею виділяється не більше 5 ммоль / добу (0,2 г / добу). На виділення кальцію нирками впливають також баланс натрію. Вливання хлориду натрію або підвищений прийом натрію з їжею підвищують виділення кальцію з сечею (Nordin B.E.C. 1984).
У плазмі неорганічний фосфор міститься у вигляді аніонів НРО4-2 і Н2РО4-, загальна їх кількість 1-2 мМ. Близько 95% - це вільні аніони, 5% пов'язані з білком.
здійснюється в дитячому та юнацькому віці. Зростання в товщину відбувається за рахунок функціонування периоста. При цьому клітини внутрішнього шару пролиферируют, диференціюються в остеобласти, синтезують міжклітинний матрикс, який поступово минерализуется і замуровує синтезували його клітини. Оскільки клітини окістя активно діляться, такий процес повторюється багато разів. Зростання, що відбувається таким чином, називається аппозиційного.
Зростання кісток в довжину відбувається завдяки наявності в перехідному між діафізом і епіфізом відділі метаепіфізарного хрящової пластинки росту. У ній виділяють чотири зони. Поверхнева, звернена до епіфізу, носить назву резервної зони. Слідом за нею, що утворилися клітини формують зону проліферації, що знаходяться тут хондробласти і хондроцити безперервно діляться. Внаслідок гіпоксичних умов в глибоких шарах цієї області, клітини випробовують кисневе голодування, гіпертрофуються. Сукупність таких хондроцитов утворює третю зону - зону гіпертрофованих хондроцитів. Нарешті метаболічні порушення призводять до загибелі клітин. Загиблі хондроцити з мінералізованих матриксом спостерігаються в зоні обизвествленного хряща. З боку діафіза сюди вростає велика кількість судин. В умовах гарної оксигенації остеогенні клітини, розташовані поблизу кровоносних судин, диференціюються в остеобласти і формують кісткові трабекули. Оскільки такий процес відбувається з обох кінців органу, кістка подовжується пропорційно.
Процес зростання в довжину є гормонoзавісімим. У разі розвитку гормонального дисбалансу з залученням кальцитонина, ПТГ, метаболітів вітаміну D можлива передчасна мінералізація зон зростання і припинення збільшення довжини кістки, або протилежний процес з формуванням гігантизму.