Обмен минералов и костная ткань

Кости формируют скелет организма, защищают и поддерживают жизненно важные органы, выполняют функцию депо кальция для нужд всего организма. В кости присутствуют две линии клеток — созидающая (остеогенные клетки остеобластыостеоциты) и разрушающая (многоядерные остеокласты). Клетки костной ткани окружает костный матрикс. Различают незрелый (неминерализованный) костный матрикс — остеоид и зрелый (обызвествлённый, или кальцифицированный) костный матрикс

Костный матрикс

Зрелый костный матрикс составляет 50% сухого веса кости и состоит из неорганической (50%) и органической (25%) частей и воды (25%).

 Органическаячасть. Органические вещества костного матрикса синтезируют остеобласты. К макромолекулам органического матрикса относятся коллагены (коллаген типа I — 90–95% и коллаген типа V) и неколлагеновые белки (остеонектин, остеокальцин, протеогликаны, сиалопротеины, морфогенетические белки, протеолипиды, фосфопротеины), а также гликозаминогликаны (хондроитинсульфат, кератансульфат).

 Остеонектин, относящийся к Ca²⁺-связывающим белкам, поддерживает в присутствии коллагена осаждение Ca²⁺и PO₄^3–и соединён одним своим концом с кристаллом гидроксиапатита, а другим с молекулой коллагена типа I.

 Остеокальцин участвует в процессе кальцификации, связываясь с кристаллами гидроксиапатита при помощи остатков ‑карбоксиглутаминовой кислоты.

 Морфогенетические белки кости (семейство трансформирующих факторов роста) — регуляторные (в частности, они индуцируют развитие кости на месте хряща (энхондральный остеогенез).

 Неорганическаячастьв значительном количестве содержит два химических элемента — кальций (35%) и фосфор (50%), образующие кристаллы гидроксиапатита — [Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂H₂O]. В состав неорганической части кости также входят бикарбонаты, цитраты, фториды, соли Mg²⁺, K⁺, Na⁺.

 Кристаллы гидроксиапатита соединяются с молекулами коллагена через остеонектин. Такая связка делает кости исключительно устойчивыми к растяжению и сжатию.

 В организме взрослого человека содержится около 1000 г кальция. 99% всего кальция находится в костях. Около 99% кальция костей входит в состав кристаллов гидроксиапатита. Лишь 1% кальция костей находится в виде фосфатных солей, именно эти соли легко обмениваются между костью и кровью и играют роль буфера («обменный кальций») при изменениях концентрации кальция в плазме крови.

Минерализация остеоида

Остеоид — неминерализованный органический костный матрикс вокруг остеобластов, синтезирующих и секретирующих его компоненты. В дальнейшем остеоид минерализуется за счёт активности щелочной фосфатазы. Этот фермент осуществляет гидролиз эфиров фосфорной кислоты с образованием ортофосфата, который взаимодействует с Ca²⁺, что приводит к образованию осадка в виде аморфного фосфата кальция Ca₃(PO₄)₂с последующим формированием из него кристаллов гидроксиапатита. Для нормальной минерализации остеоида особенно необходим 1,25‑дигидроксихолекальциферол (активная форма витамина D₃— кальцитриол). Способствуя всасыванию кальция и фосфора в кишечнике, кальцитриол обеспечивает их необходимую концентрацию для запуска кристаллизационных процессов в костном матриксе. Прямо воздействуя на остеобласты, кальцитриол повышает активность щелочной фосфатазы в этих клетках, способствуя минерализации костного матрикса.