Структура и формирование кости

Остеогенез

Первично синтез костной ткани начинается с образования хряща, в котором органический компонент затем частично замещается минеральным.

Синтез органических компонентов хрящевой ткани осуществляется остеобластами. Они синтезируются и выделяются в межклеточный матрикс молекулы тропоколлагена 1, протеогликаны и гликозаминогликаны. В межклеточном матриксе молекулы тропоколлагена 1 последовательно формируют микрофибриллы, затем фибриллы, которые созревают и агрегируются в коллагеновые волокна. В фибриллах молекулы тропоколлагена располагаются со смещением на ¼.

Протеогликаны связываясь с коллагеновыми волокнами в белок-полисахаридные комплексы, повышают их растяжимость и степень набухания.

Расположение тропоколлагеновых молекул Знаки ► и О указывают соответственно С- и N-концы отдельных молекул тро­поколлагена. Ступенчатое расположение моле­кул тропоколлагена в нормальной фибрилле коллагена; начало каждой молекулы тропоколлагена смещено приблизительно на 1/4 ее длины относительно сосед­них молекул.

Для превращения хрящевой ткани в костную, остеобласты, секретируют в межклеточное вещество щелочную фосфатазу и пирофосфатазу. Щелочная фосфатаза разрушает глицерофосфаты, а пирофосфатаза пирофосфаты, что вызывает локальное повышение концентрации РО₄^3-. Также остеобласты концентрируют в митохондриях и секретируют наружу кальций. В результате происходит «пересышение» среды минеральными компонентами РО₄^3- и Са²⁺, которые с помощью остеонектина связываются с коллагеном и кристаллизуются.

Особенностью строения коллагеновых волокон заключается в том что, между концом одной молекулы тропоколлагена и началом другой имеется небольшое пространство. Это пространство является центром нуклеации - в нем минеральные компоненты пересыщенной среды с помощью остеонектина образуют кристаллы гидроксиаппатита. Со временем кристаллы гидроксиапатита сами становятся цент­рами нуклеации для отложения новых кристаллов в пространстве между коллагеновыми волокнами.

В зоне кальцификации под действием лизосомальных протеиназ клеток кости происходит гидролиз белок-полисахаридных комплексов. Образующиеся полости заполняются растущими кристаллами гидроксиаппатита, в результате кристаллы «вытесняют» протеогликаны, а с ними и воду. Остеобласты, после замуровывания в костной ткани, превращаются в остеоциты.

Зрелая костная ткань сильно обезвожена (10%); коллаген в ней составляет 20% по массе и 40% по объему; остальное приходится на долю минеральной части. Эта структура пронизана выстланными клетками гаверсовыми каналами, по которым проходят крове­носные сосуды.

Образующиеся компоненты костной ткани со временем разрушаются остеокластами и заново восстанавливаются остеобластами. В норме полная смена костной ткани происходит в течение 10 лет. Активность остеобластов и остеокластов обеспечивает постоянство состава кости.

Остеолиз

Остеолиз – разрушение органических и неорганических структур костной ткани. Для разрушения минерального компонента в остеокластах активируется синтез органических кислот: лактата (в гликолизе), угольной кислоты (с участием карбоангидразы), которые растворяют гидроксиаппатит.

Для разрушения органического компонента остеокласты активируют кислые гидроксилазы лизосом, секретируют в матрикс коллагеназу.