Химический состав кости
Уникальные механические характеристики кости зависят от строго выверенного химического баланса. Основную массу ткани формируют минеральные соли, на которые приходится от 60 до 70% всего веса. Эти неорганические соединения распределены в двух основных формах в равных пропорциях (по 50%):
- Аморфный фосфат кальция. Представлен в ткани в виде мельчайших гранул.
- Кристаллы гидроксиапатита. Это более сложный пространственный комплекс, состоящий из фосфата и гидроксида кальция.
Важнейшей физико-химической особенностью ткани является экстремально низкое содержание воды: жидкость составляет лишь 6–20%. Оставшиеся 10–20% массы приходятся на органические компоненты, к которым относятся клеточные элементы и сложно организованный межклеточный матрикс.
Органическая часть матрикса и минерализация
Органическое межклеточное вещество — это не просто каркас, а активная среда, играющая ключевую роль в инициации и регуляции процесса минерализации.
Абсолютным лидером в составе матрикса является коллаген (преимущественно I типа), который формирует до 95% всей органической массы. Особенность строения заключается в том, что минеральные гранулы и растущие кристаллы сорбируются непосредственно в промежутках между молекулами тропоколлагена.
Оставшиеся 5% органики представлены неколлагеновыми макромолекулами. Несмотря на малый объем, они жизненно необходимы для правильного отвердевания кости, так как каждая группа молекул выполняет свою узкую задачу:
- Фосфопротеины отвечают за первичное привлечение и концентрацию ионов кальция в нужных зонах.
- Ферменты, в первую очередь щелочная фосфатаза, катализируют реакции образования неорганических минеральных соединений.
- Протеогликаны выступают связующим звеном, прикрепляя формирующиеся минералы к коллагеновым волокнам.
- Специфические белки (например, остеонектин) контролируют и направляют рост кристаллов гидроксиапатита. Также в составе присутствуют гликопротеины и остеокальцин.
Генетические линии клеток
Клеточный пул кости формируется из двух совершенно разных источников, которые обеспечивают противоположные, но взаимосвязанные процессы — созидание и разрушение матрикса.
- Дифферон механоцитов (костеобразующая линия). Это последовательная цепочка созревания клеток, ответственных за синтез матрикса. Развитие начинается с незрелой остеогенной клетки (преостеобласта), которая затем дифференцируется в активно синтезирующий остеобласт. На финальной стадии клетка замуровывается в собственном секрете и превращается в зрелый остеоцит.
- Гематогенная линия (костеразрушающая линия). Представлена гигантскими клетками — остеокластами. В отличие от механоцитов, они имеют кроветворное происхождение: остеокласты развиваются непосредственно из моноцитов крови и по своей биологической сути относятся к единой системе макрофагов.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какое строение имеет остеон (гаверсова система)?
Остеон образован концентрическими слоями костных пластинок, имеющих форму полых цилиндров, вложенных друг в друга вокруг центрального канала с кровеносным сосудом. Граница остеона очерчена резорбционной (спайной) линией. Между стенкой канала и сосудом расположено периваскулярное пространство с тканевой жидкостью, остеогенными клетками, остеобластами и остеокластами. Тела остеоцитов лежат в костных лакунах между пластинками, а их отростки проходят в радиально направленных костных канальцах, обеспечивая транспорт веществ от сосуда.
Чем отличается грубоволокнистая (ретикулофиброзная) костная ткань от пластинчатой?
Грубоволокнистая (ретикулофиброзная) и пластинчатая (тонковолокнистая) — два вида костной ткани, различающиеся строением матрикса. Грубоволокнистая ткань образуется при формировании первичной губчатой кости и не имеет упорядоченной пластинчатой организации; на ранних этапах развития она является основной тканью, и каждая кость проходит эту стадию. У взрослого она встречается редко и в малом объёме: в бугорках костей (местах прикрепления сухожилий) и в зонах сращения черепных швов. При перестройке грубоволокнистая ткань частично разрушается остеокластами и замещается зрелой пластинчатой тканью: во внутренней части формируются балки вторичного губчатого вещества, в среднем слое костные пластинки организуются вокруг сосудов с образованием остеонов, а снаружи образуются генеральные пластинки.
Какие гормоны регулируют активность остеокластов и остеобластов?
Активность костных клеток и обмен кальция регулируются паратгормоном, кальцитонином и кальцитриолом (активной формой витамина D3).
- Паратгормон: повышает концентрацию кальция в крови; в костной ткани стимулирует остеокласты, ускоряет резорбцию костного матрикса и выход Ca2+ в кровь. На остеобластах имеются рецепторы к паратгормону; под его действием остеобласты выделяют фактор активации остеокластов.
- Кальцитонин: является антагонистом паратгормона, снижает уровень Ca2+ в крови, усиливает поступление кальция в костную ткань, стимулирует активность остеобластов и снижает активность остеокластов.
- Кальцитриол: активная форма витамина D3; его образование в почках стимулируется паратгормоном. Кальцитриол усиливает всасывание Ca2+ в кишечнике и способствует отложению солей кальция в костной ткани. Для витамина D также указано, что остеобласты имеют к нему рецепторы, а щеточная каемка остеокластов увеличивается при активации витамином D.
Как происходит процесс минерализации костного матрикса с участием матриксных пузырьков?
Минерализация костного матрикса с участием матриксных пузырьков (физический путь) начинается с выделения остеобластами мембранных пузырьков в матрикс (остеоид). При участии фермента щелочной фосфатазы внутри этих пузырьков накапливается фосфат кальция, из которого формируются кристаллы гидроксиапатита. В результате пузырьки разрываются, и кристаллы выходят на коллагеновые волокна, где служат ядрами (центрами) для дальнейшего процесса минерализации.
Каковы функции и морфологические особенности зрелых остеоцитов?
Остеоциты — основной тип клеток сформированной костной ткани, происходящий из остеобластов. Они лежат строго по одной клетке в костных полостях (лакунах) минерализованного матрикса. Остеоциты имеют многочисленные тонкие цитоплазматические отростки, проходящие в костных канальцах, через которые контактируют с сосудами и соседними клетками. Основная функция остеоцитов — трофическая: они обеспечивают транспорт и обмен веществ между сосудистым руслом и костной тканью, а также поддерживают состояние костного матрикса.
Для запоминания функций неколлагеновых белков матрикса используйте правило первых букв: Фосфопротеины — Фокусируют (концентрируют) кальций, Протеогликаны — Привязывают минералы к коллагену, Остеонектин — Обеспечивает рост кристаллов.
Вопросы с занятий и экзамена
Какой тип коллагена преобладает в костной ткани?
В органическом матриксе кости содержится преимущественно коллаген I типа, на долю которого приходится около 95% всех органических компонентов.
Каково происхождение остеокластов?
Остеокласты имеют гематогенное происхождение. Они развиваются из моноцитов крови и функционально принадлежат к системе макрофагов.
Какой фермент обеспечивает образование минеральных соединений?
Ключевую роль в инициации минерализации и образовании минеральных комплексов играет фермент щелочная фосфатаза.
Что ещё разобрать по теме
- Пространственная укладка молекул тропоколлагена и сорбция гранул
- Механизм действия щелочной фосфатазы при минерализации
- Отличия преостеобластов от зрелых остеобластов
- Функции остеокальцина и гликопротеинов в матриксе
Разберите тему целиком в курсе «Гистология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Костная ткань» и ещё 3 438 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 137 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Скелетные соединительные ткани»
Бесплатные видеоуроки: гистологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.