История развития взглядов на минерализацию костной ткани

Существует ряд гипотез относительно тканевой кальцификации. Сложность вопроса заключается прежде всего в том, что при физиологических условиях минерализация происходит только в определённых участках организма, а именно в скелете.

Первое мнение: для этого в кальцифицирующемся матриксе создаются особые условия , способствующие образованию и осаждению солей.

Второе мнение: , в неминерализующихся тканях содержатся специфические ингибиторы минерализации.

В течение многих лет полагали, что кальцификация – сравнительно простой процесс осаждения минеральных солей, подчиняющийся законам классической физической химии. При этом основным является соответствующая концентрация ионов кальция и фосфора. Но кальцификация относится к очень сложным процессам, в которые вовлекается ряд обменных реакций и ферментативных систем.

А) Первая ферментативная теория кальцификации была предложена Робисоном в 1923г , который отводил ведущую роль в этом процессе щелочной фосфатазе.Физиологическая функция щелочной фосфатазы окончательно не изучена.. Предполагается, что фермент участвует

- в минерализации кости,

- растворении кристаллов пирофосфата кальция,

- транспорте фосфата и кальция

-адсорбции фосфата в кишечнике.

Под влиянием щелочной фосфатазы в костной ткани из органических фосфорных соединений освобождается неорганический фосфат, в результате чего создаётся концентрация перенасыщения и в осадок выпадает кальцийфосфат.

Согласно гипотезе Робисона солевой состав крови и кости находятся в равновесии, а фосфатаза вызывает состояние перенасыщения, необходимое для осаждения минеральных солей, оказалась неудовлетворительной. Щелочная фосфатаза содержится во многих тканях, не подвергающихся минерализации, и для того, чтобы произошло обызвествление, действие фермента должно комбинировать с другими факторами.

Б) Выдвигались предположения, что этими факторами могут быть другие ферменты и гликоген. Действительно, экспериментальная проверка этих предположений подтвердила участие ряда ферментов и гликогена в процессах минерализации.

Гликоген содержится в больших количествах в зонах окостенения. Количество его снижается одновременно с осаждением кальциевых солей. В процессе гликолиза образуются сложные эфиры с энергетическими связями , которые отдают фосфат в основное белковое вещество.

Участие гликогена и ферментов гликолиза в процессах минерализации не вызывает сомнения, однако эта теория не раскрывает истинного механизма отложения минеральных солей в кальцифицирующихся тканях. Скорее всего , в костных клетках гликолитические процессы выполняют не специфические функции, а общебиологические. Непосредственный участник процесса минерализации – АТФ , которая может служить одновременно и источником фосфата, необходимого для кальцификации, и источником энергии.

Для приведённых выше теорий ведущим является представление о роли ферментов, отщепляющих неорганический фосфор от органического субстрата. Концентрация фосфата в участках функционирования этих ферментов повышается, достигая уровня при котором начинается его самопроизвольное осаждение, приводящие к кристаллизации.

В)Помимо гликогена в процесс минерализации включается цикл трикарбоновых кислот, продуцирующий цитрат - комплексон иона кальция.. Кость представляет собой ткань, обильно снабжённую кровью, в которой много размножающихся костных клеток, обладающих такой же высокой дыхательной активностью.

Г) Последующее развитие учения о процессах минерализации позволило предположить, что процесс кальцификации состоит в очаговом образовании центров кристаллизации апатита из метастабильных растворов кальция и фосфора под действием коллагеновых волокон. Для обызвествления в коллагеновом волокне необходимо специфическое взаиморасположение реакционноспособных групп боковых аминокислотных цепей, способных служить центрами кристаллизации. Отложение гидроксиапатита на органическом матриксе зависит от наличия ковалентных поперечных связей коллагена кости, количество которых характеризует степень созревания белка.

Д) Важную функцию в процессах минерализации выполняют гликозаминогликаны, которые обладают повышенным сродством к ионам кальция и фосфора. Гликозаминогликаны интенсивно секретируются остеобластами в зоне минерализации, и когда подвергаются расщеплению лизосомальными ферментами, то образуют при этом высокоактивные фрагменты., способствующие созданию зон кристаллизации( по современной терминологии – зон нуклеации.

Е) Нуклеаторами кальцификации являются фосфолипиды, после экстракции, которых органический матрикс костной ткани утрачивает эту способность .

Ж) Значение полифосфатов

Неорганические линейные полифосфаты( поли Р) содержатся в тканях и клетках человека и являются полимерами ортофосфосфорной кислоты, ( Р неорг ), )которые связаны между собой макроэргическими связями.

Ортофосфаты подразделяют на растворимые( содержат 10 -50 звеньев Р неорг ) и нерастворимые.( более 50 звеньев Р неорг ). Они обнаружены в остеобластах, десенных клетках, эритроцитах, периферических мононуклеарных клетках, плазме. Во всех клетках доля растворимых полиР больше , чем растворимых. Самое высокое содержание полиР в остеобластах, формирующих костную ткань.

ПолиР содержатся во всех клеточных компартаментах: ядрах, митохондриях, лизосомах, поазматических мембранах. В ядрах присутствуют, в основном, нерастворимые полиР.

Содержание полифосфатов

таблица 2

Функции полифосфатов.

- запасают высокоэнергетические фосфаты

- комплексуют ионы кальция и другие ионы(+2)

- противоионы для основных аминокислот

- регуляторы внутриклеточных макроэргических соединений

-доноры Р неорг для ряда киназ , фосфорилирующих моносахара

- модуляторы ответа клеток на стресс