Этапы процесса минерализации костной ткани

Лекция 3 РЕМОДЕДИРОВАНИЕ КОСТНОЙ ТКАНИ.

Интенсивность обмена в костной ткани зависит от соотношения

V резорбции к V костеобразования. В альвеолярной кости процессы перестройки протекают более активно, чем в других костях скелета и зависят он нагрузки на зубочелюстной аппарат.

Ежегодно происходит обновление и ремоделирование 5-10% скелета. К 40 годам V костеобразования постепенно ↓ по сравнению с резорбцией, уменьшается масса костной ткани и высота альвеолярного гребня.

Процесс ремоделирования состоит из относительно быстрой резорбции (2-3 недели), а затем медленном образовании (2-3 месяца) новой кости.

В цикле ремоделирования кости различают: активацию, резорбцию, реверсию, костеобразование (минерализацию) и покой.

Активация

Эта стадия начинается с воздействия на остеоциты, выстилающие клетки и преостеобласты стимулирующих факторов.

Активированные остеобласты секретируют:

▐фактор стимулирующий образование колоний моноцитов;

▐белок RANKL взаимодействующий с рецепторами _RANKL преостеокластов и стимулирующий формирование активных, многоядерных остеокластов;

Остеобласты и остеокласты, участвующие в ремоделировании собираются в многочисленных участках обновления (3-4 млн.) разбросанных по всему скелету.

Остеобласты секретируют:

▐нейтральную коллагеназу, которая гидролизует коллаген остеоида и готовит кость к связыванию с «чистой зоной» мембраны остеокласта. ▐неколлагеновые белки ОК, сиалопротеин, ОП, Glа-протеин, которые участвуют в прикреплении колоний остеокластов к поверхности кости и их активации.

▐остеокластингибирующий фактор остеопротегерин — структурный аналог рецептора _RANKL на мембране остеокласта. Остеопротегерин, связывая RANKL, снижает его активирующее действие на преостеокласты.

Участие белка RANKL в активации остеокластов.

Резорбция

Активированные остеокласты (фагоциты для кости):

▐с ↑V секретируют лизосомальную коллагеназу, которая гидролизует тройную спираль коллагена;

рН 3,5-4,0, необходимое для коллагеназы и других ферментов создают АТФ-азы и переносчикипротонов (Н⁺) («щеточной каемки».

Продукты гидролиза коллагена поступают в кровь.

Кислая среда в области резорбции способствует вымыванию Са²⁺ из апатитов. Неколлагеновые белки, цитрат взаимодействуя с Са²⁺ снижают вероятность восстановления гидроксиапатитов.

Реверсия

Из матрикса, в период его разрушения высвобождаются факторы роста, которые активируют остеобласты, образующие в местах резорбции, все органические соединения новой ткани.

Активные остеокласты секретируют кислую фосфатазу, которая дефосфорилирует ОП и сиалопротеин и ослабляет связь остеокластов с поверхностью кости.

↓V резорбция и ↑V костеобразования, т.е. резобция идет одновременно с формированием костной ткани.

На резорбированной поверхности остеобласты формируют «цементирующую линию» (слой из секреторных гликопротеинов), способную удерживать колонии остеобластов. Остеокласты, в соответствии с генетической программой ~ через 2 недели разрушаются путем апоптоза. При недостатке эстрогенов этот процесс может задерживаться.

Костеобразование

На этом этапе в остеобласты ↑ поступления О_{2 ,} глюкозы, аминокислот, жирных кислот. Огромные потребности клеток в энергии обеспечиваются за счет ↓V окислительного фосфорилирования АДФ.

Первым начинает формироваться остеоид, когда его толщина превышает 6•10^-6м, он начинает минерализоваться. V процесса зависит от [Са²⁺] и

[РО₄^3-] и тормозится пирофосфатом [Н₄Р₂О₇] .

Остеобласты образуют мембранные тельца (везикулы) ~ 100 нм. Эти пузырьки являются зонами нуклеации, где начинают формироваться центры кристаллизации и рост микрокристаллов. Они содержат глицерофосфолипидов и ферменты: пирофосфатазу, щелочную фосфатазу, АТФ- и АМФ-гидролазы, протеинкиназу. Са²⁺-АТФазы закачивают Са²⁺ в везикулах, поэтому его концентрация в 20-25 выше, чем в остеобластах.

Высокую [РО₄^3-] в везикулах поддерживают АТФ- и АМФ-гидролазы, щелочная фосфатаза.

_{АТФ-гидролаза}

АТФ + Н₂О АДФ + Н₃РО₄;

^{АМФ-гидролаза} Н₃РО₄ → 3Н⁺ + РО₄^3-

АМФ + Н₂О аденозин + Н₃РО₄

_{Щелочная фосфатаза}

Белок-О-РО₃^2- + Н₂О Белок-ОН + Н₃РО₄

Везикулы содержат перенасыщенный раствор фосфата кальция. Процесс минерализации состоит из 2 этапов: вначале идет нуклеация, т.е. образование плотного осадка, а затем – рост микрокристаллов гидроксиапатитов. Органические компоненты матрикса ориентируют рост кристаллов, поэтому в их отсутствии образование больших структур невозможено.

Этапы процесса минерализации костной ткани.

Образование микрокристаллов в везикулах вызывает разрушение частиц и высвобождение содержимого пузырьков в зону минерализации. Пирофосфатаза расщепляет пирофосфат и повышает [РО₄^3-] вне клетки.

Са²⁺ и РО₄^3- очень специфично связываются белками матрицы – начинается процесс внеклеточного формирования центров кристаллизации.

В формирования центров кристаллизации участвуют глцерофосфолипилы, ОН, Gla-протеин, фосфопротеины.

Эти соединения располагаются между фибриллами коллагена обеспечивая их правильную ориентацию и участие в образовании апатитов.

Формирование центров кристаллизации является началом высоорганизованного роста кристаллов гидроксиапатита. По завершении процесса наступает стадия покоя, остеобласты оказываются «замурованными» в матриксе и превращаются в остеоциты.