Біохімія сполучної тканини в нормі І патології



Дата конвертації08.06.2016
Розмір445 b.


БІОХІМІЯ СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ В НОРМІ І ПАТОЛОГІЇ


  • Сполучна тканина надзвичайно поширена в організмі. Вона є в усіх органах і складає приблизно 50 % від маси тіла.

  • До сполучнотканинних утворень відносять шкіру, підшкірну жирову тканину, матрикс кісток, хрящі, зуби, фасції, строму паренхіматозних внутрішніх органів, нейроглію, стінки великих кровоносних судин тощо.

  • Усі різновиди сполучної тканини при їх великих морфологічних відмінностях побудовані за загальними принципами:

  • а) сполучна тканина, як і всяка інша, має клітини, однак порівняно з іншими тканинами їх мало. Тому міжклітинна речовина займає значно більше місця, ніж клітинні елементи;

  • б) для сполучної тканини характерна наявність своєрідних волокнинних (фібрилярних) структур — колагенових, еластинових і ретикулінових волокон, розміщених в оточенні основної міжклітинної субстанції;

  • в) сполучна тканина багата на міжклітинну речовину, що має дуже складний хімічний склад.



Функції сполучної тканини

  • 1. Опорна функція. Тканина сухожиль, зв'язок та фас-цій, хрящова і особливо кісткова тканина — значно міцніші за інші тканини організму, завдяки чому не тільки «зв'язують», але й «підтримують» організм, утворюючи собою своєрідний каркас.

  • 2. Бар'єрна (захисна) функція. З одного боку, вона пов'язана з роллю сполучної тканини як бар'єру між зовнішнім і внутрішнім середовищами організму (дерма) та між кров'ю і клітинними елементами паренхіматозних органів. Таким же саме бар'єром є сполучнотканинні прошарки, які оточують кровоносні судини. Жодна з речовин, принесених до тканин кров'ю, не може потрапити до місця призначення, не проходячи крізь сполучну тканину.

  • З іншого боку, сполучна тканина є бар'єром, який захищає організм від проникнення інфекційних агентів.

  • 3. Функція депонування. Ця функція дуже тісно пов'язана з бар'єрно-захисною, особливо з процесом фагоцитозу. Велика кількість різноманітних речовин, як чужорідного походження, так і утворених внаслідок обмінних процесів в організмі, поглинається деякими клітинами сполучної тканини. Ці речовини можуть відкладатися (депонуватися) в клітинах на тривалий час.

  • 4. Метаболічна функція. Поряд з такими метаболічними реакціями, які притаманні всім клітинам живих організмів, клітини сполучної тканини мають специфічні обмінні функції. Це біохімічні процеси, що забезпечують біосинтез макромолекулярних речовин, з яких будується міжклітинна субстанція сполучної тканини, її волокна й основна речовина.

  • 5. Репаративна функція. Ця функція спрямована на захист організму від інфекції, на ліквідацію наслідків локальних інфекційних осередків і механічних ушкоджень.



Структура сполучної тканини

  • Усі різновиди сполучної тканини містять клітини, волокнинні структури й основну міжклітинну речовину.

  • Виділяють такі основні типи клітинних елементів сполучної тканини:

  • 1) фібробласти (й усі їх різновиди в спеціалізованих тканинах — остеобласти, хондробласти, кератобласти);

  • 2) лаброцити (тучні клітини, мастоцити, гепариноцити);

  • 3) клітини сімейства гістіоцитів (макрофаги);

  • 4) плазматичні клітини (плазмоцити);

  • 5) клітини, що проникають у сполучну тканину із крові (лімфоцити й гранулоцити — нейтрофільні та еозинофільні).

  • Найважливішими для формування біохімічної характеристики сполучної тканини є фібробласти й лаброцити, які здійснюють біосинтез міжклітинної субстанції.



Волокна сполучної тканини утворюються з фібрилярних білків — колагену й еластину, а основну міжклітинну речовину утворюють вуглеводно-білкові комплекси — гліко-протеїни, протеоглікани.

  • Волокна сполучної тканини утворюються з фібрилярних білків — колагену й еластину, а основну міжклітинну речовину утворюють вуглеводно-білкові комплекси — гліко-протеїни, протеоглікани.

  • Колагенові волокна складаються з фібрил, що мають велику міцність на розрив і практично нерозтяжні. Фібрили колагену можуть витримувати навантаження, які в 10 000 разів перевищують їх власну вагу. Сухожилля, за допомогою яких зусилля м'язів передається кісткам, складаються передусім з колагену.

  • Колаген — найпоширеніший білок в організмі людини, що складає приблизно 25—33 % усього білка, тобто майже 6 % від маси тіла. Фібрили колагену складаються з поліпептидних субодиниць тропоколагену, які розташовані регулярним чином у поздовжньому й поперечному напрямках. Молекули тропоколагену в паралельних ланцюгах фібрили зміщені одна відносно одної приблизно на 1/4 довжини (64 нм), чим зумовлюється характерна для колагенових фібрил поперечна посмугованість. Молекула тропоколагену має довжину близько 300 нм, товщину — 1,5 нм, молекулярну масу — близько 300 Да. Вона побудована з трьох поліпептидних ланцюгів, що мають форму лівозакрученої спіралі з трьома амінокислотними залишками на один виток. Між ланцюгами за рахунок СО- і NH-груп пептидного остова, а також ОН-групи оксипроліну виникають поперечні водневі зв'язки, які стабілізують спіраль. Вони дуже міцні й можуть зберігатися навіть при розриві пептидних зв'язків у головних спіралях молекули.



Колагенові волокна — головний структурний компонент позаклітинного простору кісткової та інших видів сполучної тканини, основна функція яких пов'язана з формуванням і підтриманням специфічної структури органів і тканин. Нерозчинні колагенові волокна при кип'ятінні у воді частково солюбілізуються, утворюючи розчин желатини, який містить тропоколагенові ланцюги та їхні фрагменти.

  • Колагенові волокна — головний структурний компонент позаклітинного простору кісткової та інших видів сполучної тканини, основна функція яких пов'язана з формуванням і підтриманням специфічної структури органів і тканин. Нерозчинні колагенові волокна при кип'ятінні у воді частково солюбілізуються, утворюючи розчин желатини, який містить тропоколагенові ланцюги та їхні фрагменти.

  • За певних умов частина колагену тканин може переходити в розчин під дією тих чи інших розчинників. Такий білок одержав назву розчинного колагену. При використанні кислого цитратного буферу виділяють кислоторозчин-ний колаген, а при дії нейтральних солей — солерозчинний колаген, який відрізняється від першого вищою метаболічною активністю. Солерозчинний колаген є біологічним попередником нерозчинного.



Колаген у порівнянні з іншими білками (за винятком еластину) є метаболічне більш інертним. У щурів період обміну нерозчинного колагену триває понад 150 днів, цитратрозчинного — 25 днів, а солерозчинного — 2 дні. Однак темп оновлення колагену неоднаковий у різних органах.

  • Колаген у порівнянні з іншими білками (за винятком еластину) є метаболічне більш інертним. У щурів період обміну нерозчинного колагену триває понад 150 днів, цитратрозчинного — 25 днів, а солерозчинного — 2 дні. Однак темп оновлення колагену неоднаковий у різних органах.

  • Колаген кісток має високу метаболічну активність — значно вищу, ніж у шкірі, її прирівнюють до метаболічної активності колагену печінки. Так, період обміну «швидкої» фракції колагену кісток становить 4 дні, а повільної — майже 40 днів.

  • Біосинтез і розпад колагену сильно змінюється залежно від виду сполучної тканини та її стану.

  • Розпад колагену каталізується ферментом колагеназою, яка розщеплює пептидні зв'язки між гліцином та оксипро-ліном. Про інтенсивність розпаду колагену свідчить вміст вільного оксипроліну в крові та сечі.

  • Підвищений розпад колагену при деяких ураженнях сполучної тканини (колагенозах) суглобів і кісток супроводжується збільшенням секреції оксипроліну. Інтенсивний синтез колагену має місце під час загоювання ран. Загоювання гальмується при нестачі в організмі аскорбінової кислоти, заліза, низькому парціальному кисневому тиску в рані. Ці фактори потрібні для активності пролін- та лізингідроксилаз.



Ряд захворювань пов'язаний з порушенням синтезу колагену. Головна причина — мутації. Так, при спадковому дефіциті лізингід-роксилази в колагенових фібрилах зменшується кількість поперечних зв'язків і погіршуються механічні властивості волокон, розвивається синдром Елерса—Данлоса з ураженням шкіри, судин, суглобів. Якщо ж не вистачає вітаміну С, гальмуються гідроксилювання і утворення поперечних зв'язків, а відтак погіршуються механічні властивості колагенових волокон. Надмірне утворення колагенових фібрил спостерігається при ряді захворювань сполучної тканини (прогресуючому системному склерозі, склеродермії, поліміозиті), фіброзі легень, цирозі печінки. З віком змінюється співвідношення типів колагенів у тканинах, зростає кількість поперечних зшивок, лабільні зшивки замінюються стабільними, що робить колагенові фібрили жорсткішими. Структурні зміни колагену призводять до зменшення еластичності шкіри, кровоносних судин, ламкості кісток, погіршення механічних властивостей сухожиль та хрящів.

  • Ряд захворювань пов'язаний з порушенням синтезу колагену. Головна причина — мутації. Так, при спадковому дефіциті лізингід-роксилази в колагенових фібрилах зменшується кількість поперечних зв'язків і погіршуються механічні властивості волокон, розвивається синдром Елерса—Данлоса з ураженням шкіри, судин, суглобів. Якщо ж не вистачає вітаміну С, гальмуються гідроксилювання і утворення поперечних зв'язків, а відтак погіршуються механічні властивості колагенових волокон. Надмірне утворення колагенових фібрил спостерігається при ряді захворювань сполучної тканини (прогресуючому системному склерозі, склеродермії, поліміозиті), фіброзі легень, цирозі печінки. З віком змінюється співвідношення типів колагенів у тканинах, зростає кількість поперечних зшивок, лабільні зшивки замінюються стабільними, що робить колагенові фібрили жорсткішими. Структурні зміни колагену призводять до зменшення еластичності шкіри, кровоносних судин, ламкості кісток, погіршення механічних властивостей сухожиль та хрящів.



Еластин — ще один дуже важливий білок сполучної тканини. Так само, як колаген є головним білком білої сполучної тканини, еластин переважає в жовтій. Наприклад, в ахіловому сухожилку людини колагену міститься приблизно в 20 разів більше, ніж еластину; у жовтій потиличній зв'язці, навпаки, вміст еластину приблизно в 5 разів вищий, ніж колагену.

  • Еластин — ще один дуже важливий білок сполучної тканини. Так само, як колаген є головним білком білої сполучної тканини, еластин переважає в жовтій. Наприклад, в ахіловому сухожилку людини колагену міститься приблизно в 20 разів більше, ніж еластину; у жовтій потиличній зв'язці, навпаки, вміст еластину приблизно в 5 разів вищий, ніж колагену.

  • Еластин — основний структурний компонент еластичних волокон, яких багато у зв'язках, стінках великих артерій, легенях. Для цих волокон характерні високий ступінь розтягнення і швидке відновлення початкової форми та розміру після зняття навантаження. Зв'язки, багаті на еластин, з'єднують кістки скелета і утримують їх у суглобах, тому вони мають бути гнучкими й еластичними.

  • Молекули еластину містять приблизно 800 амінокислотних залишків, більшість з яких — гідрофобні амінокислоти (аланін, гліцин, валін, лейцин, пролін). Як і в колаген одна третина амінокислотних залишків представлена гліцином, присутній також оксипролін, однак кількість його в еластині приблизно в 10 разів менша. На відміну від колагену еластин містить багато залишків лізину, які беруть участь в утворенні поперечних зшивок. Із чотирьох залишків лізину утворюються сполуки — десмозин та ізодесмо-зин, із двох — лізилнорлейцин. В утворенні цих структур беруть участь залишки лізинів із двох, трьох або чотирьох поліпептидних ланцюгів, зшиваючи їх у сіткову структуру, здатну зворотно розтягуватись у всіх напрямках майже вдвічі. Еластинові волокна досить міцні на розрив завдяки ковалентному характерові зв'язків. З віком еластичність їх знижується.



Сполучна тканина, крім колагену та еластину, містить білки неколагенової природи. За даними літератури, в сухому демінералізованому кістковому матриксі міститься 17 % неколагенових білків.

  • Сполучна тканина, крім колагену та еластину, містить білки неколагенової природи. За даними літератури, в сухому демінералізованому кістковому матриксі міститься 17 % неколагенових білків.

  • До неколагенових білків сполучної тканини належить велика група білків різного характеру й походження:

  • 1) білкові компоненти протеогліканів;

  • 2) білки цитоплазми та ядер клітинних елементів;

  • 3) білки сироватки крові — альбуміни та глобуліни, які знаходяться у вигляді колоїдної суспензії в рідкій фазі між^ клітинної субстанції (основної речовини) сполучної тканини^

  • 4) розчинні екстрацелюлярні білки; до цієї групи вхо* дять білки протеогліканів та розчинні фракції колагену;

  • 5) нерозчинні екстрацелюлярні білки.

  • Білки останніх двох груп і складають специфічні, «не-колагенові» білки сполучної тканини. Усі екстрацелюлярні білки, як правило,— глікопротеїни з різним вмістом вуглеводних компонентів, а вуглеводні компоненти представлені N-ацетилглюкозаміном, N-ацетилгалактозаміном і гексозами — галактозою, манозою, глюкозою тощо.



До неколагенових структурних білків міжклітинного матриксу відносять такі білки, як фібронектин, ламінін. Ці поліфункціональні білки характеризуються властивістю зв'язувати інші компоненти матриксу.

  • До неколагенових структурних білків міжклітинного матриксу відносять такі білки, як фібронектин, ламінін. Ці поліфункціональні білки характеризуються властивістю зв'язувати інші компоненти матриксу.

  • Фібронектин може зв'язувати колаген, протеоглікани, гіалуронову кислоту, вуглеводи плазматичних мембран, фермент трансглутаміназу. Завдяки своїй структурі фібронектин може відігравати інтегруючу роль в організації міжклітинної речовини. Це високомолекулярний глікопротеїн, присутній у багатьох видах сполучної тканини, переважно поблизу цитоплазматичної мембрани клітин. Головна функція фібронектину — адгезивна: він є учасником адгезії клітин, зв'язуючи їх між собою та з різними субстратами, зокрема біополімерами позаклітинного матриксу — колагенами різних типів і глікозаміногліканами, а також із фібрином. На цій підставі фібронектин назвали «молекулярним клеєм».

  • Ламінін — найбільш поширений неколагеновий глікопротеїн базальних мембран. Він взаємодіє з усіма структурними компонентами базальних мембран, включаючи колаген, нідоген, фібронектин. Крім того, молекула ламініну має декілька центрів зв'язування клітин. Головні функції ламініну визначаються саме його здатністю зв'язувати клітини. Він може впливати на ріст, морфологію, диференціацію та рухомість клітин.



  • Основу міжклітинної речовини сполучної тканини утворюють протеоглікани, що складаються з невеликої білкової частини (5—10 %) і глікозаміногліканів (90—95 %). Останні приєднуються до білкової молекули ковалентними зв'язками по ОН-групі серину, треоніну або NH2-rpyni аспарагіну. Глікозаміноглікани (або кислі мукополісахариди) — це гетерополісахариди, які побудовані з великої кількості однакових дисахаридних одиниць, до складу яких входять два різні мономери. Звичайно дисахарид на одиниця складається з аміноцукру (N-ацетилглюкозаміну чи N-ацетил-галактозаміну) й уронової кислоти (глюкуронової або іду-ронової). До аміноцукрів у 4-му чи 6-му положенні часто приєднаний залишок сульфату. Відомі 8 головних типів глікозаміногліканів, які відрізняються за мономерами, типом глікозидних зв'язків, а також за кількістю й місцем приєднання сульфатних груп





  • Серед усіх глікозаміногліканів найбільшу молекулярну масу (105—107 Да) має гіалуронова кислота. Основною функцією гіалуронової кислоти в сполучній тканині є зв'язу-Ііання води, завдяки чому міжклітинна речовина набуває характеру желеподібного матриксу. Зв'язування води і обумовлене ним набухання визначає біологічну роль гіалуроно-Іюї кислоти в регуляції проникності тканин. Желеподібна структура розчину гіалуронової кислоти забезпечує функцію синовіальної рідини в суглобах як мастила, що зменшує тертя суглобових поверхонь. В'язкість синовіальної рідини в пацієнтів з ревматизмом чи артритом низька, що пов'язано з деполімеризацією гіалуронової кислоти.



Дерматансульфат кількісно переважає серед глікоза-міногліканів дерми, звідки його було вперше виділено. Він відрізняється від хондроїтин-4-сульфатів наявністю у своєму складі ідуронової кислоти замість глюкуронової. Друга відмінність від хондроїтинсульфатів полягає в тому, що він резистентний до дії тестикулярної та бактеріальної гіалуро-нідаз. Окрім дерми, дерматансульфат знаходиться в артеріях, роговій оболонці, склері. Він стабілізує волокна колагену і має антикоагулянтну дію.

  • Дерматансульфат кількісно переважає серед глікоза-міногліканів дерми, звідки його було вперше виділено. Він відрізняється від хондроїтин-4-сульфатів наявністю у своєму складі ідуронової кислоти замість глюкуронової. Друга відмінність від хондроїтинсульфатів полягає в тому, що він резистентний до дії тестикулярної та бактеріальної гіалуро-нідаз. Окрім дерми, дерматансульфат знаходиться в артеріях, роговій оболонці, склері. Він стабілізує волокна колагену і має антикоагулянтну дію.

  • Кератансульфати існують як два різновиди — кератан-сульфат І та кератансульфат II, що відрізняються амінокислотним складом білка, до якого вони приєднані, сумарним вмістом вуглеводів та локалізацією в тканинах. На противагу іншим глікозаміногліканам кератансульфати не містять ні глюкуронової, ні ідуронової кислот. Кератансульфат І, виділений із рогівки ока, містить також фукозу, сіалову кислоту і манозу. Його олігосахаридний ланцюг зв'язаний з поліпептидним остовом N-глікозидним зв'язком. Кератансульфат II — глікозаміноглікан хряща і кісток — відрізняється вищим ступенем сульфатованості, а також наявністю N-ацетилгалактозаміну. Крім того, кератансульфат II приєднується до білка О-глікозидним зв'язком. Кератансульфати резистентні до дії гіалуронідази, але розщеплюються ензимами, які діють на групові речовини крові. У всіх типах сполучної тканини концентрація кератансульфатів з віком помітно зростає.

  • Гепарин відрізняється від інших глікозаміногліканів локалізацією в тканинах та функціями. Він є внутрішньоклітинним компонентом тучних клітин. Уперше його було знайдено в печінці, пізніше — також у легенях, стінках артерій, шкірі. Гепарин — сильний інгібітор згортання крові, антикоагуляційний ефект якого полягає передусім у посиленні дії інгібітора факторів коагуляції антитромбіну III. Він активізує вивільнення в плазму фермента — ліпопротеїнліпази, зв'язаної зі стінками капілярів, — і таким чином сприяє гідролізу триацилгліцеролів хіломікронів та ЛПДНГ.

  • Гепарансульфат подібний до гепарину, але на відміну під нього має більше N-ацетильних і менше N- та О-сульфатних груп. Він знаходиться перевалено на поверхні ендотеліальних клітин і тромбоцитів.



  • До несульфатованих глікозаміногліканів належить також хондроїтин — основний полісахарид протеогліканів хряща. Найважливішими компонентами хряща є хондроїтин-4-сульфат та хондроїтин-6-сульфат, які різняться за фізико-хімічними властивостями, а також розподілом у різних видах сполучної тканини. Так, хондроїтин-4-сульфат міститься в переважній кількості в хрящі, кістковій тканині, склері, аорті, а хондроїтин-6-сульфат переважає в тканині сухожилків, шкірі, клапанах серця, міжхребцевих дисках, тоді як у суставних хрящах його значно менше. Через різко виражений аніонний характер хондроїтинсульфати можуть взаємодіяти з неорганічними та органічними катіонами. Така взаємодія має важливе значення в мінеральному обміні і позначається на фармакологічному ефекті багатьох біологічно активних речовин.



У тканинах організму протеоглікани постійно оновлюються. За допомогою радіоактивних ізотопів було встановлено високу швидкість обміну протеогліканів. Розпад відбувається у лізосомах, куди протеоглікани потрапляють у результаті ендоцитозу. Білкова частина розщеплюється лізосомальни-ми протеїназами, а вуглеводна — глікозидазами. Гіалуро-нідаза ссавців гідролізує |3-1,4-глікозидні зв'язки між ди-сахаридними одиницями в гіалуроновій кислоті, а також у хондроїтинсульфатах, з утворенням тетрасахаридів, які під дією інших глікозидаз розпадаються до моносахаридів. Встановлено, що в організмі дорослої людини за добу розпадається близько 250 мг протеогліканів. Накопичення оліго-сахаридних фрагментів протеогліканів виникає внаслідок генетичне зумовленої недостатності однієї або кількох лізо-сомальних глікозидаз. Ці спадкові хвороби називаються му-кополісахаридозами і пов'язані передусім з порушенням процесу деградації дерматансульфату або гепарансульфату (чи їх обох), які накопичуються в лізосомах. Іноді фрагменти цих речовин знаходять у сечі. Відомі кілька типів муко-полісахаридозів з різними клінічними ознаками: малорухливі суглоби, деформації скелета, мутна рогівка ока, затримка розумового розвитку. Діагностика окремих типів ґрунтується на ідентифікації метаболітів у сечі та виявленні дефектів ферментів у культурі фібробластів.

  • У тканинах організму протеоглікани постійно оновлюються. За допомогою радіоактивних ізотопів було встановлено високу швидкість обміну протеогліканів. Розпад відбувається у лізосомах, куди протеоглікани потрапляють у результаті ендоцитозу. Білкова частина розщеплюється лізосомальни-ми протеїназами, а вуглеводна — глікозидазами. Гіалуро-нідаза ссавців гідролізує |3-1,4-глікозидні зв'язки між ди-сахаридними одиницями в гіалуроновій кислоті, а також у хондроїтинсульфатах, з утворенням тетрасахаридів, які під дією інших глікозидаз розпадаються до моносахаридів. Встановлено, що в організмі дорослої людини за добу розпадається близько 250 мг протеогліканів. Накопичення оліго-сахаридних фрагментів протеогліканів виникає внаслідок генетичне зумовленої недостатності однієї або кількох лізо-сомальних глікозидаз. Ці спадкові хвороби називаються му-кополісахаридозами і пов'язані передусім з порушенням процесу деградації дерматансульфату або гепарансульфату (чи їх обох), які накопичуються в лізосомах. Іноді фрагменти цих речовин знаходять у сечі. Відомі кілька типів муко-полісахаридозів з різними клінічними ознаками: малорухливі суглоби, деформації скелета, мутна рогівка ока, затримка розумового розвитку. Діагностика окремих типів ґрунтується на ідентифікації метаболітів у сечі та виявленні дефектів ферментів у культурі фібробластів.



  • Однією із специфічних є метаболічна функція сполучної тканини, яка забезпечує біосинтез і катаболізм специфічних біополімерів, таких як колаген, еластин, глікопротеїни та протеоглікани. Ця метаболічна діяльність відрізняється високою інтенсивністю в умовах забезпечення необхідними ензиматичними системами. Для сполучної тканини характерна висока активність фосфогліцераткінази та піруваткі-нази, ензимів, які беруть участь в утворенні макроергічних фосфатів. Визначаються високі активності лактатдегідрогенази та малатдегідрогенази. Спектр головних метаболічних ензимів вказує на здатність до синтезу макроергічних фосфатів, на наявність циклу трикарбонових кислот та інтенсивний амінокислотний обмін. У сполучній тканині присутні кислі гідролази — гідролітичні ферменти з оптимумом рН < 6,0 (рибонуклеаза, ліпаза, кисла фосфатаза, β-глюкозидаза, гіалуронідаза, катепсини та ін.). З 25 ферментів цієї групи, віднайдених у тканинах хребетних, 12 містяться в сполучній тканині. Ці ферменти знаходяться в лізосомах клітин і відіграють важливу роль у процесах деструкції та резорбції тканини. Існує багато станів, при яких сполучна тканина піддається резорбції, а також виявляється підвищена активність кислих гідролаз, наприклад, при інвазивному рості пухлин, резорбції лонної зв'язки наприкінці вагітності та інволюції молочної залози.



КІСТКОВА ТКАНИНА

  • Кісткова тканина — це високоспеціалізований вид сполучної тканини, що відрізняється особливою твердістю, механічною міцністю, наявністю великої кількості міжклітинної речовини при порівняно невеликому загалі кісткових клітин. Найбільш характерною особливістю кісткової тканини є її здатність до мінералізації, завдяки якій кістка набуває унікальних механічних властивостей. В організмі людини немає іншої тканини, настільки багатою мінералами, окрім тканин зубів.

  • Необхідно розрізняти поняття «кістка» як орган і як кісткова тканина. У структурній організації кістки поряд із кістковою тканиною беруть участь хрящова й сполучна тканини, судини, нерви, жирова та мієлоїдна тканини, їх синхронне функціонування обумовлює повноцінність кістки як органа. Кісткова тканина є основною в організмі й забезпечує здійснення більшості функцій.

  • Клітинними елементами кісткової тканини є остеобласти, остеоцити і остеокласти^ Остеобластивеликі клітини, які мають потужний апарат білкового синтезу. У них синтезується тропоколаген, який переходить у міжклітинну речовину, протеоглікани. Остеоцити за структурою багато в чому подібні до остеобластів, з яких вони і утворюються під час розвитку кісткової тканини, але відрізняються нездатністю до розмноження. Вони беруть участь в обміні мінеральних та органічних компонентів між кістковим ма-триксом і тканинною рідиною. При функціональній перебудові кісток остеоцити здатні самостійно резорбувати навколо себе кісткову речовину нарівні із остеокластичною резорбцією. Вони можуть функціонувати як маленькі осередки метаболізму. Остеоцити здатні здійснювати біосинтез білка, є учасниками процесів остеолізу.

  • Остеокласти великі клітини, провідною функцією яких є резорбція кісток. Вони, як і остеобласти, берутьучасть у біосинтезі білків, однак у них цей процес менш інтенсивний. Маркером остеобластичної активності є фермент — лужна фосфатаза, який пов'язаний з енергоємними процесами утворення кістки. Розпад кісток під дією остео-кластів пов'язаний зі збільшенням активності кислої фосфатази та інших лізосомальних ферментів, які руйнують кістку.



  • Міжклітинний органічний матрикс компактної кістки складає десь близько 20 %, неорганічні речовини — 70 % і вода — 10 %. У губчастій кістці переважають органічні компоненти, частка яких — майже 50 %.

  • Головною складовою частиною органічного матриксу кісткової тканини є колаген, на який припадає 89—97 % азоту цієї тканини. Колаген великою мірою визначає такі механічні властивості кісток, як міцність та еластичність. Крім того, він безпосередньо бере участь в процесі мінералізації. У результаті взаємодії колагену з мінеральними речовинами з'являється досконала біологічна структура, якій притаманні велика механічна міцність і висока фізіологічна активність.

  • Колаген кісткової тканини має деякі особливості. Так, він містить більше оксипроліну, ніж колаген сухожилків та хрящів, і на відміну від м'яких тканин — більше оксил-зину й менше лізину. Колаген кісткової тканини відрізняється наявністю надзвичайно міцних міжмолекулярних зв'язків — як ковалентної, так і нековалентної природи. На відміну від колагену м'яких тканин, для яких характерний високий вміст лабільних альдимінових зв'язків, у колагені кістки переважають стабільні поперечні зв'язки. Ці зв'язки створюють особливий тип укладки молекулярних агрегатів кісткового колагену, який забезпечує умови для мінералізації. З усіх типів колагенів (а їх більше десяти) у кістці переважає колаген І типу.



  • Поряд з колагеном органічний матрикс кісткової тканини містить, як і всі інші види сполучної тканини, білки неколагенової природи (приблизно 17 %). До них можуть бути віднесені глікопротеїни, протеоглікани, сіалопротеїн, альбумін. Головними неколагеновими білками кістки є анкорін та фібронектин.

  • Анкорін — це глікопротеїн, який міститься також у матриксі хряща, де він зв'язаний із цитоплазматичною мембраною хондроцитів і міцно з'єднує ці клітини з колагеном II типу.

  • Специфічним неколагеновим білком для кісткової тканини й дентину є остеокальцин — білок з невеликою молекулярною масою, функцію якого ще недостатньо вивчено. Він синтезується переважно остеобластами і формує позаклітинний матрикс кістки, але фракція новосинтезованого остеокальцину вивільняється в кровотік. Він є маркером для оцінки співвідношення процесів новоутворення та резорбції кісткової тканини.

  • Специфічним глікопротеїном кістки є сіалопротеїн, що відрізняється високим вмістом сіалової кислоти (17,1 %), а також містить галактозамін і фосфат. Присутність сіало-протеїну в кістковій тканині обумовлює її здатність зв'язувати катіони.

  • Протеоглікани кісткової тканини відіграють роль пластифікаторів для колагенової сітки, підвищуючи її розтяг та збільшуючи ступінь набряку.



Головним глікозаміногліканом кісткової тканини є хондроїтин-4-сульфат, у ній присутні також гіалуронова кислота, кератансульфат і невелика кількість хондроїтин-6-сульфату. Наявність у кістковій тканині глікозаміногліканів, зокрема хондроїтин-4-сульфату, має безпосереднє відношення до процесів мінералізації, бо гальмує їх.

  • Головним глікозаміногліканом кісткової тканини є хондроїтин-4-сульфат, у ній присутні також гіалуронова кислота, кератансульфат і невелика кількість хондроїтин-6-сульфату. Наявність у кістковій тканині глікозаміногліканів, зокрема хондроїтин-4-сульфату, має безпосереднє відношення до процесів мінералізації, бо гальмує їх.

  • До найважливіших компонентів кісткової тканини відносять глікоген, який постачає енергію, необхідну для здійснення біосинтетичних процесів. Присутність глікогену — необхідна передумова процесу мінералізації. Якщо клітини хряща, які кальцифікуються, обробити амілазою, то вони втрачають здатність до звапнення. Доведено, що в ембріонів щурів та в молодих щурів глікоген міститься в зрілих та гіпертрофованих клітинах, на місці майбутнього центру кристалізації. Зрілі остеобласти, що оточені мінеральним кістковим матриксом, позбавлені глікогену.

  • У кістковій тканині знаходяться нуклеїнові кислоти, рівень яких залежить від функціональної активності клітин, наприклад, у проліферуючих остеобластах вміст РНК різко підвищується. ДНК знаходять у ядрах преостеобластів, остеобластів і остеокластів.



Важливу роль у процесах мінералізації кістки відіграють ліпіди (0,1—0,7 %). Вміст ліпідів у кістковій тканині значно нижчий, ніж у хрящі. Якісний та кількісний склад ліпідів змінюється залежно від ступеня мінералізації хряща. Вміст етерів холестеролу прогресивно підвищується із збільшенням ступеня мінералізації, а кількість ацилгліце-ролів зменшується. Рівень вільних жирних кислот залишається постійним, але вищий у проліферуючому хрящі, до міститься близько 40 % неполярних ліпідів.

  • Важливу роль у процесах мінералізації кістки відіграють ліпіди (0,1—0,7 %). Вміст ліпідів у кістковій тканині значно нижчий, ніж у хрящі. Якісний та кількісний склад ліпідів змінюється залежно від ступеня мінералізації хряща. Вміст етерів холестеролу прогресивно підвищується із збільшенням ступеня мінералізації, а кількість ацилгліце-ролів зменшується. Рівень вільних жирних кислот залишається постійним, але вищий у проліферуючому хрящі, до міститься близько 40 % неполярних ліпідів.

  • Своєрідною особливістю кісткового матриксу є високії концентрація лимонної кислоти. Майже 90 % лимонної кислоти в організмі людини зосереджено саме в кістковій тканині. Активність цитратсинтази в ній значно вища за активність ферментів, які сприяють її розпаду. Це створює умови для підвищення концентрації цитрату, який надалі може вступати в обмінні реакції з кальцієм. Важлива властивість лимонної кислоти — її висока комплексотворна активність з іонами кальцію. Це забезпечує підвищення концентрації солей кальцію та фосфату в тканині до такого рівня, за якого стають можливими кристалізація та мінералізація. Лимонна кислота є учасником регуляції рівня кальцію в сироватці крові. Процес взаємодії цитрату з іонами кальцію перебуває під контролем гормональної регуляції. Тривале введення паратгормону, скажімо, цуценятам підвищує вміст цитрату в кістках на 27 % і одночасно підвищує рівень цитрату в сироватці крові. Видалення па-ращитовидних залоз викликає зворотне явище.



Мінеральні речовини кістки являють собою систему з великою поверхнею, яка існує в тісному контакті з рідиною оточення. Залежно від хімічного складу середовища на поверхні мінерального компонента шляхом обміну іонів відбуваються дуже швидкі зміни. Хімічні особливості кісткового мінералу вивчені ще не досить повно, але доведено, що структура решітки неорганічних кристалів кістки відповідає структурі кристалів оксіапатиту. Кристали оксіапатиту складають лише частину мінеральної фази, інша частина являє собою аморфний фосфат кальцію, що є важливим компонентом кісткової тканини і водночас резервом іонів кальцію та фосфору. Аморфна фаза переважає в ранньому віці, а згодом переважним стає кристалічний оксіапатит. Аморфний кальційфосфат має високу метаболічну активність, і його вміст залежить не тільки від вікових властивостей, але й від умов харчування.

  • Мінеральні речовини кістки являють собою систему з великою поверхнею, яка існує в тісному контакті з рідиною оточення. Залежно від хімічного складу середовища на поверхні мінерального компонента шляхом обміну іонів відбуваються дуже швидкі зміни. Хімічні особливості кісткового мінералу вивчені ще не досить повно, але доведено, що структура решітки неорганічних кристалів кістки відповідає структурі кристалів оксіапатиту. Кристали оксіапатиту складають лише частину мінеральної фази, інша частина являє собою аморфний фосфат кальцію, що є важливим компонентом кісткової тканини і водночас резервом іонів кальцію та фосфору. Аморфна фаза переважає в ранньому віці, а згодом переважним стає кристалічний оксіапатит. Аморфний кальційфосфат має високу метаболічну активність, і його вміст залежить не тільки від вікових властивостей, але й від умов харчування.

  • Скелет — головне депо кальцію та фосфору в організмі, адже в ньому міститься майже 99 % тканинного кальцію, 87 % фосфору і 58 % магнію. Крім названих, у кістковій тканині виявлено багато інших елементів. Зараз відомо понад 30 остеотропних мікроелементів, серед них — мідь, цинк, алюміній, силіцій, фтор та ін. Існує стійка рухлива рівновага між мінералами кістки і тканинною рідиною, яка коригує невеликі зміни рівня кальцію плазми.



РОЛЬ ГОРМОНІВ, ВІТАМІНІВ ТА ФЕРМЕНТІВ В ОБМІНІ КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ

  • На метаболізм кісткової тканини, як і інших тканин організму, регулюючий вплив справляють гормони й вітаміни. Серед гормонів, які регулюють метаболічні процеси в кістці, найбільше вивчено дію гормонів щитоподібної та паращито-подібних залоз, соматотропіну і стероїдних гормонів.

  • Гормон паращитоподібних залоз — паратгормон — відіграє важливу роль у регуляції метаболізму Са2+ та фосфатів. Він діє переважно на кісткову тканину, що проявляється в посиленій мобілізації мінерального компонента з кістки. Сумарним ефектом паратгормону може бути деструкція кістки, що супроводжується вивільненням кальцію, фосфору та елементів органічного матриксу, у тому числі й продуктів розпаду колагену та вуглевод-білкових сполук. Але при низьких концентраціях (які відповідають фізіологічним) цей гормон дає анаболічний ефект і відповідає за перебудову кістки: спостерігається зростання кількості остеобластів, підвищення активності лужної фосфатази, що свідчить про формування нової кісткової тканини. Гормон активує аденілатциклазу і стимулює надходження Са2+ до клітин. Підвищення внутрішньоклітинного рівня Са2+ призводить до активізації клітинних систем, які сприяють розсмоктуванню кістки.



  • Другим гормоном, що регулює рівень Са2+ та фосфору в кістках, є гормон щитоподібної залози кальцитонін, який дає протилежний паратгормону гіпокальціємічний ефект. Головним проявом дії кальцитоніну є зниження рівня Са2+, фосфору та оксипроліну в плазмі крові через зменшення їх виходу із кістки. Ефект гормону проявляється в пригніченні кісткової резорбції остеокластами. Під його впливом знижується кількість, а також активність остеокластів, оскільки кальцитонін є потужним інгібітором цих клітин.

  • Безпосередній вплив на ріст і розвиток кісток і всієї кісткової системи має гормон передньої долі гіпофізу — сомато-тропін, або гормон росту (СТГ). Одним із найважливіших результатів його дії є стимуляція поздовжнього росту кісток і всього скелету. Вплив СТГ на ріст кісток позв'язаний насамперед з анаболічною дією цього гормону на білковий обмін, що веде до збільшення білкового каркасу кісток. СТГ підвищує вміст у хрящі амінокислот, особливо оксипроліну, що свідчить про посилення біосинтезу колагену. Він стимулює відкладання кальцію та фосфору в зоні епіфізарних хрящів. Однією з основних тканин-мішеней є епіфізарна пластинка, зокрема зони клітинної проліферації. Якщо рівень СТГ в плазмі знижується (після гіпофізектомії), товщина епіфізарних пластин зменшується. СТГ збільшує товщину епіфізарної пластинки, а відтак і ріст діафіза в довжину.



  • Безпосередній вплив на сполучну тканину, зокрема на скелет, мають стероїдні гормони. Велику увагу дослідників привертає дія на кісткову тканину глюкокортикоїдних гормонів, особливо у зв'язку з проблемою гіперкортицизму (хвороба Іценка—Кушинга, синдром Кушинга, пухлини кори надниркових залоз тощо), коли виникає системне ураження скелету, відоме під назвою «стероїдна остеопатія». Використання в клініці великих доз кортизону (наприклад, при лікуванні ревматоїдного поліартриту) стає причиною розвитку у хворих клінічної картини синдрому Кушинга з остеопорозом та переламами хребців. Під впливом надлишку глюкокортикоїдів пригнічується синтез колагену та суль-фатованих глікозаміногліканів, знижується активність лужної фосфатази; зростає вміст нерозчинної фракції колагену, а кількість соле- та цитратрозчинного колагену зменшується, що свідчить про порушення синтезу та визрівання колагену.



  • Жіночі статеві гормони тісно пов'язані з мінеральним обміном кісткової тканини. Підвищені дози естрогенів пригнічують ріст довгих трубчастих кісток, роблять їх щільнішими, прискорюють дозрівання скелету. Останнє обумовлено прискореним закриттям епіфізів та передчасною появою центрів осифікації.

  • В організмі, який росте, при функціональній недостатності яєчників кістки стають тоншими, крихкими, а регенерація сповільнюється. Естрогени підвищують синтез колагену й відкладання кальцію та фосфору в кістковій тканині.

  • Чоловічий статевий гормон тестостерон у великій кількості пригнічує ріст та проліферацію хряща, гальмує резорбцію губчастої кістки, хоча в оптимальній дозі він стимулює ріст кісток і клітинну проліферацію, посилює їх мінералізацію. Тестостерон утримує кальцій і фосфор у кістковій тканині.

  • До факторів, що відіграють важливу роль в життєдіяльності та нормальному проходженні метаболічних процесів кісткової тканини поряд із гормонами, відносять вітаміни, особливо D і С.

  • Вітамін D займає надзвичайно важливе місце в обміні речовин кісткової тканини. Основна його функція — регулювання обміну кальцію та фосфору.



Прямим результатом гіповітамінозу D є рахіт і остеомаляція. Обидва процеси характеризуються порушенням утворення кісткової тканини внаслідок зниження вмісту в ній кальцію та фосфору. При остеомаляції порушується звап-нення новоутвореної органічної основи і відбувається демі-нералізація кісткової тканини. При D-вітамінній недостатності також сповільнюються біосинтез колагену і утворення колагенових фібрил, спостерігаються зміни складу колагену кісткової тканини: в діафізах та епіфізах довгих трубчастих кісток зменшується фракція солерозчинного колагену та накопичується нерозчинний колаген.

  • Прямим результатом гіповітамінозу D є рахіт і остеомаляція. Обидва процеси характеризуються порушенням утворення кісткової тканини внаслідок зниження вмісту в ній кальцію та фосфору. При остеомаляції порушується звап-нення новоутвореної органічної основи і відбувається демі-нералізація кісткової тканини. При D-вітамінній недостатності також сповільнюються біосинтез колагену і утворення колагенових фібрил, спостерігаються зміни складу колагену кісткової тканини: в діафізах та епіфізах довгих трубчастих кісток зменшується фракція солерозчинного колагену та накопичується нерозчинний колаген.

  • Крім того, спостерігається зниження в кістках вмісту цитрату. Цей факт обумовлений роллю цитрату, який завдяки здатності утворювати комплекси з кальцієм, з одного боку, збільшує ступінь фіксації кальцію і підвищує мінералізацію кісткової тканини, а з другого,— сприяє мобілізації мінералів із кості в кров.



До патологічних станів, які мають схожість з вітамін D-дефіцитним рахітом, відносять також синдром де Тоні- Дебре-Фанконі, гіпофосфатазію, ідіопатичну гіперкальцій-урію та ін. Ці захворювання можуть розвиватися при нормальній забезпеченості організму вітаміном D унаслідок порушень обміну цього вітаміну. Вітамін D-резистентний рахіт є спадковою хворобою, що характеризується подібно до рахіту й остеомаляції ушкодженням кісток, але не піддається лікуванню звичайними дозами вітаміну D. У патогенезі вітамін D-резистентного рахіту провідна роль належить уродженій дисфункції ниркових канальців, у результаті чого пригнічується реабсорбція неорганічного фосфору і виникає гіпофосфатемія. При цьому захворюванні зменшується також абсорбція кальцію, який надходить з їжею. Клінічна картина вітамін D-резистентного рахіту звичайно виявляється в дітей 1-2 років життя у вигляді різних деформацій скелету.

  • До патологічних станів, які мають схожість з вітамін D-дефіцитним рахітом, відносять також синдром де Тоні- Дебре-Фанконі, гіпофосфатазію, ідіопатичну гіперкальцій-урію та ін. Ці захворювання можуть розвиватися при нормальній забезпеченості організму вітаміном D унаслідок порушень обміну цього вітаміну. Вітамін D-резистентний рахіт є спадковою хворобою, що характеризується подібно до рахіту й остеомаляції ушкодженням кісток, але не піддається лікуванню звичайними дозами вітаміну D. У патогенезі вітамін D-резистентного рахіту провідна роль належить уродженій дисфункції ниркових канальців, у результаті чого пригнічується реабсорбція неорганічного фосфору і виникає гіпофосфатемія. При цьому захворюванні зменшується також абсорбція кальцію, який надходить з їжею. Клінічна картина вітамін D-резистентного рахіту звичайно виявляється в дітей 1-2 років життя у вигляді різних деформацій скелету.



Особливо важливий для метаболізму сполучної і зокрема кісткової тканини вітамін С. Дія цього вітаміну на кісткову тканину обумовлюється насамперед його впливом на процеси біосинтезу колагену, зокрема на реакції гідрокси-лювання проліну та лізину. Тому при С-вітамінній недостатності виникають проблеми з утворенням колагену.

  • Особливо важливий для метаболізму сполучної і зокрема кісткової тканини вітамін С. Дія цього вітаміну на кісткову тканину обумовлюється насамперед його впливом на процеси біосинтезу колагену, зокрема на реакції гідрокси-лювання проліну та лізину. Тому при С-вітамінній недостатності виникають проблеми з утворенням колагену.

  • Нестача вітаміну С позначається також на метаболізмі глікозаміногліканів: вміст гіалуронової кислоти зростає в декілька разів, у той час як біосинтез хондроїтинсульфа-тів уповільнюється. У кістках виявляють остеодистрофію, деструктивні зміни, розростання фіброзної та кісткової тканини, різко сповільнюються процеси репаративної регенерації. Такі зміни стають можливими через розсмоктування кісткової речовини при слабкому її поповненні новоутвореною кістковою тканиною, що особливо помітно поблизу зон росту. Наприклад, для цинги характерні затримка проліферації та диференціювання клітинних елементів кісткової тканини.



У кістковій тканині (як і в інших видах сполучної тканини) активно відбуваються метаболічні процеси, які можна оцінити, виходячи з її ферментного спектру. Характерною особливістю клітин кісток є переважно анаеробний шлях обміну, причому дуже інтенсивний. Остеогенні клітини споживають глюкозу як в анаеробних, так і в аеробних умовах значно більше, ніж клітини печінки, м'язи та інші органи.

  • У кістковій тканині (як і в інших видах сполучної тканини) активно відбуваються метаболічні процеси, які можна оцінити, виходячи з її ферментного спектру. Характерною особливістю клітин кісток є переважно анаеробний шлях обміну, причому дуже інтенсивний. Остеогенні клітини споживають глюкозу як в анаеробних, так і в аеробних умовах значно більше, ніж клітини печінки, м'язи та інші органи.

  • Клітини кісток характеризуються ферментативною індивідуальністю. В остеокластах, наприклад, проявляється вища активність більшості дегідрогеназ, кислої фосфатази, β-глюкуронідази, β-галактозидази, амінопептидази і неспецифічної естерази порівняно з іншими клітинами. Водночас остеокласти не містять лужної фосфатази, яка є маркерним ферментом остеобластів. Остеоцити новоутворених трабекул метафізу стегнової кістки мають більшу активність сукцинатдегідрогенази, ніж остеоцити кортикального шару. Дуже висока активність фосфотрансфераз, піруваткінази та аденілаткінази в зонах росту, де інтенсивні процеси кальцифікації, що відбуваються з великим ендергонічним ефектом. Висока активність ЛДГ та АсАТ, але активність АлАТ дуже низька. Активність кислих гідролаз у кісткових клітинах відповідна до активності цих ферментів у клітинах печінки.



Підтримання структури і функції кісткової тканини здійснюється шляхом специфічних ферментативних процесів синтезу й розпаду макромолекулярних компонентів кісткового матриксу та вивільнення хімічної енергії, необхідної для цих реакцій. Набір ферментів кісткової тканини включає і ферменти, які здійснюють специфічні біосинтетичні функції кістки, і каталізатори, необхідні для підтримання життєдіяльності клітин та підготовки метаболітів, що є попередниками в процесах специфічного біосинтезу. Оскільки синтез біополімерів кісткової тканини і процеси мінералізації вимагають великих витрат енергії, клітини, які їх синтезують, мають бути забезпечені відповідними енергетичними ресурсами. Серед неспецифічних ферментів, спільних для всіхклітинних елементів організму, у цій тканині присутні ферменти вуглеводного, білкового, енергетичного та інших видів обміну. У ній, наприклад, відбувається цикл трикар-бонових кислот і з великою інтенсивністю — процеси гліколізу; присутні протеолітичні ферменти, кислі гідролази; встановлено активність колагенази. Ферментам належить важлива роль у процесах мінералізації та резорбції кістки. Високий ступінь мінералізації зрілої кістки дуже перешкоджає процесам здрібнення й подальшої екстракції ферментів, тому знання з цього питання досі дуже обмежені.

  • Підтримання структури і функції кісткової тканини здійснюється шляхом специфічних ферментативних процесів синтезу й розпаду макромолекулярних компонентів кісткового матриксу та вивільнення хімічної енергії, необхідної для цих реакцій. Набір ферментів кісткової тканини включає і ферменти, які здійснюють специфічні біосинтетичні функції кістки, і каталізатори, необхідні для підтримання життєдіяльності клітин та підготовки метаболітів, що є попередниками в процесах специфічного біосинтезу. Оскільки синтез біополімерів кісткової тканини і процеси мінералізації вимагають великих витрат енергії, клітини, які їх синтезують, мають бути забезпечені відповідними енергетичними ресурсами. Серед неспецифічних ферментів, спільних для всіхклітинних елементів організму, у цій тканині присутні ферменти вуглеводного, білкового, енергетичного та інших видів обміну. У ній, наприклад, відбувається цикл трикар-бонових кислот і з великою інтенсивністю — процеси гліколізу; присутні протеолітичні ферменти, кислі гідролази; встановлено активність колагенази. Ферментам належить важлива роль у процесах мінералізації та резорбції кістки. Високий ступінь мінералізації зрілої кістки дуже перешкоджає процесам здрібнення й подальшої екстракції ферментів, тому знання з цього питання досі дуже обмежені.




База даних захищена авторським правом ©pres.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка