Биохимия костной ткани

V, XII, VI типов – минорные компоненты

коллагеном. В костной ткани синтезируется на ранних стадиях остеогенеза и

сохраняется в минерализованном матриксе
Остеопонтин (костный сиалопротеин I) Гликофосфопротеин– 300 АО, ¼ - глу и асп, 40 сер, связанного с фосфатом, несколько олигосахаридов, содержащий N- и О-связанные олигосахариды; участвует в адгезии клеток. Способен связывать ионы Са2+, присущий кости, дентину и хрящевой пластинке. Ингибирует процессы резорбции костной ткани
Костный сиалопротеин II –адгезивный гликопротеин, содержащий до 50% углеводов большое кол-во глу, меньше фосфата, 7-12 сульфатных групп на тир, много углеводных цепей. Высокое сродство к ГА
Остеонектин - ~ 300 АО, гликофосфопротеин,большое кол-во цис, 7 дисульфидных мостиков, глу, асп – связывание кальция. Участвует в регуляции роста клеток, ремоделироваия кости

γ-карбоксиглутаминовой кислоты. Связывается с гидроксиапатитом; локализуется во внеклеточном матриксе костной

ткани

Матриксный Gla-протеин – 80 АО, 5 -карбоксиглутамата, 3 радикала фосфосерина способен связываться с гидроксиапатитом. Появляется на ранних стадиях развития костной ткани

Тромбоспондин Белок с мол. массой 145 кДа, состоит из трех идентичных субъединиц, связанных дисульфидными связями. Каждая субъединица имеет несколько различных доменов, связывающихся с другими белками костного матрикса - протеогликанами, фибронектином, ламинином, коллагеном I и V типов и остеонектином. В N-концевой области содержится последовательность аминокислот, обеспечивающая прикрепление клеток. В костной ткани тромбоспондин синтезируется остеобластами

хондроитинсульфаты. Костный коллаген является матрицей для процесса минерализации. Особенность процесса

минерализации - перенасыщение среды ионами кальция и фосфора. Кальций и фосфор связываются с костным коллагеном. Обязательный участник процесса - сложные липиды.

2-й ЭТАП - в зоне минерализации усиливаются окислительные процессы, распадается гликоген, синтезируется необходимое количество АТФ. В остеобластах увеличивается количество цитрата, необходимого для синтеза аморфного фосфата кальция. Одновременно из лизосом остеобластов выделяются кислые гидролазы, которые взаимодействуют с белками органического компонента и приводят к образованию ионов аммония и гидроксид-ионов, которые соединены с фосфатом. Формируются ядра кристаллизации. Ионы кальция и фосфора, связанные с белково-углеводным комплексом, переходят в растворимое состояние и формируют кристаллы гидроксилапатита. По мере роста кристаллы гидроксилапатита вытесняют протеогликаны и воду до такой степени, что плотная ткань становится практически обезвоженной. Ингибитор процесса минерализации - неорганический пирофосфат. Его накопление в кости может препятствовать росту кристаллов. Чтобы этого не происходило, в остеобластах есть щелочная фосфатаза, которая расщепляет пирофосфат на два фосфатных остатка.

связках, стенках сосудов.
Вместо кальция в костную ткань могут включаться

другие элементы - стронций, магний, железо, уран и т.д. После формирования гидроксиапатита такое включение уже не происходит.
На поверхности кристаллов может накапливаться много натрия в форме цитрата натрия. Кость выполняет функции лабильного (изменчивого) депо натрия, который выделяется из кости при ацидозе и, наоборот, при избытке поступления натрия с пищей, чтобы предотвратить алкалоз - натрий депонируется в кости.
В ходе роста и развития организма количество аморфного фосфата кальция уменьшается, потому что кальций связывается с гидроксилапатитом.

при первичном формировании костной ткани, но и продолжается всю жизнь..

В детском и юношеском возрасте новообразование кости происходит значительно интенсивнее, чем ее резорбция. У взрослых обновление ткани резко замедляется и в пожилом возрасте может составлять всего лишь от 2 до 5% костной массы в год. При этом развивается некоторое преобладание резорбции над выработкой новой ткани.

сначала формируется остеоид, затем он подвергается минерализации. Весь процесс заполнения

дефекта новой костью, производимый бригадой мобилизованных остеобластов, может продолжаться до трех месяцев. Новообразованная ткань не копирует прежнюю структуру. Она соответствует требованиям укрепления участков, наиболее уязвимых для механических нагрузок на кость. В частности, в компактной кости новые остеоны не повторяют хода прежних и потому оказываются окруженными вставочными костными пластинками, остатками тех остеонов, которые существовали в данном участке до ремоделирования.

Формирование костной ткани

реабсорбцию фосфатов
Кальцитонин – подавляет активацию остеокластов, стимулирует остеобласты
Глюкокортикоиды
Половые гормоны
Кальцитриол

скелета и о фазах ремоделирования костной ткани. Различают биохимические маркёры

формирования и резорбции кости, характе- ризующие функции остеобластов и остеокластов.
Прогностическая значимость определения маркёров метаболизма костной ткани:
• проведённый скрининг с использованием данных маркёров позволяет определить пациентов с высоким риском развития остеопороза; •высокие уровни маркёров резорбции костей могут быть связаны с
• увеличением риска переломов; повышение уровня маркёров метаболизма костной ткани у пациентов с остеопорозом более чем в 3 раза по сравнению с показателями нормы предполагает иную костную патологию, включая злокачественную; •маркёры резорбции могут быть использованы в качестве дополнительных критериев при решении вопроса о назначении специальной терапии при лечении костной патологии.

который составляет более 90% органического матрикса кости и синтезируется остеобластами

В качестве критериев резорбции костной ткани выступают продукты деградации коллагена I типа: N- и С-телопептиды и тартрат-резистентная кислая фосфатаза. При первичном остеопорозе и болезни Педжета происходит отчетливое повышение С-концевого телопептида коллагена I типа и количество этого маркёра увеличивается в сыворотке крови в 2 раза.

Распад коллагена - единственный источник свободного гидроксипролина в организме. Преобладающая часть гидроксипролина катаболизируется, а часть выделяется с мочой, главным образом, в составе небольших пептидов (ди- и трипептидов). Поэтому содержание гидроксипролина в крови и моче отражает баланс скорости катаболизма коллагена. У взрослого человека в сутки экскретируется 15-50 мг гидроксипролина, в молодом возрасте до 200 мг, а при некоторых болезнях, связанных с поражением коллагена, например: гиперпаратироидизме, болезни Педжета и наследственной гипергидроксипролинемии, причиной которой является дефект фермента гидроксипролиноксидазы, количество в крови и выделяемого с мочой гидроксипролина увеличивается.

Остекласты секретируют тартрат-резистентную кислую фосфатазу. При возрастании активности остеокластов происходит увеличение содержания тартрат-резистентной кислой фосфатазы и она попадает в повышенном количестве в кровоток. В плазме крови активность этого фермента возрастает при болезни Педжета, онкологических заболеваниях с метастазами в кость. Определение активности этого фермента особенно полезно при мониторинге лечения остеопороза и онкологических заболеваний, сопровождающихся поражением костной ткани.

изофермента щелочной фосфатазы и остеопротегерина. Измерение количества сывороточного остеокальцина позволяет

определять риск развития остеопороза у женщин, проводить мониторинг костного метаболизма во время менопаузы и гормональной заместительной терапии. Рахит у детей раннего возраста сопровождается снижением в крови содержания остеокальцина и степень снижения его концентрации зависит от выраженности рахитического процесса. У больных с гиперкортицизмом и пациентов, получающих преднизолон, значительно снижено содержание остеокальцина в крови, что отражает подавление процессов костеобразования.

Изофермент щелочной фосфатазы присутствует на клеточной поверхности остеобластов. При увеличенном синтезе фермента клетками костной ткани повышается его количество в плазме крови, поэтому определение активности щелочной фосфатазы, особенно костного изофермента, является информативным показателем костного ремоделирования

Остеопротегерин выступает в качестве рецептора ФНО. Связываясь с преостеокластами, он ингибирует мобилизацию, пролиферацию и активацию остеокластов.

окостенения скелета на соединительнотканной стадии эмбрионального развития. Эмбриональная остеобластическая ткань,

заполняя костномозговое пространство, препятствует образованию полноценной кости конечностей.

Несовершенный остеогенез, или врожденная недостаточность и ломкость костей  — диспластическое поражение скелета, связанное с неправильным формированием костной ткани. Проявляется частыми переломами во внутриутробном и постнатальном периодах, иногда переломы начинаются с 7—12 лет.

    Гиперостозами называют группу заболеваний диспластического характера с патологическими разрастаниями костной ткани одной или ряда костей. Избыточное развитие правильно сформированной костной ткани наблюдается при врожденном системном гиперостозе ( Камурати — Энгельманна болезнь), мелореостозе, остеопойкилии, синдроме Мари — Бамбергера. Нарушение развития костной и кроветворной тканей в результате разрастания первой в костномозговом канале приводит к остеомиелодисплазии и мраморной болезни. Эти гиперостозы связаны со склеротическими процессами в костях и являются различными видами диспластических заболеваний, близкими по своей природе: во всех случаях речь идет об извращении процессов остеогенеза. Увеличение массы костных структур, приводящее к формированию плотных, толстых, массивных костей, обусловлено остеосклерозом. Утолщения костей в виде очаговых выростов называют остеофитами.

основу эпифиза.
Дисплазия суставного хряща и дисплазия хрящевой ткани эпифиза. При

эпифизарной дисплазии, отмечается избыточный рост суставного хряща,. Отмечается тугоподвижность суставов, резкое их увеличение в объеме, удлинение пораженной конечности на 7—20 см, разрастание хряща в виде валиков по ходу швов черепа, сосудистые и пигментные пятна на туловище и конечностях, гиперкератоз. При микроскопическом исследовании - разрастание в полости сустава дистрофически измененного хряща, спаянного с покровным хрящом.

    Дефект окостенения ядра эпифиза - замедленное, неправильное извращенное его формирование.
Множественная эпифизарная дисплазия. Заболевание проявляется в раннем детском возрасте, но нередко выявляется у взрослых. Больные низкого роста за счет укороченных нижних конечностей, у них наблюдаются деформации и контрактуры суставов верхних и нижних конечностей. При рентгенологическом исследовании обнаруживают позднее возникновение ядер окостенения в области крупных суставов, их замедленное и неправильное развитие.
Спондилоэпифизарная дисплазия проявляется более резкими деформациями скелета с непременными изменениями в позвоночнике. Тела позвонков уплощены, нередко приобретают клиновидную форму в грудном и пояснично-крестцовом отделах. Ограничение нагрузок на суставы, санаторно-курортное лечение больных с эпифизарными дисплазиями могут замедлить процесс деструкции и предупредить развитие контрактур.

содержания коллагена, синтез гликозаминогликанов, усиление окислительных процессов)
- стадия минерализации

ткани
Остеомаляция, как уменьшение степени минерализации костей
Появление множественных очагов остеолиза,

что ведет к гиперкальциемии
Болезнь Педжета, как увеличение скорости ремоделирования в 10-20 раз

остеокальцин (костный Gla-протеин), общая щелочная фосфатаза и костно-специфическая щелочная фосфатаза,

карбокси- и аминотерминальные пропептиды проколагена 1-го типа (PICP, PINP), тартрат-резистентная кислая фосфатаза, пиридинолин и пиридинолиносодержащие пептиды, С-телопоптид (карбокситерминальный телопептид колагена 1-го типа — ICTP)
— в моче — пиридинолин, деоксипиридинолин и пиридинолинсодержащие пептиды, галактозилоксилизин, выделение кальция с мочой, выделение оксипролина с мочой, N-телопептид, продукты распада С-телопептида, Cross Laps.

развития переломов костей.Уменьшается объем кости за счет дисбаланса процессов ремоделирования

или резорбция кости
Процессы ремоделирования наиболее активно протекают в губчатом веществе кости, признаки остеопороза раньше проявляются именно в этой ткани костные пластинки опустошаются и перфорируются, происходит демонтаж поддерживающих кость изнутри трабекул — основной дефект при остеопорозе, поскольку в условиях неправильного ремоделирования достаточное образование новой кости становится невозможным и костные потери становятся необратимыми. Решетчатая сетка трабекул истончается, а местами частично прерывается из-за исчезновения горизонтальных трабекул.
В связи с ежедневными нагрузками на скелет при остеопорозе в губчатой кости возникают микропереломы, количество которых постепенно растет, углубляя механическую несостоятельность кости. Кортикальная кость истончается в результате перестроения внутрикостной поверхности (спонгиозируется), при этом резорбционные полости, возникшие при ремоделировании, не заполняются. Вследствие этого расширяются особенные гаверсовы каналы и увеличивается пористость кости.
Потеря объема кости, нарушение ее архитектоники с развитием порозности и возникновением микропереломов становится причиной переломов костей, характерных для остеопороза.

приводит к преобладанию резорбции кости над ее синтезом
Провоцирующие факторы:
Недостаток

кальция
Гиподинамия
Курение
Снижение уровня эстрогенов

в результате чего все кости скелета становятся хрупкими и ломкими.

Постменопаузальный остеопороз -развивается у женщин в постменапаузе, заболевание связано с прекращением секреции эстрогенов, к которым остеобласты имеют рецепторы. Под влиянием эстрогенов в остеобластах угнетается специфический фактор, регулирующий активность остеокластов. В отсутствие эстрогенов ингибиция этого фактора прекращается, и он активирует остеокласты, резорбирующие кости.
Инволюционный остеопороз - механизм резорбции костей связан не только с дефицитом половых гормонов, но и с недостатком кальцитонина, со снижением абсорбции кальция в кишечнике, уменьшением образования витамина D или развитием устойчивости к его действию. Это приводит к появлению вторичного гиперпаратиреоза и повышенной резорбции костной ткани. Наиболее часто наблюдается смешанный остеопороз.
Постменопаузальный, инволюционный и смешанный остеопороз встречаются у 30—40% женщин и у 5—15% мужчин.

быть посттравматическим, а также иногда возникает как следствие генетических нарушений,

проявляющихся несовершенным остеогенезом.
Вторичный остеопороз может быть распространенным и локальным.

Общий вторичный остеопороз часто возникает при гиперпаратиреозе, гипертиреозе, болезни Иценко—Кушинга, гипогонадизме и др.

Местный вторичный остеопороз обычно связан с нарушением кровообращения в определенном регионе тела, например, с нарушением венозного оттока при иммобилизации конечности в связи с ее переломом, при длительном обездвиживании, при нарушении кровообращения при неврите, ожоге, отморожении и т.п. В результате остеопороза снижается прочность костей, что может приводить к их деформации и к возникновению патологических переломов. При резко выраженном остеопорозе происходят переломы тел позвонков, ребер, костей конечностей.
Прогноз заболевания зависит от причины, вызвавшей эту патологию костей, длительности существования и выраженности остеопороза.

с кристаллами гидроксиапатита кости и сохраняются в коже многие месяцы,

понижают активность остеокластов и резорбцию кости. Наибольший интерес представляют бисфосфонаты, не подавляющие кальцификацию костей и не вызывающие остеомаляции (алендронат).

остеопороза и аналогичных заболеваний. Связываются с кристаллами гидроксиапатита кости и

сохраняются в коже многие месяцы, понижают активность остеокластов и резорбцию кости

витамина D и характеризующееся изменением фосфорно-кальциевого обмена, нарушением минерализации органического

матрикса костной ткани и расстройством функций ряда внутренних органов. Рахит развивается у детей и обусловлен нарушением процессов минерализации кости и хрящевого матрикса их зон роста, что приводит к повреждению растущего скелета ребенка. Остеомаляция — нарушение минерализации органического матрикса костей у взрослых, главным образом у женщин. Выделяют несколько форм рахита: 1) ранний рахит у детей от 3-х месяцев до 1 года; 2) поздний рахит у детей от 3-х до 6 лет; 3) витамин^-зависимый рахит (наследственное аутосомно-рециссивное заболевание); 4) витамин^-резистентный рахит (наследственное заболевание, сцепленное с Х-хромосомой); 5) остеомаляция, или рахит взрослых.

и систем. В результате дефицита витамина D происходит недостаточное образование

в почках его активной формы — 1,25-диоксивитамина D3, что приводит к нарушению обмена кальция., снижает их концентрацию в крови с развитием гипокальцемии и гипофосфатемии. Гипокальцемия стимулирует деятельность околощитовидных желез и образование паратгормона, который способствует мобилизации из костей солей кальция и фосфора и избыточному поступлению их в кровь. Одовременно подавляется синтез С-клетками щитовидной железы тиреокальцитонина, способствующего минерализации костей. Поэтому происходит не только интенсивное вымывание из костей кальция и фосфора, но и нарушается минерализация костной ткани. В организме сохраняется общий дефицит кальция. паратиреоидный гормон угнетает реабсорбцию фосфатов в проксимальных отделах нефронов почек, что также способствует гипофосфатемии. При этом усиленное выведение почками неорганических фосфатов приводит к нарастанию метаболического ацидоза, который, в свою очередь, нарушает процессы обызвествления органического матрикса.

Возникает триада изменений:
1) нарушения в зоне роста преимущественно энхондрального окостенения (то есть превращения хряща в кость), что приводит к избыточному образованию хряща в зоне роста кости;
2) избыточное накопление остеоидной ткани со стороны хряща, эндоста и надкостницы;
3) нарушение процесса обызвествления в растущих костях, уменьшение содержания солей фосфора и кальция в костях приводит к остеопорозу и остеомаляции.

белкового синтеза в матриксе, сопровождающаяся размягчением костей. Это наиболее частая патология

костной системы, с которой нужно дифференцировать остеопороз. Морфологическим субстратом остеомаляции является повышенное количество неминерализованого остеоида, что накапливается вследствие или его ускоренного синтеза, или задержки минерализации.
Остеосклероз — процесс, противоположный остеопорозу. Он характеризуется увеличением числа костных балок на единицу объема.
Остеодисплазия — патология костной системы с нарушением ее формирования, обусловленная остановкой, замедлением или искажением остеогенеза на стадии эмбрионального или постнатального развития. Она проявляется аномалиями развития костей. Чаще всего диагностируется фиброзная дисплазия костей.
Остеоатрофия — это приобретенное (концентрическое или эксцентричное) уменьшение объема костных балок и, как следствие, истончение костей. Остеоартрофия ограничивается одной или несколькими костями, а иногда даже частью кости.
Остеолиз — полное локальное рассасывание или деструкция кости без ее замещения.

гибелью костных клеток при сохранении межклеточного вещества. Минеральный состав кости

при этом не меняется. Наиболее уязвимыми участками являются те, которые имеют постоянный объем кровоснабжения и ограниченные возможности к развитию коллатерального кровообращения. Чаще наблюдается поражение головки бедренной кости
.
Незавершенный остеогенез — наследственное заболевание с нарушением костеобразования, остеопорозом и повышенной ломкостью костей. Клеточный состав костной ткани при этом не изменяется. В основе заболевания лежит генетический дефект мезенхимальной ткани с нарушением продукции коллагена, что приводит к неполноценности хрящевой и костной тканей, зубов, связочного аппарата, оболочек (синдром «голубых склер»)

Фиброзная остеодистрофия (болезнь Педжета) — заболевание скелета диспластического характера, характеризующееся усиленной патологической перестройкой костной ткани с чередованием процессов резорбции остеокластами кости и последующим ее новообразованием. Однако этот процесс осуществляется хаотично и приводит к формированию дезорганизованной мозаичной структуры кости с участками мелкоструктурного и трабекулярного строения. В то же время отмечается усиленная васкуляризация и фиброз костного мозга.
При всех этих заболеваниях также может наблюдатся снижение костной массы — остеопороз. Но в данном случае говорят о вторичном остеопорозе, проявлении основного заболевания.

К. при злокачественных новообразованиях других локализаций (молочной железы, легкого, почки

и др.).
    Доброкачественные опухоли.
Остеома — доброкачественная опухоль из зрелой костной ткани. Отграниченное единичное образование, располагающееся в компактном или губчатом веществе . Опухоль растет медленно, годами, вызывая постепенную деформацию кости.
    Остеоидная остеома (остеоид-остеома) — доброкачественная медленно развивающаяся опухоль. Располагается в компактном или губчатом веществе, имеет 1—2 см в диаметре (гнездо опухоли). От окружающей костной ткани отграничена зоной склероза.
    Гигантоклеточная опухоль (остеобластокластома) примерно в 60—70% случаев располагается в эпифизах и эпиметафизах бедренной и большеберцовой К. Часто локализуется в дистальном отделе лучевой К. Как правило, является солитарной. Растет сравнительно медленно. В 15—20% случаев может трансформироваться в саркому.
Злокачественные опухоли
Саркома является основным видом истинных (или первичных) злокачественных опухолей костей. Саркома - это группа злокачественных новообразований. Они берут начало из мышечной, костной, жировой и фиброзной тканей, кровеносных сосудов, и некоторых других структур. Саркома может возникать в любых органах.

активности остеокластов и недостаточным компенсирующим действием остеобластов. Механическая прочность костной

ткани снижается, что приводит к деформациям костей и частым переломам. Для лечения болезни Педжета используют препараты кальцитонина и бисфосфонаты.