Štruktúra a chemické zloženie kostí. Kosť
Kostné tkanivo sa vyznačuje množstvom veľmi jedinečných vlastností, ktoré ho výrazne odlišujú od všetkých ostatných tkanív a systémov ľudského tela a umiestňujú ho na samostatné miesto. Hlavným a hlavným znakom kostného tkaniva je jeho bohatstvo minerálnych solí.
Ak vezmeme telesnú hmotnosť dospelého človeka v priemere na 70 kg, potom kostná kostra váži 7 kg a spolu s kostnou dreňou - 10 kg (svaly - „mäso“ - vážia 30 kg). Samotné kosti podľa hmotnosti tvoria 25 % vody, 30 % organickej hmoty a 45 % minerálov. Obsah vody a tým aj relatívny obsah ostatných zložiek sa mení. Množstvo vody je v embryonálnom živote pomerne veľké, v detstve klesá a s rastom a vývojom dieťaťa, dospievajúceho a zrelého človeka sa postupne znižuje, pričom v starobe dosahuje najmenší pomer k celkovej hmotnosti. S pribúdajúcim vekom kosti doslova vysychajú.
Organické zloženie kostí je tvorené prevažne z bielkovín - bielkovín, hlavne oseínu, ale do komplexnej organickej časti kostného tkaniva patria aj niektoré albumíny, mukoidy a iné látky veľmi zložitej chemickej štruktúry.
Aké minerálne zloženie kostnej hmoty nás najviac zaujíma? 85 % solí je fosforečnan vápenatý, 10,5 % uhličitan vápenatý, 1,5 % fosforečnan horečnatý a zvyšné 3 % sú sodík, draslík, chlór a niektoré prvky vzácne pre ľudský organizmus. Fosforečnan vápenatý, ktorý teda tvorí 19/20 obsahu celkovej slanej kostnej hmoty, tvorí 58 % celkovej hmotnosti kostí.
Soli kyseliny fosforečnej majú kryštalickú štruktúru a kryštály sú správne a prirodzene umiestnené v kosti. Veľmi dôkladné štúdium minerálneho skeletu kostnej hmoty, uskutočnené v 30. rokoch najmodernejšími metódami, predovšetkým prostredníctvom röntgenovej štrukturálnej analýzy, ukázalo, že anorganická ľudská kostná hmota má štruktúru fosfatit-apatit, konkrétne hydroxylapatit. Je zaujímavé, že apatit v ľudských kostiach (a zuboch) je blízky alebo dokonca podobný prírodnému minerálu apatitu v mŕtvej prírode. Túto identitu apatitu ľudského kostného a banského pôvodu naznačuje aj ich porovnávacia štúdia v polarizovanom svetle. Ľudský kostný apatit sa vyznačuje aj obsahom malého množstva chlóru alebo halogénu fluóru. Niektorí odborníci na štrukturálnu analýzu zastávajú názor, že v ľudských kostiach je apatit stále spojený s inými chemickými zlúčeninami, t.j. že kryštály anorganickej kostnej hmoty sú zmesou dvoch anorganických chemikálií, z ktorých jedna je blízka apatitu. Predpokladá sa, že najsprávnejšiu fyzikálnu a chemickú štruktúru kostného apatitu rozlúštil maďarský vedec St. Naray-Szabo. Najpravdepodobnejší vzorec pre štruktúru anorganického zloženia kosti je: ZSA 3 (PO 4) 2. CaX 2, kde X je buď Cl, F, OH, V2O, 1/2 SO 4, 1/2 CO 3 atď. Existujú aj náznaky, že apatit pozostáva z dvoch molekúl – CaF. Ca4(P04)3 alebo CaCl. Ca4 (P04) 3.
Mimoriadne zaujímavé sú údaje Reynoldsa a kol., že počas určitých patologických procesov kosti strácajú svoju normálnu chemickú apatitovú štruktúru. K tomu dochádza napríklad pri hyperparatyroidnej osteodystrofii (Recklinghausenova choroba), zatiaľ čo pri Pagetovej chorobe je štruktúra kryštálov apatitu úplne zachovaná.
Kostné tkanivo je síce vo fylogenéze veľmi staré, ale zároveň vysoko vyvinuté a mimoriadne jemne a detailne diferencované, mimoriadne zložité vo všetkých svojich životných prejavoch mezenchymálne väzivo.
Zmeny v kostiach počas rôznych patologických procesov sú nekonečne rozmanité; pre každé jednotlivé ochorenie, v každej jednotlivej kosti, v každom jednotlivom prípade má patoanatomický a patofyziologický, a teda aj röntgenový obraz, svoje vlastné charakteristiky. Celá táto obrovská rozmanitosť bolestivých javov sa však v konečnom dôsledku redukuje len na niektoré nie také početné elementárne kvalitatívne a kvantitatívne procesy.
Ochorenie, ako je známe, nie je len zvráteným aritmetickým súčtom jednotlivých normálnych javov za patologických podmienok, vznikajú špecifické kvalitatívne zmeny v celom organizme a v jednotlivých orgánoch a tkanivách, pre ktoré neexistujú normálne prototypy. Bolestne zmenená kosť tiež prechádza hlbokou kvalitatívnou metamorfózou. Periosteum, napríklad tvoriace kalus v mieste diafýzovej zlomeniny, začína vykonávať novú funkciu, ktorá preň bežne nie je charakteristická, produkuje tkanivo chrupavky. Kostný nádor je spojený s vývojom napríklad epitelových, myxomatóznych, obrovských bunkových a iných útvarov, ktoré sú histologicky pre normálnu kosť tak cudzie, ako sú preň chemicky nezvyčajné depozity cholesterolu pri xantomatóze alebo kerazín pri Gaucherovej chorobe. Kostný aparát počas rachitídy alebo Pagetovej reštrukturalizácie získava úplne nové fyzikálne, chemické, biologické a iné kvality, pre ktoré v normálnej kosti nevieme nájsť kvantitatívne kritériá na porovnanie.
Ale tieto kvalitatívne vlastnosti, špecifické pre patologické procesy v kostnej substancii, sa žiaľ nedajú priamo určiť rádiograficky, na röntgenových snímkach sa objavujú len vo forme nepriamych, sekundárnych symptómov. Sila rádiológie nespočíva v ich rozpoznaní a štúdiu. Až keď kvalitatívne zmenené tkanivo vo svojej kvantitatívnej definícii dosiahne úroveň možnej detekcie, nastupuje röntgenová metóda výskumu. Pomocou dokonalých experimentálnych štúdií Pauline Mack (Mack) dokázala, že z rôznych zložiek kostného tkaniva dochádza k absorpcii röntgenových lúčov o 95% vďaka minerálnemu zloženiu (80% lúčov je zadržaných vápnikom a 15% % fosforom) a len do 5 %. Vzhľadom na samotný charakter RTG vyšetrenia sa preto pri RTG diagnostike ochorení kostí a kĺbov dostáva do popredia hodnotenie kvantitatívnych zmien kostného tkaniva. Vzdialenosť nemôžete merať pomocou váh. Rádiológ, využívajúci svoju mimoriadne cennú, no stále jednostrannú metódu, je v súčasnosti stále nútený obmedziť sa na rozbor najmä dvoch hlavných kvantitatívnych procesov kostnej aktivity, a to tvorby kosti a jej deštrukcie.
IN kompaktný kosti: 20% - organická matrica, 70% - anorganické látky, 10% - voda. IN špongiovitý kosti: viac ako 50% - organické zložky, 33 - 40% - anorganické zlúčeniny, 10% - voda.
Anorganické zloženie kostného tkaniva . Ľudské telo obsahuje ~ 1 kg vápnika, z toho 99 % sa nachádza v kostiach a zuboch. Väčšina Ca v kostiach sa neustále obnovuje: denne kosti kostry strácajú a opäť prijímajú ~ 700 – 800 mg Ca. Anorganické zložky kostného tkaniva predstavujú:
kryštály hydroxyapatitu Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2, ktoré majú tvar doštičiek alebo tyčiniek;
amorfný fosfát Ca - Ca 3 (PO 4) 2, ktorý sa považuje za labilnú rezervu iónov Ca a P.
V ranom veku dominuje Ca 3 (PO 4) 2 a v zrelej kosti - hydroxyapatit.
Na+, Mg2+, K+, Cl- atď.
Organická kostná matrica: ~95% je kolagén typu I. Obsahuje veľa voľných ε-NH2-Lys a oxylyzínových skupín, ako aj fosfátov viazaných na Ser zvyšky. Počet proteoglykánov v zrelej hustej kosti je nízky. Medzi glykozaminoglykánmi prevažuje chondroitín-4-sulfát a obsahuje menej chondroitín-6-sulfátu, keratánsulfátu a kyseliny hyalurónovej; podieľajú sa na osifikácii. Veľa citrátu (až 90 % z celkového množstva v tele): citrát možno tvorí komplexné zlúčeniny so soľami Ca a P a tým zvyšuje ich koncentráciu v tkanive na úroveň, pri ktorej začína kryštalizácia a mineralizácia.
Počas celého života tela pokračuje neustála reštrukturalizácia kostného tkaniva. Predpokladá sa, že kostné tkanivo ľudskej kostry sa takmer úplne obnovuje každých 10 rokov. Metabolizmus kostného tkaniva, príjem, ukladanie a vylučovanie Ca a P sú regulované paratyrínom, kalcitonínom, kalcitriolom (1,25(OH) 2 -D 3) (opakovať!). Parathyrin aktivuje osteoklasty, minerálne (predovšetkým Ca) a organické zložky sa dostávajú do krvi. kalcitonín inhibuje aktivitu týchto buniek a zvyšuje sa rýchlosť tvorby kostí. Ak je nedostatok vitamín D, podieľa sa na syntéze Ca-SB, spomaľuje sa tvorba nových kostí a remodelácia (obnova) kostného tkaniva. Chronický nadbytok vitamínu D vedie k demineralizácii kostí. Vit.A: ak je nedostatok, rast kostí sa zastaví pravdepodobne v dôsledku narušenia syntézy chondroitín sulfátu; s hypervitaminózou – resorpciou kostí a zlomeninami. Vit.C je potrebný na hydroxyláciu Pro a Lys; s nedostatkom: 1) tvorí sa abnormálny kolagén, narúšajú sa mineralizačné procesy; 2) je narušená syntéza glykozaminoglykánov: obsah kyseliny hyalurónovej v kostnom tkanive sa niekoľkokrát zvyšuje a syntéza chondroitín sulfátu sa spomaľuje.
CHEMICKÉ ZLOŽENIE ZUBU.
Tvrdú časť zuba predstavuje sklovina, dentín a cement. Dutina zuba je vyplnená voľným spojivovým tkanivom – dreňom.
Smalt –
najtvrdšie tkanivo v ľudskom tele, čo je spôsobené vysokým obsahom anorganických látok (až 97%). Zdravá sklovina obsahuje 1,2 % organickej hmoty a až 3,8 % vody, ktorá môže byť voľná a viazaná (vo forme hydratačného obalu z kryštálov apatitu).
Minerálny základ kryštály apatitu pozostávajú z:
hydroxyapatit – 75 %,
uhličitan apatit – 19 %,
chlorapatit – 4,4 %,
fluorapatit – 0,66 %,
neapatitové formy – menej ako 2 %.
Všeobecný vzorec apatitov: A 10 (BO 4) X 2, kde
A – Ca, Cr, Ba, Cd, Mg;
B – P, As, Si;
X – F, OH, Cl, CO3 2-.
Kryštály rôznych zubov nie sú rovnaké; Kryštály skloviny sú ~ 10-krát väčšie ako kryštály dentínu a kostí. Zloženie apatitov sa môže líšiť. „Ideálny“ apatit je Ca 10 (P0 4) 6 (OH) 2, t.j. dekakalcium, kde pomer Ca/P = 1,67. Tento pomer sa môže meniť od 1,33 do 2,0, pretože substitučné reakcie sú možné:
Ca10(P04)6(OH)2 + Mg2+ → Ca9Mg(P04)6(OH)2 + Ca2+
Takáto zámena je nepriaznivá, pretože znižuje odolnosť skloviny. Iná substitúcia naopak vedie k vytvoreniu látky s väčšou odolnosťou voči rozpúšťaniu:
Ca 10 (P0 4) 6 (OH) 2 + F - → Ca 10 (P0 4) 6 F (OH) + OH -
hydroxyfluorapatit
Keď je však hydroxyapatit vystavený vysokým koncentráciám F, reakcia prebieha inak:
Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 + 20 F - → 10 CaF 2 + 6 PO 4 3- + 2 OH -
Vzniknutý fluorid Ca rýchlo mizne z povrchu zubov.
V kryštálovej mriežke hydroxyapatitov môžu byť voľné miesta, čo zvyšuje schopnosť kryštálov podstupovať povrchové reakcie. Napríklad, ak hydroxyapatit vápenatý má celkovo neutrálny náboj, potom hydroxyapatit vápenatý je nabitý záporne: (Ca 8 (P0 4) 6 (OH) 2) 4- a je schopný viazať protiióny.
Každý kryštál hydroxyapatitu je pokrytý hydratačným obalom (~1 nm). Prenikanie rôznych látok do kryštálu hydroxyapatitu prebieha v 3 fázach:
Stupeň 1 – iónová výmena medzi roztokom obklopujúcim kryštál a hydratačným obalom, v ktorej sa ako výsledok môžu hromadiť fosforečnany, uhličitany, citráty, Ca a Sr. Niektoré ióny (K +, Cl -) môžu ľahko vstúpiť a vystúpiť z hydratačnej vrstvy, zatiaľ čo iné ióny (Na +, F -) naopak prechádzajú do kryštálu hydroxyapatitu. Fáza 1 je veľmi rýchly proces, trvá niekoľko minút, založený na procese difúzie;
2. fáza – výmena iónov medzi hydratačným obalom a povrchom kryštálu hydroxyapatitu. Postupuje pomalšie (niekoľko hodín). Povrchovo umiestnené ióny kryštálu sa odtrhnú, dostanú sa do hydratačnej škrupiny a ich miesto zaujmú iné z hydratačnej vrstvy. Fosfát, Ca, F, uhličitan, Sr, Na prenikajú do povrchu kryštálu hydroxyapatitu;
3. fáza – zavedenie iónov z povrchu hlboko do kryštálu, t.j. intrakryštalická výmena. Ca, Sr, fosfát, F môže prenikať dovnútra kryštálu Dlho prúdi, dni - mesiace.
Kryštály hydroxyapatitu sú teda nestabilné, ich zloženie a vlastnosti sa menia v závislosti od roztoku premývajúceho kryštál. Používa sa v praktickej stomatológii.
Väčšina kryštálov hydroxyapatitu v sklovine je orientovaná a usporiadaná určitým spôsobom vo forme zložitejších útvarov - sklovinových hranolov, z ktorých každý pozostáva z tisícov a miliónov kryštálov. Smaltované hranoly sa zhromažďujú vo zväzkoch.
Organická hmota skloviny reprezentujú bielkoviny, peptidy, voľné aminokyseliny (Gly, Val, Pro, Opr), tuky, citrát, sacharidy (galaktóza, glukóza, manóza, kyselina glukurónová, fukóza, xylóza).
Proteíny zubnej skloviny sú rozdelené do 3 skupín:
I – bielkoviny rozpustné vo vode; molekulová hmotnosť – 20000, neviaže sa s minerálmi;
II – proteín viažuci vápnik (Ca-BP): molekulová hmotnosť 20 000; 1 mol Ca-SB môže viazať 8 - 10 Ca iónov a vytvárať v neutrálnom prostredí nerozpustný komplex s Ca 2+ ako di-, tri- a tetraméry s hmotnosťou 40 - 80 tis. Fosfolipidy sa podieľajú na tvorbe agregátov Ca-SB s Ca. V kyslom prostredí sa komplex rozpadá;
III – bielkoviny, ktoré sú nerozpustné v EDTA a HCl (aj v 1N roztoku). Nerozpustné bielkoviny zubnej skloviny sú zložením aminokyselín podobné kolagénu, ale nie sú s ním totožné: proteín zubnej skloviny obsahuje menej Pro a Gly ako kolagén, takmer žiadne OPR, ale veľa sacharidov s ním spojených.
Úloha bielkovín: 1) obklopujúce apatity, proteín bráni kyseline v kontakte s nimi alebo zmierňuje jej účinok, t.j. oneskorenie demineralizácie tejto vrstvy;
2) sú matricou pre mineralizáciu a remineralizáciu (v mechanizme biologickej kalcifikácie).
Navrhnuté funkčný molekulárny model štruktúry skloviny, podľa ktorého molekuly Ca-SB navzájom spojené vápnikovými mostíkmi tvoria trojrozmernú sieť; Ca môže byť voľný alebo môže byť súčasťou hydroxyapatitovej štruktúry. Táto sieťka je prichytená cez Ca ku kostre (kostra, mäkká kostra skloviny), ktorú tvorí nerozpustný proteín. Funkčné skupiny Ca-SB, schopné viazať Ca, a to je fosfát v zložení buď fosfoserínu alebo fosfolipidov spojených s proteínom; Skupiny COOH Glu, Asp a aminocitrátu slúžia ako nukleačné centrá (body) počas kryštalizácie. Proteíny teda poskytujú orientáciu počas kryštalizácie, presné usporiadanie, rovnomernosť a konzistenciu tvorby skloviny. Stupeň mineralizácie závisí od slinenia, prekrvenia, presýtenia Ca 2+ a fosfátom, pH prostredia a pod.
Dentín
tvorí väčšinu zuba. (Korunková časť zuba je pokrytá sklovinou, koreňová časť je pokrytá cementom). Zloženie: až 72% - anorganické látky (hlavne fosforečnan, uhličitan, fluorid vápenatý), ~ 28% - organické látky (kolagén) a voda. Z hlavnej látky a ňou prechádzajúcich rúrok je vybudovaný dentín, v ktorom sú výbežky odontoblastov a zakončenia nervových vlákien prenikajúcich z drene. Hlavná látka obsahuje kolagénové vlákna zhromaždené vo zväzkoch a lepiacu látku, ktorá obsahuje veľké množstvo minerálnych solí. Proces tvorby dentínu prebieha počas celého obdobia fungovania zubov v prítomnosti životaschopnej drene. Dentín vytvorený po erupcii zuba sa nazýva sekundárny. Vyznačuje sa nižším stupňom mineralizácie a vysokým obsahom kolagénových fibríl. Dentínová tekutina môže cirkulovať cez dentínové tubuly a poskytovať živiny. Intertubulárna látka je reprezentovaná kryštálmi hydroxyapatitu a má vysokú hustotu a tvrdosť. Cytoplazma odontoblastov obsahuje veľa fibríl, voľných ribozómov a lipidových granúl.
Medzibunková organická matrica kompaktnej kosti tvorí asi 20%, anorganické látky - 70% a voda - 10%. V hubovitej kosti prevládajú organické zložky, ktoré tvoria viac ako 50 % anorganické zlúčeniny tvoria 33 – 40 %. Množstvo vody je približne rovnaké ako v kompaktnej kosti.
Matrica organického kostného tkaniva. Približne 95 % organickej matrice tvorí kolagén typu I. Tento typ kolagénu sa nachádza aj v šľachách a koži, ale kolagén v kostnom tkanive má niektoré špeciálne vlastnosti. Obsahuje o niečo viac hydroxyprolínu, ako aj voľné aminoskupiny lyzínových a oxylyzínových zvyškov. To určuje prítomnosť väčšieho počtu priečnych väzieb v kolagénových vláknach a ich väčšiu pevnosť. V porovnaní s kolagénom z iných tkanív sa kostný kolagén vyznačuje zvýšeným obsahom fosfátu, ktorý je spojený najmä so zvyškami serínu.
Proteíny nekolagénneho charakteru predstavujú glykoproteíny, bielkovinové zložky proteoglykánov. Podieľajú sa na raste a vývoji kostí, na procese mineralizácie a na metabolizme voda-soľ. Albumíny sa podieľajú na transporte hormónov a iných látok z krvi.
Prevládajúcim proteínom nekolagénneho charakteru je osteokalcín. Je prítomný iba v kostiach a zuboch. Ide o malý proteín (49 aminokyselinových zvyškov), ktorý sa tiež nazýva proteín kostného glutamínu alebo proteín gla. V molekule osteokalcínu sa nachádzajú tri zvyšky
kyselina y-karboxyglutámová. Vďaka týmto zvyškom je schopný viazať vápnik. Vitamín K je potrebný na syntézu osteokalcínu (obr. 34).
Ryža. 34. Posttranslačná modifikácia osteokalcínu
Organická matrica kostného tkaniva zahŕňa glykozaminoglykány, ktorých hlavným predstaviteľom je chondroitín-4-sulfát. Chondroitín 6-sulfát, keratánsulfát a kyselina hyalurónová sú obsiahnuté v malom množstve. Osifikácia je sprevádzaná zmenou glykozaminoglykánov: sulfátované zlúčeniny ustupujú nesulfátovaným. Glykozaminoglykány sa podieľajú na väzbe kolagénu na vápnik, regulácii metabolizmu vody a soli.
Citrát je nevyhnutný pre mineralizáciu kostí. Vytvára komplexné zlúčeniny so soľami vápnika a fosforu, čo umožňuje zvýšiť ich koncentráciu v tkanive na úroveň, pri ktorej môže začať kryštalizácia a mineralizácia. Bude sa podieľať aj na regulácii hladín vápnika v krvi. Okrem citrátu sa v kostnom tkanive našli sukcinát, fumarát, malát, laktát a ďalšie organické kyseliny.
Kostná matrica obsahuje malé množstvo lipidov. Lipidy hrajú podstatnú úlohu pri tvorbe kryštalizačných jadier počas mineralizácie kostí.
Osteoblasty sú bohaté na RNA. Vysoký obsah RNA v kostných bunkách odráža ich aktivitu a konštantnú biosyntetickú funkciu.
Anorganické zloženie kostného tkaniva.
V ranom veku prevláda v kostnom tkanive amorfný fosforečnan vápenatý Ca 3 (PO 4) 2. V zrelej kosti sa stáva dominantným kryštalický hydroxyapatit Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 (obr. 35). Jeho kryštály majú tvar dosiek alebo tyčí. Typicky sa amorfný fosforečnan vápenatý považuje za labilnú rezervu Ca2+ a fosforečnanových iónov.
Zloženie minerálnej fázy kosti zahŕňa ióny sodíka, horčíka, draslíka, chlóru atď. V kryštálovej mriežke hydroxyapatitu môžu byť ióny Ca 2+ nahradené inými dvojmocnými katiónmi, zatiaľ čo iné anióny ako fosfát a hydroxyl sú buď adsorbované na povrchu kryštálov alebo rozpustené v hydratačnom obale kryštálovej mriežky.
Ryža. 35. Štruktúra kryštálu hydroxyapatitu
Metabolizmus kostí charakterizované dvoma protichodnými procesmi: tvorbou nového kostného tkaniva osteoblastmi a resorpciou (degradáciou) starého kostného tkaniva osteoklastmi. Normálne je množstvo novovytvoreného tkaniva ekvivalentné množstvu zničeného. Kostné tkanivo ľudskej kostry je takmer úplne prestavané do 10 rokov.
Tvorba kostí
Zapnuté 1. fáza osteoblasty najskôr syntetizujú proteoglykány a glykozaminoglykány, ktoré tvoria matricu, a potom produkujú kostné kolagénové fibrily, ktoré sú distribuované v matrici. Kostný kolagén je matricou pre proces mineralizácie. Nevyhnutnou podmienkou procesu mineralizácie je presýtenie prostredia iónmi vápnika a fosforu. Tvorbu kostných minerálnych kryštálov spúšťa
Proteíny viažuce Ca na kolagénovej matrici. Osteokalcín je pevne viazaný na hydroxyapatit a podieľa sa na regulácii rastu kryštálov väzbou Ca2+ v kosti. Štúdie elektrónovej mikroskopie ukázali, že tvorba minerálnej kryštálovej mriežky začína v zónach umiestnených v pravidelných priestoroch medzi kolagénovými vláknami. Výsledné kryštály v kolagénovej zóne sa potom stávajú mineralizačnými jadrami, kde sa v priestore medzi kolagénovými vláknami ukladá hydroxyapatit.
Zapnuté 2. fáza v mineralizačnej zóne dochádza k degradácii proteoglykánov za účasti lyzozomálnych proteináz; Oxidačné procesy sa zintenzívňujú, glykogén sa rozkladá a syntetizuje sa potrebné množstvo ATP. Okrem toho sa v osteoblastoch zvyšuje množstvo citrátu potrebného na syntézu amorfného fosforečnanu vápenatého.
Keď kostné tkanivo mineralizuje, kryštály hydroxyapatitu vytláčajú nielen proteoglykány, ale aj vodu. Hustá, plne mineralizovaná kosť je prakticky dehydrovaná.
Na mineralizácii sa podieľa enzým alkalická fosfatáza. Jedným z mechanizmov jeho pôsobenia je lokálne zvýšenie koncentrácie fosforových iónov do bodu nasýtenia, po ktorom nasledujú procesy fixácie vápenato-fosforových solí na organickú matricu kosti. Pri obnove kostného tkaniva po zlomeninách sa obsah alkalickej fosfatázy v kaluse prudko zvyšuje. Pri poruche tvorby kostí sa pozoruje zníženie obsahu a aktivity alkalickej fosfatázy v kostiach, plazme a iných tkanivách.
Inhibítorom kalcifikácie je anorganický pyrofosfát. Množstvo vedcov sa domnieva, že proces mineralizácie kolagénu v koži, šľachách a cievnych stenách je brzdený neustálou prítomnosťou proteoglykánov v týchto tkanivách.
Procesy modelácie a remodelácie zabezpečujú neustálu obnovu kostí, ako aj úpravu ich tvaru a štruktúry. K modelácii (tvorbe novej kosti) dochádza najmä v detskom veku. Prestavba je dominantný proces v dospelej kostre; v tomto prípade sa nahradí iba samostatný úsek starej kosti. Za fyziologických a patologických podmienok teda dochádza nielen k tvorbe, ale aj k resorpcii kostného tkaniva.
Kostný katabolizmus
Takmer súčasne prebieha „resorpcia“ minerálnych aj organických štruktúr kostného tkaniva. Pri osteolýze sa zvyšuje produkcia organických kyselín, čo vedie k posunu pH na kyslú stranu. To pomáha rozpúšťať minerálne soli a odstraňovať ich.
K resorpcii organickej matrice dochádza pôsobením lyzozomálnych kyslých hydroláz, ktorých spektrum v kostnom tkanive je dosť široké. Podieľajú sa na intracelulárnom trávení fragmentov resorbovateľných štruktúr.
Pri všetkých ochoreniach skeletu dochádza k poruchám procesov prestavby kostí, ktoré sú sprevádzané odchýlkami v hladine biochemických markerov.
Existujú bežné markery novotvorby kostí ako je alkalická fosfatáza špecifická pre kosti, plazmatický osteokalcín, prokolagén I, plazmatické peptidy. Na biochemické markery kostnej resorpcie zahŕňajú vápnik v moči a hydroxyprolín, pyridinolín a deoxypyridinolín v moči, čo sú deriváty priečnych kolagénových vlákien špecifických pre chrupavku a kosť.
Faktory hormóny, enzýmy a vitamíny, ktoré ovplyvňujú metabolizmus kostí.
Minerálne zložky kostného tkaniva sú prakticky v stave chemickej rovnováhy s vápenatými a fosfátovými iónmi v krvnom sére. Parathormón a kalcitonín hrajú dôležitú úlohu v regulácii príjmu, ukladania a uvoľňovania vápnika a fosfátu.
Pôsobenie parathormónu vedie k zvýšeniu počtu osteoklastov a ich metabolickej aktivity. Osteoklasty prispievajú k zrýchlenému rozpúšťaniu minerálnych zlúčenín obsiahnutých v kostiach. Dochádza teda k aktivácii bunkových systémov zapojených do kostnej resorpcie.
Parathormón tiež zvyšuje reabsorpciu Ca 2+ iónov v obličkových tubuloch. Čistým účinkom je zvýšenie hladín vápnika v sére.
Účinkom kalcitonínu je zníženie koncentrácie iónov Ca 2+ v dôsledku jeho ukladania v kostnom tkanive. Aktivuje enzýmový systém osteoblastov, zvyšuje mineralizáciu kostí a znižuje počet osteoklastov v oblasti pôsobenia, t.j. inhibuje proces kostnej resorpcie. To všetko zvyšuje rýchlosť tvorby kostí.
Vitamín D sa podieľa na biosyntéze bielkovín viažucich Ca2+, stimuluje vstrebávanie draslíka v čreve, zvyšuje spätné vstrebávanie vápnika, fosforu, sodíka, citrátu a aminokyselín v obličkách. Pri nedostatku vitamínu D sú tieto procesy narušené. Dlhodobé užívanie nadmerného množstva vitamínu D vedie k demineralizácii kostí a zvýšeniu koncentrácie vápnika v krvi.
Kortikosteroidy zvyšujú syntézu a sekréciu parathormónu a zvyšujú demineralizáciu kostí; pohlavné hormóny urýchľujú dozrievanie a skracujú obdobie rastu kostí; tyroxín podporuje rast a diferenciáciu tkanív.
Účinok vitamínu C na metabolizmus kostného tkaniva je primárne spôsobený jeho vplyvom na proces biosyntézy kolagénu. Kyselina askorbová je kofaktorom prolyl a lyzylhydroxyláz a je nevyhnutná pre hydroxylačnú reakciu prolínu a lyzínu. Nedostatok vitamínu C vedie aj k zmenám v syntéze glykozaminoglykánov: obsah kyseliny hyalurónovej v kostnom tkanive sa niekoľkonásobne zvyšuje, zatiaľ čo biosyntéza chondroitín sulfátov sa spomaľuje.
Pri nedostatku vitamínu A dochádza k zmenám tvaru kostí, poruche mineralizácie, spomaleniu rastu. Predpokladá sa, že táto skutočnosť je spôsobená porušením syntézy chondroitín sulfátu. Vysoké dávky vitamínu A vedú k nadmernej resorpcii kostí.
Pri nedostatku vitamínov B sa spomaľuje rast kostí, čo súvisí s poruchou metabolizmu bielkovín a energie.
Vlastnosti zubného tkaniva
Hlavná časť zuba je dentín. Časť zuba, ktorá vyčnieva z ďasna, korunka, je pokrytá smalt, a koreň zuba je pokrytý zubný cement. Cement, dentín a sklovina sú postavené ako kostné tkanivo. Proteínová matrica týchto tkanív pozostáva hlavne z kolagénov a proteoglykánov. Obsah organických zložiek v cemente je asi 13%, v dentíne - 20%, v sklovine - iba 1-2%. Vysoký obsah minerálnych látok (sklovina - 95%, dentín - 70%, cement - 50%) určuje vysokú tvrdosť zubného tkaniva. Najdôležitejšou minerálnou zložkou je hydroxyapatit [Ca 3 PO 4) 2 ] 3 Ca(OH) 2 . Obsahuje aj uhličitan apatit, chlorapatit a stroncium apatit.
Sklovina pokrývajúca zub je polopriepustná. Podieľa sa na výmene iónov a molekúl so slinami. Priepustnosť skloviny je ovplyvnená pH slín, ako aj množstvom chemických faktorov.
V kyslom prostredí je zubné tkanivo napadnuté a stráca svoju tvrdosť. Taká bežná choroba ako kazu, spôsobujú mikroorganizmy žijúce na povrchu zubov a uvoľňujúce organické kyseliny ako produkt anaeróbnej glykolýzy, ktoré zmývajú ióny Ca 2+ zo skloviny.
Kontrolné otázky
1. Vymenujte hlavné organické zložky kostného tkaniva.
2. Aké anorganické zlúčeniny tvoria kostné tkanivo?
3. Aký je rozdiel medzi biochemickými procesmi vyskytujúcimi sa v osteoklastoch a osteoblastoch?
4. Popíšte proces tvorby kosti.
5. Aké faktory ovplyvňujú tvorbu kostného tkaniva a jeho metabolizmus?
6. Aké látky môžu byť biochemickými markermi procesov prebiehajúcich v kostnom tkanive?
7. Aké sú znaky biochemického zloženia zubného tkaniva?
Literatúra
1. Berezov, T.T. Biologická chémia. / T.T. Berezov, B.F. Korovkin. - M.: OJSC „Vydavateľstvo „Medicína“, 2007. - 704 s.
2. Biochémia. / Ed. E.S. Severina. - M.: GEOTAR-Media, 2014. -
768 str.
3. Biologická chémia s cvičeniami a problémami. / Ed. E.S. Severina. - M.: GEOTAR-Media, 2013. - 624 s.
4. Zubairov, D.M. Sprievodca laboratórnymi cvičeniami z biologickej chémie. / D.M. Zubairov, V.N. Timerbaev, V.S. Davydov. - M.: GEOTAR-Media, 2005. - 392 s.
5. Shvedova, V.N. Biochémia. /V.N. Švedova. – M.: Yurayt, 2014. – 640 s.
6. Nikolaev, A.Ya. Biologická chémia. / A JA. Nikolajev. - M.: Lekárska informačná agentúra, 2004. - 566 s.
7. Kushmanová, O.B. Sprievodca laboratórnymi cvičeniami z biologickej chémie. / O. Kushmanová, G.I. Ivčenko. - M. - 1983.
8. Leninger, A. Základy biochémie / A. Leninger. - M., „Svet“. - 1985.
9. Murray, R. Biochémia človeka. / R. Murray, D. Grenner, P. Mayes, V. Rodwell. - T. 1. - M.: Mir, 1993. - 384 s.
10. Murray, R. Ľudská biochémia. / R. Murray, D. Grenner, P. Mayes, V. Rodwell. - T. 2. - M.: Mir, 1993. - 415 s.
Vestn. Ohm. un-ta. 2015. Číslo 4. S. 39-44.
MDT 54.062, 543.544.5.068.7
S.A. Gerk, O.A. Golovanov
Uskutočnila sa porovnávacia štúdia mikroprvkového a makroprvkového zloženia ľudského kostného tkaniva v „normálnych“ podmienkach s obsahom prvkov vo vzorkách kostí poškodených koxartrózou, ako aj vo fyziogénnych (dentín a zubná sklovina) a patogénnych (slinné tkanivá). , zubné a obličkové kamene) biominerály. Ukázalo sa, že „normálne“ kostné tkanivo v minerálnom zložení je najbližšie k dentínu a zubnému kameňu. Zistilo sa, že v ľudskom kostnom tkanive s koxartrózou sa mení hodnota atómového pomeru Ca/P a obsah prvkov: meď, cín, železo, mangán, stroncium a chróm (v niektorých prípadoch). Bola zistená súvislosť medzi sériou koncentrácií mikroelementov Zn > Sr > Fe postihnutého kostného tkaniva so sériou pre zubné a obličkové kamene.
Kľúčové slová: elementárne zloženie, fyziogénna a patogénna mineralizácia, kosti, koxartróza, spektroskopia. * 2
Úvod
Kostné tkanivo je vysoko špecializovaný fyziogénny biominerál a je to biochemický systém s viaczložkovým zložením a komplexnou štruktúrou. Vďaka tejto štruktúrnej organizácii zabezpečuje tento organo-minerálny agregát (ďalej len OMA) normálny priebeh metabolizmu (metabolizmu) v ľudskom tele ako celku. Kostné tkanivo, ktoré je v neustálom kontakte s biologickými tekutinami, je zároveň miestom ukladania makro- a mikroprvkov. Je známe, že prvky sa v tele nesyntetizujú, ale sú zásobované potravou, vodou, vzduchom a zohrávajú dôležitú úlohu pri prestavbe kostí. Ak teda zhrnieme literárne údaje o úlohe a miere participácie mikroprvkov na tvorbe kosti, možno ich rozdeliť do piatich skupín: 1) aktivátory kostnej mineralizácie - Cu, Mn, F, Si, V;
2) inhibítory mineralizácie kostí - Sr, Cd, Be, Fe; 3) aktivátory kostnej resorpcie - Mg, Zn, Ba; 4) prvky zapojené do syntézy organických látok - Zn, Be, Cu, Mn, Si; 5) aktivátory kostných buniek a enzýmov - Mg, Zn, Be a ich inhibítory - Mo. Zmeny v obsahu prvkov v kostnom tkanive (nadbytok alebo nedostatok), predovšetkým vápnika a fosforu, vedú k narušeniu metabolických procesov a sú príčinou rôznych osteoartikulárnych ochorení, zubných patológií a patogénnej tvorby minerálov - tvorby slín, zubov, obličiek. a iné kamene. Napriek značnému počtu prác, ktoré opisujú úlohu makro- a mikroprvkov vo fyziologických procesoch, však údaje o elementárnom zložení kostného tkaniva, a to aj v podmienkach vývoja patológie, zostávajú stále kontroverzné.
Závažnosť tohto problému narastá aj v dôsledku pokračujúcej komplexnej environmentálnej situácie prírodných objektov (zdrojov prvkov vstupujúcich do ľudského tela) priemyselných miest-metropolí, a to: nadmerné emisie priemyselných odpadov do atmosféry, zvýšená exploatácia pôd, iracionálne využívanie prírodných zdrojov a znečisťovanie vodných zdrojov. Voda mnohých riek v Rusku sa tak dnes stala prakticky nevhodnou na pitie pre obsah organických látok syntetického pôvodu (tenzidy, PAU, dioxíny), ropy, ropných produktov a solí ťažkých kovov prekračujúci maximálne prípustné koncentrácie.
Cieľ práce: študovať vlastnosti elementárneho zloženia ľudského kostného tkaniva v „normálnych“ podmienkach v porovnaní s patogénnou OMA a pri kostných ochoreniach (na príklade koxartrózy).
* Práce sa uskutočnili s čiastočnou finančnou podporou Prezidentskej grantovej rady Ruská federácia, projekt č. SP-933.2015.4, Ruská nadácia pre základný výskum (č. grantu 15-29-04839 ofi_m).
© S.A. Gerk, O.A. Golovanova, 2015
S.A. Gerk, O.A. Golovanov
Predmety a metódy výskumu
Práca je pokračovaním štúdie kolekcie stehenných hláv mužov a žien v regióne Omsk vo veku 30 až 79 rokov, odstránených v dôsledku koxartrózy. Ako kontrolné vzorky kostného tkaniva boli použité neovplyvnené vzorky, ktoré boli extrahované v súlade s Nariadením Ministerstva zdravotníctva ZSSR z 21. júla 1978 č. skúšobný úrad a ďalšie predpisy o súdnolekárskom vyšetrení" (odsek 2.24), federálne zákony z 12. januára 1996 č. 8-FZ "O pohrebníctve a pohrebníctve" (odsek 3) a z 31. mája 2001 č. 73-FZ " O štátnej súdno-expertnej činnosti v Ruskej federácii“ (odseky 14, 16). Na štúdium dynamiky ochorenia boli získané tri horizontálne rezy z hláv stehennej kosti: horná, stredná a dolná (poradie striedania je uvedené v smere hyalínovej chrupavky - stehennej kosti), ktoré boli ďalej analyzované vo forme suchého prášku vzorky. Priemerné zloženie rôznych postihnutých platní sa porovnávalo medzi sebou a s kontrolnými vzorkami.
použitím sily nasledujúcich metód spektrálnej analýzy: vápenaté ióny - metóda atómovej absorpčnej spektroskopie (AAS) na spektrometri AAS 1N podľa GOST 26570-95; celkový fosfor - spektrofotometrická metóda na automatizovanej linke Contiflo (GOST 26657-97); zvyšné prvky sa stanovili hmotnostnou spektroskopiou s indukčne viazanou plazmou (ICP-MS) na spektrofotometri ELAN 9000. Koncentrácie iónov prvkov sa vypočítali z kalibračných kriviek s použitím štandardných roztokov. Detekčné limity prvkov metódou spektrofotomie a AAS boli 10-6 hm. %, pre ICP-MS - 10-9-10-13 hmotn. %.
Štatistické spracovanie získaných údajov bolo realizované pomocou Studentovej metódy pre hladinu spoľahlivosti P = 0,95, na základe predpokladu ich normálneho rozdelenia (Softvérový balík Statistic Soft 2006).
Výsledky a ich diskusia
Analýza literárnych zdrojov ukázala, že údaje o kvantitatívnom obsahu prvkov v kostnom tkanive sú dosť protichodné, čo je spôsobené špecifickým zložením rôznych kostí, ich typom (tabuľka 1), vekovými charakteristikami človeka (tabuľka 2), životným prostredím. podmienky (klíma, antropogénny vplyv), charakter výživy atď.
stôl 1
Študovaná kosť Mn Al Cu Ti V
Fibula 0,173 ± 0,030 0,113 ± 0,017 0,086 ± 0,030 0,062 ± 0,006 0,006 ± 0,004
Tibiálna 0,184 ± 0,024 0,106 ± 0,024 0,084 ± 0,022 0,063 ± 0,006 0,006 ± 0,0007
Femorálna 0,220 ± 0,048 0,117 ± 0,034 0,040 ± 0,012 0,078 ± 0,010 0,006 ± 0,001
Priemer 0,192 ± 0,031 0,112 ± 0,016 0,070 ± 0,020 0,068 ± 0,008 0,006 ± 0,001
tabuľka 2
Mikroelementy Vek kostného tkaniva
embryá od 16-17 do 21 týždňov od jedného dňa do 19 rokov od 20 do 40 rokov od 50 do 83 rokov
Fe 215,8 146,2 132,8 119,3
Si 23,8 25,3 22,4 16,4
Al 5,96 6,45 7,42 8,09
Pb 4,48 3,03 7,09 1,04
Cu 2,86 1,64 1,42 1,24
Sr 1,27 2,73 1,48 6,78
Ti 1,01 1,13 1,02 1,25
Mn 0,99 1,08 1,17 1,24
Porovnávacia štúdia literárnych a experimentálnych údajov umožnila zistiť, že hlavnými makroelementmi kostí, ktorých obsah je viac ako 10-3% telesnej hmotnosti, sú vápnik, fosfor, sodík, draslík, horčík; prvky s hmotnostným zložením od 10-3 do 10-6% zahŕňajú zinok, mangán, meď, nikel a iné (tabuľky 3 a 4). Je vidieť, že fyziogénna OMA (kosti, zuby) sa výrazne líši zložením makroprvkov od patogénnych kameňov fosfátového typu, ktoré sa najčastejšie nachádzajú v
ľudské telo (zubné, slinné a obličkové kamene). Rozsah variácií prvkov v kostnom a zubnom tkanive je užší, zrejme v dôsledku prirodzeného charakteru tvorby fyziogénnych biominerálov a menšieho vplyvu endogénnych faktorov na tento proces. Bežne možno konštatovať, že kostné tkanivo je minerálnym zložením (Ca, P, Na, K, Mg) najbližšie k fyziologickému OMA - dentínu a k patogénnym biominerálom - zubnému kameňu, čo môže naznačovať podobnosť zloženia minerálnych- formujúce prostredia a/alebo mechanizmy ich formovania .
Elementárne zloženie ľudského kostného tkaniva za normálnych a patologických stavov
Tabuľka 3
Makroprvkové zloženie fyziogénneho (kostné tkanivo, zubná sklovina a dentín) a patogénneho (zubné, slinné, obličkové kamene) fosfátového typu OMA, hm. %
Komponent Kostné tkanivo Sklovina Dentín Zubný kameň 9; 25] Slinné kamene Obličkové kamene g
„normálne“ pre koxartrózu
Ca/P 1,37 1,77 - 0,89 ± 0,04 1,81 ± 0,01 1,63 1,6-1,69 1,61 1,64-1,65 1,49-2, 04 1,49-1,79 - 1,67
Na 0,70 0,90 0,50 0,44 ± 0,02 0,46 ± 0,14 0,50-0,90 0,25-0,90 0,60 0,7 0,37-0, 88 0,28-0,95 0,1-2,2
Mg 0,55 0,72 0,30 0,19 ± 0,007 0,22 ± 0,01 0,07-0,44 0,25-0,56 1,23 0,8-1,0 0,32- 0,50 0,20-5-4,24
K 0,03 0,03 0,20 0,058 ± 0,013 0,028 ± 0,013 0,001-0,008 0,05-0,30 0,05 0,02-0,04 0,11-0,13 0,21-04
Poznámka: „-“ - údaje nie sú k dispozícii.
Tabuľka 4
Elementárne zloženie fyziologického (kostné tkanivo, sklovina, zubný dentín) a patogénneho (zubné, slinné, obličkové kamene) fosfátu typu OMA, -10-4 hm. %
Element Kostné tkanivo Sklovina Dentín Zubné kamene Slinné kamene Obličkové kamene
1; . Snáď dominantnou náhradou iónov v štruktúre kostného apatitu je v tomto prípade aniónová náhrada fosfátového tetraédra, čo je jednou z príčin poklesu kryštalizácie hydroxyapatitu v kostnom tkanive.
Podobne ako v prípade makroelementového zloženia sa obsah mikroelementov v kostnom tkanive výrazne líši od patogénnej OMA (tab. 4). Zloženie patogénnych biominerálov zahŕňa najväčší počet mikroelementov, čo opäť potvrdzuje
čaká na spontánny a fyziologicky nekontrolovaný mechanizmus ich vzniku. Všetky prvky v patogénnych kameňoch sú obsiahnuté v menšom množstve ako v kostiach. Na rozdiel od iných fyziogénnych minerálov je kostné tkanivo na druhom mieste za sklovinou z hľadiska obsahu Pb, Si, Zn, Sr a Ag. Zároveň obsahuje viac medi (13-krát) a bária (5-krát). V porovnaní s dentínom je tento biominerál najbohatší takmer na všetky mikroelementy, s výnimkou zinku a striebra.
Rebríček rad mikroprvkov, ktorých obsah je 0,0050,2 hm. %, podľa nárastu ich koncentrácií vyzerajú nasledovne (tab. 4): pre kostné tkanivo - Fe > > Cu > Ba > Pb > Si > Zn > Sr > Ni > Al > Mn; zubný kameň - Zn > Sr > Fe > Ti > Cr; pre slinné kamene - Ti > V > Cr > Fe > I; na obličkové kamene - Sr > Zn > Fe. Je možné vidieť, že v porovnaní s kostným tkanivom je v patogénnych biomineráloch počet prvkov v sérii, ktorých obsah v OMA je aspoň 0,005 hm. %, klesá 2-krát (pri slinných a zubných kameňoch) a 3-krát (pri obličkových kameňoch). Zvyšné prvky v patogénnych agregátoch sú prítomné v menšom množstve ako v kostiach. Železo je prítomné vo všetkých radoch obličkových a zubných útvarov tiež obsahuje veľké množstvo Sr a Zn a nové prvky Cr a Ti sa objavujú v slinných a obličkových útvaroch. Uvedené údaje poukazujú na rôznu mieru účasti prvkov na patogénnej a fyziogénnej mineralizácii. Primárnu úlohu pri mineralizácii rôznych typov má železo, stroncium a zinok. Mikroelementy ako Cr a Ti sa podieľajú na patogénnej OMA.
Nami študované femorálne hlavice na rozdiel od literárnych údajov obsahujú mikroelementy v malom množstve (tabuľka 4). Teda koncentračný rad prvkov, ktorých obsah presahuje 0,005 hm. %, pozostávajú z dvoch a troch prvkov: „normálne“ - Zn > Sr a pri koxartróze - Zn > Sr > Fe. Táto sekvencia prvkov v prípade poškodenia kostného tkaniva koreluje s radom pre zubné a obličkové kamene, čo môže naznačovať patologický priebeh procesu mineralizácie kostného tkaniva pri koxartróze.
Zistilo sa, že v postihnutých horných častiach kostného tkaniva osôb prvej a druhej vekovej skupiny (30-49 a 50-59 rokov) v porovnaní s kontrolnými vzorkami bol obsah iónov medi zvýšený 3-krát, cínu 4-krát, železo 11-krát, mangán 17-krát a chróm (vo viacerých vzorkách) 18-krát (obr. 2). Na rozdiel od „normy“ je možné v poškodených vzorkách zaznamenať aj mierny pokles počtu iónov stroncia.
Elementárne zloženie ľudského kostného tkaniva za normálnych a patologických stavov
V dôsledku toho získané výsledky naznačujú narušenie procesov remodelácie kostí pri koxartróze. Na jednej strane sa zvyšuje obsah prvkov, ktoré majú aktivačný účinok na mineralizáciu kostí (Cu a Mn), na druhej strane sa mení množstvo mikroprvkov, ktoré urýchľujú rýchlosť kostnej resorpcie (Fe a Sn). Na deštruktívny (degeneratívny) charakter metabolizmu pri tomto ochorení poukazujú aj zvýšené koncentrácie toxického prvku chrómu v rade vzoriek. Úloha cínu v metabolizme kostí sa v súčasnosti neskúma.
Vo vzorkách kostného tkaniva od osôb tretej a štvrtej kategórie (60-69 a 70-79 rokov) nebolo možné stanoviť určité vzorce zmien v obsahu mikroelementov počas patológie, ktoré môžu súvisieť so starnutím procesy kostného tkaniva a prítomnosť sprievodných ochorení v tomto vekovom intervale.
V práci sa teda zistilo, že pri ochoreniach spôsobených narušeným metabolizmom Ca/P, ako je koxartróza, sa v ľudskom kostnom tkanive mení obsah nasledujúcich prvkov: meď, cín, železo, mangán, stroncium a chróm (v niektorých prípadoch). Pri tomto poškodení bol zistený nárast hodnoty koeficientu Ca/P, najmä v dôsledku poklesu obsahu celkového fosforu.
Zloženie kostného tkaniva na rozdiel od patogénnej OMA zahŕňa menšie množstvo mikroelementov, ktorých obsah závisí od stupňa mineralizácie kostného tkaniva.
čas. Medzi koncentračnými sériami mikroprvkov Zn > Sr > Fe postihnutého kostného tkaniva so sériou pre zubné a obličkové kamene bola zistená súvislosť, čo môže naznačovať patologický priebeh mineralizácie kostí.
Ukázalo sa, že za fyziologických „normálnych“ podmienok má kostné tkanivo v minerálnom zložení najbližšie k fyziogénnemu OMA - dentínu a k patogénnym biominerálom - zubnému kameňu.
Získané údaje možno použiť na štúdium procesov mineralizácie kostí v modelových podmienkach s cieľom vyvinúť účinné terapeutické a preventívne metódy na obnovu kostného tkaniva pri osteoartikulárnych ochoreniach.
LITERATÚRA
Avitsyn A. P., Zhavoronkov A. A., Rish M. A., Strochkova L. S. Ľudské mikroelementy. M., 1991. 496 s.
Zatsepin S.T. Kostná patológia dospelých. M., 2001. 640 s.
Luneva S.N. Biochemické zmeny v tkanivách kĺbov pri degeneratívnych ochoreniach a metódy biologickej korekcie: dis. ...Dr.Biol. Sci. Ťumen, 2003. 297 s.
Erokhin A. N., Isakov B. D., Nakoskin A. N. Vlastnosti zloženia mikroelementov kostného tkaniva počas transoseálnej distrakčnej osteosyntézy pomocou Ilizarovovej metódy v podmienkach vysokej nadmorskej výšky (experimentálna štúdia) // Saratov Journal of Medical Scientific Research.
2014. Číslo 10 (1). s. 119-123.
Novikov M.I. Dynamika akumulácie biogénnych makro- a mikroelementov v kostnom tkanive psov v postnatálnej ontogenéze a v podmienkach transoseálnej distrakčnej osteosyntézy: dis. ...sladkosti. biol. Sci. N. Novgorod, 2008. 137 s.
Lemesheva S.A. Chemické zloženie, vlastnosti kostného apatitu a jeho analógov: dis. ...sladkosti. chem. Sci. M., 2010. 177 s.
Prokhonchukov A. A., Zhizhina N. A., Tigranyan R. A. Homeostáza kostného tkaniva za normálnych podmienok a za extrémnych podmienok. M., 1984. 200 s.
Golovanova O. A., Borbat V. F. Obličkové kamene. M., 2005. 171 s.
Golovanová O. A. Biomineralógia močových, žlčníkových, zubných a slinných kameňov z ľudského tela: dis. ... Dr. Geol.-Minerál. Sci. Tomsk, 2009. 240 s.
Aleksandrova T.V., Nakhaeva V.I. Genotoxická analýza vzoriek vody z prírodného zdroja pitnej vody z rieky Om na génové a chromozomálne mutácie // Moderné problémy vedy a vzdelávania. 2014. Číslo 6. URL: http://www.science-education.ru/120-15369.
GOST 26570-95. Krmivo, kŕmne zmesi, kŕmne suroviny. Metódy stanovenia vápnika. M., 2000.
GOST 26657-97. Krmivo, kŕmne zmesi, kŕmne suroviny. Metóda stanovenia obsahu fosforu. M., 2000.
S.A. Gerk, O.A. Golovanov
Nakoskin A. N. Zmeny súvisiace s vekom a rodové rozdiely v biochemickom zložení ľudského kostného tkaniva: dis. ...sladkosti. biol. Sci. Kurgan, 2004. 111 s.
Lundager Madsen H. E., Abbona F., Barrese E. Účinky kadmia na kryštalizáciu fosforečnanov vápenatých // Crystal Research and Crystal Technology. 2004. Zv. 39. Číslo 3. S. 235-239.
Voinar A. O. Význam mikroelementov v ľudskom a zvieracom tele. M., 1955. 24 s.
Enoka R. M. Základy kineziológie: prel. z angličtiny Kyjev: Olympijská literatúra, 1998. 399 s.
Gilinskaya L. G., Zanin Yu N., Nazmov V. P. Typomorfizmus paramagnetických radikálov CO2-, CO3- a CO33- v prírodných karbonátových apatitoch // Geológia a geofyzika. 2002. T. 43. č. 3. P. 297303.
Matveeva E. L. Biochemické zmeny v synoviálnej tekutine počas vývoja degeneratívno-dystrofických procesov v kolennom kĺbe: abstrakt. dis. ...Dr.Biol. Sci. Ťumen, 2007. 24 s.
Verbova A.F. Stav kostného tkaniva a metabolizmus vápnika a fosforu u pracovníkov výroby fosforu // Kazan Medical Journal. 2002. T. 83. Číslo 2. S. 148-150.
Newman U, Newman M. Minerálny metabolizmus kostí / trans. z angličtiny O. Ja Tereščenko, L. T. Tutočkina; upravil N. N. Demina. M., 1961,270 s.
Legeros R. Z. Fosforečnany vápenaté v orálnej biológii a medicíne. Karger, 1991. 221 s.
Korzh A. A., Belous A. M., Panov E. Ya. M., 1972. 215 s.
Pilat T. L. Zubný kameň a jeho vplyv na periodontálne tkanivo // Stomatológia. 1984. č. 3. S. 88-90.
Tkalenko A.F. Vplyv fyzikálno-chemických charakteristík slín, slinných a zubných usadenín na výsledok liečby pacientov s ochorením slinných kameňov: abstrakt dizertačnej práce. dis. . Ph.D. med. Sci. M., 2004. 26 s.
Kiseleva D.V. Vlastnosti zloženia, štruktúry a vlastností množstva fosfátových a uhličitanových biominerálnych formácií: dis. ...geol.-minerálne. Sci. Jekaterinburg, 2007. 197 s.
LeGeros R. Z. Tvorba a transformácia fosforečnanov vápenatých: význam pre vaskulárnu kalcifikáciu // Zeitschrift fur Kardiologie. 2001. Doplnkové pásmo 90. s. 116-124.
Smolegovský A. M. História kryštalickej chémie fosfátov. M., 1986. 263 s.
Barinov S. M., Komlev V. S. Biokeramika na báze fosforečnanov vápenatých. M., 2005. 204 s.
Christoffersen M. R., Seierby N., Zunic T. B., Chris-toffersen J. Kinetika rozpúšťania kryštálov dehydrovaného triklinického pyrofosfátu vápenatého // Journal of Crystal Growth. 1999. Vol. 203. R. 234-243.
Zloženie čerstvej dospelej ľudskej kosti zahŕňa vodu - 50%, tuk - 16%, ostatné organické látky - 12%, anorganické látky - 22%.
Odtučnené a vysušené kosti obsahujú približne 2/3 anorganických a 1/3 organických látok. Okrem toho kosti obsahujú vitamíny A, D a C.
Organická hmota kostného tkaniva - osseín- dodáva im elasticitu. Varením vo vode sa rozpúšťa a vytvára kostné lepidlo. Anorganická kostná hmota je zastúpená najmä vápenatými soľami, ktoré s malou prímesou inej minerálnej hmoty tvoria kryštály hydroxyapatitu.
Kombinácia organických a anorganických látok určuje pevnosť a ľahkosť kostného tkaniva. Takže pri nízkej špecifickej hmotnosti 1,87, t.j. nie je dvakrát väčšia ako merná hmotnosť vody, pevnosť kosti prevyšuje pevnosť žuly. Napríklad stehenná kosť, keď je stlačená pozdĺž pozdĺžnej osi, vydrží zaťaženie nad 1500 kg. Ak sa vypáli kosť, organická látka vyhorí, ale anorganická látka zostane a zachová si tvar kosti a jej tvrdosť, no takáto kosť sa stáva veľmi krehkou a pri stlačení sa rozpadne. Naopak, po nasiaknutí do roztoku kyselín, v dôsledku čoho sa minerálne soli rozpustia a organická hmota zostane, si kosť tiež zachová svoj tvar, ale stane sa natoľko elastickou, že sa dá zviazať do uzla. V dôsledku toho elasticita kosti závisí od osseínu a jej tvrdosti - od minerálnych látok.
Chemické zloženie kostí súvisí s vekom, funkčným zaťažením a celkovým stavom organizmu. Čím väčšie je zaťaženie kosti, tým viac anorganických látok je. Napríklad stehenná kosť a driekové stavce obsahujú najväčšie množstvo uhličitanu vápenatého. S pribúdajúcim vekom množstvo organických látok klesá a anorganických pribúda. U malých detí je pomerne viac osseínu, kosti sú vysoko flexibilné, a preto sa zriedka lámu. Naopak, v starobe sa pomer organických a anorganických látok mení v prospech tých druhých. Kosti sa stávajú menej elastickými a krehkejšími, v dôsledku čoho sú zlomeniny kostí najčastejšie pozorované u starých ľudí.
Klasifikácia kostí
Podľa tvaru, funkcie a vývoja sa kosti delia na tri časti: rúrkové, hubovité, zmiešané.
Rúrkové kosti sú súčasťou kostry končatín, zohrávajú úlohu pák v tých častiach tela, kde prevládajú pohyby veľkého rozsahu. Rúrkové kosti sú rozdelené na dlhý– ramenná kosť, kosti predlaktia, stehenná kosť, holenné kosti a krátky- kosti metakarpu, metatarzu a falangov prstov. Rúrkové kosti sa vyznačujú prítomnosťou strednej časti - diafýza obsahujúci dutinu (dreňovú dutinu) a dva rozšírené konce - epifýzy. Jedna z epifýz je umiestnená bližšie k telu - proximálne, ten druhý je od neho ďalej – distálny. Úsek tubulárnej kosti umiestnený medzi diafýzou a epifýzou sa nazýva metafýza. Kostné procesy, ktoré slúžia na pripevnenie svalov, sa nazývajú apofýzy.
Špongiovité kosti sa nachádzajú v tých častiach kostry, kde je potrebné poskytnúť dostatočnú silu a oporu malým rozsahom pohybov. Medzi hubovitými kosťami sú dlhý(rebrá, hrudná kosť), krátky(stavce, karpálne kosti, tarzus) a plochý(lebečné kosti, opaskové kosti). Hubovité kosti zahŕňajú sezamský kosti (patela, pisiformná kosť, sezamské kosti prstov rúk a nôh). Nachádzajú sa v blízkosti kĺbov, nie sú priamo spojené s kosťami kostry a vyvíjajú sa v hrúbke svalových šliach. Prítomnosť týchto kostí pomáha zvýšiť pákový efekt svalu a tým zvýšiť jeho krútiaci moment.
Zmiešané kocky– patria sem kosti, ktoré splývajú z viacerých častí, ktoré majú rôzne funkcie, stavbu a vývoj (kosti spodiny lebečnej).
