Как называют клетки костной ткани

От знаний о структуре костной ткани к выбору средств влияния на нее

*Пятилетний импакт фактор РИНЦ за 2020 г.

Читайте в новом номере

Изменения в структуре питания и образе жизни, а также увеличение продолжительности жизни во многом определяют рост числа больных с заболеваниями костно-мышечной системы, в т. ч. в молодом возрасте. Интерес к структуре костной ткани не ослабевает на протяжении последних 50 лет и продиктован желанием, потребностью и необходимостью понять, что же определяет качество, прочность и целостность кости. Внедрение новейших технологий визуализации и диагностики состояния кости, успешное лечение ранее неизлечимых заболеваний с использованием генно-инженерных биологических препаратов позволяют изменить ход болезни, улучшить продолжительность и качество жизни больных. Однако эффект лечения, прогноз на будущее при использовании современных дорогостоящих технологий в онкологии, ревматологии, травматологии-ортопедии, стоматологии и других областях медицины определяются качеством костной ткани.

Костная ткань – разновидность соединительной ткани, формируется из мезодермы и состоит из клеток (остеокластов, остеобластов, остеоцитов), межклеточного неминерализованного органического матрикса (остеоида) и основного минерализованного межклеточного вещества. Органический матрикс (или остеоид) на 90% состоит из коллагена. Коллагеновые волокна в основном расположены параллельно направлению наиболее вероятных механических нагрузок на кость и обеспечивают ее упругость и эластичность. Фибриллы коллагена формируют пластины, которые расположены либо параллельно друг другу вдоль трабекул, либо концентрически вокруг кровеносных сосудов, образуя при этом гаверсовы каналы, соединенные между собой поперечными (фолькманновскими) каналами. При ускоренном метаболизме, на фоне хронических воспалительных или эндокринных заболеваний геометрия костной ткани нарушается.

Неколлагеновая часть матрикса представлена витамин К-зависимыми глютамилпротеинами (остеокальцином), матричными протеинами, остеопонтином, остеонектином, фибронектином, а также фосфопротеидами, сиалопротеидами и белками сывороточного происхождения. Минеральные вещества в составе основного вещества органического матрикса кости представлены кристаллами, главным образом гидроксиапатитом Ca10(PO4)6(OH)2. Соотношение кальций/фосфор в норме составляет 1,3:2,0. В кости обнаружены ионы Mg2+, Na+, K+, SO42-, HCO3-, гидроксильные и другие ионы, которые могут принимать участие в образовании кристаллов. Для нормальной минерализации кости необходимы активность остеобластов, поддержание определенных концентраций Са2+ и РО43- и микроэлементов (магния, марганца, цинка, селена, бора) во внеклеточной и периостальной жидкости [1]. Исследования последних лет показали, что для поддержания структуры костной ткани также необходимы витамины A, C, E, K. Дефицит этих веществ замедляет формирование костной массы в детстве и подростковом возрасте, способствует ее ускоренной потере в пожилом возрасте [2, 3].

Кость постоянно обновляется и каждые 30 лет изменяется почти полностью. При этом в ней происходят 2 противоположно направленных процесса – резорбция и восстановление. Соотношение этих процессов называется ремоделированием костной ткани. В первые 20 лет жизни преобладает формирование кости, и достигается пик костной массы, до 30–35-летнего возраста отмечается период более или менее устойчивого состояния, а затем начинается естественное постепенное снижение плотности костной массы. Скорость потери зависит от возраста, наступления андро- и менопаузы, сопутствующих заболеваний, приема лекарственных препаратов и влияния негативных факторов, таких как хроническое воспаление, ожирение, малоподвижный образ жизни, злоупотребление алкоголем, курение и многое другое.

На стадии образования остеокластов из предшественников процесс может блокироваться белком остеопротегерином, который, свободно перемещаясь, способен связывать RANKL и таким образом предотвращать взаимодействие RANKL с RANK-рецепторами. Остеопротегерин – гликопротеин с молекулярной массой 60–120 кДа, относится к семейству рецепторов фактора некроза опухоли. Ингибируя связывание RANK с RANKL, остеопротегерин подавляет мобилизацию, пролиферацию и активацию остеокластов.

Принципиальным отличием современных лекарственных средств для лечения остеопороза (ОП), таких как деносумаб (ингибитор RANKL), ромосозумаб (антитела к склеростину) и аденокатиб (ингибитор катепсина К), является таргетное воздействие на определенные мишени и механизмы патогенеза ремоделирования костной ткани.

ОП – системное заболевание скелета из группы метаболических остеопатий, которое характеризуется уменьшением костной массы и нарушением микроархитектоники костной ткани, что приводит к снижению прочности кости и, следовательно, к повышению риска возникновения переломов [4]. Заболевание встречается во всех возрастных группах, диагностируется как у женщин, так и у мужчин. Остеопоротические переломы представляют огромную социальную и экономическую проблему, являются причиной низкого качества жизни больных, инвалидизации и преждевременной смерти. Специалисты отмечают, что ОП можно предупредить и излечить. Определены факторы риска и механизмы патогенеза заболевания, разработаны методы диагностики, первичной и вторичной профилактики болезни, совершенствуются способы лечения [5, 6].

При изучении остеогенеза и формирования качественной структуры кости установлено, что ведущая роль принадлежит обеспечению организма не только витаминами и белком, но и макро- и микроэлементами [5, 7–9]. Субклинический дефицит, обусловленный недостаточным потреблением с пищей или пониженной абсорбцией этих веществ, может стать причиной (фактором) снижения минеральной плотности кости.

Особое значение имеют такие эссенциальные микроэлементы, как медь, цинк, марганец и условно эссенциальный – бор. Медь, марганец, цинк, являясь кофакторами ферментов, ответственных за синтез коллагена и гликозаминогликанов, непосредственно участвуют в синтезе костного матрикса [10].

Цинк входит в состав более 300 ферментов, участвует в процессах синтеза и распада углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот; его недостаточное потребление приводит к анемии, вторичному иммунодефициту, циррозу печени, половой дисфункции, наличию пороков развития плода. Цинк в комплексе с аминокислотой цистеином принципиально важен для экспрессии генов, поскольку так называемые «цинковые пальцы» являются центральной структурой ДНК – связывающих доменов рецепторов гормональной формы витамина D, эстрогенов, прогестерона. Инсулин, кортикотропин, соматотропин и гонадотропин являются цинк-зависимыми гормонами [9]. Костная ткань содержит около 30% цинка всего организма [11, 12]. Концентрация цинка в костной ткани быстро снижается при дефиците поступления или нарушении усвоения цинка [13]. Поэтому неудивителен тот факт, что дефекты развития костной системы человека обусловлены дефицитом цинка [14], а также энтеропатическим акродерматитом – наследственным врожденным нарушением абсорбции цинка [15]. Среднее потребление (поступление в организм) цинка составляет от 7,5 до 17,0 мг/сут, при этом физиологическая потребность для взрослых – 12 мг/сут, для детей – от 3 до 12 мг/сут. Пищевыми источниками цинка являются говядина, печень, морские продукты (устрицы, сельдь, моллюски), зерновая завязь, морковь, горох, отруби, овсяная мука, орехи [16].

Недостаточное потребление марганца (поступление в организм) вызывает замедление роста, нарушения в репродуктивной системе, повышенную хрупкость кости, нарушения углеводного и липидного обмена. Связано это с тем, что марганец принимает непосредственное участие в образовании костной и соединительной ткани, входит в состав ферментов, включающихся в метаболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов. Микроэлемент необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов. Пищевыми источниками являются зеленые листовые овощи, продукты из неочищенного зерна (пшеница, рис), орехи, чай. Среднее потребление микроэлемента с продуктами питания колеблется от 1 до 10 мг/сут. Установленный уровень потребности составляет 2–5 мг/сут. Физиологическая потребность для взрослых – 2 мг/сут [16].

Бор оказывает непосредственное влияние на метаболизм витамина D, а также снижает избыточную активность паратиреоидного гормона, который, как известно, ответственен за обмен кальция, фосфора, магния. Улучшает абсорбцию кальция, уменьшает риск развития дефицита холекальциферола, способствует предотвращению ОП. Это позволяет полагать, что влияние бора на метаболизм костной ткани аналогично действию витамина D. Бор содержится в корневых овощах, винограде, грушах, яблоках, орехах, пиве [16, 18]. Суточная потребность составляет 2–3 мг.

Сведения об исследовании микроэлементов при остеопении и ОП ограничены и противоречивы [19–22]. Особый интерес представляет работа коллектива соавторов из центров Франции, Италии и Северной Ирландии по изучению взаимосвязи между показателями нутритивного статуса цинка и биохимических маркеров ремоделирования кости у европейцев в возрасте 55–87 лет. Рандомизированное двойное слепое многоцентровое проспективное исследование (ZENITH) продолжительностью 6 мес. включало 387 здоровых мужчин и женщин. У всех определялись концентрация цинка в крови и моче, костно-специфическая щелочная фосфатаза и остеокальцин в сыворотке крови, пиридинолин и дезоксипиридинолин в моче. Установлено, что у большинства пациентов ремоделирование было нормальным, без преобладания процессов формирования или резорбции кости. Усвоение цинка отрицательно коррелировало с концентрацией пиридинолина и дезоксипиридинолина в моче, не установлено корреляции с маркерами формирования кости. Прослеживалась тенденция отрицательной корреляции цинка в сыворотке с дезоксипиридинолином в моче (r=-0,211; р=0,080). Цинк в эритроцитах имел отрицательную корреляцию с остеокальцином в сыворотке (r=-0,090; р=0,0001). После учета вмешивающихся факторов (возраст, пол, исследовательский центр) осталась единственная статистически значимая корреляция между остеокальцином в сыворотке и цинком в эритроцитах (b=-0,124; р=0,011). Таким образом, были получены некоторые данные о взаимосвязи между нутритивным статусом цинка и ремоделированием кости у здоровых взрослых [23]. Турецкие ученые установили, что концентрация магния и цинка у женщин с ОП была значимо ниже, чем у женщин с остеопенией и здоровых женщин; в свою очередь концентрация магния и цинка у женщин с остеопенией была статистически значимо ниже, чем у здоровых женщин. Статистически значимого различия между группами по концентрации меди не получено. Высказано мнение о том, что поступление микроэлементов, в особенности магния, цинка и, вероятно, меди, может оказать благоприятное воздействие на плотность костной ткани [24].

Связь между статусом остеотропных микроэлементов, характеристикой костной ткани и возможностью коррекции дефицита потребления с помощью лекарственных средств, в состав которых входят соли кальция и микроэлементы, изучена отечественными педиатрами у 100 подростков [25]. При обследовании выявлены сдвиги в содержании бора, меди, марганца и цинка, а у 46 подростков обнаружена остеопения. Авторам удалось установить взаимосвязь между содержанием микроэлементов в волосах и минеральной плотностью кости, проанализировать возможность воспроизведения состояния минеральной плотности через комплекс исследуемых микроэлементов.

В открытом проспективном наблюдении сделана попытка оценить эффективность комбинированного препарата Кальцемин для коррекции микроэлементоза и кальциевого обмена. Для этого подросткам 1-й группы назначался Кальцемин Адванс по 1 таблетке 2 р./сут (что составляло 1000 мг кальция, 400 МЕ холекальциферола, 80 мг магния, 15 мг цинка, 2 мг меди, 3,6 мг марганца и 500 мкг бората натрия), а 2-й группы – одна из лекарственных форм Кальцемина в индивидуальной дозе в зависимости от суточного потребления кальция с продуктами питания и возрастной суточной потребности, а также от наличия факторов риска остеопении и выраженности микроэлементоза, подтвержденного лабораторно. Продолжительность приема препарата составляла не менее 8–12 мес. Исследование содержания микроэлементов проводилось до назначения препарата и после окончания приема. Авторы сделали вывод, что для коррекции остеопении и профилактики ее развития целесообразно назначение комбинированных препаратов, содержащих не только кальций и витамин D3, но и микроэлементы. Применение Кальцемина позволяет корректировать содержание микроэлементов, улучшить качество костной ткани.

Эффективность Кальцемин Адванса изучена в открытом контролируемом исследовании, в которое было включено 100 женщин в возрасте от 45 до 65 лет с остеопенией. Пациентки были случайно разделены на 2 сопоставимые по основным показателям группы: 1-я группа – 50 человек, получавшие Кальцемин Адванс (по 1 таблетке 2 р./сут, что составляло 1000 мг кальция, 400 МЕ холекальциферола, 80 мг магния, 15 мг цинка, 2 мг меди, 3,6 мг марганца и 500 мкг бората натрия); 2–я группа (контрольная) – 50 женщин, не получавшие медикаментозного лечения, которым были даны рекомендации по питанию. Продолжительность исследования составила 1 год. Анализ минеральной плотности через 12 мес. наблюдения показал, что в группе, получавшей терапию Кальцемином Адванс, отмечалось стабильное состояние минеральной плотности кости, в то время как в контрольной группе она уменьшилась во всех исследуемых зонах, особенно в поясничном отделе позвоночника. Подводя итоги исследования по применению комбинированного препарата Кальцемин Адванс в течение 1 года у женщин с остеопенией, авторы сделали вывод о том, что препарат оказывает стабилизирующее влияние на минеральную плотность кости, его длительное использование не вызывает гиперкальциемии и повышения экскреции кальция с мочой, хорошо переносится. Это позволяет рекомендовать Кальцемин Адванс для профилактики постменопаузального ОП и восполнения дефицита микроэлементов [26].

Минздрав России в декабре 2014 г. внес дополнения в инструкцию по применению лекарственного препарата для медицинского применения Кальцемин в раздел описания фармакологических свойств, а именно указал, что «фармакологическое действие препарата определяется свойствами входящих в его состав ингредиентов … марганец участвует в образовании протеогликанов, что улучшает качество костной ткани и формирует протеиновый матрикс костной ткани. Медь участвует в синтезе коллагена и эластина, входящего в состав костной и соединительной ткани, что оказывает влияние на процессы образования костной массы». Таким образом, при выборе лекарственных средств для профилактики и лечения потери костной ткани, восстановления ее структуры и качества необходимо использовать препараты, которые оказывают непосредственное влияние на снижение резорбции костной ткани, способствуют ее формированию, минерализации костного матрикса, синтезу коллагена, увеличению плотности кости, а также восполняют дефицит потребления остеотропных микроэлементов, участвующих в жизненно важных метаболических процессах организма.

Только для зарегистрированных пользователей

Источник

Как называют клетки костной ткани

Структура костной ткани и кровообращение

Кость представляет собой сложную материю, это сложный анизотропный неравномерный жизненный материал, обладающий упругими и вязкими свойствами, а также хорошей адаптивной функцией. Все превосходные свойства костей составляют неразрывное единство с их функциями.

Форма и структура костей являются различными в зависимости от выполняемых ими функций. Разные части одной и той же кости вследствие своих функциональных различий имеют разную форму и структуру, например, диафиз бедренной кости и головка бедренной кости. Поэтому полное описание свойств, структуры и функций костного материала является важной и сложной задачей.

Структура костной ткани

«Ткань» представляет собой комбинированное образование, состоящее из особых однородных клеток и выполняющих определенную функцию. В костных тканях содержатся три компонента: клетки, волокна и костный матрикс. Ниже представлены характеристики каждого из них:

Клетки: В костных тканях существуют три вида клеток, это остеоциты, остеобласт и остеокласт. Эти три вида клеток взаимно превращаются и взаимно сочетаются друг с другом, поглощая старые кости и порождая новые кости.

Костные клетки находятся внутри костного матрикса, это основные клетки костей в нормальном состоянии, они имеют форму сплющенного эллипсоида. В костных тканях они обеспечивают обмен веществ для поддержания нормального состояния костей, а в особых условиях они могут превращаться в два других вида клеток.

Остеобласт имеет форму куба или карликового столбика, они представляют собой маленькие клеточные выступы, расположенные в довольно правильном порядке и имеют большое и круглое клеточное ядро. Они расположены в одном конце тела клетки, протоплазма имеет щелочные свойства, они могут образовывать межклеточное вещество из волокон и мукополисахаридных белков, а также из щелочной цитоплазмы. Это приводит к осаждению солей кальция в идее игловидных кристаллов, расположенных среди межклеточного вещества, которое затем окружается клетками остеобласта и постепенно превращается в остеобласт.

Остеокласт представляет собой многоядерные гигантские клетки, диаметр может достигать 30 – 100 µm, они чаще всего расположены на поверхности абсорбируемой костной ткани. Их цитоплазма имеет кислотный характер, внутри ее содержится кислотная фосфотаза, способная растворять костные неорганические соли и органические вещества, перенося или выбрасывая их в другие места, тем самым ослабляя или убирая костные ткани в данном месте.

Костные волокна в основном состоит из коллагенового волокна, поэтому оно называется костным коллагеновым волокном, пучки которого расположены послойно правильными рядами. Это волокно плотно соединено с неорганическими составными частями кости, образуя доскообразную структуру, поэтому оно называется костной пластинкой или ламеллярной костью. В одной и той же костной пластинке большая часть волокон расположена параллельно друг другу, а слои волокон в двух соседних пластинках переплетаются в одном направлении, и костные клетки зажаты между пластинками. Вследствие того, что костные пластинки расположены в разных направлениях, то костное вещество обладает довольно высокой прочностью и пластичностью, оно способно рационально воспринимать сжатие со всех направлений.

Морфология кости

С точки зрения морфологии, размеры костей неодинаковы, их можно подразделить на длинные, короткие, плоские кости и кости неправильной формы. Длинные кости имеют форму трубки, средняя часть которых представляет собой диафиз, а оба конца – эпифиз. Эпифиз сравнительно толстый, имеет суставную поверхность, образованную вместе с соседними костями. Длинные кости главным образом располагаются на конечностях. Короткие кости имеют почти кубическую форму, чаще всего находятся в частях тела, испытывающих довольно значительное давление, и в то же время они должны быть подвижными, например, это кости запястья рук и кости предплюсны ног. Плоские кости имеют форму пластинок, они образуют стенки костных полостей и выполняют защитную роль для органов, находящихся внутри этих полостей, например, как кости черепа.

Кость состоит из костного вещества, костного мозга и надкостницы, а также имеет разветвленную сеть кровеносных сосудов и нервов, как показано на рисунке. Длинная бедренная кость состоит из диафиза и двух выпуклых эпифизарных концов. Поверхность каждого эпифизарного конца покрыта хрящом и образует гладкую суставную поверхность. Коэффициент трения в пространстве между хрящами в месте соединения сустава очень мал, он может быть ниже 0.0026. Это самый низкий известный показатель силы трения между твердыми телами, что позволяет хрящу и соседним костным тканям создать высокоэффективный сустав. Эпифизарная пластинка образована из кальцинированного хряща, соединенного с хрящом. Диафиз представляет собой полую кость, стенки которой образованы из плотной кости, которая является довольно толстой по всей ее длине и постепенно утончающейся к краям.

Костный мозг заполняет костномозговую полость и губчатую кость. У плода и у детей в костномозговой полости находится красный костный мозг, это важный орган кроветворения в человеческом организме. В зрелом возрасте мозг в костномозговой полости постепенно замещается жирами и образуется желтый костный мозг, который утрачивает способность к кроветворению, но в костном мозге по-прежнему имеется красный костный мозг, выполняющий эту функцию.

Надкостница представляет собой уплотненную соединительную ткань, тесно прилегающую к поверхности кости. Она содержит кровеносные сосуды и нервы, выполняющие питательную функцию. Внутри надкостницы находится большое количество остеобласта, обладающего высокой активностью, который в период роста и развития человека способен создавать кость и постепенно делать ее толще. Когда кость повреждается, остеобласт, находящийся в состоянии покоя внутри надкостницы, начинает активизироваться и превращается в костные клетки, что имеет важное значение для регенерации и восстановления кости.

Микроструктура кости

Костное вещество в диафизе большей частью представляет собой плотную кость, и лишь возле костномозговой полости имеется небольшое количество губчатой кости. В зависимости от расположения костных пластинок, плотная кость делится на три зоны, как показано на рисунке: кольцевидные пластинки, гаверсовы (Haversion) костные пластинки и межкостные пластинки.

Кольцевидные пластинки представляют собой пластинки, расположенные по окружности на внутренней и внешней стороне диафиза, и они подразделяются на внешние и внутренние кольцевидные пластинки. Внешние кольцевидные пластинки имеют от нескольких до более десятка слоев, они располагаются стройными рядами на внешней стороне диафиза, их поверхность покрыта надкостницей. Мелкие кровеносные сосуды в надкостнице пронизывают внешние кольцевидные пластинки и проникают вглубь костного вещества. Каналы для кровеносных сосудов, проходящие через внешние кольцевидные пластинки, называются фолькмановскими каналами (Volkmann’s Canal). Внутренние кольцевидные пластинки располагаются на поверхности костномозговой полости диафиза, они имеют небольшое количество слоев. Внутренние кольцевидные пластинки покрыты внутренней надкостницей, и через эти пластинки также проходят фолькмановские каналы, соединяющие мелкие кровеносные сосуды с сосудами костного мозга. Костные пластинки, концентрично расположенные между внутренними и внешними кольцевидными пластинками, называются гаверсовыми пластинками. Они имеют от нескольких до более десятка слоев, расположенных параллельно оси кости. В гаверсовых пластинках имеется один продольный маленький канал, называемый гаверсовым каналом, в котором находятся кровеносные сосуды, а также нервы и небольшое количество рыхлой соединительной ткани. Гаверсовы пластинки и гаверсовы каналы образуют гаверсову систему. Вследствие того, что в диафизе имеется большое число гаверсовых систем, эти системы называются остеонами (Osteon). Остеоны имеют цилиндрическую форму, их поверхность покрыта слоем цементина, в котором содержится большое количество неорганических составных частей кости, костного коллагенового волокна и крайне незначительное количество костного матрикса.

Межкостные пластинки представляют собой пластинки неправильной формы, расположенные между остеонами, в них нет гаверсовых каналов и кровеносных сосудов, они состоят из остаточных гаверсовых пластинок.

Внутрикостное кровообращение

В кости имеется система кровообращения, например, на рисунке показа модель кровообращения в плотной длинной кости. В диафизе есть главная питающая артерия и вены. В надкостнице нижней части кости имеется маленькое отверстие, через которое внутрь кости проходит питающая артерия. В костном мозге эта артерия разделяется на верхнюю и нижнюю ветви, каждая из которых в дальнейшем расходится на множество ответвлений, образующих на конечном участке капилляры, питающие ткани мозга и снабжающие питательными веществами плотную кость.

Кровеносные сосуды в конечной части эпифиза соединяются с питающей артерией, входящей в костномозговую полость эпифиза. Кровь в сосудах надкостницы поступает из нее наружу, средняя часть эпифиза в основном снабжается кровью из питающей артерии и лишь небольшое количество крови поступает в эпифиз из сосудов надкостницы. Если питающая артерия повреждается или перерезается при операции, то, возможно, что снабжение кровью эпифиза будет заменяться на питание из надкостницы, поскольку эти кровеносные сосуды взаимно связываются друг с другом при развитии плода.

Кровеносные сосуды в эпифизе проходят в него из боковых частей эпифизарной пластинки, развиваясь, превращаются в эпифизарные артерии, снабжающие кровью мозг эпифиза. Есть также большое количество ответвлений, снабжающих кровью хрящи вокруг эпифиза и его боковые части.

Верхняя часть кости представляет собой суставный хрящ, под которым находится эпифизарная артерия, а еще ниже ростовой хрящ, после чего имеются три вида кости: внутрихрящевая кость, костные пластинки и надкостница. Направление кровотока в этих трех видах кости неодинаково: во внутрихрящевой кости движение крови происходит вверх и наружу, в средней части диафиза сосуды имеют поперечное направление, а в нижней части диафиза сосуды направлены вниз и наружу. Поэтому кровеносные сосуды во всей плотной кости расположены в форме зонтика и расходятся лучеобразно.

Поскольку кровеносные сосуды в кости очень тонкие, и их невозможно наблюдать непосредственно, поэтому изучение динамики кровотока в них довольно затруднительно. В настоящее время с помощью радиоизотопов, внедряемых в кровеносные сосуды кости, судя по количеству их остатков и количеству выделяемого ими тепла в сопоставлении с пропорцией кровотока, можно измерить распределение температур в кости, чтобы определить состояние кровообращения.

В процессе лечения дегенеративно-дистрофических заболеваний суставов безоперационным методом в головке бедренной кости создается внутренняя электрохимическая среда, которая способствует восстановлению нарушенной микроциркуляции и активному удалению продуктов обмена разрушенных заболеванием тканей, стимулирует деление и дифференциацию костных клеток, постепенно замещающих дефект кости.

Источник