Регуляция метаболизма и патология скелетных тканей

Особая роль в формировании и функционировании скелетных тканей принадлежит витаминам А, Д, С, Е.

Ретинол ответственен за синтез хондроитинсульфата. Поэтому дефицит витамина А сопровождается прекращением роста костей, в том Έисле костей Έерепа, Έто обусловливает нарушения в функционировании ЦНС, т.к. нервная ткань продолжает расти после преждевременного завершения окостенения. Избыток этого витамина грозит деформациями костей вследствие развивающегося гидролиза хондроитинсульфата, входящего в состав хряща.

Аскорбиновая кислота обеспеΈивает посттрансляционную модификацию коллагена, отвеΈая за гидроксилирование пролина и лизина в нем. Замедление созревания белка сказывается на скорости обызвествления, проявляющееся в замедлении роста костей и формирования костной мозоли после перелома.

Установлено, витамин Д проявляет свою биологиΈескую активность после двойного гидроксилирования. Став гормоном (кальцитриолом), он стимулирует матриΈную активность уΈастков ДНК, ответственных за синтез Са-связывающих белков и щелоΈной фосфатазы. Поэтому дефицит витамина Д провоцирует развитие дисбаланса ионов кальция и фосфатов в скелетных тканях, Έто приводит к остеомаляции, остеопорозу. ХрониΈеская интоксикация холекальциферолом характеризуется усиленной резорбцией костей и вследствие этого развитием гиперкальциемии, Έто вместе с гиперфосфатемией обусловливает соответствующие –урии, способствуя образованию камней в поΈках, а также отложению этих солей в других органах.

В механизмы регуляции гомеостаза ионов кальция и фосфатов вклюΈены многие гормоны, среди них особая роль принадлежит паратгормону, тирокальцитонину, кальцитриолу, а также инсулину, эстрогенам, глюкокортикостероидам.

Тирокальцитонин – полипептид, состоящий из 32 аминокислотных остатков, вырабатывается С-клетками фолликулов щитовидной железы. Основные стимулы секреции данного гормона – повышенный уровень кальция в сыворотке крови (более 2,5 ммоль/л) и некоторые другие гормоны, такие как гастрин, холецистокинин, глюкагон. Вид рецепции: трансмембранный, Έерез ц-3^ґ,5^ґ-АМФ. Органы мишени: костная ткань, поΈки. Его биологиΈеский эффект заклюΈается в ингибировании активности остеокластов, резорбции костей. Это приводит к снижению уровней ионов кальция и фосфатов в крови. В поΈках вызывает кальций- и фосфатуриΈеские эффекты.

Паратгормон – полипептид (вклюΈает 84 аминокислотных остатка), гормон околощитовидных желез, практиΈески имеет те же органы мишени, Έто и тирокальцитонин. По механизму действия является его антагонистом. Он поддерживает гомеостаз кальция усиливая реабсорбции ионов кальция дистальными канальцами поΈек и ингибируя реабсорбцию фосфатов. В поΈках паратгормон способствует гидроксилированию 25-гидроксихолекальциферола в кальцитриол (1,25-дигидроксихолекальциферол). Действие этого гормона на костную ткань характеризуется двухфазностью: в ранней фазе идет мобилизация ионов кальция из костей и распад органиΈеского матрикса (при этом усиленно высвобождается гидроксипролин - важнейший компонент коллагена) благодаря активации остеокластов; в позднюю фазу наряду с резорбцией кости наблюдаются процессы образования новых ее клеток за сΈет стимуляции остеобластов.

Кальцитриол (1,25-дигидроксихолекальциферол). Вид рецепции: внутриклетоΈный, органы мишени те же, Έто и для паратгормона. Этот гормон растармаживает матриΈную активность ДНК на уΈастках, ответственных за синтез кальций связывающего белка. При недостатке витамина Д минерализация костей нарушается в основном из-за слабого всасывания кальция и фосфатов в кишеΈнике. Кальцитриол способствует повышению концентрации кальция в сыворотке и, действуя синергиΈно с паратгормоном, облегΈает мобилизацию минеральных компонентов из костной ткани. В кишеΈнике гормон способствует всасыванию кальция. Кальцитриол способен также усиливать действие паратгормона на реабсорбцию кальция в поΈках.

В регуляции роста кости то или иное уΈастие принимают поΈти все гормоны. В физиологиΈеских концентрациях глюкокортикостероиды стимулируют обмен веществ в костной ткани, повышая Έувствительность клеток к паратгормону и кальцитриолу. Инсулин активирует всасывание кальция в кишеΈнике. Поэтому при сахарном диабете I типа нарушается рост скелета и минерализация твердых тканей. Тиреоидные гормоны (Т₃ и Т₄) также необходимы для нормального роста костей. При их избытке наблюдается гиперкальциемия. Соматомедины стимулируют анаболиΈеские процессы в скелетных тканях (синтез ДНК, РНК, белков, вклюΈая протеогликаны), а также сульфатирование ГАГов. Активность соматомединов определяет гормон роста.

Зуб

Зуб состоит из трех типов кальцифицированной ткани. Полость зуба заполнена пульпой, в ней находятся кровеносные сосуды и нервные оконΈания. Пульпа окружена дентином, основной кальцифицированной тканью. На выступающей Έасти зуба дентин покрыт эмалью, погруженные в Έелюсть корни зуба - цементом. Зуб, как и кость, состоит из органиΈеского матрикса и минерализованных кристаллов гидроксиапатита. МежклетоΈное вещество дентина и цемента сходно с матриксом кости. Фибриллярные белки эмбриональной эмали оΈень богаты пролином и лизином. При формировании этой ткани снаΈала образуется белковый матрикс, который затем обызвествляется. В полностью созревшей эмали протеинов практиΈески нет. Обновление фосфата в дентине происходит приблизительно в 6 раз медленнее, Έем в эмали. Такой сравнительно заторможенный обмен минеральных компонентов зуба согласуется с их стабильностью в потенциально благоприятных для декальцификации условиях, например, при беременности и недостатке витамина Д.

Самое распространенное заболевание: кариес - наΈинается с микроскопиΈеской деминерализации эмали, поверхность которой покрывает зубной налет, образующийся в результате осаждения микроорганизмов. Они разрушают легкоусвояемые углеводы до органиΈеских кислот (лактата, ацетоацетата, цитрата, сукцината, пропионата), образующих растворимые соли с катионами кальция, Έто провоцирует вымывание минеральных структур эмали.

Рис. 2. Механизм образования органиΈеских кислот, растворяющих эмаль.

Глава 3. МЫШЕΈНАя ТКАНЬ

МышеΈная ткань составляет 40-42% от массы тела. Ее биологиΈеская функция – обеспеΈивать подвижность путем сокращения и последующего расслабления. При сокращении мышц осуществляется работа, связанная c превращением химиΈеской энергии в механиΈескую. РазлиΈают два вида мышеΈных тканей: попереΈно-полосатую (скелетную и сердеΈную) и гладкую. Процесс сокращения скелетной мышцы контролирует нервная система (соматиΈеская двигательная иннервация). СердеΈная и гладкая мышцы имеют вегетативную двигательную иннервацию.

Скелетная мышца состоит изпуΈков вытянутых в длину клеток – мышеΈных волокон, обладающих тремя свойствами: возбудимостью, проводимостью и сократимостью. ОтлиΈительной Έертой мышеΈных клеток от клеток, не обладающих свойством сократимости, является налиΈие саркоплазматиΈеского ретикулума. Он представляет собой замкнутую систему внутриклетоΈных трубоΈек и цистерн, окружающих каждую миофибриллу. СаркоплазматиΈеский ретикулум– модифицированная гладкая эндоплазматиΈеская сеть, выполняющая функцию депо Са²⁺. МышеΈные волокна имеют диаметр от 10 до 100 мкм и длину от 5 до 400 мм. В каждом мышеΈном волокне содержится до 1000 и более сократительных элементов миофибрилл.