Глава 2. Биохимия костной ткани

Специализированные виды минерализованной соединительной ткани – кость, дентин, цемент, эмаль зуба характеризуются высоким содержанием минерального компонента, представленного кристаллом гидроксиапатита кальция Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂. Все ткани, кроме эмали, состоят из клеток, погруженных в межклеточный матрикс. В состав матрикса входят органические соединения: коллаген I типа, протеогликаны, гликопротеины. Все перечисленные ткани имеют мезенхимальное происхождение, за исключением эмали. Убывающая степень минерализации тканей находится в последовательности: эмаль-дентин-цемент-кость.

Костная система человека состоит более чем из 200 костей, различающихся по размеру и форме. Кости связаны суставами различных типов, обеспечивающими разнообразие движений и поддержание положения тела. Костная система определяет размер тела, защищает внутренние органы, играет главную роль в минеральном гомеостазе.

Несмотря на различия в содержании ряда химических компонентов все минерализованные ткани (кроме зрелой эмали) содержат клетки, которые продуцируют и секретируют органический матрикс. В его состав входят коллаген I типа, неколлагеновые белки (протеогликаны, гликопротеины, ферменты). На матрице коллагеновых и неколлагеновых белков возникает рост минеральных веществ – кристаллов апатитов, основным из которых является гидроксиапатит (ГАП).

Все минерализованные ткани различаются по содержанию воды, минеральных и органических соединений (табл. 2).

Таблица 2

Процентное соотношение минеральных, органических компонентов и воды в минерализованных тканях [8 с изменениями]

Ткани	Составляющие компоненты (минеральные (М)/органические (Орг.)/(Н2О)
	% по массе			Объемный %
	М	Орг.	Н2О	М	Орг.	Н2О
Эмаль (зрелая) Дентин Цемент Кость (компактная)	95 70 61 45	1 20 27 30	4 10 12 25	85 45 33 23	2 30 31 37	12 25 36 40

Из таблицы 2 видно, что наибольшей минерализованностью обладает эмаль зуба, наименьшей – кость. В то же время, в зрелой эмали содержится меньше всего органических веществ.

2.1. Клетки костной ткани

Синтез и обмен органического матрикса и минеральных веществ в костной ткани обеспечивают специфические клетки, в частности, остеобласты, остеоциты и остеокласты.

Остеобласты - крупные клетки овальной формы, образуются из мезенхимальных стволовых клеток. Они участвуют в процессах минерализации и создании органического межклеточного матрикса, о чем свидетельствуют накопление цитрата, используемого для связывания ионов Са²⁺ и содержание большого количества РНК, необходимого для синтеза белков. Отличительная черта остеобластов – сильное развитие ЭПР и аппарата Гольджи, что характерно для клеток, интенсивно выделяющих биологически активные вещества. Остеобласты синтезируют и выделяют во внеклеточное пространство глицерофосфолипиды, связывающие ионы Са²⁺, фибриллы коллагена, протеогликаны, ГАГ. Остеобласты осуществляют контроль за процессами резорбции (разрушения) костной ткани путем активации остеокластов. Как только продукция остеобластами коллагеновых и неколлагеновых белков завершается, некоторые их них погружаются в толщу матрикса и становятся остеоцитами.

Остеоциты занимают небольшие полости (лакуны), которые распределены по всему костному матриксу. Они не синтезируют компоненты матрикса, но остаются метаболически активными и играют важную роль в ремоделировании кости. Эти клетки контактируют друг с другом через отростки, по которым проходят кровеносные сосуды. В остеоцитах, в отличие от остеобластов, слабо развит аппарат Гольджи.

Остеокласты – это многоядерные клетки, образующиеся из моноцитов крови (макрофагов), которые мигрируют в костную ткань и участвуют в резорбции кости. Они содержат аппарат Гольджи, митохондрии и лизосомы. Остеокласты имеют цитоплазматические выросты – гофрированный край («щеточная» каемка), обращенные в зону резорбции. Через него высвобождаются гидролитические ферменты (кислая фосфатаза, коллагеназа и другие). В зоне резорбции фермент остеокластов карбоангидраза II создает кислую среду (рН 3,5-4,0) за счет диссоциации угольной кислоты Н₂СО₃ на Н⁺ и НСО^3- , что ускоряет процесс деминерализации и резорбции костной ткани