Костное ремоделирование

Моделирование и ремоделирование кости

Костное ремоделирование

Кость при всей её твердости подверженаизменениям. Весь её плотный внеклеточныйматрикс пронизан каналами и полостями,заполненными клетками, которые составляютоколо 15 % веса компактной кости. Клеткиучаствуют в непрекращающемся процессеперестройки костной ткани. Процессымоделирования и ремоделированияобеспечивают постоянное обновлениекостей, а также модификацию их формы иструктуры.

Моделированием называют образованиеновой кости, не связанное с предварительнойдеструкцией старой костной ткани.

Моделирование имеет место в основномв детском возрасте и приводит к изменениюархитектуры тела, тогда как у взрослых– к адаптивной модификации этойархитектуры в ответ на механическиевоздействия.

Данный процесс ответственентакже за постепенное увеличение размеровпозвонков в зрелом возрасте.

Рис. 23.Процессы костногоремоделирования (по Bartl)

Ремоделирование является доминирующимпроцессом в скелете взрослых и несопровождается изменением структурыскелета, так как в этом случае происходитлишь замена отдельного участка старойкости на новую (рис. 23). Такоеобновление кости способствует сохранениюеё механических свойств.

Ремоделированиюподвергается от 2 до 10 % скелета в год.Паратгормон, тироксин, гормон роста икальцитриол повышают скоростьремоделирования, тогда как кальцитонин,эстрогены и глюкокортикоиды снижаютеё.

К стимулирующим факторам относятсявозникновение микротрещин и в определённоймере механические воздействия.

Механизмы образованиякостной ткани

Костный матрикс регулярно обновляется(рис. 23). Образование кости –сложный процесс с участием многихкомпонентов. Клетки мезенхимальногопроисхождения – фибробласты и остеобласты– синтезируют и выделяют в окружающуюсреду фибриллы коллагена, которыепроникают в матрикс, состоящий изгликозаминогликанов и протеогликанов.

Минеральные компоненты поступают изокружающей жидкости, которая «пересыщена»этими солями. Сначала происходитнуклеация, т.е. образование поверхностис ядрами кристаллизации, на которой ужеможет легко происходить формированиекристаллической решётки. Образованиекристаллов минерального остова костизапускает коллаген.

Электронномикроскопическиеисследования показали, что формированиекристаллической решётки из минераловначинается в зонах, находящихся врегулярных промежутках, возникающихмежду волокнами коллагеновых фибриллпри их сдвиге на ¼ длины.

Затем первыекристаллы становятся центрами нуклеациидля тотального отложения гидроксиапатитамежду коллагеновыми волокнами.

Активные остеобластыпродуцируют остеокальцин, которыйявляется специфическим маркером костногоремоделирования. Имея γ-карбоксиглутаминовуюкислоту, остеокальцин соединён сгидроксиапатитом и связывает Са2+в костях и зубах.

Попадая в кровь, онподвергается быстрому расщеплению нафрагменты разной длины (рис. 25),которые обнаруживают методамииммуноферментного анализа.

В данномслучае распознаются специфическиеучастки N-MID и N-концевого фрагментовостеокальцина, поэтому С-концевойучасток выявляют независимо от степенирасщепления молекулы полипептида.

Формирование костипроисходит только в непосредственнойблизости от остеобластов, причёмминерализация начинается в хряще,который состоит из коллагена, погруженногов протеогликановый матрикс.

Протеогликаныповы­шают растяжимость коллагеновойсети и увеличивают степень её набухания.По мере роста кристаллы вытесняютпротеогликаны, которые деградируют подвоздействием лизосомальных гидролаз.Вытесняется также и вода.

Плотная,полностью минерализованная костьпрактически обезвожена. Коллагенсоставляет в ней 20 % по массе.

Рис. 25.Циркулирующие фрагментыостеокальцина (цифры – порядковый номераминокислот в пептидной цепи)

Минерализация костихарактеризуетсявзаимодействием 3 факторов.

1). Местное повышение концентрацииионов фосфата. В процессе окостенениябольшую роль играет щелочная фосфатаза,которая содержится как в остеобластах,так и остеокластах. Щелочная фосфатазапринимает участие в образовании основногоорганического вещества кости иминерализации.

Одним из механизмов еёдействия является локальное увеличениеконцентрации ионов фосфора до точкинасыщения, за которым следуют процессыфиксации кальций-фосфорных солей наорганической матрице кости.

Привосстановлении костной ткани послепереломов содержание щелочной фосфатазыв костной мозоли резко увеличивается.При нарушении костеобразованияуменьшается содержание и активностьщелочной фосфатазы в костях, плазмекрови и других тканях.

При рахите, которыйхарактеризуется увеличением количестваостеобластов и недостаточнымобызвествлением основного вещества,содержание и активность щелочнойфосфатазы в плазме крови увеличиваются.

2). Адсорбция ионов Са2+.Установлено, что включение Са2+вкости является активным процессом. Этоотчётливо доказывается тем, что живыекости воспринимают Са2+болееинтенсивно, чем стронций. После смертитакой избирательности уже не наблюдается.Избирательная способность кости поотношению к кальцию зависит от температурыи проявляется только при 37оС.

3). Сдвиг рН. В процессе минерализацииимеет значение рН. При повышении рНкостной ткани фосфат кальция быстрееоткладывается в кости. В кости имеетсяотносительно большое количество цитрата(около 1 %), который влияет на поддержаниерН.

Процессы распадакости

В процессе разрушения матрикса костиколлаген I типа расщепляется, и егонебольшие фрагменты поступают в кровяноерусло.

Пиридинолиновые сшивки, С- иN-телопептиды с поперечными сшивками испецифические аминокислоты выводятсяс мочой.

Количественный анализ продуктовдеградации коллагена I типа позволяетоценивать скорость костной резорбции.Наиболее высокоспецифичные маркёрыкостной резорбции – пептидные фрагментыколлагена-I.

Отщепление С-телопептида происходитна самом начальном этапе деградацииколлагена. Вследствие этого другиеметаболиты коллагена практически невлияют на его концентрацию в сывороткекрови. Продукты расщепления С-телопептидаколлагена I типа состоят из двухоктапептидов, представленных в β-формеи связанных поперечной сшивкой (этиструктуры называют β-Crosslaps).

Они попадаютв кровь, где их количество определяютметодом иммуноферментного анализа. Вовновь сформированной кости концевыелинейные последовательности октапептидовсодержат α-аспарагиновую кислоту, нопо мере старения кости α-аспарагиноваякислота изомеризуется в β-форму.

Используемые в анализе моноклональныеантитела специфически распознаютоктапептиды, содержащие именноβ-аспарагиновую кислоту (рис. 26).

Рис. 26.Специфические β-октапептидыв составе С-телопептида коллагена

Источник: //studfile.net/preview/2766272/page:6/

Ранняя биохимическая диагностика остеопороза

Костное ремоделирование

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Остеопороз метаболическое заболевание скелета, протекающее длительно и поражающее значительную часть населения, особенно, старших возрастных групп. Помимо заболеваний сердца, инсульта, диабета и онкологических заболеваний, остеопороз одно из наиболее важных, с которыми приходится сталкиваться в клинической практике. Наиболее полная статистика по этой проблеме собрана в США. Ежегодно фиксируется 1,5 млн. переломов, связанных с остеопорозом, из них 700 тыс. переломов позвоночника, 250 тыс. переломов шейки бедра, 250 тыс. переломов дистального отдела лучевой кости и 300 тыс. переломов в других частях скелета. Риск переломов позвоночника, шейки бедра и дистального отдела лучевой кости составляет 40% для белых женщин и 15% для белых мужчин в возрасте 50 лет и старше. До 50% больных с переломом шейки бедра не могут обходиться без посторонней помощи, а от 15 до 20% больных умирают в течении 1-го года. Количество остеопоретических переломов в мире увеличивается и с 1,7 млн. в 1990 г. возрастёт до 6,3 млн. в 2050 г.
В связи с этим остеопороз становится важной социально-экономической проблемой. По мнению ряда исследователей, это заболевание, особенно в развитых странах, приобрело характер «безмолвной эпидемии». В России эта проблема изучается в нескольких научных центрах, несколькими научными группами. Проблема исследуется в сфере гинекологии, травматологии, эндокринологии, ревматологии, нефрологии. Литературы по этой теме на русском языке пока крайне мало, и клинические вопросы пока мало изучены.
Данное заболевание характеризуется прогрессирующим снижением костной массы в единице объёма кости по отношению к нормальному показателю у лиц соответствующего пола и возраста, нарушением микроархетектоники костной ткани, приводящим к повышенной хрупкости костей и увеличению риска их переломов от минимальной травмы и даже без таковой. В кости постоянно идут процессы костеообразования и костеразрушения, которые тесно сопряжены между собой по времени и месту происходящих событий, что определяет понятие единицы ремоделирования кости. Снижение костной массы является результатом рассогласования процессов резорбции и формирования костной ткани, которые в норме должны быть сбалансированы.
Гормональные факторы патогенеза остеопороза

Витамин D и его активные метаболиты являются компонентами гормональной системы, регулирующей фосфорно-кальциевый обмен, и участвуют, с одной стороны, в минерализации костной ткани, с другой – в поддержании гомеостаза кальция. Биологическое действие активных метаболитов витамина D заключается, главным образом, в стимуляции кишечной абсорбции кальция и фосфора, активации обмена и усилении экскреции кальция с мочой. 

25-OH витамин D (25-OH vitamin D, 25(OH)D, 25-hydroxycalciferol)

Показатель, отражающий статус витамина D в организме. 25(OH)D – основной метаболит витамина D, присутствующий в крови. Он образуется преимущественно в печени, при первой ступени гидроксилирования витамина D, обладает умеренной биологической активностью. 25(OH)D в крови пере…

2 710 руб

Глюкокортикоиды. На остеобластах находятся цитоплазматические глюкокортикоидные рецепторы опосредующие прямое действие ГК на кость.
Тироксин оказывает прямое воздействие на образование хряща во взаимодействии с ИРФ-1.
Эстрогены играют важную роль в формировании скелета и в предотвращении потерь костной массы. Они предотвращают резорбцию костной ткани путём подавления активности остеокластов.
Андрогены играют важную роль в костном метаболизме как у женщин, так и мужчин. Механизм действия андрогенов на костную ткань не вполне ясен. Однако известно, что их влияние на другие ткани-мишени опосредовано ростовыми факторами.
Соматотропный гормон. Действие СТГ связано с продукцией в костной ткани таких местных факторов как ИРФ-1, трансформирующий ростовой фактор в костный морфогенетический белок и другие. СТГ оказывает стимулирующий эффект на пролифирацию хондроцитов внутри ростовой пластинки. Соматотропный гормон (Соматотропин, СТГ, Growth hormone, GH)

Гормон роста, стимулирующий рост костей, мышц и органов. Пептидный гормон. Вырабатывается соматотрофами передней доли гипофиза под контролем соматостатина и соматолиберина. Основные эффекты: стимуляция линейного роста, поддержание целостности тканей и уровня глюкозы к…

720 руб

 
Инсулин стимулирует синтез костного матрикса и образование хряща. Инсулин (Insulin)

Основной регулятор обмена углеводов. Инсулин – полипептидный гормон, продуцирующийся бета-клетками поджелудочной железы, главный регулятор углеводного обмена. В норме его секреция стимулируется увеличением уровня глюкозы в крови. Повышение концентрации инсулина вызывает усиленное поглощени…

710 руб

Большое значение для ремоделирования костной ткани имеют простагландины и цитокины. Среди простогландинов важнейший простогландин Е2.
Первоначальный, но временный эффект ПГЕ2 ингибирование активности остеокластов. Среди системных гормонов стимулирующее действие на ПГЕ2 оказывает ПТГ, а ГК являются ингибиторами скелетного ПГЕ2.

Методы измерения костной ткани

Для клиницистов важно, чтобы измерения предоставляли информацию, с помощью которой можно помочь пациентам (например, сократить количество переломов).

За последние несколько десятилетий было разработано много методов, позволяющих с высокой степенью точности измерять костную массу количественно в различных участках скелета (фотонная или рентгеновская денситометрия, компьютерная томография, абсорциометрия).

Полезную информацию об обмене костной ткани позволяют получить некоторые инвазивные методы. Гистоморфологический анализ гребня подвздошной кости, даёт возможность получить сведения о скорости образования костной ткани на клеточном и тканевом уровне, однако информации о величине костной резорбции недостаточно. Кроме того, исследование обмена костной ткани ограничивается небольшой областью губчатого вещества и внутренней поверхностью кортикального слоя, что не всегда отражает происходящее в других отделах скелета.  Недостатки денситометрии

  • Диагностика остеопороза возможна только при частичной потере костной массы.
  • Не позволяет прогнозировать уровень потери костной массы.
  • Оценка изменения плотности костной ткани возможна только через 1,5 – 2 года после назначения терапии.
  • Отсутствие возможности быстрой коррекции терапии остеопороза.

Скорость образования или разрушения матрикса костной ткани может оцениваться либо при измерении активности специфических ферментов костеобразующих или костеразрушающих клеток, таких как щёлочная и кислая фосфатаза, либо путём определения компонентов поступающих в кровоток во время синтеза или резорбции кости. Хотя эти показатели разделяются на маркёры синтеза и резорбции кости, следует учитывать, что в патологических условиях, когда процессы перестройки костной ткани сопряжены и изменены в одном направлении, любой из указанных маркёров будет отражать суммарную скорость метаболизма кости. Биохимические маркёры невозможно разделить в зависимости от изменений обмена в разных отделах костей, т. е. в губчатом или компактном веществе. Они отражают итоговые изменения резорбции и костеобразования, направленные в ту или иную сторону. Можно предполагать, что преобладание резорбции костной ткани над её синтезом, устанавливаемое при сравнении значений какого-нибудь маркёра резорбции и маркёра костеобразования будет в действительности соответствовать такому дисбалансу.

Биохимические маркёры ремоделирования кости

Щёлочная фосфатаза костного происхождения содержится в мембране остеобластов. В качестве показателя ремоделирования чаще всего используется общая активность щёлочной фосфатазы в сыворотке, но этому показателю свойственна низкая чувствительность и специфичность. Так как причины существенного повышения сывороточного уровня щёлочной фосфатазы могут быть различными. Например, у пожилых пациентов это может быть следствием дефекта минерализации костной ткани или влиянием одного из многих лекарственных препаратов, которым свойственно повышать активность печеночного изофермента.
Остеокальцин, также называемый костным gla-протеином, синтезируется преимущественно остеобластами и включается во внеклеточный матрикс костной ткани. Часть этого белка проникает в кровоток, где может измеряться иммунными методами.  Остеокальцин (Osteocalcin, костный Gla белок, Bone Gla protein, BGP)

Наиболее важный неколлагеновый белок матрикса кости. Остеокальцин (Оsteocalcin, GLA protein) — основной неколлагеновый белок кости, включённый в связывание кальция и гидроксиапатитов. Синтезируется остеобластами и одонтобластами, состоит из 49 аминокислот. Молекулярный вес приблизительно 5…

970 руб

Установлено, что при большинстве состояний, характеризующихся сопряженностью резорбции и синтеза костной ткани, остеокальцин может считаться адекватным маркёром скорости ремоделирования кости, а в тех ситуациях, когда резорбция и синтез костной ткани разобщены – специфическим маркёром костеобразования.
Биохимические маркёры костной резорбции

Определение натощак кальция в утренней порции мочи (соотнесенного с экскрецией креатинина), является самым дешёвым методом оценки резорбции кости. Этот метод полезен для определения значительно усиленной резорбции, малочувствителен.

Деоксипиридонолин (ДПИД) является перекрёстной пиридиновой связью, присущей зрелому коллагену и не подвергающейся дальнейшим метаболическим превращениям. Он выводится с мочой в свободной форме (около 40%) и в связанном с пептидами виде (60%). Определение Дпид в моче имеет ряд преимуществ. 

Дезоксипиридинолин в моче (ДПИД)

Основной материал поперечных связей коллагена в костях. Костный коллаген характеризуется наличием поперечных связей между отдельными молекулами коллагена, которые играют большую роль в его стабилизации и представлены в виде деоксипиридинолина (лизилпиридинолина, ДПИД) и пиридинолина (ок…

1 640 руб

Это:

  • высокая специфичность для обмена костной ткани;
  • отсутствие метаболических превращений до выведения с мочой;
  • возможность проводить исследования без предварительных диетических ограничений.

Значение биохимических маркёров для диагностики и мониторирования терапии остеопороза Проведённые наблюдения за терапией основными видами групп препаратов, позволили сделать следующие выводы:

  • повышение уровня щёлочной фосфатазы и остеокальцина в сыворотке крови часто отмечается при лечении пациентов с остеопорозом фторидами. Определение этих маркёров рекомендовано для контроля за стимулирующим воздействием фторидов на костеобразование;
  • антирезорбционные препараты, такие как эстрогены и бифосфонаты, приводят при остеопорозе, который развился после менопаузы, к значительному снижению концентрации маркёров резорбции и синтеза костной ткани, вплоть до пременопазуального уровня.

Такая динамика биохимических маркёров соответствовала замедлению потери костной ткани, установленному с помощью остеоденситометрии к 9 мес. лечения.
Основная цель применения биохимических маркёров состоит в оценке костного метаболизма, что особенно важно для терапии, так как пациенты с остеопорозом и высоким уровнем метаболизма кости лучше реагируют на такие активные антирезорбтивные препараты, как эстрогены и кальцитонин. В том случае, если показатели костного метаболизма соответствуют нижней трети нормального диапазона или ещё ниже, существенный лечебный эффект маловероятен.
Биохимические маркёры используются для решения вопроса о необходимости лекарственной терапии у женщин после менопаузы: чем выше значения костного метаболизма и чем ниже величина костной плотности по сравнению с нормальными значениями, тем больше необходимость назначения лекарственной терапии. Определение активности костного метаболизма, возможно, позволит врачу корректировать назначаемую терапию, до подтверждения диагноза денситометрическими методами.
Результаты многих клинических испытаний, позволяют считать, что маркёры костного метаболизма могут использоваться для прогнозирования действия антирезорбционной терапии на массу костной ткани. Расчёты, основывающиеся, с одной стороны на точности измерения массы костной ткани путём двухэнергетической рентгеновской абсорциометрии поясничного отдела позвоночника,  с другой, на ожидаемых изменениях этого показателя под влиянием лечения, показывают, что для  эффективности терапии у отдельно взятого пациента может потребоваться наблюдение в течении до 2-х лет. Повторное определение уровня костных маркёров позволяет сократить этот срок до 3-х месяцев. Определение уровня биохимических маркёров резорбции и ремоделирования кости позволяет:

  • при профилактическом обследовании выявить пациентов с метаболическими нарушениями процессов ремоделирования и резорбции костной ткани;
  • оценить и прогнозировать уровень потери костной массы;
  • дать оценку эффективности назначенной терапии уже через 2 – 3 месяца;
  • выбрать наиболее эффективный препарат и определить оптимальный уровень его дозировки индивидуально для каждого пациента;
  • быстро оценить эффективность проводимой терапии и существенно сократить материальные и временные затраты пациента на лечение.

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Источник: //www.invitro.ru/library/labdiagnostika/16128/

Ремоделирование костной ткани

Костное ремоделирование

Ремоделирование — это сопряженные во времени процессы локальной резорбции и формирования кости в небольших блоках посредством базисной мультиклеточной единицы, функцией которой является поддержание скелетного баланса.

Сопряжение во времени процессов ремоделирования достигается за счет механизма, в основе которого лежит взаимное влияние всех клеток посредством локальных сигналов факторов роста и других цитокинов.

Ремоделирование компактного и губчатого вещества кости рассматривается с позиции функционирования базисных многоклеточных единиц (БМЕ, Basic Multicellular Unit (BMU)) или костных ремоделирующих единиц (Bone Remodeling Unit (BRU)). БМЕ формируются в локусе перестройки костной ткани и представляют собой группу из согласованно функционирующих клеток, которые называют также “преобразующими блоками” или “обособленными ремоделирующими пакетами”.

Базисную мультиклеточную единицу образуют остеокласты, остеобласты, активные мезенхимальные клетки и капиллярные петли. Размер БМЕ 0,05-0,1 мм3. Она имеет форму цилиндра с двумя конусовидными вершинами, в центре которого проходит кровеносный капилляр, окруженный остеогенными клетками.

Вершина цилиндра – режущий конус, выстлана остеокластами, которые разрушают компактную кость, образуя в ней резорбционный канал. Средняя часть БМЕ – реверсивная зона, представляет собой резорбционную полость, выстланную клетками типа макрофагов и сменяющими их преостеобластами.

Дистальный отдел БМЕ – замыкающий конус, покрытый остеобластами, которые заполняют резорбционный канал концентрически располагающимися костными пластинками.

В организме взрослого человека одновременно функционируют 100 000-10000 000 БМЕ. Ремоделирование костной ткани осуществляется в соответствии с действующими на кость нагрузками. Ежегодно обновляется около 4-10% общего объема костной массы. Этот процесс регулируется количеством и активностью костных клеток (табл.1)

Таблица.1. Типы костных клеток и их участие в процессе ремоделирования

Процесс ремоделирования костной ткани происходит в несколько фаз [активации, резорбции, реверсии, формирования (остеогенеза)], в каждую из которых ведущую роль выполняют те или иные клетки. Остеокласты и остеобласты вовлечены в процесс ремоделирования кости, остеоциты и покровные клетки участвуют в обменных процессах, обеспечивая питание кости и сохранение кальциевого гомеостаза.

Ремоделирование кости начинается с активации покровных клеток покоящейся зоны (рис.1) при помощи специфических цитокинов.

На костном матриксе происходит разрушение протективного слоя, к оголенной поверхности мигрируют предщественники остеокластов, сливаются в многоядерную структуру – зрелый остеокласт, который деминерализует костный матрикс (резорбция, катализируемая при помощи ферментов карбоангидразы и тартрат-резистентной кислой фосфатазы) с образованием резорбционных лакун, после чего уступает место макрофагам. Макрофаги завершают разрушение органической матрицы межклеточного вещества кости и подготавливают поверхность к адгезии остеобластов (реверсия).

В последующем наступает реверсионная фаза, когда возникшие лакуны заполняются предшественниками, дифференцирующимися в остеобласты (“клетки-строители”).

Начинается синтез костных протеинов, формирование органического матрикса кости, после чего минерализация, в соответствии с новыми условиями статической и динамической нагрузки на кость, завершает цикл ремоделирования.

Остеобласты остаются внутри костного матрикса, превращаясь в остеоциты. Остеобласты, оставшиеся на поверхности вновь сформированной кости, дифференцируются в покровные клетки.

Такие циклы возникают примерно 1 раз в 2-3 года в каждой единице костного ремоделирования (остеоне) как трабекулярных, так и кортикальных костей и длятся соответственно около 100 и 200 дней.

У молодых здоровых лиц в результате ремоделирования костная масса до 35-40 лет остается постоянной. Затем потеря костной массы у мужчин ежегодно составляет 0,5-2% в год, у женщин – 2-3%, с преимущественным ускорением в течение 5-10 лет после менопаузы.

Каждый цикл ремоделирования в менопаузе заканчивается небольшим уменьшением костной массы. Активизация ремоделирования в менопаузе приводит к увеличению потери костной ткани (рис.2). P.D.

Ross (1996) показал, что в течение всей жизни женщины теряют до 35% кортикальной и до 50% трабекулярной кости (для мужчин соответственно – 25% и 20%).

Такое снижение костной массы приводит к снижению прочности кости и, следовательно, увеличению риска переломов.

Факторы, влияющие на ремоделирование костной ткани

Кальций – регулирующие гормоныПаратгормон(паратиреоидный гормон, ПТГ) – врабатывается клетками околощитовидных (паратиреоидных) желез. Основное действие – поддержание гомеостаза кальция; главный стимулятор секреции – снижение уровня ионизированного кальция в крови; другие стимуляторы ПТГ – магний, гистамин, кортизол, допамин, секретин. Регуляция осуществляется по механизму обратной связи. Основное воздействие на костную ткань – стимуляция костной резорбции путем активации остеокластов (остеокластическая костная резорбция) и остеоцитов – покоящихся остеобластов (остеоцитарный остеолизис). Для реализации резорбтивного действия необходимо присутствие остеобластов. ПТГ может, как стимулировать, так и замедлять синтез коллагена и костного матрикса. Непрерывное продолжительное лечение ПТГ приводит к замедлению образования новой кости, а прерывистое лечение короткими курсами стимулирует синтез коллагена и костеобразование.
Кальцитонин (гипокальциемический гормон) – вырабатывается парафолликулярными клетками щитовидной железы.Тормозит спонтанную костную резорбцию за счет первичного угнетения остеокластической активности и уменьшения количества остеокластов, и остеолизис, стимулированный ПТГ, витамином D и другими факторами. Подавляет распад коллагена, положительно влияет на костеобразование. Является функциональным антагонистом ПТГ, но прямого влияния друг на дргуа эти гормоны не оказывают. Непрямое взаимодействие сводится к их противоположному влиянию на уровень кальция в данный момент времени.
1,25-гидроксихолекальциферол (1,25 (ОН)2D3) – кальцитриол, 1,24,25- дигидроксихолекальциферол (1,24,25 (ОН)2D3) – биологически активные метаболиты витамина D. Витамин D представляет собой смесь витамина D3 (холекальциферол), образующегося под влиянием ультрафиолетового облучения, и витамина D2 (эргокальциферол), содержащегося в пищевых продуктах. Витамин D обладает биологической активностью после конверсии его в активные метаболиты в печени и почках.1,25-гидроксихолекальциферол – быстродействующее активное соединение, которое играет основную роль в усилении всасывания кальция в кишечнике и в его доставке к органам и тканям. Кальцитриол участвует в регуляции фосфорно-кальциевого обмена за счет стимуляции кишечной абсорбции кальция и фосфора, и усиления реабсорбции кальция в дистальных почечных канальцах; поддерживает гомеостаз кальция. Вместе с ПТГ, через остеобласты, стимулирует костную резорбцию (остеоцитарный остеолизис и остеокластическую резорбцию). Опосредованно, через трансформирующий фактор Р и простагландины, участвует в образовании и дифференцировке остеокластов из их предшественников – клеток гемопоэтического ряда. На остеобластах модулирует экспрессию генов коллагена I типа, щелочной фосфотазы, остеопонтина, остеокальцина.1,24,25- дигидроксихолекальциферол – медленно, но долговременно действующее соединение, контролирующее образование и минерализацию костного матрикса при достаточной доставке кальция к участкам оссификации.
Другие системные гормоныИнсулин – полипептид, синтезируемый клетками поджелудочной железы.Стимулирует синтез компонентов костного матрикса за счет влияния на дифференциацию остеобластов и за счет увеличения количества коллагенпродуцирующих клеток. Стимулирует синтез хряща, увеличивает продукцию ИПФР-1 печенью, необходим для нормальной костной минерализации.
Гормон роста (СТГ – соматотропный гормон) – полипептид, вырабатываемый передней долей гипофизаИграет важнейшую роль в нормальном развитии и скелетном росте у детей и, в меньшем случае, – взрослых. Оказывает прямое стимулирующее влияние на хондроциты и остеобласты посредством регуляции синтеза ИПФР-1 и продуцирования в костной ткани таких местных факторов, как трансформирующий ростовой фактор Р, костный морфогенетический белок и другие. Стимулирующий эффект СТГ на пролиферацию хондроцитов внутри ростовой пластинки лежит в основе лечения низкорослости у детей с дефицитом СТГ. Механизм действия СТГ на кость у взрослых до конца не ясен. Предполагается, что его эффекты достигаются путем увеличения доступности минералов и влиянием на пролиферацию остеобластов. В подтверждение первого вероятного механизма было доказано, что СТГ, действуя через ИПФР-1, активирует 1-альфа-гидроксилазу почек, увеличивая превращение транспортной формы витамина D в его активный метаболит – кальцитриол. В результате увеличивается абсорбция кальция и фосфатов в кишечнике. Кроме того, СТГ увеличивает реабсорбцию фосфатов в почках.
Глюкокортикоиды – гормоны коры надпочечниковCпособны как стимулировать (низкие концентрации, короткий период воздействия), так и ингибировать (высокие концентрации, длительное воздействие) резорбцию костной ткани и деградацию коллагена в зависимости от концентрации в крови. Ингибируют синтез ИПФР-1 костными клетками.
Тироксин – гормон щитовидной железыОказывает прямое воздействие на образование хряща во взаимодействии с ИПФР-1. Предполагают, что тиреоидные гормоны оказывают как прямой, так и опосредованный эффект на активацию костного обмена. Они стимулируют костную резорбцию, что имеет последствия в клинике. У пациентов с гипертиреозом часто выявляют гиперкальциемию, а у женщин в менопаузе, принимающих тиреоидные гормоны, быстро развивается остеопения.
Эстрогены – женские половые гормоныУчаствуют в созревании костей скелета, формировании диморфизма скелета, наборе пика костной массы, предотвращении потерь костной массы, поддержании минерального гомеостаза и костного баланса у взрослых в течение репродуктивного периода. Предотвращают резорбцию костной ткани путем подавления активности остеокластов в стадии ранней дифференцировки, интерлейкинов -1, -6, фактора некроза опухоли, гранулоцито – макрофагально – колиниеобразующего фактора. Дефицит эстрогенов при гипогонадизме у женщин репродуктивного возраста и в период менопаузы является решающим фактором в развитии остеопении.
Прогестагены – женские половые гормоныОказывают прямое и опосредованное (блокада рецепторов к глюкокортикоидам и снижение их ингибирующего эффекта на кость) защитное влияние на кость. In vitro показано, что прогестерон стимулирует пролиферацию остеобластов, повышая выделение ИПФР-2.
Андрогены – мужские половые гормоныСтимулируют пролиферацию остеобластов и выработку ими щелочной фосфотазы в дозозависимом режиме, усиливают синтез коллагена III типа, продукцию СТГ и ИПФР-1, тем самым оказывая дополнительное влияние на величину костной массы. Влияние на кость опосредовано ростовыми факторами. Гипогонадизм у мужчин ведет к развитию остеопении, а лечение андрогенами предотвращает дальнейшие потери костной ткани. Дефициту андрогенов отводится определенная роль в развитии сенильного остеопороза у мужчин. Немаловажной является роль андрогенов в увеличении силы и прочности скелетных мышц. Кроме того, интересен тот факт, что у женщин с гирсутизмом гиперандрогения поддерживает нормальный уровень массы кости, несмотря на низкий или неопределяемый уровень эстрогенов.
Ростовые факторы и цитокиныИнсулиноподобные факторы роста -ИПФР-1 и ИПФР-2, фактор роста фибробластов, трансформирующий фактор роста Р, тромбоцитарный фактор роста, эпидермальный фактор роста, интерлейкины -1, -6, -8, -11, фактор некроза опухоли – ФНО, макрофаг – колониестимулирующий фактор, гранулоцит – макрофаг – колониестимулирующий фактор – ГМКГСтимуляторы резорбции костной ткани. Большинство из них циркулирует в кровотоке. Оказывают влияние на дифференциацию остеобластов и резорбцию костной ткани. Основные цитокины, участвующие в процессе ремоделирования костной ткани и играющие роль в развитии остеопороза – интерлейкины (ИЛ), ГМКГ, ФНО. В развитии остеокластов принимают участие ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-11, ФНО, ГМКГ, которые, в свою очередь, играют значительную роль в регуляции местных и системных воспалительных реакций. Существенное значение в развитии остеопороза придают ИЛ-6, который стимулирует ранние этапы гемопоэза и остеокластогенеза. Он синтезируется как в культуре стромальных, так и остеобластных клеток в ответ на некоторые гормональные стимулы (ПТГ, кальцитриол). ИЛ-6 способствует костной резорбции и усилению остеокластогенеза. Важную роль в регуляции остеокластогенеза играет ИЛ-11.
γ-интерферон и интерлейкин-4Ингибиторы резорбции костной ткани

Источник: //bono-esse.ru/blizzard/Anatom/os_2.html

Ремоделирование костей. Взгляд на науку о клетках

Костное ремоделирование

В данной статье рассматриваются вопросы ремоделирования костей от европейских ученых под руководством компании «Новартис». Эта статья подтверждает выводы профессора Струкова В.И. о том, что для здоровья костной системы важна двигательная активность пациентов. Поэтому д.м.н. Струков В.И. настоятельно рекомендует пациентам проходить около 20 км в неделю.

Постоянная мышечная нагрузка стимулирует рост минерального матрикса костной ткани и ведет к укреплению костей. В работе кость рассматривается как эндокринный орган, что говорит о неизученности многих механизмов жизни костной ткани. Однако данная статья не полностью описывает регуляторные механизмы костной ткани посредством андрогенов. Поэтому исследования профессора Струкова В.И.

опережают исследования европейских ученых.

Взгляд на ремоделирование костей

Цикл ремоделирования костей поддерживает целостность опорно-двигательного аппарата путем сбалансированной активности его составляющих типов клеток. Есть формирующий кость остеобласт, клетка, которая производит органический костный матрикс и помогает ее минерализации (Karsentyetal.

, 2009); разрушающий клетку остеобласт, единственный тип эндокринной клетки, который растворяет минералы кости и с помощью ферментов размывает белки внеклеточного матрикса (extracellularmatrix, ECM) (Teitelbaum, 2007); и остеоцит, производную от остеобласта постмиотическую клетку (post-mitoticcell) в костном матриксе, которая действует как механосенсор и эндокринная клетка (BonewaldandJohnson, 2008). Четвертый тип клетки – это костно-выстилающая клетка (boneliningcell), которая хотя и считается имеющей особую роль во взаимодействии с резорбцией кости для формирования костей (Evertsetal., 2002), но, возможно, физически определяет костное ремоделирование отделов кости (Andersenetal., 2009).

Молекулярный анализ  генетических нарушений высоко повышенной или пониженной костной массы определяет во многом зависимые от основных белков, контролирующих действие этих типов костных клеток.

Эта информация является результатом как новых путей в лечении или диагностике наиболее распространенных костных заболеваний, так и способствует лучшему пониманию общих вариантов генетических процессов, которые приводят к разнице в плотности костей у целой популяции.

На картинке (выше) мы проиллюстрировали основные сигнальные пути, включенные в дифференциацию костных клеток, функцию и восстановление, и описали, как связанные действия костных клеток  поддерживаются благодаря межклеточному взаимодействию. Мы уделяем особое внимание факторам и сигнальным процессам, которые оказались необходимыми для поддержания здоровья костей путем изучения редких генетических заболеваний костей.

Остеобласты: дифференцировка и функция

Wnt  (signalling pathway) означает сигнальный путь Wnt. Аббревиатура возникла от двух других аббревиатур — Wnt “wingless” («бескрылый») пошло издавна, так как первично был идентифицировано как ген дрозофилы по рецессивной мутации, от которого крылья у них не росли. Отсюда еще одного  название – «бескрылый» (wingless). Int означало “identification” (идентификация). – Прим.перев.

Дифференцировки остеобластов достигаются за счет согласованного выражения ряда ключевых транскрипционных факторов, и формирование кости за счет остеобластов контролируется как локально, так и системно в ходе моделирования кости в развитии (структура 1 — Box 1) в течение жизни.

Исследования заболеваний, связанных с дефектами костного формирования, такие как развитие расстройств конечностей и высокие условия костной массы, продемонстрировали ключевую важность контроля локального формирования костей с помощью морфогенного белка кости (bonemorphogeneticprotein (BMP) SMAD – сокр.

от Similar to Mother Decapentapglichomolog, также называемый Mothersagainsthomolog; белок и сигнальный путь, связанный с трансформирующим ростовым бета фактором (TGF-beta – Transforminggrowthfactorbeta, TGF-β). Данный термин обычно не переводится на русский язык., а используется как английская аббревиатура. – Прим.перев.(CaoandChen, 2005) и сигнального пути (wingless,  Wnt) (Dayetal.

, 2005) сигнальных путей для дифференциации и функции остеобластов. У взрослых BMP2 может действовать как мощный стимулятор эктомического (смещённого) формирования кости (ectopicboneformation) (Chenetal., 1997), и он клинически используется для улучшения формирования костей, например, при исправлении переломов (Govenderetal., 2002).

ВМР, сигнализирующий через восстановление и активацию гетеродимерического контроля белков Smad, контролирует выработку гена RUNX2, также известного как основной связующий фактор «альфа 1» (alpha1 или cbfa1), транскрипционный фактор, необходимый для дифференциации остеобластов (Ducyetal., 1997).

RUNX2 — Runt-relatedtranscriptionfactor 2 (Runx2) – ген, обеспечивающий использование белков для развития и поддержки костей и хрящей. Обычно используется в английской аббревиатуре. – Прим.перев.Канонический сигнальный путь (Wntsignallingpathway) необходим для дифференциации остеобластов во время скелетообразования и продолжает играть важную роль в зрелых остеобластах.

Альфа 1 (alpha 1, cbfa) – белок интерферон альфа 1, известный также как коллаген (ген) IFNA-1 , а также как ген COL1A1 – белок, укрепляющие и поддерживающий мягкие ткани организма, хрящи, кости, связки и склеры глаз. Русского перевода найти не удалось. – Прим.перев.

И хотя основная функция циркуляции паратиреоидного гормона (parathyreoidhormone, PTH) состоит в том, чтобы регулировать содержание кальция в плазме (см.ниже), он также играет важную роль в формировании костей и предупреждает апоптоз остеобластов и остеоцитов. Периодическое введение небольшого количества паратиреоидного гормона (parathyreoidhormone, PTH) увеличивает количество остеобластов, формирование костей и костную массу, и это установленное анаболическое средство для лечения остеопороза.

CDFA (core-bindingfactorsubnunitalpha1) – внутренний связывающий фактор субъединицы. Белок (ген), который кодирует белки из семейства миелоидных транслокаций. – Прим. перев.

Во время эмбрионального развития трубчатые кости (длинные кости) первоначально формируются как хрящи, которые потом постепенно замещаются костной тканью, – процесс, известный как эндрохондральное формирование костей.

В отличие от этого, плоские кости, такие как черепные кости, формируются непосредственно из мезенхимального уплотнения путем процесса, называемого интрамембральной оссификацией (окостенением – англ. intramembranousossification).

В течение раннего детства происходят оба моделирования костей (формирование и приобретение формы) и ремоделирование костей  (замена или обновление), тогда как в зрелом возрасте ремоделирование костей является преобладающим процессом для поддержание целостности опорно-двигательного аппарата за исключением увеличения массы формирования костей, которое происходит после перелома. Большинство костей состоит из смеси плотной или кортикальной кости и внутренне трабекулярной (губчатой) костной ткани, обеспечивая оптимальный компромисс между силой и весом. Кроме того, обеспечивая поддержку крепления участков для мышц и защиту уязвимых внутренних органов, кости также обеспечивают «дом» для костного мозга и действуют как хранилище для минералов.

Остеобласты производят кости путем синтеза и направленного отбора коллагена 1-го типа, который составляет более 90% белков матрикса кости.

Это вместе с некоторыми другими незначительными типами коллагенов, протеогликанами, фибронектином и специфическими костными белками, такими как остеопонтин, костный силапротеин и остеокальцин, становится неминерализованным гибким  остеостероидом, на котором обосновываются  остеобласты.

Ригидность кости, которая отличается от других коллагеновых матриксов, обеспечивается костными минералами. Минерализация достигается за счет локального выброса фосфатов, которые производятся фосфатазами, присутствующими в производных от остеобластов мембраносвязанными матричными везикулами внутри остеоида.

Вместе с обилием кальция в межклеточной жидкости он приводит к зарождению кальция и росту кристаллов гидроксиапатита [Ca10(PO4)6(OH)2]. Пропорция органического матрикса к минералу (в кортикальной кости у взрослых составляет примерно 60% минерала, 20% органического материала и 20% воды) является критической, чтобы обеспечить правильный баланс между жесткостью и гибкостью скелета.

Источник: //osteomed.su/vzglyad-na-remodelirovanie-kostej/

WikiMedSpravka.Ru
Добавить комментарий