Биохимия костной и соединительной ткани

Зубы

На схеме приведен продольный разрез зуба-резца, одного из 32 зубов человека. Основную часть зуба составляет дентин. Выступающая из десны часть зуба, коронка, покрыта эмалью, а корень зуба покрыт зубным цементом. Цемент, дентин и эмаль построены подобно костной ткани. Высокое содержание минеральных веществ придает им высокую твердость Белковый матрикс этих тканей состоит главным образом из коллагенов и протеогликанов (гликозаминогликанов); наиболее важной минеральной составляющей является гидроксилапатит.

В кислой среде ткань зуба подвергается атаке и утрачивает твердость. Такое распространенное заболевание, как кариес, вызывается микроорганизмами, живущими на поверхности зубов и выделяющими в качестве продукта анаэробного гликолиза органические кислоты, вымывающие из эмали ионы Са2+. Другие продукты бактериального метаболизма сахаров — внеклеточные декстраны, нерастворимые полисахариды; они играют роль защитного фактора для бактерий. Бактерии и декстраны составляют основную массу зубного камня (зубных бляшек), образующегося на плохо чищеных зубах.

Профилактические меры защиты от кариеса включают регулярную чистку зубов (с целью удаления зубного налета), использование воды, обогащенной фтором (с целью насыщения зубной эмали ионами фтора), наконец, исключение из повседневного рациона пищевых продуктов, содержащих сахарозу, глюкозу и фруктозу.

Остеомаляция и рахит - это термины, которые описывают клинические, гистологические и рентгенологические аномалии костной ткани, связанные более чем с 50 различными заболеваниями и состояниями. Остеомаляция - это нарушение зрелой костной ткани, при которой минерализация вновь образованного остеоида (костный белковый матрикс) является недостаточной или запоздалой. Рахит - это заболевание детей, при котором недостаточная минерализация происходит как в костях, так и в хряще эпифизарных пластинок. Таким образом, рахит связан с замедлением роста и целым рядом деформаций скелета, как правило, не наблюдаемых при остеомаляции. Остеомаляция - это преобладающее гистологическое поражение в рахитических костях. Хотя рахит и остеомаляция вначале были описаны отдельно, и их рассматривали как самостоятельные клинические заболевания, в настоящее время ясно, что те же самые патологические процессы могут привести в результате к тому или иному нарушению, в зависимости от того, поражается растущий или нерастущий скелет.

Причины остеомаляции и  рахита.

Первичным нарушением, наблюдающимся  при остеомаляции и рахите, является недостаточная минерализация основного  вещества кости. Основным минералом  костей является гидроксиоапатит (Са^РО^еСОН^). Таким образом, любое заболевание, которое ограничивает поступление кальция или фосфора, может закончиться остеомаляцией или рахитом. Причины остеомаляции и рахита подразделяют на три категории:

1. связаны с нарушениями метаболизма витамина D или нарушениями его действия; 
2. связаны с нарушениями обмена фосфора
3. небольшая группа расстройств с нормальным обменом витамина D и нормальным минеральным обменом.

Вторая категория расстройств, связанных с остеомаляцией и  рахитом, представляет собой гетерогенную группу заболеваний, являющихся результатом дефицита фосфора или нарушения преобразования фосфатов в почках. Дефицит фосфатов, связанный с питанием, снижение всасывания фосфатов в кишечнике в результате связывания их принятыми внутрь веществами, такими как гидрат окиси алюминия, или потери фосфатов в почках, обусловленные почечно-канальцевым ацидозом, могут привести к остеомаляции или рахиту.

Гипофосфатемический рахит (витамин D-резистентный рахит) является наиболее распространенной наследуемой формой рахита у человека и передается как доминантный, связанный с Х-хромосомой, признак. Аномальный ген, ответственный за это расстройство, располагается в коротком плече Х-хромосомы. Основным нарушением является потеря фосфатов через почки и сниженный почечный синтез 1,25-дигидрокси-витамина D. Остеомаляция, вызванная опухолью, - это редкий синдром, при котором обычно доброкачественные опухоли (часто мезенхимальной природы) обнаруживают в сочетании с несемейной остемаляцией. Эти опухоли, по-видимому, вырабатывают пока еще неизвестный гуморальный фактор, который является ответственным за потери фосфатов и нарушение продукции 1,25-дигидроксивитамина D в почках. Опухоли, обычно связанные с этим заболеванием, включают саркомы, гемангиомы и гиган-токлеточные опухоли кости и, редко, карциному молочной железы и простаты.

Хроническая почечная недостаточность  связана с тремя видами заболеваний  костной системы: остеомаляция или  рахит, генерализованная фиброзная  остеодистрофия (вследствие вторичного гиперпаратиреоза большой давности) и сочетание этих двух заболеваний костной системы (называемое смешанной почечной остеодистрофией). Рахит и остеомаляцию обычно обнаруживают позднее при заболеваниях почек и редко наблюдают прежде, чем больным начнут диализ. Рахит и остеомаляция вызываются интоксикацией алюминием в результате приема алюминий-содержащих антацидных средств, используемых в качестве веществ, связывающих фосфаты, или вследствие использования диализата с примесью алюминия, низких концентраций 1,25-дигидроксивитамина D в крови, и, возможно, хронического метаболического ацидоза, связанного с почечной недостаточностью.

У взрослых остеомаляция может быть бессимптомной. Симптомами остеомаляции могут быть разлитая боль в костях, слабость проксимальных мышц и иногда даже мышечное истощение. Мышечная слабость часто поражает проксимальные мышцы нижних конечностей и может привести к утиной походке. Боль в костях описывается как тупая и ноющая и обычно локализуется в спине, бедрах, коленях, голенях и в местах переломов. Боль увеличивается при физической активности или при пальпации. Переломы могут происходить даже от небольшой травмы.

У детей с рахитом из-за сниженной  кальцификации хряща в ростовых пластинках часто наблюдают дополнительные клинические проявления. Особенно заметными  являются расширение метафизов (зона роста между эпифизом и диафизом), замедленный рост и различные деформации скелета. Проявления рахита максимальны там, где рост кости наиболее быстрый. Так как скорость роста скелета изменяется с возрастом, то проявления рахита таким же образом варьируют. Одним из самых ранних признаков рахита у детей раннего возраста (1-й год жизни) является краниотабес (аномальная мягкость черепа). В более старшем возрасте проявлениями рахита могут быть утолщения предплечья у запястья и соединений хряща с ребрами (рахитические "четки"). Возможно формирование гариссоновой борозды, латерального вдавления стенки грудной клетки у места прикрепления диафрагмы. У детей более старшего возраста можно наблюдать искривление большеберцовых и малоберцовых костей. В любом возрасте, если у пораженного рахитом человека отмечается гипокальциемия, могут также наблюдаться парестезии, тетания и эпилептиформные припадки.

  кость

Поперечный разрез плотной костной  ткани.

Это интересно!

Бедренная кость самая длинная  из костей скелета, она составляет 1/4 часть длины тела взрослого, выдерживает нагрузку на сжатие 1500 кг. Самая маленькая кость у человека – слуховая косточка, получившая название стремечко.

Продолжительность жизни одной  костной клетки составляет 25 лет. Это  значит, что в течении жизни масса костного вещества меняется не один раз. Раньше всего  стареют  скелет пальцев кисти,  грудной и поясничный отделы позвоночника. Старческие изменения костей обнаруживаются после 40-50 лет, у женщин на 6-8 лет раньше, чем у мужчин. На жизнедеятельность костной ткани значительное воздействие оказывают питание.

Патология костей.

Кость является динамичной структурой, постоянно обновляющейся за счет перестройки. Торможение или отсутствие перестройки сопровождается ухудшением механических свойств К. и приводит к возникновению макро- и микропереломов, например при мраморной болезни, гипотиреозе, гипофизарной карликовости. Обычно представление о прочности К. связывают с ее твердостью, зависящей от содержания в ней минеральных солей. На самом деле прочность К. обусловлена также и ее внутренней архитектоникой. Например, при мраморной болезни, болезни Педжета, несмотря на большую, чем в норме, твердость К. подвержены патологическим переломам, т.к. костные массы образуют беспорядочные нагромождения, не соответствующие функциональному назначению.

Некроз кости происходит при  нарушении кровообращения, при воспалительных процессах в ней или в окружающих ее тканях, при воздействии на К. термических факторов (ожог, отморожение) и др. Он характеризуется кариорексисом (растворением ядер) остеоцитов.

Атрофия кости заключается в убыли ее вещества (костных структур) вследствие преобладания рассасывания костной субстанции над ее созиданием. Атрофия может распространяться на всю К. или быть очаговой. В первом случае различают концентрическую и эксцентрическую атрофию. При концентрической атрофии уменьшается толщина К. с нормальным соотношением между компактным веществом и костномозговой полостью; при эксцентрической форме процесс атрофии идет в основном со стороны костномозговой полости, приводя к расширению ее и к истончению компактного вещества, без нарушения размеров и общей конфигурации К. Атрофия К. обычно сопровождается расширением сосудистых каналов и костномозговой полости за счет рассасывания их стенок и балок губчатого вещества, что приводит к остеопорозу. Очаговая атрофия зависит от местных патологических процессов, например может быть обусловлена давлением опухоли, аневризмы сосуда. Однако очаговая атрофия не является чисто местным процессом: изменения структуры К. непосредственно в области воздействия повреждающего фактора сопровождаются перестройкой и других отделов К. в порядке приспособления к условиям нагрузки, изменившимся в процессе атрофии.

Старческая атрофия (старческий остеопороз) захватывает весь скелет, но неравномерно как в отношении разные К., так и различных отделов одной и той же К. Это, как правило, эксцентрическая атрофия, она наиболее сильно выражена в губчатых К., особенно в позвонках, и в губчатом веществе трубчатых костей. Общая структура К. упрощается. Атрофия К. при старческом остеопорозе происходит медленно путем резорбции одновременно обоих ее компонентов — органического и неорганического.

Атрофия от бездеятельности наблюдается  в кости, например при длительной иммобилизации конечности, в ампутационных культях, в альвеолярных отростках челюстей при потере зубов. В первом случае это обычно эксцентрическая атрофия, не резко выраженная. В костях ампутационных культей при длинных культях наблюдается эксцентрическая, а при коротких — концентрическая атрофия.

При атрофии от давления происходит исчезновение костных структур, иногда на значительном протяжении, например, при аневризме аорты образуются большие дефекты в телах позвонков, в их отростках иногда до вскрытия спинномозгового канала.

Невротическая атрофия наблюдается  при заболеваниях центральной и  периферической нервной систем —  гемиплегии, полиомиелите, при нарушении  целости нервных стволов. Повреждение  смешанных нервов сопровождается более  выраженной атрофией, чем поражение  двигательных. Гиперпластические процессы в кости имеют различное происхождение. Они могут иметь приспособительный характер, как, например, рабочая гипертрофия К. Она выражается в утолщении компактного вещества, в образовании мощных перекладин губчатого вещества. Рабочая гипертрофия развивается в связи с особенностями профессии или в тех случаях, когда на К. падает увеличенная нагрузка вследствие отсутствия другой К. или при патологическом процессе в ней. Очаговые гиперпластические процессы могут возникать, например при мелореостозе, вследствие реактивных, воспалительных процессов (см. Остеомиелит). Диффузное утолщение К. носит название гиперостоза, утолщения в виде очаговых костных выростов называют экзостозами, или остеофитами.

Увеличение массы костных структур носит название остеосклероза. Причины развития остеосклероза и степень его распространения различны. Наблюдаются случаи остеосклероза скелета конституционального характера (генуинный остеосклероз). Строение скелета при этом правильное, но К. очень плотны, толсты, массивны. Компактное вещество их утолщено, каналы остеонов значительно сужены вследствие образования новых костных пластинок на их стенках (эбурнеация). Очаговый остеосклероз может возникать в результате воспалительных процессов, а также вокруг каких-либо плотных отложений, опухолей, паразитов.

И костеобразование, и рассасывание костных структур как в норме, так и при патологии протекают  на фоне усиленного кровоснабжения, степень  которого различна. Обычно трудно определить, какая степень гиперемии благоприятствует костеобразованию и какая — рассасыванию костного вещества. Особенно резко выражены гиперемия и ангиоматоз при своеобразном ангионейродистрофическом процессе — спонтанном рассасывании К. При нем частично или целиком рассасываются отдельные К. или несколько костей: бедренная, кости тазового или плечевого пояса, лицевые, грудной клетки (позвонки, ребра). При декомпрессионной болезни в костях наблюдаются изменения, описываемые под названием костных инфарктов.

Дистрофические изменения костной  ткани — разнообразные патологические состояния, связанные с нарушением обмена в К. Недостаток в рационе витамина А (ретинола) ведет к замедлению роста скелета вследствие нарушения энхондрального и периостального костеобразования. Морфологические изменения в К. при авитаминозе С состоят в нарушении роста и регенерации костной ткани ( Цинга). При недостатке кальциферола (D-авитаминозе) изменения К. выражаются в форме рахита и остеомаляции.

Гипервитаминоз А. ( Витамины) наблюдается при передозировке витамина А и проявляется образованием небольших периостальных гиперостозов в области диафизов К. Передозировка витамина D при лечении рахита может вызвать развитие остеопороза (при наличии гиперкальциемии, гиперфосфатемии, гиперкальциурии).

Дистрофические костные изменения бывают ярко выражены при акромегалии, гипопитуитаризме ( Гипоталамо-гипофизарная недостаточность), гипер- и гипотиреозе, гиперпаратиреозе. При гипопитуитаризме эпифизарные хрящевые ростковые пластинки не закрываются вплоть до глубокой старости, черепные швы также не заращены; перестройка К. резко замедлена. Поэтому в К. до глубокой старости не происходит обновления костных структур. При гипертиреозе (см. Зоб диффузный токсический) в К. развиваются процессы, связанные с усилением обмена. К. подвергаются усиленной перестройке, что легко уловить по мозаичному строению костных перекладин. При длительном гипертиреозе более интенсивны процессы рассасывания костной ткани, что ведет к развитию остеопороза, иногда очень резко выраженного. При гипотиреозе, вызванном недоразвитием щитовидной железы, наблюдается нарушение роста К., ведущее к карликовости. Типичные изменения К. наблюдаются при гиперпаратиреозе (см. Паратиреоидная остеодистрофия). Хронические заболевания органов пищеварения — поджелудочной железы, желчного пузыря, желудка, кишечника, в частности высокая резекция тонкой кишки, спру, — могут осложняться остеомалятическим синдромом, нередко выступающим на первый план. Примером легочной остеодистрофии является синдром Бамбергера — Мари (см. Бамбергера — Мари периостоз).