Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Курский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

(ГБОУ ВПО КГМУ Минздрава России)

Стоматологический факультет

Кафедра Биологической химии

Контрольная работа

по дисциплине биохимия

Тема «Ремоделирование костной ткани. Маркеры метаболизма костной ткани»

Исполнитель:Мирзоев

Рустам Расулович

курс - 2

группа - 2

Руководитель:профессор

Долгарева С.А.

Курск - 2014



Оглавление

Введение

1. Моделирование и ремоделирование кости

1.1 Влияние пирофосфата и бифосфонатов на резорбцию кости

1.2 Стадии процесса ремоделирования

2. Участие белка RANKL в активации остеокластов

3. Костеобразование

4. Паратгормона, кальцитонина и витамина D3 в регуляции обмена кальция

5. Влияние гормонов

5.1 Влияние половых гормонов на метаболизм костной ткани

5.2 Влияние гормонов щитовидной железы на процесс ремоделирования кости

6. Механизм влияния соматропного гормона и инсулина на обменные процессы в костной ткани

Вывод

Список литературы



Введение

Особенности метаболизма, клинико-молекулярные механизмы ремоделирования костной ткани и регуляция этих процессов в последние годы привлекает пристальное внимание. Это связано с тем, что остеопороз в начале ХХІ столетия стал одним из наиболее распространенных заболеваний, наряду с онкологическими процессами, сахарным диабетом и сердечно-сосудистой патологией, занимает ведущее место в структуре заболеваемости и смертности населения . В Германии (82 млн. жителей) остеопорозом (ОП) страдает до 7,8 млн. жителей страны старше 50-ти лет . В России количество больных ОП составляет около 14 млн. человек . Частота выявления ОП в Европе у женщин достигает 36 %, у мужчин - 26,4 % . Клиническими последствиями остеопороза являются переломы позвонков, трубчатых костей, ребер. В России каждые 5 минут происходит перелом шейки бедра, вызванный ОП, а в течение года в стране происходит 9 млн. переломов периферического скелета и более 3 млн. переломов позвонков . Перелом проксимального отдела бедра является причиной смерти 14-49 % пациентов в течение первого года после травмы, и этот показатель значительно выше у мужчин, чем у женщин . Половина больных, выживших после перелома бедра, нуждается в постоянном длительном уходе из-за снижения качества жизни. Важной медицинской проблемой является остеопенический синдром, развивающийся вследствие других заболеваний: эндокринных, ревматологических, онкологических, болезней органов пищеварения, почек, легких, как осложнения при приеме некоторых медикаментозных средств: иммунодепрессантов, глюкокортикостероидов, тиреоидных гормонов и др. . Значительное распространение ОП и остеопоротических переломов среди населения, тяжесть исходов, существенные затраты на лечение и реабилитацию больных отражают высокую социальную значимость заболевания.



1. Моделирование и ремоделирование кости

Кость при всей её твердости подвержена изменениям. Весь её плотный внеклеточный матрикс пронизан каналами и полостями, заполненными клетками, которые составляют около 15 % веса компактной кости. Клетки участвуют в непрекращающемся процессе перестройки костной ткани. Процессы моделирования и ремоделирования обеспечивают постоянное обновление костей, а также модификацию их формы и структуры.

Моделированием называют образование новой кости, не связанное с предварительной деструкцией старой костной ткани. Моделирование имеет место в основном в детском возрасте и приводит к изменению архитектуры тела, тогда как у взрослых - к адаптивной модификации этой архитектуры в ответ на механические воздействия. Данный процесс ответственен также за постепенное увеличение размеров позвонков в зрелом возрасте.

Ремоделирование является доминирующим процессом в скелете взрослых и не сопровождается изменением структуры скелета, так как в этом случае происходит лишь замена отдельного участка старой кости на новую Такое обновление кости способствует сохранению её механических свойств. Ремоделированию подвергается от 2 до 10 % скелета в год. Паратгормон, тироксин, гормон роста и кальцитриол повышают скорость ремоделирования, тогда как кальцитонин, эстрогены и глюкокортикоиды снижают её. К стимулирующим факторам относятся возникновение микротрещин и в определённой мере механические воздействия.

1.1 Влияние пирофосфата и бифосфонатов на резорбцию кости

Пирофосфат (пирофосфорная кислота) - метаболит, образующийся в ходе ферментативных реакций путём отщепления от АТФ. Далее его гидролизует пирофосфатаза, поэтому в крови и моче очень мало пирофосфата. Однако в костях пирофосфат (как представитель полифосфатов) связывается с кристаллами гидроксиапатита, ограничивая их излишне активный рост по типу эктопической кальцификации.

Бисфосфонаты имеют высокое структурное сходство с пирофосфатом (рис. 28), но их связь Р-С-Р очень стабильна и устойчива к расщеплению, в отличие от связи Р-О-Р в молекуле пирофосфата. Подобно пирофосфату, бифосфонаты имеют отрицательные заряды (переход -ОН > -О-) и легко связываются с ионами Са2+ на поверхности кристаллов гидроксиапатита.

Строение пирофосфата(А) и бифосфонатов(Б), используемых в лечении остеопороза

Сродство к кальцию усиливается присутствием групп -ОН на месте -R1. В результате останавливается не только рост кристаллов, но и их растворение, поэтому резорбция кости прекращается. Антирезорбтивные свойства бифосфонатов усиливаются за счёт влияния на остеокласты, особенно если на месте -R2 расположен ароматический гетероцикл, включающий 1-2 атома азота. Накапливаясь в кислой среде зоны резорбции кости, бифосфонаты проникают в остеокласт (основной механизм - эндоцитоз), встраиваются наподобие пирофосфата в ферменты, АТФ и препятствуют их нормальному функционированию, что приводит к нарушению метаболизма, энергетического обмена клетки, а затем к её гибели. Снижение количества остеокластов способствует уменьшению их резорбтивного влияния в отношении костной ткани. Разные заместители R1 и R2 инициируют появление ряда дополнительных побочных эффектов у бифосфонатов.



1.2 Стадии процесса ремоделирования

Нуклеация - начало образования кристаллов

В основе минерализации костного скелета и зубных тканей позвоночных лежит образование кристаллов с участием фосфатов кальция. В патологических условиях свыше 20 других солей могут подвергаться кристаллизации в составе зубных, мочевых, жёлчных камней.

Внеклеточная жидкость, из которой происходит осаждение соли, представляет пересыщенный раствор фосфата кальция. Процесс осаждения можно разделить на 2 стадии: вначале идёт нуклеация, т.е. образование плотного остатка с точечными ядрами кристаллов, а затем - рост кристаллов из этого ядра.

Различают 2 типа нуклеации.

• Если нуклеация идёт в пересыщенном растворе без участия другой фазы, то её называют гомогенной. Гомогенная нуклеация характерна для первичных этапов формирования зубного дентина.

• Если нуклеацию инициирует другая фаза (часто твердая фаза), то процесс называют гетерогенной нуклеацией. Второй механизм встречается чаще, поскольку трудно создать чисто однофазный раствор.

В обоих случаях формируются небольшие ядра кристаллов 0,5-2,0 нм в диаметре.

Процесс гомогенной нуклеации может быть представлен следующим образом. Вначале небольшое число ионов образует пары или триплеты - так называемые кластеры. Кластеры могут объединяться между собой. Пока новые кластеры малы, они неустойчивы, быстро распадаются и вновь образуются. Когда имеется пересыщенный раствор, размер радиуса отдельных кластеров может достигнуть и даже превысить критический радиус кристалла (Rкрит). Такие кластеры не распадаются, а становятся источниками дальнейшего роста кристаллов. В целом, если радиус ядра меньше Rкрит, то зачаток кристалла растворяется, если выше - идёт рост кристалла.

В ходе гетерогенной нуклеации рост кристаллов «АБ» (например, А - кальций, Б - фосфат) может начаться, если в супернасыщенный раствор добавить другой кристалл «В» (матрицу). Образование кластера определённой величины (ядра) для роста кристаллов «АБ» на поверхности кристалла «В» происходит в 3 стадии: (1) поверхностная адсорбция компонентов А и Б, (2) их диффузия на поверхности, (3) включение в кластер. Матрица «В» при этом может играть роль направляющей в образовании кристаллов «АБ». Такой феномен называют «эпитаксис», а процесс образования критических кластеров называют эпитаксической нуклеацией.

Рост ионных кристаллов

Механические свойства таких сложных структур как кость и эмаль, состоящих из органических и неорганических компонентов, зависят от величины кристаллов.

В отличие от этапа нуклеации, для которого требуется значительная пересыщенность ионов в растворе, дальнейший рост кристаллов требует значительно более низких концентраций участников процесса. При этом используются другие механизмы, которые включают так называемый «спиралевидный рост». На образовавшемся ядре возникают спиралевидые структуры, рост которых идёт по обычному принципу добавления новых ионов. Шаг такой спирали равен высоте одной структурной единицы кристалла.

Рост кристалла очень чувствителен к присутствию других ионов и молекул, которые выполняют роль ингибиторов кристаллизации. Причем, их концентрация может быть небольшой. Эти молекулы оказывают влияние не только на скорость, но и форму, и направление роста кристаллов. С другой стороны, если такие же молекулы добавить к другой системе, в которой кристалл растворяется, степень растворения обычно не изменяется.

Однако некоторые комплексные неорганические ионы, ингибирующие рост кристаллов, способны также уменьшать и скорость их растворения. Эти соединения адсорбируются на поверхности кристалла и тормозят адсорбцию других ионов. Подобными веществами являются: гексаметафосфат натрия - тормозит преципитацию карбоната кальция; пирофосфаты, полифосфаты, полифосфонаты и некоторые белки слюны - тормозят рост кристаллов и нуклеацию гидроксиапатитов.

Расположение атомов и молекул в кристалле можно исследовать при помощи рентгеноструктурного анализа кристаллических решеток. Частички, из которых построен кристалл, называются элементарными ячейками кристалла. Как правило, ячейки располагаются в кристалле симметрично. Сеточка, образуемая ячейками, называется матрицей кристалла. Имеется 7 разных категорий ячеек кристаллов и, соответственно, 7 типов кристаллов: моноклинные, триклинные, тригональные, тетрагональные, гексагональные, орторомбические и кубические.

Особенности механизмов минерализации в тканях

Минерализация в тканях - сложный постоянно протекающий процесс. Наиболее ранняя теория минерализации тканей предложена в 1923 году. В соответствии с ней для образования кристаллов очень важно локальное высвобождение фосфата из органических молекул при участии щелочной фосфатазы. Однако эта теория не объясняла высокую активность фермента во многих неминерализующихся тканях.

К 1958 году было показано: внеклеточная жидкость пересыщена солями фосфата кальция. Стало ясно, что кальцификации должна предшествовать нуклеация. После выяснения важности гетерогенного типа нуклеации первым предполагаемым кандидатом на роль неподвижной фазы стал коллаген, а рост кристаллов гидроксиапатита стали представлять по механизму эпитаксиса.

В настоящее время считается, что минерализацию инициирует не сам коллаген, а связанные с ним молекулы. На роль таких молекул претендуют обладающие анионными свойствами gla-белки, фосфопротеины, протеогликаны. Например, хондрокальцин, локализованный в минерализирующемся фронте хряща, является кальций-связывающим белком. Остеонектин, известный как фосфогликопротеин костной ткани, связывает одновременно гидроксиапатиты и коллаген, обеспечивая нуклеацию апатита из раствора фосфата кальция. Другие Са-связывающие белки также могут иметь отношение к процессу минерализации тканей.

В зонах минерализации кости (по данным электронной микроскопии) выявляются внеклеточные мембраносвязанные тельца, содержащие кристаллы апатита. Полагают, что именно эти пузырьки являются зонами нуклеации, а волокна коллагена лишь пространственно ориентируют рост кристаллов. Пузырьки содержат активную фосфатазу и фосфолипиды. Фосфатаза увеличивает локальную концентрацию фосфата, расщепляя органические фосфосодержащие соединения. Однако такие пузырьки не обнаружены при минерализации эмали, дентина или цемента зуба.

Факторы регуляции минерализации

Для минерализации костей, твёрдых тканей зуба необходимо поддержание определённых концентраций ионов кальция и неорганического фосфата в плазме крови, слюне и надкостнице. Нормальное протекание этих процессов обеспечивается тем, что концентрация Са2+ в крови варьирует в очень узких пределах: 2,25-2,64 ммоль/л - у взрослых и 2,74-3,24 ммоль/л - у детей. Более широкие колебания характерны для неорганического фосфата: 0,64-1,29 ммоль/л - у взрослых, 1,29-2,26 ммоль/л - у детей. В механизмы регуляции гомеостаза этих ионов включены три гормона - паратиреоидный (паратгормон, ПТГ, паратиреокринин), кальцитонин (тирокальцитонин, КТ) и метаболиты витамина D (кальцитриолы - 1,25(ОН)2D3 и 24,25(ОН)2D3), работающие как стероидные гормоны.



2. Участие белка RANKL в активации остеокластов

Остеобласты и Т-лимфоциты секретируют лиганды рецепторов активатора фактора нуклеации каппа В (RANKL) и до определённого момента молекулы RANKL могут оставаться связанными с поверхностью остеобластов или стромальных клеток.

Из стволовой клетки костного мозга образуются предшественники остеокластов. Они имеют мембранные рецепторы, называемые рецепторами активатора фактора нуклеации каппа В (RANK). На следующем этапе RANK-лиганды (RANKL) связываются с RANK- рецепторами, что сопровождается слиянием нескольких предшественников остеокластов в одну крупную структуру и формируются зрелые многоядерные остеокласты.

Образующийся активный остеокласт создаёт на своей поверхности гофрированный край и зрелые остеокласты начинают резорбировать

костную ткань . На стороне прилегания остеокласта к разрушаемой поверхности различают две зоны. Первая зона - наиболее обширная, называемая щеточной каемкой, или гофрированным краем. Гофрированный край - это скрученная спиралью мембрана с множественными цитоплазматическими складками, которые обращены в сторону резорбции на костной поверхности. Через мембрану остеокласта освобождаются лизосомы, содержащие большое количество гидролитических ферментов (катепсины К, D, B, кислая фосфатаза, эстераза, гликозидазы и др). В свою очередь, катепсин К активирует матриксную металлопротеиназу-9, которая участвует в деградации коллагена и протеогликанов межклеточного матрикса. В этот период в остеокластах растёт активность карбоангидразы. Ионы НСО3- обме- ниваются на Cl-, которые накапливаются в гофрированном крае; туда же переносятся ионы H+. Секреция H+ осуществляется за счёт очень активной в остеокластах Н+/К+-АТФазы. Развивающийся ацидоз способствует активации лизосомных ферментов и способствует разруше- нию минерального компонента.

Вторая зона окружает первую и как бы герметизирует область действия гидролитических ферментов. Она свободна от органелл и назы вается чистой зоной, поэтому костная резорбция происходит только под гофрированным краем в замкнутом пространстве.

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 мол. массой 60-120 кДа, относящийся к семейству рецепторов ФНО. Ингибируя связывание RANK с RANK-лигандом, остеопротегерин тем самым подавляет мобилизацию, пролиферацию и активацию остеокластов, поэтому увеличение синтеза RANKL приводит к резорбции костной ткани и, следовательно, к потере костной массы.

Характер ремоделирования костной ткани во многом определяется балансом между продукцией RANKL и остеопротегерина. Недифференцированные стромальные клетки костного мозга в большей степени синтезируют RANKL и в меньшей степени остеопротегерин. Возникающий дисбаланс системы RANKL/остеопротегерин при увеличении RANKL приводит к резорбции кости. Данное явление наблюдается при постменопаузальном остеопорозе, болезни Педжета, костных потерях при метастазах рака и ревматоидном артрите.

Зрелые остеокласты начинают активно поглощать кость, а завершают разрушение органической матрицы межклеточного вещества кости макрофаги. Резорбция длится около двух недель. Затем остеокласты в соответствии с генетической программой умирают. Апоптоз остеокластов может задерживаться при недостатке эстрогенов. На последнем этапе в зону разрушения прибывают плюрипотентные стволовые клетки, которые дифференцируются в остеобласты. В дальнейшем остеобласты синтезируют и минерализуют матрикс в соответствии с новыми условиями статической и динамической нагрузки на кость.

Существует большое число факторов, стимулирующих развитие и функции остеобластов . Вовлечение в процесс перестройки кости остеобластов стимулируется различными факторами роста - ТФР-(3, морфогенетическим белком кости, инсулиноподобным фактором роста, фактором роста фибробластов, тромбоцитов, колониестимулирующим и гормонами - паратирином, кальцитриолом, а также связывающим фактором ядра б-1 и тормозится белком лептином. Лептин - белок с мол. массой 16 кДа образуется преимущественно в адипоцитах; своё действие реализует через повышение синтеза цитокинов, факторов роста эпителия и кератиноцитов.



3. Костеобразование

Остеопоэз, остеогенез, костетворение, костеобразование, т. е. процесс освоения минеральных солей соединительнотканной основой костной системы, -- это главное, специфическое и притом наиболее сложное проявление жизнедеятельности костной ткани. Несмотря на углубленное изучение процесса костной продукции, т. е. механизмов созидания и разрушения костной ткани, к сожалению, еще очень многое здесь остается невыясненным, непонятным.

Явления костетворения, как и кровотворения, представляют выдающийся общетеоретический биологический интерес и имеют трудно переоценимое практическое значение. Относящимися сюда вопросами усердно занимались представители самых различных биологических и медицинских специальностей. Естественно, что больше всего в современной медицине накопилось фактов в области морфологии формирования костной ткани. Но, во-первых, имеющиеся в нашем распоряжении данные анатомического и гистологического исследования весьма односторонни, они в значительной степени лишь чисто формально, внешне регистрируют и описывают факты без их функциональной расшифровки. Во-вторых, мы в настоящее время не можем и не желаем в понимании костеобразования идти по старому пути и сводить все к этим, так сказать, классическим представлениям морфологического характера. Гораздо важнее и полезнее было бы \' знать не только что происходит в процессе формирования костной ткани, но как и почему это происходит.

Если раньше весь процесс костеобразования представлялся в свете одного только целлюлярного гистогенеза и все сводилось к одним только явлениям местной клеточной активности, то сейчас не подлежит никакому сомнению, что оставались недооцененными физико-химические гуморальные реакции и иннервационные влияния. Полное объяснение и расшифровка интересующих нас явлений включает обязательно физиологию нормальную и патологическую, и раскрытие всех деталей общего и местного обмена веществ, факты из области биохимии и т. д. Особенное же значение имеет нервная регуляция этих процессов. Без этих комплексных данных, освещающих общие и местные влияния на костную продукцию, современный клиницист-рентгенолог не может сознательно рассматривать костную рентгенограмму и использовать ее для развернутой клинической рентгенодиагностики костно-суставных заболеваний.

Этот сложнейший жизненный процесс находится в зависимости от ряда условий, а именно: ремоделирование метаболизм костный ткань

1) от деятельности самой высокодифференцированной костной ткани, от ее клеточного состава, от активности остеокластов и остеобластов,

2) от условий подвоза к кости минеральных солей, главным образом кальция и фосфора,

3) от влияния витамина D и других витаминов,

4) от внутрисекреторной работы околощитовидных узлов и других желез внутренней секреции, от гормональных факторов,

5) от действия особого фермента -- фосфатазы,

6) от влияния ряда факторов, действующих на общий обмен веществ всего организма, -- режима питания и функции некоторых пищеварительных и выделительных органов,

7) от местного кровоснабжения кости,

8) от механических влияний на кость, и, наконец,

9) процесс костеобразования зависит еще от нервных влияний, от регуляции со стороны центральной нервной системы.

При нормальных условиях все эти влияния в целостном организме в какой-то мере уравновешены, координированы, урегулированы. При патологических условиях же правильные взаимоотношения нарушены и изменены в самых различных направлениях. Каждое из перечисленных звеньев в этой сложной длиной цепи способно вызвать те или иные количественные и качественные изменения, и тогда костная ткань становится ареной борьбы этих многочисленных и столь различных влияний, действующих подчас в противоположных направлениях.



4. Паратгормона, кальцитонина и витамина D3 в регуляции обмена кальция

Витамин D оказывает на кость многоплановое влияние.

1) Повышает проницаемость эпителия кишечника для кальция и фосфора, стимулирует всасывание Са2+, повышает реабсорбцию кальция, фосфора, натрия, цитратов, аминокислот в проксимальных канальцах почек, поэтому недостаток витамина D проявляется в снижении поступления Са2+ в кровь. Отсюда недостаточное обызвествление кости и развитие рахита при дефиците витамина D.

2) Снижает синтез паратгормона, усиливает синтез щелочной фосфатазы (минерализация в эпифизах), коллагена, регулирует образование белковой стромы, рассасывание костной ткани в диафизах - нормализация минерализации;

3) кальцидиол, кальцитриол снижают пролиферацию, усиливают дифференцировку клеток.

Напротив, при избытке витамина D наблюдается усиленное рассасывание костей и увеличение концентрации Са2+ в сыворотке крови. Повышение Са2+ и Р в крови приводит к значительному их увеличению в моче и образованию камней в почках.

При отравлении витамином D активность гидроксилазы в почках ингибируется избытком субстрата, что препятствует синтезу активных форм витамина. Далее начинается рассасывание костной ткани. Усиление резорбции кости сопровождается подавлением процессов ее образования и торможением дифференцировки костных клеток в активные формы. Вследствие деминерализации костей повышается уровень кальция в крови и его выделение с мочой. Параллельно интенсивно всасывается кальций из кишечника > общая гиперкальциемия, повреждение клеточных мембран > нарушение функционирования разных органов. В результате деминерализации костей даже незначительные травмы вызывают множественные переломы.

Паратгормон

Паратгормон - гормон паращитовидных желёз. Он повышает концентрацию Са2+ в крови благодаря действию на кишечник, кости и почки. Паратгормон ингибирует реабсорбцию Р в почечных канальцах, что приводит к понижению его концентрации в плазме и, как следствие, к дополнительной стимуляции рассасывания костей для пополнения недостаточных количеств этого иона в циркулирующей крови.

Метаболический эффект паратгормона опосредуется его действием на остеоциты, которые в свою очередь оказывают регуляторное влияние на структуру матрикса кости. Паратгормон активирует связанную с мембраной костных клеток аденилатциклазу и увеличивает поступление Са2+ в эти клетки. Увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ в остеоцитах приводит к следующим основным эффектам:

1) Активации клеточных систем, участвующих в рассасывании кости;

2) Ускорению превращения клеток-предшественников в остеобласты и остеокласты;

3) Ингибированию синтеза коллагена остеобластами.

При повышении выработки ПТГ снижается Са-связывающая способность кости и может происходить эрозия даже хорошо кальцинированной кости (выход Са, обеднение матрикса кости коллагеном и протеогликаном).

Кальцитонин

Кальцитонин синтезируется в паращитовидных железах и частично в щитовидной железе.

Его влияние на концентрацию Са2+ в крови прямо противоположно действию паратгормона. Он стимулирует перенос Са и Р из крови в кости, ускоряет отложение кальция и ингибирует его выход из костей. Механизм антирезорбтивного действия кальцитонина заключается в прямом действии гормона на остеокласты, имеющие к нему большое количество рецепторов. Рецепторы кальцитонина связаны с G-белками, один тип которых активирует аденилатциклазу, другой - фосфолипазу С. Последующее увеличение концентрации внутриклеточного кальция вызывает открепление остеокластов и прекращение резорбции.

Первоначальный эффект кальцитонина заключается в активации кальциевого насоса и стимуляции выхода Са из кости, но одновременно гормон стимулирует и поглощение кальция митохондриями. В результате конечный эффект будет в снижении концентрации кальция в крови.

Половые гормоны (эстрогены и андрогены)

Половые гормоны имеют важное значение в обмене костной ткани. Основной эффект эстрогена (172-эстрадиола) на кость заключается в снижении скорости её резорбции. Это результат прямого влияния гормона на предшественники остеокластов и подавления остеокластогенеза. Зрелые остеокласты в отличие от предостеокластов не имеют рецепторов к эстрогенам, поэтому их действие опосредовано остеобластами, которые в ответ на половые гормоны снижают секрецию проостеолитических факторов. 172-эстрадиол, тестостерон, дигидрокситестостерон и андрогены ограничивают остеопороз, так как ингибируют синтез интерлейкина-6 остеобластами и стромальными клетками костного мозга.



5. Влияние гормонов

5.1 Влияние половых гормонов на метаболизм костной ткани

Половые гормоны имеют важное значение в обмене костной ткани. Основной эффект эстрогена (172-эстрадиола) на кость заключается в снижении скорости её резорбции. Это результат прямого влияния гормона на предшественники остеокластов и подавления остеокластогенеза. Зрелые остеокласты в отличие от предостеокластов не имеют рецепторов к эстрогенам, поэтому их действие опосредовано остеобластами, которые в ответ на половые гормоны снижают секрецию проостеолитических факторов. 172-эстрадиол, тестостерон, дигидрокситестостерон и андрогены ограничивают остеопороз, так как ингибируют синтез интерлейкина-6 остеобластами и стромальными клетками костного мозга.

5.2 Влияние гормонов щитовидной железы на процесс ремоделирования кости

Кальцитонин - полипептид, состоящий из 32 аминокислотных остат- ков. Секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз в виде высокомолекулярного белка-предшественника. Секреция кальцитонина возрастает при увеличении концентрации ионов Са2+ и уменьшается при понижении концентрации ионов Са2+ в крови. Она также зависит от уровня эстрогенов. При недостатке эстрогенов секреция кальцитонина снижается. Это вызывает усиление мобилизации кальция в костной ткани и способствует развитию остеопороза. Кальцитонин связывается с специфическими рецепторами остеокластов и клеток почечных канальцев, что сопровождается активацией аденилатциклазы и повышением образования цАМФ. Кальцитонин влияет на транспорт ионов Ca2+ через клеточные мембраны. Он стимулирует поглощение ионов Ca2+ митохондриями и тем самым задерживает отток ионов Ca2+ из клетки. Этот зависит от количества АТФ и соотношения ионов Na+ и K+ в клетке. Кальцитонин угнетает распад коллагена, что проявляется уменьшением экскреции с мочой гидроксипролина. В клетках почечных канальцев кальцитонин ингибирует гидроксилирование 25(ОН)D3.

Таким образом, кальцитонин подавляет активность остеокластов и ингибирует освобождение ионов Ca2+ из костной ткани, а также уменьшает реабсорбцию ионов Ca2+ в почках. В результате тормозится резорбция костной ткани, стимулируются процессы минерализации, что проявляется понижением уровня кальция и фосфора в плазме крови.

Йодсодержащие гормоны щитовидной железы - тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3) обеспечивают оптимальный рост костной ткани. Тиреоидные гормоны способны стимулировать секрецию гормонов роста. Они повышают как синтез мРНК инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР-1), так и продукцию самого ИФР-1 в печени. При гипертиреозе подавляется дифференцировка остеогенных клеток и синтез белка в этих клетках, снижается активность щелочной фосфатазы. За счёт усиленной секреции остеокальцина активируется хемотаксис остеокластов, что ведёт к резорбции костной ткани.

Половые стероидные гормоны участвуют в процессах ремоделирования костной ткани. Воздействие эстрогенов на костную ткань проявляется в активации остеобластов (прямое и опосредованное действие), угнетении остеокластов. Они также способствуют всасыванию ионов Ca2+ в желудочно-кишечном тракте и его отложению в костной ткани.

Женские половые гормоны стимулируют продукцию кальцитонина щитовидной железой и снижают чувствительность костной ткани к паратирину. Они также вытесняют на конкурентной основе кортикостероиды из их рецепторов в костной ткани. Андрогены, оказывая анаболическое действие на костную ткань, стимулируют биосинтез белка в остеобластах, а также ароматизируются в жировой ткани в эстрогены.

В условиях дефицита половых стероидов, который имеет место в менопаузе, процессы костной резорбции начинают преобладать над процессами ремоделирования костной ткани, что и приводит к раз- витию остеопении и остеопороза.



6. Механизм влияния соматропного гормона и инсулина на обменные процессы в костной ткани

Биохимические маркеры дают информацию о патогенезе заболеваний скелета и о скорости ремоделирования. Они могут использоваться для контроля эффективности лечения в короткие сроки и идентифицировать больных с быстрой потерей костной массы. Биохимические маркеры измеряют усредненную скорость ремоделирования всего скелета, а не отдельных его областей. Различают биохимические маркеры формирования и резорбции кости, характеризующие функции остеобластов и остеокластов.

Образование	Резорбция
сыворотка: остеокальцин, общая и специфическая костная щелочная фосфатаза, проколлагеновые С- и N-пептиды	плазма: тартрат-резистентная кислая фосфатаза, пиридинолин и дезоксипиридинолин, продукты деградации коллагена I типа (N- и С-телопептиды); моча: пиридинолин и дезоксипиридинолин, продукты деградации коллагена I типа - N- и С-телопептиды, кальций и гидроксипролин натощак и гликозиды гидроксилизина

В процессе разрушения костного матрикса коллаген I типа расщепляется, и его небольшие фрагменты поступают в кровяное русло. Пиридиновые сшивки, а также С- и N-телопептиды с поперечными сшивками выводятся с мочой. Скорость костной резорбции оценивается количественным анализом таких продуктов деградации коллагена I типа, как гидроксипролин, пиридинолиновые и дезоксипиридинолиновые поперечные сшивки и специфические пептидные фрагменты. Высокоспецифичными маркерами костной резорбции оказались телопептидные фрагменты коллагена I типа.



Вывод

При метаболических заболеваниях скелета, таких как остеомаляция, остеодистрофия, остеопороз, общий биохимический анализ крови мало информативен, он имеет вспомогательное, но не диагностическое значение. Чрезвычайно важной задачей является оценка интенсивности костного метаболизма.

Кость является динамичным депо фосфора, магния, кальция и принимает активное участие в поддержании минерального гомеостаза. Нарушение минерального обмена, изменение кальций-фосфорного соотношения влекут за собой существенные перестройки костной ткани. Однако характер патологического костного ремоделирования может быть различным. Так, при хронической гипокальциемии, минерализация костного матрикса недостаточна, вследствие этого как компенсаторная реакция на уменьшение устойчивости к нагрузке возрастает активность остеобластов и чрезмерно образуется некальцифицированная остеоидная ткань. Такой тип метаболических изменений характерен для остеомаляции.

При генерализованной фиброзной остеодистрофии, напротив, усилена резорбция костной ткани, происходит активное замещение ее фиброзной. Это следствие первичного или вторичного гиперпаратиреоза, при котором уровень кальция в крови поддерживается за счет усиленного поступления его из кости. Для остеопороза также характерно снижение минеральной плотности с сопутствующими изменениями количества и микроархитектуры костной ткани.

Важную информацию о характере костного ремоделирования у пациентов с метаболическими заболеваниями скелета можно получить путем количественного определения специфических биохимических маркеров.



Список литературы

1. А.И. Воложина, Г.В. Порядина. Патофизиология. Том 2 - Учебная литература 2012 год стр254-260

2.Обоснование применения КВЧ-терапии в комплексном лечении переломов длинных трубчатых костей на фоне остеопороза у лиц пожилого возраста. // Проблемы остеологии. - 1999. - Том 2, №3. - С.127).

3.Применения фторэлектрофореза при посттравматическом остеопорозе: автореф. дис...канд. мед. наук. / Т.Г.Чилингаришвили. - Тбилиси, 1990. - 145 с.)

4. H.W. Lehmann, M. Herbold, J. Von Bodman, A. Karbowski, R. Stucker /Osteogenesis imperfecta. Aktuelles Therapiekonzept./ Monatsschr Kinderheilkd. 2000, 148:1024-1029

Размещено на Allbest.ru

...