Физиологическая роль костей. Строение и свойства костей
а) Кость и ее роль в регуляции концентрации внеклеточных кальция и фосфатов. Кость состоит из плотного органического матрикса, прочность которого увеличивают пропитывающие его соли кальция. Компактное вещество кости приблизительно на 30% состоит из матрикса и на 70% — из солей. В заново формирующейся кости процентные отношения смещены в сторону большей представленности матрикса.
б) Органическая основа кости. Органический матрикс кости на 90-95% представлен коллагеновыми волокнами, а остальная часть — гомогенной жела-тинозной субстанцией, названной основным веществом. Направление коллагеновых волокон в целом совпадает с направлением сил действующего растяжения, что повышает способность кости противодействовать растяжению.
Основное вещество кости состоит из внеклеточной жидкости и протеогликанов, главным образом хондроитинсулъфата и гиалуроновой кислоты. Точная функция каждого из них неизвестна, но вместе они управляют размещением в кости солей кальция.
Структура кости
в) Соли костей. Кристаллики солей размещаются в органическом матриксе костей и состоят главным образом из кальция и фосфатов. Формула большинства кристаллических солей, известных как гидроксиапатиты, такова:
Са10(PO4)6(ОН)2.
Каждый кристалл (около 400 ангстрем в длину, 10-30 ангстрем в высоту и 100 ангстрем в ширину) имеет форму длинной плоской пластины. Отношение представленности кальция и фосфатов в существенной степени зависит от характера питания, хотя обычно отношение кальция к фосфатам колеблется между 1,3-2,0.
В неорганическом веществе кости также представлены магний, натрий, калий, карбонатные ионы, хотя рентгенодифракционное изучение не позволило выявить какие-либо образуемые ими кристаллические формы. Это дает основание предполагать, что они скорее связаны с кристаллами гидроксиапатита, чем образуют собственные кристаллические структуры. Возможность включаться в кристаллические формы в кости существует в норме у многих чужеродных для кости ионов, таких как стронций, уран, плутоний и другие трансурановые элементы, литий, свинец, золото, тяжелые металлы, наконец, 9 из 14 основных радиоактивных продуктов, освобождающихся при взрыве водородной бомбы. Размещение радиоактивных веществ в кости может вызвать длительное облучение костной ткани и в случае депозиции больших количеств таких веществ стать причиной остеогенной саркомы (рака кости).
Деятельность остеобластов и остеокластов в одной и той же кости
г) Способность кости противодействовать растяжению и компрессии. Коллагеновое волокно в компактной кости состоит из периодически повторяющихся участков, каждый длиной около 640 ангстрем; кристаллы гидроксиапатита лежат в непосредственной близости к этим сегментам, тесно с ними взаимодействуя. Эта тесная связь препятствует расслоению костей, а также смещению волокон и кристаллов относительно друг друга, что повышает прочность костей. Кроме того, соседние участки коллагеновых волокон находят друг на друга, а кристаллы гидроксиапатита образуют вокруг них подобие муфты.
Коллагеновые волокна кости подобно коллагеновым волокнам сухожилий обладают большой устойчивостью к растяжению, в то время как соли кальция сообщают им высокую устойчивость к компрессии. Такая комбинация свойств наряду с прочной фиксацией коллагеновых волокон и кристаллов солей друг к другу сообщают структуре кости чрезвычайную прочность как при компрессии, так и при растяжении.
