Кости, суставы и мягкие ткани

Воспетая поэтом («О! Бедный Йорик!») за длительную сохранность после смерти костная система имеет большое значение для живого организма: играет важную роль в минеральном обмене и гемопоэзе, определяет размер и форму тела, обеспечивает механическую опору при движении и защищает внутренние органы от повреждения. Кости состоят преимущественно из органического матрикса (остеоида) и гидроксиапатита кальция, придающего им прочность и твердость. Однако костная система — это динамичная система, в которой постоянно идут процессы резорбции, обновления и ремоделирования при участии нескольких типов клеток костной ткани, соотношение которых регулируют факторы транскрипции, цитокины и факторы роста. Если у Вас возникли какие-то проблемы, загляните на наш сайт: консультация на медицинском форуме medcanal.net поможет Вам понять, что делать.
Основными типами клеток костной ткани являются:
о остеогенные клетки-предшественники. Это плю- рипотентные мезенхимальные стволовые клетки, которые располагаются под всей костной поверхностью. При стимуляции факторами роста они дифференцируются в остеобласты. Этот процесс регулируют фактор транскрипции о остеобласты и выстилающие клетки кости. Эти клетки находятся на поверхности кости, синтезируют, транспортируют и упорядочивают многие белки матрикса и инициируют процессы минерализации. Остеобласты имеют рецепторы, связывающиеся с гормонами- регуляторами (РТН, лептином и эстрогеном), витамином Э, цитокинами, факторами роста, белками внеклеточного матрикса, и экспрессируют факторы, которые регулируют диф- ференцировку и функции остеокластов. При формировании вокруг остеобластов органического матрикса они трансформируются в остеоциты. Остеобласты также могут дифференцироваться в неактивные выстилающие клетки кости;
О остеоциты. Эти клетки взаимодействуют друг с другом и с выстилающими клетками кости посредством сложной сети цитоплазматических отростков и перекрестных туннелей в матриксе,
которые называют канальцами. Остеоциты участвуют в контроле уровня кальция и фосфатов в костной ткани, воспринимают механические нагрузки и переводят их в биологические процессы (механотрансдукция);
О остеокласты. Эти клетки регулируют резорбцию костной ткани. Они развиваются из тех же гемопоэтических клеток-предшественников, что и моноциты и макрофаги. Факторами регуляции созревания и дифференцировки остеокластов являются цитокины и факторы роста: макрофагальный колониестимулирующий фактор (М-КСФ), IL-1 и TNF. Среди них уникальным для кости является только остеокальцин, по его уровню в сыворотке оценивают активность остеобластов. Цитокины и факторы роста регулируют пролиферацию остеоцитов, их созревание и участвуют в передаче сигнала, играя решающую роль в местной активации остеоцитов и в целом в скелетной адаптации к нагрузке. Скелет является уникальной системой, способной менять свою структуру в зависимости от внешних воздействий. Примером служит репозиция зубов при ношении брекетов.
Формирование и ремоделирование костей
Остеоциты, остеобласты и остеокласты функционируют совместно, контролируя синтез и резорбцию костной ткани, и формируют функциональную единицу, именуемую основной мультиклеточной единицей (BMU). В детстве при активном росте скелета преобладает процесс формирования костей. После того как скелет человека достиг зрелости, процессы синтеза и резорбции костной ткани называют ремоделированием, его интенсивность зависит от клеточного микроокружения и нагрузки на скелет. У взрослых ежегодно ремоделируются 10% скелетных BMU.
Костная масса у человека достигает пика в юношеском возрасте после прекращения роста, что определяется несколькими факторами: полиморфизмом рецепторов витамина D, LRP5 и LRP6, питанием, физической активностью, возрастом, гормональным статусом. Однако у человека в возрасте после 30 лет начинают преобладать процессы резорбции и происходит постепенное снижение костной массы.
Рост и развитие костей
Морфогенез скелета определяется гомеобокс-генами, которые кодируют факторы транскрипции, необходимые для нормального развития скелета. Большинство костей формируется из хрящевых зачатков. На 8-й неделе гестации начинается процесс энхондральной оссификации: хрящ разрушается остеокластоподобными клетками и формируется костномозговая полость. Этот процесс продолжается по всему длиннику кости. Одновременно периост диафиза образует остеобласты, скопления которых дают начало формированию кортикального слоя кости. Этот участок кости называют первичным центром оссификации. Схожий процесс происходит в эпифизе, обусловливая ремоделирование хряща и формирование костной ткани в центре хрящевого зачатка (вторичный центр оссификации). Таким образом, хрящевая пластинка располагается между расширяющимися центрами оссификации и формирует физис, или ростовую пластинку. Хондроциты в составе ростовой пластинки отвечают за рост кости в длину. Они подвергаются изменениям, включающим пролиферацию, рост, созревание и апоптоз. Эти процессы протекают с участием сигнальных путей, включая те, которые вовлекают FGFR и костный морфогенетический белок, белки семейства Hedgehog и PTHRP. Бочагах апоптоза происходят минерализация и резорбция матрикса остеокластами, однако основа матрикса сохраняется и играет роль опоры для новообразующейся кости. Основой костного матрикса являются первичные костные трабекулы, которые называют первичным губчатым веществом кости. Схожий процесс идет в основании суставного хряща, за счет чего кость удлиняется и увеличивается площадь суставной поверхности. Кости, развитие которых идет за счет внутримембранного окостенения, например череп и латеральные части ключицы, формируются остеобластами, образовавшимися непосредственно из производных мезенхимы. Поскольку костную ткань формируют только остеобласты, рост костей при внутримембранном окостенении происходит за счет осаждения новообразованной костной ткани на предсуществующей поверхности. Этот механизм аппозиционного роста является ключом к пониманию процессов роста и развития костей.
Сложность развития, функционирования и взаимодействия скелета с другими органами делает его чрезвычайно уязвимым, поэтому неудивительно, что настолько велико количество первичных и вторичных заболеваний костей. Классификация этих заболеваний сложна и нестандартизированна. Рассмотрим эти заболевания в соответствии с их патогенезом.
Нарушения развития остеоцитов, костного матрикса и структуры костей
Врожденные нарушения скелета часто генетически детерминированы и обнаруживаются на самых ранних этапах его формирования. Приобретенные нарушения скелета, напротив, проявляются во взрослом возрасте. Аномалии развития костей, или дизостозы, обусловлены нарушением миграции клеток мезенхимы и формированием костных сращений. Дизостозы обычно ограничены определенными эмбриональными структурами и могут быть результатом мутаций некоторых факторов транскрипции (например, гомеобокс-генов). Мутации регуляторов остеогенеза — сигнальных молекул (например, факторов роста и их рецепторов) и
компонентов костного матрикса (например, коллагена типов I и II) — вызывают нарушения формирования хрящевой и костной тканей во всем организме. Такие нарушения называют дисплазиями. В табл. 26.2 приведена классификация врожденных нарушений скелета и характерных генетических изменений. Многие заболевания можно отнести более чем к одной группе.
ПАТОЛОГИЯ ЯДЕРНЫХ БЕЛКОВ И ФАКТОРОВ ТРАНСКРИПЦИИ
Врожденные аномалии костной системы встречаются достаточно редко. Самые распространенные нарушения — неполноценное развитие кости (например, врожденное отсутствие фаланги, ребра или ключицы), формирование дополнительных костей (ребер или пальцев), сращение двух пальцев (синдактилия) или развитие длинных пальцев по типу лап паука. Некоторые патологии являются результатом нарушения формирования мезенхимальных зачатков и диф- ференцировки их в хрящевые структуры и ассоциируются с генетическими нарушениями, вовлекающими факторы транскрипции, особенно гомеобокс-гены и некоторые цитокины. Примером является мутация гомеобокс-гена Н0ХО13, проявляющаяся формированием дополнительного пальца между третьим и четвертым пальцами руки, а в некоторых случаях — синдактилией.
Инактивирующая мутация К11ЫХ2, кодирующего факторы транскрипции, необходимые для остеобластогенеза и активации части хондроцитов, проявляется ключично-черепной дисплазией — аутосомно-до- минантным заболеванием, характеризующимся перси- стированием родничков, длительным формированием швов черепа, наличием дополнительных костей в черепе, поздним прорезыванием коренных зубов, недоразвитием ключиц и низким ростом.