Choroby metaboliczne kości
Funkcje kości
Funkcja mechaniczna
Funkcja metaboliczna
Funkcja krwiotwórcza
BUDOWA KOŚCI
BUDOWA ANATOMICZNA KOŚCI
okostna -
pokrywa kość od zewnątrz
2 warstwy
- zewnętrzna - tk łączna włóknista z wysoko zróżnicowanymi fibroblastami
- wewnętrzna - włókna retikulinowe i tk mezynchemalna
śródkostna -
wyściela wnętrze kości długich
izoluje kość od jamy szpikowej
- dobrze unaczyniona
-kom.różnicują się w osteoblasty
Dwa rodzaje tkanki kostnej
Kość splotowata
Kość blaszkowata
(wyróżniane
w badaniu mikroskopowym)
Dwa rodzaje tkanki kostnej
grubowłóknista (splotowata)
- macierz jest niejednorodna
- duża ilość osteocytów i osteoidu
- mniejsza ilość substancji nieorganicznych
- włókna kolagenowe w pęczkach (splotach)
jest uważana za kość niedojrzałą
i tymczasową
Dwa rodzaje tkanki kostnej
grubowłóknista (splotowata)
- podstawowy rodzaj tkanki kostnej w życiu
płodowymi i niemowlęcym
- u dorosłych: szwy czaszki, wyrostki zębodołowe,
przyczep ścięgien do kości
- gojenie się kości
- heterotopowa osteogeneza (kostniejące zapalenie
mięśni)
- kostniakomięsak (osteosarcoma)
Dwa rodzaje tkanki kostnej
drobnowłóknista (blaszkowata)
- tworzy blaszki kostne z włókien kolagenowych,osteoidu i minerałów
- kość gąbczasta
- kości płaskie,
- okolice nasad i przynasad
kości długich
- kość zbita
- kości długie
- blaszki kostne tworzą osteony
Kość blaszkowata
kość gąbczasta - beleczkowa
- uwapniona w 15-25%
- pozostałą jej część wypełnia szpik
- wielowarstwowa macierz budowana
przez uporządkowany przyrost
warstw równoległych
Kość blaszkowata
kość korowa - zbita
- uwapniona w 90%
- postać osteonów
z koncentrycznymi blaszkami
otaczającymi naczynie
krwionośne
Skład tkanki kostnej
- składniki komórkowe
- pozakomórkowa macierz kości
SKŁADNIKI KOMÓRKOWE
Komórki układu kostno-szkieletowego
Komórki mezynchemalne
Chondroblasty
Chondrocyty
Osteoblasty
Osteocyty
Osteoklasty
Fibroblasty
Fibrocyty
Komórki mezynchemalne
(mezoderma)
tk.kostna tk.chrzęstna tk.łączna wł. tk. mięśniowa
osteoblast chondroblast fibroblast
osteocyty chondrocyt fibrocyt
Osteoklasty - pochodzenie szpikowe
Komórki układu kostnego
Komórki mezynchemalne
u dorosłych:
- wewnętrzne warstwy komórek
okostnej
- komórki podścieliska szpiku
- zawsze gotowe do podziałów
i różnicowania
Komórki tkanki kostnej
Chondroblasty
- niedojrzałe chondrocyty, jeszcze nie otoczone macierzą chrząstki
- tworzą skupiska komórek, otaczających się macierzą - jamki chrzęstne (lakuny)
Chondrocyt
- chondroblasty w lakunach
- wytwarzają elementy chrząstki szklistej, włóknistej
i nasadowej kości
- morfologia w zależności od umiejscowienia w tkance
- grupy izogeniczne - kilka chondrocytów w jednej lakunie
- wytwarzają macierz chrząstki
- charakterystyczne białko - chondronektyna
Komórki tkanki kostnej
Osteoblasty
- zaokrąglone, wielokątne komórki, kształtują ciągłą strefę na
powierzchni nowo tworzącej kości
- syntetyzują osteoid - organiczna macierz kości
- biorą udział w licznych procesach cytoplazmatycznych
- duże jądro, 1-3 jąderek
- duża liczba rybosomów
- rozwinięte retikulum ziarniste i aparat Golgiego
- liczne mitochondria
Komórki tkanki kostnej
Osteocyty
- osteoblasty po całkowitym otoczeniu przez zmineralizowany
osteoid
- mniej cytoplazmy i organelli
- większą część cytoplazmy zajmuje jądro
- aktywny metabolicznie
- liczne połączenia z otoczeniem
- błona komórkowa
- system kanałów Haversa
- system płynów zewnątrzkomórkowych
- szybkie reagowanie na zaburzenia homeostazy wapnia
Komórki tkanki kostnej
Osteoklasty
- resorpcja kości
- 5-10 jąder, liczne mitochondria, pęcherzyki wydzielnicze,
aparat Golgiego
- umiejscowione w lakunach Howshipa
rozkład kości za pomocą uwalnianych enzymów lizosomalnych i kwasów organicznych
wnikanie do osteoklastu produktów degradacji kości drogą endocytozy i ich dalszy rozkład do aminokwasów i jonów
strefa oczyszczana - otoczony zmodyfikowanymi obszarami błon komórkowych obszar resorpcji
osteocyty „podążają” za osteoblastami
Komórki tkanki kostnej
Fibroblasty
- zewnętrzna warstwa okostnej
- więzadła i ścięgna
- gojenie się ran
wytwarzają włókna kolagenowe
kształt w zależności od umiejscowienia
Fibrocyty
Skład tkanki kostnej
Składnik organiczny macierzy:
kolagen typ I odkładany przez osteoblasty
w uporządkowane, równoległe beleczki.
inne typy kolagenu.
białka niekolagenowe .
proteoglikany.
organiczne składniki kości tworzą szkielet, na którym następuje mineralizacja.
Składnik nieorganiczny stanowią kryształy hydroksyapatytu Ca10 (PO4)6(OH2) odkładane
w przestrzeniach między włóknami kolagenu.
Kolagen
jest najważniejszym białkiem kości
stanowi 6% całkowitej masy ciała człowieka
budowa: struktura helisy
Kolagen
kolageny włókniste (śródmiąższowe)
- typ I - kości,ścięgna, więzadła, skóra
- typ II - chrząstka szklista, wzrostowa,
krążek międzykręgowy
- typ III - gł.składnik ścian jam organów
wewnętrznych
kolagen blaszki podstawnej - typ IV
- kłębuszki nerkowe, torebka soczewki
kolagen błony podstawnej - typ V
- naczynia, płuca, mięśnie gładkie
Proteoglikany
glikozoaminoglikany
kwas hialuronowy
siarczan chondroityny
siarczan dermatanu
siarczan heparanu
heparyna
siarczan heparanu
ROZWÓJ I BUDOWA KOŚCI
Formowanie się tkanki kostnej
I stadium - komórki mezanchymalne ulegają kondensacji i formują kształt kości.
II stadium to chondryfikacja - przemiana
w tkankę chrzęstną.
III stadium - chondrocyty (tkanka chrzęstna) ulegają endochondralnej ossyfikacji.
Pierwotne centrum ossyfikacji w kościach długich pojawia się jeszcze w okresie płodowym w części trzonowej kości.
Wtórne centra ossyfikacji pojawiają się
w okresie noworodkowym i dziecięcym.
Wtórne centra ossyfikacji łączą się z pierwotnym w okresie dziecięcym, młodzieńczym i wczesnym wiekiem dorosłym.
METABOLIZM KOŚCI
Kość jest to skomplikowana tkanka łączna, w której zachodzą nieustanne procesy przebudowy.
Dzięki nim kość posiada zdolność
regeneracji
Przebudowa kości jest wysoce zintegrowanym procesem resorpcji
i następowego wytwarzania tkanki kostnej, którego wynikiem jest zachowanie masy kośćca i odnowa zminarelizowanej macierzy.
Biorą w nim udział komórki powodujące ogniskowy rozpad
i regenerację tkanki kostnej bez naruszania ogólnej budowy anatomicznej kości
Obszary przebudowy noszą nazwę podstawowych jednostek wielokomórkowych
(BMU-basic multicellular unit)
Na przebudowę kości mają wpływ czynniki mechaniczne, chemiczne i humoralne
CZYNNIKI MECHANICZNE
WPŁYWAJĄCE NA METABOLIZM TKANKI KOSTNEJ
CZYNNIKI HUMORALNE WPŁYWAJĄCE NA METABOLIZM TKANKI KOSTNEJ
Prawidłowy metabolizm tkanki kostnej zależy od zachowanie
w organizmie człowieka homeostazy wapnia, fosforu
i magnezu
Regulacja homeostazy trzech jonów (wapń, magnez, fosfor)
jest regulowana
przez trzy hormony
PTH, CT, 1,25[OH]2D
działając na trzy tkanki docelowe - jelita, nerki, kości
PARATHORMON
syntetyzowany w przytarczycach
- prepro PTH 115 aminokwasów
odłączenie fragmentu
- prePTH 90 aminokwasów
- PTH 84 aminokwasy (aktywne 34)
Parathormon (PTH)
- chroni ustrój przed hypokalcemią
- nasila resorpcję kości
- zwiększa zwrotne wchłanianie wapnia
w kanalikach dalszych nerek
- hamuje resorpcję zwrotna fosforanów
- pośrednio reguluje jelitowe wchłanianie
wapnia przez pobudzenie
1 hydroksylacji 25-
hydroksycholekalcyferolu w nerkach.
Mechanizm działania PTH na organy:
- dwa punkty zaczepienia:
nerki i kości
Nerki
- podnosi reabsorpcję Ca w dystalnych
kanalikach
- zmniejsza reabsorpcję P w proksymalnych
kanalikach nerkowych
- zwiększa syntezę 1,25(OH)2D (calcitriol),
(aktywna forma wit D z prekursora
25(OH)D (calcidiol)
Kości
- wzrost liczby aktywnych osteoklastów
(aktywacja i tworzenie)
- wzrost liczby mikrokosmków
w strefie oczyszczania
- wzrost aktywności enzymatycznej hydrolaz osteoklastów
Stymulacja uwalnianiania minerałów
N-terminal ma krótki czas półtrwania i znika gwałtownie podczas cyrkulacji
C-terminal ma długi czas półtrwania i występuje obficie
w surowicy. Jest wydalany przez nerki- niewydolność powoduje jego kumulację.
Oznaczanie PTH:
- stężenie PTH w sur. może być mierzone różnymi metodami radioimmunoreaktywnymi
- mierzą powiązania PTH ze specyficznymi przeciwciałami, które rozpoznają tylko część cząsteczki PTH.
- większość krążącego PTH jest w formie fragmentów białkowych.
Oznaczenia są w stanie mierzyć N-fragment, całość, C-fragment lub część C-fragmentu
Metody, które mierzą C-fragment są zwykle najczulsze i prowadzą do lepszego różnicowania.
Nie nadają się dla chorych
z niewydolnością nerek
WITAMINA D
rozpuszczalny w tłuszczach związek sterolowy
prekursory witaminy D pochodzą z:
- pokarm (ergosterol)
- D3 z pokarmów zwierzęcych
D2 z pokarmów roślinnych
- skóra (wytwarzanie w gruczołach
łojowych związku przekształcającego
się pod wpływem UV w aktywny
prekursor)
WITAMINA D
- główną funkcją witaminy D jest zwiększenie
zasobów organizmu w wapń i fosforany oraz
zapewnienie prawidłowego wzrostu kości i jej
przebudowy i mineralizacji
- Metabolizm witaminy D jest sterowany przez
parathormon i kalcytoninę
transport w surowicy
przemiana do 25(0H)D w wątrobie
1alfa hydroksylacja w kanalikach nerkowych
1,25(OH)2D3 i 1,25(OH)2D2 są dopiero formami aktywnymi witaminy D i mają własności przypisywane hormonom.
1,25(OH)2D (kalcytriol)
pobudza funkcję białek wiążących wapń
wpływa na produkcję osteokalcyny
stymuluje resorbcję tkanki kostnej przez osteoklasty
wpływa na dojrzewanie monocytów
i różnicowanie mielocytów
pobudza wzrost komórek skóry
stymuluje wydzielanie insuliny
1,25(OH)2D (kalcytriol)
JELITO
- wzrost aktywnego transportu wapnia
- synteza białka Calbinding D8K odpowiedzialnego za aktywny transport wapnia
KOŚCI
- ułatwianie mineralizację osteoidu
- wspomaganie jako kofaktor PTH
uwalniania Ca++ z kości
(aktywacja osteoklastów, synteza osteokalcyny i fosfatazy zasadowej, hamowanie syntezy kolagenu )
WPŁYW 1,25(OH)2D3 NA NERKI
- wzrost zwrotnego wchłaniania wapnia i fosforanów w cewce proksymalnej
KALCYTONINA
wytwarzana przez komórki C tarczycy
wydzielana przy:
- zwiększonym poziomie Ca++
w surowicy krwi,
- niskim poziomie fosforanów,
- zwiększonym poziomie estrogenów, androgenów i metabolitów witaminy D
przeciwdziała hiperkalcemii
hamuje resorpcję kości
hamuje zwrotne wchłanianie wapnia
i fosforanów w nerkach
zmniejsza wytwarzanie czynnego metabolitu witaminy D 1,25(OH)2D.
Stymuluje tworzenie nieaktywnego metabolitu witaminy D 24,25 dihydroksykalciferonu (nieaktywna postać witaminy D)
najsilniejszy naturalny inhibitorem resorpcji kości
wiąże się z osteoklastami i hamuje ich aktywność i różnicowanie się.
zwiększa wydalanie wody i Ca z moczem
hamuje wchłanianie Ca z jelit
działanie przeciwzapalne, przeciwwrzodowe, przeciwdepresyjne, przeciwbólowe (poprzez stymulowanie wydzielania endorfin)
INNE HORMONY WPŁYWAJĄCE NA METABOLIZM KOŚCI
DZIAŁANIE INNYCH HORMONÓW:
- hormon wzrostu, insulina i hormony płciowe wywierają istotny wpływ anaboliczny na wzrost kośćca,
- glukokortykoidy mogą bezpośrednio hamować zarówno tworzenie jak i resorpcję kości,
- glikokortykoidy zwiększają również resorpcję kości przez bezpośrednie pobudzenie wydzielania PTH oraz wywołując wtórną nadczynność przytarczyc wskutek upośledzenia jelitowego wchłaniania wapnia.
- prostaglandyny i cytokiny pobudzają resorpcję kości i mogą pośredniczyć w utracie masy kostnej w zapaleniach, nowotworach i innych stanach chorobowych.
DZIAŁANIE INNYCH HORMONÓW
PDGF, EGF, IGF I, II, FGF
CYTOKINY
TGF-beta, BMP, LTBP
SMAD1, 2, 3, 5
IL1, IL6, TNF alfa, beta, CSF, GM-CSF
SRC1, TIF2, RAC3
LIF, onkostatyna M, kardiotropina
........
OGÓLNY PODZIAŁ
CHORÓB METABOLICZNYCH
1. CHOROBY, W KTÓRYCH PIERWOTNYM ZABURZENIEM JEST ZWIĘKSZENIE RESORPCJI KOŚCI:
- osteoporoza
- choroba Pageta
- włóknisto-torbielowate zapalenie kości (ostitis fibrosa cystica)
- humoralna hiperkalcemia w przebiegu nowotworów
2. CHOROBY, W KTÓRYCH PIERWOTNYM ZABURZENIEM JEST ZWIĘKSZENIE WYTWARZANIA KOŚCI:
- fluoroza
- akromegalia
- nadczynność przytarczyc
- [choroba Pageta]
jest często rozpoznawana na podstawie ogniskowych zmian stwardnieniowych kości, ale wytwarzanie takiej kości jest zjawiskiem wtórnym do fazy osteolitycznej.
3. CHOROBY, W KTÓRYCH PIERWOTNYM ZABURZENIEM JEST ZMNIEJSZENIE resorpcji KOŚCI:
- marmurkowatość kości
- niedoczynność przytarczyc
4. CHOROBY, W KTÓRYCH PIERWOTNYM ZABURZENIEM JEST ZMNIEJSZENIE WYTWARZANIA KOŚCI:
- krzywica
- osteomalacja
- osteodystrofia nerkowa