Metaboliczne następstwa
bezczynności ruchowej.
Metabolizm tkanki kostnej.
Gospodarka wapniowo –
fosforanowa.
•Katarzyna
Płochocka
•Katarzyna Siwiec
Struktura i fizjologia kości
• rodzaj tkanki łącznej
• stanowi szkielet będący mechaniczną konstrukcją dla
całego ciała
• powstaje z macierzy kolagenowej, która uległa wysyceniu
solami mineralnymi, głównie fosforanami wapnia
• tkanka ulegająca ciągłej resorpcji i nowotworzeniu
• magazyn składników mineralnych organizmu
• zapewnia strukturalną integralność układu kostnego, a
także odpowiednią wymianę jej składników z płynami
ustrojowymi
• dzięki soli wapnia kość jest wytrzymała na ściskanie,
zginanie i rozciąganie
• podłoże organiczne daje kości dużą sprężystość i
elastyczność
• tkanka kostna jest unaczyniona i unerwiona
Co to jest
kość?
Budowa kości
• Składa się z okostnej, trzonu, nasady, istoty zbitej i
gąbczastej, jamy szpikowej wypełnionej szpikiem oraz
komórek kościotwórczych
• Złożona jest z macierzy zawierającej głównie kolagen
typu I, zbudowany z potrójnej helisy trzech polipeptydów
(2
1
i 1
2
peptydy) ściśle ze sobą związanych,
warunkujących wytrzymałość kości na złamanie
• Minerały kości to hydroksyapatyty tworzące kryształy z
fosforanem wapnia o wymiarach 20x5 mm, wraz z
małymi ilościami Na, Mg i węglanów
• Zbudowana jest z istoty zbitej (pow. zwen.) i istoty
gąbczastej (pow. wewn.)
• Jama szpikowa kości wypełniona gąbczastą strukturą
beleczkowatą
• Szpik kostny: żółty- nieaktywny, zawiera tkankę
tłuszczową;
czerwony-zawierający elementy komórkowe krwi
(nasady kości długich, kręgi, wnętrze kości płaskich
miednicy i czaszki)
• Beleczki zaopatrywane są obficie w krew przez zatokowe
naczynia włosowate
włókno kolagenu
Budowa kości – cd
(komórki kostne)
• Występują 3 rodzaje komórek kostnych odpowiedzialnych za
resorpcję i nowotworzenie: osteocyty, osteoblasty, osteoklasty
• W obrębie kości występują małe otworki (lakuny) mieszczące w
sobie komórki kostne:
– Osteocyty
( tworzą liczne wypustki, biegnące w łączących lakuny
kanalikach i umożliwiają dopływ substancji odżywczych do tych
komórek)
– Osteoblasty
tworzą kość wytwarzając i uwalniając do otoczenia kolagen,
po otoczeniu przez wapniejącą macierz pozostają zamknięte w lakunach
jako osteocyty
– Osteoklasty
- komórki kościogubne (wykazują obecność H
+
przez co
zakwaszają kość rozpuszczając jej hydroksyapatyty), duże o
ameboidalnym kształcie, średnicy 80 um., z licznymi jądrami,
rozpuszczające kość, modelując jej kształt
a -
, b -
niebieska strzałka
- Osteoblast
zielona strzałka
- Osteoklast
żółta strzałka
- Osteocyt
Osteoklast
Okostna
• Zewnętrzną powierzchnia kości pokryta jest mocno zbitą
warstwą tkanki łącznej – okostną - obficie unaczyniona i
unerwiona,
– składa się z dwóch warstw:
• zewnętrznej, zawierającej włókna klejodajne i sprężyste,
oraz
• wewnętrznej, bogatej w elementy komórkowe
(osteoblasty), nazywanej warstwą rozrodczą.
– warstwie rozrodczej okostnej rozpoczynają się procesy
regeneracji kości (uzupełnienie ubytków czy zrastanie
się po złamaniu)
– jest miejscem przyczepu ścięgien mięśni
szkieletowych
Metabolizm tkanki kostnej
• Tkanka kostna powstaje w wyniku zwapnienia tkanki chrzęstnej przez
mineralizację macierzy
– wytrącenie fosforanu wapnia, gdy iloczyn stężeń Ca
2+
i PO
43-
przekroczy
iloczyn rozpuszczalności
– osteoblasty uwalniają fosfatazę alkaliczną, która hydrolizuje estry
fosforanowe zwiększając stężenie PO
43-
- wytrącenie fosforanu wapnia
• Wzrost kości i mineralizacja są najintensywniejsze do ok. 20-30 r.ż
• Kość gąbczasta jak i kość zbita podlega stałej przebudowie przez całe życie
osobnicze
• Proces przebudowy wewnętrznej ma charakter cykliczny i odbywa się w ściśle
określonych miejscach szkieletu, zwanych jednostkami przebudowy kości
• W okresie wzrostu obserwuje się zwiększenie masy szkieletu, zachodzi
intensywny proces modelowania strukturalnego, w którym proces
kościotworzenia przeważa nad procesem resorpcji, co prowadzi do wzrostu
kości na grubość i długość.
• Histologiczna jednostką przebudowy w kości zbitej jest osteon, zaś w kości
gąbczastej zatoka erozyjna (zatoka Howshipa).
• Przebudowa wewnętrzna kości umożliwia naprawę mikrouszkodzeń tkanki
zapobiegając złamaniom powstającym w wyniku zmęczenia materiału i
umożliwia regenerację tkanki kostnej po złamaniach i ubytkach.
Czynniki wpływające na skład
kości
• pierwiastki mineralne - Ca, Mg, P, Zn to głównie pierwiastki z których
zbudowana jest kość.
• hormony - płciowe żeńskie (estrogeny) i męskie (androgeny), aktywna
forma witaminy D-3, hormon wzrostu, hormony tarczycy (tyroksyna,
trójjodotyronia) oraz parathormon pochodzący z przytarczyc, kalcytonina
produkowana przez tarczycę, kortyzol - hormon pochodzący z nadnerczy
• czynniki genetyczne - genetycznie uwarunkowana jest gęstość tkanki
kostnej, liczba miejsc wiążących hormony na powierzchni kości oraz typ
kolagenu
• czynniki środowiskowe - masa tkanki kostnej zależy od rodzaju
spożywanych posiłków, aktywności fizycznej, rodzaju wykonywanej
pracy, stosowaniu używek (kawa, alkohol, papierosy)
• czynniki rasowe – osoby rasy białej i żółtej są bardziej podatni na
osteoporozę niż osoby rasy czarnej co w dużej mierze związane to jest z
inną geometrią kości w obrębie miednicy
• przewlekłe stosowanie leków - hormony sterydowe pochodne
kortyzolu, duże dawki tyroksyny (hormon tarczycy), silnie działające leki
moczopędne (furosemid), niektóre środki wpływające na krzepliwość
krwi (heparyna) wpływają na metabolizm tkanki kostnej i mogą
przyspieszać rozwój osteoporozy
Metabolizm wapniowo-fosforanowy
• Rola wapnia (prawidłowe stężenie jonów Ca
2+
w osoczu ok. 2,5
mmol/L) :
– prawidłowe krzepnięcie krwi
– kurczliwość mięśni
– funkcjonowanie nerwów
– prawidłowe działanie błony
komórkowej
• Zawartość wapnia w organizmie:
- 1,5% masy ciała
- szkielet 99%
Wapń
•
Występuje w dwóch głównych postaciach:
1. postać łatwo wymienialna z Ca w płynach
ustrojowych
2. postać słabo wymienialna, której jest znacznie
więcej, uwięziona w kostnych kryształach
hydroksyapatytowych
•
W homeostazie wapnia w kościach biorą udział 2
układy:
1. układ ściśle związany z regulacją stężenia jonów
Ca
2+
w płynach ustrojowych
2. układ związany z ciągłym przetwarzaniem
(remodelacja) kości na zasadzie ciągłego
odkładania i resorpcji kości
Etapy bilansu
wapnia
w organizmie
• Najwięcej wapnia zawiera płyn zewnątrzkomórkowy:
– filtracja kłębuszkowa (kanaliki proksymalne w pętli (Henlego) nefronu)
– wydalanie z moczem (niewielka ilość ok. 2.5 mmol/d)
– wchłanianie Ca z przewodu pokarmowego (uzupełnienie strat)
• czynny transport zachodzi w rąbku prążkowanym enterocytów jelita
cienkiego
• transport jonów Ca
2+
przy udziale ATP-azy i 1,25- dihydroksyholekalcyferolu
• wzmożone przy zwiększonej podaży Ca w diecie (i odwrotnie)
• dieta bogatobiałkowa zwiększa wchłanianie Ca z jelit
– wchłanianie z jelit ok. 15mmol/d
– prawie cała ilość Ca we krwi znajduje się w osoczu – 3 postacie:
• zjonizowany- 1,2 mmol/L
• kompleksowy- 0,15 mmol/L
• związany z białkiem- 1,2 mmol/L
(najważniejszą frakcją wapnia jest postać zjonizowana Ca
2+
, stanowi
bezpośredni
bodziec dla komórek głównych gruczołów przytarczycznych, regulując
wydzielanie
parathormonu – ujemne sprzężenie zwrotne)
Ca
2+
Small intestine
Dietary
calcium
Calcium
in feces
[free Ca
2+
]
0.001 mM
Kidney
Ca
2+
in urine
Ca
2+
in
kidney
tubules
Calcitrol
(PTH, prolactin)
Active
transport
Some calcium is secreted
into the small intestine.
Cells
[Ca
2+
]
2.5 mM
Passive
filtration
Calcitonin
Ca
2+
PTH
Calcitonin
PTH
Vitamin D
Cortisol
Bone
ECF
Electrochemical
gradient
PTH = parathyroid
hormone
KEY
Ilość Ca w organizmie = zapotrzebowanie -
produkcja
Fosforan
• organizm zawiera ok. 22 mmol (700 g) fosforanów
• 80-85% - kości i zęby (postaci kryształów
hydroksyapatytów oraz fosfoprotein )
• 20-15% - płyn wewnątrz i zewnątrzkomórkowy
• prawidłowe stężenie w osoczu krwi ok. 2 mmol/L
• ¾ - fosforany organiczne, pozostałe – nieorganiczne:
PO
43-
, HPO
42-
Wchłanianie fosforanów
• dwunastnica i jelito cienkie – na drodze czynnego
transportu i biernej dyfuzji
• jest proporcjonalne do podaży
• 1,25 – dihydroksyholekalcyferolu wzmaga resorpcję
fosforanów
• regulacja metabolizmu fosforanów w organizmie nie
podlega tak dokładnej kontroli jak wapń
• fosfor obecny w ATP, cAMP, 2,3difosfoglicerynianie i
innych fosforowych związkach odgrywa ważną rolę
biologiczną
Hormonalna regulacja
metabolizmu
wapniowego i
fosforanowego
Układy hormonalne w homeostazie
wapniowej
• Stężenie wapnia podlega bardzo precyzyjnej regulacji hormonów:
– Parathormon (PTH)
• wytwarzany przez gruczoły przytarczyczne (górne i dolne bieguny
tarczycy)
• głównym regulatorem stężenia jonów Ca
2+
w surowicy
• ludzki PTH jest peptydem zbudowanym z 84 aminokwasów
– Hormonalna pochodna witaminy D
3
:
1,25 – dihydroksyholekalcyferol
• wytwarzana w skórze ssaków pod wpływem promieni
nadfioletowych światła słonecznego z 7-dehydrocholesterolu
• to grupy związków sterolowych wykazujących działanie
przeciwkrzywicze
– Kalcytonina
• wydzielana przez komórki przypęcherzykowe C gruczołu
tarczowego należące do serii APUD
• hormon peptydowy zbudowany z 32 aminokwasów
Parathormon
• syntetyzowany przez komórki główne przytarczyc w
odpowiedzi na niskie stężenie jonów Ca
2+
w surowicy
• reguluje homeostazę jonów wapnia w ustroju oddziałując
na komórki docelowe obecne w tkance kostnej i nerkach
(jest jednym z hormonów pobudzających resorpcję kości,
zwiększa on ponadto resorpcję zwrotną jonów Ca
2+
w
kanalikach nerkowych, co powoduje wzrost stężenia jonów
Ca
2+
w surowicy i płynach tkankowych)
• zmniejsza stężenie fosforanów we krwi (hamuje resorpcję
zwrotną fosforanów w nerce, powodując zwiększone ich
wydalanie z moczem )
• zwiększa resorpcję Ca z tkanki kostnej (gdy zawartość Ca w
diecie nie jest wystarczająca)
Hormonalna postać witaminy D
3
• odgrywa kluczową rolę w homeostazie, zwiększając
stężenie wapnia i fosforu i jest niezbędna dla rozwoju oraz
utrzymania właściwych parametrów kości
• odgrywają ważną rolę w procesach proliferacji, dojrzewania
i różnicowania komórek
• aktywacja wit.D
3
zapewnia utrzymanie stałego stężenia
jonów Ca
2+
w osoczu
• wpływ aktywnej postaci wit.D
3
na kości polega na
ułatwieniu działania na nie PTH
• PTH i wit.D
3
wspomagają się wzajemnie na zasadzie
interakcji choć działają poprzez inne mechanizmy
Wzory witamin D
2
i D
3
oraz ich
prekursorów
Schemat metabolizmu i aktywacji witaminy D.
Kalcytonina
• obniża wysokie stężenie jonów Ca
2+
i fosforanów w
surowicy krwi głównie poprzez zahamowanie zależnej od
osteoklastów resorpcji tkanki kostnej, także tej
stymulowanej przez PTH i glikokortykoidy
• regulowana przez stężenie jonów Ca
2+
:
– jonów Ca
2+ =>
uwalnianie kalcytoniny
• działanie pobudzające na wydzielanie
kalcytoniny ma gastryna
i przyjmowanie pokarmów ujemne
sprzężenie
zwrotne
• jednocześnie kalcytonina hamuje
wydzielanie HCL i uwalnianie gastryny
Metaboliczne następstwa
bezczynności ruchowej
(hipokinezji)
• Aktywność ruchowa jest jednym z podstawowych, obok
prawidłowego odżywiania, czynników warunkujących
zdrowie człowieka.
• Narząd nieużywany przestaje spełniać swoją funkcję!!!
• Gdy ktoś ulegnie kontuzji lub wypadkowi i przebywa w
łóżku przez długi czas, występują wówczas zmiany w:
– masie mięśni szkieletowych
– objętości i składzie płynów ustrojowych
– czynności układu krążenia
– metabolizmie kości
– tolerancji węglowodanów
– układzie odpornościowym
– zdolności do wysiłków
– wzroku, słuchu
– właściwościach psychofizjologicznych
Skutki hipokinezji
• Kamica nerkowa - stężenie Ca
2+
i fosforanów w moczu oraz
szczawianów i kwasu moczowego – skutek zmniejszenia obj.
osocza
• Wzmożone wydalanie azotu z moczem (N z rozkładu białek
ustrojowych)
• Zmniejszenie zdolności przyswajania glukozy przez tkanki
(hiperglikemia, hiperinsulinemia)
• Upośledzenie zdolności fagocytarnej granulocytów
obojętnochłonnych
• Obniżenie ciśnienia tętniczego
• Zmniejszenie liczby erytrocytów we krwi
• Zmniejszenie masy mięśniowej i siły mięśni
• Rozwój osteoporozy
• Pogorszenie ostrości wzroku
• Zmniejszony pułap tlenowy
• Zwiększona podatność na bodźce stresowe
Osteoporoza
• utrata gęstości kości i postępująca redukcja masy kostnej
• wzmożona utrata wapnia i fosforu oraz zwiększony rozpad
kolagenu tkanki kostnej, co prowadzi do demineralizacji kości
• osteoporozę u dzieci i młodzieży dzielimy na pierwotną i
wtórną.
– pierwotna może mieć charakter wrodzonej łamliwości kości
lub idiopatycznej osteoporozy młodzieńczej
– wtórna powstaje w przebiegu niektórych chorób np.:
cukrzycy, nadczynności tarczycy, zespołu Cushinga itp.
• zmiany histopatologiczne: scieńczenie beleczek kostnych bez
zmniejszenia ich liczby i przerwania ciągłości połączeń
niedostatecznego tworzenia kości przez osteoblasty w
stosunku do ilości tkanki kostnej niszczonej przez osteoklasty
• kość staje się porowata i krucha
Osteoporoza
Krzywica
• ogólnoustrojowa choroba
• upośledzona mineralizacja kości, która wynika z
zaburzeń gospodarki wapniowo fosforanowej
• pojęcie krzywicy jest zarezerwowane dla dzieci,
ponieważ właśnie w wieku rozwojowym, w rosnącym
kośćcu dochodzi do typowych zmian rozwojowych
• Najczęstszą przyczyną krzywicy jest niedobór
witaminy D
• przy niskim stężeniu Ca rosnąca kość staje się
sprężysta i elastyczna, mało odporna na obciążenia
• witamina D aktywuje wchłanianie wapnia w jelicie
cienkim
Krzywica
Objawy krzywicy
1)
ogólnoustrojowe: apatia, skłonność do zaparć, potliwość,
hipotonia mięśniowa ( jej wyrazem jest między innymi
rozlany tzw. żabi brzuch), opóźnienie rozwoju fizycznego,
opóźnione ząbkowanie
2)
kostne:
a) wczesne : rozmiękanie kości czaszki, opóźnianie
zarastania ciemienia, "różaniec krzywiczy "- czyli
zgrubienia na granicy chrzęstnej i kostnej żeber, bruzda
Harrisona
b) późne : (wynikające z utrwalonych już deformacji)
czaszka kwadratowa, zniekształcenia klatki piersiowej,
skrzywienia kręgosłupa, szpotawość i koślawość kończyn
( zmiany te są już nieodwracalne i nie cofają się pod
wpływem leczenia)
„ Powiedzenie – ruch to
zdrowie – ma pełne pokrycie
w nowoczesnych badaniach
patofizjologicznych i
klinicznych. Jeżeli ruch - jest
czynnikiem zdrowia, to brak
ruchu jest czynnikiem
usposabiającym do choroby”
– prof. dr Witold Dega
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ!!!