KOŚCI
Kości
przebudowa wewnętrzna kości w warunkach fizjologicznych, fazy przebudowy.
Przebudowa kości dokonywana jest lokalnie i na małych przestrzeniach przez populację komórek zw. jednostkami remodelującymi kość
Fazy przebudowy:
1.stan ciszy
2. aktywacja
3. resorpcja
4. odbudowa
5. mineralizacja
6. stan ciszy
Resorpcja tkanki kostnej.
Kom. odpowiedzialnymi za bud. kości są osteoblasty, powodują ich resorpcję - osteoklasty.
Osteoklasty nadżerają i absorbują uprzednio uformowaną kość. Łączą się z nią integrynami w przedłużeniu błony na przestrzeni zwanej strefą przyklejenia. W ten sposób powst. izolowana przestrzeń między kością a częścią osteoklastu. Odgraniczona przestrzeń utworzona przez osteoklast przypomina duży lizosom. Kwaśne pH rozpuszcza hydroksyapatyt, a kwaśne proteazy wydzielane przez komórkę rozkładają kolagen, tworząc płytkie zagłębienia w kości. Produkty trawienia ulegają endocytozie i przemieszczają się poprzez osteoklast dzięki transcytozie, po czym są uwalniane do płynu śródmiąższowego.
W ciągu całego życia kości ulegają stałej resorpcji i odbudowie. W ciągu roku wapń w kościach zostaje w 100% wymieniony u niemowląt i w 18% u dorosłych. Przebudowa kości dokonywana jest głównie lokalnie i na małych przestrzeniach przez populację kom. zwanym jedn. remodelującymi kości.
3. Wpływ 1,25(OH)2D3 i PTH na resorpcję kości.
Parahormon
Główny regulator jonów wapnia w surowicy uwalniany w warunkach
obniżenia poziomu wapnia w surowicy (chodzi o poziom wapnia
zjonizowanego)
Działanie parathormonu w organizmie jest dwukierunkowe, z jednej strony
narządem docelowym jest tkanka kostna, z drugiej strony nerka
W nerce wywołuje zwiększenie resorbcji zwrotnej jonów wapnia oraz
aktywuje 1α - hydrolazę - enzym uczestniczący w powstawaniu aktywnego
metabolitu witaminy D3 czyli 1,25dihydroksyholekalcyferolu - 1,25(OH)2D3
Wydłuża przeżywalność komórek kostnych, ma działanie antyapoptotyczne
powoduje wzmożoną resorbcję tkanki kostnej prze co następuje uwalnianie
wapnia i fosforu do osocza krwi
- odgrywa również rolę w rozw tk kostnej płodu kosztem tk kostnej matki
1,25-dihydroksycholekalcyferol
Witaminę D3 przyjmujemy albo w pokarmie roślinnym albo zwierzęcym, jeśli jest to
witamina pochodzenia roślinnego, to będzie to ERGOKACYFEROL - wit D3, jeśli
pochodzenia zwierzęcego to CHOLEKALCYFEROL - wit D3
Organizm jest w stanie samodzielnie syntetyzować witaminę D3 w skórze na skutek
oddziaływania promieniowania UV
Działanie witaminy D3 sprowadza się do wzrostu syntezy macierzy organicznej tkanki
kostnej i do wzrostu mineralizacji czyli odkładania soli wapniowo-fosforanowych przy
czym jest to efekt finalny działania kalcytriolu na tkankę kostną
- Synteza macierzy organicznej kości jest przede wszystkim związana ze zwiększeniem
zawartości w macierzy składników macierzy czyli kolagenu - podstawowego białka
macierzy kostnej oraz białka nie kolagenowe np. osteokalcyna
Czynniki sprzęgające proces przebudowy tkanki kostnej.
- nacisk mechaniczny Wyst. W czasie aktywacji fizycznej
- hormony - insulina, leptyna, grelina PTH, PTH-rP, kalcytonina, aktywne metabolity wit.D3, estrogeny, androgeny, hormon wzrostu, horm tarczycowe, glokokortykoidy
- cytokiny i czynniki wzrostu - IGF-1, TGF-β, PGE-2, GM-CSF, M-CSF, TGF-α, TNF, IL-1, IL-6, IFN-γ, LT
- oddziaływanie typu kom.-kom.
- spożycie szeregu składników pokarmowych m.in. tauryna, Ca, P, Ma, Cu, Fe, Na, K, Zn, Hn itp.
Regulacja działania osteoklastów i osteoblastów.
Osteoblasty regulują tworzenie osteoklastów przez układ RANKL-OPG, ale nieznany jest bezp wpływ osteoklastów na osteoblasty, natomiast cały proces remodelowania kości jest głównie kontrolowany hormonalnie. Parahormon przysp resorpcję kości, a estrogeny ją zwalniają wsutek hamowania cytokin powod erozję kości.
Wpły parahormonu, kalcytoniny i Wit.D3 na gosp wapniowo-fosforanową.
Paratch i witD3-pkt.3
Kalcytonina
- Hormon który uczestniczy w regulacji gospodarki wapniowo-fosforanowej oraz
warunkuje homeostazę tkanki kostnej
Kalcytonina wytwarzana jest przez tzw. Komórki C które wywodzą się z komórek
neuroektodermalnych grzebienia nerwowego
Wydzielanie kalcytoniny jest wywołane zbyt wysokim stężeniem wapnia
zjonizowanego w osoczu krwi, w zasadzie jeśli zawartość wapnia zjonizowanego
jest większa niż 10% w stosunku do stanu normokalcemi, to jest to już sygnał do
uwolnienia kalytoniny
Funkcja kalcytoniny sprowadza się do hamowania resorbcji tkanki kostnej
Oprócz tego kalcytonina zwiększa wydalanie z moczem Ca, Mg, Na, K, Cl
Zakłada się również jej hamujący wpływ na wchłanianie wapnia w obrębie
przewodu pokarmowego
Przypisuje się jej wpływ na proces kościotworzenia poprzez stymulujący wpływ
na osteoblasty
Kalcytonina jest stosowana jako lek w warunkach zaniku masy kostnej, przede
wszystkim w osteoporozie
- Hormonami wykazującymi podobne działanie do kalcytoniny są: amylina i CGRP
6. Regulacja kalcemii.
Kalcemia-poziom wapnia we krwi.
Org. Młodego dorosłego zaw ok. 1100g wapnia. 99% tego pierwiastka znajd się w kościach. Wapń w osoczu w ilości 10mg/dl jest częściowo związany z białkiem i częściowo rozpuszczony. Ilość wapnia związanego z białkami jest proporcjonalna do stęż tych białek. Na stęż wapnia wpływają elektrolity i pH. Duża ilość wapnia jest filtrowana przez nerki, 98-99% filtratu jest resorbowana powrotem. A reabsorpcja w kanalikach dalszych jest regul przez PTH. Wapń jest czynnie transport z jelita przez układ rąbka szczoteczkowego kom nabł z udziałem zależnej od wapnia ATP-azy, a czynność tę Reg 1,25-dichydroksycholekalcyferol.
Czynniki warunkujące nasilenie przebudowy tkanki kostnej.
8. Wpływ czynników żywieniowych na metabolizm tkanki kostnej (bioaktywne składniki siary i mleka, karnityna, WNKT, Wit.B, Mn, Zn, Cu, F, Ca, P).
Mleko:
Produkty mleczne zawierają wapń, który jest niezbędny do budowy tkanki kostnej.
Laktoferyna:
Ma anaboliczny wpływ na tkanke kostną.
In vitro działa inhibicyjnie na osteoklastogenezę oraz stymuluje tworzenie nowej tkanki kostnej
In vivo stwierdzono natomiast, że pobudza proliferację oraz różnicowanie osteoblasy i chondroblasty
Białka serwatkowe:
Zwiększają wchłanianie wapnia
Hamują resorpcję kości
Cynk (Zn):
Cynk wchodzi w skład dwóch enzymów biorących udział w metabolizmie tkanki kostnej: anhydrazy węglanowej i fosfatazy zasadowej
Anhydraza węglanowa uczestniczy w obniżaniu pH mikrośrodowiska dla resorbcji fofataza zasadowa - enzym markerowy aktywności osteoblastów
Cynk jest inhibitorem TrACP, jest to enzym markerowy aktywności osteoklastów, jeden z najważniejszych enzymów biorących udział w resorbcji tkanki kostnej
Kranityna:
Stymuluje:
Proliferacje i aktywność osteoblastów
Wbudowywanie proliny do łańcucha aminokwasowego prokolagenu
Ekspresję kolagenu typu I, sialoprotein i osteopontyny
Magnez:
Uczestniczy w stabilizacji kryształków hydroksyapatytowych
uczestniczy w metabolizmie witaminy D3, konkretnie w powstawaniu podwójnie hyroksylowanyh metabolitów witaminy D3
miedź
Bierze udział w syntezie kolagenu
Kolagen syntetyzowany jest w osteoblastach w dwóch etapach:
Etap syntezy wewnątrzkomórkowej
Etap syntezy zewnątrzkomórkowej - występuje wówczas tzw. sieciowanie
kolagenu polegające na wytworzeniu wiązań kowalencyjnych wewnątrz - i
międzycząsteczkowych pomiędzy poszczególnymi cząsteczkami kolagenu
i w ten sposób tworzone są włókna kolagenowe. Enzymem który uczestniczy w
sieciowaniu kolagenu ( a to jak jest sieciowany kolagen wpływa na wytrzymałość kanki kostnej) jest oksydaza lizylowa. W jej skład wchodzi Cu i
witamina B6. W warunkach niedoboru miedzi lub witaminy B6 jet zmniejszona aktywność oksydazy lizylowej. Zmniejszone w konsekwencji sieciowanie kolagenu i skutkiem tego jest zmniejszona wytrzymałość tkanki kostnej
witamina C:
Uczestniczy w hydroksylacji metabolitów witaminy D3
uczestniczy w hydroksylacji proliny i lizyny
Wpływa na proliferację osteoblastów
Wykazuje efekt antyapoptyczny w stosunku do osteoblastów czyli powoduje
wydłużanie czasu życia osteoblastów
Hydroksylacja lizyna oraz proliny zachodzi podczas etapu wewnątrzkomórkowej syntezy kolagenu. Ma to jeszcze miejsce gdy kolagen jest jeszcze w postaci propeptydów α. Proces hydroksylacji lizyna oraz proliny jest niezbędny do dalszej syntezy kolagenu. Hydroksylowana lizyna oraz prolina występują tylko w kolagenie
Hydroksylacja jest ważna ze względu na późniejszy udział wytworzonych produktów w tworzeniu wiązań sieciujących kolagen.
Witamina K:
Stymuluje aktywność osteoblastów i wzrost ich aktywności metabolicznej
wykazuje efekt antyapoptotyczny w stosunku do osteoblastów czyli przedłużają ich
ich żywotność
Stymuluje apoptozę osteoklastów, skracając czas ich życia
witamina K uczestniczy karboksylacji osteokalcyny. Karboksylacja następuje przy udziale kwasu γ-glutaminowego, wówczas to uzyskuje się karboksylowaną osteokalcynę, posiada ona zdolność wiązania jonów wapnia. Rola tego białka nie jest do końca poznana. Występuje ono w macierzy kostnej, uwalniane jest również do osocza, jego poziom w osoczu jest wyznacznikiem nasilenia procesów kościotworzenia. Przy niedoborze witaminy K następuje zmniejszenie wydzielania ostekalcyny
Wolne nienasycone kwasy tłuszczowe:
Wpływa na odpowiedni stosunek omega 3 i omega 6, co wpływa na masę kości
Kwasy potencjalnie podnoszące masę kostną to kw. Arachidonowy, kw. γ-linolenowy, kw. ETA, kw. DHA
Mechanizm tych zmian to polepszenie absorpcji wapnia oraz zmiany biosyntezy IGF1 i PGE 2 (czynników wzrostowych)
Zasadnicze znaczenie w zapotrzebowaniu określonej ilości i profilu WNKT ma wiek organizmu, stopień rozwoju układu kostnego oraz cechy indywidualne
Mangan:
Uczestniczy w metabolizmie kolagenu i prowadzi do glikozylacji, jako kofaktor. Niedobór = niedobrze
Uczestniczy w syntezie siarczanu chondroityny
9.wpływ wysiłku fizycznego na metabolizm tkanki kostnej.
Wysiłek fizyczny pozwala zachować odpowiedni poziom metabolizmu tkanki kostnej oraz odpowiednią wytrzymałość
Chodzi zarówno o wysiłek fizyczny w okresie rozwoju, fazy równowagi oraz kiedy tracimy masę kostną
Jest to spowodowane tym że kość ma właściwości piezoelektryczne tzn. że w wyniku obciążania kości i poddawania jej działaniu różnych sił dochodzi do generowania w niej ładunków elektrycznych
rola hormnów i witamin w metabolizmie tkanki kostnej:
a)kalcytonina
- Hormon który uczestniczy w regulacji gospodarki wapniowo-fosforanowej oraz
warunkuje homeostazę tkanki kostnej
Kalcytonina wytwarzana jest przez tzw. Komórki C które wywodzą się z komórek
neuroektodermalnych grzebienia nerwowego
Wydzielanie kalcytoniny jest wywołane zbyt wysokim stężeniem wapnia
zjonizowanego w osoczu krwi, w zasadzie jeśli zawartość wapnia zjonizowanego
jest większa niż 10% w stosunku do stanu normokalcemi, to jest to już sygnał do
uwolnienia kalytoniny
Funkcja kalcytoniny sprowadza się do hamowania resorbcji tkanki kostnej
Oprócz tego kalcytonina zwiększa wydalanie z moczem Ca, Mg, Na, K, Cl
Zakłada się również jej hamujący wpływ na wchłanianie wapnia w obrębie
przewodu pokarmowego
Przypisuje się jej wpływ na proces kościotworzenia poprzez stymulujący wpływ
na osteoblasty
Kalcytonina jest stosowana jako lek w warunkach zaniku masy kostnej, przede
wszystkim w osteoporozie
- Hormonami wykazującymi podobne działanie do kalcytoniny są: amylina i CGRP
b)parahormon
Główny regulator jonów wapnia w surowicy uwalniany w warunkach
obniżenia poziomu wapnia w surowicy (chodzi o poziom wapnia
zjonizowanego)
Działanie parathormonu w organizmie jest dwukierunkowe, z jednej strony
narządem docelowym jest tkanka kostna, z drugiej strony nerka
W nerce wywołuje zwiększenie resorbcji zwrotnej jonów wapnia oraz
aktywuje 1α - hydrolazę - enzym uczestniczący w powstawaniu aktywnego
metabolitu witaminy D3 czyli 1,25dihydroksyholekalcyferolu - 1,25(OH)2D3
Wydłuża przeżywalność komórek kostnych, ma działanie antyapoptotyczne
powoduje wzmożoną resorbcję tkanki kostnej prze co następuje uwalnianie
wapnia i fosforu do osocza krwi
c)witamina D
Witaminę D3 przyjmujemy albo w pokarmie roślinnym albo zwierzęcym, jeśli jest to witamina pochodzenia roślinnego, to będzie to ERGOKACYFEROL - wit D3, jeśli pochodzenia zwierzęcego to CHOLEKALCYFEROL - wit D3
Organizm jest w stanie samodzielnie syntetyzować witaminę D3 w skórze na skutek oddziaływania promieniowania UV
Działanie witaminy D3 sprowadza się do wzrostu syntezy macierzy organicznej tkanki kostnej i do wzrostu mineralizacji czyli odkładania soli wapniowo-fosforanowych przy czym jest to efekt finalny działania kalcytriolu na tkankę kostną
Synteza macierzy organicznej kości jest przede wszystkim związana ze zwiększeniem zawartości w macierzy składników macierzy czyli kolagenu - podstawowego białka macierzy kostnej oraz białka nie kolagenowe np. osteokalcyna
d)hormony płciowe
estrogeny:
W warunkach oddziaływania na osteoblasty estrogeny powodują zwiększenie
syntezy:
· fosfatazy zasadowej
· osteokalcyny
· kolagenu typu 1
Estrogeny wykazują też wpływ hamujący wobec osteoblastów, jest to związane z
tym, że dochodzi do zahamowania syntezy i uwalniania cytokin proresorbcyjnych
czyli IL-6, TNF-α
Działanie hamujące w odniesieniu do syntezy i uwalniania tych cytokin zapobiega
resorbcii tkanki kostnej
Estrogeny stymulują syntezę czynników wzrostu i różnicowania: TGF-β, IGF-1,
białka morfogenetyczne kości, te czynniki działają pobudzająco na proces
kościotworzenia
Estrogeny działają również apoptotycznie czyli stymulują apoptozę prekursorów
osteoklastów
Androgeny:
Ich działanie przede wszystkim sprowadza się do:
· pobudzania proliferacji i dojrzewania osteoblastów
· zwiększania syntezy TGF-β, i kolagenu 1 przez osteoblasty
· uwrażliwienia tych komórek na działanie przede wszystkim IGF-1
W warunkach niedoboru androgenów następuje:
· zwiększenie obrotu metabolicznego tkanki kostnej
· zwiększenia liczby osteoklastów
· zmniejszenia masy kostnej
U organizmów które przechodzą fazę inwolucji szkieletu zarówno obniżenie poziomu
estrogenów, jak i poziomu androgenów będzie powodowało zmniejszenie masy
kostnej. Czyli nie tylko menopauza u kobiety, ale również andropauza która występuje
u mężczyzn może być przyczyną tych zmian osteoporotycznych
e)hormony tarczycy
Tyroksyna i trójjodotyronina wpływają na proces kościotworzenia, są niezbędne do
tego by dochodziło dochodziło do rozwoju kości w okresie postnatalnym
- Bardzo ważne znaczenie ma ewentualna nadczynność lub niedoczynność tarczycy w
w odniesieniu do tkanki kostnej
W przypadku nadczynności dochodzi do nasilenia procesów przebudowy, zarówno
kościotworzenia, jak i resorbcji, z silniejszym zaznaczeniem fazy resorbcji
Niedoczynność wywołuje zwolnienie procesów przebudowy kości, silniej zaznaczone
zahamowanie fazy resorbji tkanki kostnej
f) hormon wzrostu:
Działa na osteoblasty i chondroblasty
Działa bezpośrednio lub pośrednio poprzez IGF-1
IGF-1 produkowany pod wpływem hormonu wzrostu, może być produkowany w
wątrobie i lokalnie w tkance kostnej przez chondroblasty
Efektem działania hormonu wzrostu jest nasilenie procesu kościotworzenia
poprzez pobudzanie proliferacji komórek linii osteoblastycznych, zwiększanie ich
aktywności, syntezę kolagenu i niekolagenowych składników macierzy kostnej
Kiedy jest niedobór hormonu wzrostu u rosnących organizmów to wtedy następuje
zahamowanie rozwoju kości długich na długość, a także przedwczesne kostnienie
chrząstek wzrostowych
W sytuacji gdy uwalnianie hormonu wzrostu następuje u osobników dorosłych,
dochodzi wówczas do nasilenia tempa przebudowy kości, zwiększenia grubości
kości długich i płaskich
g)glikokortykoidy
Działanie to nasilenie przebudowy tkanki kostnej z silnym zaznaczeniem resorpcji
tkanki kostnej i zahamowanie procesu kościotworzenia
Mamy nasilenie przebudowy czyli obrót metaboliczny się zwiększa
Wpływają hamująco na aktywność metaboliczną osteoblastów, przede wszystkim
w odniesieniu do syntezy składników macierzy organicznej kości
Indukują apoptozę osteoblastów czyli skracają czas przeżycia osteoblastów
Wpływ glikokortykoidów na inne narządy przede wszystkim zwiększa wydalanie Ca
z moczem, to w konsekwencji może prowadzić do ujemnego bilansu wapniowego
Zmniejszenie wchłaniania wapnia w przewodzie pokarmowym
Pod wpływem glikokortykoidów następuje zwiększenie ekspresji dla kolagenazy.
jest ona syntetyzowana przez osteoblasty i jest deponowana w macierzy kostnej w
postaci nieaktywnej
h)leptyna
stymucja macierzysta komórek mezenchymalnych do różnicowania się w kierunku osteoblastów
bezpośredni recepturalny wpływ obserwowany jest w odniesieniu do osteoblastów i osteoklastów
stymuluje synteze i uwalnianie przez osteoblasty osteoprotegryny oraz hamowanie wydzielania czynnika aktywowania i różnicowania osteoklastów (RANKL)
i) grelina
wydzielana przede wszystkim przez komórki endokrynne żołądka, ale także dwunastnicy i jelita grubego oraz podwzgórza, przysadki i płuca
biologiczne oddziaływanie greliny zachodzi dzięki szerokiej ekspresji tkankowej i specyficznego receptora GHS-R - stymulacja wydzielania GH
GHS-R na OB.- intensyfikacji ulegają procesy różnicowania i dojrzewania OB.
j) Wit. C i Wit. K - patrz wyżej