Механізми зростання та розвитку кістки
Остеоцити. остеобласти і остеокласти функціонують спільно, контролюючи синтез і резорбцію кісткової тканини, і формують функціональну одиницю, що іменується основною мультіклеточной одиницею (BMU). У дитинстві при активному зростанні скелета переважає процес формування кісток. Після того як скелет людини досяг зрілості, процеси синтезу і резорбції кісткової тканини називають ремоделированием, його інтенсивність залежить від клітинного мікрооточення і навантаження на скелет. У дорослих щорічно ремоделирующих 10% скелетних BMU.
Кісткова маса у людини досягає піку в юнацькому віці після припинення росту, що визначається декількома факторами: поліморфізмом рецепторів вітаміну D, LRP5 і LRP6, харчуванням, фізичною активністю, віком, гормональним статусом. Однак у людини у віці після 30 років починають переважати процеси резорбції і відбувається поступове зниження кісткової маси.
Морфогенез скелета визначається гомеобокс-генами, які кодують фактори транскрипції, необхідні для нормального розвитку скелета. Більшість кісток формується з хрящових зачатків. На 8-му тижні гестації починається процес енхондрального оссификации: хрящ руйнується остеокластоподобнимі клітинами і формується костномозговая порожнину. Цей процес триває по всьому довжині кістки.
Одночасно периост діафіза утворює остеобласти, скупчення яких дають початок формуванню кортикального шару кістки. Ця ділянка кістки називають первинним центром оссификации. Схожий процес відбувається в епіфізі, обумовлюючи ремоделирование хряща і формування кісткової тканини в центрі хрящового зачатка (вторинний центр оссификации). Таким чином, хрящова пластинка розташовується між розширюються центрами осифікації і формує физис, або ростовую пластинку. Хондроцити в складі ростової пластинки відповідають за ріст кістки в довжину. Вони піддаються змінам, що включає проліферацію, зростання, дозрівання і апоптоз.
Ці процеси протікають за участю сигнальних шляхів, включаючи ті, які втягують FGFR і кістковий морфогенетичний білок, білки сімейства Hedgehog і PTHRP. Бочагах апоптозу відбуваються мінералізація і резорбція матриксу остеокластами, проте основа матриксу зберігається і відіграє роль опори для новообразующимися кістки. Основою кісткового матриксу є первинні кісткові трабекули, які називають первинним губчастої речовини кістки. Схожий процес йде в підставі суглобового хряща, за рахунок чого кістка подовжується і збільшується площа суглобової поверхні. Кістки, розвиток яких йде за рахунок внутрімембранного окостеніння, наприклад череп і латеральні частини ключиці, формуються остеобластами, що утворилися безпосередньо з похідних мезенхіми.
Оскільки кісткову тканину формують тільки остеобласти, зростання кісток при внутрімембранном окостенінні відбувається за рахунок осадження новоствореної кісткової тканини на предсуществующей поверхні. Цей механізм аппозиційного зростання є ключем до розуміння процесів росту і розвитку кісток.
Складність розвитку, функціонування та взаємодії скелета з іншими органами робить його надзвичайно вразливим, тому не дивно, що настільки велике кількість первинних і вторинних захворювань кісток. Класифікація цих захворювань складна і нестандартизованого. Розглянемо ці захворювання відповідно до їх патогенезом.
1 - резервна зона; 2 - зона проліферації; 3 - зона гіпертрофії;
4 - зона мінералізації; 5 - первинне губчаста речовина.
Остеокласти розвиваються з тих же стовбурових клітин, що і макрофаги.
Ліганд рецептора-активатора NF-кВ (RANKL), асоційований з мембраною клітин-попередників остеокластів, зв'язується з рецептором-активатором NF-кВ (RANK),
розташованим на поверхні клітин-попередників остеокластів.
Така взаємодія на фоні впливу макрофагального колонієстимулюючого фактора (М-КСФ) обумовлює розвиток остеокластів з клітин-попередників.
Клітини строми сінтезіруютостеопротегерін, який перешкоджає взаємодії RANKL з RANK клітини-попередника остеокластів.
Таким чином, остеопротегрін пригнічує диференціювання остеокластів і запобігає резорбцію кісткової тканини.
NF-kB - ядерний фактор каппа В.
(Б) Два остеокластів резорбують кістка.
розташована на поверхні енхондрального пластинчастої кісткової тканини (внизу).