Остеопороз. Патогенез остеопороза.

Костная ткань (компактная и трабекулярная) состоит из клеточных элементов, межклеточного вещества (органической основы кости) и минеральных веществ.

Межклеточное вещество - органический матрикс из коллагена и неколлагеновых белков. Около 85-90% костных белков составляет коллаген, представленный фибриллами разного диаметра, ок руженных кристаллами гидроксиапатита и скрепленных гликозаминогликанами, гликопротеидами.

Неколлагеновые белки составляют около 10-15% органического матрикса кости. Различают четыре группы неколлагеновых белков:

• протеогликаны (гликозаминогликаны) - обеспечивают консолидацию коллагеновых волокон и их связь с кристаллами минералов;
• белки, обеспечивающие межклеточное взаимодействие: тромбоспондин, костный сиалопротеин, остеопонтин, фибронектин; первым трем из них присуща способность связывать ионизированный кальций;
• у-карбоксилированные белки - матриксный глюпротеин (функция его неизвестна) и остеокальцин (синтезируется остеобластами) - стимулятор ремоделирования костной ткани; активность остеокальцина считается маркером скорости костеобразования;
• белки, стимулирующие рост кости (ростовые факторы) - инсулиноподобный фактор роста-1, трансформирующий фактор роста, тромбоцитарный фактор роста, фактор роста фибробластов. Эти факторы синтезируются остеобластами и стимулируют их рост.

Клеточные элементы костной ткани

Остеобласты - располагаются слоями на костной поверхности и выполняют следующие функции:

• синтез коллагена и формирование его волокон;
• синтез неколлагеновых белков - протеогликанов, остеокальцина, остеопонтина, костного сиалопротеина;
• синтез ферментов: щелочной фосфатазы, коллагеназы, активатора плазминогена;
• участие в транспорте кальция и фосфатов в костный матрикс и росте кристаллов гидроксиапатита;
• продукция остеокластстимулирующего и остеокластингибирующего факторов, активность которых регулируется эстрогенами.

На мембране остеобластов экспрессируются рецепторы для паратгормона, а в ядрах - для витамина D₃ и половых гормонов. Регуляция деятельности остеобластов осуществляется паратгормоном и витамином D₃:

• паратгормон регулирует транспорт ионов, аминокислот, синтез коллагена, стимулирует циклический аденозинмонофосфат;
• витамин D₃ стимулирует синтез матрикса, костаоспецифических белков, щелочной фосфатазы.

Остеокласты расположены на внутренних поверхностях трабекулярных и компактных образований костей и выполняют резорбцию костного матрикса благодаря секреции кислой фосфатазы и других лизосомальных ферментов. Маркером уровня резорбции костной ткани служит содержание в крови кислой фосфатазы.

На мембране остеокластов экспрессируются рецепторы F_c, C₃, и рецепторы для кальцитонина, а в ядрах - для эстрогенов.

Деятельность остеокластов регулируют следующие факторы:

• паратгормон и активная форма витамина D3 1.25(OH)₂D₃ - стимулируют дифференцировку предшественников остеокластов и костную резорбцию;
• кальцитонин - ингибирует активацию остеокластов, подавляет пролиферацию и дифференциацию предшественников остеокластов;
• эстрогены - тормозят трансформацию предшественников остеокластов и деятельность последних;
• локальные факторы - трансформирующий фактор роста, интерлейкин-1, фактор некроза опухоли стимулируют функцию остеокластов, а у-интерферон - тормозит.

Остеоциты - наиболее многочисленные клетки костной ткани, считаются финальной стадией развития остеобластов и выполняют следующие функции:

• стимулируют коллаген, гликозаминогликаны;
• активно участвуют в обмене веществ (белковом, водном, минеральном) в костной ткани;
• участвуют в формировании новой костной ткани.

Минеральные вещества костной ткани

Основными минералами костной ткани являются кальций и фосфор. В костях содержится 99% всего кальция, 87% фосфора и 58% магния, имеющихся в организме. Кальций и фосфор входят в состав гидроксиапатитов. Кроме того, в костной ткани содержатся также натрий, калий, магний, железо, свинец.

В костной ткани постоянно идет процесс ремоделирования, т.е. резорбция (рассасывание) костной ткани и замещение ее новой тканью (новое костеобразование).

В процессе ремоделирования различают следующие фазы: активация -> резорбция -> фаза «обращения» -> новообразование.

В фазе резорбции главная роль принадлежит остеокластам, фаза новообразования костной ткани определяется прежде всего созидательной функцией остеобластов.

Конечным итогом ремоделирования является самообновление костной ткани. В среднем возрасте скорость обновления скелета составляет примерно 8% массы костной ткани в год, в том числе, около 4% в компактном и около 20% - в губчатом веществе.

Процесс ремоделирования костной ткани генетически запрограммирован и регулируется гормональными и локальными факторами.

Гормональные и локальные факторы регуляции ремоделирования костной ткани

А. Гормональные факторы

Паратгормон. Паратгормон оказывает свое регулирующее влияние на ремоделирование костной ткани, имея точками приложения своего действия кость, почки, желудочнокишечный тракт.

Влияние паратгормона на кость:

• нарушает способность остеобластов синтезировать костную матрицу (коллаген);
• способствует превращению остеобластов в остеокласты;
• активирует остеокласты, разрушающие костную матрицу;
• повышает активность коллагеназы остеокластов;
• повышает растворимость гидроксиапатитов;
• усиливает поступление в кровь из костной ткани кальция и фосфора.

В связи с тем, что остеокласты не экспрессируют рецепторы для паратгормона, его стимулирующее влияние на костную резорбцию проявляется только в присутствии остеобластов и остеобластных факторов - остеокластстимулирующего и остеокластингибирующего. Паратгормон может оказывать двоякое действие на костную ткань. Большие количества паратгормона и длительное его введение стимулируют резорбцию костной ткани и ингибируют формирование кости в связи с торможением синтеза коллагена и костного матрикса. Прерывистое введение паратгормона и его небольшие дозы стимулируют остеобласты и синтез коллагена и образование костной ткани, что обусловлено способностью паратгормона повышать активность инсулиноподобного фактора роста-1.

Влияние паратгормона на почки:

• угнетает реабсорбцию фосфатов в проксимальных канальцах, что ведет к фосфатурии и гипофосфатемии;
• увеличивает реабсорбцию кальция в дистальных почечных канальцах и повышает содержание кальция в крови;
• повышает в почках активность гидроксилазы, под влиянием которой происходит превращение 25(ОН)D₃-гидрокси-витамина D₃ в активную форму 1.25(ОН)₂О₃ (кальцитриол), который усиливает всасывание кальция в кишечнике.

Влияние паратгормона на кишечник:

• в присутствии витамина D₃ усиливает всасывание кальция;