Kości

• Kości


  Główny element szkieletu osób dorosłych, zapewniający silne podparcie ciała, ochronę narządów oraz rezerwuar wapnia, fosforanów i innych jonów
• Tkanka kostna


  Wyspecjalizowana tkanka łączna utworzona z uwapnionej macierzy pozakomórkowej oraz trzech głównych rodzajów komórek: osteocytów, osteoblastów i osteoklastów
• Komórki kości


  • Osteocyty
  • Osteoblasty
  • Osteoklasty
• Osteocyty


  Komórki znajdujące się w zagłębieniach (jamkach, lacunae) pomiędzy warstwami macierzy kostnej, mające wypustki kostne leżące w niewielkich kanalikach wnikających w macierz kostną
• Osteoblasty


  Komórki syntetyzujące i wydzielające organiczne składniki macierzy kostnej
• Osteoklasty


  Wielkie, wielojądrzaste komórki biorące udział w usuwaniu uwapnionej macierzy kostnej i remodelowaniu tkanki kostnej
• Wszystkie zewnętrzne i wewnętrzne powierzchnie kości pokryte są warstwami tkanki łącznej zawierającej komórki osteoprogenitorowe - śródkostną (endosteum) na powierzchni wewnętrznej otaczającej jamę szpikową i okostną (periosteum) na powierzchni zewnętrznej
• Ze względu na swoją twardość kość nie może być cięta na skrawki przy zastosowaniu rutynowych metod. Zazwyczaj przed zatopieniem w parafinie macierz kostna jest zmiękczana przez zanurzenie w roztworze odwapniającym albo po utrwaleniu zatapiana jest w żywicy syntetycznej i skrawana za pomocą specjalnego mikrotomu
• Osteoblasty


  Komórki syntetyzujące i wydzielające organiczne składniki macierzy kostnej, w tym włókna kolagenu typu I, proteoglikany i gliko-proteiny macierzy takie jak osteonektyna. Odkładanie nieorganicznych składników kości również zależy od aktywności osteoblastów
• Aktywne osteoblasty zlokalizowane są wyłącznie na powierzchniach macierzy kostnej, do której przyłączone są za pośrednictwem integryn, zwykle tworząc pojedynczą warstwę komórek sześciennych zespolonych połączeniami adhezyjnymi i komunikacyjnymi
• Gdy aktywność sekrecyjna osteoblastów dobiegnie końca, niektóre z nich różnicują się do osteocytów uwięzionych w jamkach macierzy kostnej, inne z kolei stają się płaskimi komórkami pokrywającymi powierzchnię macierzy kości, znanymi jako komórki wyścielające, a większość z nich ulega apoptozie
• Proces mineralizacji kości


  1. Osteoblasty wydzielają otoczone błoną pęcherzyki macierzy bogate w zasadową fosfatazę oraz inne enzymy, których aktywność zwiększa miejscowe stężenie jonów PO4^3-

  2. W środowisku o wysokim stężeniu jonów Ca2+ i PO4^3- pęcherzyki macierzy pełnią rolę ośrodków formowania kryształów hydroksyapatytu, Ca10(PO4)6(OH)2, co je mineralizuje
• Mineralizacja kości


  1. Osteoblasty wydzielają kolagen typu I, glikoproteiny i proteoglikany

  2. Niektóre czynniki, szczególnie osteokalcyna i glikoproteiny, wiążą Ca2+ zwiększając jego stężenie

  3. Osteoblasty uwalniają pęcherzyki macierzy zawierające zasadową fosfatazę i inne enzymy, które zwiększają stężenie PO4

  4. Wysokie stężenie Ca2+ i PO4 powoduje powstawanie uwapnionych nanokryształów wewnątrz i wokół pęcherzyków

  5. Kryształy rosną i ulegają dalszej mineralizacji, tworząc masy hydroksyapatytu, które otaczają włókna kolagenowe

  6. Masy hydroksyapatytu zlewają się, tworząc jednolitą, stałą macierz kostną
• Nowotwory wywodzące się bezpośrednio z tkanki kostnej (pierwotne nowotwory kości) nie występują zbyt często (0,5% wszystkich przypadków śmierci z powodu nowotworów)
• Komórki osteoprogenitorowe mogą się przekształcać w nowotwór nazywany kostniakomięsakiem
• Szkielet jest częstym miejscem rozwoju wtórnych, przerzutowych guzów nowotworowych
• Osteocyty


  Niektóre osteoblasty otaczane są wydzielanym przez siebie materiałem i różnicują się do osteocytów występujących pojedynczo w jamkach rozproszonych w zmineralizowanej macierzy
• Osteocyty


  • Wytwarzają wiele długich, dendrytycznych wypustek otaczanych przez wapniejącą macierz kostną
  • Komunikują się ze sobą oraz osteoblastami i komórkami wyścielającymi kość za pośrednictwem połączeń komunikacyjnych
  • Funkcjonują jako mechanosensory wykrywające obciążenie kości oraz mikro-uszkodzenia, indukując aktywność naprawczą osteoblastów i osteoklastów
• Osteoklasty


  Bardzo duże, wielojądrzaste i ruchliwe komórki, które pełnią kluczową rolę w resorpcji kości w trakcie jej wzrostu i remodelowania
• Resorpcja kości przez osteoklasty

  1. Osteoklasty położone są na powierzchni kości w enzymatycznie wytrawionych zagłębieniach lub jamistościach

  2. Tworzą okrężną strefę uszczelniającą, która ściśle łączy komórkę z macierzą kostną i otacza obszar błony z wieloma wypustkami (rąbek brzeżny)

  3. Wpompowują protony do przestrzeni między osteoklastem a kością, aby zakwasić środowisko i rozpuścić kryształy hydroksyapatytu

  4. Uwalniają metaloproteinazy macierzy oraz inne enzymy hydolityczne w celu strawienia białek macierzy kostnej
• Aktywność osteoklastów jest kontrolowana przez cząsteczki sygnałowe pochodzące z innych komórek kości
• Osteoblasty aktywowane przez parathormon wytwarzają M-CSF, RANKL i inne czynniki regulujące powstawanie i aktywność osteoklastów
• U osób dotkniętych osteopetrozą, której charakterystyczną cechą jest obecność gęstych, ciężkich kości, osteoklasty nie mają rąbków brzeżnych, przez co resorpcja kości jest mniej wydajna
• Resorpcja kości


  1. Osteokłasty "wpompowują" protony do wnętrza przestrzeni, aby zakwasić środowisko i pobudzić rozpuszczenie przylegających kryształów hydroksyapatytu

  2. Osteokłasty uwalniają metaloproteinazy macierzy oraz inne enzymy hydrolityczne w celu miejscowego strawienia białek macierzy kostnej

  3. Aktywność osteoklastów jest kontrolowana przez cząsteczki sygnałowe pochodzące z innych komórek kości

  4. Osteoblasty aktywowane przez parathormon wytwarzają M-CSF, RANKL i inne czynniki regulujące powstawanie i aktywność osteoklastów
• U osób dotkniętych chorobą genetyczną znaną jako osteopetrozy, osteoklasty nie mają rąbków brzeżnych, przez co resorpcja kości jest mniej wydajna
• Schorzenie osteopetrozy charakteryzuje się rozrostem i zgrubieniem kości, co często prowadzi do zaniku jam szpikowych, utrudniając powstawanie komórek krwi i skutkując niedokrwistością oraz zmniejszeniem liczby leukocytów
• U większości pacjentów chorujących na osteopetrozę w uszkodzonych osteoklastach występują mutacje w genach kodujących pompy protonowe lub kanały chlorkowe
• Macierz kostna


  Około 50% suchej wagi macierzy kostnej stanowią substancje nieorganiczne, a pozostałe 50% to substancje organiczne
• Najpowszechniejszym związkiem nieorganicznym w macierzy kostnej jest hydroksyapatyt wapnia, lecz występują także cytryniany, jony dwuwęglanowe, jony magnezu, potasu i sodu
• W macierzy kostnej występują również znaczne ilości niekrystalicznego fosforanu wapnia
• Powierzchnie kryształów hydroksyapatytu są uwodnione, co ułatwia wymianę jonów pomiędzy składnikami mineralnymi kości a płynami ciała
• W skład substancji organicznych znajdujących się w uwapnionej macierzy kostnej wchodzą kolagen typu I (ok. 90%) oraz w większości małe proteoglikany i wieloadhezyjne glikoproteiny takie jak osteonektyna
• Białka wiążące jony wapnia, szczególnie osteokalcyna oraz uwalniane z komórek fosfatazy pęcherzyków macierzy, ułatwiają uwapnienie macierzy
• Inne tkanki bogate w kolagen typu I nie zawierają osteokalcyny ani pęcherzyków macierzy i dlatego zwykle nie ulegają uwapnieniu
• Związanie minerałów z włóknami kolagenu w trakcie wapnienia kości zapewnia twardość i wytrzymałość fizyczną, które są wymagane do prawidłowego funkcjonowania kości
• Po odwapnieniu kości przez histologa, jej kształt zostaje zachowany, lecz staje się miękka i giętka jak inne tkanki
• Ze względu na dużą zawartość kolagenu odwapniona macierz jest zwykle kwasochłonna
• Okostna


  Zewnętrzna tkanka łączna pokrywająca powierzchnię kości, zawiera pęczki włókien kolagenu typu I oraz fibroblasty i naczynia krwionośne
• Śródkostna


  Wewnętrzna tkanka łączna pokrywająca niewielkie beleczki kostne wnikające do jamy szpikowej, zawiera komórki osteoprogenitorowe, osteoblasty i komórki wyścielające
• Osteoporoza powstaje w wyniku zaburzenia równowagi w metabolizmie kostnym, gdy resorpcja kości przeważa nad jej tworzeniem