Военное образование в России

Костная ткань: гистофизиология и регенерация - Остеокластический клеточный дифферон

Остеокластический клеточный дифферон

Остеокласты – крупные (150 – 180 мкм) многоядерные клетки, резорбирующие костную ткань. Строго говоря, остеокласт это симпласт, то есть многоядерная структура, являющаяся результатом слияния клеток-предшественников. Совместно с остеобластами они участвуют в ремоделировании костных структур в эмбриональном, постнатальном и регенерационном остеогенезе.

Длительное время оставались не идентифицированными предшественники остеокластов. В настоящий момент не вызывает сомнений гемопоэтическое происхождение этих клеток. Считается, что моноциты, макрофаги и остеокласты имеют сходную природу и объединяются в единую фагоцитарную систему. Однако непосредственные предшественники указанных клеток различны. Так преостекласты циркулируют в крови в виде мононуклеарных клеток, достигают участков резорбции, сливаются друг с другом и дают начало остеокластам .   Большую роль в дифференцировке предшественников остеокластов играют клетки микроокружения, в том числе и ССК. Они вырабатывают колониестимулирующий фактор роста гранулоцитов и макрофагов, который в сочетании с ИЛ-1 и ИЛ-3 обеспечивает фенотипические проявления остеокластов: многоядерность, синтез тартрат-резистентной кислой фосфатазы, экспрессию кальцитониновых и витронектиновых рецепторов.

Структура остеокластов сложна (рис. 1). Различные компартменты остеокластов специализированы для выполнения определенных функций. Самый большой отдел клетки – базальная зона, в ней в составе многочисленных (5 – 20) ядер сосредоточен генетический аппарат клетки. Особое значение имеет светлая зона клетки, непосредственно контактирующая с костным матриксом. Благодаря ей, остеокласт по всему периметру плотно адгезируется к кости, создавая изолированное пространство между собой и поверхностью минерализованного матрикса. Адгезия остеокласта обеспечивается за счет ряда рецепторов к компонентам матрикса, основными из которых являются рецепторы к витронектину. Избирательная проницаемость этого барьера позволяет создавать специфическую микросреду в зоне адгезии клетки. «Рабочей» областью остеокласта является везикулярная зона, содержащая структуры со свойствами лизосом. Из неё через мембрану гофрированной каемки транспортируются, ферменты, кислые субстанции, осуществляющие декальцинацию костного матрикса, что приводит к формированию резорбционной (эрозионной) лакуны Хаушипа.

Выступающие в лакуну толстые коллагеновые волокна, лишенные цементирующего вещества, создают вид «щеточной каемки» . Такие волокна визуализированы при помощи сканирующей электронной микроскопии. Лизосомальные ферменты осуществляют протеолиз коллагена и других белков матрикса. Продукты протеолиза удаляются из остеокластических лакун трансцеллюлярным транспортом (рис. 2). В целом процесс снижения рН в лакуне осуществляется двумя механизмами: путем экзоцитоза кислого содержимого вакуолей в лакуну и благодаря действию протонных насосов – Н⁺-АТФаз, локализованных в мембране гофрированной каемки. Интересно, что обнаружить их удалось с помощью маркеров к аналогичным белкам париетальных клеток фундальных желез слизистой оболочки желудка, продуцирующих соляную кислоту. Процесс образования катионов водорода включает цепь последовательных реакций. Источником для ионов водорода служит вода и диоксид углерода, являющиеся результатом митохондриальных реакций окисления. Фермент карбангидраза катализирует данную реакцию.

Маркерами остеокластов считаются карбангидраза и тартрат-резистентная кислая фосфатаза. Последний фермент дефосфорелирует остеопонтин и костный сиалопротеин, что имеет значение в прикреплении и миграции остеокластов. Важным фенотипическим проявлением остеокластов является экспрессия рецепторов к кальцитонину. Кальцитонин, будучи гипокальциемическим гормоном, снижает мобилизацию кальция из костей путем прямого воздействия на преостеокласты и остеокласты. Под его воздействием уменьшается их количество и функциональная активность. ПТГ также реализует свое действие благодаря остеокластам. В экспериментах in vivo и in vitro показано стимулирующее влияние гормона на образование остеокластов из гемопоэтических клеток костного мозга, также он повышает активность остеокластов, выражающуюся в появлении гофрированной каемки. В результате резко увеличивается выход кальция из костей в кровь. Очевидно, что ПТГ оказывает непрямое воздействие на остеокласты, поскольку они не имеют рецепторов к этому гормону. Такие рецепторы идентифицированы на остеобластах, их и считают посредниками в этой метаболической цепи .

Характеризуя в целом основные клеточные линии костной ткани, следует отметить, что каждой из них на определенной стадии дифференцировки присущи собственные функции (схема 2). Взаимодействие между ними, точная регуляция их функционирования осуществляется как на локальном уровне, посредством межклеточных контактов и аутокринных влияний, так и на системном уровне посредством гормонов и веществ с гормоноподобным действием.

Схема 2. Участие клеток костной ткани в основных процессах, происходящих в кости.