Metaboliczne następstwa bezczynności ruchowej. Metabolizm tkanki kostnej. Gospodarka wapniowo

Metaboliczne następstwa

bezczynności ruchowej.

Metabolizm tkanki kostnej.

Gospodarka wapniowo –

fosforanowa.

•Katarzyna
Płochocka

•Katarzyna Siwiec

Struktura i fizjologia kości

• rodzaj tkanki łącznej
• stanowi szkielet będący mechaniczną konstrukcją dla

całego ciała

• powstaje z macierzy kolagenowej, która uległa wysyceniu

solami mineralnymi, głównie fosforanami wapnia

• tkanka ulegająca ciągłej resorpcji i nowotworzeniu
• magazyn składników mineralnych organizmu
• zapewnia strukturalną integralność układu kostnego, a

także odpowiednią wymianę jej składników z płynami

ustrojowymi

• dzięki soli wapnia kość jest wytrzymała na ściskanie,

zginanie i rozciąganie

• podłoże organiczne daje kości dużą sprężystość i

elastyczność

• tkanka kostna jest unaczyniona i unerwiona

Co to jest
kość?

Budowa kości

• Składa się z okostnej, trzonu, nasady, istoty zbitej i

gąbczastej, jamy szpikowej wypełnionej szpikiem oraz

komórek kościotwórczych

• Złożona jest z macierzy zawierającej głównie kolagen

typu I, zbudowany z potrójnej helisy trzech polipeptydów

(2

i 1

peptydy) ściśle ze sobą związanych,

warunkujących wytrzymałość kości na złamanie

• Minerały kości to hydroksyapatyty tworzące kryształy z

fosforanem wapnia o wymiarach 20x5 mm, wraz z

małymi ilościami Na, Mg i węglanów

• Zbudowana jest z istoty zbitej (pow. zwen.) i istoty

gąbczastej (pow. wewn.)

• Jama szpikowa kości wypełniona gąbczastą strukturą

beleczkowatą

• Szpik kostny: żółty- nieaktywny, zawiera tkankę

tłuszczową;
czerwony-zawierający elementy komórkowe krwi

(nasady kości długich, kręgi, wnętrze kości płaskich

miednicy i czaszki)

• Beleczki zaopatrywane są obficie w krew przez zatokowe

naczynia włosowate

włókno kolagenu

Budowa kości – cd

(komórki kostne)

• Występują 3 rodzaje komórek kostnych odpowiedzialnych za

resorpcję i nowotworzenie: osteocyty, osteoblasty, osteoklasty

• W obrębie kości występują małe otworki (lakuny) mieszczące w

sobie komórki kostne:

– Osteocyty

( tworzą liczne wypustki, biegnące w łączących lakuny

kanalikach i umożliwiają dopływ substancji odżywczych do tych
komórek)

– Osteoblasty

tworzą kość wytwarzając i uwalniając do otoczenia kolagen,

po otoczeniu przez wapniejącą macierz pozostają zamknięte w lakunach
jako osteocyty

– Osteoklasty

- komórki kościogubne (wykazują obecność H

przez co

zakwaszają kość rozpuszczając jej hydroksyapatyty), duże o
ameboidalnym kształcie, średnicy 80 um., z licznymi jądrami,
rozpuszczające kość, modelując jej kształt

a -

kanały Haversa

, b -

osteocyty

niebieska strzałka

- Osteoblast

zielona strzałka

- Osteoklast

żółta strzałka

- Osteocyt

Osteoklast

Okostna

• Zewnętrzną powierzchnia kości pokryta jest mocno zbitą

warstwą tkanki łącznej – okostną - obficie unaczyniona i
unerwiona,

– składa się z dwóch warstw:

• zewnętrznej, zawierającej włókna klejodajne i sprężyste,

oraz

• wewnętrznej, bogatej w elementy komórkowe

(osteoblasty), nazywanej warstwą rozrodczą.

– warstwie rozrodczej okostnej rozpoczynają się procesy

regeneracji kości (uzupełnienie ubytków czy zrastanie
się po złamaniu)

– jest miejscem przyczepu ścięgien mięśni

szkieletowych

Metabolizm tkanki kostnej

• Tkanka kostna powstaje w wyniku zwapnienia tkanki chrzęstnej przez

mineralizację macierzy

– wytrącenie fosforanu wapnia, gdy iloczyn stężeń Ca

i PO

43-

przekroczy

iloczyn rozpuszczalności

– osteoblasty uwalniają fosfatazę alkaliczną, która hydrolizuje estry

fosforanowe zwiększając stężenie PO

43-

- wytrącenie fosforanu wapnia

• Wzrost kości i mineralizacja są najintensywniejsze do ok. 20-30 r.ż
• Kość gąbczasta jak i kość zbita podlega stałej przebudowie przez całe życie

osobnicze

• Proces przebudowy wewnętrznej ma charakter cykliczny i odbywa się w ściśle

określonych miejscach szkieletu, zwanych jednostkami przebudowy kości

• W okresie wzrostu obserwuje się zwiększenie masy szkieletu, zachodzi

intensywny proces modelowania strukturalnego, w którym proces
kościotworzenia przeważa nad procesem resorpcji, co prowadzi do wzrostu
kości na grubość i długość.

• Histologiczna jednostką przebudowy w kości zbitej jest osteon, zaś w kości

gąbczastej zatoka erozyjna (zatoka Howshipa).

• Przebudowa wewnętrzna kości umożliwia naprawę mikrouszkodzeń tkanki

zapobiegając złamaniom powstającym w wyniku zmęczenia materiału i
umożliwia regenerację tkanki kostnej po złamaniach i ubytkach.

Czynniki wpływające na skład

kości

• pierwiastki mineralne - Ca, Mg, P, Zn to głównie pierwiastki z których

zbudowana jest kość.

• hormony - płciowe żeńskie (estrogeny) i męskie (androgeny), aktywna

forma witaminy D-3, hormon wzrostu, hormony tarczycy (tyroksyna,

trójjodotyronia) oraz parathormon pochodzący z przytarczyc, kalcytonina

produkowana przez tarczycę, kortyzol - hormon pochodzący z nadnerczy

• czynniki genetyczne - genetycznie uwarunkowana jest gęstość tkanki

kostnej, liczba miejsc wiążących hormony na powierzchni kości oraz typ

kolagenu

• czynniki środowiskowe - masa tkanki kostnej zależy od rodzaju

spożywanych posiłków, aktywności fizycznej, rodzaju wykonywanej

pracy, stosowaniu używek (kawa, alkohol, papierosy)

• czynniki rasowe – osoby rasy białej i żółtej są bardziej podatni na

osteoporozę niż osoby rasy czarnej co w dużej mierze związane to jest z

inną geometrią kości w obrębie miednicy

• przewlekłe stosowanie leków - hormony sterydowe pochodne

kortyzolu, duże dawki tyroksyny (hormon tarczycy), silnie działające leki

moczopędne (furosemid), niektóre środki wpływające na krzepliwość

krwi (heparyna) wpływają na metabolizm tkanki kostnej i mogą

przyspieszać rozwój osteoporozy

Metabolizm wapniowo-fosforanowy

• Rola wapnia (prawidłowe stężenie jonów Ca

w osoczu ok. 2,5

mmol/L) :

– prawidłowe krzepnięcie krwi
– kurczliwość mięśni
– funkcjonowanie nerwów
– prawidłowe działanie błony
komórkowej

• Zawartość wapnia w organizmie:

- 1,5% masy ciała

- szkielet 99%

Wapń

•

Występuje w dwóch głównych postaciach:

1. postać łatwo wymienialna z Ca w płynach

ustrojowych

2. postać słabo wymienialna, której jest znacznie

więcej, uwięziona w kostnych kryształach
hydroksyapatytowych

•

W homeostazie wapnia w kościach biorą udział 2
układy:

1. układ ściśle związany z regulacją stężenia jonów

w płynach ustrojowych

2. układ związany z ciągłym przetwarzaniem

(remodelacja) kości na zasadzie ciągłego
odkładania i resorpcji kości

Etapy bilansu

wapnia

w organizmie

• Najwięcej wapnia zawiera płyn zewnątrzkomórkowy:

– filtracja kłębuszkowa (kanaliki proksymalne w pętli (Henlego) nefronu)
– wydalanie z moczem (niewielka ilość ok. 2.5 mmol/d)
– wchłanianie Ca z przewodu pokarmowego (uzupełnienie strat)

• czynny transport zachodzi w rąbku prążkowanym enterocytów jelita

cienkiego

• transport jonów Ca

przy udziale ATP-azy i 1,25- dihydroksyholekalcyferolu

• wzmożone przy zwiększonej podaży Ca w diecie (i odwrotnie)
• dieta bogatobiałkowa zwiększa wchłanianie Ca z jelit

– wchłanianie z jelit ok. 15mmol/d
– prawie cała ilość Ca we krwi znajduje się w osoczu – 3 postacie:

• zjonizowany- 1,2 mmol/L
• kompleksowy- 0,15 mmol/L
• związany z białkiem- 1,2 mmol/L
(najważniejszą frakcją wapnia jest postać zjonizowana Ca

, stanowi

bezpośredni

bodziec dla komórek głównych gruczołów przytarczycznych, regulując

wydzielanie

parathormonu – ujemne sprzężenie zwrotne)

Small intestine

Dietary
calcium

Calcium
in feces

[free Ca

]

0.001 mM

Kidney

in urine

kidney
tubules

Calcitrol

(PTH, prolactin)

Active
transport

Some calcium is secreted
into the small intestine.

Cells

[Ca

]

2.5 mM

Passive

filtration

Calcitonin

PTH

Calcitonin

PTH

Vitamin D

Cortisol

Bone

ECF

Electrochemical

gradient

PTH = parathyroid
hormone

KEY

Ilość Ca w organizmie = zapotrzebowanie -
produkcja

Fosforan

• organizm zawiera ok. 22 mmol (700 g) fosforanów
• 80-85% - kości i zęby (postaci kryształów

hydroksyapatytów oraz fosfoprotein )

• 20-15% - płyn wewnątrz i zewnątrzkomórkowy
• prawidłowe stężenie w osoczu krwi ok. 2 mmol/L
• ¾ - fosforany organiczne, pozostałe – nieorganiczne:

43-

, HPO

42-

Wchłanianie fosforanów

• dwunastnica i jelito cienkie – na drodze czynnego

transportu i biernej dyfuzji

• jest proporcjonalne do podaży
• 1,25 – dihydroksyholekalcyferolu wzmaga resorpcję

fosforanów

• regulacja metabolizmu fosforanów w organizmie nie

podlega tak dokładnej kontroli jak wapń

• fosfor obecny w ATP, cAMP, 2,3difosfoglicerynianie i

innych fosforowych związkach odgrywa ważną rolę
biologiczną

Układy hormonalne w homeostazie

wapniowej

• Stężenie wapnia podlega bardzo precyzyjnej regulacji hormonów:

– Parathormon (PTH)

• wytwarzany przez gruczoły przytarczyczne (górne i dolne bieguny

tarczycy)

• głównym regulatorem stężenia jonów Ca

w surowicy

• ludzki PTH jest peptydem zbudowanym z 84 aminokwasów

– Hormonalna pochodna witaminy D

1,25 – dihydroksyholekalcyferol

• wytwarzana w skórze ssaków pod wpływem promieni

nadfioletowych światła słonecznego z 7-dehydrocholesterolu

• to grupy związków sterolowych wykazujących działanie

przeciwkrzywicze

– Kalcytonina

• wydzielana przez komórki przypęcherzykowe C gruczołu

tarczowego należące do serii APUD

• hormon peptydowy zbudowany z 32 aminokwasów

Parathormon

• syntetyzowany przez komórki główne przytarczyc w

odpowiedzi na niskie stężenie jonów Ca

w surowicy

• reguluje homeostazę jonów wapnia w ustroju oddziałując

na komórki docelowe obecne w tkance kostnej i nerkach
(jest jednym z hormonów pobudzających resorpcję kości,
zwiększa on ponadto resorpcję zwrotną jonów Ca

kanalikach nerkowych, co powoduje wzrost stężenia jonów
Ca

w surowicy i płynach tkankowych)

• zmniejsza stężenie fosforanów we krwi (hamuje resorpcję

zwrotną fosforanów w nerce, powodując zwiększone ich
wydalanie z moczem )

• zwiększa resorpcję Ca z tkanki kostnej (gdy zawartość Ca w

diecie nie jest wystarczająca)

Hormonalna postać witaminy D

• odgrywa kluczową rolę w homeostazie, zwiększając

stężenie wapnia i fosforu i jest niezbędna dla rozwoju oraz
utrzymania właściwych parametrów kości

• odgrywają ważną rolę w procesach proliferacji, dojrzewania

i różnicowania komórek

• aktywacja wit.D

zapewnia utrzymanie stałego stężenia

jonów Ca

w osoczu

• wpływ aktywnej postaci wit.D

na kości polega na

ułatwieniu działania na nie PTH

• PTH i wit.D

wspomagają się wzajemnie na zasadzie

interakcji choć działają poprzez inne mechanizmy

Kalcytonina

• obniża wysokie stężenie jonów Ca

i fosforanów w

surowicy krwi głównie poprzez zahamowanie zależnej od
osteoklastów resorpcji tkanki kostnej, także tej
stymulowanej przez PTH i glikokortykoidy

• regulowana przez stężenie jonów Ca

– jonów Ca

2+ =>

uwalnianie kalcytoniny

• działanie pobudzające na wydzielanie

kalcytoniny ma gastryna
i przyjmowanie pokarmów ujemne
sprzężenie

zwrotne

• jednocześnie kalcytonina hamuje

wydzielanie HCL i uwalnianie gastryny

Metaboliczne następstwa

bezczynności ruchowej

(hipokinezji)

• Aktywność ruchowa jest jednym z podstawowych, obok

prawidłowego odżywiania, czynników warunkujących

zdrowie człowieka.

• Narząd nieużywany przestaje spełniać swoją funkcję!!!

• Gdy ktoś ulegnie kontuzji lub wypadkowi i przebywa w

łóżku przez długi czas, występują wówczas zmiany w:

– masie mięśni szkieletowych
– objętości i składzie płynów ustrojowych
– czynności układu krążenia
– metabolizmie kości
– tolerancji węglowodanów
– układzie odpornościowym
– zdolności do wysiłków
– wzroku, słuchu
– właściwościach psychofizjologicznych

Skutki hipokinezji

• Kamica nerkowa - stężenie Ca

i fosforanów w moczu oraz

szczawianów i kwasu moczowego – skutek zmniejszenia obj.

osocza

• Wzmożone wydalanie azotu z moczem (N z rozkładu białek

ustrojowych)

• Zmniejszenie zdolności przyswajania glukozy przez tkanki

(hiperglikemia, hiperinsulinemia)

• Upośledzenie zdolności fagocytarnej granulocytów

obojętnochłonnych

• Obniżenie ciśnienia tętniczego
• Zmniejszenie liczby erytrocytów we krwi
• Zmniejszenie masy mięśniowej i siły mięśni
• Rozwój osteoporozy
• Pogorszenie ostrości wzroku
• Zmniejszony pułap tlenowy
• Zwiększona podatność na bodźce stresowe

Osteoporoza

• utrata gęstości kości i postępująca redukcja masy kostnej
• wzmożona utrata wapnia i fosforu oraz zwiększony rozpad

kolagenu tkanki kostnej, co prowadzi do demineralizacji kości

• osteoporozę u dzieci i młodzieży dzielimy na pierwotną i

wtórną.

– pierwotna może mieć charakter wrodzonej łamliwości kości

lub idiopatycznej osteoporozy młodzieńczej

– wtórna powstaje w przebiegu niektórych chorób np.:

cukrzycy, nadczynności tarczycy, zespołu Cushinga itp.

• zmiany histopatologiczne: scieńczenie beleczek kostnych bez

zmniejszenia ich liczby i przerwania ciągłości połączeń
niedostatecznego tworzenia kości przez osteoblasty w
stosunku do ilości tkanki kostnej niszczonej przez osteoklasty

• kość staje się porowata i krucha