Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Минеральная фаза костной ткани
Минеральная фаза костной ткани в основном представлена кристаллами гидроксиапатита во внеклеточном матриксе. Общая формула гидроксиапатита: Са10(РО4)(ОН)2. В твердых тканях гидроксиапатит составляет около 75% их минеральной фазы. Ионная решетка апатитов очень стабильна. Кристаллы гидроксиапатита имеют форму пластинок или палочек. В костях почти 50% кристаллов имеют длину не более 45 нм при ширине в среднем 25 нм. Каждый из них покрыт собственной гидратной оболочкой толщиной 1нм. В целом упаковка частиц в кристалле гидроксиапатита представляет собой гексогональную структуру, где ионы фосфата чередуются с ионами Ca2+ и гидрата ОН- (рис. 29).
Рисунок 29. Схема кристаллов гидроксиапатита.
Соотношение между гидроксильной группой, кальцием и другими атомами играет важную роль в устойчивости кристаллов. Замена отдельных ионов кристаллической решетки аналогами из жидкой фазы, сходными по размеру или физико-химическим свойствм приводят к изменению структуры кристаллов гидроксиапатита. В результате такой реакции ионного обмена (изоформного замещения) из-за различий в величине ионного радиуса происходит искажение решетки и, как правило, кристаллы становятся менее устойчивыми к различным воздействиям (кислоты, механические воздействия). Исключение составляют замена иона гидроксила НО- на фторид F-. Наиболее часто выявляются следующие реакции ионного обмена в кристаллах гидроксиапатита: 1). Фосфатный ион РО43- замещается гидрогенфосфатом (НРО42-), карбонатом (СО32-) или цитратом (С6Н3О63-). 2). Ион Са2+ замещается ионами Mg2+, Sr2+, Na+, иногда ионами Ba2+, Pb2+, Mo2+ или гидроксония Н3О+. 3). Гидроксильный ион обменивается на F-, Cl-, Br-, I-, а иногда на СО32- или Н2О. Снижение концентрации Са2+ и/или фосфата в жидкостях, а также увеличение поступления из окружающей среды элементов, способных к изоморфным замещениям, приводит к активации реакции внутрикристаллического обмена ионов. Достаточное или повышенное поступление Са2+ в организм способствует вытеснению из ионной решетки его антагонистов, обеспечивая формирование в процессах ремоделирования «физиологической» структуры гидроксиапатитов. В геохимических провинциях, отличающихся повышенным содержанием стронция (некоторые регионы Забайкалья), накопление стронциевых гидроксиапатитов [Са9Sr(РО4)6(ОН)2] несколько повышает хрупкость минеральной фазы, что приводит к патологическим переломам костей как у людей, так и у животных. Внутри кристаллической решетки апатитов и на поверхности кристаллов встречаются в небольших количествах разные микроэлементы: I, Zn, Co, Cu, Si, Se, As, Mo, Mn и другие, включая элементы, загрязняющие среду обитания человека: Sr, Ba, Pb, Al, Ti и другие. В интенсивности и масштабе изоморфного замещения имеет значение не столько заряд внедряющегося иона, сколько его размер (ионный радиус), а также условия микроокружения (рН и другие физико-химические параметры). Высокий уровень бикарбонатов способствует образованию карбонатапатита [Са10(РО4)4(СО3)3(ОН)]. Они составляют в костях примерно 20% всех апатитов. Третью позицию занимают хлорапатиты [Са10(РО4)6ClОН]. Снижение рН среды приводит замещению Са2+ протонами Н+ [Са9(Н+)2(РО4)6 (ОН)2] или ионом гидроксония [Са9(Н3О+)(РО4)5 (ОН)2], а высокие концентрации Н+ вызывают уже кислотное растворение кристаллов гидроксиапатита: Са10(РО4)6 (ОН)2 + 8Н+ ® 10Са2+ + 6НРО42- + 2Н2О. Наряду с гидроксиапатитом и его изомерных аналогов минеральная фаза кости содержит и аморфные соли фосфата кальция. Это пересыщенные растворы с более низким соотношением Са: Р, обнаруживаются в небольших количествах, но постоянно. В их составе встречаются моно-, ди-, три- и тетракальцитфосфаты в гидратированной форме, гидрат кальцийпирофосфата, гидрокарбонат [Са(НСО3)2], карбонат магния MgСО3. Преобладают кислые фосфаты: гидратная форма кальция гидрофосфата [СаНРО4·2Н2О] и октакальцийфосфат [ Са8Н2(РО4)6·5Н2О]. Указанные соединения выполняют роль легко мобилизуемого резерва ионов кальция и фосфата, который используется при построении кристаллической структуры гидроксиапатита, а октакальцийфосфат способен спонтанно превращаться в гидроксиапатит. Зрелая, полностью минерализованная кортикальная кость содержит примерно 45% кристаллических минералов, до 28% коллагена, не менее 2% органических веществ и около 25% воды в весовом соотношении, а по объему минеральная фаза составляет около 23%, органические молекулы – 37% и вода – 40%.
|