kost

Tvrdá pojivová tkáň, která spolu s chrupavkou tvoří kostru člověka a dalších obratlovců. Je tvořena krystaly fosforečnanu vápenatého uspořádanými na bílkovinném lešení. Kost plní řadu funkcí: má strukturální a mechanickou úlohu; chrání životně důležité orgány; poskytuje místo pro tvorbu krvinek; slouží jako zásobárna vápníku. Viz pojivová tkáň

V kostře existují dva typy kostí: ploché kosti (například kosti lebky a žebra) a dlouhé kosti (například stehenní kost a kosti ruky a nohy). Oba typy se vyznačují vnější vrstvou husté, kompaktní kosti, známou jako kortikální kost, a vnitřní houbovitou kostní hmotou tvořenou tenkými trámci, známou jako kost hřebenová. Kortikální kost se skládá z vrstev kosti (lamel) v uspořádaném koncentrickém válcovém uspořádání kolem drobných Haversových kanálků. Tyto vzájemně propojené kanálky vedou skrz kost krevní cévy, lymfatické cévy a nervy a komunikují s periostem a dutinou kostní dřeně. Okost je tenká membrána pokrývající vnější povrch kosti a skládající se z vrstev buněk, které se podílejí na remodelaci a obnově kosti. Rákosová kost je v kontaktu s kostní dření, ve které probíhá velká část produkce krevních buněk. Rozhraní mezi kostní dření a kostní dření se nazývá endost a z velké části se právě v tomto místě kost odstraňuje v reakci na potřebu zvýšeného množství vápníku v jiných částech těla.

Kost se tvoří ukládáním osteoidní matrix osteoblasty, buňkami tvořícími kost, a mineralizací osteoidu tím, že v něm vznikají a ukládají se krystaly fosforečnanu vápenatého (ve formě hydroxyapatitu). Právě tento minerál, uspořádaný v pravidelném vzorci na kolagenovém lešení, dodává kosti její tuhost. Osteoid obsahuje z velké části vlákna kolagenu typu I a menší množství četných nekolagenních bílkovin. Ačkoli úloha těchto bílkovin v kosti není dobře známa, předpokládá se, že jejich zvláštní kombinace v kosti dává této tkáni jedinečnou schopnost mineralizace. Je zřejmé, že tyto bílkoviny na sebe vzájemně působí a že kolagen a některé nekolagenní bílkoviny se mohou vázat na specializované receptory na povrchu kostních buněk. Tato vazba je důležitá pro přilnutí buněk ke kostní matrix a také dodává buňkám signály o chování. Viz Kolagen

Primární typy buněk v kosti jsou ty, které vedou k její tvorbě a údržbě (osteoblasty a osteocyty), a ty, které jsou zodpovědné za její odstraňování (osteoklasty). Osteoblasty vznikají diferenciací multipotentních stromálních buněk, které se nacházejí v periostu a kostní dřeni. Pod vlivem vhodných podnětů tyto primitivní stromální buňky dozrávají v kostotvorné buňky na cílových místech skeletu. Pod vlivem různých podnětů jsou také schopny se vyvinout v adipocyty (tukové buňky), svalové buňky a chondrocyty (buňky chrupavky). Osteocyty, což jsou osteoblasty, které se začleňují do samotné kostní tkáně, jsou nejpočetnějším typem buněk v kosti. Sídlí v prostorech (lacunae) uvnitř mineralizované kosti a vytvářejí četná rozšíření prostřednictvím drobných kanálků (cannaliculi) v kosti, které se spojují s jinými osteocyty a s buňkami na povrchu endostu. Osteocyty tak mají ideální předpoklady k tomu, aby vnímaly napětí a zatížení působící na kost a předávaly tyto informace osteoblastům na povrchu kosti, čímž umožňují kosti přizpůsobit se změněnému mechanickému zatížení tvorbou nové kosti. Osteocyty jsou rovněž považovány za buňky, které detekují a řídí opravu mikroskopických poškození, k nimž často dochází v kostní matrix v důsledku opotřebení. Neschopnost opravit trhliny a mikrotrhliny, které se v kosti vyskytují, nebo když se toto mikropoškození hromadí rychlostí přesahující jeho opravu, může způsobit strukturální selhání kosti, například při stresových zlomeninách. Bylo identifikováno velké množství molekul, které regulují tvorbu a funkci osteoblastických buněk. Cirkulující hormony, jako je inzulín, růstový hormon a inzulínu podobné růstové faktory, se kombinují s růstovými faktory v samotné kosti, jako je transformující růstový faktor beta (TGFβ) a kostní morfogenetické proteiny (BMP), a ovlivňují tak diferenciaci osteoblastů.

Osteoklasty jsou typicky velké, vícejaderné buňky, bohaté na intracelulární aparát potřebný pro resorpci kosti. K tomu dochází, když buňky vytvoří těsnou těsnící zónu přichycením buněčné membrány ke kostní matrix, čímž vytvoří prostor pro resorpci kosti. Do tohoto prostoru buňka vylučuje kyselinu k rozpouštění kostního minerálu a enzymy k trávení kolagenu a dalších bílkovin v kostní matrix. Odstraňování kosti osteoklasty je nezbytné, aby bylo možné napravit mikroskopická poškození a změny tvaru kosti během růstu a prořezávání zubů. Kostní resorpce zprostředkovaná osteoklasty je také mechanismem uvolňování vápníku uloženého v kosti pro udržení hladiny vápníku v krvi. Většina látek podporujících kostní resorpci působí na osteoblastické buňky, které následně předávají signály prekurzorům osteoklastů, aby se diferencovaly ve zralé osteoklasty. Mezi tyto látky patří aktivní forma vitaminu D, parathormon, interleukin-1, interleukin-6 a interleukin-11 a prostaglandiny, například prostaglandin E2. Diferenciace na plně funkční osteoklasty vyžaduje také úzký kontakt mezi prekurzory osteoklastů a osteoblastickými buňkami. To je způsobeno molekulou zvanou osteoklastový diferenciační faktor (ODF), která se nachází na povrchu osteoblastů, váže se na receptory na povrchu prekurzorových buněk osteoklastů a indukuje jejich progresi v osteoklasty.

Ploché a dlouhé kosti vznikají různými embryologickými způsoby. K tvorbě plochých kostí dochází intramembranózní osifikací, při níž se primitivní mezenchymální buňky diferencují přímo v osteoblasty a vytvářejí kostní trámce v periostální membráně. Původní charakter této kosti je relativně neorganizovaný a označuje se jako tkaná kost. Později je tato tkaná kost přetvořena a nahrazena mnohem pevnější zralou lamelovou kostí, která se skládá z uspořádaných vrstev kalcifikované matrix. Dlouhé kosti vznikají intrachrupavčitým vývojem, při němž budoucí kost začíná jako chrupavka. Chrupavčitá předloha je postupně nahrazována kostí v uspořádaném sledu událostí počínaje středem rostoucí kosti. Na koncích dlouhých kostí zůstává během růstu chrupavka, která na každém konci vytváří strukturu označovanou jako růstová ploténka. Buňky chrupavky (chondrocyty), které vznikají v růstových ploténkách, se množí a zvětšují délku kosti. K tomu dochází během složitého sledu událostí, kdy dochází k expanzi jak směrem od středu kosti, tak směrem k němu. Když kost ve zralosti dosáhne své konečné délky, expanze z růstové ploténky ustane. Na koncích dlouhých kostí přetrvává chrupavka ve specifické formě nazývané kloubní chrupavka, která zajišťuje hladké nosné plochy kloubů.

Kost je dynamická tkáň a neustále se přetváří působením osteoklastů a osteoblastů. Po odstranění kosti se osteoklasty buď přesunou na nová místa resorpce, nebo odumřou; následuje reverzní fáze, kdy jsou na místo resorpce přitahovány osteoblasty. Předpokládá se, že růstové faktory, které jsou v neaktivní formě sekvestrovány v kostní matrix, jsou uvolňovány a aktivovány činností osteoklastů a že tyto faktory následně podporují produkci čerstvého osteoidu rekrutovanými osteoblasty. Nový osteoid nakonec kalcifikuje a tímto způsobem se kost tvoří a nahrazuje ve vrstvách (lamelách), které jsou výsledkem těchto opakovaných cyklů. V rostoucí kosti je aktivita kostních buněk vychýlena směrem k čistému přírůstku kosti. Ve zdravé zralé kosti však existuje rovnováha mezi resorpcí a tvorbou kosti. Když se rovnováha mezi těmito dvěma typy buněk poruší, vzniká patologie skeletu.

Nejčastějším kostním onemocněním je osteoporóza, při níž dochází k čistému úbytku kosti v důsledku osteoklastické kostní resorpce, který není zcela vyrovnán tvorbou nové kosti. Nejlépe pochopenou příčinou osteoporózy je ta, která vzniká u žen v důsledku ztráty cirkulujících estrogenů po menopauze. Další příčina úbytku osteoporotických kostí se projevuje u osteoporózy při nepoužívání. Stejně jako může kost reagovat na zvýšenou zátěž tvorbou další kosti, je i kost pro své udržení závislá na pravidelné zátěži. K významnému úbytku kostní hmoty může docházet při dlouhodobém pobytu na lůžku nebo například při paraplegii a kvadruplegii. Stejně tak nezatěžování kostry (v důsledku nedostatku gravitační síly) při letu do vesmíru vede u astronautů k závažnému úbytku kostní hmoty, pokud nejsou účinky gravitace simulovány speciálními cvičeními a přístroji. Viz Osteoporóza

Mnoho metabolických a genetických onemocnění může ovlivnit množství a kvalitu kostí. Metabolická onemocnění, jako je cukrovka, onemocnění ledvin, nadměrná sekrece parathormonu příštítnými tělísky, mentální anorexie a křivice závislá na vitaminu D, mohou způsobit osteopenii (snížení objemu a kvality kostní struktury). Imunosupresivní léčba u pacientů po transplantaci orgánů může vést ke snížení kostní hmoty, stejně jako nádory kostí a jiných míst. Nádory mohou produkovat látky, které způsobují aktivaci osteoklastické kostní resorpce. U geneticky podmíněného onemocnění osteogenesis imperfecta vedou mutace v genu pro kolagen typu I k produkci sníženého množství kolagenu nebo změněných molekul kolagenu osteoblasty. Dalšími častými onemocněními kostry jsou onemocnění kloubů, jako je revmatoidní artritida a osteoartróza. Viz štítná žláza

.