Kość

Tkanka łączna twarda, która wraz z chrząstką tworzy szkielet człowieka i innych kręgowców. Zbudowana jest z kryształów fosforanu wapnia ułożonych na rusztowaniu białkowym. Kość spełnia wiele funkcji: pełni rolę strukturalną i mechaniczną; chroni ważne dla życia narządy; stanowi miejsce produkcji komórek krwi; służy jako rezerwa wapnia. Zobacz Tkanka łączna

Są dwa rodzaje kości w szkielecie: kości płaskie (na przykład kości czaszki i żebra) i kości długie (na przykład kość udowa i kości dłoni i stóp). Oba typy charakteryzują się zewnętrzną warstwą gęstej, zbitej kości, zwanej kością korową, oraz wewnętrzną warstwą gąbczastego materiału kostnego złożonego z cienkich trabekuli, zwaną kością trzonową. Kość korowa składa się z warstw kości (blaszek) ułożonych w uporządkowany, koncentryczny układ cylindryczny wokół maleńkich kanałów Haversa. Te wzajemnie połączone kanały prowadzą naczynia krwionośne, limfatyczne i nerwy przez kość i komunikują się z okostną i jamą szpikową. Okostna to cienka błona pokrywająca zewnętrzną powierzchnię kości, składająca się z warstw komórek, które biorą udział w przebudowie i naprawie kości. Kość trzonowa styka się ze szpikiem kostnym, w którym odbywa się znaczna część produkcji komórek krwi. Interfejs między kością komórkową a szpikiem nazywany jest śródkostną i to głównie w tym miejscu kość jest usuwana w odpowiedzi na zapotrzebowanie na zwiększoną ilość wapnia w innych częściach ciała.

Kość powstaje w wyniku utworzenia macierzy osteoidalnej przez osteoblasty, komórki kościotwórcze, oraz mineralizacji osteoidu poprzez rozwój i odkładanie się kryształów fosforanu wapnia (w postaci hydroksyapatytu) w jego obrębie. To właśnie te minerały, ułożone w regularny wzór na kolagenowym rusztowaniu, nadają kości sztywność. Osteoid zawiera w dużej mierze włókna kolagenu typu I oraz w mniejszej ilości liczne białka niekolagenowe. Chociaż rola tych białek w kości nie jest dobrze poznana, uważa się, że ich szczególne połączenie w kości daje tej tkance wyjątkową zdolność do mineralizacji. Oczywiste jest, że białka te oddziałują ze sobą oraz że kolagen i kilka białek niekolagenowych może wiązać się z wyspecjalizowanymi receptorami na powierzchni komórek kości. To wiązanie jest ważne dla przylegania komórek do macierzy kostnej, a także dostarcza komórkom sygnałów behawioralnych. Zobacz Kolagen

Podstawowymi typami komórek w kości są te, które powodują jej tworzenie i utrzymanie (osteoblasty i osteocyty) oraz te, które są odpowiedzialne za jej usuwanie (osteoklasty). Osteoblasty powstają w wyniku różnicowania się multipotencjalnych komórek zrębu, które rezydują w okostnej i szpiku kostnym. Pod wpływem odpowiednich bodźców te prymitywne komórki zrębu dojrzewają do komórek kościotwórczych w docelowych miejscach szkieletu. Pod wpływem różnych bodźców mogą one również przekształcić się w adipocyty (komórki tłuszczowe), komórki mięśniowe i chondrocyty (komórki chrząstki). Osteocyty, czyli osteoblasty, które wbudowują się w samą tkankę kostną, są najliczniejszym typem komórek w kości. Przebywają one w przestrzeniach (lacunae) w zmineralizowanej kości, tworząc liczne rozszerzenia poprzez drobne kanaliki w kości, które łączą się z innymi osteocytami oraz z komórkami na powierzchni endostealnej. Osteocyty są zatem w stanie wyczuwać naprężenia i obciążenia działające na kość i przekazywać te informacje osteoblastom znajdującym się na powierzchni kości, umożliwiając w ten sposób adaptację kości do zmienionych obciążeń mechanicznych poprzez tworzenie nowej kości. Osteocyty są również uważane za komórki wykrywające i kierujące naprawą mikroskopijnych uszkodzeń, które często powstają w macierzy kostnej na skutek zużycia. Niepowodzenie w naprawie pęknięć i mikropęknięć występujących w kości, lub gdy te mikrouszkodzenia gromadzą się w tempie przekraczającym ich naprawę, może spowodować strukturalną niewydolność kości, taką jak w złamaniach naprężeniowych. Zidentyfikowano wiele cząsteczek, które regulują powstawanie i funkcjonowanie komórek osteoblastycznych. Krążące hormony, takie jak insulina, hormon wzrostu i insulinopodobne czynniki wzrostu, łączą się z czynnikami wzrostu w samej kości, takimi jak transformujący czynnik wzrostu beta (TGFβ) i białka morfogenetyczne kości (BMP), wpływając na różnicowanie osteoblastów.

Osteoklasty są zwykle dużymi, wielojądrowymi komórkami, bogatymi w maszynerię wewnątrzkomórkową wymaganą do resorpcji kości. Jest to możliwe, gdy komórki tworzą ścisłą strefę uszczelniającą poprzez przyleganie błony komórkowej do macierzy kostnej, tworząc przedział resorbujący kość. Do tej przestrzeni komórka wydziela kwas, który rozpuszcza minerały kostne, oraz enzymy trawiące kolagen i inne białka macierzy kostnej. Usuwanie kości przez osteoklasty jest konieczne, aby umożliwić naprawę mikroskopijnych uszkodzeń i zmian kształtu kości podczas wzrostu i wyrzynania się zębów. Resorpcja kości pod wpływem osteoklastów jest również mechanizmem uwalniania wapnia zmagazynowanego w kości w celu utrzymania poziomu wapnia we krwi. Większość środków promujących resorpcję kości działa na komórki osteoblastyczne, które z kolei przekazują sygnały do prekursorów osteoklastów, aby różnicowały się w dojrzałe osteoklasty. Czynniki te obejmują aktywną formę witaminy D, hormon przytarczyc, interleukinę-1, interleukinę-6 i interleukinę-11 oraz prostaglandyny, takie jak prostaglandyna E2. Różnicowanie do w pełni funkcjonalnych osteoklastów wymaga również ścisłego kontaktu między prekursorami osteoklastów a komórkami osteoblastycznymi. Dzieje się tak za sprawą cząsteczki zwanej czynnikiem różnicowania osteoklastów (ODF), która znajduje się na powierzchni osteoblastów, wiąże się z receptorami na powierzchni komórek prekursorowych osteoklastów i indukuje ich progresję do osteoklastów.

Kości płaskie i kości długie powstają różnymi drogami embriologicznymi. Formacja kości płaskich zachodzi poprzez kostnienie śródkostne, w którym prymitywne komórki mezenchymalne różnicują się bezpośrednio w osteoblasty i wytwarzają trabekulę kostną w obrębie błony okostnej. Początkowa natura tej kości jest stosunkowo nieuporządkowana i jest określana jako kość utkana. Później kość tkana ulega przebudowie i zostaje zastąpiona przez znacznie silniejszą dojrzałą kość blaszkowatą, składającą się z warstw zwapniałej macierzy ułożonych w uporządkowany sposób. Kości długie powstają w wyniku rozwoju wewnątrzchrzęstnego, w którym przyszła kość zaczyna się jako chrząstka. Szablon chrzęstny jest stopniowo zastępowany przez kość w uporządkowanej sekwencji zdarzeń, rozpoczynającej się w centrum rosnącej kości. Podczas wzrostu chrząstka pozostaje na końcach kości długich, tworząc na każdym końcu strukturę zwaną płytką wzrostową. Komórki chrząstki (chondrocyty), które powstają w płytkach wzrostowych, rozmnażają się i zwiększają długość kości. Dzieje się to w trakcie skomplikowanej serii zdarzeń, z rozszerzaniem się kości zarówno od środka, jak i w kierunku środka. Kiedy kość osiąga swoją ostateczną długość w wieku dojrzałym, ekspansja z płytki wzrostowej ustaje. Chrząstka utrzymuje się na końcach kości długich w szczególnej formie zwanej chrząstką stawową, która zapewnia gładkie powierzchnie nośne stawów.

Kość jest tkanką dynamiczną i jest stale przebudowywana przez działania osteoklastów i osteoblastów. Po usunięciu kości osteoklasty albo przechodzą do nowych miejsc resorpcji, albo obumierają; po tym następuje faza odwrotna, w której osteoblasty są przyciągane do miejsca resorpcji. Uważa się, że czynniki wzrostu, które są sekwestrowane w nieaktywnej formie w macierzy kostnej, są uwalniane i aktywowane przez aktywność osteoklastów, a te z kolei promują produkcję świeżego osteoidu przez zrekrutowane osteoblasty. Nowy osteoid ostatecznie ulega zwapnieniu i w ten sposób kość tworzy się i wymienia w warstwach (blaszkach), które są wynikiem tych powtarzających się cykli. W rosnącej kości aktywność komórek kostnych jest ukierunkowana na przyrost netto kości. Jednakże w zdrowej, dojrzałej kości istnieje równowaga pomiędzy resorpcją i tworzeniem kości. Kiedy równowaga między tymi dwoma typami komórek ulega zachwianiu, dochodzi do patologii szkieletu.

Najczęstszą chorobą kości jest osteoporoza, w której dochodzi do utraty netto kości z powodu resorpcji kości przez osteoklasty, której nie odpowiada całkowicie tworzenie nowej kości. Najlepiej rozumianą przyczyną osteoporozy jest ta, która występuje u kobiet z powodu utraty krążących estrogenów po menopauzie. Inną przyczyną osteoporotycznej utraty kości jest osteoporoza nieużywana. Tak jak kość może reagować na zwiększone obciążenie wytwarzaniem dodatkowej kości, tak samo jej utrzymanie jest uzależnione od regularnego obciążania. Znacząca utrata kości może wystąpić podczas długotrwałego spoczynku w łóżku lub na przykład w przypadku paraplegii i quadriplegii. Podobnie, nieobciążanie szkieletu (z powodu braku przyciągania grawitacyjnego) podczas lotów kosmicznych powoduje poważny ubytek kości u astronautów, chyba że efekty grawitacji są symulowane przez specjalne ćwiczenia i urządzenia. Patrz Osteoporoza

Wiele chorób metabolicznych i genetycznych może wpływać na ilość i jakość kości. Choroby metaboliczne, takie jak cukrzyca, choroby nerek, nadmierne wydzielanie hormonu przytarczyc przez gruczoły przytarczyczne, anoreksja nervosa i krzywica zależna od witaminy D mogą powodować osteopenię (zmniejszenie objętości i jakości strukturalnej kości). Leczenie immunosupresyjne u pacjentów po przeszczepach narządów może prowadzić do zmniejszenia masy kostnej, podobnie jak nowotwory kości i innych miejsc. Guzy mogą wytwarzać substancje, które powodują aktywację osteoklastycznej resorpcji kości. W genetycznie uwarunkowanej chorobie osteogenesis imperfecta, mutacje w genie dla kolagenu typu I powodują wytwarzanie przez osteoblasty zmniejszonej ilości kolagenu lub zmienionych cząsteczek kolagenu. Innymi częstymi chorobami układu kostnego są choroby stawów, takie jak reumatoidalne zapalenie stawów i choroba zwyrodnieniowa stawów. Zobacz Gruczoł tarczowy

.