Новости
27.03.2024 27.03.2024 26.03.2024 |
Структурная роль минеральных элементов22.01.2014
Рост животных неразрывно связан с отложением в теле минеральных веществ. Последние входят в состав всех структурных образований организма, но главным образом костной ткани, где они находятся в виде прочных нерастворимых соединений. В костях скелета сосредоточено более 80% неорганических солей организма. Дальнейшему осаждению кристаллов способствует то обстоятельство, что нормальная сыворотка недонасыщена по отношению к вторичному фосфату кальция (что исключает его осаждение в сыворотке), но пересыщена по отношению к гидроксиапатиту. В результате этого в присутствии костных кристаллов ионы из жидкой фазы в плотную осаждаются спонтанно. Таким образом, общепринятой в настоящее время является гипотеза эпитаксии, т. е. ориентированного роста кристаллов в центрах кристаллизации при активирующем воздействии коллагеновой матрицы. Фермент щелочная фосфатаза, согласно этой гипотезе, принимает непосредственное участие в образовании коллагена и способствует переносу иона PО4в3- от эфиров к органическому основанию костной ткани: Содержание щелочной фосфатазы пропорционально активности остеобластов. Высокий ее уровень наблюдается во время интенсивного образования коллагена и перед началом его обызвествления. Кислая фосфатаза, наоборот, сосредоточена в остеокластах и принимает непосредственное участие в процессе резорбции костей. Отсутствие минерализации в некальцифицируемых хрящах и коллагеносодержащих тканях объясняется либо отсутствием фактора, индуцирующего кальцификацию, либо наличием факторов-ингибиторов. Последними, возможно, являются пирофосфаты и мукополисахариды, гидролизующие соответствующие энзимы (фосфатазы или сульфатазы). Вместе с тем специфическая АТФ-аза, содержащаяся в хряще, ответственна за механизм его обызвествления. Что касается резорбции кости (т. е. одновременного рассасывания органического и неорганического компонентов), то она наряду с новообразованием костной ткани происходит в течение всей жизни животного. Особое значение процессы резорбции приобретают у животных в период напряженного минерального обмена (при беременности, лактации, яйцекладке). В этом случае скелет выполняет функцию лабильного депо минеральных веществ, которые расходуются для нужд плода и для образования продукции (молока, шерсти, скорлупы яиц и т. д.). Поверхность микрокристаллов оксиапатита достигает огромных размеров, и на ней могут происходить реакции замещения ионов кальция или фосфата ионами, содержащимися в жидкостях организма. Поэтому минеральный компонент кости не является чистым оксиапатитом, а содержит примеси карбоната (6%), цитрата (1%). натрия (0,7%), магния (0,7%) и следы фтора. Значительное содержание в оксиапатите воды свидетельствует о замещении кальция в кристаллической решетке ионами (H3O)-. Кроме того, ионы гидроксония могут вытеснять ионы кальция и с поверхности кристаллов. Общий состав минерального компонента кости с учетом молярных соотношений всех примесей можно выразить формулой: Согласно Ньюману и Ньюман, в живом организме встречаются те же три механизма перемещения ионов, которые характерны для оксиапатита in vitro: 1) диффузия в гидратный слой, окружающий кристаллы; 2) ионный обмен на поверхности кристаллов; 3) внутрикристаллический обмен. Однако в отличие от условий in vitro в организме эти механизмы находятся под комплексным воздействием физиологических факторов — роста живой ткани, васкуляризации, перестройки и созревания кости, поступления минеральных веществ из кишечника, эндокринных механизмов. Известно, что костные кристаллы отделены от внеклеточной жидкости несколькими фазами, между которыми обмен ионов происходит с разной скоростью. Внутренняя часть кристалла содержит ионы Ca2+, PO4в3- , OH- и, вероятно, небольшое количество других ионов, как Na+ или CO3в3-. Ионы здесь могут перемещаться только путем перестройки кристаллической сетки или рекристаллизации. На поверхности кристалла находятся относительно посторонние ионы, удерживаемые в кристаллической решетке электростатическими силами поверхности (Na+, Sr2+, Со3в2_, F-, цитрат3-). Состав гидратационной оболочки, как водной фазы, окружающей кристаллы, отражает одновременно состав поверхности кристалла и внеклеточной жидкости. Последней фазой является внеклеточная жидкость органической матрицы. Наиболее быстро обмен происходит между внеклеточной жидкостью и гидратационной оболочкой, более медленно — между этой оболочкой и поверхностью кристалла, очень медленно — между поверхностью и внутренней частью кристалла. Благодаря сорбционным механизмам и гетероионному обмену (например, Ca2+⇄Na+) кость представляет собой важный резервуар свободных ионов. Она действует как буферная система в отношении таких электролитов, как Na+, СО3в2-, Mg2+, и участвует в гомеостатической регуляции Ca2+, РО4в3- и величины pH. В костной ткани содержится 98,5% всего кальция, 83% фосфора, до 70% магния и 40% натрия организма. Кроме того, в ней в том или ином количестве находятся более 30 микро- и ультрамикроэлементов. Одни из них входят в состав кристаллической решетки оксиапатита (фтор, цинк), другие (медь, молибден, кобальт) катализируют ферментативные реакции в остеобластах, третьи (марганец, ванадий и др.) принимают участие в энзиматических процессах минерализации коллагеновых фибрилл. Показано, что процесс синтеза мукополисахаридов при физиологической регенерации сопровождается накоплением ряда микроэлементов (меди, марганца, кремния, алюминия, свинца), которые образуют хелатные комплексы с мукополисахаридами и, по-видимому, играют определенную роль в «созревании» коллагена и его дальнейшей пространственной агрегации. Вместе с тем многие остеотропные элементы, включая естественные радиоактивные элементы, по-видимому, являются: для скелета балластными. В заключение следует сказать, что нерастворимые или труднорастворимые соединения, содержащие минеральные элементы, входят также в состав волоса, шерсти, перьевого покрова, роговых образований. Относительно формы этих соединений известно немного. Допускается миграция отдельных элементов в системе волос (перо) — кожа — кровь.
|