- •Биохимия костной ткани
- •Процессы образования и ремоделирования кости
- •Биохимические маркёры метаболизма костной ткани
- •Факторы, влияющие на метаболизм костей (витамины и гормоны)
- •Характерные нарушения костей
- •Химические компоненты костной ткани
- •Белки матрикса, специфичные для костной ткани
- •Моделирование и ремоделирование кости
- •Биохимические маркёры метаболизма костной ткани
- •Фосфаты кальция – основа минерального компонента межклеточного матрикса
- •2. Замещение фосфат-ионов (ро43–) на гидрофосфат-ионы (нро42–) или на карбонат- и гидрокарбонат-ионы (со32– и нсо3–).
- •3. Замещение гидроксила (он–) на фториды (f–), хлориды (Cl–) и другие ионы:
- •Этапы обмена элементов кристаллической решетки апатитов
- •Стадии минерализации костных тканей
- •Особенности механизмов минерализации в тканях
- •Факторы регуляции минерализации
2. Замещение фосфат-ионов (ро43–) на гидрофосфат-ионы (нро42–) или на карбонат- и гидрокарбонат-ионы (со32– и нсо3–).
Са10(РО4)6(ОН)2+ НРО42–→ Са10(НРО4)(РО4)5(ОН)2+ РО43–
Заряд катионов кальция в этом случае компенсируется анионами не полностью (важнее ионный радиус, а не заряд заместителя). Двойная замена приводит к неустойчивости иона Са2+, он может покинуть кристалл:
Са10(РО4)6(ОН)2+ 2НРО42–→ Са9(НРО4)2(РО4)4(ОН)2+ Са2++ 2РО43–
Замещение на карбонат-ион приводит к образованию карбонатных апатитов и повышает коэффициент Са/Р, однако кристаллы становятся более рыхлыми и хрупкими.
Са10(РО4)6(ОН)2+ СО32–→ Са10(РО4)5(СО3)(ОН)2+ РО43–
Интенсивность формирования карбонат-апатитов зависит от общего количества бикарбонатов в организме, пищевого рациона и стрессовых нагрузок.
Са10(РО4)6(ОН)2+ 3 НСО3–+3Н+→ Са10(РО4)4(СО3)3(ОН)2+ 2Н3РО4
Са10(РО4)6(ОН)2+ 3СО32–→ Са10(РО4)4(СО3)3(ОН)2+ 2РО43–
В целом, если основная соль кальция фосфата осаждается при комнатной температуре или температуре тела в присутствии иона карбоната или гидрокарбоната, то образующийся апатит будет содержать в своём составе несколько процентов карбоната или гидрокарбоната. Карбонат уменьшает кристалличность апатита и делает его более аморфным. Такая структура напоминает структуру апатитов костей или эмали. С возрастом количество карбонат-апатитов увеличивается.
Из углерод-содержащих минералов кроме карбонатного апатита в полости рта встречаются гидрокарбонат кальцияСа(НСО3)2иведелитСаС2О4· Н2О в качестве минорного компонентазубного камня.
3. Замещение гидроксила (он–) на фториды (f–), хлориды (Cl–) и другие ионы:
В водной среде взаимодействие ионов F–с гидроксиапатитом зависит от концентрации фтора. Если содержание фтора сравнительно невысоко (до 500 мг/л), то происходят замены и образуются кристаллы гидроксифтор- или фторапатита:
Са10(РО4)6(ОН)2+F–→ Са10(РО4)6ОНF+ ОН–
Са10(РО4)6(ОН)2+ 2F–→ Са10(РО4)6F2+ 2ОН–
Гидроксифторапатит–Ca10(PO4)6(OH)F– промежуточный вариант между гидроксиапатитом и фторапатитом.Фторапатит –Ca10(PO4)6F2– наиболее стабильный из всех апатитов, температура плавления 1680º С. Кристаллы фторапатита имеют гексагональную форму: ось a = 0,937 нм, ось c = 0,688 нм. Плотность кристаллов составляет 3,2 г/см3.
Обе реакции замещения в кристаллической решётке ионов ОН–на ионыF–резко повышают резистентность гидроксиапатитов к растворению в кислой среде. Это свойство гидроксифтор- и фторапатитов рассматривается как ведущий фактор в профилактическом действии фторидов в отношении кариеса. Таким же, но значительно меньшим эффектом обладают ионы цинка, олова. Наоборот, в присутствии ионов карбоната, цитрата растворимость кристаллов апатитов повышается:
Са10(РО4)6(ОН)2+ СО32–+ 2Н+→ Са10(РО4)6СО3+ 2Н2О
Вместе с тем, высокие концентрации ионов F–(более 2 г/л) разрушают кристаллы апатитов:
Ca10(PO4)6(OH)2 + 20 F– → 10 CaF2 +6 PO43– + 2 OH–.
Образующийся фторид кальция– СаF2– нерастворимое соединение, может включатьсяв состав зубного налёта и зубного камня. Кроме того, в этих условиях ионы фтора будут связывать ионы кальция на поверхности зуба, препятствуя их проникновению в эмаль.
В составе зубного камня обнаруживается также восьмикальциевый фторапатитСа8(РО4)6F2, этот вид минерала формируется постепенно по мере старения камня.