Przeskocz do treści

Kolagen w kościach

Tkanka łączna stanowi zrąb i stelaż całego naszego ciała. Jest ona bardzo niejednorodną strukturą o wyłącznie mechanicznej funkcji spoiwa. Nazwa ta obejmuje wiele tkanek pochodzenia mezenchymatycznego, które różnią się strukturą, lecz mają wspólne właściwości wytwarzania włókien w istocie międzykomórkowej. Wyróżnia się trzy główne grupy tkanki łącznej:

1. Tkanka łączna właściwa:

- tkanka łączna zarodkowa, z której powstają wszystkie pozostałe odmiany tkanki łącznej a jej strukturę tworzy bezpostaciowa istota zawierająca pełzające komórki gwiaździste,
- tkanka łączna wiotka, która jest najmniej zróżnicowana i zawiera oprócz elementów komórkowych i istoty podstawowej włókna kratkowe, kolagenowe i sprężyste. Nie tworzy samodzielnie narządów, spełnia rolę wypełniacza towarzyszącego przebiegowi naczyń, nerwów lub pokrywając powierzchnię narządu,

2. Tkanka łączna zbita nieukształtowana, która charakteryzuje się dużą ilością włókien przebiegających w sposób nieuporządkowany i stosunkowo małą ilością komórek, głównie fibroblastów, a której utkanie spotykamy np. w skórze (może ona pod wpływem zmieniających się warunków może przechodzić w tkankę luźną bądź w uporządkowaną),

3. Tkanka łączna zbita ukształtowana, która posiada uporządkowany układ włókien układających się w postaci sznurów, wstęg i błon nadając wytrzymałość takim strukturom anatomicznym jak powięzi, więzadła, ścięgna.

Tkanki łączne o charakterze swoistym (barwnikowe, tłuszczowe, siateczkowe).

Tkanka łączna szkieletowa, w skład której wchodzi tkanka chrzęstna i kostna. W każdej z nich oprócz elementów komórkowych i mineralnych występuje gęste utkanie włókien kolagenowych, nie tylko w istocie podstawowej, ale również w postaci błony pokrywającej (ochrzęstna i okostna).

Za mechaniczne właściwości tkanki łącznej odpowiadają włókna kolagenowe i elastynowe. Dzięki unikalnej budowie potrójnej helisy łańcuchów polipeptydowych skręconych wzajemnie na kształt trójżyłowej liny i silnym wiązaniom aminokwasów włókna kolagenowe zachowują swoją giętkość, a równocześnie są odporne na rozciąganie. Włókna elastyczne zaś tworzą jednorodną siateczkę z substancji białkowej elastyny, co daje im bardzo dużą rozciągliwość (do 150 %) i sprężystość czyli możliwość powrotu do pierwotnej długości.
Opisano 20 typów kolagenu różniących się budową łańcucha białkowego i miejscem występowania. Typ I przeważa w kościach i więzadłach, typ II w chrząstce szklistej, III w macicy, dużych naczyniach i jelitach. Kolagen ulega ustawicznie biosyntezie i degradacji enzymatycznej, a równowaga tego procesu jest niezbędna dla zachowania jego aktualnego składu w danej strukturze i właściwości danej tkanki.

Kolagen zmienia swoją strukturę pod wpływem czynników zewnętrznych takich jak obciążenia mechaniczne, zmiany hormonalne, naczyniowe. U osób z przewlekłą niewydolnością żylną występuje zaburzenie uporządkowanego przebiegu włókien kolagenowych w blaszce powierzchownej powięzi, co zmniejsza jej podatność na zmiany objętości mięśnia, który otacza.
Do nierównomiernego rozkładu w tkance łącznej dochodzi także w cukrzycy. Kolagen staje się oporny na trawienie, zmieniają się jego właściwości termiczne i mechaniczne, wzrasta usieciowanie i przedłuża się jego okres półtrwania, co owocuje jego starzeniem i przesztywnieniem. W procesie starzenia się tkanki łącznej podstawową rolę przypisuje się powstawaniu tzw. wiązań krzyżowych kolagenu, co zwiększa jego odporność na trawienie enzymatyczne. Odwrotny zaś proces dotyczy włókien elastynowych, co doprowadza do zmiany składu aminokwasów i przesztywnienia tkanki(. Pod wpływem przeciążeń mechanicznych dochodzi w tkance łączne do wzrostu całkowitej ilości kolagenu i zachwiania proporcji między kolagenem typu I, a typu III oraz spadku ilości włókien elastynowych.

Tkanka łączna "żyje", przebudowuje się, odnawia, reaguje na zwiększone zadania i negatywne czynniki metaboliczne, a jej rozkład w ciele nie jest przypadkowy. Można postawić hipotezę, że jej rola nie ogranicza się tylko do wypełniania luk między ważnymi życiowo narządami, ale że ma ona znaczenie jako dodatkowa, alternatywna dla układu nerwowego i hormonalnego droga przekazu informacji.

Trochę o kościach i stawach, bo przecież w przypadku takiej choroby, jaką jest zespół Ehlersa - Danlosa należy je traktować jako struktury naszego narządu ruchu i nie powinno się ich rozgraniczać, ponieważ zarówno stawy, jak i kości zbudowane są z tkanki łącznej. A bolą zależnie od indywidualnego przypadku.
Tak więc:
Szkielet, na który składają się wszystkie kości człowieka, stanowi konstrukcję nośną narządów ruchu i jest miejscem przyczepów ścięgien (połączeń mięśniowo-kostnych zbudowanych z tkanki łącznej) i więzadeł (połączeń kostno-kostnych zbudowanych z tkanki łącznej). Każda dojrzała kość ma strukturę blaszkową o warstwowym ułożeniu. Cała zewnętrzna powierzchnia kości, z wyjątkiem tej, która tworzy stawy (na powierzchniach stawowych kość pokryta jest chrząstką stawową) otoczona jest ściśle przylegającą do kości błoną włóknistą - okostną. Okostna jest bogato unaczyniona i unerwiona. Dzięki okostnej, w której znajdują się komórki podobne do osteoblastów, następuje zgrubienie kości poprzez odkładanie się nowych warstw kości na jej powierzchni. Składnikami tkanki kostnej w 70% są elementy nieorganiczne i w 30% organiczne. Część organiczna składa się z komórek i macierzy kostnej utworzonej z włókien kolagenu oraz innych białek niekolagenowych.
Stawy są to ruchome połączenia między kośćmi. Powierzchnie stawowe kości pokryte są chrząstką stawową i są względem siebie odpowiednio dopasowane (np. głowa kości udowej i panewka stawu biodrowego). W obrębie stawów mogą istnieć także dodatkowe elementy chrzęstne, dopasowujące powierzchnie stawowe podczas ruchu w stawie np. łąkotki w stawie kolanowym. Stałym elementem budowy stawu jest torebka stawowa utworzona z tkanki łącznej, w obrębie której znajduje się jama stawowa wypełniona mazią stawową. Strukturami, które dodatkowo stabilizują staw są więzadła - połączenia kostno-kostne z tkanki łącznej. Mogą one znajdować się pozastwawowo - często ściśle łącząc się z torebką stawową, a także w jamie stawowej (napisane na podst. własnych wiadomości).

Degradacja kolagenu w kościach

W kości występuje prawie wyłącznie kolagen typu I. Stanowi on 85-95% całej zawartości substancji organicznych kości. Pozostałe składniki to m.in. osteokalcyna, osteonektyna, sjaloproteidy i proteoglikany. Małe ilości kolagenu typu III i IV, jakie stwierdza się w kości, to białka występujące w naczyniach krwionośnych, nie będące produktem osteoblastów. Istotną cechą kolagenu jest wieloetapowa synteza, obejmująca procesy niezależne bezpośrednio od zapisu genetycznego. Daje to możliwość wytworzenia wręcz nieskończonej liczby odmiennych białek również u tego samego osobnika, mimo że są one produktem tych samych genów. Ta heterogenność, której regulacyjne zasady są nieznane, jest zapewne przyczyną zróżnicowania kolagenu poszczególnych tkanek albo nawet fragmentów tej samej tkanki lub narządu. Być może jest to klucz do zrozumienia wielu procesów patofizjologicznych dotyczących tkanki łącznej.
Kolagen typu I występujący w kości jest produktem tych samych genów, co kolagen typu I skóry czy innych narządów, ale różni się istotnie, co jest wynikiem modyfikacji posttranslacyjnych. Najlepiej poznaną cechą kolagenu kości jest jego nierozpuszczalność. Tylko około 0,5% całej zawartości kolagenu kości można wyekstrahować za pomocą roztworu chlorku sodowego, a 1% za pomocą roztworu kwasu octowego. Analogiczne ilości kolagenu dla skóry są znacznie wyższe. Jest to wynikiem wytwarzania licznych wiązań poprzecznych, które mogą mieç budowę odmienną niż w kolagenie innych narządów. Wykazano także inną glikozylację reszt hydroksylizylowych w kolagenie kości.
Synteza i degradacja kolagenu w kościach jest regulowana przez wiele czynników ogólnoustrojowych (np. hormonalnych) i miejscowych, oddziałujących na procesy kościotworzenia i resorpcji kości. Mechanizmy molekularne tej regulacji nie zostały poznane. Kolagen zapewne decyduje o większości procesów zależnych od substancji organicznej kości, takich jak sam proces tworzenia kości, jej mineralizacja oraz uzyskiwanie prawidłowych własności mechanicznych. Niewiele jednak wiadomo o aspekcie molekularnym tych procesów.
Duży wgląd w patofizjologię kolagenu kości dostarczyły badania genetyczne dotyczące mutacji kolagenu typu I. Łańcuchy wchodzące w skład tego kolagenu są produktem dwóch genów, oznaczanych jako COL1A1 i COL1A2. Są one umiejscowione w chromosomach 17q21.3-q22 i 7q21-q22. Opisano blisko dwieście mutacji dotyczących omawianych genów. Większość z nich jest odpowiedzialna za różne postacie wrodzonej łamliwości kości (osteogenesis imperfecta). Jednostka ta jest klinicznie dzielona na podtypy w zależności od nasilenia objawów. W rzeczywistości jest to zbiór wielu różnych mutacji genów kolagenu typu I, a więc odmiennych jednostek chorobowych, dających zbliżone konsekwencje kliniczne. Za łagodną postać choroby odpowiadają przykładowo punktowe mutacje genu COL1A1, takie jak zastąpienie reszty glicyny cystyną lub argininą. Inne podstawienia prowadzą do śmiertelnej postaci choroby. Pokazuje to, jak precyzyjna musi być struktura superhelisowa dla zapewnienia właściwości biologicznych kolagenu.
Nieco mniej opisano mutacji punktowych genu COL1A2, również prowadzących do osteogenesis imperfecta. Niektóre mutacje są odpowiedzialne za jedną z postaci zespołu Ehlersa-Danlosa (typ VIIB). Istnieją uzasadnione przypuszczenia, że niektóre postacie choroby zwyrodnieniowej stawów i osteoporozy łączą się z zaburzeniami budowy kolagenu.