Действие природных факторов на человека

Царфис Петр Григорьевич

Все костные клетки могут быть разделены на три типа: остеобласты, остеокласты и остеоциты. В остеобластах имеются внутриклеточная сеть, так называемый эндоплазматический ретикулум и пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи). Эти клетки принимают участие в строительстве костной ткани. Остеокласты, наоборот, ее рассасывают. Оли имеют округлую форму, содержат несколько мелких ядрышек, а мембрана местами внедряется в глубь структуры клеток. Остеоциты по мере старения обызвествляются и оказываются как бы замурованными в минеральном веществе кости. По своему строению остеоциты приближаются к остеобластам и отличаются тем, что в них слабо виден пластинчатый комплекс. Наряду с этим кость содержит важнейшие пластические и энергетические материалы — коллаген (по структуре фибриллярный белок, состоящий из крупных молекул) и

углеводы, включающие углерод, водород и кислород. В состав белковой молекулы входит несколько тысяч аминокислот, соединенных между собой и образующих полипептиды. Полипептидные связи крепко соединяют различные аминокислоты и обеспечивают прочность и стойкость белковых молекул.

Для коллагена характерно то, что 1/3 всех аминокислот, входящих в состав его молекулы, приходится на глицин, 1/3 — на пролин и гидроксипролин и 1/3 — на долю всех остальных аминокислот. Полипептидная цепь коллагена имеет спиральную форму. Коллаген вместе с минеральными солями определяет механические свойства кости. Например, бедренная кость в вертикальном положении выдерживает давление 1,8 т. Она прочнее такого крепкого дерева, как дуб, и в 9 раз прочнев свинца. Эта прочность обусловлена строением костных балок (компактного и спонгиозного вещества и гаверсовой системы).

Углеводы могут быть разделены на кристаллические вещества (глюкоза и фруктоза) и полисахариды. В костной ткани содержится 6—8 мг полисахаридов на 100 г этой ткани. В состав мукополисахаридов, помимо углевода, водорода и кислорода, входят азот и сера. При разрушении костной ткани выделяются протеогликаноподобные соединения и мукополисахариды или гликозаминогликаны, играющие большую роль в процессе коллагенообразования. Они выполняют цементирующую роль в укреплении волокнистых структур за счет минерализации костной ткани.

Существенная роль в синтезе клеточных белков принадлежит нуклеиновым кислотам. Они передают и обеспечивают хранение в ядре клетки генетической информации, участвуют в механизмах ее передачи. Нуклеиновые кислоты включают углевод рибозу (рибонуклеиновую кислоту — РНК) и дезоксирибозу (вид сахара, входящего в состав дезоксирибонуклеиновой кислоты). Кроме того, каждая молекула нуклеиновой кислоты включает неодинаковое количество нуклеотидов, в которых сочетаются азотистые пуриновые или пиримидиновые основания, углерод и фосфорная кислота. Рибоза или дезоксирибоза соединяется с азотистыми основаниями и образует нуклеозиды. Последние соединяются с фосфорной кислотой и создают нуклеотиды. В молекулу РНК входит 5 тыс., а в молекулу ДНК — до 25 тыс. нуклеотидов. В костной ткани обнаружены и ДНК и РНК, причем последней в 2 раза больше, чем первой. В губчатом веществе РНК в 2 раза больше, чем в компактной части кости. Это свидетельствует о том, что в остеобластах достаточно выражена метаболическая и синтетическая деятельность.

Выше указано, что минерализация кости — процесс сложный. Он протекает на основании определенных закономерностей, в нем участвуют кальций и фосфор. Кстати, почти 99% тканевого кальция, 87% фосфора и 58% магния содержатся в костном скелете, причем самые мелкие кристаллы минералов кости принимают наиболее активное участие в кальциевом и фосфорном обмене. Важную функцию в этом обмене выполняют микроэлементы, и прежде всего медь, цинк, алюминий, стронций, фтор, бериллий и др. Они приобретают существенное значение в метаболических процессах, в которых участвуют такие ферменты костной ткани, как щелочная фосфатаза, каталаза, цитохромоксидаза.

Цинк является ингибитором цитохромоксидазы и каталазы, а также активатором щелочной фосфатазы. Стронций и ванадий принимают участие в процессе обызвествления (отложения солей), а цинк, галлий и барий — в сложном процессе декальцинации (вымывания из кости кальция). Обмен стронция тесно связан с обменом кальция. Первый как бы конкурирует за место в кристаллической решетке кости (гидрооксипатит) со вторым. Важная роль в растворении минеральных веществ кости принадлежит лимонной кислоте. Ее концентрация в кости в 230 раз выше, чем в печени; 3/4 общего количества лимонной кислоты организма находится в скелете. Она откладывается в компактной части кости, а в губчатой части активно участвует в окислительно-восстановительных, метаболических процессах.

Цикл лимонной кислоты, или цикл Кребса, является основой, определяющей

процесс сгорания углеводов. Эта кислота также участвует в процессе регуляции кальциевого обмена и содержания кальция в сыворотке крови. Большую роль в регуляции этих процессов выполняют гормоны паращитовидных желез. Известно, что белки постепенно распадаются на аминокислоты, жиры — на жирные кислоты и глицерин, углеводы — на простые сахара. Однако указанные процессы в организме протекают медленно, и только ферменты способствуют их ускорению. С помощью различных ферментов наступают расщепление субстрата, перераспределение внутримолекулярной энергии и снижение прочности внутримолекулярных связей. При этом образовавшиеся комплексы распадаются, ферменты освобождаются и сам субстрат превращается в более простое вещество. Под влиянием различных ферментов процессы расщепления вещества протекают в сотни тысяч и миллионы раз интенсивнее, чем без ферментов. Это доказано в эксперименте. Ферменты способны расщеплять значительно больше вещества, чем они составляют сами по своей массе, при этом они действуют строго специфично, т. е. фермент, который расщепляет углеводы, например, не может действовать на жиры или белки, и наоборот, ферменты, расщепляющие белки, не могут расщеплять углеводы. Наконец, скорость синтеза ферментов и их активность находятся под генетическим контролем.

Проведенные в нашей клинике исследования больных деформирующим остеоартрозом показывают, что активность лизосомальных ферментов повышается в зависимости от стадии заболевания. Также повышается активность кислой протеиназы в сыворотке крови, при этом установлено, что чем более выражено заболевание, т. е. чем более четко проявляется дистрофический процесс, тем выше активность этих ферментов. Так, при зрелой стадии этого заболевания активность кислой фосфатазы увеличилась в среднем в 2,3 раза по сравнению с ранней стадией, а при застарелой стадии — 2,7 раза. Содержание кислой протеиназы соответственно было увеличено в 1,4 и в 1,7 раза. При вторичном синовите (воспалении синовиальной оболочки) активность кислой фосфатазы возрастала до 12,1±0,2 ед., а кислой протеиназы — до 1,30±0,03 ед. Активность этих ферментов в лейкоцитах, наоборот, снижалась.

Существует параллелизм между характером клинических, рентгенологических и особенно гистоморфологических изменений при каждой стадии заболевания и уровнем активности лизосомальных ферментов. Известно, что кислая фосфатаза участвует в реакции расщепления органических эфиров фосфорной кислоты с освобождением фосфатных ионов. Кислая фосфатаза в значительном количестве содержится в остеокластах, поэтому по мере интенсификации рассасывания кости содержание этого фермента увеличивается в межклеточных пространствах, затем в мелких венозных и лимфатических капиллярах и, наконец, в сыворотке крови. Поэтому повышенная активность кислой фосфатазы в крови служит достоверным доказательством интенсивности дистрофического процесса.

Даже для нормальной жизнедеятельности клетки необходима определенной интенсивности энергия. Она образуется в процессе клеточного дыхания. Следует иметь в виду, что дыхание может осуществляться при участии кислорода и без него. В первом случае, т. е. при аэробном дыхании, глюкоза проходит ряд промежуточных стадий окисления до углекислоты и воды, и при этом освобождается значительная энергия. Последняя стадия осуществляется в ходе так называемого цикла Кребса, в который входит около 10 последовательно протекающих реакций, в результате которых отщепляются все атомы водорода (принадлежавшие глюкозе) и выделяется энергия. Сам процесс отщепления водорода в этом цикле называется дегидрогенизацией, а ферменты, участвующие в данном процессе, — дегидрогеназами. При сгорании одной грамм-молекулы глюкозы выделяется 674 килокалории, при этом реакция окисления направлена на интенсивное использование энергии. При сгорании глюкозы клетка может использовать до 3/4 освобождающейся энергии, в то время как при сгорании топлива в механическую энергию превращается всего 1/5 ее часть. Это в известной мере объясняется тем, что в живой клетке все работает экономично, имеется механизм, фиксирующий значительную часть энергии в химических связях, в частности в химических связях аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). При расщеплении последней с помощью фермента аденозинтрифосфатазы освобождается необходимая для жизнедеятельности энергия.