Кости состоят из живых клеток (остеобластов и остеоцитов), встроенных в минерализованный органический матрикс. Основным неорганическим компонентом кости человека является гидроксиапатит, доминирующий минерал кости, имеющий номинальный состав Ca10 (PO4) 6 (OH) 2. Органические компоненты этой матрицы состоят в основном из коллагена типа I - «органический», относящийся к материалам, полученным в результате человеческого тела, - и неорганическим компонентам, которые наряду с доминирующей фазой гидроксиапатита включают другие соединения кальция и фосфата, включая соли. Около 30% бесклеточного компонента кости состоит из органического вещества, а около 70% по массе приходится на неорганическую фазу. Волокна коллагена придают кости ее прочность на разрыв, а вкрапленные кристаллы гидроксиапатита придают кости ее прочность на сжатие. Эти эффекты синергичны. Точный состав матрицы может меняться с течением времени из-за питания и биоминерализации, при этом соотношение кальция к фосфату варьируется от 1,3 до 2,0 (по весу), а также микроэлементы, такие как магний, натрий, калий и карбонат. найденный. Коллаген I типа составляет 90–95% органического матрикса, а остальная часть матрикса представляет собой гомогенную жидкость, называемую основным веществом, состоящее из протеогликанов, таких как гиалуроновая кислота и хондроитинсульфат, а также неколлагеновых белков, таких как остеокальцин, остеопонтин или кость. сиалопротеин. Коллаген состоит из цепочек повторяющихся единиц, которые придают кости прочность на разрыв, и расположены внахлест, что предотвращает напряжение сдвига. Функция основного вещества полностью не изучена. По расположению коллагена под микроскопом можно выделить два типа костей: тканые и пластинчатые. Тканая кость (также известная как фиброзная кость), которая характеризуется беспорядочной организацией коллагеновых волокон и является механически слабой. Пластинчатая кость, которая имеет регулярное параллельное расположение коллагеновых пластин («ламелей») и механически прочна. Плетеная кость образуется, когда остеобласты быстро производят остеоид, что первоначально происходит во всех костях плода, но позже заменяется более упругой пластинчатой костью. У взрослых тканая кость образуется после переломов или при болезни Педжета. Плетеная кость более слабая, с меньшим количеством беспорядочно ориентированных коллагеновых волокон, но быстро формируется; именно из-за такого вида волокнистой матрицы кость называется тканой. Вскоре она замещается пластинчатой костью, которая высоко организована в виде концентрических пластин с гораздо меньшим соотношением остеоцитов к окружающим тканям. Пластинчатая кость, которая впервые появляется у человека у плода в третьем триместре, более прочна и заполнена множеством коллагеновых волокон, параллельных другим волокнам в том же слое (эти параллельные столбцы называются остеонами). В поперечном сечении волокна проходят в противоположных направлениях чередующимися слоями, как в фанере, помогая кости сопротивляться скручивающим силам. После перелома сначала формируется тканая кость, которая постепенно замещается пластинчатой костью в ходе процесса, известного как «замещение костной ткани». По сравнению с тканой костью образование пластинчатой кости происходит медленнее. Упорядоченное отложение коллагеновых волокон ограничивает образование остеоида примерно 1-2 мкм в день. Ламеллярная кость также требует относительно плоской поверхности, чтобы коллагеновые волокна располагались параллельными или концентрическими слоями. Отложение Внеклеточный матрикс кости формируется остеобластами, которые секретируют как коллаген, так и основное вещество. Они синтезируют коллаген внутри клетки, а затем секретируют фибриллы коллагена. Волокна коллагена быстро полимеризуются с образованием коллагеновых нитей. На этой стадии они еще не минерализованы и называются «остеоидом». Вокруг нитей кальций и фосфат осаждаются на поверхности этих нитей, превращаясь в течение нескольких дней или недель в кристаллы гидроксиапатита. Чтобы минерализовать кость, остеобласты выделяют пузырьки, содержащие щелочную фосфатазу. Это расщепляет фосфатные группы и действует как очаги отложения кальция и фосфата. Затем везикулы разрываются и становятся центром роста кристаллов. В частности, костный минерал состоит из глобулярных и пластинчатых структур.
