Кость.

Кость обладает набором необычный физико-механических св-в:

1. Выдерживает резкие нагрузки

2. Деформируется без разрушении (в определённых пределах)

Так же в организме кость является буферной системой – депо разнообразных ионов. Всё это достигается благодаря 3-х фазной структуры кости.

Состав этих фаз:

1. Коллагеновый остов кости (его можно сравнить с арматурой в железобетоне).

2. Основная часть кости – кристаллический гидроксоаппатит.

3. Третья часть кости несёт скорее вспомогательные ф-ции, чем механические. Она состоит из различных органических матриц которые направляют кристаллизацию кости и регулируют обмен.

В целом кость является крайне сложной системой обладающей ценными свойствами.

Хочется упомянуть о таком интересном факте, что механические св-ва кости в основном зависят от содержания неорганической фазы. (см. рисунок 1).

Кость состоит из коллагена 1-го типа которые связаны с кристаллами фосфата кальция в определённом порядке. Костные кристаллы крайне малы ~ в среднем 50 нм длинной, шириной в 25 нм и толщиной в 3 нм. В связи с большой поверхностью энергия взаимодействия очень велика. Гидроксоапатитовая фаза содержит от 4 до 6 % карбонатов. Средний состав кости следующий: Ca8.3(PO4)4.3(CO2)3x(HPO4)y(OH)0.3 . С возрастом х возрастает, а у падает. Достаточно интересно что сумма х+у остаётся постоянной и равным 1,7. Структура кости изменяется в зависимости от её ф-ции. (см рисунок 2).

Стадии минерализации кости.

1. Образование органической матрицы

2. Минерализация органической матрицы

3. Вторичная минерализация кости (связана с её постоянным формированием и развитием).

Сам процесс минерализации кости крайне сложен и до конца не исследован. Один из вариантов – Кристаллизация происходит не на коллагеновой матрице, а в пузырьках с мембраной структурой. Ступень кристалличности/аморфности в пузырьках зависит от степени удалённости их от кости – чем дальше, тем аморфней. Ещё одна теория состоит в следующем – в матричных пузырьках находятся только временные депо кальциевых и фосфатных ионов. Кристаллизация происходит на органической матрице. Существует возможность и двухстадийной биоминерализации – образование зародышевых кристаллов и дальнейший их рост на белковой матрице.

Считается что сразу образуется гидроксоаппатит(хотя велика вероятность того, что начально образование октокальцефосфата.)

Далее механизмы биоминерализации будут рассмотрены более подробно.

Модели биоминерализации.

Для создания моделей биоминерализаци весьма важны химические представления о процессах образования кристаллов и агрегирования частиц в определённых условиях. Примеры моделей основаны на следующих процессах –

1. мембранно-пузырьковое осаждение

2. осаждение из растворов с последующей кристаллизацией

3. осаждение и рост кристаллов под воздействием органических в-в.

Может возникнуть вопрос - зачем нам иметь представление о механизмах биоминерализации? Ответ – учитывая механизмы легче создавать биосовместимые материалы и лечить болезни связанные с нарушением образования твёрдых тканей.

Начнём наше рассмотрение с мембранно-пузырькового осаждения. Этот механизм играет огромную роль в формировании неорганических твёрдых веществ in vivo. Этот процесс моделировался при осаждении в синтетических фосфолипидных мембранных пузырьках диаметром ~ 30 нм. Целью такого моделирования было определение возможностей мембранно-пузырьковой минерализации и способов контроля этих процессов. Для сравнения материалы получаемые таким образом могут принципиально отличаться от полученных обычным осаждением в растворе. Химические потенциалы генерируемые в микрообьёмах пузырьков изминяют редокс-потенциалы, кинетические и структурные св-ва материала.

Пузырьки с мембраной из фосфатидил холина можно получить, облучая ультразвуком водную дисперсию липида около точки перехода гель-жидкость. Если взять р-р металла в этом процессе, то ионы метала будут находиться внутри пузырьков. Всё теперь в пузырьках можно проводить процесс биоминерализации при использовании таких мембренно-проницаемых в-в/ионов как H2S, OH-, и другие. Можно также ввести в мембрану ионопроводящие каналы.

До проведения р-ции большинство ионов прочно связывается с фосфатной частью фосфолипидов и нуклеация была локализована на органическом слое. При проведении осаждения р-ра хлорида железа(III) в р-ре оюразовывался чистый гоетит (?-FeOOH), а в пузырьках образовался сферулит-магнетит Fe2O3, и ферригидрит. Эти различия объясняются в основном кинетическим контролем – мембрана пропускает ионы с определённой скоростью, но также большую роль вносит и фосфолипидная матрица.

Перейти на страницу:
1 2

Голландское барокко. Ландшафтный дизайн.
Голландское барокко Как уже отмечалось, помимо классического направления в истории какого-либо стиля ландшафтного дизайна, всегда существует целый ряд его разновидностей. Их возникновение ...

Двуствочатые моллюски
Двуствочатые моллюски ...

Насекомые в жизни человека
Необычайно богатый разнообразием жизненных форм и занимающий практически все уголки планеты мир насекомых характерен тем, что постоянно сталкивается с различными сферами интересов человека. ...