Luun muodostumisen ja resorption merkkiaineet

Luukudos muodostaa dynaamisen "varaston" kalsiumille, fosforille, magnesiumille ja muille yhdisteille, jotka ovat välttämättömiä homeostaasin ylläpitämiseksi mineraaliaineenvaihdunnassa. Luu koostuu kolmesta komponentista: soluista, orgaanisesta matriisista ja mineraaleista. Solut muodostavat vain 3 % luukudoksen tilavuudesta.

Luukudos muodostuu osteoblasteista. Osteoblastien päätehtävänä on osteoidin (proteiinimatriisin) synteesi. Osteoidi koostuu 90–95 % kollageenista, pienistä määristä mukopolysakkarideja ja ei-kollageeniproteiineja (osteokalsiini, osteopontiini), ja sen jälkeen se mineralisoituu solunulkoisen nesteen kalsiumilla ja fosfaatilla. Osteoblastit sijaitsevat luun pinnalla ja ovat läheisessä kosketuksessa osteoidin kanssa. Ne sisältävät alkalista fosfataasia, kantavat lisäkilpirauhashormonin ja kalsitriolin reseptoreita ja kykenevät lisääntymään. Mineralisoituneen orgaanisen matriisin ympäröimät osteoblastit muuttuvat osteosyyteiksi (kypsiksi, lisääntymättömiksi soluiksi, jotka sijaitsevat vasta muodostuneen luun kerrosten välissä olevissa onteloissa).

Luukudoksen resorptiota suorittavat osteoklastit. Erittämällä proteolyyttisiä entsyymejä ja happofosfataasia osteoklastit aiheuttavat kollageenin hajoamista, hydroksiapatiittien tuhoutumista ja mineraalien poistumista matriisista. Vasta muodostunut, huonosti mineralisoitunut luukudos (osteoidi) on vastustuskykyinen osteoklastien resorptiolle.

Kollageeni tyyppi I on pääproteiini, joka muodostaa 90 % luun orgaanisesta matriisista. Osteoblastit syntetisoivat sitä esiasteena, prokollageeni tyyppiä I, joka on suuri molekyyli, joka sisältää karboksi- ja aminoterminaalisia propeptidejä (kollageeni tyyppi I:n N- ja C-terminaalisia propeptidejä). Nämä propeptidit erotetaan päämolekyylistä spesifisten peptidaasien avulla sen jälkeen, kun prokollageeni on vapautunut solusta.

Ei-kollageeniproteiinit muodostavat noin 10 % orgaanisesta luumatriisista. Ne antavat luumatriisille sen ainutlaatuisen rakenteen. Hydroksiapatiitin kerrostuminen riippuu suurelta osin matriisiproteiinien oikeasta suhteesta, joita osteoblastisolut syntetisoivat.

Luun mineraaliosa koostuu hydroksiapatiitista [Ca10 ₍ PO4 ₎ 6 ₍ OH) ₂ ] ja amorfisesta kalsiumfosfaatista, jotka ovat sitoutuneet ei-kovalenttisesti orgaanisen matriisin proteiineihin. Hydroksiapatiittikiteiden suuntautuminen määräytyy ensisijaisesti matriisin kollageenikuitujen suuntautumisen perusteella.

Luuston elintärkeä toiminta perustuu kahteen toisiinsa liittyvään ja toisiaan korvaavaan prosessiin: uuden luun muodostumisprosessiin ja vanhan luun hajoamisprosessiin eli imeytymiseen. Normaalisti luukudoksen muodostuminen ja imeytyminen (luun uudelleenmuodostus) ovat tasapainossa.

Osteoklastit imevät jatkuvasti vanhaa luukudosta, ja osteoblastit muodostavat uutta luuta syntetisoimalla osteoidia (proteiinimatriisia), joka sitten mineralisoituu solunulkoisen nesteen kalsiumilla ja fosfaatilla. Näitä paikalliseen luun imeytymis- ja muodostumisprosessiin osallistuvia solukomplekseja kutsutaan monisoluisiksi uudelleenmuodostusyksiköiksi.

Luun uudelleenmuodostuskohtien häiriöt johtuvat muodostumis- ja imeytymisprosessien välisen tasapainon muutoksesta kohti jälkimmäisten hallitsemaa, mikä johtaa luukatoa. Luukaton voimakkuus ja vakavuus riippuvat "luun vaihtuvuuden" nopeudesta. Luukudosprosessien hallitsevuus ja sen lisääntynyt mineralisaatio johtavat luumassan ja -tiheyden kasvuun – osteoskleroosiin.

Luukadon kliinisten, laboratoriokokeiden ja radiologisten ilmentymien kuvaamiseen käytetään yhteisnimitystä osteopenia. Osteopenian syitä ovat osteoporoosi, osteomalasia, primaarinen hyperparatyreoosi, myelooma, mastosytoosi ja munuaisten aiheuttama osteodystrofia.

Luumassan ja -tiheyden lisääntymistä kutsutaan osteoskleroosiksi. Osteoskleroosille on ominaista orgaanisen matriisin lisääntynyt muodostuminen, joka myöhemmin mineralisoituu, mikä johtaa luumassan ja -tiheyden kasvuun. Osteoskleroosia esiintyy yleensä kroonisen munuaisten vajaatoiminnan myöhäisvaiheissa.

Luukudosaineenvaihdunnan markkereita (luukudoksen muodostumisen markkereita) ovat alkalisen fosfataasin luuisoentsyymi, osteokalsiini ja tyypin I kollageenin C-terminaalinen propeptidi.

Kliinisessä käytännössä luun resorptiota mittaavina kriteereinä käytettyjä tärkeimpiä biokemiallisia parametreja ovat virtsaan erittynyt kalsium, tyypin I kollageenin N-terminaalinen propeptidi ja kollageenin pyridiinisidokset.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]