Vrste formiranja kostiju
Kost nastaje u embriju na dva opća načina. Za većinu kosti opći oblik je najprije postavljen kao model hrskavice, koji se zatim progresivno zamjenjuje kosti (stvaranje endohondralne kosti). Nekoliko kostiju (poput klavikule i kalvarijuma) razvija se u kondenziranom području vlaknastog tkiva bez hrskavičnog međuprodukta (formiranje membranskih kostiju). U dugim kostima ovratnik spužvaste membranske kosti najprije se polaže u vlaknasta tkiva koja okružuju hrskavični model osovine. Istodobno, hrskavica duboko do ovog ovratnika počinje se degenerirati i kalcificirati. Tada kost prodire kroz krvne žile, koje prerastu u degenerirajući model i uklanjaju kalcificiranu hrskavicu zatvorenu u ogrlicu. Vaskularna invazija nastavlja se prema oba kraja modela paralelno s nastavkom produženja koštanog ovratnika. To ostavlja strukturu koja se sastoji od dvije hrskavične epifize na krajevima šuplje koštane osovine.
Od ovog trenutka rast se odvija na dva načina. Radijalni rast nastaje taloženjem nove kosti na periostealnoj površini i otprilike ekvivalentnom resorpcijom na endostealnoj površini. Uzdužni rast uključuje zamjenu hrskavice kostima sa strane osovine ploče za rast, brzinom koja se podudara sa brzinom proizvodnje novog hrskavice od same ploče. Ploča za rast sastoji se od visoko poredanih redova hrskavičnih stanica; red najudaljenije uklonjen iz koštane osovine je bazalni ili germinalni sloj, odgovoran za umnožavanje stanica i rast hrskavice. Složeni niz uzdužnog rasta sastoji se od degeneracije stanica hrskavice koja je najudaljenija od germinalnog sloja, kalcifikacije hrskavice na tom području, nalaganja nad njom tankog sloja prave kosti (primarne spongioze) i, na kraju, osteoklastičke resorpcije za širenje medularne šupljine paralelno s uzdužnim rastom i preoblikovati konturu osovine.
Ovaj postupak rasta hrskavice, degeneracije, kalcifikacija i konačna zamjena kostiju odgovoran je za većinu rasta u kralježnjacima. Najprije započinje u embriju i nastavlja se do pune zrelosti skeleta, kada se kod većine vrsta ploče za rast rastane i nestanu.
Pojava centara za okoštavanje epifizije i njihova konačna fuzija, a oba se mogu detektirati običnim X-zrakama, obično slijede uredan i predvidljiv slijed koji je od velike vrijednosti u procjeni poremećaja rasta i razvoja. Zbog komplicirane interakcije nekoliko tkivnih elemenata u procesu endohondralne okosnice, metafizičko područje kostiju je sjedište mnogih vrsta prehrambenih ili metaboličkih poremećaja rasta ili se na njih vidljivo odražava. Primjeri poremećaja koji uključuju ovaj mehanizam rasta uključuju rahitis i ahondroplastični patuljasti.
Fiziologija kostiju
Ravnoteža kalcija i fosfata
Važna koliko i strukturna svojstva kostiju igra ulogu kosti u održavanju ionskog sastava krvi i intersticijskih tekućina u tijelu. Svi kralježnjaci koji imaju stvarne kosti pokazuju koncentracije kalcijevih iona u tekućini u tekućini od približno 50 mg po litri (1,25 milimola) i koncentracije fosfora u rasponu od 30 do 100 mg po litri (1–3 milimola). Ove razine, posebno one kalcija, izuzetno su važne za održavanje normalne živčano-mišićne funkcije, interneuronalni prijenos, integritet i propusnost stanične membrane i zgrušavanje krvi. Čvrsta konstanta s kojom se održava razina kalcija, kako u pojedinačnim tako iu svim višim razredima kralježnjaka, svjedoči o biološkoj važnosti takve regulacije. Otprilike 99 posto ukupnog tjelesnog kalcija i 85 posto ukupnog tjelesnog fosfora živi u mineralnim naslagama kosti; stoga je kost kvantitativno u stanju posredovati u prilagođavanju koncentracije ta dva iona u tjelesnim tekućinama u cirkulaciji. Takva podešavanja omogućuju tri hormonska kontrolna kruga (upravljački sustavi s povratnom informacijom) i najmanje tri mehanizma lokalnog djelovanja. Hormonske petlje uključuju paratiroidni hormon (PTH), kalcitonin (CT) i vitamin D i bave se isključivo regulacijom koncentracije kalcijevih iona i fosfornih iona.
PTH i vitamin D djeluju na povećanje razine ioniziranog kalcija u tjelesnim tekućinama, a CT (iz ultimobranhijalnog tijela ili C stanica štitne žlijezde) djeluje na njihovo smanjivanje. Izlučivanje svakog hormona kontrolira se razinom kalcijevog iona u krvi koja cirkulira. U normalnim koncentracijama kalcija, niska je razina sekrecije sva tri hormona. Kada nivo ioniziranog kalcija u krvi padne, dolazi do skoro trenutnog porasta sinteze i sekrecije PTH. PTH ima tri glavna djelovanja u održavanju koncentracija kalcija u krvi. Izravno potiče bubrege da pojačaju tubularnu reapsorpciju kalcija iz ultrafiltrata koji bi se inače izlučio u urinu. Također potiče bubreg na aktiviranje glavnog cirkulirajućeg oblika vitamina D u kalcitriju. Kalcitrijal ulazi u cirkulaciju i putuje u tanko crijevo gdje djeluje na povećanje učinkovitosti apsorpcije dijetalnog kalcija u krvotok.
PTH i kalcitrijal također mogu potaknuti osteoblaste na stvaranje faktora diferencijacije osteoklasta (ODF). Osteoblasti koji na svojim površinama imaju ODF mogu komunicirati sa stanicama prekursora osteoklasta (monocita) kako bi ih natjerali da postanu zreli osteoklasti. Osteoklasti zauzvrat oslobađaju klorovodičnu kiselinu i enzime u mineraliziranu kost i oslobađaju kalcij i fosfor u cirkulaciju. Stoga, kada nema dovoljno kalcija u prehrani da bi zadovoljilo tjelesne potrebe za kalcijem, i PTH i kalcitrijalno djeluju zajedno s osteoblastima da bi prikupili prekursore osteoklasta da postanu zreli osteoklasti. Kad su tjelesne potrebe za kalcijem zadovoljene odgovarajućim prehrambenim unosom kalcija, i PTH i kalcitrijal djeluju na osteoblaste da povećaju njihovu aktivnost, što rezultira povećanim stvaranjem i mineralizacijom kostiju. Kalcitonin je jedini hormon koji izravno djeluje na osteoklaste, koji imaju receptor za to. Smanjuje zrelu osteoklastičnu aktivnost i na taj način inhibira njihovu funkciju.
PTH i kalcitrial također su važni u održavanju razine fosfora u serumu. PTH ometa reapsorpciju fosfora bubrežnog tubula, uzrokujući pojačanu bubrežnu ekskreciju fosfora. Ovaj mehanizam, koji služi za snižavanje razine fosfora u krvi, značajan je jer visoka razina fosfata inhibira, a niska povećava osteoklastičnu reapsorpciju. Sam kalcijev ion ima slične učinke na osteoklastični proces: visoka razina inhibira, a niska povećavaju učinak agensa koji djeluju sistemski, poput PTH. S druge strane, PTH potiče proizvodnju kalcitrijala, što zauzvrat potiče tanko crijevo da poveća svoju učinkovitost apsorpcije prehrambenog fosfora.
Manjak vitamina D rezultira lošom mineralizacijom skeleta, uzrokujući rahit u djece i osteomalaciju kod odraslih. Kvar mineralizacije nastaje zbog smanjenja učinkovitosti apsorpcije kalcija u crijevima, što rezultira smanjenjem koncentracije ioniziranog kalcija u krvi. To dovodi do povećanja PTH u cirkulaciji, što povećava serumski kalcij i smanjuje fosfor u serumu zbog pojačanog izlučivanja fosfora u urinu.
Točna funkcija kalcitonina nije potpuno razumljiva. Međutim, može nadoknaditi povišenje razine visokog kalcijevog iona smanjenjem aktivnosti osteoklasta, što rezultira inhibicijom apsorpcije kosti.
