Osteoklasty – powstawanie, budowa i funkcje komórek kościogubnych

Osteoklasty, komórki kościogubne, to wielojądrzaste komórki zwierzęce, które posiadają zdolność rozpuszczania i resorpcji tkanki kostnej. Są rodzajem makrofagów wywodzących się ze szpiku kostnego. Posiadają duże znaczenie w warunkach prawidłowego kształtowania się kości, procesów zrostu po złamaniach oraz w chorobach kości. Główną funkcją osteoklastów jest niszczenie kości. Tkanka kostna zbudowana jest z substancji pozakomórkowej i komórek kości. W skład ECM wchodzą: osteoid oraz substancja nieorganiczna, czyli minerał kości. Wśród komórek kości, które stanowią około 5% masy tkanki kostnej wyróżnia się komórki osteogenne, osteoblasty, komórki wyścielające, osteocyty i osteoklasty.

Osteoklastogeneza, czyli powstawanie osteoklastów, jest procesem kilkuetapowym. Składa się na niego: rekrutacja komórek, ich różnicowanie oraz fuzja jednojądrzastych prekursorów osteoklastów w dojrzałe, aktywne formy wielojądrzaste. Komórki kościogubne powstają przez fuzję makrofagów jednojądrowych, która jest inicjowana przez witaminę D. Ich produkcja jest pobudzana przez białka, które wytwarzane są przez osteoblasty. Komórki prekursorowe różnicują się, a następnie łączą ze sobą tworząc dojrzałą i w pełni aktywną, wielojądrową komórkę.

Osteoklasty (komórki kościogubne) są wielojądrzastymi komórkami o średnicy około 100µm. Swoją budową i funkcją przypominają makrofagi. Są owalnymi polikariocytami. Mają od 5 do 10 jąder komórkowych, a ich cytoplazma jest kwasochłonna i bogata w lizosomy, mitochondria i polirybosomy. Aktywne komórki leżą w tzw. zatokach erozyjnych – zagłębieniach kości. Komórki kościogubne posiadają specyficzną budowę, która wynika z pełnionej przez nie funkcji. Osteoklasty czynnie uczestniczą w resorpcji kości, stąd posiadają rozbudowany aparat Golgiego oraz kwasochłonną cytoplazmę bogatą w lizosomy i mitochondria. Ich cechą charakterystyczną jest to, że na powierzchni komórek mają wiele wypustek cytoplazmatycznych, co zwiększa powierzchnię ich styku z macierzą międzykomórkową kości.

Podstawową funkcją osteoklastów jest resorpcja kości. To powolne wchłanianie składników mineralnych kości, które prowadzi do jej wymiany lub zaniku. W prawidłowo funkcjonującym organizmie jest to proces naturalny. Dzięki niemu możliwa jest odnowa tkanki kostnej. Resorpcja kości jest procesem zapewniającym odpowiednie modelowanie kości i utrzymanie ich właściwej wytrzymałości mechanicznej. Na proces kostnienia składają się dwie zasadnicze przemiany: osteoklastogeneza i osteoblastogeneza. Równowaga jaka istnieje pomiędzy tymi procesami odpowiada za proces remodelacji kostnej.

Remodelacja tkanki kostnej obejmuje zarówno kość gąbczastą, jak i zbitą. Na drodze remodelacji każdego roku odnowieniu ulega około 10% kości szkieletu. Jest to możliwe dzięki wzajemnej interakcji dwóch rodzajów komórek kostnych: osteoklastów i osteoblastów, które współpracują ze sobą w miejscach na powierzchni kości zwanych jednostkami przebudowy kości.

Jak przebiega proces resorpcji?

Osteoklast przylega do kości i wydziela protony, które zakwaszają środowisko. Wydzielają enzymy – hydrolazy, prowadzące do uwolnienia protonów H+ (i lokalnego zakwaszenia środowiska). To prowadzi do rozpuszczenia składników nieorganicznych składników macierzy pozakomórkowej. Następnie składniki organiczne części istoty zewnątrzkomórkowej są trawione przez enzymy lizosomalne. Pofragmentowane struktury organiczne są fagocytowane i trawione wewnątrzkomórkowo. Proces ten odbywa się przy udziale osteoblastów, które to pobudzają różnicowanie się komórek kościogubnych - osteoklastów.

Czynność komórek jest pobudzana przez parathormon, a hamowana przez kalcytoninę, pośrednio przez estrogeny (wydzielanie kalcytoniny przez komórki tarczycy jest stymulowane przez estrogeny). To dlatego zmniejszenie ich stężenia w wieku pomenopauzalnym prowadzi do zbyt dużej aktywności osteoklastów i w rezultacie osteoporozy. Na nasilenie czynności wpływają cytokiny wydzielane przez limfocyty T. Warto pamiętać, że w nadmiernej ilości prowadzą do osteoporozy.

Na funkcjonowanie osteoklastów wpływa nie tylko parathormon, ale i witamina D3. Choć same osteoklasty nie posiadają receptorów tych związków, pobudzenie komórek jest realizowane poprzez połączenie RANKL-RANK z osteoblastami.