Органические вещества Неорганические вещества

Содержание основных компонентов костей, особенно воды, жира и неорганических веществ с возрастом жи­вотных меняется (табл. 24).

В среднем кости имеют следующий химический со­став: вода 13,8—44,4%, коллаген 32—32,8%, минераль­ные вещества 28—53%, жир 1,3—26,9%.

Наиболее важными и характерными структурными элементами костей, имеющими промышленное значение, являются костная ткань и костный мозг.

 

Составные части

ТАБЛИЦА 24

Содержание (в %) в костях животных раз­ного возраста

1 месяц

1 год-

3—4

года

при рож­дении

стоит разрушительному влиянию микроорганизмов и других факторов. Исследование скелетов ископаемых млекопитающих показало, что хотя содержание орга­нических веществ в костях уменьшено, а минеральных увеличено,. выделяемый коллаген обладает характерны­ми для него свойствами.

 

56,11 1,92 2,29 16,29 23,39

65,67 0,57 4,61 13,59 15,56

21,45 16,28 1,17 16,10 45,00

20,88 18,05 1,23 15,40 37,17

Вода.....................................

Жир......................................

Органические вещества растворимые в воде . . нерастворимые в воде .

Неорганические вещества

КОСТНАЯ ТКАНЬ

Всостав костной ткани входят костные клетки — остео-циты и межклеточная субстанция, состоящая из межу­точного бесструктурного вещества и оформленных час­тиц — волокон. Межуточное вещество состоит из белко­вой основы — оссеомукоида, который в электронном микроскопе имеет вид аморфного вещества, обволакива­ющего, спаивающего или склеивающего коллагеновые волокна и заполняющего свободное пространство, а так­же из органических соединений, находящихся в тесной связи с минеральными веществами.

Из волокон коллагенового типа, расположенных па­раллельными рядами в виде тонких пучков, формируют­ся изогнутые пластинки (толщиной 4,5—11,0 мкм), трубки.

Основной структурной единицей костной.ткани явля­ется остеон (рис. 29). Это — цилиндр с центральным ка­налом, в котором проходят кровеносные сосуды. Канал окружен пластинками, внутри и снаружи расположены высокоупорядоченные пучки волокон коллагена, прони­занные тончайшими кристаллами неорганической природы.

Костная ткань характеризуется значительной твер­достью и упругостью, что объясняется ее особой струк­турой и своеобразным сочетанием морфологических ком­понентов, построенных из органических веществ, с мине­ральными соединениями, нерастворимыми в воде.

Благодаря своеобразию строения, химического соста­ва и большой плотности костная ткань стойко противо-

Рис. 29. Объемная схема строения остеона. В центре канал, содержа­щий кровеносные сосуды. Канал соединен узкими каналами с поло­стями, в которых присутствуют остеоциты. Концентрические слои состоят главным образом из гидроксилапатита, погруженного в раз­личным образом ориентированные волокна коллагена (косая штри­ховка) .

Химический состав

В костной ткани содержится 20—25% воды, 80—75% су­хого остатка, в том числе 30% белков и 45% неорганиче­ских соединений. У животных некоторых видов наблюда­ются значительные отклонения от этих показателей.

При обработке костной ткани слабыми кислотами (уксусной, разведенной соляной, фосфорной и др. ) мине­ральные вещества растворяются и остается мягкая, эластическая ткань — органическая часть костной ткани, так называемый оссеин.

Размягчение кости в результате удаления минераль­ных веществ называют мацерацией (лат. maceratio — размягчаю).

Органические вещества. Органическая основа костной ткани построена из белковых веществ, входящих глав­ным образом в структуру оссеина. Основной белок кост­ной ткани — коллаген — составляет 93% всех белков ткани. Состав оссеина (в %): влага 70, белковые вещест­ва 25—28, минеральные вещества 3, жиры 0,2.

 

Для очистки коллагена, входящего в состав оссеина, от других белков оссеин обрабатывают щелочью. На про­изводстве эта операция называется золкой. Наиболее пригодна для этой цели кальциевая щелочь Са(ОН)₂, так как при ее использовании снижается возможность гидро­лиза коллагена и его потеря благодаря небольшой раст­воримости Са(ОН)₂ (0,15—0,18%) и рН раствора 12— 13. Более активные щелочи, например едкий натр, хотя и резко ускоряют процесс, но вызывают значительную деструкцию коллагена.

Во время обработки оссеина щелочью ткань разрых­ляется; растворяются и удаляются органические и неко­торые белковые вещества (альбумины, глобулины). Осо­бенно важна операция золки для удаления муцинов и мукоидов, которые растворимы только в щелочной среде и не коагулируют при кипячении. Присутствие этих глю-копротеидов значительно снижает качество желатиьа. Во время золки коллаген набухает. После удаления ми­неральных и растворимых органических веществ колла­ген оссеина путем нагревания можно перевести в жела­тин.

В основном веществе костной ткани содержится ос-сеомукоид, по строению и физико-химическим свойствам (растворимость в щелочах) сходный с хондромукоидом (содержит эфирносвязанную серную кислоту).

Элементарный состав оссеомукоида (в %): угле­род 47,43, водород 6,63, азот 12,22, сера 2,32, кисло­род 31,40.

Стенки костных канальцев выстланы особым белком, более прочным, чем коллаген, похожим по свойствам на кератин, но растворимым в 1%-ном КОН и легко гидро-лизуемым пищеварительными ферментами. Остальное белки (альбумины, глобулины) присутствуют в незначи­тельных количествах.

Из других органических соединений в составе костной ткани в небольшом количестве имеются липиды, в част­ности 0,177—0,195% лецитина. В составе эпифизов обна­ружено 0,0169% гликогена, извлекаемого КОН, а в со­ставе диафизов — 0,0071 %.

Специфической особенностью костной ткани является содержание в ней значительного количества солей ли­монной кислоты — 70% от всего запаса ее в организме, что обусловлено особенностями биосинтеза ткани..

Минеральные вещества.Наиболее характерными ком­понентами костной ткани являются минеральные вещест­ва, составляющие ^lU объема, или '/г массы ткани. После прокаливания в кости остаются только минеральные ве­щества. Кость сохраняет свою форму, но лишенная ор­ганических веществ, становится весьма непрочной, хруп­кой, легко растирается в порошок; под микроскопом на шлифе такой кости в местах расположения костных ка­нальцев видны большие пустоты. Минеральные вещества представлены главным образом кальциевыми солями угольной и фосфорной кислоты, в меньшем количестве обнаружены магниевые соли фосфорной кислоты и еще меньше фтористого кальция. Около 99% всего кальция находится в составе скелета.

Ниже приведен солевой состав минеральных веществ костной ткани (в %).

Са₃(Р0₄)₂.......................... 85 СаС1₂..................................... 0,2

CaG0₃.............................. Ю Mg(PO*)₂............................. 1,5

CaF₂................................. 0,3

Элементарный состав зольных элементов костной ткани характеризуется следующими данными (в %).

СаО................................ \ 52 К₂0......................................... 0,2

MgO...................................... 1,2 С1........................................... 0,1

Р₂0₆ ..................... '. . 40,3 F ................................. .0,1

Na₂Q.................................... 1,1 С0₂......................................... 5,0

Соотношение солей основных минеральных соедине­ний костной ткани напоминает состав минерала апатита в форме гидроапатита

Са

>ро₄

(ОН)2

Са

Са/

Р0₄

Са'

В костной ткани образуются тончайшие кристаллы этого соединения, видимые под электронным микроско­пом. Кристаллы имеют вид палочек или игл толщиной от 1,5—3,0 нм и длиной до 20—40 нм. В 1 г кости содер-

 

7-454

7*

жится около 10¹⁶ кристаллов; общая поверхность их, до­ступная для взаимодействия с окружающей средой, со­ставляет около 100 м².

Кроме того, в составе ткани обнаружены многие мик­роэлементы: Al, Mn, Cu, Pb и др.

Остальные соли не входят в состав кристаллов, а ад­сорбируются на их поверхности. По-видимому, эти ульт-рамикрокристаллы находятся в тесной связи с органиче­скими соединениями ткани. С возрастом животного на­ряду с общим увеличением содержания минеральных веществ в костной ткани нарастает содержание карбона­тов и уменьшается количество фосфатов. В результате такого изменения кости утрачивают упругость и стано­вятся более хрупкими.

Биохимические процессы

Несмотря на видимую инертность, прочность и непо­движность костей, в них происходит постоянный обмен веществ и возобновление тканевых элементов. При жизни животного костная ткань образуется как из соединитель­ной, так и из хрящевой ткани.

В образовании костной ткани большую роль играют костные клетки — остеобласты, богатые РНК, что связа­но с участием их в синтезе белков. В явлениях минера­лизации огромное значение имеет фермент фосфатаза (щелочная), для которой характерна высокая активность именно в костной ткани. Фосфатаза катализирует гидро­лиз фосфатных эфиров органических соединений, глав­ным образом гексозофосфата или глицерофосфата, по­ступающих в костную ткань с током крови

ОН
/ + н₂о
R—СН₂—О—Р=0------------- >■ R—СН₂ОН + Н₃Р0₄

\^ Фосфатаза

он

В дальнейшем фосфорная кислота взаимодействует с кальциевыми солями, в результате чего СаНР0₄ осажда­ется, а затем в результате адсорбции ионов кальция об­разуется Са₃(Р0₄)2. В процессах переноса кальция ак­тивная роль принадлежит лимонной кислоте.

Осадок изменяется, приближаясь по структуре к апа­титу. Вслед за этим фосфаты адсорбируют из раствора

карбонаты. Кристаллы формируются в каких-то опреде­ленных участках коллагеновой структуры, центрах кон­денсации кристаллов, расположенных вдоль оси волокна через регулярные интервалы.

С помощью Р³² и Са⁴⁵ было показано, что ежедневно обновляется от 10 до 20% минерального состава костной ткани. Обмен коллагена протекает медленнее, как это бы­ло установлено с помощью меченого глицина.

На процесс образования костной ткани влияют гор­моны зобной и паращитовидных желез, гипофиза, поло­вые гормоны, а также витамины D и С (витамин D участвует в регуляции обмена кальция и фосфата и тем самым способствует процессу окостенения).

При нарушении фосфорно-кальциевого обмена (в слу­чае недостатка витамина D) кости утрачивают твердость, так как содержание минеральных солей снижается до 34—19% массы сухой кости (рахит).

КОСТНЫЙ МОЗГ

Костный мозг заполняет костномозговые полости. Его основой является сетчатая (ретикулярная) ткань, в пет­лях которой расположены разнообразные клеточные эле­менты: эритроциты, эритробласты, лимфоциты, лейко-бласты и различные по форме и возрасту кровяные клет­ки. Кроме того, здесь располагаются большие жировые клетки.

При небольшом количестве жировых клеток костный мозг окрашен в красный цвет, а при преобладании их он приобретает желтоватый оттенок. В связи с этим разли­чают красный и желтый костный мозг. Красному костно­му мозгу принадлежит основная роль в кроветворении. Эта функция мозга регулируется сложным нервно-гумо­ральным механизмом. Важное значение имеют также ви­тамины В12, B₆, фолиевая и аскорбиновая кислоты, ионы железа.

Оба вида мозга различаются и по химическому со­ставу. В желтом костном мозге, являющемся запасным питательным веществом, содержатся в основном жиры и в меньшем количестве холинфосфатиды, холестерин, бел­ки и минеральные вещества. Воды в мозге 1,5—21%, в среднем 14,7%. В сухом остатке желтого мозга 98,1% жи­ра, 0,30% холестерина, 0,18% лецитина и 0,17% золы.

Красный костный мозг характеризуется Следующим соотношением основных компонентов (в %):вода 67,4, су­хое вещество 32,6, в том числе белок 11,6,жир 17,9, мине­ральные вещества 3,0.

В составе жиров костного мозга преобладают пальми­тиновая, олеиновая, стеариновая кислоты (табл. 25).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

		ТАБЛИЦА 25
	Кислота		Содержание в	кислот (в %) мозге
	красном				желтом
Олеиновая . .			47,4 36,3 16,4				78 0
Стеариновая			14,2
Пальмитиновая			7 8

Помимо компонентов, общих с желтым мозгом, в со­ставе красного мозга встречаются в значительном коли­честве белки, а также различные экстрактивные вещест­ва: инозит, молочная и лимонная кислоты, гипоксантин. Из белков содержится 0,39% (к свежему веществу) фиб­риногена, 1% глобулина, 1,52% альбумина. Характерно также наличие особых железосодержащих белков, в част­ности фееритина, — вероятных предшественников гемо­глобина. В красном мозгу обнаружен также протромбин.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСТЕЙ

Кости убойных животных составляют до 20% массы ту­ши крупного и мелкого рогатого скота и используются для пищевых целей. На мясокомбинатах из них выделя­ют пищевой костный жир.

Большое количество олеиновой кислоты, белков и экстрактивных веществ в костном жире создает условия для его сравнительно быстрой гидролитической и окис­лительной порчи. Вместе с тем костный мозг, особенно красный, благодаря наличию белков и экстрактивных ве­ществ представляет собой чрезвычайно благоприятную среду для развития микрофлоры и весьма быстро может подвергаться гнилостным изменениям. Чаще всего порча жиров в костях протекает одновременно с развитием гни­лостных процессов.

Как уже отмечалось, костная ткань после извлечения жира подвергается мацерации, золке и затем использу­ется для получения желатина и клея. В последнее время из костной ткани стали изготовлять один из кровезаме-няющих препаратов — оссеиноль.

ХРЯЩЕВАЯ ТКАНЬ

Хрящевая ткань является одним из компонентов скелета» Она состоит из сильно развитого аморфного межклеточ­ного (основного) плотного вещества, в котором встреча­ются клетки, тончайшие волоконца, капельки жира и глыбки гликогена.

Хрящи имеют различное строение в зависимости от выполняемых функций. Различают хрящи гиалиновый (стекловидный), волокнистый (соединительнотканный) и эластический. По внешнему виду гиалиновый хрящ (на­пример, трахеи) — вещество однородное по строению, полупрозрачное, молочно-белого или синеватого цвета.

После обработки поверхности хряща марганцовокис­лым калием выступает его волокнистая основа.

В составе эластического хряща (ушная раковина) преобладают эластические волокна, а в волокнистом хря­ще (встречается в месте перехода сухожилий в гиалино­вый хрящ) содержатся коллагеновые волокна, объеди­ненные в параллельные пучки.

В хрящевой ткани воды содержится больше, а мине­ральных веществ меньше, чем в костной ткани. Об этом свидетельствуют приводимые ниже показатели (в%).

Вода............................................................... ..... 40—70

Минеральные вещества ........ 2—10

Органические вещества .................... ..... 28

В том числе:

белки.................................................... . 17—20

жиры....................................................... ..... 3—5

гликоген и др...-..'.................. ..... 1

Наиболее важными составными частями основного вещества хрящей являются хондромукоид, мукополиса-хариды (хондроитинсерная кислота), коллаген, протеи-ноид (неизвестный по свойствам), отличный от кератина и коллагена, а также другие органические и минераль­ные вещества.

 

X он д ром у кои д — сложный белок, характерный для хрящевой ткани глюкопротеид, по-видимому, про­дукт деструкции коллагена, связанный с хондроитин-серной кислотой. Элементарный состав его (в %): угле­род 47,40, водород 6,42, азот 12,58, сера 2,42, кисло­род 31,28.

В образовании соединения коллагена с хондроитин-серной кислотой участвуют солеобразные связи между отрицательными функциональными группами коллагена и положительными группами мукополисахарида. Хонд-ромукоид и свободная хондроитинсерная кислота состав­ляют цементирующую (стекловидную) основу хрящей.

Хондроинтинсерная кислота (мукополиса-харид) является высокополимерным соединением, моле­кулярная масса которого 260 000. Состоит он из эквимо­лекулярных количеств глюкуроновой кислоты, ацетиль­ного производного аминогалактазы и серной кислоты, довольно легко растворяется в воде; при осаждении об­разуется белый аморфный осадок

I

CH,-0-SO„OH HOO.S-0-CH»

НО-С-Нсерной НО-С-Н I кислоты

Н-С-Н-С-ОН

Н-С------- н-с-он

N-C—Н °

Н,С-С ., II I | U ' II I ОН I О Н | Остаток '_ j н_с уксусной « Y _____ „ ___ 0. кислоты I и "Л ™Y,, О Н ОН ОН Н

О

Остаток

, . I I I I 1 I I ноос-с-с-с—с-с-о-с—с—с-с-с—озон

I I I I I I I I I I

Н Н..ОНН П Н Н ОНН Н

Остаток глюкуроновой кислоты

Хондроитинсерная кислота

Хондроинтинсерная кислота является парной эфиро-серной кислотой. Водные растворы ее солей характеризу­ются высокой вязкостью. Мукополисахарид быстро дег­радирует в присутствии щелочей, особенно при темпера­туре выше 0°С. При нагревании с разведенной соляной кислотой хондроитинсерная кислота расщепляется на хондроитин и серную кислоту. В случае отщепления ук­сусной кислоты образуется хондрозин, который при даль­нейшем гидролизе распадается на основные компонен­ты — глюкуроновую кислоту и аминогалактозу.

Важным свойством хондроитинсерной кислоты явля­ется ее способность образовывать солеобразные соедине­ния с различными белками. Помимо коллагена, такие со­единения получены с проколлагеном, яичным альбуми­ном, эдестином, нуклеопротеидами и другими белками. По-видимому, этим объясняется цементирующая роль мукополисахаридов в хрящевой ткани.

Хондроитинсерная кислота встречается преимущест­венно в гиалиновом хряще. С возрастом в ткани гиали­нового хряща откладываются соли кальция (обызвеств­ление). Эластический хрящ в отличие от гиалинового не обызвествляется.

Хрящи используют в пищевых целях и направляют на выработку желатина и клея.

При нагревании хрящей в воде температурой свы­ше 70° С коллаген переходит в желатин и затем в жела-тозы.

Значительное содержание мукополисахаридов и му-копротеидов в хряще затрудняет его переработку при по­лучении желатина. Мукополисахариды и мукопротеиды не коагулируют при кипячении, поэтому в случае непол­ного удаления из ткани могут при нагревании перейти в раствор вместе с желатином. Наличие в растворе желати­на глюкополисахаридов и протеидов уменьшает его вяз­кость и снижает прочность студня. Поэтому из хрящей трудно получить желатин и клей высокого качества. Из хрящей трахеи и носа изготовляется препарат «Хонсу-рид», состоящий в основном из калиевой соли хондрои­тинсерной кислоты. Препарат стимулирует восстанови­тельные процессы при заживлении ран, синтез коллагена, мукополисахаридов.