骨の鉱物成分の性質と石灰化のメカニズム

物理化学の観点から、骨のCa-Pの固相の形成は、水からの氷の形成によって例示されるプロセスである相変換を表しています。鉱化された組織の細胞および細胞外組織空間の一般的に、特に骨の細胞外組織空間の構造的な複雑さと存在量を考慮すると、この相変換は、均一な核形成によって起こることは考えられません。NucleAtor。これは、一般的な生物学的鉱化作用にはほぼ確実です。電子顕微鏡写真と低角度中性子およびX線回折研究は、コラーゲンフィブリルの石灰化が非常に親密で高度に組織化されたファッションで発生することを明確に示しています。長軸を持つホールゾーン領域のコラーゲンフィブリル内の結晶形成の開始-axis）は、それらが配置されているフィブリルの長軸にほぼ平行に整列しています。結晶は、最初は不機嫌な領域で分離された個々のフィブリル内の穴ゾーン領域で形成されます。石灰化は、空間的に異なる核生成部位で開始されます。これは、単一の無視されたフィブリル内のこのような領域が、不均一な核生成の独立した部位を表していることを示しています。明らかに、隣接するコラーゲンフィブリルでミネラル化が開始される場所はさらに分離されており、コラーゲンフィブリル、したがって組織の進行性石灰化のプロセスが、追加の追加内の独立した核生成部位の増加の存在によって主に特徴付けられることをさらに明確に強調しています。コラーゲンフィブリルのホールゾーン領域。Ca-Pアパタイトの質量の増加は、主に穴ゾーン領域に最初に堆積した結晶からの二次核生成により、より多くの結晶の増殖によって主に生じます。結晶の追加の成長は時間とともにほとんど発生しません。鉱物質量の追加の増加は、結晶のサイズ（結晶成長）ではなく、結晶の数の増加（乗算）の結果です。コラーゲン繊維内の結晶は、数が、おそらくサイズが成長し、コラーゲンフィブリルのオーバーラップゾーン（「毛穴」）に伸びているため、フィブリル内の利用可能なスペースはすべて、拡張されていないレベルから膨張している可能性があります。最終的には鉱物結晶によって占有されます。個別の組織成分とコンパートメント（コラーゲン、ミトコンドリア、マトリックス小胞）の石灰化は、独立した物理化学イベントでなければならないことを認識しなければなりません。

From the physical chemical standpoint, the formation of a solid phase of Ca-P in bone represents a phase transformation, a process exemplified by the formation of ice from water. Considering the structural complexity and abundance of highly organized macromolecules in the cells and extracellular tissue spaces of mineralized tissues generally and in bone particularly, it is inconceivable that this phase transformation occurs by homogeneous nucleation, i.e., without the active participation of an organic component acting as a nucleator. This is almost surely true in biologic mineralization in general. Electron micrographs and low-angle neutron and X-ray diffraction studies clearly show that calcification of collagen fibrils occurs in an extremely intimate and highly organized fashion: initiation of crystal formation within the collagen fibrils in the hole zone region, with the long axes (c-axis) of the crystals aligned roughly parallel to the long axis of the fibril within which they are located. Crystals are initially formed in hole zone regions within individual fibrils separated by unmineralized regions. Calcification is initiated in spatially distinct nucleation sites. This indicates that such regions within a single, undirectional fibril represents independent sites for heterogeneous nucleation. Clearly, sites where mineralization is initiated in adjacent collagen fibrils are even further separated, emphasizing even more clearly that the process of progressive calcification of the collagen fibrils and therefore of the tissue is characterized principally by the presence of increasing numbers of independent nucleation sites within additional hole zone regions of the collagen fibrils. The increase in the mass of Ca-P apatite accrues principally by multiplication of more crystals, mostly by secondary nucleation from the crystals initially deposited in the hole zone region. Very little additional growth of the crystals occurs with time, the additional increase in mineral mass being principally the result of increase in the number of crystals (multiplication), not size of the crystals (crystal growth). The crystals within the collagen fibers grow in number and possibly in size to extend into the overlap zone of the collagen fibrils ("pores") so that all of the available space within the fibrils, which has possibly expanded in volume from its uncalcified level, is eventually occupied by the mineral crystals. It must be recognized that the calcification of separate tissue components and compartments (collagen, mitochondria, matrix vesicles) must be an independent physical chemical event.(ABSTRACT TRUNCATED AT 400 WORDS)