Nồng độ canxi và phosphate dịch ngoại bào liên quan với xương

Xương là hỗn hợp bởi chất căn bản tăng cường đáng kể bởi sự lắng đọng của muối canxi. Trung bình xương dài chứa 30% khối lượng là chất nền và 70% là muối. Xương mới hình thành có phần trăm chất căn bản cao hơn nhiều muối.

Chất căn bản xương

Chất căn bản xương bao gồm 90 đến 95 % là sợi collagen,còn lại là 1 chất đồng nhất sệt gọi là chất nền (ground substance). Sợi collagen kéo dài chính dọc theo chiều dài của lực căng và tạo cho xương độ bền.

Chất nền là hốn hợp của dịch ngoại bào thêm proteoglycans, đặc biệt là acid chondroitin sulfate và hyaluronic. Chức năng cụ thể của từng loại proteoglycans chưa được sáng tỏ,mặc dù chúng giúp điều chỉnh sự lắng đọng muối.

Muối xương

Tinh thể xương lắng đọng trên chất căn bản xương là hỗn hợp chính của calcium và phosphate. Công thức chủ yếu của muối tinh thể, được biết đến như là hydroxyapatit, có công thức như sau:

Ca10( PO4)6(OH)2

Mỗi tinh thể dài khoảng 400 angstroms, dày 10 đến 30 angstroms,và rộng 100 angstroms, có hình dáng như đĩa dài và mỏng. Tỉ lệ giữa canxi và phosphate có thể thay đổi đáng kể với điều kiện dinh dưỡng khác nhau,trong khoảng từ 1.3-2.0.

Na, K, Mg và ion carbonate cũng có mặt trong muối xương, mặc dù x-quang thất bại trong việc xác định chính xác cấu trúc muối tạo ra bởi chúng. Vì vậy, giả thuyết, chúng liên hợp với các tinh thể hydroxyapatite hơn là tự tổ chức thành các tinh thể riêng mình. Giả thuyết này khiến cho có thể có nhiều loại ion góp phần liên hợp tạo tinh thể muối xương từ hoàn toàn ngoại lai với xương, như là strontium, uranium, plutonium, đến các vật liêụ phóng xạ khác, chì vàng, các kim loại nặng khác. Sự lắng đọng các chất phóng xạ trong xương có thể gây nhiễm xạ kéo dài, và nếu có 1 lượng đủ lắng đọng, 1 osteo­genic sarcoma (bone cancer) có thể phát triển.

Độ căng giãn và sức chịu lực của xương

Mỗi sợi colagen của xương dài được tạo thành bởi sự lặp lại định kỳ của các đoạn mỗi 640 angstroms chiều dài; các tinh thể hydroxyapatite nằm bên cạnh mỗi đoạn của sợi và liên kết chặt chẽ với nó. Mối liên kết này ngăn chặn cắt “shear” trong xương; Nó ngăn chặn các tinh thể muối và các sợi collagen rời ra khỏi vị trí vốn có để tạo nên sức mạnh của xương. thêm vào đó, các phân đoạn của các sợi colagen cạnh nhau chồng chéo lên nhau, gây ra tinh thể hydroxyapatite cũng bị chồng chéo giống như các viên gach đan vào nhau trên bức tường.

Sợi colagen của xương, giống như ở trong gân, có một sức căng giãn tuyệt vời, trong khi đó muối canxi có 1 sức chịu lực tốt. Sự kết hợp này cộng thêm sự sắp xếp giữa chúng giữa chúng tạo nên một cấu trúc tuyệt vời cả về căng giãn và chịu lực.