^

Kalusugan

Osteoarthritis: paano nakaayos ang articular cartilage?

, Medikal na editor
Huling nasuri: 04.07.2025
Fact-checked
х

Ang lahat ng nilalaman ng iLive ay medikal na nasuri o naka-check ang katotohanan upang masiguro ang mas tumpak na katumpakan hangga't maaari.

Mayroon kaming mahigpit na mga panuntunan sa pag-uukulan at nag-uugnay lamang sa mga kagalang-galang na mga site ng media, mga institusyong pang-akademikong pananaliksik at, hangga't maaari, ang mga pag-aaral ng medikal na pag-aaral. Tandaan na ang mga numero sa panaklong ([1], [2], atbp) ay maaaring i-click na mga link sa mga pag-aaral na ito.

Kung sa tingin mo na ang alinman sa aming nilalaman ay hindi tumpak, hindi napapanahon, o kung hindi pinag-uusapan, mangyaring piliin ito at pindutin ang Ctrl + Enter.

Ang normal na articular cartilage ay gumaganap ng dalawang pangunahing pag-andar: sumisipsip ng presyon sa pamamagitan ng pagpapapangit sa panahon ng mekanikal na pag-load at pagbibigay ng kinis ng mga articular na ibabaw, na nagbibigay-daan upang mabawasan ang alitan sa panahon ng magkasanib na paggalaw. Ito ay tinitiyak ng natatanging istraktura ng articular cartilage, na binubuo ng mga chondroitin na nakalubog sa extracellular matrix (ECM).

Ang normal na adult na articular cartilage ay maaaring nahahati sa ilang mga layer o zone: ang superficial o tangential zone, ang transitional zone, ang deep o radial zone, at ang calcified zone. Ang layer sa pagitan ng mababaw at transitional zone at lalo na sa pagitan ng transitional at deep zone ay walang malinaw na hangganan. Ang junction sa pagitan ng noncalcified at calcified articular cartilage ay tinatawag na "wavy border" - isang linya na nakikita kapag nabahiran ng decalcified tissue. Ang calcified zone ng cartilage ay bumubuo ng medyo pare-pareho na proporsyon (6-8%) ng kabuuang cartilage cross-sectional height. Ang kabuuang kapal ng articular cartilage, kabilang ang calcified cartilage zone, ay nag-iiba depende sa pagkarga sa isang partikular na lugar ng articular surface at sa uri ng joint. Ang intermittent hydrostatic pressure sa subchondral bone ay may mahalagang papel sa pagpapanatili ng normal na istraktura ng cartilage sa pamamagitan ng pagbagal ng ossification.

Ang mga Chondrocytes ay bumubuo ng humigit-kumulang 2-3% ng kabuuang masa ng tissue; sa mababaw (tangential) zone sila ay matatagpuan kasama, at sa malalim (radial) zone - patayo sa ibabaw ng kartilago; sa transition zone, ang mga chondrocytes ay bumubuo ng mga grupo ng 2-4 na mga cell na nakakalat sa buong matrix. Depende sa zone ng articular cartilage, ang density ng chondrocytes ay nag-iiba - ang pinakamataas na density ng cell ay nasa mababaw na zone, ang pinakamababa - sa calcified zone. Bilang karagdagan, ang density ng pamamahagi ng cell ay nag-iiba mula sa magkasanib na magkasanib, ito ay inversely proporsyonal sa kapal ng kartilago at ang pagkarga na nararanasan ng kaukulang lugar.

Ang pinaka-mababaw na matatagpuan chondrocytes ay discoid at bumubuo ng ilang mga layer ng mga cell sa tangential zone na matatagpuan sa ibaba ng isang makitid na strip ng matrix; ang mas malalalim na matatagpuan na mga cell ng zone na ito ay may posibilidad na magkaroon ng mas hindi pantay na mga contour. Sa transitional zone, ang mga chondrocytes ay spherical, kung minsan sila ay pinagsama sa maliliit na grupo na nakakalat sa matrix. Ang mga Chondrocytes ng malalim na zone ay nakararami sa hugis na ellipsoid, na pinagsama sa mga radially na matatagpuan na mga chain ng 2-6 na mga cell. Sa calcified zone, sila ay ibinahagi nang mas kaunti; ang ilan sa mga ito ay necrotic, bagaman karamihan ay mabubuhay. Ang mga cell ay napapalibutan ng hindi na-calcified matrix, ang intercellular space ay na-calcified.

Kaya, ang articular cartilage ng tao ay binubuo ng hydrated ECM at mga cell na nahuhulog dito, na bumubuo ng 2-3% ng kabuuang dami ng tissue. Dahil ang tissue ng cartilage ay walang dugo o lymphatic vessel, ang interaksyon sa pagitan ng mga cell, paghahatid ng nutrients sa kanila, at pag-alis ng mga metabolic na produkto ay isinasagawa sa pamamagitan ng diffusion sa pamamagitan ng ECM. Sa kabila ng katotohanan na ang mga chondrocytes ay napaka-aktibo sa metabolically, hindi sila karaniwang nahahati sa mga matatanda. Ang mga Chondrocyte ay umiiral sa isang kapaligiran na walang oxygen, at ang kanilang metabolismo ay pinaniniwalaan na higit sa lahat ay anaerobic.

Ang bawat chondrocyte ay isinasaalang-alang bilang isang hiwalay na metabolic unit ng cartilage, na nakahiwalay sa mga kalapit na selula, ngunit responsable para sa paggawa ng mga elemento ng ECM sa agarang paligid ng naibigay na cell at ang pagpapanatili ng komposisyon nito.

Ang ECM ay nahahati sa tatlong seksyon, bawat isa ay may natatanging morphological na istraktura at isang tiyak na biochemical na komposisyon. Ang ECM na kaagad na katabi ng chondrocyte basement membrane ay tinatawag na pericellular, o lacunar, matrix. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na nilalaman ng mga pinagsama-samang proteoglycan na nauugnay sa cell sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng hyaluronic acid sa mga receptor na tulad ng CD44, at isang kamag-anak na kawalan ng organisadong collagen fibrils. Direktang katabi ng pericellular matrix ay ang teritoryal, o capsular, matrix, na binubuo ng isang network ng intersecting fibrillar collagens na sumasaklaw sa mga indibidwal na cell o (minsan) mga grupo ng mga cell, na bumubuo ng isang chondron, at marahil ay nagbibigay ng espesyal na mekanikal na suporta para sa mga cell. Ang pakikipag-ugnay sa mga chondrocytes na may capsular matrix ay nakakamit sa pamamagitan ng maraming mga cytoplasmic na proseso na mayaman sa microfilaments, pati na rin sa pamamagitan ng mga tiyak na molekula ng matrix tulad ng ancorin at CD44-like receptors. Ang pinakamalaki at pinakamalayo na seksyon ng ECM mula sa chondrocyte basement membrane ay ang interterritorial matrix, na naglalaman ng pinakamaraming bilang ng collagen fibrils at proteoglycans.

Ang paghahati ng ECM sa mga compartment ay mas malinaw na tinukoy sa adult articular cartilage kaysa sa immature articular cartilage. Ang kamag-anak na laki ng bawat kompartimento ay nag-iiba hindi lamang sa pagitan ng mga kasukasuan kundi maging sa loob ng parehong kartilago. Ang bawat chondrocyte ay gumagawa ng isang matrix na pumapalibot dito. Ayon sa pananaliksik, ang mga chondrocytes ng mature cartilage tissue ay nagsasagawa ng aktibong metabolic control sa kanilang pericellular at territorial matrice, at sila ay hindi gaanong aktibong kontrol sa interterritorial matrix, na maaaring metabolically "inert."

Tulad ng nabanggit kanina, ang articular cartilage ay pangunahing binubuo ng malawak na ECM na na-synthesize at kinokontrol ng mga chondrocytes. Ang mga macromolecule ng tissue at ang kanilang mga konsentrasyon ay nagbabago sa buong buhay alinsunod sa pagbabago ng mga pangangailangan sa paggana. Gayunpaman, nananatiling hindi malinaw kung ang mga cell ay synthesize ang buong matrix nang sabay-sabay o sa ilang mga yugto alinsunod sa mga pangangailangan sa physiological. Ang konsentrasyon ng mga macromolecules, ang metabolic balanse sa pagitan ng mga ito, ang kanilang mga relasyon at pakikipag-ugnayan ay tumutukoy sa mga biochemical na katangian at, samakatuwid, ang pag-andar ng articular cartilage sa loob ng isang solong joint. Ang pangunahing bahagi ng ECM ng adult articular cartilage ay tubig (65-70% ng kabuuang masa), na mahigpit na nakagapos sa loob nito dahil sa mga espesyal na pisikal na katangian ng cartilage tissue macromolecules na bahagi ng collagens, proteoglycans at non-collagen glycoproteins.

trusted-source[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Biochemical na komposisyon ng kartilago

Ang mga hibla ng collagen ay binubuo ng mga molekula ng fibrillar protein collagen. Sa mga mammal, ang collagen ay bumubuo ng isang-kapat ng lahat ng mga protina sa katawan. Ang collagen ay bumubuo ng mga elemento ng fibrillar (collagen fibrils) na binubuo ng mga istrukturang subunit na tinatawag na tropocollagen. Ang molekula ng tropocollagen ay may tatlong kadena na bumubuo ng isang triple helix. Ang istrukturang ito ng molekula ng tropocollagen, pati na rin ang istraktura ng hibla ng collagen, kapag ang mga molekula na ito ay matatagpuan parallel sa longitudinal na direksyon na may pare-parehong paglilipat ng halos 1/4 ng haba at nagbibigay ng mataas na pagkalastiko at lakas sa mga tisyu kung saan sila matatagpuan. Sa kasalukuyan, 10 genetically iba't ibang uri ng collagen ang kilala, na naiiba sa kemikal na istraktura ng mga α-chain at / o ang kanilang set sa molekula. Ang pinakamahusay na pinag-aralan sa unang apat na uri ng collagen ay may kakayahang bumuo ng hanggang 10 molecular isoform.

Ang mga collagen fibril ay bahagi ng extracellular space ng karamihan sa mga connective tissues, kabilang ang cartilage. Nakatali sa loob ng hindi matutunaw na three-dimensional na network ng intersecting collagen fibrils ay iba pang mas natutunaw na mga bahagi tulad ng mga proteoglycans, glycoproteins, at tissue-specific na protina; minsan ang mga ito ay covalently linked sa mga elemento ng collagen.

Ang mga molekula ng collagen na nakaayos sa mga fibril ay bumubuo ng humigit-kumulang 50% ng organic dry residue ng cartilage (10-20% ng native cartilage). Sa mature na cartilage, humigit-kumulang 90% ng mga collagens ay type II collagens, na matatagpuan lamang sa ilang mga tisyu (hal., vitreous body, embryonic dorsal cord). Ang Type II collagen ay kabilang sa class I (fibril-forming) na mga molekula ng collagen. Bilang karagdagan dito, ang mature na articular cartilage ng tao ay naglalaman din ng mga collagens ng mga uri IX, XI, at isang maliit na halaga ng uri VI. Ang kamag-anak na dami ng type IX collagen fibers sa collagen fibrils ay bumababa mula 15% sa fetal cartilage hanggang sa humigit-kumulang 1% sa mature bovine cartilage.

Ang Type I collagen molecules ay binubuo ng tatlong magkaparehong polypeptide a, (II) -chain na na-synthesize at itinago bilang precursor procollagen. Kapag ang natapos na mga molekula ng collagen ay inilabas sa extracellular space, bumubuo sila ng mga fibril. Sa mature na articular cartilage, ang type II collagen ay bumubuo ng fibrillar arcades kung saan ang mga "mas makapal" na molekula ay matatagpuan sa malalim na mga layer ng tissue, at ang mga "thinner" ay pahalang na matatagpuan sa mababaw na mga layer.

Ang isang exon na nag-encode ng isang mayaman sa cysteine na N-terminal propeptide ay natagpuan sa procollagen type II gene. Ang exon na ito ay ipinahayag hindi sa mature na kartilago, ngunit sa mga unang yugto ng pag-unlad (prechondrogenesis). Dahil sa pagkakaroon ng exon na ito, ang procollagen type II molecule (type II A) ay mas mahaba kaysa collagen type II. Marahil, ang pagpapahayag ng ganitong uri ng procollagen ay pumipigil sa akumulasyon ng mga elemento sa ECM ng articular cartilage. Maaari itong maglaro ng isang tiyak na papel sa pagbuo ng patolohiya ng kartilago (hal., hindi sapat na tugon sa reparative, pagbuo ng osteophyte, atbp.).

Ang network ng type II collagen fibrils ay nagbibigay ng function ng paglaban sa stretching at kinakailangan para sa pagpapanatili ng volume at hugis ng tissue. Ang function na ito ay pinahusay ng covalent at cross-link sa pagitan ng mga molekula ng collagen. Sa ECM, ang enzyme na lysyl oxidase ay bumubuo ng isang aldehyde mula sa hydroxylysine, na pagkatapos ay na-convert sa multivalent amino acid hydroxylysyl-pyridinoline, na bumubuo ng mga cross-link sa pagitan ng mga chain. Sa isang banda, ang konsentrasyon ng amino acid na ito ay tumataas sa edad, ngunit sa mature cartilage ito ay nananatiling halos hindi nagbabago. Sa kabilang banda, sa articular cartilage, ang pagtaas sa konsentrasyon ng mga cross-link ng iba't ibang uri na nabuo nang walang paglahok ng mga enzyme ay matatagpuan sa edad.

Humigit-kumulang 10% ng kabuuang halaga ng collagens sa cartilage tissue ay ang tinatawag na minor collagens, na higit sa lahat ay tumutukoy sa natatanging function ng tissue na ito. Ang collagen type IX ay kabilang sa class III short-helix molecules at sa isang natatanging grupo ng FACIT collagens (Fibril-Associated Collagen with Interrupted Triple-helices). Binubuo ito ng tatlong genetically different chain. Ang isa sa kanila, ang a2 chain, ay glycosylated nang sabay-sabay sa chondroitin sulfate, na ginagawang isang proteoglycan ang molekula na ito. Parehong mature at immature hydroxypyridine cross-links ay matatagpuan sa pagitan ng helical segment ng collagen type IX at collagen type II. Ang Collagen IX ay maaari ding gumana bilang isang intermolecular-interfibrillar na "konektor" (o tulay) sa pagitan ng mga katabing collagen fibrils. Ang mga molekula ng Collagen IX ay bumubuo ng mga cross-link sa isa't isa, na nagpapataas ng mekanikal na katatagan ng fibrillar na three-dimensional na network at pinoprotektahan ito mula sa mga epekto ng mga enzyme. Nagbibigay din sila ng paglaban sa pagpapapangit, nililimitahan ang pamamaga ng mga proteoglycan na matatagpuan sa loob ng network. Bilang karagdagan sa anionic CS chain, ang collagen IX molecule ay naglalaman ng isang cationic domain, na nagbibigay ng malaking singil sa fibril at isang ugali na makipag-ugnayan sa iba pang matrix macromolecules.

Ang collagen type XI ay bumubuo lamang ng 2-3% ng kabuuang masa ng collagen. Ito ay kabilang sa class I (fibril-forming) collagen at binubuo ng tatlong magkakaibang α-chain. Kasama ng mga collagen type II at IX, ang collagen type XI ay bumubuo ng heterotypic fibrils ng articular cartilage. Ang mga molekula ng collagen type XI ay nakita sa loob ng collagen fibrils ng type II gamit ang immunoelectromicroscopy. Malamang na inayos nila ang mga molekula ng collagen type II, kinokontrol ang pag-ilid na paglaki ng mga fibril at tinutukoy ang diameter ng heterotypic collagen fibril. Bilang karagdagan, ang collagen XI ay kasangkot sa pagbuo ng mga cross-link, ngunit kahit na sa mature na kartilago, ang mga cross-link ay nananatili sa anyo ng mga immature divalent ketoamines.

Ang maliit na halaga ng collagen type VI, isa pang miyembro ng class III short-helix molecules, ay matatagpuan sa articular cartilage. Ang uri ng collagen VI ay bumubuo ng iba't ibang microfibrils at malamang na puro sa capsular matrix ng chondron.

Ang mga proteoglycan ay mga protina kung saan hindi bababa sa isang glycosaminoglycan chain ang covalently na nakakabit. Ang mga proteoglycan ay kabilang sa mga pinaka kumplikadong biological macromolecules. Ang mga proteoglycan ay pinaka-sagana sa ECM ng cartilage. "Nalilito" sa loob ng isang network ng mga collagen fibrils, ang mga hydrophilic proteoglycan ay gumaganap ng kanilang pangunahing pag-andar - ibinibigay nila sa cartilage ang kakayahang mag-deform nang pabalik-balik. Ipinapalagay na ang mga proteoglycan ay gumaganap din ng maraming iba pang mga pag-andar, ang kakanyahan nito ay hindi ganap na malinaw.

Ang Aggrecan ay ang pangunahing proteoglycan ng articular cartilage, na binubuo ng humigit-kumulang 90% ng kabuuang masa ng proteoglycan sa tissue. Ang 230 kD core protein nito ay glycosylated ng maramihang covalently linked glycosaminoglycan chain at N-terminal at C-terminal oligosaccharides.

Ang mga glycosaminoglycan chain ng articular cartilage, na bumubuo ng humigit-kumulang 90% ng kabuuang masa ng macromolecules, ay keratan sulfate (isang pagkakasunud-sunod ng sulfated disaccharide N-acetyl glucosamino lactose na may maraming sulfated site at iba pang monosaccharide residues tulad ng sialic acid) at chondroitin sulfate (isang sequence ng N-acetylglusacuracid na may disaccharide na acid na may disaccharide. isang sulfate ester na nakakabit sa bawat ikaapat o ikaanim na carbon atom ng N-acetyl galactosamine).

Ang pangunahing protina ng aggrecan ay naglalaman ng tatlong globular (G1, G2, G3) at dalawang interglobular (E1 at E2) na mga domain. Ang rehiyon ng N-terminal ay naglalaman ng mga domain ng G1 at G2 na pinaghihiwalay ng segment na E1, na 21 nm ang haba. Ang domain ng C3, na matatagpuan sa rehiyon ng C-terminal, ay nahihiwalay sa G2 ng mas mahabang (mga 260 nm) na segment ng E2, na nagdadala ng higit sa 100 chain ng chondroitin sulfates, mga 15-25 chain ng keratin sulfate, at O-linked oligosaccharides. Ang N-linked na oligosaccharides ay matatagpuan higit sa lahat sa loob ng G1 at C2 na mga domain at sa E1 na segment, gayundin malapit sa rehiyon ng G3. Ang mga glycosaminoglycans ay nakapangkat sa dalawang rehiyon: ang pinakamahabang (ang tinatawag na chondroitin sulfate-rich region) ay naglalaman ng mga chondroitin sulfate chain at mga 50% na keratan sulfate chain. Ang rehiyong mayaman sa keratan sulfate ay matatagpuan sa segment na E2 malapit sa domain ng G1 at nauuna ang rehiyong mayaman sa chondroitin sulfate. Ang mga molekula ng Aggrecan ay naglalaman din ng mga ester ng pospeyt, na matatagpuan pangunahin sa mga nalalabi ng xylose na nakakabit sa mga chain ng chondroitin sulfate sa pangunahing protina; sila ay matatagpuan din sa serine residues ng pangunahing protina.

Ang segment ng C-terminal ng domain ng C3 ay lubos na homologous sa lectin, na nagpapahintulot sa mga molekulang proteoglycan na maayos sa ECM sa pamamagitan ng pagbubuklod sa ilang partikular na istruktura ng carbohydrate.

Natukoy ng mga kamakailang pag-aaral ang isang exon encoding ng isang EGF-like subdomain sa loob ng G3 . Gamit ang anti-EGF polyclonal antibodies, ang EGF-like epitope ay naisalokal sa loob ng isang 68-kD peptide sa articular cartilage aggrecan ng tao. Gayunpaman, ang pag-andar nito ay nananatiling ipaliwanag. Ang subdomain na ito ay matatagpuan din sa mga adhesion molecule na kumokontrol sa paglilipat ng lymphocyte. Halos isang katlo lamang ng mga aggrecan na molekula na nakahiwalay sa mature na articular cartilage ng tao ay naglalaman ng isang buo na domain ng C3; ito ay malamang dahil ang mga aggrecan molecule ay maaaring enzymatically na bawasan ang laki sa ECM. Ang kapalaran at pag-andar ng mga cleaved fragment ay hindi alam.

Ang pangunahing functional na segment ng aggrecan molecule ay ang glycosaminoglycan-bearing E2 segment. Ang rehiyon, na mayaman sa keratan sulfate, ay naglalaman ng mga amino acid na proline, serine, at threonine. Karamihan sa serine at threonine residues ay O-glycosylated na may N-acetylgalactosamine residues; sinisimulan nila ang synthesis ng ilang mga oligosaccharides na isinama sa mga chain ng keratan sulfate, sa gayon ay nagpapahaba sa kanila. Ang natitirang bahagi ng E2 segment ay naglalaman ng higit sa 100 serine-glycine sequence kung saan ang serine ay nagbibigay ng attachment sa xylosyl residues sa simula ng chondroitin sulfate chain. Karaniwan, ang parehong chondroitin-6-sulfate at chondroitin-4-sulfate ay umiiral nang sabay-sabay sa loob ng parehong molekula ng proteoglycan, ang kanilang ratio ay nag-iiba depende sa lokalisasyon ng cartilage tissue at edad ng tao.

Ang istraktura ng mga molekulang aggrecan sa articular cartilage matrix ng tao ay sumasailalim sa isang bilang ng mga pagbabago sa panahon ng pagkahinog at pagtanda. Kasama sa mga pagbabagong nauugnay sa pagtanda ang pagbaba sa laki ng hydrodynamic dahil sa pagbabago sa average na haba ng mga chain ng chondroitin sulfate, at isang pagtaas sa bilang at haba ng mga chain ng keratan sulfate. Ang isang bilang ng mga pagbabago sa aggrecan molecule ay sanhi din ng pagkilos ng proteolytic enzymes (hal., aggrecanase at stromelesin) sa core protein. Nagreresulta ito sa isang progresibong pagbaba sa average na haba ng core protein ng aggrecan molecule.

Ang mga aggrecan na molekula ay na-synthesize ng mga chondrocytes at itinago sa ECM, kung saan sila ay bumubuo ng mga pinagsama-samang pinatatag ng mga molekula ng protina ng linker. Ang pagsasama-samang ito ay nagsasangkot ng napakaspesipikong noncovalent at cooperative na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng isang glucuronic acid strand at halos 200 aggrecan at linker na mga molekula ng protina. Ang Glucuronic acid ay isang extracellular, nonsulfated, high-molecular-weight linear glycosaminoglycan na binubuo ng maramihang sunod-sunod na naka-link na N-acetylglucosamine at glucuronic acid molecule. Ang ipinares na mga loop ng G1 domain ng aggrecan ay reversible na nakikipag-ugnayan sa limang sunud-sunod na matatagpuan na hyaluronic acid disaccharides. Ang linker protein, na naglalaman ng magkatulad (highly homologous) paired loops, ay nakikipag-ugnayan sa C1 domain at sa hyaluronic acid molecule at nagpapatatag sa pinagsama-samang istraktura. Ang C1 domain - hyaluronic acid - binding protein complex ay bumubuo ng isang mataas na matatag na pakikipag-ugnayan na nagpoprotekta sa G1 domain at ang nagbubuklod na protina mula sa pagkilos ng proteolytic enzymes. Dalawang molekula ng nagbubuklod na protina na may molekular na timbang na 40-50 kDa ay nakilala; naiiba sila sa bawat isa sa antas ng glycosylation. Isang molekula lamang ng nagbubuklod na protina ang naroroon sa lugar ng hyaluronic acid - aggrecan bond. Ang pangatlo, mas maliit, molekula ng nagbubuklod na protina ay nabuo mula sa mas malaki sa pamamagitan ng proteolytic cleavage.

Humigit-kumulang 200 aggrecan na molekula ang maaaring magbigkis sa isang molekula ng hyaluronic acid upang bumuo ng pinagsama-samang 8 μm ang haba. Sa cell-associated matrix, na binubuo ng pericellular at territorial compartments, pinapanatili ng mga aggregate ang kanilang kaugnayan sa mga cell sa pamamagitan ng pag-binding (sa pamamagitan ng hyaluronic acid thread) sa mga CD44-like receptors sa cell membrane.

Ang pagbuo ng mga pinagsama-sama sa ECM ay isang kumplikadong proseso. Ang mga bagong synthesize na aggrecan molecule ay hindi agad nagpapakita ng kakayahang magbigkis sa hyaluronic acid. Ito ay maaaring magsilbi bilang isang mekanismo ng regulasyon na nagpapahintulot sa mga bagong synthesize na molekula na maabot ang interterritorial zone ng matrix bago i-immobilize sa malalaking aggregate. Ang bilang ng mga bagong synthesize na aggrecan molecule at binding protein na may kakayahang bumuo ng mga aggregate sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa hyaluronic acid ay makabuluhang bumababa sa edad. Bilang karagdagan, ang laki ng mga pinagsama-samang nakahiwalay sa articular cartilage ng tao ay makabuluhang bumababa sa edad. Ito ay bahagyang dahil sa pagbaba sa average na haba ng mga molekula ng hyaluronic acid at mga molekulang aggrecan.

Dalawang uri ng aggregates ang naitatag sa articular cartilage. Ang average na laki ng unang uri ng mga pinagsama-samang ay 60 S, habang ang sa pangalawang uri (mabilis na precipitating "superaggregates") ay 120 S. Ang huli ay nakikilala sa pamamagitan ng isang kasaganaan ng mga molekula ng nagbubuklod na protina. Ang pagkakaroon ng mga superaggregate na ito ay maaaring may malaking papel sa paggana ng tissue; sa panahon ng pagpapanumbalik ng tissue pagkatapos ng immobilization ng paa, ang mas mataas na konsentrasyon ng mga ito ay matatagpuan sa gitnang mga layer ng articular cartilage, habang sa isang joint na apektado ng osteoarthrosis, ang kanilang mga sukat ay makabuluhang nabawasan sa mga unang yugto ng sakit.

Bilang karagdagan sa aggrecan, ang articular cartilage ay naglalaman ng ilang mas maliliit na proteoglycans. Biglyan at decorin, mga molekula na nagdadala ng mga dermatan sulfate, ay may mga molekular na timbang na humigit-kumulang 100 at 70 kDa, ayon sa pagkakabanggit; ang masa ng kanilang pangunahing protina ay humigit-kumulang 30 kDa.

Sa articular cartilage ng tao, ang biglycan molecule ay naglalaman ng dalawang chain ng dermatan sulfate, samantalang ang mas karaniwang decorin ay naglalaman lamang ng isa. Ang mga molekulang ito ay bumubuo lamang ng isang maliit na bahagi ng mga proteoglycan sa articular cartilage, bagaman maaaring sila ay kasing dami ng malalaking pinagsama-samang mga proteoglycan. Ang mga maliliit na proteoglycan ay nakikipag-ugnayan sa iba pang mga macromolecule sa ECM, kabilang ang mga collagen fibrils, fibronectin, growth factor, atbp. Ang decorin ay pangunahing naka-localize sa ibabaw ng collagen fibrils at pinipigilan ang collagen fibrilogenesis. Ang pangunahing protina ay mahigpit na pinanatili sa cell-binding domain ng fibronectin, at sa gayon ay malamang na pinipigilan ang huli mula sa pagbubuklod sa mga cell surface receptors (integrin). Dahil ang parehong decorin at biglycan ay nagbubuklod sa fibronectin at pinipigilan ang pagdirikit at paglipat ng cell, pati na rin ang pagbuo ng thrombus, kaya nilang pigilan ang mga proseso ng pag-aayos ng tissue.

Ang Fibromodulin ng articular cartilage ay isang proteoglycan na may molecular weight na 50-65 kD na nauugnay sa collagen fibrils. Ang pangunahing protina nito, homologous sa mga pangunahing protina ng decorin at biglycan, ay naglalaman ng malaking bilang ng tyrosine sulfate residues. Ang glycosylated form na ito ng fibromodulin (dating tinatawag na 59 kD matrix protein) ay maaaring lumahok sa regulasyon ng pagbuo at pagpapanatili ng istraktura ng collagen fibrils. Ang Fibromodulin at decorin ay matatagpuan sa ibabaw ng collagen fibrils. Kaya, tulad ng ipinahiwatig nang mas maaga, ang isang pagtaas sa diameter ng fibril ay dapat na mauna sa pamamagitan ng pumipili na pag-alis ng mga proteoglycan na ito (pati na rin ang uri ng IX collagen molecules).

Ang articular cartilage ay naglalaman ng isang bilang ng mga protina sa ECM na hindi proteoglycans o collagens. Nakikipag-ugnayan sila sa iba pang mga macromolecule upang bumuo ng isang network na kinabibilangan ng karamihan sa mga molekula ng ECM.

Ang Ancorin, isang 34 kD na protina, ay naisalokal sa ibabaw ng mga chondrocytes at sa lamad ng cell, na namamagitan sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng cell at ng matrix. Dahil sa mataas na pagkakaugnay nito para sa type II collagen, maaari itong kumilos bilang isang mechanoreceptor, na nagpapadala ng isang senyas tungkol sa nabagong presyon sa fibril patungo sa chondrocyte.

Ang Fibronectin ay isang bahagi ng karamihan sa mga cartilaginous tissue at bahagyang naiiba sa plasma fibronectin. Ang Fibronectin ay pinaniniwalaan na nagtataguyod ng pagsasama ng matrix sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa mga lamad ng cell at iba pang bahagi ng matrix, tulad ng type II collagen at thrombospondin. Ang mga fragment ng Fibronectin ay may negatibong epekto sa metabolismo ng chondrocyte: pinipigilan nila ang aggrecan synthesis at pinasisigla ang mga proseso ng catabolic. Ang mataas na konsentrasyon ng mga fragment ng fibronectin ay natagpuan sa magkasanib na likido ng mga pasyente na may osteoarthritis, kaya maaari silang lumahok sa pathogenesis ng sakit sa mga huling yugto. Ang mga fragment ng iba pang mga molekula ng matrix na nagbubuklod sa mga receptor ng chondrocyte ay malamang na magkaroon ng mga katulad na epekto.

Ang Oligomeric matrix protein of cartilage (OMPC), isang miyembro ng thrombospondin superfamily, ay isang pentamer na may limang magkaparehong subunit na may molekular na timbang na humigit-kumulang 83 kDa. Ang mga ito ay matatagpuan sa malalaking dami sa articular cartilage, lalo na sa layer ng proliferating cells sa lumalaking tissue. Samakatuwid, posible na ang OMPC ay kasangkot sa regulasyon ng paglaki ng cell. Ang mga ito ay matatagpuan sa mas mababang konsentrasyon sa ECM ng mature articular cartilage. Kasama rin sa mga protina ng matrix ang:

  • Ang pangunahing matrix protein (36 kDa), na may mataas na pagkakaugnay para sa mga chondrocytes, ay maaaring mamagitan sa mga pakikipag-ugnayan ng cell-cell sa ECM, tulad ng sa panahon ng pag-remodel ng tissue;
  • Ang GP-39 (39 kDa) ay ipinahayag sa mababaw na layer ng articular cartilage at sa synovial membrane (hindi alam ang mga function nito);
  • Ang 21 kD na protina ay na-synthesize ng hypertrophied chondrocytes, nakikipag-ugnayan sa type X collagen, at maaaring gumana sa "wavy line" na zone.

Bilang karagdagan, maliwanag na ang mga chondrocytes ay nagpapahayag ng mga di-glycosylated na anyo ng mga maliliit na hindi pinagsama-samang mga proteoglycan sa ilang mga yugto ng pag-unlad ng kartilago at sa ilalim ng mga kondisyon ng pathological, ngunit ang kanilang tiyak na pag-andar ay kasalukuyang nasa ilalim ng pag-aaral.

trusted-source[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Mga functional na katangian ng articular cartilage

Ang mga molekula ng Aggrecan ay nagbibigay ng articular cartilage na may kakayahang sumailalim sa reversible deformation. Nagpapakita sila ng mga partikular na pakikipag-ugnayan sa loob ng extracellular space at walang alinlangan na may mahalagang papel sa organisasyon, istraktura at paggana ng ECM. Sa tissue ng kartilago, ang mga molekulang aggrecan ay umabot sa konsentrasyon na 100 mg/ml. Sa cartilage, ang mga aggrecan na molekula ay pinipiga sa 20% ng dami na kanilang sinasakop sa solusyon. Ang isang three-dimensional na network na nabuo ng collagen fibrils ay nagbibigay sa tissue ng katangian nitong hugis at pinipigilan ang pagtaas ng dami ng proteoglycans. Sa loob ng collagen network, ang mga immobile na proteoglycan ay nagdadala ng malaking negatibong singil sa kuryente (naglalaman sila ng malaking bilang ng mga anionic na grupo), na nagpapahintulot sa kanila na makipag-ugnayan sa mga mobile cationic group ng interstitial fluid. Ang pakikipag-ugnayan sa tubig, ang mga proteoglycan ay nagbibigay ng tinatawag na swelling pressure, na sinasalungat ng collagen network.

Ang pagkakaroon ng tubig sa ECM ay napakahalaga. Tinutukoy ng tubig ang dami ng tissue; nakatali sa proteoglycans, nagbibigay ito ng paglaban sa compression. Bilang karagdagan, ang tubig ay nagbibigay ng transportasyon ng mga molekula at pagsasabog sa ECM. Ang mataas na densidad ng negatibong singil sa malalaking proteoglycans na naayos sa tissue ay lumilikha ng "excluded volume effect". Ang laki ng butas ng intraconcentrated na solusyon ng mga proteoglycan ay napakaliit na ang pagsasabog ng malalaking globular na protina sa tisyu ay mahigpit na limitado. Itinataboy ng ECM ang maliliit na negatibong sisingilin na mga protina (hal., mga chloride ions) at malalaking protina (tulad ng albumin at immunoglobulins). Ang laki ng mga selula sa loob ng siksik na network ng collagen fibrils at proteoglycans ay maihahambing lamang sa laki ng ilang di-organikong molekula (hal., sodium at potassium, ngunit hindi calcium).

Sa ECM, may ilang tubig sa collagen fibrils. Tinutukoy ng extrafibrillar space ang physicochemical at biomechanical properties ng cartilage. Ang nilalaman ng tubig sa intrafibrillar space ay nakasalalay sa konsentrasyon ng mga proteoglycans sa extrafibrillar space at tumataas nang may pagbaba sa konsentrasyon ng huli.

Tinutukoy ng nakapirming negatibong singil sa mga proteoglycan ang ionic na komposisyon ng extracellular medium, na naglalaman ng mga libreng cation sa mataas na konsentrasyon at mga libreng anion sa mababang konsentrasyon. Habang tumataas ang konsentrasyon ng mga molekulang aggrecan mula sa mababaw hanggang sa malalim na sona ng kartilago, nagbabago ang ionic na kapaligiran ng tissue. Ang konsentrasyon ng mga inorganic na ion sa ECM ay lumilikha ng mataas na osmotic pressure.

Ang mga materyal na katangian ng cartilage ay nakasalalay sa pakikipag-ugnayan ng collagen fibrils, proteoglycans at ang likidong bahagi ng tissue. Ang mga pagbabago sa istruktura at komposisyon na nauugnay sa pagkakaiba-iba sa pagitan ng mga proseso ng synthesis at catabolism, pagkasira ng mga macromolecule at pisikal na trauma ay makabuluhang nakakaapekto sa mga materyal na katangian ng kartilago at binabago ang pag-andar nito. Dahil ang konsentrasyon, pamamahagi at macromolecular na organisasyon ng mga collagens at proteoglycan ay nagbabago depende sa lalim ng cartilage zone, ang mga biomechanical na katangian ng bawat zone ay nag-iiba. Halimbawa, ang mababaw na zone na may mataas na konsentrasyon ng collagen, tangentially located fibrils, at medyo mababa ang konsentrasyon ng proteoglycans ay may pinakamalinaw na katangian upang labanan ang pag-stretch, na namamahagi ng load nang pantay-pantay sa buong ibabaw ng tissue. Sa paglipat at malalim na mga zone, ang mataas na konsentrasyon ng mga proteoglycan ay nagbibigay sa tissue ng pag-aari ng pagtitiis ng compressive load. Sa antas ng "kulot na linya" ang mga materyal na katangian ng kartilago ay nagbabago nang husto mula sa pliable non-calcified zone sa mas matibay na mineralized cartilage. Sa rehiyon ng "kulot na linya" ang lakas ng tissue ay ibinibigay ng collagen network. Ang pinagbabatayan na mga seksyon ng cartilage ay hindi tinatawid ng mga collagen fibrils; sa lugar ng osteochondral junction ang lakas ng tissue ay ibinibigay ng mga espesyal na contours ng hangganan sa pagitan ng mga non-calcified at calcified cartilage zone sa anyo ng hindi regular na mga outgrowth na tulad ng daliri, na "sinasara" ang dalawang layer at pinipigilan ang kanilang paghihiwalay. Ang calcified cartilage ay hindi gaanong siksik kaysa sa subchondral bone, kaya ito ay gumagana bilang isang intermediate layer na nagpapalambot sa compressive load sa cartilage at inililipat ito sa subchondral bone.

Sa panahon ng paglo-load, ang isang kumplikadong pamamahagi ng tatlong pwersa ay nangyayari - extension, paggugupit at compression. Ang articular matrix ay deformed dahil sa pagpapaalis ng tubig (pati na rin ang mga produkto ng metabolismo ng cell) mula sa load zone, ang konsentrasyon ng mga ions sa interstitial fluid ay tumataas. Ang paggalaw ng tubig ay direktang nakasalalay sa tagal at puwersa ng inilapat na pagkarga at naantala ng negatibong singil ng mga proteoglycan. Sa panahon ng pagpapapangit ng tisyu, ang mga proteoglycan ay mas mahigpit na idinidiin laban sa isa't isa, sa gayon ay epektibong tumataas ang density ng negatibong singil, at ang mga intermolecular na puwersa na nagtataboy sa negatibong singil ay nagpapataas naman ng paglaban ng tissue sa karagdagang pagpapapangit. Sa huli, ang pagpapapangit ay umabot sa isang balanse kung saan ang mga panlabas na puwersa ng pag-load ay balanse ng mga panloob na puwersa ng paglaban - presyon ng pamamaga (interaksyon ng mga proteoglycans sa mga ion) at mekanikal na stress (pakikipag-ugnayan ng mga proteoglycans at collagens). Kapag ang load ay inalis, ang cartilage tissue ay nakakakuha ng orihinal nitong hugis sa pamamagitan ng pagsipsip ng tubig kasama ng mga nutrients. Ang paunang (pre-loading) na hugis ng tissue ay nakakamit kapag ang pamamaga ng presyon ng mga proteoglycan ay balanse ng paglaban ng collagen network sa kanilang pagkalat.

Ang mga biomechanical na katangian ng articular cartilage ay batay sa integridad ng istruktura ng tissue - isang komposisyon ng collagen-proteoglycan bilang isang solidong bahagi at tubig at mga dissolved ions bilang isang likidong bahagi. Hindi na-load, ang hydrostatic pressure ng articular cartilage ay humigit-kumulang 1-2 atm. Ang hydrostatic pressure na ito ay maaaring tumaas sa vivo hanggang 100-200 atm kada millisecond habang nakatayo at hanggang 40-50 atm habang naglalakad. Ipinakita ng mga pag-aaral sa vitro na ang hydrostatic pressure na 50-150 atm (physiological) ay humahantong sa isang katamtamang pagtaas sa cartilage anabolism sa loob ng maikling panahon, at higit sa 2 h ay humahantong sa pagkawala ng cartilage fluid, ngunit hindi nagiging sanhi ng anumang iba pang mga pagbabago. Ang tanong kung gaano kabilis tumugon ang mga chondrocytes sa vivo sa ganitong uri ng pagkarga ay nananatiling hindi nalutas.

Ang sapilitan na pagbaba sa hydration na may kasunod na pagtaas sa konsentrasyon ng proteoglycan ay humahantong sa pagkahumaling ng mga positibong sisingilin na ion tulad ng H + at Na +. Ito ay humahantong sa isang pagbabago sa pangkalahatang ionic na komposisyon at pH ng ECM at chondrocytes. Ang pangmatagalang ehersisyo ay nagdudulot ng pagbaba sa pH at, sa parehong oras, isang pagbaba sa synthesis ng proteoglycan ng mga chondrocytes. Posible na ang impluwensya ng extracellular ionic na kapaligiran sa mga sintetikong proseso ay bahagyang nauugnay din sa impluwensya nito sa komposisyon ng ECM. Ang mga bagong synthesize na aggrecan na molekula ay nag-mature sa pinagsama-samang mga anyo mamaya sa isang mahinang acidic na kapaligiran kaysa sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Malamang na ang pagbaba ng pH sa paligid ng mga chondrocytes (hal., habang nag-eehersisyo) ay nagbibigay-daan sa mas bagong synthesize na aggrecan molecule na maabot ang interterritorial matrix.

Kapag tinanggal ang load, bumabalik ang tubig mula sa synovial cavity, na nagdadala ng mga sustansya para sa mga selula. Sa kartilago na apektado ng osteoarthritis, ang konsentrasyon ng mga proteoglycans ay nabawasan, samakatuwid, sa panahon ng pag-load, ang tubig ay gumagalaw hindi lamang patayo sa synovial cavity, kundi pati na rin sa iba pang mga direksyon, sa gayon binabawasan ang nutrisyon ng mga chondrocytes.

Ang immobilization o banayad na pag-load ay nagreresulta sa isang kapansin-pansing pagbaba sa cartilage synthesis at proteoglycan content, samantalang ang tumaas na dynamic na pag-load ay nagreresulta sa isang katamtamang pagtaas sa proteoglycan synthesis at content. Ang masipag na ehersisyo (20 km/araw sa loob ng 15 linggo) sa mga aso ay nagdulot ng mga pagbabago sa nilalaman ng proteoglycan, partikular na isang matalim na pagbaba sa kanilang konsentrasyon sa mababaw na sona. Naganap ang ilang nababaligtad na paglambot ng cartilage at subchondral bone remodeling. Gayunpaman, ang matinding static loading ay nagdulot ng pinsala sa cartilage at kasunod na pagkabulok. Bilang karagdagan, ang pagkawala ng ECM aggrecan ay nagsisimula sa mga abnormal na pagbabago na katangian ng osteoarthritis. Ang pagkawala ng aggrecan ay nagreresulta sa pagkahumaling sa tubig at pamamaga ng maliit na halaga ng natitirang proteoglycan. Ang paglusaw ng aggrecan na ito ay nag-aambag sa pagbaba sa lokal na fixed charge density at sa huli ay humahantong sa pagbabago sa osmolarity.

You are reporting a typo in the following text:
Simply click the "Send typo report" button to complete the report. You can also include a comment.