Osteoarthritis: paano nakaayos ang articular cartilages?

Normal articular kartilago ay may dalawang pangunahing mga function: presyon ng pagsipsip sa pamamagitan ng pagpapapangit sa panahon mechanical load at tinitiyak na makinis articular ibabaw, na kung saan ay nagbibigay-daan upang i-minimize sigalot sa panahon ng mga paggalaw sa joint. Ito ay nakasisiguro ng natatanging istraktura ng articular cartilage, na binubuo ng chondro-ita sa ilalim ng tubig sa extracellular matrix (ECM).

Ang normal na articular cartilage ng isang may sapat na gulang ay maaaring nahahati sa ilang mga layer, o mga zone: isang ibabaw, o tangential, zone, isang transition zone, isang malalim, o isang radial zone at isang calcified zone. Ang layer sa pagitan ng mga ibabaw at transition zone at lalo na sa pagitan ng paglipat at malalim na zone ay walang malinaw na mga hangganan. Ang koneksyon sa pagitan ng hindi nakakatagal at calcified articular cartilage ay tinatawag na "wavy border" - ito ang linya na tinutukoy ng pag-staining ng decalcified tissue. Ang calcified zone ng kartilago ay isang medyo pare-pareho ang proporsyon (6-8%) sa kabuuang taas ng crescents. Ang kabuuang kapal ng articular cartilage, kabilang ang zone ng calcified cartilage, nag-iiba depende sa pag-load sa isang tiyak na lugar ng pinagsamang ibabaw at ang uri ng joint. Ang intermittent hydrostatic pressure sa subchondral bone ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapanatili ng normal na istraktura ng kartilago, pagbagal ng ossification.

Chondrocytes ay bumubuo ng humigit-kumulang 2-3% ng kabuuang masa ng tisyu; sa ibabaw (tanghential) zone na sila ay matatagpuan kasama, at sa malalim (sa hugis ng bituin) zone - patayo sa ibabaw ng kartilago; sa zone ng paglipat, chondrocytes bumuo ng mga grupo ng 2-4 na mga selulang nakakalat sa buong matris. Depende sa lugar ng articular cartilage, ang density ng lokasyon ng chondrocytes ay nag-iiba - ang pinakamataas na densidad ng cell sa ibabaw na lugar, ang pinakamababa sa calcified na isa. Bilang karagdagan, ang densidad ng pamamahagi ng cell ay nag-iiba mula sa magkasanib na joint, ito ay inversely proporsyonal sa kapal ng kartilago at ang load na naranasan ng kanyang nararapat na site.

Ang pinaka-mababaw na matatagpuan chondrocytes ay disc-hugis at form sa tanghential zone ng ilang mga layer ng mga cell na matatagpuan sa ibaba ng isang makitid na strip ng matris; Ang malalim na mga lugar ng mga zone ng zone na ito ay may posibilidad na magkaroon ng mas maraming hindi pantay na mga contour. Sa zone ng paglipat, ang mga chondrocyte ay may pabilog na hugis, kung minsan ay pinagsama ito sa mga maliliit na grupo na nakakalat sa matris. Ang mga chondrocyte ng malalim na zone ay nakararami ng ellipsoidal sa hugis, na pinagsama sa radially arranged chains ng 2-6 cells. Sa calcified zone sila ay ibinahagi kahit na mas paisa-isa; ang ilan sa kanila ay necrotic, bagaman ang karamihan ay maaaring mabuhay. Ang mga selula ay napapalibutan ng isang hindi nakatago na matrix, ang kalawakan ng intercellular ay calcified.

Kaya, ang kartilago ng articular ng tao ay binubuo ng hydrated ECM at mga cell na nahuhulog sa loob nito, na bumubuo ng 2-3% ng kabuuang dami ng tissue. Dahil ang kartilago tissue ay hindi dugo at lymph vessels, mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga selula, ang paghahatid patungo roon ng nutrients, pag-aalis ng metabolic produkto ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagsasabog sa pamamagitan ng VCR. Sa kabila ng ang katunayan na ang mga metabolic chondrocytes ay napaka-aktibo, hindi sila karaniwang hatiin sa mga taong may sapat na gulang. Ang mga chondrocytes ay umiiral sa isang kapaligiran na walang oksiheno, naniniwala na ang kanilang pagsunog ng pagkain sa katawan ay ginagawa nang may karaniwan.

Ang bawat chondrocyte ay itinuturing bilang isang hiwalay na metabolic yunit ng kartilago, nakahiwalay sa mga kalapit na mga cell, ngunit responsable para sa produksyon ng mga elemento ng VKM sa agarang paligid ng ibinigay na cell at pagpapanatili ng komposisyon nito.

Ang VCR naglalabas ng tatlong mga seksyon, ang bawat isa ay may natatanging morphological istraktura at mga tiyak na biochemical komposisyon. VCR direkta katabi kbazalnoy Chondrocyte lamad, na tinatawag na pericellular, ililakunarnym, matrix. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na kaugnay na mga cell na pakikipag-ugnayan hyaluronic acid nilalaman ng proteoglycan Pinagsasama-sama na may CD44-tulad ng receptor, at ang mga kamag-anak kakulangan ng organisado collagen fibrils. Direkta sa contact na may pericellular matrix teritoryal o capsular, isang matrix na binubuo ng isang network ng mga intersecting fibrillar collagens, na kung saan ay pinapalooban ang mga indibidwal na mga cell, o (kung minsan) ng isang grupo ng mga cell na bumubuo hondron, at ito ay malamang na magbigay ng espesyal na mechanical suporta para sa mga cell. Makipag-ugnay sa Chondrocyte matrix na may capsular nakakamit sa pamamagitan ng maraming mga cytoplasmic proseso mayaman sa microfilaments at sa pamamagitan ng mga tiyak na molecules matrix, tulad ng CD44-ankorin at podobnye receptors. Ang pinakamalaking at pinaka-remote mula sa basement lamad ECM pinaghiwalay Chondrocyte - interterritorial matrix na naglalaman ng pinakamaraming bilang ng collagen fibrils at proteoglycans.

Ang dibisyon ng ECM sa mga kagawaran ay mas malinaw na inilarawan sa articular kartilago ng isang may sapat na gulang kaysa sa hindi pa luma articular kartilago. Ang kamag-anak na sukat ng bawat kagawaran ay nag-iiba hindi lamang sa iba't ibang mga joints, ngunit kahit na sa loob ng parehong kartilago. Ang bawat chondrocyte ay gumagawa ng isang matrix na pumapalibot dito. Naihain aaral mature chondrocytes ng cartilage natupad aktibong metabolic kontrol sa kanilang pericellular at teritoryal na matrices ay mas aktibong control interterritorial matrix, na kung saan ay maaaring maging metabolically "hindi gumagalaw".

Tulad ng nabanggit mas maaga, ang articular kartilago higit sa lahat ay binubuo ng malawak ECM, synthesize at kinokontrol ng chondrocytes. Tissue macromolecules at ang kanilang konsentrasyon ay nag-iiba sa buong buhay upang matugunan ang pagbabago ng mga functional na mga kinakailangan. Gayunman, ito ay nananatiling hindi maliwanag: cell synthesize ang buong matrix sa parehong oras o sa ilang mga phase alinsunod sa mga physiological pangangailangan. Ang konsentrasyon ng macromolecules, metabolic balanse sa pagitan ng mga ito, tukuyin ang relasyon at pakikipag-ugnayan biochemical katangian, at samakatuwid ay ibinigay ang pag-andar ng ang articular kartilago sa loob ng isang joint. Ang pangunahing bahagi ng VCR adult articular kartilago ay tubig (65-70% ng kabuuang masa), na kung saan ay matatag konektado sa ganyang bagay sa pamamagitan ng mga espesyal na pisikal na katangian ng macromolecules kartilago tissue binubuo ng collagens, proteoglycans at non-collagenous glycoprotein.

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

Biochemical komposisyon ng kartilago

Ang mga fibers ng collagen ay binubuo ng mga molecule ng collagen fibrillar protein. Sa mammals, ang proporsyon ng mga collagen account para sa isang-kapat ng lahat ng mga protina sa katawan. Ang kolagen ay bumubuo ng mga elemento ng fibrillar (collagen fibrils), na binubuo ng mga substrate ng istruktura, na tinatawag na tropocollagen. Ang tropocollagen molecule ay may tatlong kadena na bumubuo ng isang triple helix. Ang ganitong kaayusan ng tropocollagen Molekyul, pati na rin ang istraktura ng fibers collagen, kapag ang mga molecule ay isagawa sa parallel sa paayon direksyon sa isang pare-pareho ang shift ng humigit-kumulang 1/4 ng haba at masiguro ang mataas na pagkalastiko at lakas ng tisiyu na kung saan sila ay matatagpuan. Sa kasalukuyan, ang 10 genetically iba't ibang uri ng collagen ay kilala, naiiba sa kemikal na istraktura ng a-chain at / o ang kanilang koleksyon sa molekula. Ang pinaka-pinag-aralan na unang apat na uri ng collagen ay may kakayahang bumubuo ng hanggang sa 10 molekular isoform.

Ang kolagen fibrils ay bahagi ng espasyo ng extracellular ng karamihan sa mga uri ng connective tissue, kabilang ang cartilaginous tissue. Sa loob ng tatlong dimensional network ng mga hindi matutunaw collagen fibrils intersecting "lulong" iba pa natutunaw sangkap, tulad ng proteoglycans, glycoproteins at tissue-tiyak na protina; kung minsan sila ay covalently nakatali sa collagen elemento.

Ang mga molecule ng kolagen na nakaayos sa fibrils ay bumubuo ng halos 50% ng organic dry residue ng kartilago (10-20% ng katutubong kartilago). Sa mature cartilage, ang tungkol sa 90% ng collagens ay mga uri ng collagens II, na matatagpuan lamang sa ilang mga tisyu (halimbawa, vitreous, embryonic spinal cord). Ang uri ng kolagen II ay tumutukoy sa unang klase (bumubuo ng fibrils) ng mga molecule ng collagen. Bilang karagdagan sa kanya, sa mature articular cartilage ng isang tao collagen IX, XI type at sa isang maliit na bilang ng VI uri ay natagpuan din. Ang kamag-anak na halaga ng IX na uri ng collagen fibers sa collagen fibrils ay bumababa mula sa 15% sa kartilago ng sanggol hanggang sa 1% sa mature na kartilago ng toro.

Molecules of collagen I type ang binubuo ng tatlong magkakahawig na polypeptide a, (II) chain, na isinama at tinago sa anyo ng precollagen precursor. Kapag ang nakahanda na molecular collagen ay inilabas sa espasyo ng extracellular, bumubuo ito ng fibrils. Sa mature articular cartilage collagen type II form fibrillar arcades, kung saan mas "makapal" na mga molecule ay matatagpuan sa malalim na layer ng tissue, at mas "manipis" - pahalang sa ibabaw layer.

Sa procollagen gene ng uri II, isang exon encoding ng isang cysteine-rich N-terminal propeptide ay natagpuan. Ang exon na ito ay hindi ipinahayag sa mature kartilago, ngunit sa maagang yugto ng pag-unlad (prechondrogenesis). Dahil sa pagkakaroon ng exon na ito, ang uri ng molekula ng uri ng procollagen II (uri II A) ay mas mahaba kaysa sa uri ng collagen. Marahil, ang pagpapahayag ng ganitong uri ng procollagen ay pumipigil sa akumulasyon ng mga elemento sa ECM ng articular cartilage. Ito ay maaaring maglaro sa pagpapaunlad ng pathology ng kartilago (halimbawa, hindi sapat na reparative response, osteophyte formation, atbp.).

Ang isang network ng uri II collagen fibrils ay nagbibigay ng isang makunat function lakas at kinakailangan upang mapanatili ang lakas ng tunog at hugis ng tissue. Ang pagpapaandar na ito ay pinahusay ng covalent at cross-linking sa pagitan ng molecular collagen. Ang VCR enzyme lysyl oxidase paraan ng hydroxylysine aldehyde na kung saan ay pagkatapos ay convert sa multivalent amino-hydroxylysine pyridinoline bumubuo ng crosslinks pagitan ng mga kadena. Sa isang banda, ang konsentrasyon ng amino acid na ito ay umabot na sa edad, gayunpaman, sa mature na kartilago ito ay halos hindi nagbabago. Sa kabilang banda, sa articular cartilage, ang isang pagtaas sa konsentrasyon ng mga cross-link ng iba't ibang uri na may edad ay nabuo sa edad, nabuo nang walang paglahok ng enzymes.

Tungkol sa 10% ng kabuuang collagen ng cartilage ay tinatawag na mga pangalawahing collagens, na kung saan kalakhan matukoy ang mga natatanging tampok ng fabric na ito. Collagen uri IX ay kabilang sa klase ng III molecule korotkospiralnyh at natatanging grupo facit-collagen (fibril-Associated collagen na may Naantala Triple -helices - fibril-kaugnay collagen at pagwala ng triple Helix). Binubuo ito ng tatlong genetically different chains. Ang isa sa kanila - isang ₂ -Chain - glycosylated kasabay ng chondroitin sulpate, na gumagawa ng mga Molekyul sa parehong oras proteoglycan. Sa pagitan ng mga segment ng Helix ng collagen uri IX collagen, at uri II exhibit parehong mature at wala pa sa gulang gidroksipiridinovye crosslinks. Collagen IX ay maaari ring gumana bilang isang intermolecular-interfibrillyarny "connector" (o tulay) sa pagitan ng katabing collagen fibrils. IX collagen molecule form ng crosslinks isa't isa, kung pinatataas ang makina katatagan ng ang tatlong-dimensional fibrillar network at pinoprotektahan ito mula sa pagkakalantad sa enzymes. Nagbibigay din sila ng pagtutol sa pagpapapangit, nililimitahan ang pamamaga ng proteoglycans matatagpuan sa loob ng network. Gayundin anionic CS-chain IX collagen Molekyul ay naglalaman ng cationic domain nagpapaalam fibril malaking singil at ugali ng pakikipag-ugnay sa iba pang mga matrix macromolecules.

Ang uri ng Collagen XI ay 2-3% lamang ng kabuuang mass ng collagens. Ito ay kabilang sa unang klase (bumubuo ng fibrils) ng collagens at binubuo ng tatlong iba't ibang mga a-chain. Kasama ang mga uri ng collagen II at IX, ang uri X collagen ay bumubuo ng mga heterotic fibrils ng articular cartilage. Ang mga molekula ng collagen XI ay matatagpuan sa loob ng collagen fibrils ng uri II sa tulong ng immunoelectromicroscopy. Marahil ayusin nila ang mga molecular type II molecule, pagkontrol sa lateral growth ng fibrils at pagtukoy sa diameter ng heterotypic collagen fibril. Bilang karagdagan, ang collagen XI ay kasangkot sa pagbuo ng mga cross-link, ngunit kahit na sa mature kartilago, ang mga transverse bond ay mananatiling sa anyo ng mga hindi pa nababayarang divalent ketoamines.

Ang isang maliit na halaga ng uri VI collagen, isa pang kinatawan ng klase III ng maikling-span molecules, ay natagpuan sa articular kartilago. Ang Collagen type VI ay bumubuo ng iba't ibang microfibrils at, marahil, ay puro sa capsular matrix ng chondron.

Proteoglycans ay mga protina na kung saan hindi bababa sa isang glycosaminoglycan chain ay naka-attach covalently. Ang mga protina ay nabibilang sa isa sa mga pinaka kumplikadong biological macromolecules. Ang pinaka-malawak na proteoglycans ay naroroon sa cartilage VKM. "Entangled" sa loob ng network ng collagen fibrils, hydrophilic proteoglycans matupad ang kanilang mga pangunahing pag-andar - ipagbigay-alam nila ang kartilago ng kakayahan upang reversibly deform. Ito ay naniniwala na ang mga proteoglycans ay naglalabas ng ilang iba pang mga function, ang kakanyahan ng kung saan ay hindi ganap na malinaw.

Ang Aggrecan ay ang pangunahing proteoglycan ng articular cartilage: ito ay tungkol sa 90% ng kabuuang mass ng proteoglycans sa tissue. Ang pangunahing protina ng 230 kD ay glycosylated sa pamamagitan ng isang bilang ng mga covalently naka-link glycosaminoglycan chain, pati na rin N-terminal at C-terminal oligosaccharides.

Glycosaminoglycan kadena ng articular kartilago, na kung saan ay bumubuo tungkol sa 90% ng kabuuang bigat macromolecules - keratan sulfate (na kumakatawan sa pagkakasunud-sunod mula sulphated disaccharide N-atsetilglyukozamingalaktoza maramihang sulfated mga bahagi at iba pang mga monosaccharide residues, tulad ng sialic acid) at chondroitin sulpate (na kumakatawan sa pagkakasunud-sunod mula disaccharide ng N-acetylgalactosamine, glucuronic acid, sulpate ester, ang bawat konektado sa ika-apat o sa ika-anim na carbon atom ng N-atsetilg lactosamine).

Aggrecan core protina ay naglalaman ng tatlong mga globular (G1, G2, G3) h interglobular dalawang (E1 at E2) domain. N-terminal na bahagi comprises ng isang G, - at G2- mga domain na pinaghihiwalay E1 segment haba ng 21 nm. C3-domain na matatagpuan sa C-terminus, na pinaghihiwalay mula sa G ₂ na (tungkol sa 260 nm) E2 segment na bears ng higit sa 100 chondroitin sulpate chain ng tungkol sa 15-25 keratan sulfate chain at O-linked oligosaccharides. N-naka-link oligosaccharides natagpuan higit sa lahat sa loob ng G1- at C2 domain at E1-segment, pati na rin malapit sa G ₃ -regiona. Glycosaminoglycans ay naka-grupo sa dalawang rehiyon: ang pinaka-extended (tinaguriang rehiyon mayaman sa chondroitin sulpate) chain Binubuo chondroitin sulpate at tungkol sa 50% ng keratan sulfate chain. Rehiyon mayaman sa keratan sulfates, localize E ₂ -segmente na malapit sa G1-domain Nauuna isang rehiyon mayaman sa chondroitin sulphates. Aggrecan molecule ring maglaman ng pospeyt esters, naisalokal lalo na sa saylos residues na chondroitin sulpit chain ay naka-attach sa core protina; matatagpuan din sila sa mga residu ng serine ng pangunahing protina.

Ang C-terminal segment _ng C3-domain ay lubos na homologo sa lectin, upang ang proteoglycan molecules ay maayos sa ECM sa pamamagitan ng pagbubuklod sa ilang mga istraktura ng hydrocarbon.

Sa mga nagdaang pag-aaral, ang isang exon coding para sa EGF-tulad ng (epidermal growth factor) subdomain sa loob ng G _{3 ay} naobserbahan . Gamit ang anti-EGF polyclonal antibodies, isang EGF-like epitope ay naisalokal sa loob ng isang peptide ng 68 kD sa kabuuan ng articular cartilage ng tao. Gayunpaman, ang mga function nito ay nangangailangan ng paglilinaw. Ang subdomain na ito ay matatagpuan din sa istruktura ng mga molecule ng adhesion na kumokontrol sa paglilipat ng mga lymphocytes. Tanging ang tungkol sa isang-katlo ng aggrecan molecule ihiwalay mula sa mature ng tao articular kartilago naglalaman buo C ₃ mga domain ng; marahil ito ay dahil sa ang katunayan na sa ECM, ang aggrecan molecules ay maaaring mabawasan sa laki ng enzyme ruta. Ang karagdagang kapalaran at pag-andar ng mga fragment na split ay hindi kilala.

Ang pangunahing functional segment ay isang aggrecan Molekyul glikozaminoglikannesuschy E ₂ -segment. Ang site, na mayaman sa mga sulatan ng keratan, ay naglalaman ng mga amino acids proline, serine at threonine. Karamihan serine at threonine residues O-glycosylated N-atsetilgalaktozaminovymi residues, mag-trigger nila ang synthesis ng ilang mga oligosaccharides, na kung saan ay naka-embed sa keratan sulfate chain, at dahil doon lengthening ang mga ito. Ang natitirang bahagi ng E ₂ -segmenta naglalaman ng higit sa 100 mga pagkakasunud-sunod serine-glycine, kung saan ang serye ay nagbibigay ng ksilozilnym attachment sa residues sa simula ng chondroitin sulpate chain. Kadalasan at chondroitin-6-sulpate at chondroitin-4-sulfate umiiral nang sabay-sabay sa loob ng parehong proteoglycan molecules ng ratio ay nag-iiba depende sa mga localization ng kartilago at edad ng mga tao.

Ang istraktura ng aggrecan molecules sa matrix ng articular cartilage ng isang tao ay sumasailalim sa isang bilang ng mga pagbabago sa proseso ng pagkahinog at pag-iipon. Kabilang sa mga pagbabago na may kaugnayan sa aging ang pagbawas sa laki ng hydrodynamic bilang isang resulta ng mga pagbabago sa average na haba ng kadena ng chondroitin sulfates, isang pagtaas sa bilang at haba ng keratan sulfate chain. Ang isang bilang ng mga pagbabago sa aggrecan molecule ay sumailalim din sa pagkilos ng proteolytic enzymes (halimbawa, aggrecanase at stromelysin) sa pangunahing protina. Ito ay humantong sa isang progresibong pagbaba sa average na haba ng pangunahing protina ng aggrecan molecules.

Ang mga molecular na Aggrecan ay sinasadya ng mga chondrocyte at inilatag sa ECM, kung saan bumubuo ang mga ito ng mga pinagsama-samang nagpapatatag ng mga molecule ng mga nagbubuklod na protina. Ang pagsasama na ito ay kinabibilangan ng mataas na tiyak na di-covalent at kooperatibong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng glucuronic acid filament at halos 200 molecule ng aggrecans at nagbubuklod na mga protina. Glucuronic acid - ekstraselyular unsulfated glycosaminoglycan linear mataas na molekular mass na binubuo ng isang mayorya ng mga sunud-sunod na may kaugnayan molecule atsetilglyu-N-kozamina at glucuronic acid. Ang kaisa na mga loop ng G1 domain ng aggrecan ay nakikipag-ugnayan nang pabalik sa limang sunud-sunod na pagkakasunod ng hyaluronic acid disaccharides. Ang nagbubuklod na protina, na naglalaman ng mga katulad na (high-homologous) na nakabitin na mga loop, ay nakikipag-ugnayan sa domain ng C1 at ang hyaluronic acid molecule at nagpapatatag ng istraktura ng pinagsama-samang. Ang C1-domain-hyaluronic acid-binding protein complex ay bumubuo ng isang lubos na matatag na pakikipag-ugnayan na pinoprotektahan ang G1 domain at ang nagbubuklod na protina mula sa pagkilos ng proteolytic enzymes. Dalawang molecule ng isang nagbubuklod na protina na may isang molekular timbang ng 40-50 kD ay kinilala; naiiba ang mga ito sa bawat isa sa antas ng glycosylation. Tanging isang molekula ng nagbubuklod na protina ang naroroon sa hyaluronic acid-aggrecan bonding site. Ang ikatlo, mas maliit, molekula ng nagbubuklod na protina ay nabuo mula sa mga mas malaking protina sa pamamagitan ng proteolytic cleavage.

Tungkol sa 200 aggrecan molecule ay maaaring sumailalim sa isang Molekyul ng hyaluronic acid upang bumuo ng isang yunit ng haba ng 8 microns. Ang cell-nauugnay matrix na binubuo ng pericellular at teritoryal na dibisyon Pinagsasama-sama mapanatili ang kanilang relasyon sa mga cell sa pamamagitan ng umiiral (sa pamamagitan ng thread hyaluronic acid) na may SD44-tulad receptors sa cell lamad.

Ang pagbuo ng mga aggregates sa ECM ay isang kumplikadong proseso. Ang mga bagong synthesized aggrecan molecules ay hindi agad ipakilala ang kakayahan upang magbigkis sa hyaluronic acid. Ito ay maaaring magsilbing mekanismo ng regulasyon na nagpapahintulot sa mga bagong synthesized molecule upang maabot ang interterritorial zone ng matrix bago ma-immobilized sa malaking aggregates. Ang bilang ng mga bagong synthesized aggrecan molecules at nagbubuklod na protina na may kakayahang bumubuo ng aggregates sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa hyaluronic acid bumababa makabuluhang sa edad. Bilang karagdagan, sa edad, ang laki ng mga aggregates na nakahiwalay sa articular cartilage ng isang tao ay makabuluhang nabawasan. Ito ay bahagyang dahil sa pagbaba sa average na haba ng mga molecule ng hyaluronic acid at aggrecan molecule.

Mayroong dalawang uri ng aggregates sa articular cartilage. Ang average na sukat ng aggregates ng unang uri ay 60 S, ang aggregates ng ikalawang uri (mabilis na precipitating "superaggregates") ay 120 S. Ang huli ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang abundance ng molecules ng nagbubuklod na protina. Ang pagkakaroon ng mga superagregate ay maaaring maglaro ng isang malaking papel sa paggana ng tisyu; habang kinukumpuni tissue pagkatapos ng immobilization ng isang paa sa gitna layer ng articular kartilago maghanap ng mas mataas na concentrations sa joints apektado na may osteoarthritis, ang kanilang mga laki ay lubos na nabawasan sa maagang yugto ng sakit.

Bilang karagdagan sa aggrecan, ang articular cartilage ay naglalaman ng isang bilang ng mga mas maliit na proteoglycans. Ang Biglikan at dekorasyon, ang mga molekula na may dermatan sulfates ay may isang molekular masa na mga 100 at 70 kD, ayon sa pagkakabanggit; ang masa ng kanilang pangunahing protina ay tungkol sa 30 kD.

Ang articular kartilago ng tao biglycan Molekyul ay naglalaman ng dalawang chain dermatan sulpate, samantalang mas madalas na nagaganap decorin - isa lamang. Ang mga molecule ay lamang ng isang maliit na bahagi ng proteoglycans sa articular kartilago, bagaman maaari rin silang maging isang pulutong, pati na rin ang malaking Pinagsasama-sama ng proteoglycans. Maliit proteoglycans makipag-ugnayan sa iba pang mga macromolecules sa ECM, kabilang ang collagen fibrils, fibronectin, paglago kadahilanan, at iba pa. Decorin orihinal na naka-localize sa ibabaw ng collagen fibrils at inhibits collagen fibrillogenesis. Rod matatag mananatili protina na may isang cell-bisang domain ng fibronectin, kaya marahil ay inhibiting ang nagbubuklod ng huli sa cell ibabaw receptor (integrins). Dahil sa ang katunayan na ang parehong decorin at biglycan magbigkis upang fibronectin at pagbawalan cell pagdirikit at migration, pati na rin ang thrombus pagbuo, ay magagawang pagbawalan tissue repair proseso nila.

Ang Fibromodulin ng articular cartilage ay isang proteoglycan na may isang molecular mass na 50-65 kD, na nauugnay sa collagen fibrils. Ang pangunahing protina nito, homologo sa mga pangunahing protina ng palamuti at bigakana, ay naglalaman ng isang malaking halaga ng mga tyrosine sulfate residues. Ito glycosylated form ng fibromodulin (dating tinatawag na matrix protina 59 kD) 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. Samakatuwid, tulad ng ipinahiwatig na mas maaga, ang pagtaas ng diameter ng fibril ay dapat na mauna sa pamamagitan ng piling pag-alis ng mga proteoglycans (pati na rin ang mga molecule ng collagen type IX).

Ang articular cartilage ay naglalaman ng isang bilang ng mga protina sa VKM, na hindi nabibilang sa mga proteoglycans o collagens. Nakikipag-ugnayan sila sa iba pang mga macromolecules upang bumuo ng isang network kung saan ang karamihan sa mga molecule ng VKM ay isinama.

Ang anchorin, isang protina na may isang mass na 34 kD, ay inilaan sa ibabaw ng chondrocytes at sa lamad ng cell, namamagitan ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng cell at ng matris. Dahil sa mataas na pagkakahawig nito para sa collagen type II, maaari itong kumilos bilang isang mekanoreceptor, na nagpapadala ng isang senyas tungkol sa nagbago na presyon sa fibril ng chondrocyte.

Ang Fibronectin ay isang bahagi ng karamihan sa mga kartilago na tisyu, na bahagyang naiiba mula sa fibronectin ng plasma ng dugo. Iminungkahi na ang fibronectin ay nagtataguyod ng pagsasama ng matris sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa mga lamad ng cell at iba pang mga elemento ng matrix tulad ng collagen type II at thrombospondin. Ang mga fragment ng fibronectin ay negatibong nakakaapekto sa metabolismo ng mga chondrocytes - pagbawalan ang pagbubuo ng aggrecan, pagpapasigla ng mga proseso ng catabolic. Sa pinagsamang likido ng mga pasyente na may osteoarthrosis, natagpuan ang isang mataas na konsentrasyon ng mga fragmentectin fragment, upang makilahok sila sa pathogenesis ng sakit sa ibang mga yugto. Marahil, ang mga fragment ng iba pang mga molecule ng matrix na sumailalim sa chondrocyte receptors ay magkakaroon din ng parehong epekto.

Ang cartilage oligomeric matrix protein (OMPC), isang miyembro ng thrombospondin superfamily, ay isang pentamer na may limang identical subunits na may molekular na timbang na may humigit-kumulang na 83 kD. Ang mga ito ay matatagpuan sa mga malalaking numero sa articular cartilage, lalo na sa layer ng proliferating cells sa lumalaking tissue. Samakatuwid, marahil, ang OMPCH ay tumatagal ng bahagi sa regulasyon ng paglago ng cell. Sa isang mas mababang konsentrasyon, ang mga ito ay matatagpuan sa ECM ng mature articular cartilage. Tinutukoy din ang mga protina ng matrix bilang:

• ang basic matrix protein (36 kD), na may mataas na pagkakahawig para sa chondrocytes, ay maaaring mamagitan sa pakikipag-ugnayan ng mga cell sa ECM, halimbawa, sa panahon ng tissue remodeling;
• Ang GP-39 (39 kD) ay ipinahayag sa ibabaw ng layer ng articular cartilage at sa synovial membrane (ang mga pag-andar nito ay hindi kilala);
• Ang 21 kD na protina ay sinamahan ng hypertrophied chondrocytes, nakikipag-ugnayan sa X-type collagen, ay maaaring gumana sa "wave-line" zone.

Sa karagdagan, ito ay malinaw na chondrocytes ipahayag ang isang non-glycosylated anyo ng mga maliliit na di-pagsasama-samahin proteoglycans sa ilang mga yugto ng cartilage na pag-unlad at sa pathological kondisyon, ngunit ang kanilang mga tiyak na mga function ay kasalukuyang nag-aral.

[10], [11], [12], [13], [14], [15]

Mga katangian ng pagganap ng kartilago ng kasukasuan

Ang mga molekula ng aggrecan ay nagbibigay ng articular cartilage na kakayahang sumailalim sa baligtad na pagpapapangit. Nagpapakita sila ng mga tiyak na pakikipag-ugnayan sa loob ng espasyo ng extracellular at walang alinlangan na may mahalagang papel sa organisasyon, istraktura at pag-andar ng ECM. Sa cartilaginous tissue aggrecane molecules umabot sa isang konsentrasyon ng 100 mg / ml. Sa kartilago, ang mga molekula ng Aggregan ay naka-compress sa 20% ng dami na kinuha nila sa solusyon. Ang isang three-dimensional na network na binuo ng collagen fibrils ay nagpapahiwatig ng tisyu ng hugis ng katangian nito at pinipigilan ang pagtaas sa dami ng proteoglycans. Sa loob ng network ng collagen, ang mga immobilized na immobile ay may malaking negatibong singil sa kuryente (naglalaman ng maraming bilang ng mga grupo ng anioniko), na nagbibigay-daan sa pakikipag-ugnay sa mga grupo ng mobile cationic ng interstitial fluid. Nakikipag-ugnayan sa tubig, ang mga proteoglycano ay nagbibigay ng tinatawag na presyon ng pamamaga, na sinasadya ng network ng collagen.

Napakahalaga ng pagkakaroon ng tubig sa ECM. Tinutukoy ng tubig ang dami ng tissue; na nauugnay sa mga proteoglycans, nagbibigay ito ng paglaban sa compression. Bilang karagdagan, ang tubig ay nagbibigay ng transportasyon ng mga molecule at pagsasabog sa ECM. Ang mataas na densidad ng negatibong singil sa mga malalaking proteoglycans na naayos sa tisyu ay lumilikha ng isang "ibinukod na dami ng epekto". Ang laki ng napakaliit na butil ng intra-puro na solusyon ng mga proteoglycans ay napakaliit na ang pagsasabog ng malalaking globular na mga protina sa tisyu ay mahigpit na pinaghihigpitan. Ang VKM ay nagbabawas ng maliit na negatibong sisingilin (hal., Klorido ions) at malalaking (tulad ng albumin at immunoglobulins) na mga protina. Ang sukat ng mga selula sa loob ng isang siksik na network ng collagen fibrils at proteoglycans ay katumbas lamang sa mga sukat ng ilang mga inorganikong molecule (halimbawa, sosa at potasa, ngunit hindi kaltsyum).

Sa VKM ang ilang halaga ng tubig ay nasa collagen fibrils. Ang physicochemical at biomechanical properties ng cartilage ay nagpasiya ng extrafibrillar space. Ang nilalaman ng tubig sa puwang ng fibrillar ay depende sa konsentrasyon ng mga proteoglycans sa espasyo ng extrafibrillar at mga pagtaas na may pagbawas sa konsentrasyon ng huli.

Ang nakapirming negatibong singil sa proteoglycans ang tumutukoy sa ion composition ng extracellular medium na naglalaman ng mga libreng cation sa mataas na konsentrasyon at libreng anion sa mababang konsentrasyon. Dahil ang konsentrasyon ng mga molecular aggrecan ay tumataas mula sa ibabaw hanggang sa malalim na zone ng kartilago, ang ionic na kapaligiran ng mga pagbabago sa tisyu. Ang konsentrasyon ng tulagay ions sa ECM ay gumagawa ng mataas na osmotic pressure.

Cartilage katangian bilang isang materyal na nakasalalay sa mga pakikipag-ugnayan ng collagen fibrils, proteoglycans at liquid phase tissue. Structural at compositional pagbabago dahil sa ang hindi pagtutugma sa pagitan ng mga gawa ng tao at catabolic proseso, at pagkababa ng ranggo ng macromolecules sa pamamagitan ng pisikal na pinsala, makabuluhang nakakaapekto sa mga katangian ng materyal ng kartilago at baguhin ang kanyang function. Dahil ang konsentrasyon at pamamahagi ng mga macro-molecular samahan ng proteoglycans at collagens ay nag-iiba depende sa lalim ng cartilage zone ay nag-iiba sa biomechanical katangian ng bawat zone. Halimbawa, ang ibabaw na lugar na may mataas na konsentrasyon ng collagen fibrils itapon uusapan na may paggalang sa mababang konsentrasyon ng proteoglycans ay ang pinaka binibigkas humadlang lumalawak ari-arian, ang pamamahagi ng load nang pantay-pantay sa kabuuan ng tissue ibabaw. Sa zone transition at malalim mataas na konsentrasyon ng proteoglycans ulat tissue ari-arian transfer compression load. Sa antas ng "kulot na linya" cartilage materyal na mga ari-arian ay nag-iiba nang husto mula supple nekaltsifitsirovannoy zone upang isang hard mineralized cartilage. Sa lugar ng "kulot na linya" ang lakas ng tisyu ay ibinibigay ng network ng collagen. Ang mga kartilaginous fibrils ay hindi tumatawid sa mga bahagi ng cartilaginous; sa tambalan ng osteochondral tissue lakas ay ibinigay ng espesyal na contours hangganan sa pagitan zones nekaltsifitsirovannogo at calcified cartilage sa anyo ng mga daliri-tulad ng outgrowths irregular, na "magsasara" dalawang layers at pinipigilan ang kanilang paghihiwalay. Calcified cartilage ay mas siksik kaysa sa subchondral buto, kaya ito ay gumaganap ang mga function ng isang intermediate layer na Palambutin ang compressive load sa ang kartilago at subchondral buto nagpapadala ito.

Sa panahon ng pag-load, isang kumplikadong pamamahagi ng tatlong mga pwersa ay nagaganap-lumalawak, gupitin at compression. Articular matrix deforms dahil sa pagpapaalis ng tubig (at din ng mga produkto cell metabolismo) mula sa pag-load zone, pinatataas ang konsentrasyon ng ions sa likidong interstitsialnoi. Ang direktang paggalaw ng tubig ay depende sa tagal at lakas ng inilapat na pagkarga at naantala ng negatibong singil ng mga proteoglycans. Sa proteoglycans time tissue pagpapapangit higit pang mahigpit pinindot laban sa isa't isa, at dahil doon epektibong pagtaas ng mga negatibong singil density at intermolecular salungat negatibong singil pwersa siya namang dagdagan ang paglaban sa karagdagang pagpapapangit ng tela. Sa huli pagpapapangit umabot balanse, kung saan ang mga panlabas na pwersa ay balanseng panloob na pag-load pagtutol pwersa - pamamaga presyon (ang pakikipag-ugnayan sa ions proteoglycans) at mechanical pagkapagod (pakikipag-ugnayan proteoglycans at collagens). Kapag inalis ang pag-load, ang cartilaginous tissue ay nakakakuha ng orihinal na hugis sa pamamagitan ng sanggol na tubig kasama ang mga nutrients. Baseline (donagruzochnaya) form na tissue ay nakakamit kapag ang pamamaga presyon ay balanced sa pamamagitan ng paglaban ng proteoglycans collagen network diseminasyon.

Ang biomechanical katangian ng articular kartilago ay batay sa mga istruktura integridad ng mga tela - collagen-proteoglycan komposisyon bilang isang solidong phase at tubig at ions dissolved sa ganyang bagay bilang isang likido phase. Mula sa pag-load, ang hydrostatic pressure ng articular cartilage ay halos 1-2 atm. Ang hydrostatic pressure na ito ay maaaring tumaas sa vivo sa 100-200 atm. Sa milliseconds habang nakatayo at hanggang sa 40-50 atm habang naglalakad. Mga Pag-aaral sa vitro ay pinapakita na ang hydrostatic presyon ng 50-150 ATM (physiological) para sa isang maikling panahon ay humahantong sa isang katamtaman na paglago ng cartilage anabolismo ng 2 oras - ay humantong sa pagkawala ng likidong cartilage, ngunit hindi nagiging sanhi ng anumang iba pang mga pagbabago. Ang tanong ay nananatiling kung gaano kabilis ang mga chondrocytes ay tumutugon sa vivo sa ganitong uri ng pagkarga.

Ang sapilitan pagbawas ng hydration na may kasunod na pagtaas sa konsentrasyon ng proteoglycans ay humahantong sa pagkahumaling ng positibong sisingilin ions, tulad ng H ⁺ at Na ⁺. Ito ay humahantong sa isang pagbabago sa kabuuang komposisyon ng ion at pH ng ECM, at chondrocytes. Ang matagal na paglo-load ay nagpapahiwatig ng pagbawas sa pH at isang sabay na pagbawas sa pagbubuo ng mga proteoglycans ng chondrocytes. Marahil na ang impluwensiya ng ekstraselyular ionic na kapaligiran sa gawaing gawa ng tao ay bahagyang nauugnay sa epekto nito sa komposisyon ng ECM. Ang bagong synthesized molecules ng aggrecan sa isang mahina acidic medium mamaya kaysa sa normal na mga kondisyon ripen sa pinagsama-samang mga form. Malamang na ang pagbaba sa pH sa paligid ng mga chondrocytes (halimbawa, sa panahon ng isang pag-load) ay nagbibigay-daan sa mas bagong synthesized aggrecane molecule upang maabot ang interterritorial matrix.

Kapag nawala ang pag-load, ang tubig ay bumalik mula sa synovial cavity, dala nito nutrients para sa mga cell. Ang cartilage apektado na may osteoarthritis, proteoglycan concentration ay binabaan, samakatuwid, sa panahon ng paglo-load ng gumagalaw na tubig hindi lamang patayo sa synovial lukab, ngunit din sa iba pang mga direksyon, at dahil doon pagbabawas ng kapangyarihan chondrocytes.

Immobilization o maliit na load ay humahantong sa isang markadong pagbaba sa synthetic proseso ng cartilage proteoglycan nilalaman at, habang ang pagtaas sa mga dynamic na load ay humantong sa isang katamtaman na pagtaas proteoglycan synthesis at nilalaman .. Malala exercise (20km sa isang araw para sa 15 na linggo) sa aso sanhi ng isang pagbabago sa nilalaman ng proteoglycans sa partikular, isang matalim pagbawas sa kanilang konsentrasyon sa zone ng ibabaw. Nagkaroon ng ilang mga baluktot na paglambot ng kartilago at remodeling ng subchondral bone. Gayunpaman, ang isang malaking static load ay sanhi ng pinsala sa kartilago at kasunod na pagkabulok. Bilang karagdagan, ang pagkawala ng Aggrecan ECM ay nagsisimula ng mga abnormal na pagbabago ng katangian ng osteoarthrosis. Ang pagkawala ng aggrecan ay humahantong sa akit ng tubig at pamamaga ng natitirang maliit na halaga ng mga proteoglycans. Pagbabanto Ito binabawasan aggrecan lokal na fixed charge density at sa huli ay humantong sa isang pagbabago sa osmolarity.