Osteoarthritis: bagaimana tulang rawan artikular disusun?

Rawan kartilago yang normal melakukan dua fungsi utama: penyerapan tekanan dengan ubah bentuk semasa tekanan mekanikal dan memastikan kelancaran permukaan artikular, yang membolehkan anda mengurangkan geseran ketika bergerak di sendi. Ini dipastikan dengan struktur unik rawan artikular, yang terdiri daripada chondro-ita yang direndam dalam matriks ekstraselular (ECM).

Rawan yang biasa artikular pada orang dewasa boleh dibahagikan kepada beberapa lapisan, atau zon: permukaan, atau tangen, zon, zon peralihan, dalam, atau zarah radial dan zon calcified. Lapisan di antara zon permukaan dan peralihan dan terutamanya di antara peralihan dan zon yang dalam tidak mempunyai sempadan yang jelas. Sambungan antara tulang rawan artikular tidak diperkatakan dan dipanggil "sempadan beralun" - ini adalah garis yang ditentukan dengan mengotorkan tisu decalcified. Zon calcified dari tulang rawan adalah proporsi yang agak malar (6-8%) pada ketinggian keseluruhan bulan-bulan. Ketebalan total rawan artikular, termasuk zon rawan kalsifikasi, berbeza-beza bergantung kepada beban di kawasan tertentu permukaan sendi dan jenis sendi. Tekanan hidrostatik berselang-seli dalam tulang subkondral memainkan peranan penting dalam mengekalkan struktur normal rawan, penyederhanaan perlahan.

Chondrocytes merupakan kira-kira 2-3% daripada jumlah tisu keseluruhan; di permukaan (tangential) zon mereka terletak bersama, dan di zon dalam (radial) - berserenjang ke permukaan rawan; dalam zon peralihan, chondrocytes membentuk kumpulan 2-4 sel tersebar di seluruh matriks. Bergantung pada bidang rawan artikular, ketumpatan lokasi chondrocytes berbeza-beza - ketumpatan sel tertinggi di zon permukaan, yang paling rendah di dalam kalsifikasi. Di samping itu, ketumpatan pengagihan sel berbeza dari sendi ke sendi, ia berkadar songsang dengan ketebalan tulang rawan dan beban yang dialami oleh tapak sepadannya.

Chondrocytes yang paling dangkal adalah berbentuk cakera dan membentuk dalam zon tangen beberapa lapisan sel yang terletak di bawah jalur sempit matriks; Sel-sel di dalam zon ini cenderung mempunyai kontur yang lebih tidak rata. Dalam zon peralihan, kondroit mempunyai bentuk sfera, kadang-kadang digabungkan ke dalam kumpulan kecil yang bertaburan di dalam matriks. Chondrocytes dalam zon yang dalam adalah sebahagian besar bentuk ellipsoidal, dikelompokkan ke dalam rantai yang diatur secara radiasi 2-6 sel. Di dalam zon calcified mereka diagihkan lebih banyak; sesetengah daripada mereka adalah nekrotik, walaupun kebanyakan adalah berdaya maju. Sel-sel dikelilingi oleh matriks yang tidak diperkatakan, ruang intercellular dikalsinasi.

Oleh itu, tulang rawan artikular manusia terdiri daripada terhidrat ECM dan sel-sel yang direndam di dalamnya, yang membentuk 2-3% daripada jumlah keseluruhan tisu. Oleh kerana tisu kartilaginus tidak mempunyai saluran darah dan limfa, interaksi antara sel, penghantaran nutrien kepada mereka, penyingkiran produk metabolik dilakukan melalui penyebaran melalui ECM. Walaupun chondrocytes metabolik sangat aktif, mereka tidak biasanya membahagikan orang dewasa. Chondrocytes wujud dalam persekitaran bebas oksigen, percaya bahawa metabolisme mereka dijalankan secara anaerob.

Setiap chondrocyte dianggap sebagai unit metabolik berasingan rawan, yang diasingkan dari sel-sel tetangga, tetapi bertanggungjawab untuk penghasilan unsur-unsur VKM di sekeliling sel yang diberikan dan mengekalkan komposisinya.

Dalam tiga jabatan VKM dibezakan, masing-masing mempunyai struktur morfologi yang unik dan komposisi biokimia tertentu. VCR langsung bersebelahan kbazalnoy kondrosit membran, dipanggil pericellular, ililakunarnym, matriks. Ia dicirikan oleh interaksi sel tinggi kandungan yang berkaitan dengan asid hyaluronik agregat proteoglikan dengan reseptor CD44-suka, dan kekurangan relatif gentian halus kolagen dianjurkan. Langsung dalam hubungan dengan matriks pericellular wilayah atau capsular, matriks yang terdiri daripada rangkaian bersilang kolagen berhubung dgn urat saraf, yang merangkumi sel individu, atau (kadang-kadang) kumpulan sel membentuk hondron, dan mungkin untuk memberikan sokongan mekanikal khas untuk sel-sel. Hubungi kondrosit matriks dengan capsular dicapai oleh pelbagai proses cytoplasmic kaya dengan microfilaments dan oleh molekul matriks tertentu, seperti CD44-ankorin dan podobnye reseptor. Yang terbesar dan paling jauh dari membran bawah tanah ECM dipisahkan kondrosit - matriks interterritorial mengandungi sejumlah besar gentian halus kolagen dan proteoglikan.

Pembahagian ECM ke jabatan lebih jelas digambarkan dalam tulang rawan artikular dewasa berbanding dengan rawan artikular yang tidak matang. Saiz relatif setiap jabatan berbeza tidak hanya dalam sendi yang berbeza, tetapi juga dalam rawan yang sama. Setiap chondrocyte menghasilkan matriks yang mengelilinginya. Kajian difailkan matang kondrosit rawan dijalankan kawalan metabolik aktif melalui matriks pericellular dan wilayah mereka adalah kawalan kurang aktif matriks interterritorial, yang boleh menjadi metabolisme "lengai".

Seperti yang ditunjukkan terdahulu, tulang rawan artikular terdiri daripada VKM yang luas, disintesis dan dikawal oleh chondrocytes. Makromolekul tisu dan perubahan kepekatan mereka semasa hidup selaras dengan perubahan keperluan fungsian. Walau bagaimanapun, ia masih tidak jelas: sel mensintesis seluruh matriks secara serentak atau dalam fasa-fasa tertentu selaras dengan keperluan fisiologi. Kepekatan makromolekul, keseimbangan metabolik di antara mereka, hubungan dan interaksi menentukan sifat biokimia, dan oleh itu fungsi tulang rawan artikular dalam satu sendi. Komponen utama dewasa VCR artikular rawan adalah air (65-70% daripada jumlah jisim), yang tegas berkaitan dalamnya melalui ciri-ciri fizikal khas makromolekul tisu rawan yang terdiri daripada kolagen, proteoglikan dan glycoproteins bukan collagenous.

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

Komposisi biokimia tulang rawan

Serat kolagen terdiri daripada molekul protein kolagen fibrillar. Dalam mamalia, bahagian kolagen menyumbang satu perempat daripada semua protein dalam badan. Kolagen membentuk elemen fibril (collagen fibrils), yang terdiri daripada subunit struktur, yang dipanggil tropocollagen. Molekul tropocollagen mempunyai tiga rantai yang membentuk helix tiga kali ganda. Seperti struktur molekul tropocollagen, dan juga sebagai struktur gentian kolagen, apabila molekul ini disusun secara selari dalam arah membujur dengan perubahan berterusan kira-kira 1/4 daripada panjang dan memastikan keanjalan yang tinggi dan kekuatan tisu di mana mereka berada. Pada masa ini, 10 jenis kolagen genetik yang diketahui, berbeza dalam struktur kimia rantai-a dan / atau koleksi mereka dalam molekul. Empat jenis kolagen yang paling banyak dikaji mampu membentuk sehingga 10 molekul isoform.

Fibrils kolagen adalah sebahagian daripada ruang ekstraselular kebanyakan jenis tisu penghubung, termasuk tisu kartilaginus. Di dalam rangkaian tiga dimensi yang tidak larut, komponen lain yang lebih larut, seperti proteoglycans, glikoprotein dan protein khusus tisu, "kusut" dari tumbuhan kolagen yang runtuh; Kadang-kadang mereka covalently terikat kepada unsur kolagen.

Molekul kolagen yang dianjurkan dalam fibril membentuk kira-kira 50% daripada sisa organik rawan kering (10-20% daripada tulang rawan asli). Dalam tulang rawan yang matang, kira-kira 90% daripada collagens adalah collagens jenis II, yang hanya terdapat dalam tisu tertentu (contohnya, vitreous, saraf tunjang embrio). Jenis kolagen II merujuk kepada kelas pertama (membentuk gentian) molekul kolagen. Di samping itu, dalam rawan artikular tulang seseorang kolagen IX, jenis XI dan dalam sebilangan kecil jenis VI juga dijumpai. Jumlah relatif jenis gentian kolagen IX dalam fibril kolagen berkurangan daripada 15% pada tulang rawan janin kepada kira-kira 1% dalam rawan lembu yang matang.

Molekul kolagen yang saya taip terdiri daripada tiga rantai polipeptida a, (II) yang sama, disintesis dan dirahsiakan dalam bentuk precollagen prekursor. Setelah molekul kolagen siap dibebaskan ke ruang ekstraselular, mereka membentuk fibril. Dalam bentuk tulang rawan artikularular kolagen jenis II bentuk arc fibrillar, di mana lebih banyak "tebal" molekul terletak di lapisan dalam tisu, dan lebih "nipis" - mendatar di lapisan permukaan.

Dalam gen jenis procollagen jenis II, pengekalan exon yang ditemui propeptida N-terminal yang kaya dengan cysteine telah dijumpai. Exon ini tidak dinyatakan dalam rawan matang, tetapi pada peringkat awal pembangunan (prechondrogenesis). Oleh kerana kehadiran exon ini, molekul jenis procollagen II (jenis II A) lebih panjang daripada kolagen jenis II. Mungkin, ungkapan jenis procollagen ini menghalang pengumpulan unsur-unsur dalam ECM rawan artikular. Ia mungkin memainkan peranan dalam pembangunan patologi tulang rawan (contohnya, tindak balas reparatif yang tidak mencukupi, pembentukan osteofit, dan sebagainya).

Satu rangkaian gentian kolagen jenis II memberikan fungsi kekuatan tegangan dan diperlukan untuk mengekalkan jumlah dan bentuk tisu. Fungsi ini dipertingkatkan oleh kovalen dan cross-linking antara molekul kolagen. Dalam VKM, enzim lysiloxidase membentuk aldehid dari hidroksilizin, yang kemudiannya ditukar kepada asid amino multivitamin hidroksilisil-pyridinoline, yang membentuk silang antara rantai. Di satu pihak, kepekatan asid amino ini meningkat dengan usia, bagaimanapun, dalam rawan yang matang ia praktikal tidak berubah. Sebaliknya, dalam rawan artikular, penambahan kepekatan silang silang pelbagai jenis dengan umur dibentuk dengan usia, terbentuk tanpa penyertaan enzim.

Kira-kira 10% daripada jumlah kolagen tulang rawan yang dipanggil kolagen yang kecil yang mana sebahagian besarnya menentukan ciri unik fabrik ini. Jenis kolagen IX tergolong dalam kelas III molekul korotkospiralnyh dan kumpulan unik Facit-kolagen (urat saraf-Associated kolagen dengan Triple Interrupted -helices - kolagen urat saraf-dikaitkan dengan helix triple terganggu). Ia terdiri daripada tiga litar genetik yang berbeza. Salah seorang daripada mereka - satu ₂ -chain - terglikosilat serentak dengan kondroitin sulfat, yang menjadikan molekul pada masa yang sama proteoglikan itu. Antara segmen helix jenis kolagen IX kolagen, dan jenis II pameran kedua-dua matang dan belum matang silang ini gidroksipiridinovye. Collagen IX juga boleh berfungsi sebagai molekul-interfibrillyarny "penyambung" (atau jambatan) antara gentian halus kolagen bersebelahan. IX molekul kolagen membentuk silang ini di antara mereka, yang meningkatkan kestabilan mekanikal rangkaian berhubung dgn urat saraf tiga dimensi dan melindunginya daripada pendedahan kepada enzim. Mereka juga menyediakan rintangan kepada ubah bentuk, menghadkan bengkak proteoglikan terletak dalam rangkaian. Juga anionik CS rantaian IX kolagen molekul mengandungi domain kationik memaklumkan urat saraf caj besar dan kecenderungan untuk berinteraksi dengan makromolekul matriks lain.

Jenis kolagen XI hanya 2-3% daripada jumlah jisim collagens. Ia tergolong dalam kelas pertama (membentuk fibril) dari collagens dan terdiri daripada tiga rantaian yang berbeza. Bersama dengan jenis kolagen II dan IX, jenis kolagen X membentuk fibril heterotik rawan artikular. Molekul-molekul kolagen XI ditemui di dalam gentian kolagen jenis II dengan bantuan imunoelektrikroskopi. Mungkin mereka menganjurkan molekul kolagen jenis II, mengawal pertumbuhan sisi fibril dan menentukan diameter fibril kolagen heterotip. Selain itu, kolagen XI terlibat dalam pembentukan silang silang, tetapi walaupun dalam tulang rawan yang matang, ikatan melintang kekal dalam bentuk ketoamine divalen yang tidak matang.

Sebilangan kecil kolagen jenis VI, satu lagi wakil kelas 3 molekul jangka pendek, didapati dalam rawan artikular. Jenis kolagen VI membentuk pelbagai mikrofibrils dan, mungkin, tertumpu pada matriks kapsular daripada chondron.

Proteoglycans adalah protein yang sekurang-kurangnya satu rantai glikosaminoglika dilekatkan secara kovalen. Proteoglycans tergolong dalam salah satu makromolekul biologi yang paling kompleks. Proteoglik yang paling luas hadir dalam VKM rawan. "Dihindari" di dalam rangkaian fibril kolagen, proteoglycans hidrofilik memenuhi fungsi utama mereka - mereka memberitahu rawan keupayaan untuk mengubah bentuknya. Adalah dipercayai bahawa proteoglycans menjalankan beberapa fungsi lain, intipati yang tidak sepenuhnya jelas.

Aggrecan adalah proteoglycan utama rawan artikular: ia adalah kira-kira 90% daripada jumlah jisim proteoglycans dalam tisu. Protein terasnya iaitu 230 kD adalah glycosylated oleh beberapa rantai glikosaminoglik yang dikaitkan kovalen, serta N-terminal dan oligosakarida C-terminal.

Rantaian glikosaminoglikan rawan artikular, yang merupakan kira-kira 90% daripada jumlah makromolekul berat badan - sulfat keratan (mewakili urutan dari disaccharide sulfat N-atsetilglyukozamingalaktoza pelbagai bahagian sulfated dan sisa monosakarida lain, seperti asid sialik) dan kondroitin sulfat (mewakili urutan dari disaccharide N-acetylgalactosamine, asid glucuronic, ester sulfat, setiap dihubungkan dengan keempat atau atom karbon keenam N-atsetilg lactosamine).

Protein teras Aggrecan mengandungi tiga globular (G1, G2, G3) h interglobular dua (E1 dan E2) domain. Bahagian N-terminal terdiri daripada G, - dan domain G2- dipisahkan E1 panjang segmen 21 nm. C3-domain yang terletak di C-terminal, dipisahkan dari G ₂ lagi (kira-kira 260 nm) segmen E2 yang membawa lebih daripada 100 rantaian kondroitin sulfat kira-kira 15-25 rantaian sulfat keratan dan oligosakarida O berkaitan. Oligosakarida didapati terutamanya dalam G1- dan C2 domain dan E1-segmen, dan juga berdekatan dengan G N berkaitan ₃ -regiona. Glycosaminoglycans dikumpulkan ke dalam dua kawasan: paling dilanjutkan (yang dipanggil kawasan kaya dengan kondroitin sulfat) rantaian terdiri daripada kondroitin sulfat dan kira-kira 50% daripada rantaian sulfat keratan. Rantau kaya dengan sulfat keratan, setempat E ₂ -segmente berhampiran G1-domain mendahului kawasan yang kaya dengan sulfat kondroitin. Molekul Aggrecan juga mengandungi ester fosfat, setempat terutamanya kepada sisa xylose bahawa rantaian kondroitin sulfat yang melekat pada protein teras; mereka juga mempamerkan protein teras sisa serine.

Segmen C-terminal _dari domain C3 sangat homolog dengan lektin, sehingga molekul proteoglycan dapat diperbaiki di ECM dengan mengikat struktur hidrokarbon tertentu.

Kajian baru-baru telah menemui exon pengekodan (faktor pertumbuhan epidermis) yang EGF-suka, sub-domain dalam G ₃. Menggunakan antibodi anti-EGF poliklonal, epitope seperti EGF dilokalkan dalam peptida sebanyak 68 kD dalam agregat rawan artikular manusia. Walau bagaimanapun, fungsinya memerlukan penjelasan. Subdomain ini juga terdapat dalam struktur molekul adhesi yang mengawal penghijrahan limfosit. Hanya kira-kira satu pertiga daripada molekul yang aggrecan diasingkan daripada matang artikular manusia rawan mengandungi utuh C ₃ domain; mungkin ini disebabkan oleh fakta bahawa dalam ECM, molekul aggrecan dapat dikurangkan dalam saiz oleh laluan enzim. Nasib dan fungsi selanjutnya bagi pecahan pecah tidak diketahui.

Segmen fungsi utama adalah molekul aggrecan glikozaminoglikannesuschy E ₂ -segment. Tapak ini, kaya dengan sulfat keratan, mengandungi proline asam amino, serine dan threonine. Kebanyakan serine dan threonine sisa O-terglikosilat sisa N-atsetilgalaktozaminovymi, mereka mencetuskan sintesis oligosakarida tertentu, yang tertanam dalam rantaian sulfat keratan, dengan itu memanjangkan mereka. Selebihnya E ₂ -segmenta mengandungi lebih daripada 100 urutan serine-glycine, di mana siri ini menyediakan lampiran ksilozilnym untuk sisa pada permulaan rantaian kondroitin sulfat. Biasanya dan kondroitin-6-sulfat dan kondroitin-4-sulfat wujud serentak dalam molekul proteoglikan sama nisbah yang berbeza-beza bergantung kepada penyetempatan rawan dan umur orang itu.

Struktur molekul aggrecan dalam matriks rawan artikular seseorang mengalami beberapa perubahan dalam proses pematangan dan penuaan. Perubahan yang berkaitan dengan penuaan termasuk pengurangan saiz hidrodinamik akibat perubahan panjang rantaian panjang chondroitin sulfat, peningkatan jumlah dan panjang rantai keratan sulfat. Beberapa perubahan dalam molekul aggrecan juga menjalani tindakan enzim proteolitik (contohnya, aggrecanase dan stromelysin) pada protein teras. Ini membawa kepada penurunan progresif panjang purata protein teras molekul aggrecan.

Molekul aggrecan disintesis oleh chondrocytes dan dirembeskan di ECM, di mana ia membentuk agregat yang stabil oleh molekul protein yang mengikat. Pengagregatan ini termasuk interaksi bukan kovalen dan koperasi yang sangat khusus antara filamen asid glucuronic dan hampir 200 molekul aggrecan dan protein yang mengikat. Asid glucuronic - extracellular unsulfated glikosaminoglikan linear jisim molekul tinggi yang terdiri daripada kepelbagaian molekul berkaitan berurutan atsetilglyu-N-kozamina dan asid glucuronic. Gelung gabungan g1 domain aggrecan berinteraksi secara berbalik dengan lima disaccharides asid hyaluronik yang disusun secara berturut-turut. Protein yang mengikat, yang mengandungi gelung berpasangan yang serupa (tinggi homologi), berinteraksi dengan domain C1 dan molekul asid hyaluronik dan menstabilkan struktur agregat. Kompleks protein mengikat asam C1-domain-hyaluronik membentuk interaksi yang sangat stabil yang melindungi domain G1 dan protein mengikat dari tindakan enzim proteolitik. Dua molekul protein mengikat dengan berat molekul 40-50 kD telah dikenalpasti; mereka berbeza antara satu sama lain dalam tahap glikosilasi. Hanya satu molekul protein mengikat yang terdapat pada tapak ikatan asid hyaluronic-aggrecan. Molekul ketiga, yang lebih kecil, mengikat protein terbentuk daripada protein yang lebih besar oleh pembelahan proteolitik.

Kira-kira 200 molekul aggrecan boleh mengikat kepada satu molekul asid hyaluronik untuk membentuk satu unit panjang 8 mikron. Matriks sel-berkaitan yang terdiri daripada bahagian pericellular dan wilayah agregat mengekalkan hubungan mereka dengan sel-sel dengan mengikat (melalui thread asid hyaluronik) dengan reseptor SD44 seperti pada membran sel.

Pembentukan agregat dalam ECM adalah proses yang kompleks. Molekul aggrecan yang baru disintesis tidak segera menunjukkan keupayaan untuk mengikat asid hyaluronik. Ini boleh berfungsi sebagai mekanisme pengawalseliaan yang membolehkan molekul yang baru disintesis mencapai zon interterritorial matriks sebelum dimobilkan menjadi agregat besar. Bilangan molekul agregat yang baru disintesis dan protein yang mengikat yang mampu membentuk agregat dengan berinteraksi dengan asid hyaluronik berkurangan dengan ketara dengan usia. Di samping itu, dengan umur, saiz agregat yang diasingkan dari tulang rawan artikular seseorang berkurangan. Ini sebahagiannya disebabkan oleh penurunan panjang purata molekul asid hyaluronik dan molekul aggrecan.

Terdapat dua jenis agregat dalam tulang rawan artikular. Saiz rata-rata agregat jenis pertama ialah 60 S, agregat jenis kedua (cepat meretas "superagregat") adalah 120 S. Yang terakhir dicirikan oleh banyak molekul protein mengikat. Kehadiran superagregat ini boleh memainkan peranan yang besar dalam berfungsi tisu; semasa pemulihan tisu selepas imobilisasi anggota badan di lapisan tengah rawan artikular, kepekatan tinggi mereka didapati, dalam sendi terjejas oleh osteoarthritis, pada peringkat awal penyakit dimensi mereka berkurangan.

Sebagai tambahan kepada aggrecan, tulang rawan artikular mengandungi sejumlah proteoglikan yang lebih kecil. Biglikan dan decorin, molekul yang mengandungi dermatan sulfat mempunyai jisim molekul kira-kira 100 dan 70 kD, masing-masing; jisim protein teras mereka adalah kira-kira 30 kD.

Rawan artikular molekul biglycan manusia mengandungi dua rantai sulfat dermatan, manakala lebih kerap berlaku decorin - hanya satu. Molekul ini adalah hanya sebahagian kecil daripada proteoglikan dalam rawan artikular, walaupun mereka juga boleh menjadi banyak, serta agregat besar proteoglikan. Proteoglikan kecil berinteraksi dengan makromolekul lain di ECM, termasuk gentian halus kolagen, fibronectin, faktor pertumbuhan, dan lain-lain. Decorin asalnya tempatan di permukaan gentian halus kolagen dan menghalang kolagen fibrillogenesis. Rod tegas mengekalkan protein dengan domain sel mengikat fibronectin, dengan itu mungkin menghalang mengikat kedua kepada reseptor permukaan sel (integrins). Kerana kenyataan bahawa kedua-dua decorin dan mengikat biglycan untuk fibronectin dan menghalang lekatan sel dan penghijrahan, serta pembentukan thrombus, mereka dapat menghalang proses pembaikan tisu.

Fibromodulin rawan artikular adalah proteoglycan dengan jisim molekul 50-65 kD, yang berkaitan dengan fibril kolagen. Protein terasnya, homolog dengan protein utama hiasan dan bigakana, mengandungi sejumlah besar sisa tirosin tirosin. Bentuk fibromodulin glikosilat (dahulu dikenali sebagai protein matriks 59 kD) boleh mengambil bahagian dalam peraturan pembentukan dan penyelenggaraan struktur fibril kolagen. Fibromodulin dan dekorasi terletak pada permukaan fibril kolagen. Oleh itu, seperti yang ditunjukkan sebelum ini, peningkatan dalam diameter fibril perlu didahului oleh penyingkiran selektif proteoglycans (serta molekul jenis IX kolagen).

Rawan tulang artikular mengandungi sejumlah protein dalam VKM, yang tidak tergolong dalam proteoglycans atau collagens. Mereka berinteraksi dengan makromolekul lain untuk membentuk rangkaian di mana kebanyakan molekul VKM dimasukkan.

Anchorin, protein dengan jisim 34 kD, diletakkan pada permukaan kondroit dan dalam membran sel, mengantara interaksi antara sel dan matriks. Oleh kerana afinitasnya yang tinggi untuk jenis kolagen II, ia boleh bertindak sebagai mekanoreceptor, yang memancarkan isyarat mengenai tekanan berubah pada fibril daripada kondroit.

Fibronectin adalah komponen dari kebanyakan tisu kartilaginus, sedikit berbeza daripada fibronektin plasma darah. Disarankan bahawa fibronektin mempromosikan integrasi matriks dengan berinteraksi dengan membran sel dan unsur-unsur matriks lain seperti kolagen jenis II dan thrombospondin. Fragments of fibronectin memberi kesan negatif terhadap metabolisme chondrocytes - menghalang sintesis aggrecan, merangsang proses katabolik. Dalam cecair bersama pesakit dengan osteoarthrosis, kepekatan serat fibronektin yang tinggi telah dijumpai, supaya mereka boleh mengambil bahagian dalam penyakit patogenesis pada peringkat kemudian. Mungkin, serpihan molekul matriks lain yang mengikat kepada reseptor chondrocyte juga mempunyai kesan yang sama.

The protein matrix oligomeric matrix (OMPC), ahli superfamili thrombospondin, adalah pentamer dengan lima subunit yang sama dengan berat molekul kira-kira 83 kD. Mereka didapati dalam jumlah besar dalam tulang rawan artikular, terutamanya dalam lapisan sel yang membiak dalam tisu yang semakin meningkat. Oleh itu, mungkin, OMPCH mengambil bahagian dalam pengawalseliaan pertumbuhan sel. Pada kepekatan yang jauh lebih rendah, mereka didapati di ECM rawan artikular yang matang. Protein matriks juga dirujuk sebagai:

• Protein matriks asas (36 kD), yang mempunyai afiniti tinggi untuk kondroit, boleh memediasi interaksi sel dalam ECM, contohnya, semasa pembentukan semula tisu;
• GP-39 (39 kD) dinyatakan dalam lapisan permukaan rawan artikular dan dalam membran sinovial (fungsinya tidak diketahui);
• Protein 21 kD disintesis oleh chondrocytes hipertropi, berinteraksi dengan kolagen jenis X, boleh berfungsi di zon "gelombang-gelombang".

Di samping itu, ia adalah jelas bahawa kondrosit meluahkan satu bentuk bukan terglikosilat daripada proteoglikan kecil bukan dikumpulkan pada peringkat tertentu dalam perkembangan tulang rawan dan dalam keadaan patologi, tetapi fungsi khusus mereka sedang dikaji.

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

Ciri-ciri fungsional tulang rawan sendi

Molekul aggrecan memberikan rawan artikular keupayaan untuk mengalami ubah bentuk yang boleh diterbalikkan. Mereka memperlihatkan interaksi tertentu dalam ruang ekstraselular dan dengan pasti memainkan peranan penting dalam organisasi, struktur dan fungsi ECM. Dalam molekul aggrecan tisu cartilaginous mencapai kepekatan 100 mg / ml. Dalam tulang rawan, molekul Aggregan dimampatkan kepada 20% daripada jumlah yang mereka hadapi dalam penyelesaian. Rangkaian tiga dimensi yang dibentuk oleh fibril kolagen memaparkan tisu bentuk ciri-cirinya dan menghalang peningkatan dalam jumlah proteoglikan. Di dalam rangkaian kolagen, proteoglycans immobile membawa cas elektrik negatif besar (mengandungi sejumlah besar kumpulan anionik), yang membolehkan berinteraksi dengan kumpulan kationik mudah alih cecair interstitial. Berinteraksi dengan air, proteoglisans memberikan tekanan pembengkakan yang dipanggil, yang dilancarkan oleh rangkaian kolagen.

Kehadiran air di ECM sangat penting. Air menentukan jumlah tisu; yang berkaitan dengan proteoglikan, ia memberikan daya tahan terhadap mampatan. Di samping itu, air menyediakan pengangkutan molekul dan penyebaran dalam ECM. Ketumpatan tinggi terhadap pertuduhan negatif pada proteoglisans besar yang tetap dalam tisu mencipta "kesan volum dikecualikan". Saiz liang dari larutan intra-pekat proteoglisans sangat kecil sehingga penyebaran protein globular besar ke dalam tisu sangat terhad. VKM menangkis kecil yang dikenakan negatif (contohnya, ion klorida) dan protein besar (seperti albumin dan immunoglobulin). Saiz sel dalam rangkaian padat fibril dan protein kolagen yang padat hanya boleh dimensi dengan dimensi beberapa molekul anorganik (contohnya, natrium dan kalium, tetapi bukan kalsium).

Dalam VKM beberapa jumlah air hadir dalam fibrils kolagen. Ciri fizikokimia dan biomekanik rawan menentukan ruang extrafibrillar. Kandungan air dalam ruang fibrillar bergantung kepada kepekatan proteoglikan dalam ruang extrafibrillar dan bertambah dengan penurunan kepekatan yang terakhir.

Caj negatif tetap pada proteoglycans menentukan komposisi ion dari medium ekstraselular yang mengandungi kation bebas dalam kepekatan tinggi dan anion bebas dalam kepekatan yang rendah. Oleh kerana kepekatan molekul aggrecan naik dari permukaan ke zon rawan yang mendalam, persekitaran ionik perubahan tisu. Kepekatan ion tak organik dalam ECM menghasilkan tekanan osmotik yang tinggi.

Sifat rawan sebagai bahan bergantung kepada interaksi fibrils kolagen, proteoglikan dan fasa cecair tisu. Perubahan struktur dan komposisi yang tidak berpadanan antara sintetik dan proses katabolik, dan degradasi makromolekul oleh kecederaan fizikal, ketara memberi kesan kepada sifat bahan rawan dan mengubah fungsinya. Kerana kepekatan dan pengedaran organisasi makro-molekul daripada proteoglikan dan kolagen berbeza-beza mengikut kedalaman zon rawan mengubah sifat biomekanik setiap zon. Sebagai contoh, kawasan permukaan dengan kepekatan yang tinggi gentian halus kolagen dilupuskan tangen berkenaan dengan kepekatan yang rendah proteoglikan telah mengatasi yang paling ketara regangan hartanah, mengedarkan beban sama rata di seluruh permukaan tisu. Dalam zon peralihan dan mendalam, kepekatan proteoglycans yang tinggi menghasilkan sifat tisu untuk memindahkan beban mampatan. Pada tahap "garis berombak" sifat bahan rawan berbeza dengan ketara dari zon nekaltsifitsirovannoy lembut kepada rawan mineralized keras. Di kawasan "garis bergelombang" kekuatan tisu disediakan oleh rangkaian kolagen. Fibreil kartilaginous tidak menyeberangi bahagian cartilaginous; di perkarangan kekuatan tisu osteochondral disediakan oleh kontur khas sempadan antara zon nekaltsifitsirovannogo dan rawan calcified dalam bentuk outgrowths jari seperti tidak teratur, yang "menutup" dua lapisan dan menghalang perpisahan mereka. Rawan calcified kurang tumpat daripada tulang subchondral, jadi ia melaksanakan fungsi lapisan pertengahan yang melembutkan beban mampatan pada tulang rawan dan tulang subchondral menghantarnya.

Semasa beban, pengedaran kompleks tiga daya berlaku-peregangan, ricih dan pemampatan. Matriks artikular berubah bentuk disebabkan oleh pembuangan air (dan juga produk metabolisme sel) dari zon beban, meningkatkan kepekatan ion dalam interstitsialnoi cecair. Pergerakan air secara langsung bergantung kepada tempoh dan kekuatan beban yang dikenakan dan ditangguhkan oleh pertuduhan negatif terhadap proteoglikan. Masa proteoglikan tisu ubah bentuk lebih ketat ditekan terhadap satu sama lain, sekali gus berkesan meningkatkan ketumpatan cas negatif dan molekul menjijikkan kuasa cas negatif seterusnya meningkatkan rintangan kepada ubah bentuk lagi fabrik. Akhirnya ubah bentuk mencapai keseimbangan, di mana kuasa-kuasa luar kuasa-kuasa rintangan beban dalaman seimbang - bengkak tekanan (interaksi dengan ion proteoglikan) dan tekanan mekanikal (proteoglikan interaksi dan kolagen). Apabila beban dihapuskan, tisu kartilaginous memperoleh bentuk asalnya dengan menghisap air bersama dengan nutrien. Borang tisu awal (pre-load) dicapai apabila tekanan bengkak proteoglisans diseimbangkan oleh rintangan rangkaian kolagen ke penyebaran mereka.

Sifat-sifat biomekanik tulang rawan artikular adalah berdasarkan integriti struktur kain - komposisi kolagen-proteoglikan sebagai fasa pepejal dan air dan ion dibubarkan di dalamnya sebagai fasa cecair. Daripada beban, tekanan hidrostatik rawan artikular adalah kira-kira 1-2 atm. Tekanan hidrostatik ini boleh meningkatkan vivo menjadi 100-200 atm. Milisaat sambil berdiri sehingga 40-50 atm ketika berjalan. Kajian in vitro telah menunjukkan bahawa tekanan hidrostatik 50-150 atm (fisiologi) untuk tempoh yang singkat membawa kepada pertumbuhan sederhana rawan anabolisme, selama 2 jam - membawa kepada kehilangan rawan cecair, tetapi tidak menyebabkan apa-apa perubahan lain. Persoalannya masih berapa cepat tindak balas chondrocytes dalam vivo ke beban jenis ini.

Pengurangan penghidratan teraruh dengan peningkatan selanjutnya dalam kepekatan proteoglycans membawa kepada tarikan ion caj positif, seperti H ⁺ dan Na ⁺. Ini membawa kepada perubahan dalam jumlah komposisi ion dan pH ECM, dan chondrocytes. Pemuatan yang berpanjangan mendorong pengurangan pH dan pengurangan serentak dalam sintesis proteoglisans oleh chondrocytes. Mungkin pengaruh persekitaran ionik ekstraselular pada proses sintetik juga sebahagiannya berkaitan dengan kesannya terhadap komposisi ECM. Molekul-molekul aggrecan yang baru disintesis dalam medium yang lemah berasid lebih lambat daripada keadaan biasa yang matang dalam bentuk agregat. Ia berkemungkinan bahawa penurunan pH di sekitar chondrocytes (contohnya semasa beban) membolehkan lebih banyak molekul aggrecane yang disintesis untuk mencapai matriks interterritorial.

Apabila beban dihapuskan, air kembali dari rongga synovial, membawa nutrien untuk sel-sel. Rawan yang terjejas dengan osteoartritis, kepekatan proteoglikan diturunkan, oleh itu, semasa memuatkan air bergerak bukan sahaja menegak dalam rongga sinovia, tetapi juga dalam arah yang lain, sekali gus mengurangkan kondrosit kuasa.

Boleh bergerak atau beban kecil membawa kepada penurunan yang ketara dalam proses sintetik kandungan rawan proteoglikan dan, manakala peningkatan dalam beban dinamik membawa kepada sintesis peningkatan proteoglikan sederhana dan kandungan .. Senaman sengit (20km sehari selama 15 minggu) pada anjing menyebabkan perubahan dalam kandungan proteoglikan khususnya, penurunan tajam dalam kepekatan mereka di zon permukaan. Terdapat beberapa pelunakan tulang rawan dan pembentukan semula tulang subkondral. Satu beban statik yang besar, bagaimanapun, menyebabkan kerosakan rawan dan degenerasi berikutnya. Di samping itu, kehilangan Aggrecan ECM memulakan perubahan yang tidak normal ciri osteoarthrosis. Kehilangan aggrecan membawa kepada daya tarikan air dan pembengkakan baki sedikit proteoglycans. Pembubaran aggrecan ini membantu mengurangkan ketumpatan cas tetap tempatan dan akhirnya membawa kepada perubahan dalam osmolar.