Osteoarthritis: كيف يتم ترتيب الغضروف المفصلي؟

يؤدي الغضروف المفصلي الطبيعي وظيفتين رئيسيتين: امتصاص الضغط عن طريق التشوه أثناء الإجهاد الميكانيكي وضمان نعومة الأسطح المفصلية ، والتي تسمح لك بتقليل الاحتكاك عند التحرك في المفصل. يتم ضمان ذلك من خلال البنية الفريدة للغضروف المفصلي ، والتي تتكون من chondro-ita مغمورة في المصفوفة خارج الخلية (ECM).

يمكن تقسيم الغضروف المفصلي الطبيعي للشخص البالغ إلى عدة طبقات ، أو مناطق: سطح ، أو منطقة عرضية ، أو منطقة انتقالية ، أو منطقة عميقة ، أو منطقة شعاعية ومنطقة مكونة. لا توجد حدود واضحة بين الطبقة السطحية والمناطق الانتقالية ولا سيما بين الانتقال والمناطق العميقة. وتسمى العلاقة بين الغضروف المفصلي غير المحسوب والمتكلس "الحدود المتموجة" - وهذا هو الخط الذي يحدده تلوين الأنسجة منزوعة الكلس. المنطقة المكلومة من الغضروف هي نسبة ثابتة نسبيا (6-8 ٪) في الارتفاع الكلي للأهلة. يختلف إجمالي سماكة الغضروف المفصلي ، بما في ذلك منطقة الغضروف المتكلسة ، اعتمادًا على الحمل في منطقة معينة من سطح المفصل ونوع المفصل. يلعب الضغط الهيدروستاتيكي المتقطع في العظم تحت الغضروف دورًا مهمًا في الحفاظ على البنية الطبيعية للغضروف ، مما يؤدي إلى تباطؤ التحجر.

تشكل الخلايا الغضروفية حوالي 2-3٪ من كتلة النسيج الكلية. في المنطقة السطحية (العرضية) التي توجد على طولها وفي المنطقة (الشعاعية) العميقة - المتعامدة مع سطح الغضروف ؛ في المنطقة الانتقالية ، تشكل الخلايا الغضروفية مجموعات من 2-4 خلايا منتشرة في جميع أنحاء المصفوفة. تبعاً لمنطقة الغضروف المفصلي ، تختلف كثافة موقع الخلايا الغضروفية - وهي أعلى كثافة خلية في منطقة السطح ، وهي أدنى كثافة في المنطقة المتكلسة. بالإضافة إلى ذلك ، تختلف كثافة التوزيع الخلوي من المفصل إلى المفصل ، ويتناسب عكسيا مع سمك الغضروف والحمولة التي يمر بها موقعه المقابل.

معظم الخلايا الغضروفية الموجودة بشكل سطحي هي عبارة عن شكل قرص وشكل في منطقة عرضية عدة طبقات من الخلايا تقع أسفل شريط ضيق من المصفوفة ؛ تميل الخلايا الموجودة في هذه المنطقة بدرجة كبيرة إلى أن تكون لها خطوط غير مستوية أكثر. في منطقة الانتقال ، يكون للغضروفية شكل كروي ، وفي بعض الأحيان يتم دمجها في مجموعات صغيرة منتشرة في المصفوفة. غضروفية من المنطقة العميقة هي في الغالب شكل بيضاوي الشكل ، مجمعة في سلاسل مرتبة بشكل شعاعي من 2-6 خلايا. في المنطقة المتكلسة يتم توزيعها بشكل أكبر. البعض منهم نخر ، على الرغم من أن معظمها قابلة للحياة. الخلايا محاطة بمصفوفة غير محسوبة ، والمساحة بين الخلايا هي متكلسة.

وهكذا ، يتكون الغضروف المفصلي البشري من ECM رطب وخلايا مغمورة فيه ، والتي تشكل 2-3 ٪ من إجمالي حجم الأنسجة. لأن الأنسجة الغضروفية لا تحتوي على الدم والأوعية اللمفاوية ، والتفاعل بين الخلايا ، وإيصال المواد الغذائية إليها ، ويتم إزالة المنتجات الأيضية عن طريق نشر من خلال ECM. على الرغم من حقيقة أن الخلايا الغضروفية الأيضية نشطة للغاية ، فإنها لا تنقسم عادة عند البالغين. Chondrocytes موجودة في بيئة خالية من الأكسجين ، ونعتقد أن الأيض الخاصة بهم تنفذ في الغالب اللاهوائي.

تعتبر كل خلية غضروفية وحدة استقلابية منفصلة من الغضروف ، معزولة عن الخلايا المجاورة ، ولكنها مسؤولة عن إنتاج عناصر VKM في المنطقة المجاورة للخلية المعينة والحفاظ على تكوينها.

وVCR تنبعث منها ثلاثة أقسام، كل منها له هيكل الصرفي فريدة من نوعها وتكوينها الكيميائي معين. VCR المجاور مباشرة غشاء kbazalnoy خلية غضروفية، ودعا المحيطة بالخلايا، ililakunarnym، المصفوفة. ويتميز هذا التفاعل خلية المحتوى المتعلق عالية حمض الهيالورونيك من المجاميع بروتيوغليكان مع مستقبلات شبيهة CD44، والنقص النسبي في الألياف الكولاجين المنظمة. على اتصال مباشر مع مصفوفة المحيطة بالخلايا الإقليمية أو المحفظة، مصفوفة الذي يتكون من شبكة من المتقاطعة الكولاجين لييفي، الذي يغلف الخلايا الفردية، أو (أحيانا) مجموعة من الخلايا التي تشكل hondron، ومن المرجح أن تقديم الدعم الميكانيكية خاص للخلايا. الاتصال خلية غضروفية مصفوفة مع المحفظة من قبل العديد من العمليات هيولي الغنية في خيوط دقيقة وجزيئات مصفوفة محددة، مثل CD44-ankorin وpodobnye مستقبلات تحقيقه. أكبر وأكثر بعيدا عن الغشاء القاعدي فصل ECM خلية غضروفية - مصفوفة مشتركة الأقاليم التي تحتوي على أكبر عدد من الألياف الكولاجين والبروتيوغليكان.

يتم تقسيم تقسيم ECM إلى أقسام أكثر بوضوح في الغضروف المفصلي لشخص بالغ مما هو عليه في غضروف مفصلي غير ناضج. يختلف الحجم النسبي لكل قسم ليس فقط في المفاصل المختلفة ، ولكن أيضًا في نفس الغضروف. كل خلية غضروفية تنتج مصفوفة تحيط بها. دراسات قدمت تنضج غضروفية الغضروف قامت تحكم الأيض نشطة على المصفوفات الخاصة المحيطة بالخلايا والإقليمية لمراقبة أقل نشاطا مصفوفة مشتركة الأقاليم، التي يمكن أن تكون عملية الأيض "خاملة".

كما ذكر سابقا، فإن الغضروف المفصلي يتكون أساسا من ECM واسعة النطاق، توليفها والتي تنظمها غضروفية. تختلف الجزيئات الأنسجة وتركيزاتها في جميع مراحل الحياة لتلبية الاحتياجات المتغيرة وظيفية. ومع ذلك، فإنه لا يزال من غير الواضح: خلايا تجميع مصفوفة كاملة في نفس الوقت أو في مرحلة معينة وفقا للاحتياجات الفسيولوجية. تركيز الجزيئات، والتوازن الأيضي بينهما، وتحديد العلاقة والخصائص الكيميائية الحيوية والتفاعل، وبالتالي وظيفة الغضروف المفصلي داخل المفصل. المكون الرئيسي لالكبار VCR غضروف مفصلي هو الماء (65-70٪ من إجمالي الكتلة)، وهذا مرتبط بقوة فيها عن طريق الخصائص الفيزيائية الخاصة من الجزيئات أنسجة الغضروف تتألف من الكولاجين، البروتيوغليكان وبروتينات سكرية غير الكولاجينية.

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

التركيب البيوكيميائي للغضروف

تتكون ألياف الكولاجين من جزيئات بروتين الكولاجين. في الثدييات ، تشكل نسبة الكولاجين ربع كل البروتينات في الجسم. يتكون الكولاجين من العناصر الليفية (fibrils fibrils) التي تتكون من وحدات فرعية هيكلية تسمى tropocollagen. يحتوي جزيء التروبوكولاجين على ثلاث سلاسل تشكل حلزون ثلاثي. هذه البنية لجزيء التروبوكولاجين ، وكذلك بنية ألياف الكولاجين ، عندما تكون هذه الجزيئات متوازية في الاتجاه الطولي مع تحول ثابت يبلغ حوالي 1/4 من الطول وتوفر مرونة عالية وقوة للأنسجة التي توجد بها. حاليا ، 10 أنواع مختلفة وراثيا من الكولاجين معروفة ، تختلف في التركيب الكيميائي للسلاسل و / أو جمعها في الجزيء. الأنواع الأربعة الأولى الأكثر دراسة من الكولاجين قادرة على تكوين ما يصل إلى 10 أشكال إسوية جزيئية.

تعتبر ليفات الكولاجين جزءًا من الفضاء خارج الخلية لمعظم أنواع الأنسجة الضامة ، بما في ذلك الأنسجة الغضروفية. داخل الشبكة الثلاثية الأبعاد غير القابلة للذوبان ، هناك مكونات أخرى أكثر قابلية للذوبان ، مثل البروتينات والبروتينات السكرية والبروتينات الخاصة بالنسيج ، "متشابكة" من ليفات الكولاجين المنهارة. في بعض الأحيان هم ملزمون تساهميًا بعناصر الكولاجين.

تشكل جزيئات الكولاجين التي يتم تنظيمها في الألياف حوالي 50٪ من المادة الجافة العضوية للغضروف (10-20٪ من الغضروف المحلي). في الغضروف الناضج ، حوالي 90 ٪ من الكولاجين هي كولاجينات من النوع الثاني ، والتي توجد فقط في أنسجة معينة (على سبيل المثال ، الجسم الزجاجي ، الحبل الشوكي الجنيني). الكولاجين من النوع الثاني يشير إلى الطبقة الأولى (تشكيل الالياف) لجزيئات الكولاجين. بالإضافة إلى ذلك ، في الغضروف المفصلي الناضج لشخص الكولاجين التاسع ، ونوع XI وفي عدد صغير من النوع السادس أيضا. الكمية النسبية للألياف الكولاجينية من نوع IX في ألياف ليفية الكولاجين تنخفض من 15٪ في غضروف الجنين إلى حوالي 1٪ في الغضروف الناضج للثور.

تتكون جزيئات الكولاجين I type من ثلاثة ببتيدات متماثلة a ، (II) سلاسل ، توليفها ومفرزتها على شكل سلف سابق الطور. بمجرد أن يتم إطلاق جزيئات الكولاجين الجاهزة في الفضاء خارج الخلية ، فإنها تشكل ليفات. في نموذج الغضروف الناضج الغضروفى من النوع الثاني يتكون من أروقة فيبرلين ، حيث توجد جزيئات أكثر "سميكة" في طبقات عميقة من الأنسجة ، وأكثر "رقيقة" - أفقيا في الطبقات السطحية.

في جين procollagen من النوع الثاني ، تم العثور على exon ترميز propeptide N- محطة الغنية السيستين. لا يتم التعبير عن هذا exon في الغضروف الناضجة ، ولكن في المراحل الأولى من التطور (prechondrogenesis). نظرًا لوجود هذا الإكسون ، فإن جزيء البروكولاجين من النمط الثاني (النوع الثاني أ) أطول من الكولاجين من النوع الثاني. من المحتمل أن تعبير هذا النوع من بروكولاجين يمنع تراكم العناصر في ECM للغضروف المفصلي. قد يلعب دورًا في تطوير علم أمراض الغضروف (على سبيل المثال ، استجابة التعويض غير الكافية ، وتشكيل نابتة العظام ، وما إلى ذلك).

توفر شبكة من ألياف كولاجين من النوع الثاني وظيفة قوة شد وهي ضرورية للحفاظ على حجم وشكل الأنسجة. يتم تعزيز هذه الوظيفة عن طريق التساهمية والترابط بين جزيئات الكولاجين. الانزيم VCR أشكال الليزيل أوكسيديز من ألدهيد هيدروكسي ليزين التي يتم بعد ذلك تحويلها إلى pyridinoline تشكيل crosslinks متعددي الأمينية هيدروكسي ليزين بين السلاسل. من ناحية ، يرتفع تركيز هذا الأحماض الأمينية مع التقدم في العمر ، ومع ذلك ، في الغضروف الناضج فإنه لا يتغير عمليا. من ناحية أخرى ، في الغضروف المفصلي ، تتشكل زيادة في تركيز الروابط المتقاطعة من أنواع مختلفة مع التقدم في العمر مع تقدم العمر ، وتشكل دون مشاركة الإنزيمات.

حوالي 10 ٪ من إجمالي كمية نسيج الغضاريف الكولاجين هو ما يسمى الكولاجينات الصغيرة ، والتي تحدد في كثير من الجوانب الوظيفة الفريدة لهذا النسيج. نوع الكولاجين IX ينتمي إلى الطبقة الثالثة جزيئات korotkospiralnyh ومجموعة فريدة من نوعها FACIT الكولاجين (فيبريل-أسوشيتد الكولاجين مع الثلاثي توقف -helices - المصاحب ليفية الكولاجين مع الحلزون الثلاثي توقف). يتكون من ثلاث سلاسل مختلفة وراثيا. واحد منهم - ₂ - سلسلة - هو glycosylated في وقت واحد مع كبريتات الشوندروتن ، مما يجعل هذا الجزيء بروتيوغليكان في وقت واحد. بين أجزاء من الكولاجين نوع IX دوامة والكولاجين من النوع الثاني ، يتم الكشف عن كل من الصلات المتصالبة الناضجة وغير المتغيرة. يمكن أن يعمل الكولاجين IX أيضًا على شكل "رابط" بين جزيئات (interfolecular-interfibrillar) (أو جسر) بين ليفات الكولاجين المجاورة. تشكل جزيئات الكولاجين IX روابط متصالبة فيما بينها ، مما يزيد من الثبات الميكانيكي للشبكة الثلاثية الأبعاد الفايبرالية ويحميها من تأثيرات الإنزيمات. أنها توفر أيضا مقاومة للتشوه ، والحد من تورم بروتيوغليكان داخل الشبكة. كما يحتوي أنيوني CS-IX سلسلة الكولاجين جزيء نطاق الموجبة إعلام ليفية تهمة كبيرة والميل للتفاعل مع الجزيئات مصفوفة أخرى.

نوع الكولاجين الحادي عشر هو فقط 2-3 ٪ من مجموع كتل الكولاجين. وهو ينتمي إلى الطبقة الأولى (تشكيل ليفات) من الكولاجين ويتكون من ثلاثة سلاسل مختلفة. جنبا إلى جنب مع أنواع الكولاجين II و IX ، اكتب الكولاجين X شكل ليفيجات متغايرة من الغضروف المفصلي. تم العثور على جزيئات من نوع الكولاجين الحادي عشر داخل ليفات الكولاجين من النوع الثاني بمساعدة منظار مناعي كهربائي. ربما يقومون بتنظيم جزيئات من النوع الثاني من الكولاجين ، تتحكم في النمو الجانبي للفيبر وتحديد قطر ليفي الكولاجين المتغاير. بالإضافة إلى ذلك ، يشارك الكولاجين الحادي عشر في تكوين الروابط المتقاطعة ، ولكن حتى في الغضروف الناضج ، تبقى الروابط المستعرضة في صورة ketoamines ثنائية التكافؤ غير الناضجة.

تم العثور على كمية صغيرة من نوع الكولاجين السادس ، ممثل آخر من الدرجة الثالثة من جزيئات قصيرة المدى في الغضروف المفصلي. الكولاجين من النوع السادس أشكال مختلفة من الميكروفونات ، وربما يتركز في المصفوفة المحفظة من chondron.

بروتيوغليكان هي بروتينات يتم ربط تساهمية واحدة منها على الأقل بسلسلة جليكوسامينوجليكان. ينتمي البروتيوغليكان إلى واحدة من أكثر الجزيئات الحيوية المعقدة. بروتوجليكان الأكثر شمولا موجودة في غضروف VKM. "متشابكا" داخل شبكة من ألياف الكولاجين ، بروتيوغليكان hydrophilic الوفاء وظيفتها الرئيسية - أنها تبلغ الغضروف من القدرة على تشوه عكسيا. ويعتقد أن بروتيوغليكان ينفذ عددًا من الوظائف الأخرى ، التي لا يكون جوهرها واضحًا تمامًا.

Aggrecan هو البروتيوغليكان الرئيسي للغضروف المفصلي: هو حوالي 90 ٪ من الكتلة الإجمالية للبروتيوجليكان في النسيج. بروتينه الأساسي من 230 كيلو دالتون هو glycosylated من قبل عدد من سلاسل glycosaminoglycan المرتبطة تساهميا ، فضلا عن Nigus و N-terminal و Nigoside.

سلسلة جلايكان من الغضروف المفصلي، والتي تشكل حوالي 90٪ من إجمالي الجزيئات الوزن - كبريتات كيراتان (الذي يمثل تسلسل من ديساكهارايد كبريتية N-atsetilglyukozamingalaktoza متعددة الأجزاء مكبرت وغيرها من المخلفات أحادي السكاريد، مثل الحامض اللعابي) وكبريتات شوندروتن (الذي يمثل تسلسل من ديساكهارايد من N-acetylgalactosamine، حمض الغلوكورونيك، استر كبريتات، كل متصلا الرابع أو إلى ذرة الكربون السادسة لN-atsetilg lactosamine).

يحتوي قلب الركام على ثلاثة مجالات كروية (G1 و G2 و G3) h 2 (en) و (E1 و E2). تحتوي منطقة N-terminal على نطاقات G و G2 مفصولة بقطعة E1 بطول 21 nm. C3 المجال الموجود في C-محطة، وفصلها عن G ₂ أطول (حوالي 260 نانومتر) قطعة E2 التي تحمل أكثر من 100 سلاسل شوندروتن كبريتات حوالي 15-25 سلاسل كبريتات كيراتان ويغوساكاريدس المرتبطة O. يغوساكاريدس وجدت أساسا في G1- وC2 المجالات وE1 بين القطاعات، وكذلك بالقرب من G N-ربط ₃ -regiona. يتم تجميع الجليكوزامينوجليكان إلى منطقتين: الأكثر الموسعة (ما يسمى المنطقة الغنية في كبريتات شوندروتن) تضم سلسلة كبريتات شوندروتن وحوالي 50٪ من سلاسل كبريتات كيراتان. منطقة غنية الكبريتات كيراتان، المترجمة إلى E ₂ -segmente بالقرب G1 المجال تسبق منطقة غنية الكبريتات شوندروتن. تحتوي على جزيئات Aggrecan أيضا استرات الفوسفات، المترجمة في المقام الأول على بقايا الزيلوز التي تعلق سلاسل سلفات الكوندروتين للبروتين الأساسية؛ وجدت أيضا على المخلفات السيينية للبروتين الأساسي.

إن الجزء C-terminal _من المجال C3 متجانس إلى حد كبير مع اللقاح ، بحيث يمكن تثبيت جزيئات بروتيوغليكان في ECM عن طريق ربط هياكل هيدروكربونية معينة.

والدراسات الحديثة وجدت لاكسون ترميز (عامل نمو البشرة) مثل EGF، النطاق الفرعي داخل G ₃. باستخدام الأجسام المضادة polyclonal مكافحة EGF ، تم تحديد موقع حاتمة مثل EGF داخل ببتيد من 68 كيلو دالتون في مجموع الغضروف المفصلي الإنسان. ومع ذلك ، فإن وظائفها تتطلب توضيحًا. تم العثور على هذا النطاق الفرعي أيضًا في بنية جزيئات الالتصاق التي تتحكم في هجرة الخلايا الليمفاوية. فقط حوالي ثلث جزيئات aggrecan معزولة عن ناضجة الغضروف المفصلي البشري يحتوي على حالها C ₃ مجالات. ربما هذا يرجع إلى حقيقة أنه في ECM ، يمكن خفض جزيئات aggrecan في حجم طريق الانزيم. المصير الإضافي ووظيفة الأجزاء المنقسمة غير معروفة.

قطاع وظيفي الرئيسي هو جزيء aggrecan glikozaminoglikannesuschy E ₂ -segment. يحتوي الموقع الغني بالكبريتات الكيراتانية على الأحماض الأمينية البرولين والسيرين والثريونين. معظم سيرين وثريونين بقايا O-الغليكوزيلاتي بقايا-N atsetilgalaktozaminovymi، فإنها تؤدي إلى تركيب بعض يغوساكاريدس، والتي هي جزء لا يتجزأ في سلاسل كبريتات كيراتان، وبالتالي إطالة لهم. بقية E ₂ -segmenta تحتوي على أكثر من 100 تسلسل سيرين-الجلايسين، الذي سلسلة يوفر مرفق ksilozilnym إلى بقايا في بداية سلاسل شوندروتن كبريتات. عادة وشوندروتن-6-كبريتات وشوندروتن-4-كبريتات موجودة في وقت واحد داخل نفس الجزيئات بروتيوغليكان نسبة تختلف تبعا لتوطين الغضروف وعمر الشخص.

هيكل جزيئات aggrecan في مصفوفة الغضروف المفصلي للشخص يخضع لعدد من التغييرات في عملية النضج والشيخوخة. وتشمل التغييرات المرتبطة بالشيخوخة انخفاض في حجم الهيدروديناميكية نتيجة للتغيرات في متوسط طول السلسلة من كبريتات الشوندروتن ، أي زيادة في عدد وطول سلاسل كبريتات الكيراتان. كما يخضع عدد من التغييرات في جزيء aggrecan لعمل الأنزيمات المحللة للبروتين (على سبيل المثال ، aggrecanase و stromelysin) على البروتين الأساسي. هذا يؤدي إلى انخفاض تدريجي في متوسط طول البروتين الأساسي لجزيئات aggrecan.

يتم تصنيع جزيئات Aggrecan بواسطة chondrocytes وتفرز في ECM ، حيث تشكل المجاميع التي تستقر بواسطة جزيئات بروتينات الربط. يتضمن هذا التجميع تفاعلات غير تساهمية وتعاونية محددة للغاية بين خيوط الحامض الجلكيوروني وما يقرب من 200 جزيء من الغريغونات والبروتينات الرابطة. حمض الجلوكورونيك هو جلايكوسينوغليكان خطي خارج الخلية سلفون مع وزن جزيئي كبير ، يتألف من عدد من الجزيئات المرتبطة بالتسلسل من N-acetylglucamine وحامض الجلوكورونيك. تتفاعل الحلقتان المقترحان من نطاق G1 في aggrecan بشكل عكسي مع خمسة أنواع من الديكاديليدات المتضمنة حمض الهيالورونيك على التوالي. يتفاعل بروتين الربط ، الذي يحتوي على حلقات متشابهة (عالية المتشابهة) ، مع نطاق C1 وجزيء حمض الهيالورونيك ويثبت بنية الركام. يشكل معقد البروتين C1-domain-hyaluronic acid ارتباطاً مستقراً بدرجة عالية يحمي مجال G1 وبروتين الربط من عمل الإنزيمات المحللة للبروتين. تم تحديد جزيئين من بروتين ربط بوزن جزيئي 40-50 كيلو دالتون ؛ تختلف عن بعضها البعض في درجة glycosylation. يوجد جزيء واحد فقط من بروتين الربط في موقع رابطة حمض الهيالورونيك-أغغريكان. الجزيء الثالث الأصغر من بروتين الربط يتشكل من بروتينات أكبر بواسطة انشقاق بروتيني.

حوالي 200 جزيء من aggrecan يمكن أن ترتبط بجزيء واحد من حمض الهيالورونيك لتشكيل إجمالي 8 ميكرومتر في الطول. مصفوفة الخلايا المرتبطة تتألف من الانقسامات المحيطة بالخلايا والإقليمية المجاميع تحتفظ علاقتها مع الخلايا عن طريق الربط (عن طريق حمض الهيالورونيك موضوع) مع مستقبلات مثل SD44 على غشاء الخلية.

تشكيل المجاميع في ECM هو عملية معقدة. جزيئات aggrecan توليفها حديثا لا تظهر على الفور القدرة على ربط حمض الهيالورونيك. يمكن أن يعمل هذا كآلية تنظيمية تسمح للجزيئات المُصنّعة حديثًا بالوصول إلى المنطقة الداخلية للمصفوفة قبل أن تجمد إلى مجاميع كبيرة. إن عدد جزيئات aggrecan المركَّبة حديثًا والبروتينات الرابطة القادرة على تشكيل الركام بالتفاعل مع حمض الهيالورونيك يتناقص بشكل كبير مع التقدم في السن. بالإضافة إلى ذلك ، مع التقدم في العمر ، يتم تقليل حجم الركام المعزول من الغضروف المفصلي للشخص بشكل كبير. ويرجع ذلك جزئيا إلى الانخفاض في متوسط طول جزيئات حمض الهيالورونيك وجزيئات aggrecan.

هناك نوعان من الركام في الغضروف المفصلي. متوسط حجم الركام من النوع الأول هو 60 S ، أما الركام من النوع الثاني (superakgregates "بسرعة") هو 120 S. ويتميز الأخير بوجود وفرة من جزيئات بروتين الربط. قد يلعب وجود هذه الخلايا الضخمة دوراً كبيراً في عمل الأنسجة ؛ خلال استعادة الأنسجة بعد تجميد الطرف في الطبقات الوسطى للغضروف المفصلي ، تم العثور على تركيزات أعلى ، في المفصل المتأثر بهشاشة العظام ، في المراحل المبكرة من المرض يتم تقليل أبعادها بشكل كبير.

بالإضافة إلى aggrecan ، يحتوي الغضروف المفصلي على عدد من بروتيوغليكان أصغر. Biglikan و decorin ، جزيئات تحمل كبريتات dermatan لديها كتلة جزيئية من حوالي 100 و 70 كيلو دالتون ، على التوالي ؛ كتلة البروتين الأساسي حوالي 30 كيلو دالتون.

الغضروف المفصلي من جزيء biglycan البشري يحتوي على سلسلتين كبريتات ديرماتان، في حين أن أكثر حدوثا decorin - واحد فقط. هذه الجزيئات ليست سوى جزء صغير من البروتيوغليكان في الغضروف المفصلي، على الرغم من أنها يمكن أيضا أن يكون الكثير، فضلا عن مجاميع كبيرة من البروتيوغليكان. البروتيوغليكان صغيرة تتفاعل مع الجزيئات الأخرى في ECM، بما في ذلك الألياف الكولاجين، فبرونيكتين، عوامل النمو، وغيرها. Decorin المترجمة أصلا على سطح الألياف الكولاجين ويمنع الكولاجين اللييفات. احتفظ قضيب بحزم البروتين مع مجال ملزم خلية من فبرونيكتين، وبالتالي ربما تحول دون الربط هذه الأخيرة لمستقبلات سطح الخلية (integrins). يرجع ذلك إلى حقيقة أن كلا decorin وربط biglycan إلى فبرونيكتين وتمنع التصاق الخلايا والهجرة، فضلا عن تشكيل خثرة، فهي قادرة على كبح عمليات إصلاح الأنسجة.

Fibromodulin من الغضروف المفصلي هو بروتيوجليكان مع كتلة جزيئية من 50-65 كيلو دالتون ، المرتبطة مع ألياف الكولاجين. يحتوي البروتين الأساسي ، المتماثلة للبروتينات الأساسية للديكور والبيكانكانا ، على كمية كبيرة من بقايا تيروسين الكبريتات. هذا الشكل الغليكوزيلاتي من الفيبرومودولين (الذي كان يسمى سابقا بروتين مصفوفة 59 كيلو دالتون) يمكن أن يشارك في تنظيم تشكيل هيكل ألياف الكولاجين وصيانته. تقع Fibromodulin و decorin على سطح ألياف الكولاجين. وهكذا ، كما أشرنا سابقاً ، يجب أن تسبق الزيادة في قطر الفيبر بواسطة الإزالة الانتقائية لهذه البروتينات (بالإضافة إلى جزيئات الكولاجين من النوع IX).

يحتوي الغضروف المفصلي على عدد من البروتينات في VKM ، والتي لا تنتمي إلى أي بروتيوغليكان أو كولاجين. تتفاعل مع جزيئات أخرى لتشكيل شبكة يتم فيها دمج معظم جزيئات VKM.

يتم وضع Anchorin ، وهو بروتين يبلغ وزنه 34 كيلو دالتون ، على سطح الخلايا الغضروفية وفي غشاء الخلية ، يتوسط التفاعل بين الخلية والمصفوفة. نظرًا لانجذابه المرتفع للكولاجين من النوع الثاني ، فإنه يمكن أن يعمل كمستقبِل ميكانيكي ، والذي ينقل إشارة حول تغير الضغط على ليفي الخلية الغضروفية.

Fibronectin هو أحد مكونات معظم الأنسجة الغضروفية ، يختلف قليلاً عن فبرونيكتين في بلازما الدم. يقترح أن fibronectin يعزز تكامل المصفوفة من خلال التفاعل مع أغشية الخلية ومكونات المصفوفة الأخرى مثل نوع الكولاجين الثاني و thrombospondin. شظايا فبرونيكتين تؤثر سلبا على عملية التمثيل الغذائي للغضروفية - تمنع توليف aggrecan ، تحفيز عمليات تقويضي. في السائل المشترك للمرضى الذين يعانون من هشاشة العظام ، تم العثور على تركيز عال من شظايا فبرونيكتين ، حتى يتمكنوا من المشاركة في التسبب في المرض في مراحل لاحقة. على الأرجح ، فإن أجزاء من جزيئات المصفوفة الأخرى التي ترتبط بمستقبلات خلية غضروفية لها أيضًا نفس التأثيرات.

إن بروتين غضروف أوليغومريك الغضروفي (OMPC) ، وهو عضو في فصيلة ثرومبوبوسندين الفائقة ، هو خماسي يحتوي على خمس وحدات فرعية متماثلة بوزن جزيئي يبلغ حوالي 83 كيلو دالتون. توجد بأعداد كبيرة في الغضروف المفصلي ، خاصة في طبقة الخلايا المتكاثرة في الأنسجة النامية. لذلك ، ربما ، OMPCH يشارك في تنظيم نمو الخلايا. في تركيز أقل بكثير ، وجدوا في ECM من الغضروف المفصلي الناضج. يشار إلى بروتينات المصفوفة كما يلي:

• يمكن للبروتين الأساسي للمصفوفة (36 كيلو دالتون) ، والذي له تقارب عالٍ في الخلايا الغضروفية ، أن يتوسط تفاعل الخلايا في ECM ، على سبيل المثال ، أثناء إعادة تشكيل الأنسجة ؛
• يتم التعبير عن GP-39 (39 كيلو دالتون) في الطبقة السطحية للغضروف المفصلي وفي الغشاء الزليلي (وظائفه غير معروفة) ؛
• يتم تصنيع 21 كيلو دالتون البروتين من قبل chondrocytes تضخم ، يتفاعل مع الكولاجين من نوع X ، يمكن أن تعمل في منطقة "خط الموجة".

وبالإضافة إلى ذلك ، من الواضح أن الخلايا الغضروفية تعبر عن الأشكال غير الملتقطة بالجليكوزيل من بروتيوجليكان غير مجمعة صغيرة في مراحل معينة من تطور الغضروف وفي الحالات المرضية ، ولكن يجري الآن دراسة وظيفتها المحددة.

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

الخصائص الوظيفية لغضروف المفصل

تعطي جزيئات aggrecan الغضروف المفصلي القدرة على الخضوع للتشوه القابل للعكس. أنها تثبت تفاعلات محددة داخل الفضاء خارج الخلية ومما لا شك فيه تلعب دورا هاما في تنظيم ، هيكل ووظيفة ECM. في الأنسجة الغضروفية تصل جزيئات aggrecane إلى تركيز 100 ملغ / مل. في الغضروف ، يتم ضغط جزيئات Aggregan إلى 20٪ من الحجم الذي تشغله في المحلول. تقوم شبكة ثلاثية الأبعاد مكونة من ليفات الكولاجين بإبلاغ نسيج شكلها المميز وتمنع الزيادة في حجم بروتيوجليكان. داخل شبكة الكولاجين ، يحمل بروتيوغليكان غير متحرك شحنة كهربائية سالبة كبيرة (تحتوي على عدد كبير من مجموعات الأنيون) ، مما يسمح بالتفاعل مع مجموعات الكاتيونات المتنقلة من السائل الخلالي. التفاعل مع الماء ، بروتيوجليكان توفر ما يسمى ضغط الانتفاخ ، الذي تصادفه شبكة الكولاجين.

وجود الماء في ECM مهم جدا. يحدد الماء حجم الأنسجة ؛ يرتبط مع proteoglycans ، فإنه يوفر مقاومة للضغط. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر الماء نقل الجزيئات والانتشار في ECM. كثافة عالية من الشحنة السالبة على بروتيوغليكانس كبيرة ثابتة في الأنسجة يخلق "تأثير حجم مستبعدة". إن حجم المسام لمحلول بروتيوغليكان داخل المركز صغير للغاية بحيث يتم تقييد انتشار البروتينات الكروية الكبيرة في الأنسجة بشدة. يصد VKM صغيرة سالبة الشحنة (على سبيل المثال ، أيونات الكلوريد) وكبيرة (مثل الألبومين والبروتين المناعي) البروتينات. حجم الخلايا داخل شبكة كثيفة من ليفات الكولاجين والبروتيوغليكان لا يتناسب إلا مع أبعاد بعض الجزيئات غير العضوية (على سبيل المثال ، الصوديوم والبوتاسيوم ، ولكن ليس الكالسيوم).

في VKM توجد كمية من الماء في ألياف الكولاجين. الخصائص الفيزيائية والكيميائية الحيوية للغضروف تحدد الفضاء الخارجي. يعتمد محتوى الماء في الفضاء الليفي على تركيز بروتيوغليكان في الفضاء الخارجي ، ويزداد مع انخفاض في تركيز الأخير.

تحدد الشحنة السالبة الثابتة للبروتيوجليكان التركيبة الأيونية للوسط خارج الخلوي التي تحتوي على الكاتيونات المجانية في التركيز العالي والأنيونات الحرة بتركيز منخفض. بما أن تركيز جزيئات aggrecan يرتفع من السطح إلى المنطقة العميقة من الغضروف ، فإن البيئة الأيونية للنسيج تتغير. ينتج تركيز أيونات غير عضوية في الـ ECM عن ضغط عالي تناضحي.

تعتمد خصائص الغضروف كمواد على تفاعل ألياف الكولاجين والبروتيوغليكان والطور السائل للنسيج. التغييرات الهيكلية والتركيبية بسبب عدم تطابق بين الاصطناعية وعمليات الهدم، وتدهور الجزيئات التي كتبها إصابات جسدية، تؤثر تأثيرا كبيرا على خصائص المواد من الغضروف ويغير وظيفته. بما أن التركيز والتوزيع والتنظيم الجزيئي الكلي للكولاجين والبروتيوغليكان يختلفان مع عمق منطقة الغضروف ، فإن الخصائص الميكانيكية الحيوية لكل منطقة تختلف. على سبيل المثال، مساحة السطح مع تركيز عال من الألياف الكولاجين التخلص منها بشكل طفيف فيما يتعلق تركيز منخفض من البروتيوغليكان قد تمتد إلى مواجهة أكثر وضوحا خصائص أو توزع الحمل بالتساوي على سطح الأنسجة. في المناطق الانتقالية والعميقة ، يضفي التركيز المرتفع للبروتيوجليكان خاصية نسيج على نقل حمل الضغط. على مستوى "الخط المتموج" ، تختلف الخواص المادية للغضروف بشكل حاد من المنطقة غير الكلسية القابلة للالتصاق إلى الغضروف المعدني الأكثر صلابة. في منطقة "الخط المتموج" يتم توفير قوة النسيج بواسطة شبكة الكولاجين. الالياف الغضروفية لا تعبر الأجزاء الغضروفية. في مجمع قوة الأنسجة العظمية الغضروفية يتم توفيرها من قبل ملامح خاصة الحدود بين المناطق nekaltsifitsirovannogo والغضاريف متكلسة في شكل الامتداد تشبه الاصبع غير النظامية، التي "يغلق" طبقتين ويمنع انفصالهما. الغضروف متكلسة أقل كثافة من العظم تحت الغضروف، لذلك يؤدي وظيفة طبقة المتوسطة التي يخفف العبء الضغط على الغضاريف والعظام تحت الغضروف يحيله.

أثناء الحمل ، يحدث التوزيع المعقد لثلاث قوى ، وتمتد ، والقص والضغط. يتم تشويه المصفوفة المفصلية بسبب طرد المياه (وكذلك المنتجات الأيضية من الخلايا) من منطقة الحمل ، ويزيد تركيز الأيونات في السائل الخلالي. تعتمد حركة المياه بشكل مباشر على مدة وقوة الحمل المطبقة وتأخرها الشحنة السلبية للبروتيوجليكان. أثناء تشوه النسيج ، يتم الضغط على البروتينات الأكثر تقريبًا ضد بعضها البعض ، وبالتالي زيادة كثافة الشحنة السالبة بشكل فعال ، وتزيد الشحنة السلبية بين الجزيئات السلبية للمقاومة من مقاومة التشوه الإضافي. في النهاية ، يصل التشوه إلى التوازن ، حيث يتم موازنة القوى الخارجية للحمل بواسطة القوى الداخلية للمقاومة - ضغط التورم (تفاعل البروتينات مع الأيونات) والضغط الميكانيكي (تفاعل بروتيوغليكان وكولاجينز). عندما يتم التخلص من الحمل ، يكتسب النسيج الغضروفي شكله الأصلي عن طريق امتصاص الماء مع العناصر الغذائية. ويتحقق شكل النسيج الأولي (قبل الحمل) عندما يتم موازنة ضغط التورم للبروتيوجليكان بمقاومة شبكة الكولاجين إلى انتشارها.

وتعتمد خصائص النشاط الحيوي من الغضروف المفصلي على السلامة الهيكلية للنسيج - تكوين الكولاجين بروتيوغليكان كمرحلة الصلبة والمياه والأيونات المذابة فيها كمرحلة السائلة. خارج الحمل ، يبلغ الضغط الهيدروستاتيكي للغضروف المفصلي حوالي 1 - 2 atm. هذا الضغط الهيدروستاتيكي يمكن أن يزيد في الجسم الحي إلى 100-200 atm. بالمللي ثانية أثناء الوقوف وتصل إلى 40-50 atm أثناء المشي. الدراسات في المختبر أظهرت أن الضغط الهيدروليكي من 50-150 أجهزة الصراف الآلي (الفسيولوجية) لفترة قصيرة من الزمن يؤدي إلى نمو معتدل للتحريض استقلاب الغضروف، لمدة 2 ساعة - يؤدي إلى فقدان الغضروف السائل، ولكن لا يسبب أي تغييرات أخرى. يبقى السؤال عن مدى سرعة تفاعل الخلايا الغضروفية في الجسم الحي مع هذا النوع من الحمل.

يؤدي الحد المستحث من الماء مع زيادة لاحقة في تركيز البروتينات إلى جذب أيونات موجبة الشحنة ، مثل H ⁺ و Na ⁺. هذا يؤدي إلى تغيير في تكوين أيون الكلي ودرجة الحموضة من ECM ، و chondrocytes. يؤدي التحميل المطول إلى انخفاض في الأس الهيدروجيني وإلى انخفاض متزامن في تخليق البروتينات بواسطة الخلايا الغضروفية. ربما يكون تأثير البيئة الأيونية خارج الخلية على العمليات التركيبية مرتبطًا جزئيًا أيضًا بتأثيره على تكوين ECM. تنضج جزيئات aggrecan المركَّبة حديثًا في وسيط ضعيف الحمضية في وقت لاحق عما هو عليه في الظروف الطبيعية إلى أشكال مجمعة. من المحتمل أن يؤدي انخفاض الأس الهيدروجيني (pH) حول الخلايا الغضروفية (على سبيل المثال ، أثناء الحمل) إلى الحصول على المزيد من جزيئات aggrecane المصنّعة حديثًا للوصول إلى المصفوفة الداخلية.

عندما يتم التخلص من الحمل ، يعود الماء من التجويف الزليلي ، حاملاً معه مواد مغذية للخلايا. الغضروف المتضررين يعانون من التهاب المفاصل، وخفض تركيز بروتيوغليكان، وبالتالي، أثناء التحميل يتحرك الماء ليس فقط عموديا في تجويف الزليلي، ولكن أيضا في اتجاهات أخرى، مما يخفض غضروفية السلطة.

تجميد أو تحميل صغير يؤدي إلى انخفاض ملحوظ في العمليات الصناعية من المحتويات الغضروف بروتيوغليكان و، في حين أن الزيادة في الحمل الديناميكي يؤدي إلى تخليق زيادة بروتيوغليكان متواضع والمحتوى .. ممارسة مكثفة (20KM يوميا لمدة 15 أسبوعا) في الكلاب تسبب تغيير في محتوى البروتيوغليكان على وجه الخصوص ، انخفاض حاد في تركيزها في المنطقة السطحية. كان هناك بعض التليين العكسي للغضروف وإعادة تشكيل العظم تحت الغضروف. ومع ذلك ، تسبب حمولة ساكنة كبيرة في تلف الغضروف وانحطاط لاحق. بالإضافة إلى ذلك ، يبدأ فقدان Aggrecan ECM تغييرات غير طبيعية مميزة من هشاشة العظام. فقدان aggrecan يؤدي إلى جذب المياه وتضخم الكمية المتبقية المتبقية من بروتيوغليكان. هذا التخفيف يقلل aggrecan المحلية كثافة الشحنة الثابتة وفي نهاية المطاف يؤدي إلى تغيير في الأسمولية.