Artrose: hoe zijn de gewrichtskraakbeentjes gerangschikt?

Normaal gewrichtskraakbeen vervult twee hoofdfuncties: de absorptie van druk door vervorming tijdens mechanische belasting en het waarborgen van de gladheid van gewrichtsvlakken, waardoor u wrijving kunt minimaliseren bij het bewegen in het gewricht. Dit wordt verzekerd door de unieke structuur van gewrichtskraakbeen, die bestaat uit chondro-ita ondergedompeld in de extracellulaire matrix (ECM).

Het normale gewrichtskraakbeen van een volwassene kan worden verdeeld in verschillende lagen of zones: een oppervlak, of tangentiële zone, een overgangszone, een diepe of een radiale zone en een verkalkte zone. De laag tussen de oppervlakte- en overgangszones en vooral tussen de overgangs- en diepe zones heeft geen duidelijke grenzen. De verbinding tussen uncalified en verkalkt gewrichtskraakbeen wordt de "golvende rand" genoemd - dit is de lijn die wordt bepaald door het ontkalkte weefsel te kleuren. De verkalkte zone van kraakbeen is een relatief constant deel (6-8%) van de totale hoogte van de halve manen. De totale dikte van gewrichtskraakbeen, inclusief de zone van verkalkt kraakbeen, varieert afhankelijk van de belasting op een bepaald gebied van het gewrichtsoppervlak en het type verbinding. Intermitterende hydrostatische druk in het subchondrale bot speelt een belangrijke rol bij het handhaven van de normale structuur van het kraakbeen, waardoor de botvorming wordt vertraagd.

Chondrocyten vormen ongeveer 2-3% van de totale weefselmassa; in de oppervlakte (tangentiële) zone bevinden ze zich langs en in de diepe (radiale) zone - loodrecht op het oppervlak van het kraakbeen; in de overgangszone vormen chondrocyten groepen van 2-4 cellen die door de matrix zijn verspreid. Afhankelijk van het gebied van het gewrichtskraakbeen, varieert de dichtheid van de locatie van de chondrocyten - de hoogste celdichtheid in de oppervlaktezone, de laagste in de verkalkte. Bovendien varieert de dichtheid van de celverdeling van gewricht tot gewricht, is deze omgekeerd evenredig met de dikte van het kraakbeen en de belasting die wordt ondervonden door de bijbehorende plaats.

De meest oppervlakkig gelegen chondrocyten zijn schijfvormig en vormen in de tangentiële zone verschillende lagen cellen die zich onder een smalle matrixstrook bevinden; Diep gelegen cellen van deze zone hebben de neiging om meer ongelijke contouren te hebben. In de overgangszone hebben chondrocyten een bolvorm, soms worden ze gecombineerd in kleine groepen die in de matrix zijn verspreid. Chondrocyten van de diepe zone zijn hoofdzakelijk ellipsoïde van vorm, gegroepeerd in radiaal gerangschikte kettingen van 2-6 cellen. In de verkalkte zone worden ze nog spaarzamer verdeeld; sommigen van hen zijn necrotisch, hoewel de meeste levensvatbaar zijn. De cellen zijn omgeven door een niet-gecalcificeerde matrix, de intercellulaire ruimte is verkalkt.

Aldus bestaat het menselijke gewrichtskraakbeen uit gehydrateerde ECM en daarin ondergedompelde cellen, die 2-3% van het totale weefselvolume vormen. Aangezien het kraakbeenweefsel geen bloed- en lymfevaten heeft, wordt de interactie tussen cellen, de afgifte van voedingsstoffen daaraan, de verwijdering van metabole producten uitgevoerd door diffusie door de ECM. Ondanks het feit dat de metabole chondrocyten zeer actief zijn, splitsen ze zich normaal niet bij volwassen mensen. Chondrocyten bestaan in een zuurstofvrije omgeving, geloven dat hun metabolisme voornamelijk anaëroob wordt uitgevoerd.

Elke chondrocyte wordt beschouwd als een afzonderlijke metabole eenheid van kraakbeen, geïsoleerd uit naburige cellen, maar verantwoordelijk voor de productie van VKM-elementen in de onmiddellijke nabijheid van de gegeven cel en met behoud van de samenstelling ervan.

In VKM worden drie afdelingen onderscheiden, die elk een unieke morfologische structuur en een bepaalde biochemische samenstelling hebben. VKM, direct grenzend aan de kloofcel van de chondrocyte, wordt een pericellulaire of lacunaire matrix genoemd. Het wordt gekenmerkt door hoge-gerelateerde celinteractie hyaluronzuur gehalte proteoglycan aggregaten met CD44-achtige receptoren, en het relatieve gebrek aan georganiseerde collageenvezels. Direct contact met pericellulaire matrix territoriale of capsulaire een matrix die bestaat uit een netwerk van kruisende fibrillaire collagenen, waarbij de afzonderlijke cellen ingekapseld of (soms) een groep cellen die hondron en waarschijnlijk speciale mechanische ondersteuning van de cellen. Contact chondrocyt matrix capsulaire bereikt door talrijke cytoplasmatische processen rijk aan microfilamenten en specifieke matrix moleculen, zoals CD44-ankorin en podobnye receptoren. De grootste en meest afgelegen van het basale membraan van de chondrocyte is de ECM-interterritoriale matrix die het grootste aantal collageenfibrillen en proteoglycanen bevat.

De verdeling van ECM in afdelingen wordt duidelijker afgebakend in het gewrichtskraakbeen van een volwassene dan in onvolgroeid gewrichtskraakbeen. De relatieve grootte van elke afdeling varieert niet alleen in verschillende gewrichten, maar zelfs binnen hetzelfde kraakbeen. Elke chondrocyte produceert een matrix eromheen. Ingediend studies volwassen chondrocyten kraakbeen uitgevoerd actieve metabolische controle over hun pericellulaire en territoriale matrices minder actieve controle interterritoriale matrix, die metabolisch "inert" zijn.

Zoals eerder aangegeven, bestaat gewrichtskraakbeen voornamelijk uit een uitgebreide VKM, gesynthetiseerd en gereguleerd door chondrocyten. Weefselmacromoleculen en hun concentratie veranderen tijdens het leven in overeenstemming met veranderende functionele behoeften. Het blijft echter onduidelijk: cellen synthetiseren de gehele matrix gelijktijdig of in bepaalde fasen in overeenstemming met fysiologische behoeften. De concentratie van macromoleculen, de metabolische balans ertussen, de relatie en interactie bepalen de biochemische eigenschappen en daarmee de functie van het gewrichtskraakbeen binnen één gewricht. Het hoofdbestanddeel van de videorecorder volwassen gewrichtskraakbeen water (65-70% van totale massa), die stevig daarin door middel van speciale fysische eigenschappen van macromoleculen kraakbeenweefsel omvattende de collagenen, proteoglycanen en niet-collagene glyco-eiwitten.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]

Biochemische samenstelling van kraakbeen

Collageenvezels bestaan uit moleculen van collageenfibrillair eiwit. Bij zoogdieren is het aandeel collageen goed voor een kwart van alle eiwitten in het lichaam. Collageen vormt fibrillaire elementen (collageenvezels), bestaande uit structurele subeenheden, tropocollagen genaamd. Het tropocollageenmolecuul heeft drie ketens die een drievoudige helix vormen. Een dergelijke structuur van de tropocollagen molecule, evenals de structuur van de collageenvezels, wanneer deze moleculen zijn parallel in de lengterichting met een constante verschuiving van ongeveer 1/4 van de lengte en zorgen voor een hoge elasticiteit en sterkte van de weefsels waarin ze zich bevinden. Momenteel zijn 10 genetisch verschillende soorten collageen bekend, die verschillen in de chemische structuur van de a-ketens en / of hun verzameling in het molecuul. De meest bestudeerde eerste vier soorten collageen zijn in staat om tot 10 moleculaire isovormen te vormen.

Collageenfibrillen maken deel uit van de extracellulaire ruimte van de meeste soorten bindweefsel, inclusief kraakbeenweefsel. Binnen het onoplosbare driedimensionale netwerk zijn andere, meer oplosbare componenten, zoals proteoglycanen, glycoproteïnen en weefselspecifieke eiwitten, "verstrengeld" van de collapsing collageen fibrillen; soms zijn ze covalent gebonden aan collageenelementen.

Collageenmoleculen georganiseerd in fibrillen vormen ongeveer 50% van het organische droge residu van kraakbeen (10-20% van het natieve kraakbeen). In volwassen kraakbeen zijn ongeveer 90% van de collagenen type II-collageen, die alleen in bepaalde weefsels worden aangetroffen (bijv. Glasvocht, embryonaal ruggenmerg). Collageen type II verwijst naar de eerste klasse (vormende fibrillen) van collageenmoleculen. Naast hem worden in het volwassen gewrichtskraakbeen van een persoon ook collageen IX, XI-type en in een klein aantal van het VI-type aangetroffen. De relatieve hoeveelheid collageenvezels van het IX-type in collageenfibrillen neemt af van 15% in het kraakbeen van de foetus tot ongeveer 1% in het rijpe kraakbeen van de stier.

Moleculen van collageen I-type bestaan uit drie identieke polypeptide-a, (II) -ketens, gesynthetiseerd en uitgescheiden in de vorm van precollageenvoorloper. Zodra de kant-en-klare collageenmoleculen worden vrijgegeven in de extracellulaire ruimte, vormen ze fibrillen. In volwassen gewrichtskraakbeencollageen type II vormen fibrillaire arcades, waarin meer "dikke" moleculen zich bevinden in diepe weefsellagen en meer "dun" - horizontaal in de oppervlaktelagen.

In het procollageengen van type II werd een exon gevonden dat codeert voor een cysteïnerijk N-terminaal propeptide. Dit exon wordt niet tot expressie gebracht in volwassen kraakbeen, maar in de vroege stadia van ontwikkeling (prechondrogenese). Vanwege de aanwezigheid van dit exon is het procollageen II-molecuul (type II A) langer dan collageen type II. Waarschijnlijk remt de expressie van dit type procollageen de accumulatie van elementen in de ECM van het gewrichtskraakbeen. Het kan een rol spelen bij de ontwikkeling van kraakbeenpathologie (bijvoorbeeld ontoereikende herstelreactie, osteofytvorming, enz.).

Een netwerk van collageenvezels van het type II verschaft een treksterkte-functie en is noodzakelijk om het volume en de vorm van het weefsel te handhaven. Deze functie wordt versterkt door covalente en cross-linking tussen collageenmoleculen. In VKM vormt het lysiloxidase-enzym een aldehyde van hydroxylizine, dat vervolgens wordt omgezet in een meerwaardig aminozuurhydroxylisyl-pyridinoline, dat dwarsverbindingen tussen de ketens vormt. Aan de ene kant neemt de concentratie van dit aminozuur met de leeftijd toe, maar in volwassen kraakbeen verandert het praktisch niet. Aan de andere kant, in het gewrichtskraakbeen, wordt een toename van de concentratie van verknopingen van verschillende typen met leeftijd gevormd met de leeftijd, gevormd zonder de deelname van enzymen.

Ongeveer 10% van de totale hoeveelheid collageenkraakbeenweefsel is de zogenaamde ondergeschikte collagenen, die in veel opzichten de unieke functie van dit weefsel bepalen. Collageen type IX behoort tot klasse III-moleculen korotkospiralnyh en unieke groep FACIT-collageen (fibril-geassocieerde collageen met onderbroken drievoudige -helices - fibril-geassocieerd collageen met onderbroken triple helix). Het bestaat uit drie genetisch verschillende ketens. Een van hen - een _2- keten - wordt gelijktijdig met chondroïtinesulfaat geglycosyleerd, waardoor dit molecuul tegelijkertijd proteoglycan wordt. Tussen segmenten van de collageen type IX-spiraal en type II collageen worden zowel rijpe als onrijpe hydroxypyridine-verknopingen gedetecteerd. Collageen IX kan ook functioneren als een intermoleculaire-interfibrillaire "connector" (of brug) tussen aangrenzende collageenvezels. Collageen IX-moleculen vormen onderling kruisverbindingen, die de mechanische stabiliteit van het fibrillaire driedimensionale netwerk vergroten en het beschermen tegen de effecten van enzymen. Ze bieden ook weerstand tegen vervorming, waardoor de zwelling van proteoglycanen binnen het netwerk wordt beperkt. Naast de anionische CS-keten, bevat het collageen IX-molecuul een kationisch domein dat een fibril met hoge lading en een neiging tot interactie met andere matrixmacromoleculen verschaft.

Collageen XI-type is slechts 2-3% van de totale massa van collagenen. Het behoort tot de eerste klasse (vormende fibrillen) van collagenen en bestaat uit drie verschillende a-ketens. Samen met collageentypes II en IX, type X collageen vormen heterotische fibrillen van gewrichtskraakbeen. Moleculen van het collageen XI-type worden aangetroffen in collageenvezels van het type II met behulp van immuno-electromicroscopie. Misschien organiseren ze collageen type II-moleculen, regelen ze de laterale groei van fibrillen en bepalen ze de diameter van de heterotypische collageenfibril. Bovendien is collageen XI betrokken bij de vorming van verknopingen, maar zelfs in volwassen kraakbeen blijven de transversale bindingen in de vorm van onrijpe tweewaardige ketoaminen.

Een kleine hoeveelheid van type VI collageen, een andere vertegenwoordiger van klasse III van korte spanne moleculen, werd gevonden in het gewrichtskraakbeen. Collageen type VI vormt verschillende microfibrillen en is mogelijk geconcentreerd in de capsulaire matrix van de chondron.

Proteoglycanen zijn eiwitten waaraan ten minste één glycosaminoglycanketen covalent is gehecht. Proteoglycanen behoren tot een van de meest complexe biologische macromoleculen. De meest uitgebreide proteoglycanen zijn aanwezig in het kraakbeen VKM. "Verstrikt" binnen het netwerk van collageenvezels, hydrofiele proteoglycanen vervullen hun hoofdfunctie - zij informeren het kraakbeen over het vermogen om reversibel te vervormen. Er wordt aangenomen dat proteoglycanen een aantal andere functies uitvoeren, waarvan de essentie niet volledig duidelijk is.

Aggrecan is het belangrijkste proteoglycaan van gewrichtskraakbeen: het is ongeveer 90% van de totale massa van proteoglycanen in het weefsel. Het kernproteïne van 230 kD wordt geglycosyleerd door een aantal covalent gebonden glycosaminoglycanketens, evenals N-terminale en C-terminale oligosacchariden.

Glycosaminoglycan keten van articulair kraakbeen, die ongeveer 90% van het totale gewicht macromoleculen uitmaken - keratansulfaat (die de sequentie van gesulfateerde disaccharide N-atsetilglyukozamingalaktoza meerdere gesulfateerd delen en andere monosaccharide residuen zoals siaalzuur) en chondroïtinesulfaat (die de sequentie van disaccharide N-acetylgalactosamine, glucuronzuur, sulfaatester, elk verbonden met het vierde of zesde koolstofatoom van de N-atsetilg lactosamine).

De kern van het aggregaat bevat drie globulaire (G1, G2, G3) h twee interglobulaire (E1 en E2) domeinen. Het N-terminale gebied bevat G- en G2-domeinen gescheiden door een El-segment van 21 nm lang. C3-domein zich op de C-terminus, gescheiden van G ₂ meer (ongeveer 260 nm) E2-segment dat meer dan 100 chondroïtinesulfaat ketens van ongeveer 15-25 keratansulfaat ketens en O-gekoppelde Oligosacchariden draagt. N-gekoppelde oligosacchariden die vooral binnen G1- en C2-domeinen en E1-segment, alsmede bij de G ₃ -regiona. Glycosaminoglycanen zijn gegroepeerd in twee regio's: de langste (de zogenaamde regio, rijk aan chondroïtinesulfaten) bevat ketens van chondroïtinesulfaten en ongeveer 50% keratan-sulfaatketens. Regio rijk aan keratansulfaten, gelokaliseerd E ₂ -segmente buurt G1-domein voorafgaat aan een regio rijk aan chondroitine sulfaten. Aggregan-moleculen bevatten ook fosfaatesters, voornamelijk gelokaliseerd op xylose-residuen, die chondroïtinesulfaatketens hechten aan het kerneiwit; ze worden ook gevonden op de serineresiduen van het kerneiwit.

Het C-terminale segment _{van het} C3-domein is zeer homoloog aan het lectine, zodat de proteoglycaanmoleculen in de ECM kunnen worden gefixeerd door binding aan bepaalde koolwaterstofstructuren.

Recente studies hadden een exon dat codeert voor de EGF-achtige (epidermale groeifactor), sub-domein binnen de G gevonden ₃. Onder gebruikmaking van anti-EGF polyklonale antilichamen, werd een EGF-achtig epitoop gelokaliseerd binnen een peptide van 68 kD in het aggregaat van menselijk gewrichtskraakbeen. De functies ervan moeten echter worden verduidelijkt. Dit subdomein wordt ook gevonden in de structuur van adhesiemoleculen die de migratie van lymfocyten regelen. Slechts ongeveer een derde van de aggrecan moleculen geïsoleerd uit volwassen menselijke gewrichtskraakbeen intacte C ₃ domeinen; waarschijnlijk is dit te wijten aan het feit dat in de ECM de aggrecan-moleculen in grootte kunnen worden verkleind door de enzymroute. Het verdere lot en de functie van de gesplitste fragmenten zijn onbekend.

De belangrijkste functionele segment een aggrecan molecuul glikozaminoglikannesuschy E ₂ -segment. De site, rijk aan keratansulfaten, bevat de aminozuren proline, serine en threonine. De meeste serine en threonine residu O-geglycosyleerd N-atsetilgalaktozaminovymi residuen leiden ze de synthese van bepaalde oligosacchariden, die zijn ingebed in de keratansulfaat ketens, waardoor zij verlengen. De rest van het E ₂ -segmenta bevat meer dan 100 sequenties serine-glycine, waarbij de serie brengt ksilozilnym bevestiging aan residuen aan het begin van chondroïtinesulfaat ketens. Typisch en chondroïtine-6-sulfaat en chondroïtine-4-sulfaat gelijktijdig bestaan binnen hetzelfde proteoglycanmoleculen van de verhouding varieert afhankelijk van de lokalisatie van kraakbeen en leeftijd van de persoon.

De structuur van de moleculen van aggrecan in de matrix van het gewrichtskraakbeen van een persoon ondergaat een aantal veranderingen in het proces van rijping en veroudering. De verouderingsgerelateerde veranderingen omvatten een afname van de hydrodynamische grootte als gevolg van veranderingen in de gemiddelde ketenlengte van chondroïtinesulfaten, een toename van het aantal en de lengte van keratan-sulfaatketens. Een aantal veranderingen in het aggrecan-molecuul ondergaan ook de werking van proteolytische enzymen (bijvoorbeeld aggrecanase en stromelysine) op het kerneiwit. Dit leidt tot een geleidelijke afname van de gemiddelde lengte van het kerneiwit van de aggrecanmoleculen.

Aggrecan-moleculen worden gesynthetiseerd door chondrocyten en uitgescheiden in de ECM, waar ze aggregaten vormen gestabiliseerd door moleculen van bindingseiwitten. Deze aggregatie omvat zeer specifieke niet-covalente en coöperatieve interacties tussen het glucuronzuurfilament en bijna 200 moleculen aggrecans en bindende eiwitten. Glucuronzuur is een extracellulair, niet-gesulfoneerd lineair glycosaminoglycaan met een groot molecuulgewicht, bestaande uit een aantal sequentieel gebonden moleculen van N-acetylglucamine en glucuronzuur. De gekoppelde lussen van het Gl-domein van aggrecan reageren reversibel met vijf achtereenvolgens gearrangeerde hyaluronzuur-disacchariden. Het bindende eiwit, dat vergelijkbare (hoog-homologe) gepaarde lussen bevat, interageert met het Cl-domein en het hyaluronzuurmolecuul en stabiliseert de structuur van het aggregaat. Het C1-domein-hyaluronzuurbindende eiwitcomplex vormt een zeer stabiele interactie die het G1-domein en het bindende eiwit beschermt tegen de werking van proteolytische enzymen. Twee moleculen van een bindend eiwit met een molecuulgewicht van 40-50 kD werden geïdentificeerd; ze verschillen van elkaar in de mate van glycosylatie. Slechts één molecuul van het bindende eiwit is aanwezig op de hyaluronzuur-aggrecaan-bindingsplaats. Het derde, kleinere molecuul van het bindende eiwit wordt gevormd door grotere eiwitten door proteolytische splitsing.

Ongeveer 200 moleculen aggrecan kunnen binden aan één molecuul hyaluronzuur om een aggregaat van 8 μm lang te vormen. Het cel-geassocieerde matrix bestaande uit pericellulaire en territoriale divisies aggregaten behouden hun relatie met de cellen door binding (via thread hyaluronzuur) met SD44-achtige receptoren op het celmembraan.

De vorming van aggregaten in de ECM is een complex proces. De nieuw gesynthetiseerde aggrecanmoleculen manifesteren niet onmiddellijk het vermogen om te binden aan hyaluronzuur. Dit kan dienen als een regulerend mechanisme waardoor nieuw gesynthetiseerde moleculen de interterritoriale zone van de matrix kunnen bereiken voordat ze in grote aggregaten worden geïmmobiliseerd. Het aantal nieuw gesynthetiseerde aggrecanmoleculen en bindingseiwitten die in staat zijn om aggregaten te vormen door interactie met hyaluronzuur neemt aanzienlijk af met de leeftijd. Bovendien wordt met de leeftijd de grootte van aggregaten geïsoleerd uit het gewrichtskraakbeen van een persoon aanzienlijk verminderd. Dit is gedeeltelijk te wijten aan de afname van de gemiddelde lengte van moleculen van hyaluronzuur en aggrecanmoleculen.

Er zijn twee soorten aggregaten in het gewrichtskraakbeen. De gemiddelde grootte van aggregaten van het eerste type is 60 S, de aggregaten van het tweede type (snel precipiterende "superaggregaten") zijn 120 S. De laatste wordt gekenmerkt door een overvloed aan moleculen van het bindende eiwit. De aanwezigheid van deze superagregaten kan een grote rol spelen in de werking van het weefsel; tijdens het herstel van weefsel na immobilisatie van de ledemaat in de middelste lagen van het gewrichtskraakbeen, worden hun hogere concentraties gevonden in de gewrichten die worden aangetast door osteoartritis, in de vroege stadia van de ziekte worden hun dimensies aanzienlijk verminderd.

Naast aggrecan bevat gewrichtskraakbeen een aantal kleinere proteoglycanen. Biglikan en decorine, moleculen die dermatansulfaten dragen, hebben een moleculaire massa van respectievelijk ongeveer 100 en 70 kD; de massa van hun kerneiwit is ongeveer 30 kD.

Gewrichtskraakbeen van humane biglycan molecuul twee ketens dermatansulfaat, terwijl vaker voorkomende decorine - slechts één. Deze moleculen zijn slechts een klein deel van de proteoglycanen in het gewrichtskraakbeen, hoewel ze ook veel, evenals grote aggregaten van proteoglycanen kunnen zijn. Kleine proteoglycanen interactie met andere macromoleculen in de ECM, zoals collageen fibrillen, fibronectine, groeifactoren, en anderen. Decorine oorspronkelijk gelokaliseerd op het oppervlak van collageenfibrillen en remt collageen fibrillogenese. Staaf stevig vastgehouden eiwit met een celbindend domein van fibronectine, hetgeen waarschijnlijk de binding van deze laatste aan celoppervlakreceptoren (integrinen). Vanwege het feit dat zowel decorine en biglycan binden aan fibronectine en remmen de celhechting en migratie, alsook trombusvorming, kunnen zij weefselherstel processen remmen.

Fibromoduline van het gewrichtskraakbeen is een proteoglycaan met een moleculaire massa van 50-65 kD, geassocieerd met collageenvezels. Het kerneiwit, homoloog aan de kerneiwitten van het decor en bigakana, bevat een grote hoeveelheid tyrosine sulfaatresten. Deze geglycosyleerde vorm van fibromoduline (voorheen matrixeiwit 59 kD) kan deelnemen aan de regulatie van vorming en instandhouding van de structuur van collageenvezels. Fibromoduline en decorine bevinden zich op het oppervlak van collageenvezels. Aldus moet, zoals eerder aangegeven, de toename van de fibrildiameter worden voorafgegaan door de selectieve verwijdering van deze proteoglycanen (evenals collageen type IX-moleculen).

Gewrichtskraakbeen bevat een aantal eiwitten in de VKM, die niet behoren tot een van de proteoglycanen of collagenen. Ze interageren met andere macromoleculen om een netwerk te vormen waarin de meeste VKM-moleculen zijn opgenomen.

Anchorin, een eiwit met een massa van 34 kD, is gelokaliseerd op het oppervlak van chondrocyten en in het celmembraan, bemiddelt de interactie tussen de cel en de matrix. Vanwege de hoge affiniteit voor collageen type II kan het werken als een mechanoreceptor, die een signaal uitzendt over de veranderde druk op de fibril van de chondrocyten.

Fibronectine is een bestanddeel van de meeste kraakbeenweefsels, enigszins verschillend van fibronectine van het bloedplasma. Er wordt gesuggereerd dat fibronectine de integratie van de matrix bevordert door interactie met celmembranen en andere matrixbestanddelen zoals collageen type II en trombospondine. Fragmenten van fibronectine hebben een negatieve invloed op het metabolisme van chondrocyten - remmen de synthese van aggrecan, stimuleren katabolische processen. In de gewrichtsvloeistof van patiënten met osteoartrose werd een hoge concentratie fibronectine-fragmenten gevonden, zodat ze in latere stadia aan de pathogenese van de ziekte kunnen deelnemen. Waarschijnlijk hebben fragmenten van andere matrixmoleculen die binden aan chondrocytreceptoren ook dezelfde effecten.

Het kraakbeen-oligomere matrixeiwit (OMPC), een lid van de thrombospondine-superfamilie, is een pentameer met vijf identieke subeenheden met een molecuulgewicht van ongeveer 83 kD. Ze worden in grote aantallen aangetroffen in het gewrichtskraakbeen, vooral in de laag prolifererende cellen in het groeiende weefsel. Daarom neemt OMPCH misschien deel aan de regulering van celgroei. Bij een veel lagere concentratie worden ze aangetroffen in de ECM van volwassen gewrichtskraakbeen. Matrixeiwitten worden ook aangeduid als:

• het basismatrixproteïne (36 kD), dat een hoge affiniteit voor chondrocyten heeft, kan de interactie van cellen in de ECM mediëren, bijvoorbeeld tijdens hermodellering van het weefsel;
• GP-39 (39 kD) wordt tot expressie gebracht in de oppervlaktelaag van gewrichtskraakbeen en in het synoviaal membraan (de functies ervan zijn onbekend);
• 21 kD-eiwit wordt gesynthetiseerd door gehypertrofieerde chondrocyten, interageert met X-type collageen, kan in de "golflijn" -zone functioneren.

Bovendien is het duidelijk dat de chondrocyten de niet-geglycosyleerde vormen van kleine niet-geaggregeerde proteoglycanen tot expressie brengen in bepaalde stadia van kraakbeenontwikkeling en in pathologische omstandigheden, maar hun specifieke functie wordt momenteel bestudeerd.

[12], [13], [14], [15], [16], [17]

Functionele eigenschappen van kraakbeen van het gewricht

Moleculen van aggrecan geven gewrichtskraakbeen het vermogen om reversibele vervorming te ondergaan. Ze demonstreren specifieke interacties binnen de extracellulaire ruimte en spelen ongetwijfeld een belangrijke rol in de organisatie, structuur en functie van ECM. In het kraakbeenachtige weefsel bereiken aggrecaanmoleculen een concentratie van 100 mg / ml. In het kraakbeen worden de Aggregan-moleculen samengeperst tot 20% van het volume dat ze in de oplossing innemen. Een driedimensionaal netwerk dat wordt gevormd door collageenvezels, informeert het weefsel over zijn karakteristieke vorm en voorkomt de toename van het volume proteoglycanen. Binnen het collageennetwerk dragen immobiele proteoglycanen een grote negatieve elektrische lading (bevatten een groot aantal anionische groepen), wat interactie met mobiele kationische groepen van de interstitiële vloeistof mogelijk maakt. In wisselwerking met water zorgen proteoglycanen voor de zogenaamde zwellingsdruk, die wordt tegengewerkt door het collageennetwerk.

De aanwezigheid van water in de ECM is erg belangrijk. Water bepaalt het volume van het weefsel; geassocieerd met proteoglycanen, biedt het weerstand tegen compressie. Bovendien zorgt water voor transport van moleculen en diffusie in de ECM. De hoge dichtheid van negatieve lading op grote proteoglycanen gefixeerd in weefsel creëert een "uitgesloten volume-effect". De poriegrootte van de intrageconcentreerde oplossing van proteoglycanen is zo klein dat de diffusie van grote globulaire eiwitten in het weefsel ernstig beperkt is. VKM weert kleine negatief geladen (bijv. Chloride-ionen) en grote (zoals albumine en immunoglobulinen) eiwitten af. De grootte van cellen in een dicht netwerk van collageenfibrillen en proteoglycanen is alleen vergelijkbaar met de dimensies van sommige anorganische moleculen (bijvoorbeeld natrium en kalium, maar niet calcium).

In VKM is een beetje water aanwezig in de collageenvezels. Fysisch-chemische en biomechanische eigenschappen van kraakbeen bepalen extrafibrillere ruimte. Het watergehalte in de fibrillaire ruimte hangt af van de concentratie van proteoglycanen in de extrafibrillere ruimte en neemt toe met een afname in de concentratie van de laatste.

De gefixeerde negatieve lading op proteoglycanen bepaalt de ionensamenstelling van het extracellulaire medium dat vrije kationen bevat in hoge concentratie en vrije anionen in lage concentratie. Aangezien de concentratie van de aggrecanmoleculen stijgt van het oppervlak naar de diepe zone van het kraakbeen, verandert de ionische omgeving van het weefsel. De concentratie van anorganische ionen in de ECM produceert een hoge osmotische druk.

De eigenschappen van kraakbeen als materiaal hangen af van de interactie van collageenfibrillen, proteoglycanen en de vloeibare fase van het weefsel. Structurele en compositionele veranderingen veroorzaakt door het verschil tussen de synthetische en katabole processen en afbraak van macromoleculen door lichamelijk letsel, aanzienlijke invloed materiaaleigenschappen van kraakbeen en de functie ervan te veranderen. Omdat de concentratie en verdeling van de macromoleculaire organisatie proteoglycanen en collagenen variëren afhankelijk van de diepte van het kraakbeen zone varieert de biomechanische eigenschappen van elke zone. Zo is het oppervlak met een hoge concentratie van collageenfibrillen tangentiaal geplaatst ten opzichte van de lage concentratie van proteoglycanen de grootst tegenwerken rekeigenschappen, verdelen de last gelijkmatig over het weefseloppervlak. In de overgangs- en diepe zones verleent een hoge concentratie proteoglycanen een weefseleigenschap aan de overdracht van de compressiebelasting. Op het niveau van "golvende lijnen" kraakbeen materiaaleigenschappen sterk variëren van soepel nekaltsifitsirovannoy zone naar een harde gemineraliseerd kraakbeen. In het gebied van de "golvende lijn" wordt de kracht van het weefsel geleverd door het collageennetwerk. Kraakbeenachtige fibrillen kruisen de kraakbeenachtige delen niet; in de verbinding met osteochondrale weefsels sterkte diensten van speciale contouren grens tussen zones nekaltsifitsirovannogo verkalkte kraakbeen in de vorm van vingerachtige uitwassen onregelmatige, die "sluit" twee lagen en voorkomt hun scheiding. Gecalcificeerde kraakbeen minder dicht is dan het subchondrale bot, zodat de functie van een tussenlaag die de drukkracht verzacht op kraakbeen en subchondrale bot doorgeeft.

Tijdens de belasting ontstaat een complexe verdeling van drie krachten: rekken, afschuiving en compressie. De gewrichtsmatrix wordt vervormd door de uitdrijving van water (evenals metabole producten van cellen) uit de belastingzone, de concentratie van ionen in de interstitiële vloeistof neemt toe. De beweging van water is rechtstreeks afhankelijk van de duur en sterkte van de aangebrachte belasting en wordt vertraagd door de negatieve lading van proteoglycanen. Tijdens de vervorming van het weefsel worden de proteoglycanen dichter tegen elkaar gedrukt, waardoor de dichtheid van de negatieve lading effectief wordt verhoogd, en de intermoleculaire afstotende negatieve krachtlading verhoogt op zijn beurt de weerstand van het weefsel tegen verdere vervorming. Uiteindelijk bereikt de vervorming een evenwicht, waarbij de uitwendige krachten van de belasting worden gecompenseerd door de inwendige krachten van weerstand - de zwellende druk (interactie van proteoglycanen met ionen) en mechanische stress (interactie van proteoglycanen en collagenen). Wanneer de belasting wordt geëlimineerd, krijgt het kraakbeenachtige weefsel zijn oorspronkelijke vorm door water te zuigen samen met de voedingsstoffen. De initiële (pre-load) weefselvorm wordt bereikt wanneer de zwellingsdruk van proteoglycanen wordt gecompenseerd door de weerstand van het collageennetwerk tegen hun verspreiding.

De biomechanische eigenschappen van gewrichtskraakbeen zijn gebaseerd op de structurele integriteit van het weefsel - collageen-proteoglycaan samenstelling als een vaste fase en water en ionen daarin opgelost een vloeibare fase. Uit de belasting is de hydrostatische druk van het gewrichtskraakbeen ongeveer 1-2 atm. Deze hydrostatische druk kan in vivo toenemen tot 100-200 atm. In milliseconden tijdens staan en tot 40-50 atm tijdens het lopen. Studies in vitro hebben aangetoond dat de hydrostatische druk van 50-150 atm (fysiologische) gedurende een korte tijd leidt tot een gematigde groei van kraakbeen anabolisme 2 uur - leidt tot verlies van vloeistofkraakbeenextract, maar andere veranderingen niet veroorzaakt. De vraag blijft hoe snel de chondrocyten in vivo reageren op dit soort belasting.

Geïnduceerde vermindering van hydratatie met daaropvolgende toename in de concentratie van proteoglycanen leidt tot aantrekking van positief geladen ionen, zoals H ⁺ en Na ⁺. Dit leidt tot een verandering in de totale ionensamenstelling en pH van de ECM en chondrocyten. Langdurig laden veroorzaakt een afname in pH en een gelijktijdige afname in de synthese van proteoglycanen door chondrocyten. Misschien hangt de invloed van de extracellulaire ionische omgeving op synthetische processen ook gedeeltelijk samen met het effect ervan op de samenstelling van de ECM. De nieuw gesynthetiseerde moleculen van aggrecan in een zwak zure medium later dan in normale omstandigheden rijpen in geaggregeerde vormen. Het is waarschijnlijk dat een afname van de pH rond chondrocyten (bijvoorbeeld tijdens een belasting) het mogelijk maakt dat meer nieuw gesynthetiseerde aggrecane moleculen de interterritoriale matrix bereiken.

Wanneer de belasting wordt geëlimineerd, keert het water terug uit de synoviale holte, met daarin voedingsstoffen voor de cellen. In kraakbeen beschadigd door osteoartritis, is de concentratie van proteoglycanen verminderd, daarom beweegt water tijdens de belasting niet alleen verticaal in de synoviale holte, maar ook in andere richtingen, waardoor de toevoer van chondrocyten wordt verminderd.

Immobilisatie of kleine belasting leidt tot een duidelijke afname in de synthetische processen van kraakbeen proteoglycaangehalte en, terwijl de stijging van de dynamische belasting leidt tot een bescheiden toename proteoglycaansynthese en de inhoud .. Intense oefening (20km per dag gedurende 15 weken) bij honden veroorzaakt een verandering in de inhoud van proteoglycanen in het bijzonder een sterke afname van hun concentratie in de oppervlaktezone. Er is enige omkeerbare verzachting van het kraakbeen en hermodellering van het subchondrale bot. Een grote statische belasting veroorzaakte echter kraakbeenschade en daaropvolgende degeneratie. Bovendien veroorzaakt het verlies van Aggrecan ECM abnormale veranderingen die kenmerkend zijn voor osteoartrose. Verlies van aggrecan leidt tot aantrekking van water en zwelling van de resterende kleine hoeveelheid proteoglycanen. Deze oplossing van aggrecan helpt de dichtheid van lokale vaste lading te verminderen en leidt uiteindelijk tot een verandering in osmolariteit.