Osteoarthritis: איך הם מסודרים articular?

סחוס מפרקי תקין מבצע שתי פונקציות עיקריות: ספיגת לחץ על ידי דפורמציה במהלך לחץ מכני ולהבטיח את החלקות של משטחים מפרקי, אשר מאפשר לך למזער חיכוך בעת המעבר במפרק. זה מובטחת על ידי המבנה הייחודי של הסחוס המפרקי, אשר מורכב chondro-ita שקוע המטריצה תאיים (ECM).

ניתן לחלק את הסחוס המפרקי הרגיל של מבוגר למספר שכבות, או לאזורים: משטח, או משיק, אזור, אזור מעבר, אזור עמוק או רדיאלי ואזור מסויד. לשכבה שבין השטח לאזורים המעבר ובמיוחד בין המעבר לאזורים עמוקים אין גבולות ברורים. הקשר בין הסחוס לא מסולק ו מסולק הצוואר נקרא "גבול גלי" - זה הקו נקבע על ידי מכתים את הרקמה decalcified. אזור הסידן הסחוס הוא שיעור קבוע יחסית (6-8%) בגובה הכללי של הסהר. העובי הכולל של הסחוס המפרקי, כולל אזור הסחוס הסוידקי, משתנה בהתאם לעומס על אזור מסוים של משטח המפרק וסוג המפרק. לחץ הידרוסטטי לסירוגין בעצם התת-קרקעי משחק תפקיד חשוב בשמירה על המבנה הרגיל של הסחוס, מה שמאט את ההטיה.

Chondrocytes מהווים כ 2-3% מכלל המסה רקמות; על פני השטח (משיק) אזור הם ממוקמים יחד, באזור עמוק (רדיאלי) - בניצב אל פני השטח של הסחוס; באזור המעבר, chondrocytes טופס קבוצות של 2-4 תאים מפוזרים לאורך המטריצה. בהתאם לאזור הסחוס המפרקי, הצפיפות של המיקום של chondrocytes משתנה - צפיפות התא הגבוהה ביותר באזור פני השטח, הנמוכה ביותר של אחד calcified. בנוסף, הצפיפות של התפלגות התא משתנה ממפרק משותף, הוא ביחס הפוך לעובי הסחוס ואת העומס מנוסה על ידי האתר המתאים.

הכי chondrocytes ממוקם באופן שטחי הם בצורת דיסק בצורת באזור משיק כמה שכבות של תאים הממוקם מתחת לרצועת צר של מטריקס; בתאים הממוקמים עמוק של אזור זה נוטים להיות קווי מתאר אחיד יותר. באזור המעבר, chondrocytes יש צורה כדורית, לפעמים הם משולבים לקבוצות קטנות מפוזרים המטריצה. Chondrocytes של אזור עמוק הם בעיקר אליפסואידלי בצורת, מקובצים לתוך רשתות מסודרות רדיאלי של 2-6 תאים. באזור המחוספס הם מופצים במשורה. חלקם נוקרוטיים, אם כי רובם בר קיימא. התאים מוקפים מטריצה unalcified, שטח intercellular הוא מסויד.

לפיכך, הסחוס המפרקי אנושי מורכב ECM hydrated ותאים שקוע בו, המהווים 2-3% מכלל נפח הרקמה. מאז רקמת הסחוס אין דם כלי הלימפה, האינטראקציה בין תאים, אספקת חומרים מזינים להם, הסרת מוצרים מטבוליים מתבצעת על ידי דיפוזיה באמצעות ECM. למרות העובדה כי chondrocytes מטבולית הם פעילים מאוד, הם בדרך כלל לא לחלק אנשים מבוגרים. Chondrocytes קיימים בסביבה ללא חמצן, מאמינים כי מטבוליזם שלהם מתבצעת בעיקר anaerobically.

כל chondrocyte נחשבת יחידה מטבולית נפרד של הסחוס, מבודדים תאים סמוכים, אבל אחראי על ייצור של אלמנטים VKM בסביבה הקרובה של התא נתון ושמירה על הרכב.

ב VKM שלוש מחלקות נבדלות, שכל אחד מהם יש מבנה מורפולוגי ייחודי הרכב ביוכימי מסוים. מכשיר וידאו ישירות סמוך קרום הכונדרוציטים kbazalnoy, הקרויה מטריצת pericellular, ililakunarnym,. הוא מאופיין על ידי תוכן אינטראקצית תא גבוה הקשורות חומצה היאלורונית של אגרגטים proteoglycan עם קולטנים CD44 דמוי, והחוסר היחסי של סיבי קולגן מאורגנים. ישירות במגע עם מטריקס pericellular טריטוריאלי או קופסית, מטריצה אשר מורכבת מרשת של collagens סִיבִי מצטלב, אשר מתמצתת את התאים הבודדים, או (לעתים) קבוצה של תאי יוצרי hondron, והוא צפוי לספק תמיכה מכאנית מיוחדת עבור התאים. צור מטריצה הכונדרוציטים עם קופסית מושגת על ידי תהליכים ציטופלסמית רבים עשירים microfilaments ועל ידי מולקולות מטריצה ספציפית, כגון קולטנים CD44-ankorin ו podobnye. מקום העבודה הגדול ביותר המרוחק מן הקרום במרתף ECM מופרדים הכונדרוציטים - מטריקס interterritorial המכיל את המספר הגדול ביותר של סיבי קולגן proteoglycans.

חלוקת ECM למחלקות מתואר בצורה ברורה יותר בסחוס המפרקי של מבוגר מאשר בסחוס המפרקי. גודלה היחסי של כל מחלקה משתנה לא רק במפרקים שונים, אלא גם בתוך הסחוס. כל chondrocyte מייצרת מטריצה המקיפה אותו. על פי מחקרים, chondrocytes של רקמה cartilaginous בוגרת לבצע שליטה מטבולית פעיל על מטריצות תאיים טריטוריאליים שלהם, פחות פעיל הם שולטים במטריצה הבין טריטוריאלית, אשר יכול להיות מטבולית "אינרטי".

כפי שהוזכר קודם לכן, הסחוס במפרק מורכב בעיקר ECM נרחב, מסונתז ו מוסדר על ידי chondrocytes. רקמות המקרומולקולות ושינוי הריכוז שלהן במהלך החיים בהתאם לצרכים התפקודיים המשתנים. עם זאת, עדיין לא ברור: תאי לסנתז המטריצה כולה באותו זמן או בשלב מסוים בהתאם לצרכים פיזיולוגיים. ריכוז של מקרומולקולות, איזון מטבולי ביניהם, להגדיר את היחסים ומאפיינים ביוכימיים אינטראקציה, ולכן הפונקציה של הסחוס במפרק בתוך המפרק. המרכיב העיקרי של מבוגר VCR במפרק הסחוס הוא מים (65-70% של מסה הכוללת), אשר מחוברת היטב בה באמצעות מאפיינים פיסיים מיוחדים של רקמת סחוס מקרומולקולות המרכיבים את collagens, proteoglycans ו גליקופרוטאינים הלא collagenous.

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

הרכב ביוכימי של סחוס

קולגן סיבים מורכבים של מולקולות של חלבון fibrillar קולגן. אצל היונקים, חלקם של חשבונות קולגן עבור רבע מכלל החלבונים בגוף. קולגן צורות אלמנטים fibrillar (סיבי קולגן), המורכבת של יחידות משנה מבניים, המכונה tropocollagen. למולקולת הטרופוקולגן יש שלוש שרשרות היוצרות סליל משולש. מבנה זה של מולקולת tropocollagen, כמו גם את המבנה של סיבי קולגן, כאשר מולקולות אלה מקבילים בכיוון האורך עם שינוי מתמיד של כ 1/4 אורך ולספק גמישות גבוהה וכוח לרקמות שבו הם ממוקמים. נכון לעכשיו, 10 סוגים שונים של קולגן ידועים, שונים במבנה הכימי של הרשתות ו / או האוסף שלהם במולקולה. הראשון למד ארבעה סוגים הראשונים של קולגן מסוגלים להרכיב עד 10 isoforms מולקולריים.

סיבי קולגן הם חלק מהחלל החוץ תאי של רוב סוגי רקמת החיבור, כולל רקמות סחוס. בתוך הרשת התלת מימדי הלא מסיס, מרכיבים מסיסים נוספים, כגון proteoglycans, גליקופרוטאינים חלבונים ספציפיים לרקמות, הם "סבוכים" מן הסיבים קולגן מתמוטט; לפעמים הם קשורים קוולנטית אלמנטים קולגן.

קולגן קולגן מאורגן fibrils מהווים כ 50% של שאריות אורגניות של סחוס (10-20% של סחוס הילידים). ב סחוס בוגרת, כ 90% של collagens הם סוג II collagens, אשר נמצאים רק ברקמות מסוימות (למשל, זגוגי, חוט השדרה עובריים). קולגן סוג II מתייחס למחלקה הראשונה (להרכיב fibrils) של מולקולות קולגן. בנוסף לו, בסחוס הבטן של אדם קולגן התשיעי, סוג XI וגם במספר קטן של סוג VI נמצאים גם. כמות היחסית של סיבי קולגן מסוג IX בסיבי קולגן פוחתת מ -15% בסחוס של העובר לכ -1% בסחוס הבוגר של השור.

מולקולות של קולגן אני סוג מורכב משלושה polyypptide זהה א, (II) רשתות, מסונתז ומופרש בצורה של מבשר precollagen. ברגע המולקולות מוכנים קולגן משוחררים לתוך שטח תאיים, הם יוצרים fibrils. ב סחוס הבטן קולגן סוג II טופס ארקדות פיבריל, שבו מולקולות "עבה" יותר נמצאים בשכבות עמוק של רקמות, ועוד "רזה" - אופקית בשכבות פני השטח.

בגן procollagen של סוג II, נמצא קידוד אקסון propeptide N- מסוף עשיר ב- Cysteine. אקסון זה אינו בא לידי ביטוי הסחוס בוגרת, אבל בשלבים הראשונים של התפתחות (prechondrogenesis). בשל נוכחותו של אקסון זה, את המולקולה סוג procollagen II (סוג II A) הוא ארוך יותר מאשר קולגן סוג II. כנראה, הביטוי של סוג זה של procollagen מעכב את הצטברות של אלמנטים של ECM של הסחוס המפרקי. זה יכול לשחק תפקיד בפיתוח של הפתולוגיה הסחוס (למשל, תגובה לא נאותה reparative, היווצרות osteophyte, וכו ').

רשת של סיבי קולגן סוג II מספק פונקציה חוזק מתיחה יש צורך לשמור על נפח וצורה של הרקמה. פונקציה זו משופרת על ידי קוולנטיים וחוצים בין מולקולות קולגן. ב VKM, האנזים lysiloxidase יוצר אלדהיד מ hydroxylizine, אשר מומרת מכן חומצה אמינית רב תחמוצת hydroxylisyl-pyridinoline, המהווה קישורים בין הקשרים. מצד אחד, הריכוז של חומצת אמינו זו עולה עם הגיל, לעומת זאת, ב סחוס בוגרת זה כמעט לא משתנה. מאידך גיסא, בסחוס המפרקי, נוצר גידול בריכוז הקשרים ההדדיים בין סוגים שונים עם הגיל עם הגיל, שנוצר ללא השתתפות אנזימים.

כ -10% מהכמות הכוללת של רקמות הסחוס קולגן הוא מה שנקרא קלגנים קטין, אשר במובנים רבים לקבוע את הפונקציה הייחודית של רקמה זו. סוג IX קולגן שייך בכיתה III מולקולות korotkospiralnyh וקבוצת FACIT-קולגן ייחודי (סיבית-Associated קולגן עם טריפל בהפרעה -helices - קולגן הקשורים הפיברילות עם סליל משולש שהופסק). זה מורכב משלוש רשתות שונות מבחינה גנטית. אחד מהם - שרשרת ₂ - הוא glycosylated בו זמנית עם chondroitin גופרתי, מה שהופך את המולקולה בו זמנית proteoglycan. בין קטעים של קולגן סוג IX ספירלה סוג II קולגן, הן בוגרים ולא בוגרת hydroxypyridine חוצה קישורים מזוהים. קולגן התשיעי יכול גם לתפקד כמו intermolecular-interfibrillar "מחבר" (או גשר) בין סיבי קולגן סמוכים. קולגן IX מולקולות טופס cross-links בינם לבין עצמם, אשר מגדילה את היציבות מכני של רשת fibriillar תלת מימדי ומגנה עליו מפני ההשפעות של אנזימים. הם גם מספקים התנגדות דפורמציה, הגבלת נפיחות של proteoglycans בתוך הרשת. בנוסף לרשת ה- CS של אניוניק, המולקולה IX קולגן מכיל תחום קטיוני המספק פיבריל תשלום גבוה נטייה לקיים אינטראקציה עם מקרומולקולות אחרות מטריקס.

קולגן XI סוג הוא רק 2-3% מכלל המסה של collagens. זה שייך למחלקה הראשונה (להרכיב fibrils) של collagens והוא מורכב משלוש שרשראות שונות. יחד עם סוגים קולגן II ו IX, הקלד X קולגן צורות סיבים הטרוטיים של הסחוס המפרקי. מולקולות של קולגן סוג XI נמצאים בתוך סיבי קולגן מסוג II בעזרת immunoelectromicroscopy. אולי הם מארגנים קולגן סוג II מולקולות, שליטה על הצמיחה לרוחב של fibrils וקביעת קוטר של fibroil קולגן heterotypic. בנוסף, קולגן XI מעורב בהיווצרות של קישורים צולבים, אבל גם סחוס בוגרת, את הקשרים הרוחביים להישאר בצורה של ketoamines divalent לא בוגר.

כמות קטנה של קולגן מסוג VI, נציג נוסף של המעמד השלישי של מולקולות קצרות, נמצאה בסחוס הארטיקולרי. קולגן סוג VI צורות microfibrils שונים, ואולי, מרוכזת המטריצה של הקפסולרי של chondron.

Proteoglycans הם חלבונים אשר לפחות אחד glycosaminoglycan שרשרת קשורה קוולנטית. פרוטוגליקנים שייכים לאחד המקרו-מולקולות הביולוגיות המורכבות ביותר. רוב proteoglycans נרחב נמצאים VKM הסחוס. "סבוכים" בתוך רשת של סיבי קולגן, proteoglycans הידרופילי למלא את הפונקציה העיקרית שלהם - הם ליידע את הסחוס של היכולת לעוות באופן הפוך. הוא האמין כי proteoglycans לבצע מספר פונקציות אחרות, המהות של אשר אינו ברור לחלוטין.

אגרן הוא proteoglycan הראשי של הסחוס המפרקי: הוא כ 90% מכלל המסה של proteoglycans ברקמה. חלבון הליבה של 230 kD הוא glycosylated על ידי מספר שרשראות glycosaminoglycan מקושרים קוולנטית, כמו גם מסוף N ו- oligosaccharides C- מסוף.

שרשרת גליקוז של הסחוס במפרק, אשר מהווים כ 90% של מקרומולקולות המשקל הכולל - סולפט keratan (המייצג את רצף מן המנות גופריתי מרובים סכרידיות N-atsetilglyukozamingalaktoza sulphated ושאריות monosaccharide אחרים, כגון חומצה sialic) ו כונדרואיטין סולפט (המייצג את רצף מ סכרידיות של N-acetylgalactosamine, חומצה גלוקורונית, אסתר סולפט, בכל הקשור הרביעי או לאטום פחמן השישי של N-atsetilg lactosamine).

חלבון ליבת Aggrecan מכיל שלושה כדורים (G1, G2, G3) h interglobular השנייה (E1 ו- E2) תחום. האזור N-Terminal מכיל G, ו- G2 תחומים מופרדים על ידי קטע E1 של 21 ננומטר אורך. C3-תחום הנמצא הסופית- C, מופרד G ₂ יותר (כ 260 ננומטר) קטע E2 הנושאת יותר מ -100 רשתות כונדרואיטין סולפט של כ 15-25 שרשראות סולפט keratan ו אוליגוסכרידים O צמודות. N-linked אוליגוסכרידים נמצאים בעיקר בתוך תחומי G1- ו- C2 ו- E1-פלח, כמו גם ליד G ₃ -regiona. Glycosaminoglycans מקובצים לשני אזורים: המורחב ביותר (מה שנקרא האזור העשיר כונדרואיטין סולפט) שרשרת מורכבת כונדרואיטין סולפט וכ 50% של שרשרות סולפט keratan. אזור עשיר סולפטים keratan, מקומי E ₂ -segmente כמעט מושלם G1 מקדים באזור עשיר סולפטים כונדרואיטין. מולקולות Aggrecan מכילות אסטרים פוספט גם, מקומיים בעיקר על שאריות קסילוז כי רשתות כונדרויטין סולפט מחוברות חלבון הליבה; הם נמצאים גם על שאריות serine של חלבון הליבה.

מקטע C- מסוף _של תחום C3 הוא הומולוגי מאוד ל lectin, כך המולקולות proteoglycan ניתן לתקן את ECM על ידי מחייב מבנים פחמימנים מסוימים.

במחקרים שנערכו לאחרונה, נצפתה קידוד אקסון עבור תת-הדומה ל- EGF (גורם גדילה באפידרמיס) בתוך G ₃. בעזרת נוגדנים פוליקלונליים נגד EGF, אפיטופ דמוי EGF היה מקומי בתוך פפטיד של 68 kD במצטבר של הסחוס המפרקי האנושי. עם זאת, התפקידים שלה דורשים הבהרה. תת-דומיין זה נמצא גם במבנה של מולקולות הדבקה השולטות על הגירה של לימפוציטים. רק כשליש מולקולות aggrecan מבודד הסחוס במפרק אדם בוגרים מכילים שלם C ₃ תחומים של; כנראה זה בגלל העובדה כי ECM, את המולקולות aggrecan ניתן לצמצם בגודל על ידי נתיב האנזים. גורלם ותפקודם של שברי הפיצול אינם ידועים.

הקטע הפונקציונלי העיקרי הוא aggrecan מולקולת glikozaminoglikannesuschy E ₂ -segment. האתר, עשיר ב keratan sulfates, מכיל את חומצות אמינו proline, serine ו threonine. רוב שאריות סרין ו תראונין O-glycosylated שאריות N-atsetilgalaktozaminovymi, הם מפעילים את הסינתזה של אוליגוסכרידים מסוימים, אשר מוטמעים ברשתות סולפט keratan, ובכך האריכו אותם. שאר קטע E ₂ מכיל יותר מ -100 רצפי serine-glycine בהם הסדרה מספקת חיבור לשאריות הקסילוזיל בתחילת שרשרת הכונדרואיטין. בדרך כלל וכונדרויטין-6-סולפט כונדרואיטין-4-גופרתי להתקיים בו זמנית בתוך אותה מולקולות proteoglycan של היחס משתנה בהתאם לוקליזציה של סחוס גילו של האדם.

המבנה של המולקולות aggrecan במטריצה של הסחוס המפרקי של אדם עובר מספר שינויים בתהליך ההבשלה והזדקנות. השינויים הקשורים ההזדקנות כוללים ירידה בגודל ההידרודינמי כתוצאה משינויים באורך שרשרת הממוצע של כונדרואיטין גופרתי, עלייה במספר ואורך של שרשראות גופרתי keratan. מספר שינויים במולקולת aggrecan גם עוברים את הפעולה של אנזימים proteolytic (למשל, aggrecanase ו stromelysin) על חלבון הליבה. זה מוביל לירידה מתמשכת באורך הממוצע של חלבון הליבה של מולקולות aggrecan.

מולקולות אגרסקיות מסונתזות על ידי chondrocytes ומופרשים ב- ECM, שם הם יוצרים אגרגטים התייצב על ידי מולקולות של חלבונים מחייב. צבירה זו כוללת אינטראקציות קוולנטיות ולא שיתופיות ספציפיות במיוחד בין נימת החומצה הגלוקורונית לבין כמעט 200 מולקולות של אגרקנים וחלבונים מחברים. חומצה Glucuronic הוא glycosaminoglycan ליניארית, לא סולפונלית ליניארי עם משקל מולקולרי גדול, המורכב ממספר מולקולות קשורות ברצף של N-אצטילגוקמין וחומצה גלוקורונית. לולאות מצמידים של התחום G1 של aggrecan אינטראקציה הפיך עם חמישה disaccharides חומצה רצופה היאלורונית מסודרים. חלבון מחייב, אשר מכיל דומה (high-homologous) לולאות זוגיות, אינטראקציה עם התחום C1 ואת מולקולת חומצה היאלורונית מייצב את המבנה של המצרפי. C1-domain-Hyaluronic חומצה מחייב מורכבים חלבון יוצר אינטראקציה יציבה מאוד המגנה על תחום G1 וחלבון מחייב מן הפעולה של אנזימים proteolytic. שתי מולקולות של חלבון מחייב עם משקל מולקולרי של 40-50 kD זוהו; הם שונים זה מזה במידת הגליקוזילציה. רק מולקולה אחת של חלבון מחייב נמצא באתר מליטה חומצה היאלורונית. המולקולה השלישית, קטנה יותר, של חלבון מחייב נוצרת החלבונים גדולים יותר על ידי מחשוף proteolytic.

כ 200 מולקולות של aggrecan יכול להיקשר מולקולה אחת של חומצה היאלורונית כדי ליצור צבירה של 8 מיקרומטר אורך. המטריצה הקשורים התא המורכב אגרגטים חטיבות pericellular וטריטוריאלית לשמר את מערכת היחסים שלהם עם תאים באמצעות קשירה (באמצעות חומצה היאלורונית חוט) עם קולטנים דמוי SD44 על קרום התא.

היווצרותם של אגרגטים ב- ECM היא תהליך מורכב. מולקולות aggrecan החדש מסונתז לא מיד להפגין את היכולת לקשור חומצה היאלורונית. זה יכול לשמש מנגנון הרגולציה המאפשר מולקולות מסונתז החדש להגיע לאזור בין טריטוריאלית של המטריצה לפני להיות משותקת לתוך אגרגטים גדולים. מספר מולקולות aggrecan מסונתק החדש חלבונים מחייב מסוגל להרכיב אגרגטים על ידי אינטראקציה עם חומצה היאלורונית פוחתת באופן משמעותי עם הגיל. בנוסף, עם הגיל, גודל של אגרגטים מבודד מן הסחוס המפרקי של אדם מופחת באופן משמעותי. זה בחלקו עקב הירידה באורך הממוצע של מולקולות של חומצה היאלורונית ו aggrecan מולקולות.

ישנם שני סוגים של אגרגטים בסחוס המפרקי. הגודל הממוצע של אגרגטים מהסוג הראשון הוא 60 S, אגרגטים מהסוג השני (המהיר במהירות "superaggregates") הם 120 S. זה מאופיין בשפע של מולקולות של חלבון מחייב. הנוכחות של superagregates אלה עשויים לשחק תפקיד גדול בתפקוד הרקמה; במהלך שיקום רקמות לאחר immobilization של איבר בשכבות האמצעיות של הסחוס המפרקי, ריכוזים גבוהים שלהם נמצאים, במפרק מושפע osteoarthritis, בשלבים המוקדמים של המחלה ממדיהם מופחתים באופן משמעותי.

בנוסף aggrecan, הסחוס המפרקי מכיל מספר proteoglycans קטן. Biglikan ו decorin, מולקולות הנושאות dermatan גופרתי יש מסה מולקולרית של כ 100 ו 70 kD, בהתאמה; המסה של חלבון הליבה שלהם הוא כ -30 kD.

הסחוס במפרק של מולקולת biglycan אנושית מכיל שתי שרשרות סולפט dermatan, ואילו בתדירות גבוהה יותר המתרחש decorin - רק אחד. מולקולות אלו הן רק חלק קטן של proteoglycans ב הסחוס במפרק, למרות שהם גם יכולים להיות הרבה, כמו גם אגרגטים גדולים של proteoglycans. Proteoglycans הקטן אינטראקציה עם מקרומולקולות אחרים ECM, כולל סיבי קולגן, פיברונקטין, גורמי גדילה, ואחרים. Decorin מקומי במקור על פני סיבים קולגן ומעכב fibrillogenesis קולגן. רוד שמר חלבון בחוזקה עם תחום מחייב תא של פיברונקטין, ובכך כנראה עיכוב המחייב של האחרון הקולטנים בתא שטח (integrins). בשל העובדה כי הן decorin ואגד biglycan כדי פיברונקטין ומעכבות הדבקה ו נדידת תאים, כמו גם היווצרות פקיק, הם יכולים לעכב תהליכי תיקון רקמות.

פיברומודולין של הסחוס המפרקי הוא proteoglycan עם מסת מולקולארית של 50-65 kD, הקשורים סיבי קולגן. חלבון הליבה שלו, homologous אל חלבונים הליבה של העיצוב ו bigakana, מכיל כמות גדולה של שאריות גופרית טירוזין. זה טופס glycosylated של fibromodulin (בעבר נקרא 59 מטריקס חלבון) יכול להשתתף הרגולציה של היווצרות ותחזוקה של המבנה של סיבי קולגן. פיברומודולין ו decorin ממוקמים על פני השטח של סיבי קולגן. לכן, כפי שצוין קודם לכן, עלייה בקוטר fibril צריך להיות קדום על ידי הסרה סלקטיבית של proteoglycans אלה (כמו גם קולגן סוג IX מולקולות).

סחוס מפרקי מכיל מספר חלבונים ב VKM, אשר אינם שייכים proteoglycans או collagens. הם אינטראקציה עם מקרומולקולות אחרות כדי ליצור רשת שבה רוב מולקולות VKM משולבים.

Anchorin, חלבון עם מסה של 34 kD, הוא מקומי על פני השטח של chondrocytes ו בקרום התא, מתווך את האינטראקציה בין התא לבין המטריצה. בשל זיקה גבוהה של קולגן סוג II, זה יכול לשמש כמכניקפטור, אשר משדר אות על הלחץ השתנה על fibril של chondrocyte.

פיברונקטין הוא מרכיב של רוב הרקמות הסחוסות, מעט שונה מפיברונקטין של פלסמה בדם. הוא הציע כי fibronectin מקדם את האינטגרציה של המטריצה על ידי אינטראקציה עם קרום התא ומרכיבים אחרים מטריקס כגון קולגן סוג II ו thrombospondin. שברים של fibronectin להשפיע לרעה על חילוף החומרים של chondrocytes - לעכב את הסינתזה של aggrecan, לעורר תהליכים catabolic. ב נוזל משותף של חולים עם osteoarthrosis, ריכוז גבוה של שברי fibronectin נמצא, כך שהם יכולים להשתתף הפתוגנזה של המחלה בשלבים מאוחרים יותר. ככל הנראה, לשברים של מולקולות מטריקס אחרות המחוברים לקולטונדים של כונדרוציטים יש גם אותן השפעות.

חלבון המטריקס האוליגומרי הסחוס (OMPC), חבר של משפחת thrombospondin, הוא pentamer עם חמש יחידות משנה זהות עם משקל מולקולרי של כ 83 kD. הם נמצאים במספרים גדולים בסחוס המפרקי, במיוחד בשכבת התאים המתרבים ברקמת הגוברת. לכן, אולי, OMPCH לוקח חלק בוויסות של צמיחת תאים. בריכוז נמוך בהרבה, הם נמצאים ב- ECM של הסחוס המפרקי הבוגר. חלבונים מטריקס נקראים גם:

• חלבון מטריקס בסיסי (36 kD), שיש לו זיקה גבוהה עבור chondrocytes, יכול לתווך את האינטראקציה של תאים ב- ECM, למשל, במהלך שיפוץ רקמות;
• GP-39 (39 kD) מתבטא בשכבת פני השטח של הסחוס המפרקי ובממברנה הסינוביאלית (תפקודיה אינם ידועים);
• חלבון 21 kD מסונתז על ידי chondrocytes hypertrophied, אינטראקציה עם קולגן מסוג X, יכול לפעול באזור "קו גל".

בנוסף, ברור כי chondrocytes להביע את הלא glycosylated צורות של proteoglycans קטנים שאינם מצטברים בשלבים מסוימים של התפתחות הסחוס ובמצבים פתולוגיים, אבל הפונקציה הספציפית שלהם נמצאת כעת נחקר.

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

תכונות פונקציונליות של סחוס של המפרק

מולקולות של aggrecan לתת סחוס articular את היכולת לעבור עיוות הפיך. הם מדגימים אינטראקציות ספציפיות בתוך החלל החוץ-תאי וללא ספק ממלאים תפקיד חשוב בארגון, במבנה ובפונקציה של ECM. ב מולקולות רקמת הסחוס aggrecane להגיע לריכוז של 100 מ"ג / מ"ל. ב סחוס, מולקולות אגרגן נדחסים ל 20% מהנפח הם תופסים את הפתרון. רשת תלת מימדי שנוצר על ידי סיבי קולגן מודיע הרקמה של הצורה האופיינית שלה ומונע את הגידול בהיקף proteoglycans. בתוך רשת קולגן, proteoglycans נייחים לשאת מטען חשמלי שלילי גדול (מכילים מספר גדול של קבוצות anionic), המאפשר אינטראקציה עם קבוצות קטיון ניידים של נוזל interstitial. אינטראקציה עם מים, proteoglycans לספק את הלחץ שנקרא נפיחות, אשר counteracted על ידי רשת קולגן.

נוכחות המים ב- ECM חשובה מאוד. מים קובע את נפח הרקמה; הקשורים proteoglycans, הוא מספק התנגדות דחיסה. בנוסף, המים מספקים הובלה של מולקולות ודיפוזיה ב - ECM. צפיפות גבוהה של מטען שלילי על proteoglycans גדול קבוע ברקמה יוצר "אפקט נפח נשלל". גודל הנקבוביות של הפתרון תוך ריכוז של proteoglycans הוא כל כך קטן, כי דיפוזיה של חלבונים כדוריים גדולים לתוך הרקמה הוא מוגבל מאוד. VKM דוחה קטנה טעונה שלילית (למשל, כלוריד יונים) גדול (כגון אלבומין ו immunoglobulins) חלבונים. גודלם של תאים בתוך רשת צפופה של סיבי קולגן ו proteoglycans הוא commensurable רק עם ממדים של כמה מולקולות אנאורגניות (למשל, נתרן ואשלגן, אבל לא סידן).

ב VKM כמות מסוימת של מים קיים fibrils קולגן. תכונות פיסיקוכימיות וביומכניות של סחוס קובעות מרחב אקסטריבריל. תכולת המים בחלל פיברילרי תלוי בריכוז proteoglycans בחלל extrafibrillar ומגביר עם ירידה בריכוז של האחרון.

תשלום שלילי קבוע על proteoglycans קובע את הרכב יון של המדיום תאיים המכילים קטיונים חופשיים בריכוז גבוה ואניונים חופשי בריכוז נמוך. מאז ריכוז של מולקולות aggrecan עולה מן השטח לאזור עמוק של הסחוס, הסביבה היונית של הרקמה משתנה. ריכוז יונים אנאורגניים ב- ECM יוצר לחץ אוסמוטי גבוה.

המאפיינים של הסחוס כחומר תלויים האינטראקציה של סיבי קולגן, proteoglycans ואת השלב הנוזלי של הרקמה. שינויים מבניים הלחנה בשל חוסר ההתאמה בין הסינתטי ותהליכים קטבולי, והשפלה של מקרומולקולות על ידי פגיעה פיזית, להשפיע על נכסים מהותיים המשמעותי של סחוס ולשנות את תפקידיו. מאז ריכוז והפצה של הארגון המאקרו-מולקולרי של proteoglycans ו collagens משתנות בהתאם לעומק של אזור סחוס להשתנות המאפיינים ביומכנית של כל אזור. לדוגמה, שטח הפנים עם ריכוז גבוה של סיבי קולגן מסולק בעקיפין בקשר עם ריכוז נמוך של proteoglycans יש את לנטרל בולטת בעיקר מתיחה נכסים, חלוקת עומס שווה על פני השטח רקמות. באזורים המעבר והעמוק, ריכוז גבוה של proteoglycans מקנה רכוש רקמות להעברת עומס הדחיסה. ברמה של "קווים גליים" תכונות חומר הסחוס להשתנות בחדות מאזור nekaltsifitsirovannoy וגמיש עד סחוס mineralized קשה. באזור של "קו גלי" כוחו של הרקמה מסופק על ידי רשת קולגן. סיבי סחוס לא לחצות את החלקים cartilaginous; במתחם של חוזק רקמות osteochondral מסופק על ידי קווי מתאר מיוחדים גבול בין אזורי nekaltsifitsirovannogo וסחוס הסתיידות בצורה בצמחים דמוי אצבע סדירות, אשר "סוגרת" שתי השכבות ומונעת ההפרדה שלהם. סחוס מאובן אלו פחות צפוף מאשר עצם subchondral, כך שהוא מבצע את הפונקציה של שכבת ביניים אשר מרככת את עומס הלחיצה על הסחוס ועצם subchondral מעביר אותו.

במהלך העומס, התפלגות מורכבת של שלושה כוחות מתרחשת - מתיחה, גזירה ודחיסה. המטריצה המפרקית מעוותת עקב גירוש מים (כמו גם מוצרים מטבוליים של תאים) מאזור העומס, הריכוז של היונים במפרק הנוזלים עולה. התנועה של מים ישירות תלוי משך וכוח של העומס המופעל מתעכב על ידי תשלום שלילי של proteoglycans. במהלך דפורמציה של הרקמה, proteoglycans הם לחוצים יותר זה לזה, ובכך למעשה להגדיל את הצפיפות של המטען השלילי, ואת המטען הדוחה שלילי intermolecular של כוח בתורו מגביר את ההתנגדות של הרקמה של דפורמציה נוספת. בסופו של דבר, העיוות מגיע לשיווי משקל, שבו הכוחות החיצוניים של העומס מאוזנים על ידי הכוחות הפנימיים של ההתנגדות - לחץ הנפיחות (אינטראקציה בין פרוטוגליקנים עם יונים) לבין לחץ מכני (אינטראקציה בין פרוטוגליקנים וקולאגים). כאשר העומס מסולק, הרקמה הסחוסית רוכשת את צורתה המקורית על ידי מציצת מים יחד עם החומרים המזינים. ראשוני (טרום עומס) טופס רקמה מושגת כאשר הלחץ הנפיחות של proteoglycans מאוזן על ידי ההתנגדות של רשת קולגן כדי להפיץ שלהם.

המאפיינים ביומכנית של הסחוס במפרק מבוססים על השלמות המבנית של בד - הרכב קולגן proteoglycan כשלב מוצק ומים ויונים המומסים בהם בתור שלב נוזלי. מתוך העומס, הלחץ ההידרוסטטי של הסחוס המפרקי הוא בערך 1-2 atm. לחץ הידרוסטטי זה יכול להגדיל in vivo 100-200 atm. ב milliseconds במהלך עמידה עד 40-50 atm במהלך הליכה. מחקרים במבחנה הראו כי הלחץ ההידרוסטטי של 50-150 ATM (פיסיולוגי) לתקופה קצרה של זמן מוביל לצמיחה מתונה של הסחוס אנאבוליזם, עבור 2 שעות - גורמים לאובדן של סחוס נוזלי, אך לא בגרימת שינויים אחרים. השאלה נשארת כמה מהר chondrocytes להגיב in vivo לסוג זה של עומס.

ירידה המושרה של הידרציה עם הגידול הבא הריכוז של proteoglycans מוביל אטרקציה של יונים טעונים חיובי, כגון H ⁺ ו- Na ⁺. זה מוביל לשינוי בהרכב יון הכולל pH של ECM, ו chondrocytes. טעינה ממושכת גורם לירידה ב- pH וירידה סימולטנית בסינתזה של proteoglycans על ידי chondrocytes. אולי ההשפעה של הסביבה היונית החוץ תאית על תהליכים סינתטיים קשורה גם בחלקה להשפעתה על הרכב ה- ECM. מולקולות סינתזה החדש של aggrecan במדיום חומצי חלש מאוחר יותר מאשר בתנאים רגילים להבשיל לתוך צורות מצטברות. סביר להניח כי ירידה ב- pH סביב chondrocytes (למשל, במהלך עומס) מאפשר יותר מולקולות aggrecane מסונתז החדש להגיע למטריצה הבין טריטוריאלית.

כאשר העומס מסולק, המים חוזרים מן החלל הסינוביאלי, נושאים איתו חומרים מזינים לתאים. הסחוס מושפע עם דלקת מפרקים ניוונית, ריכוז proteoglycan מונמך, ולכן, במהלך טעינת מהלכי מים לא רק אנכי חלל סינוביאלי, אבל גם לכיוונים אחרים, ובכך להפחית chondrocytes כוח.

קיבוע או עומס קטן מוביל לירידה ניכרת את תהליכי סינתטי של תוכן proteoglycan סחוס, בעוד הגידול עומס דינמי מוביל סינתזה proteoglycan עלייה צנועה ותוכן .. פעילות גופנית אינטנסיבית (20 ק"מ ביום במשך 15 שבועות) בכלבים גרם לשינוי התוכן של proteoglycans בפרט, ירידה חדה בריכוז שלהם על פני השטח. היו כמה ריכוך הפיך של הסחוס ושיפוץ של עצם subchondral. עומס סטטי גדול, עם זאת, גרמה נזק סחוס וניוון לאחר מכן. בנוסף, הפסד של ECM אגרני יוזם שינויים חריגים האופייניים osteoarthrosis. אובדן aggrecan מוביל אטרקציה של מים ונפיחות של כמות קטנה הנותרים של proteoglycans. זה פירוק של aggrecan מסייע להפחית את הצפיפות של תשלום קבוע המקומי ובסופו של דבר מוביל לשינוי osmolarity.