
Semua kandungan iLive disemak secara perubatan atau fakta diperiksa untuk memastikan ketepatan faktual sebanyak mungkin.
Kami mempunyai garis panduan sumber yang ketat dan hanya memautkan ke tapak media yang bereputasi, institusi penyelidikan akademik dan, apabila mungkin, dikaji semula kajian secara medis. Perhatikan bahawa nombor dalam kurungan ([1], [2], dan lain-lain) boleh diklik pautan ke kajian ini.
Jika anda merasakan bahawa mana-mana kandungan kami tidak tepat, ketinggalan zaman, atau tidak dipersoalkan, sila pilih dan tekan Ctrl + Enter.
Osteoartritis: bagaimana rawan artikular dianjurkan?
Pakar perubatan artikel itu
Ulasan terakhir: 04.07.2025

Rawan artikular normal melakukan dua fungsi utama: menyerap tekanan melalui ubah bentuk semasa beban mekanikal dan memberikan kelancaran permukaan artikular, yang membolehkan untuk meminimumkan geseran semasa pergerakan sendi. Ini dipastikan oleh struktur unik rawan artikular, yang terdiri daripada kondroitin yang direndam dalam matriks ekstraselular (ECM).
Rawan artikular dewasa normal boleh dibahagikan kepada beberapa lapisan atau zon: zon cetek atau tangen, zon peralihan, zon dalam atau jejari, dan zon terkalsifikasi. Lapisan antara zon dangkal dan peralihan dan terutamanya antara zon peralihan dan dalam tidak mempunyai sempadan yang jelas. Persimpangan antara rawan artikular yang tidak berkalsifikasi dan berkalsifikasi dipanggil "sempadan berombak" - garis yang kelihatan apabila mengotorkan tisu yang dinyahkalsifikasi. Zon rawan yang terkalsifikasi membentuk perkadaran yang agak tetap (6-8%) daripada jumlah ketinggian keratan rentas rawan. Jumlah ketebalan rawan artikular, termasuk zon rawan terkalsifikasi, berbeza-beza bergantung pada beban pada kawasan tertentu permukaan artikular dan pada jenis sendi. Tekanan hidrostatik terputus-putus dalam tulang subkondral memainkan peranan penting dalam mengekalkan struktur normal rawan dengan memperlahankan osifikasi.
Kondrosit membentuk kira-kira 2-3% daripada jumlah jisim tisu; di zon dangkal (tangensial) mereka terletak di sepanjang, dan di zon dalam (radial) - berserenjang dengan permukaan rawan; dalam zon peralihan, kondrosit membentuk kumpulan 2-4 sel yang tersebar di seluruh matriks. Bergantung pada zon rawan artikular, ketumpatan kondrosit berbeza-beza - ketumpatan sel tertinggi berada di zon cetek, yang paling rendah - dalam zon kalsifikasi. Di samping itu, ketumpatan pengedaran sel berbeza dari sendi ke sendi, ia adalah berkadar songsang dengan ketebalan rawan dan beban yang dialami oleh kawasan yang sepadan.
Kondrosit yang terletak paling cetek adalah diskoid dan membentuk beberapa lapisan sel dalam zon tangen yang terletak di bawah jalur matriks yang sempit; sel yang terletak lebih dalam di zon ini cenderung mempunyai kontur yang lebih tidak rata. Dalam zon peralihan, kondrosit adalah sfera, kadang-kadang mereka bergabung menjadi kumpulan kecil yang bertaburan dalam matriks. Kondrosit zon dalam kebanyakannya berbentuk ellipsoid, dikelompokkan ke dalam rantaian 2-6 sel yang terletak di jejari. Dalam zon kalsifikasi, mereka diedarkan lebih jarang; sesetengah daripadanya adalah nekrotik, walaupun kebanyakannya berdaya maju. Sel-sel dikelilingi oleh matriks tidak terkalsifikasi, ruang antara sel terkalsifikasi.
Oleh itu, rawan artikular manusia terdiri daripada ECM terhidrat dan sel-sel yang direndam di dalamnya, yang membentuk 2-3% daripada jumlah jumlah tisu. Oleh kerana tisu tulang rawan tidak mempunyai saluran darah atau limfa, interaksi antara sel, penghantaran nutrien kepada mereka, dan penyingkiran produk metabolik dijalankan melalui resapan melalui ECM. Walaupun fakta bahawa kondrosit sangat aktif secara metabolik, mereka biasanya tidak membahagi pada orang dewasa. Kondrosit wujud dalam persekitaran bebas oksigen, dan metabolisme mereka dipercayai kebanyakannya anaerobik.
Setiap kondrosit dianggap sebagai unit rawan metabolik yang berasingan, diasingkan daripada sel jiran, tetapi bertanggungjawab untuk penghasilan unsur ECM di sekitar sel yang didermakan dan penyelenggaraan komposisinya.
ECM dibahagikan kepada tiga bahagian, setiap satu dengan struktur morfologi yang unik dan komposisi biokimia tertentu. ECM serta-merta bersebelahan dengan membran bawah tanah kondrosit dipanggil matriks periselular, atau lacunar. Ia dicirikan oleh kandungan agregat proteoglikan yang tinggi yang dikaitkan dengan sel melalui interaksi asid hyaluronik dengan reseptor seperti CD44, dan ketiadaan relatif fibril kolagen yang teratur. Bersebelahan langsung dengan matriks perisel ialah matriks wilayah, atau kapsul, yang terdiri daripada rangkaian kolagen fibrillar bersilang yang membungkus sel individu atau (kadang-kadang) kumpulan sel, membentuk kondron, dan mungkin menyediakan sokongan mekanikal khusus untuk sel. Sentuhan kondrosit dengan matriks kapsul dicapai melalui pelbagai proses sitoplasma yang kaya dengan mikrofilamen, serta melalui molekul matriks tertentu seperti ancorin dan reseptor seperti CD44. Bahagian terbesar dan paling jauh ECM daripada membran bawah tanah kondrosit ialah matriks antara wilayah, yang mengandungi bilangan fibril kolagen dan proteoglikan yang paling banyak.
Pembahagian ECM ke dalam petak lebih jelas ditakrifkan dalam rawan artikular dewasa daripada rawan artikular yang tidak matang. Saiz relatif setiap petak berbeza-beza bukan sahaja antara sendi malah dalam rawan yang sama. Setiap kondrosit menghasilkan matriks yang mengelilinginya. Menurut penyelidikan, kondrosit tisu tulang rawan matang menggunakan kawalan metabolik aktif ke atas matriks perisel dan wilayah mereka, dan mereka menggunakan kawalan kurang aktif ke atas matriks antara wilayah, yang mungkin "lengai" secara metabolik.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, rawan artikular terutamanya terdiri daripada ECM yang luas yang disintesis dan dikawal oleh kondrosit. Makromolekul tisu dan kepekatannya berubah sepanjang hayat selaras dengan keperluan fungsi yang berubah-ubah. Walau bagaimanapun, masih tidak jelas sama ada sel mensintesis keseluruhan matriks secara serentak atau dalam fasa tertentu mengikut keperluan fisiologi. Kepekatan makromolekul, keseimbangan metabolik antara mereka, hubungan dan interaksi mereka menentukan sifat biokimia dan, oleh itu, fungsi rawan artikular dalam satu sendi. Komponen utama ECM rawan artikular dewasa ialah air (65-70% daripada jumlah jisim), yang terikat kuat di dalamnya kerana sifat fizikal khas makromolekul tisu rawan yang merupakan sebahagian daripada kolagen, proteoglikan dan glikoprotein bukan kolagen.
[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]
Komposisi biokimia rawan
Gentian kolagen terdiri daripada molekul kolagen protein fibrillar. Dalam mamalia, kolagen menyumbang satu perempat daripada semua protein dalam badan. Kolagen membentuk unsur fibrillar (fibril kolagen) yang terdiri daripada subunit struktur yang dipanggil tropocollagen. Molekul tropocollagen mempunyai tiga rantai yang membentuk triple helix. Struktur molekul tropocollagen ini, serta struktur gentian kolagen, apabila molekul ini terletak selari dalam arah membujur dengan anjakan berterusan kira-kira 1/4 daripada panjang dan memberikan keanjalan dan kekuatan yang tinggi kepada tisu di mana ia berada. Pada masa ini, 10 jenis kolagen yang berbeza secara genetik diketahui, berbeza dalam struktur kimia rantai-α dan / atau setnya dalam molekul. Empat jenis kolagen pertama yang terbaik dikaji mampu membentuk sehingga 10 isoform molekul.
Fibril kolagen adalah sebahagian daripada ruang ekstraselular kebanyakan tisu penghubung, termasuk rawan. Terjerat dalam rangkaian tiga dimensi tidak larut fibril kolagen yang bersilang adalah komponen lain yang lebih larut seperti proteoglikan, glikoprotein, dan protein khusus tisu; ini kadangkala dikaitkan secara kovalen dengan unsur kolagen.
Molekul kolagen tersusun ke dalam gentian membentuk kira-kira 50% daripada sisa kering organik rawan (10-20% daripada rawan asli). Dalam rawan matang, kira-kira 90% kolagen adalah kolagen jenis II, yang hanya terdapat dalam beberapa tisu (cth, badan vitreous, kord dorsal embrio). Kolagen jenis II tergolong dalam molekul kolagen kelas I (membentuk fibril). Selain itu, rawan artikular manusia yang matang juga mengandungi kolagen jenis IX, XI, dan sejumlah kecil jenis VI. Jumlah relatif gentian kolagen jenis IX dalam gentian kolagen berkurangan daripada 15% dalam rawan janin kepada kira-kira 1% dalam rawan lembu matang.
Molekul kolagen jenis I terdiri daripada tiga rantai polipeptida a, (II) yang serupa yang disintesis dan dirembes sebagai prokolagen prekursor. Sebaik sahaja molekul kolagen siap dilepaskan ke ruang ekstraselular, ia membentuk fibril. Dalam rawan artikular yang matang, kolagen jenis II membentuk arked fibrillar di mana molekul "lebih tebal" terletak di lapisan dalam tisu, dan yang "lebih nipis" terletak secara mendatar di lapisan cetek.
Pengekodan ekson propeptida N-terminal yang kaya dengan sistein telah ditemui dalam gen jenis prokolagen II. Ekson ini tidak dinyatakan dalam rawan matang, tetapi pada peringkat awal perkembangan (prechondrogenesis). Disebabkan kehadiran ekson ini, molekul procollagen jenis II (jenis II A) lebih panjang daripada kolagen jenis II. Mungkin, ungkapan jenis prokolagen ini menghalang pengumpulan unsur-unsur dalam ECM rawan artikular. Ia mungkin memainkan peranan tertentu dalam perkembangan patologi tulang rawan (cth, tindak balas reparatif yang tidak mencukupi, pembentukan osteofit, dll.).
Rangkaian fibril kolagen jenis II menyediakan fungsi ketahanan terhadap regangan dan diperlukan untuk mengekalkan kelantangan dan bentuk tisu. Fungsi ini dipertingkatkan oleh kovalen dan pautan silang antara molekul kolagen. Dalam ECM, enzim lysyl oxidase membentuk aldehid daripada hydroxylysine, yang kemudiannya ditukar kepada asid amino multivalen hydroxylysyl-pyridinoline, yang membentuk pautan silang antara rantai. Di satu pihak, kepekatan asid amino ini meningkat dengan usia, tetapi dalam rawan matang ia kekal hampir tidak berubah. Sebaliknya, dalam rawan artikular, peningkatan kepekatan pautan silang pelbagai jenis yang terbentuk tanpa penyertaan enzim didapati dengan usia.
Kira-kira 10% daripada jumlah keseluruhan kolagen dalam tisu tulang rawan adalah apa yang dipanggil kolagen kecil, yang sebahagian besarnya menentukan fungsi unik tisu ini. Kolagen jenis IX tergolong dalam molekul heliks pendek kelas III dan kumpulan unik kolagen FACIT (Kolagen Berkaitan Fibril dengan Heliks Tiga Terganggu). Ia terdiri daripada tiga rantai yang berbeza secara genetik. Salah satu daripadanya, rantai a2, diglikosilasi serentak dengan kondroitin sulfat, yang menjadikan molekul ini proteoglikan. Kedua-dua pautan silang hidroksipiridin matang dan tidak matang ditemui di antara segmen heliks jenis kolagen IX dan jenis kolagen II. Kolagen IX juga boleh berfungsi sebagai "penyambung" intermolecular-interfibrillar (atau jambatan) antara fibril kolagen bersebelahan. Molekul kolagen IX membentuk pautan silang antara satu sama lain, yang meningkatkan kestabilan mekanikal rangkaian tiga dimensi fibrillar dan melindunginya daripada kesan enzim. Mereka juga memberikan ketahanan terhadap ubah bentuk, mengehadkan pembengkakan proteoglikan yang terletak di dalam rangkaian. Sebagai tambahan kepada rantai CS anionik, molekul kolagen IX mengandungi domain kationik, yang memberikan cas besar kepada fibril dan kecenderungan untuk berinteraksi dengan makromolekul matriks lain.
Kolagen jenis XI menyumbang hanya 2-3% daripada jumlah jisim kolagen. Ia tergolong dalam kolagen kelas I (pembentuk fibril) dan terdiri daripada tiga rantai α yang berbeza. Bersama-sama dengan jenis kolagen II dan IX, kolagen jenis XI membentuk fibril heterotip rawan artikular. Molekul kolagen jenis XI telah dikesan dalam fibril kolagen jenis II menggunakan immunoelectromicroscopy. Mereka mungkin menyusun molekul kolagen jenis II, mengawal pertumbuhan sisi fibril dan menentukan diameter fibril kolagen heterotip. Di samping itu, kolagen XI terlibat dalam pembentukan pautan silang, tetapi walaupun dalam rawan matang, pautan silang kekal dalam bentuk ketoamina divalen yang belum matang.
Sebilangan kecil kolagen jenis VI, satu lagi ahli molekul heliks pendek kelas III, terdapat dalam rawan artikular. Kolagen jenis VI membentuk pelbagai mikrofibril dan mungkin tertumpu dalam matriks kapsul kondron.
Proteoglikan ialah protein yang mana sekurang-kurangnya satu rantai glikosaminoglikan terikat secara kovalen. Proteoglikan adalah antara makromolekul biologi yang paling kompleks. Proteoglycans paling banyak terdapat dalam ECM rawan. "Terjerat" dalam rangkaian fibril kolagen, proteoglikan hidrofilik melaksanakan fungsi utamanya - ia memberikan keupayaan untuk ubah bentuk secara berbalik kepada rawan. Diandaikan bahawa proteoglycans juga melakukan beberapa fungsi lain, intipatinya tidak jelas sepenuhnya.
Aggrecan ialah proteoglycan utama rawan artikular, yang merangkumi kira-kira 90% daripada jumlah jisim proteoglikan dalam tisu. Protein teras 230 kDnya diglikosilasi oleh berbilang rantai glikosaminoglikan yang dipautkan secara kovalen dan oligosakarida N-terminal dan C-terminal.
Rantaian glikosaminoglikan rawan artikular, yang membentuk kira-kira 90% daripada jumlah jisim makromolekul, adalah keratan sulfat (jujukan disakarida sulfat N-asetil glukosamino laktosa dengan tapak berganda sulfat dan sisa monosakarida lain seperti asid sialik) dan kondroitin sulfat (jujukan asid galaksa-glukosanik N-asetil glukosamino dengan berbilang tapak sulfat dan sisa-sisa monosakarida lain seperti asid sialik) dan kondroitin sulfat (jujukan asid galaksa-glusakarida N. ester sulfat yang melekat pada setiap atom karbon keempat atau keenam N-asetil galaktosamin).
Protein teras aggrecan mengandungi tiga domain globular (G1, G2, G3) dan dua domain interglobular (E1 dan E2). Rantau N-terminal mengandungi domain G1 dan G2 yang dipisahkan oleh segmen E1, iaitu 21 nm panjang. Domain C3, yang terletak di rantau C-terminal, dipisahkan daripada G2 oleh segmen E2 yang lebih panjang (kira-kira 260 nm), yang membawa lebih daripada 100 rantai kondroitin sulfat, kira-kira 15-25 rantai keratin sulfat, dan oligosakarida berkaitan O. Oligosakarida berkaitan N ditemui terutamanya dalam domain G1 dan C2 dan segmen E1, serta berhampiran rantau G3. Glycosaminoglycans dikelompokkan dalam dua kawasan: yang paling lama (yang dipanggil kawasan yang kaya dengan kondroitin sulfat) mengandungi rantai kondroitin sulfat dan kira-kira 50% rantai keratan sulfat. Kawasan yang kaya dengan keratan sulfat terletak pada segmen E2 berhampiran domain G1 dan mendahului kawasan yang kaya dengan kondroitin sulfat. Molekul agrecan juga mengandungi ester fosfat, terletak terutamanya pada sisa xylose yang melekatkan rantai kondroitin sulfat pada protein teras; ia juga terdapat pada sisa serin protein teras.
Segmen terminal C domain C3 sangat homolog dengan lektin, membenarkan molekul proteoglikan difiksasi dalam ECM dengan mengikat struktur karbohidrat tertentu.
Kajian terkini telah mengenal pasti pengekodan ekson subdomain seperti EGF dalam G3 . Menggunakan antibodi poliklonal anti-EGF, epitope seperti EGF telah disetempatkan dalam peptida 68-kD dalam aggrecan rawan artikular manusia. Walau bagaimanapun, fungsinya masih perlu dijelaskan. Subdomain ini juga terdapat dalam molekul lekatan yang mengawal penghijrahan limfosit. Hanya kira-kira satu pertiga daripada molekul aggrecan yang diasingkan daripada rawan artikular manusia yang matang mengandungi domain C3 yang utuh; ini berkemungkinan kerana molekul aggrecan boleh dikurangkan secara enzimatik dalam saiz dalam ECM. Nasib dan fungsi serpihan yang dibelah tidak diketahui.
Segmen berfungsi utama molekul aggrecan ialah segmen E2 yang mengandungi glikosaminoglikan. Rantau itu, kaya dengan keratan sulfat, mengandungi asid amino prolin, serin, dan treonin. Kebanyakan sisa serin dan treonine adalah O-glikosilasi dengan residu N-asetilgalactosamine; mereka memulakan sintesis oligosakarida tertentu yang digabungkan ke dalam rantai keratan sulfat, dengan itu memanjangkannya. Baki segmen E2 mengandungi lebih daripada 100 jujukan serine-glycine di mana serine memberikan lampiran kepada residu xilosil pada permulaan rantai kondroitin sulfat. Biasanya, kedua-dua kondroitin-6-sulfat dan kondroitin-4-sulfat wujud serentak dalam molekul proteoglikan yang sama, nisbahnya berbeza-beza bergantung pada penyetempatan tisu rawan dan umur seseorang.
Struktur molekul aggrecan dalam matriks rawan artikular manusia mengalami beberapa perubahan semasa pematangan dan penuaan. Perubahan yang berkaitan dengan penuaan termasuk pengurangan saiz hidrodinamik disebabkan oleh perubahan dalam purata panjang rantai kondroitin sulfat, dan peningkatan dalam bilangan dan panjang rantai keratan sulfat. Beberapa perubahan dalam molekul aggrecan juga disebabkan oleh tindakan enzim proteolitik (cth, aggrecanase dan stromelesin) pada protein teras. Ini mengakibatkan penurunan progresif dalam purata panjang protein teras molekul aggrecan.
Molekul agrecan disintesis oleh kondrosit dan dirembeskan ke dalam ECM, di mana ia membentuk agregat yang distabilkan oleh molekul protein penghubung. Pengagregatan ini melibatkan interaksi bukan kovalen dan kerjasama yang sangat spesifik antara helai asid glukuronik dan hampir 200 molekul protein aggrecan dan penghubung. Asid glukuronik ialah glikosaminoglikan linear ekstrasel, tidak bersulfat, berat molekul tinggi yang terdiri daripada berbilang molekul N-asetilglukosamin dan asid glukuronik yang dipautkan secara berurutan. Gelung berpasangan domain G1 aggrecan berinteraksi secara balik dengan lima disakarida asid hyaluronik yang terletak secara berurutan. Protein penghubung, yang mengandungi gelung berpasangan yang serupa (sangat homolog), berinteraksi dengan domain C1 dan molekul asid hyaluronik dan menstabilkan struktur agregat. Domain C1 - asid hyaluronik - kompleks protein mengikat membentuk interaksi yang sangat stabil yang melindungi domain G1 dan protein pengikat daripada tindakan enzim proteolitik. Dua molekul protein pengikat dengan berat molekul 40-50 kDa telah dikenal pasti; mereka berbeza antara satu sama lain dalam tahap glikosilasi. Hanya satu molekul protein pengikat hadir di tapak asid hyaluronik - ikatan aggrecan. Molekul ketiga, lebih kecil, protein pengikat terbentuk daripada yang lebih besar melalui belahan proteolitik.
Kira-kira 200 molekul aggrecan boleh mengikat satu molekul asid hyaluronik untuk membentuk agregat 8 μm panjang. Dalam matriks berkaitan sel, yang terdiri daripada petak perisel dan wilayah, agregat mengekalkan perkaitannya dengan sel dengan mengikat (melalui benang asid hyaluronik) kepada reseptor seperti CD44 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 antara wilayah matriks sebelum digerakkan menjadi agregat besar. Bilangan molekul aggrecan yang baru disintesis dan protein pengikat yang mampu membentuk agregat dengan berinteraksi dengan asid hyaluronik berkurangan dengan ketara dengan usia. Di samping itu, saiz agregat yang diasingkan daripada rawan artikular manusia berkurangan dengan ketara dengan usia. Ini sebahagiannya disebabkan oleh penurunan purata panjang molekul asid hyaluronik dan molekul aggrecan.
Dua jenis agregat telah ditubuhkan dalam rawan artikular. Saiz purata bagi jenis agregat pertama ialah 60 S, manakala jenis kedua (mendakan "superagregat" dengan cepat ialah 120 S. Agregat kedua dibezakan oleh banyaknya molekul protein pengikat. Kehadiran superagregat ini mungkin memainkan peranan utama dalam fungsi tisu; semasa pemulihan tisu selepas imobilisasi anggota badan, kepekatan yang lebih tinggi daripadanya terdapat di lapisan tengah rawan artikular, manakala pada sendi yang terjejas oleh osteoarthrosis, saiznya berkurangan dengan ketara pada peringkat awal penyakit.
Sebagai tambahan kepada aggrecan, rawan artikular mengandungi sejumlah proteoglikan yang lebih kecil. Biglican dan decorin, molekul yang membawa dermatan sulfat, mempunyai berat molekul kira-kira 100 dan 70 kDa, masing-masing; jisim protein teras mereka adalah kira-kira 30 kDa.
Dalam rawan artikular manusia, molekul biglycan mengandungi dua rantai dermatan sulfat, manakala dekorasi yang lebih biasa mengandungi hanya satu. Molekul-molekul ini hanya membentuk sebahagian kecil daripada proteoglikan dalam rawan artikular, walaupun ia mungkin sama banyaknya dengan proteoglikan agregat yang besar. Proteoglikan kecil berinteraksi dengan makromolekul lain dalam ECM, termasuk fibril kolagen, fibronektin, faktor pertumbuhan, dll. Decorin terutamanya disetempatkan pada permukaan fibril kolagen dan menghalang fibrilogenesis kolagen. Protein teras dikekalkan dengan ketat dengan domain pengikat sel fibronektin, dengan itu berkemungkinan menghalang yang terakhir daripada mengikat kepada reseptor permukaan sel (integrin). Oleh kerana kedua-dua decorin dan biglycan mengikat fibronektin dan menghalang lekatan dan penghijrahan sel, serta pembentukan trombus, ia mampu menghalang proses pembaikan tisu.
Fibromodulin rawan artikular ialah proteoglikan dengan berat molekul 50-65 kD yang dikaitkan dengan fibril kolagen. Protein terasnya, homolog dengan protein teras decorin dan biglycan, mengandungi sejumlah besar sisa tirosin sulfat. Bentuk fibromodulin terglikosilasi ini (sebelum ini dipanggil protein matriks 59 kD) boleh mengambil bahagian dalam pengawalan pembentukan dan penyelenggaraan struktur fibril kolagen. Fibromodulin dan decorin terletak pada permukaan fibril kolagen. Oleh itu, seperti yang dinyatakan sebelum ini, peningkatan diameter fibril harus didahului dengan penyingkiran terpilih proteoglikan ini (serta molekul kolagen jenis IX).
Rawan artikular mengandungi sejumlah protein dalam ECM yang bukan proteoglikan mahupun kolagen. Mereka berinteraksi dengan makromolekul lain untuk membentuk rangkaian yang merangkumi kebanyakan molekul ECM.
Ancorin, protein 34 kD, disetempat pada permukaan kondrosit dan dalam membran sel, mengantara interaksi antara sel dan matriks. Oleh kerana pertalian tinggi untuk kolagen jenis II, ia boleh bertindak sebagai mekanoreseptor, menghantar isyarat tentang perubahan tekanan pada fibril kepada kondrosit.
Fibronektin adalah komponen kebanyakan tisu kartilaginus dan berbeza sedikit daripada fibronektin plasma. Fibronectin dipercayai menggalakkan penyepaduan matriks dengan berinteraksi dengan membran sel dan komponen matriks lain, seperti kolagen jenis II dan trombospondin. Serpihan fibronektin mempunyai kesan negatif pada metabolisme chondrocyte: mereka menghalang sintesis aggrecan dan merangsang proses katabolik. Kepekatan tinggi serpihan fibronektin telah ditemui dalam cecair sendi pesakit dengan osteoarthritis, jadi mereka mungkin mengambil bahagian dalam patogenesis penyakit pada peringkat akhir. Serpihan molekul matriks lain yang mengikat kepada reseptor kondrosit berkemungkinan mempunyai kesan yang sama.
Protein rawan matriks oligomerik (OMPC), ahli superfamili trombospondin, ialah pentamer dengan lima subunit yang sama dengan berat molekul kira-kira 83 kDa. Mereka ditemui dalam kuantiti yang banyak dalam rawan artikular, terutamanya dalam lapisan sel yang membiak dalam tisu yang semakin meningkat. Oleh itu, ada kemungkinan OMPC terlibat dalam pengawalan pertumbuhan sel. Mereka didapati dalam kepekatan yang jauh lebih rendah dalam ECM rawan artikular yang matang. Protein matriks juga termasuk:
- protein matriks asas (36 kDa), yang mempunyai pertalian tinggi untuk kondrosit, boleh menjadi pengantara interaksi sel-sel dalam ECM, seperti semasa pembentukan semula tisu;
- GP-39 (39 kDa) dinyatakan dalam lapisan dangkal rawan artikular dan dalam membran sinovial (fungsinya tidak diketahui);
- Protein 21 kD disintesis oleh kondrosit hipertrofi, berinteraksi dengan kolagen jenis X, dan boleh berfungsi dalam zon "garisan beralun".
Di samping itu, terbukti bahawa kondrosit mengekspresikan bentuk bukan glikosilasi proteoglikan kecil yang tidak terkumpul pada peringkat tertentu perkembangan rawan dan di bawah keadaan patologi, tetapi fungsi khusus mereka sedang dalam kajian.
[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]
Ciri-ciri fungsi rawan artikular
Molekul agrecan menyediakan rawan artikular dengan keupayaan untuk mengalami ubah bentuk boleh balik. Mereka menunjukkan interaksi khusus dalam ruang ekstraselular dan sudah pasti memainkan peranan penting dalam organisasi, struktur dan fungsi ECM. Dalam tisu rawan, molekul aggrecan mencapai kepekatan 100 mg/ml. Dalam rawan, molekul aggrecan dimampatkan kepada 20% daripada isipadu yang mereka duduki dalam larutan. Rangkaian tiga dimensi yang dibentuk oleh fibril kolagen memberikan tisu bentuk cirinya dan menghalang peningkatan dalam jumlah proteoglikan. Dalam rangkaian kolagen, proteoglikan tidak bergerak membawa cas elektrik negatif yang besar (ia mengandungi sejumlah besar kumpulan anionik), yang membolehkan mereka berinteraksi dengan kumpulan kationik mudah alih cecair interstisial. Berinteraksi dengan air, proteoglycans memberikan apa yang dipanggil tekanan bengkak, yang dilawan oleh rangkaian kolagen.
Kehadiran air dalam ECM adalah sangat penting. Air menentukan isipadu tisu; terikat kepada proteoglikan, ia memberikan rintangan kepada pemampatan. Selain itu, air menyediakan pengangkutan molekul dan resapan dalam ECM. Ketumpatan tinggi cas negatif pada proteoglycans besar yang tetap dalam tisu mencipta "kesan volum terkecuali". Saiz liang larutan intrapekat proteoglycans adalah sangat kecil sehingga resapan protein globular besar ke dalam tisu sangat terhad. ECM menolak protein kecil bercas negatif (cth, ion klorida) dan protein besar (seperti albumin dan imunoglobulin). Saiz sel dalam rangkaian padat fibril kolagen dan proteoglikan hanya setanding dengan saiz beberapa molekul tak organik (cth, natrium dan kalium, tetapi bukan kalsium).
Dalam ECM, beberapa air terdapat dalam fibril kolagen. Ruang extrafibrillar menentukan sifat fizikokimia dan biomekanik rawan. Kandungan air dalam ruang intrafibrillar bergantung pada kepekatan proteoglycans dalam ruang extrafibrillar dan meningkat dengan penurunan kepekatan yang terakhir.
Caj negatif tetap pada proteoglycans menentukan komposisi ionik medium ekstraselular, yang mengandungi kation bebas dalam kepekatan tinggi dan anion bebas dalam kepekatan rendah. Apabila kepekatan molekul aggrecan meningkat dari zon dangkal ke zon dalam rawan, persekitaran ionik tisu berubah. Kepekatan ion tak organik dalam ECM menghasilkan tekanan osmotik yang tinggi.
Sifat bahan rawan bergantung pada interaksi fibril kolagen, proteoglikan dan fasa cecair tisu. Perubahan struktur dan komposisi yang berkaitan dengan percanggahan antara proses sintesis dan katabolisme, kemerosotan makromolekul dan trauma fizikal dengan ketara menjejaskan sifat bahan rawan dan mengubah fungsinya. Oleh kerana kepekatan, pengedaran dan organisasi makromolekul kolagen dan proteoglikan berubah bergantung pada kedalaman zon rawan, sifat biomekanik setiap zon berbeza-beza. Sebagai contoh, zon dangkal dengan kepekatan tinggi kolagen, fibril terletak secara tangensial, dan kepekatan proteoglikan yang agak rendah mempunyai sifat yang paling ketara untuk menahan regangan, mengagihkan beban secara seragam ke seluruh permukaan tisu. Dalam zon peralihan dan dalam, kepekatan tinggi proteoglycans memberikan kepada tisu sifat menahan beban mampatan. Pada tahap "garisan bergelombang" sifat bahan rawan berubah secara mendadak daripada zon lentur tidak berkalsifikasi kepada rawan bermineral yang lebih tegar. Di kawasan "garisan beralun" kekuatan tisu disediakan oleh rangkaian kolagen. Bahagian rawan yang mendasari tidak dilintasi oleh fibril kolagen; di kawasan persimpangan osteochondral kekuatan tisu disediakan oleh kontur khas sempadan antara zon rawan yang tidak berkalsifikasi dan berkalsifikasi dalam bentuk pertumbuhan seperti jari yang tidak teratur, yang "menutup" dua lapisan dan menghalang pemisahannya. Rawan terkalsifikasi adalah kurang tumpat daripada tulang subkondral, oleh itu ia berfungsi sebagai lapisan perantaraan yang melembutkan beban mampatan pada rawan dan memindahkannya ke tulang subkondral.
Semasa pemuatan, pengagihan kompleks tiga daya berlaku - lanjutan, ricih dan mampatan. Matriks artikular cacat akibat pengusiran air (serta produk metabolisme sel) dari zon beban, kepekatan ion dalam cecair interstisial meningkat. Pergerakan air secara langsung bergantung pada tempoh dan daya beban yang dikenakan dan ditangguhkan oleh cas negatif proteoglikan. Semasa ubah bentuk tisu, proteoglikan ditekan lebih ketat antara satu sama lain, dengan itu meningkatkan ketumpatan cas negatif secara berkesan, dan daya antara molekul yang menolak cas negatif seterusnya meningkatkan rintangan tisu kepada ubah bentuk selanjutnya. Akhirnya, ubah bentuk mencapai keseimbangan di mana daya beban luaran diimbangi oleh daya rintangan dalaman - tekanan bengkak (interaksi proteoglycans dengan ion) dan tegasan mekanikal (interaksi proteoglycans dan kolagen). Apabila beban dikeluarkan, tisu tulang rawan memperoleh bentuk asalnya dengan menyerap air bersama dengan nutrien. Bentuk awal (pra-pemuatan) tisu dicapai apabila tekanan bengkak proteoglikan diimbangi oleh rintangan rangkaian kolagen terhadap penyebarannya.
Sifat biomekanik rawan artikular adalah berdasarkan integriti struktur tisu - komposisi kolagen-proteoglikan sebagai fasa pepejal dan air dan ion terlarut sebagai fasa cecair. Tanpa beban, tekanan hidrostatik rawan artikular adalah kira-kira 1-2 atm. Tekanan hidrostatik ini boleh meningkat dalam vivo kepada 100-200 atm setiap milisaat semasa berdiri dan kepada 40-50 atm semasa berjalan. Kajian in vitro telah menunjukkan bahawa tekanan hidrostatik 50-150 atm (fisiologi) membawa kepada peningkatan sederhana dalam anabolisme rawan dalam jangka masa yang singkat, dan lebih 2 jam membawa kepada kehilangan cecair rawan, tetapi tidak menyebabkan sebarang perubahan lain. Persoalan tentang seberapa cepat kondrosit bertindak balas dalam vivo terhadap jenis beban ini masih tidak dapat diselesaikan.
Pengurangan teraruh dalam penghidratan dengan peningkatan seterusnya dalam kepekatan proteoglikan membawa kepada tarikan ion bercas positif seperti H + dan Na +. Ini membawa kepada perubahan dalam komposisi ionik keseluruhan dan pH ECM dan kondrosit. Senaman jangka panjang mendorong penurunan pH dan, pada masa yang sama, penurunan sintesis proteoglikan oleh kondrosit. Ada kemungkinan bahawa pengaruh persekitaran ionik ekstraselular pada proses sintetik juga sebahagiannya berkaitan dengan pengaruhnya pada komposisi ECM. Molekul agregat yang baru disintesis matang menjadi bentuk terkumpul kemudian dalam persekitaran berasid yang lemah berbanding dalam keadaan biasa. Kemungkinan penurunan pH di sekeliling kondrosit (cth, semasa senaman) membolehkan lebih banyak molekul aggrecan yang baru disintesis mencapai matriks antara wilayah.
Apabila beban dikeluarkan, air kembali dari rongga sinovial, membawa nutrien untuk sel. Dalam rawan yang terjejas oleh osteoarthritis, kepekatan proteoglycans dikurangkan, oleh itu, semasa beban, air bergerak bukan sahaja secara menegak ke dalam rongga sinovial, tetapi juga ke arah lain, dengan itu mengurangkan pemakanan kondrosit.
Imobilisasi atau pemuatan ringan mengakibatkan penurunan ketara dalam sintesis rawan dan kandungan proteoglycan, manakala peningkatan beban dinamik menghasilkan peningkatan sederhana dalam sintesis dan kandungan proteoglikan. Senaman berat (20 km/hari selama 15 minggu) pada anjing menyebabkan perubahan dalam kandungan proteoglikan, terutamanya penurunan mendadak dalam kepekatan mereka di zon cetek. Beberapa kelembutan rawan boleh balik dan pembentukan semula tulang subkondral berlaku. Walau bagaimanapun, beban statik yang teruk menyebabkan kerosakan rawan dan degenerasi seterusnya. Di samping itu, kehilangan ECM aggrecan memulakan ciri perubahan abnormal osteoarthritis. Kehilangan aggrecan mengakibatkan tarikan air dan bengkak sejumlah kecil proteoglycan yang tinggal. Pembubaran aggrecan ini menyumbang kepada penurunan ketumpatan cas tetap setempat dan akhirnya membawa kepada perubahan dalam osmolariti.
Использованная литература