Arthrose: comment sont disposés les cartilages articulaires?

Le cartilage articulaire normal remplit deux fonctions principales: l'absorption de la pression par la déformation pendant la contrainte mécanique et la garantie de la douceur des surfaces articulaires, ce qui permet de minimiser la friction lors du déplacement dans l'articulation. Ceci est assuré par la structure unique du cartilage articulaire, qui consiste en chondro-ita immergé dans la matrice extracellulaire (ECM).

Le cartilage articulaire normal d'un adulte peut être divisé en plusieurs couches, ou zones: une surface, ou zone tangentielle, une zone de transition, une zone profonde, ou une zone radiale et une zone calcifiée. La couche entre les zones de surface et de transition et en particulier entre les zones de transition et les zones profondes n'a pas de limites claires. La connexion entre le cartilage articulaire non calcifié et calcifié est appelée la «frontière ondulée» - c'est la ligne déterminée par la coloration du tissu décalcifié. La zone calcifiée du cartilage est une proportion relativement constante (6-8%) de la hauteur totale des croissants. L'épaisseur totale du cartilage articulaire, y compris la zone du cartilage calcifié, varie en fonction de la charge sur une certaine zone de la surface de l'articulation et du type de joint. La pression hydrostatique intermittente dans l'os sous-chondral joue un rôle important dans le maintien de la structure normale du cartilage, ce qui ralentit l'ossification.

Les chondrocytes constituent environ 2-3% de la masse tissulaire totale; dans la zone de surface (tangentielle), ils sont situés le long et dans la zone profonde (radiale) - perpendiculaire à la surface du cartilage; dans la zone de transition, les chondrocytes forment des groupes de 2 à 4 cellules dispersées dans la matrice. Selon la zone du cartilage articulaire, la densité de la localisation des chondrocytes varie - la densité cellulaire la plus élevée dans la zone de surface, la plus basse dans la zone calcifiée. De plus, la densité de la distribution cellulaire varie d'une articulation à l'autre, elle est inversement proportionnelle à l'épaisseur du cartilage et à la charge subie par son site correspondant.

Les chondrocytes les plus superficiels sont en forme de disque et forment dans la zone tangentielle plusieurs couches de cellules situées au-dessous d'une étroite bande de matrice; Les cellules profondément localisées de cette zone tendent à avoir des contours plus inégaux. Dans la zone de transition, les chondrocytes ont une forme sphérique, parfois ils sont combinés en petits groupes dispersés dans la matrice. Les chondrocytes de la zone profonde sont principalement de forme ellipsoïdale, groupés en chaînes de 2-6 cellules disposées radialement. Dans la zone calcifiée, ils sont distribués encore plus parcimonieusement; certains d'entre eux sont nécrotiques, bien que la plupart soient viables. Les cellules sont entourées d'une matrice non calcifiée, l'espace intercellulaire est calcifié.

Ainsi, le cartilage articulaire humain est constitué d'ECM hydratée et de cellules immergées, qui constituent 2 à 3% du volume total des tissus. Puisque le tissu cartilagineux n'a pas de vaisseaux sanguins et lymphatiques, l'interaction entre les cellules, la livraison de nutriments à eux, l'élimination des produits métaboliques est effectuée par diffusion à travers l'ECM. Malgré le fait que les chondrocytes métaboliques sont très actifs, ils ne se divisent pas normalement chez les adultes. Les chondrocytes existent dans un environnement sans oxygène, croient que leur métabolisme est effectué de façon prédominante anaérobie.

Chaque chondrocyte est considéré comme une unité métabolique distincte du cartilage, isolé des cellules voisines, mais responsable de la production d'éléments VKM au voisinage immédiat de la cellule donnée et de maintenir sa composition.

Le magnétoscope émet trois sections, dont chacune a une structure morphologique unique et la composition biochimique spécifique. Magnétoscope directement adjacent membrane de chondrocytes de kbazalnoy, appelé péricellulaire, ililakunarnym, matrice. Elle est caractérisée par la teneur en acide hyaluronique interaction cellulaire liés à haute d'agrégats de protéoglycanes avec des récepteurs de type CD44, et l'absence relative de fibrilles de collagène organisées. Directement en contact avec la matrice péricellulaire territoriale ou capsulaire, une matrice qui se compose d'un réseau de collagènes fibrillaires se croisant, qui encapsule les cellules individuelles, ou (parfois) un groupe de cellules formant hondron, et est susceptible de fournir un support mécanique particulière pour les cellules. Contactez matrice chondrocytes avec capsulaire obtenue par de nombreux processus cytoplasmiques riches en microfilaments et par des molécules de matrice spécifiques, tels que les récepteurs CD44-ankorin et podobnye. Le plus grand et le plus éloigné de la membrane basale ECM séparé chondrocytes - matrice interterritoriale contenant le plus grand nombre de fibrilles de collagène et protéoglycanes.

La division de l'ECM en départements est plus clairement délimitée dans le cartilage articulaire d'un adulte que dans le cartilage articulaire immature. La taille relative de chaque département varie non seulement dans différentes articulations, mais même dans le même cartilage. Chaque chondrocyte produit une matrice qui l'entoure. Filed études arrivent à maturité chondrocytes du cartilage porté le contrôle métabolique actif sur leurs matrices péricellulaire et territoriales sont la matrice interterritoriale de contrôle moins actif, qui peut être métaboliquement « inerte ».

Comme mentionné précédemment, le cartilage articulaire se compose principalement d'une vaste ECM, synthétisé et réglementé par chondrocytes. Les macromolécules tissulaires et leur concentration changent au cours de la vie en fonction des besoins fonctionnels changeants. Cependant, on ne sait pas: les cellules synthétisent la matrice entière en même temps ou à une certaine phase selon les besoins physiologiques. La concentration de macromolécules, l'équilibre métabolique entre eux, définir la relation et l'interaction des propriétés biochimiques, et donc la fonction du cartilage articulaire dans une articulation. Le composant principal de l'adulte VCR cartilage articulaire est de l'eau (65-70% de la masse totale), qui est solidaire dans celui-ci au moyen de propriétés physiques particulières des macromolécules du tissu de cartilage, comprenant les collagènes, les protéoglycanes et les glycoprotéines non collagéniques.

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Composition biochimique du cartilage

Les fibres de collagène sont constituées de molécules de protéine collagène fibrillaire. Chez les mammifères, la proportion de collagène représente le quart de toutes les protéines dans le corps. Le collagène forme des éléments fibrillaires (fibrilles de collagène) constitués de sous-unités structurales, appelées tropocollagène. La molécule de tropocollagène a trois chaînes qui forment une triple hélice. Cette structure de la molécule de tropocollagène, ainsi que la structure de la fibre de collagène, lorsque ces molécules sont parallèles dans la direction longitudinale avec un décalage constant d'environ 1/4 de la longueur et fournissent une élasticité et une force élevées aux tissus dans lesquels ils sont situés. Actuellement, 10 types de collagène génétiquement distincts sont connus, différant par la structure chimique des chaînes a et / ou leur collecte dans la molécule. Les quatre premiers types de collagène les plus étudiés sont capables de former jusqu'à 10 isoformes moléculaires.

Les fibrilles de collagène font partie de l'espace extracellulaire de la plupart des types de tissu conjonctif, y compris les tissus cartilagineux. Au sein du réseau tridimensionnel insoluble, d'autres composants plus solubles, tels que les protéoglycanes, les glycoprotéines et les protéines spécifiques des tissus, sont "emmêlés" à partir des fibrilles collagènes collagènes; parfois, ils sont liés de manière covalente à des éléments de collagène.

Les molécules de collagène organisées en fibrilles constituent environ 50% du résidu sec organique du cartilage (10-20% de cartilage natif). Dans le cartilage mature, environ 90% des collagènes sont des collagènes de type II, qui ne se trouvent que dans certains tissus (par exemple, le vitré, la moelle épinière embryonnaire). Le collagène de type II se réfère à la première classe (formation de fibrilles) de molécules de collagène. En plus de lui, dans le cartilage articulaire mûr d'une personne collagène IX, le type XI et dans un petit nombre de type VI sont également trouvés. La quantité relative de fibres de collagène de type IX dans les fibrilles de collagène diminue de 15% dans le cartilage du fœtus à environ 1% dans le cartilage mature du taureau.

Les molécules de type collagène I sont constituées de trois chaînes identiques de polypeptides a, (II), synthétisées et sécrétées sous la forme de précurseur de précollagène. Une fois que les molécules de collagène prêtes à l'emploi sont libérées dans l'espace extracellulaire, elles forment des fibrilles. Dans le cartilage cartilagineux matures de type II, on forme des arcades fibrillaires, dans lesquelles des molécules plus "épaisses" se trouvent dans les couches profondes du tissu, et plus "minces" - horizontalement dans les couches superficielles.

Dans le gène procollagène de type II, un exon codant pour un propeptide N-terminal riche en cystéine a été trouvé. Cet exon n'est pas exprimé dans le cartilage mature, mais dans les premiers stades de développement (préchondrogenèse). En raison de la présence de cet exon, la molécule de type procollagène II (type II A) est plus longue que le collagène de type II. Probablement, l'expression de ce type de procollagène inhibe l'accumulation d'éléments dans la MEC du cartilage articulaire. Il peut jouer un rôle dans le développement de la pathologie du cartilage (par exemple, réponse réparatrice inadéquate, formation d'ostéophytes, etc.).

Un réseau de fibrilles de collagène de type II fournit une fonction de résistance à la traction et est nécessaire pour maintenir le volume et la forme du tissu. Cette fonction est renforcée par la covalence et la réticulation entre les molécules de collagène. Dans VKM, l'enzyme lysiloxydase forme un aldéhyde à partir de l'hydroxylizine, qui est ensuite convertie en un acide aminé multivalent hydroxylisyl-pyridinoline, qui forme des liaisons croisées entre les chaînes. D'une part, la concentration de cet acide aminé augmente avec l'âge, cependant, dans le cartilage mature, elle ne change pratiquement pas. D'autre part, dans le cartilage articulaire, on observe une augmentation de la concentration des réticulations de divers types, formées sans la participation d'enzymes, avec l'âge.

Environ 10% du collagène total du cartilage sont soi-disant mineurs collagènes qui déterminent en grande partie, la caractéristique unique de ce tissu. Le collagène de type IX appartient à la classe III molécules korotkospiralnyh et unique groupe FACIT-collagène (collagène fibrille-Associated avec interrompus triples hélices - collagène associé fibrilles avec triples hélices interrompues). Il se compose de trois chaînes génétiquement différentes. L' un d'eux - un ₂ -chaîne - glycosylée en même temps que le sulfate de chondroïtine, ce qui rend la molécule en même temps protéoglycane. Entre les segments de l'hélice du collagène de type collagène IX, et présentent les deux reticulations gidroksipiridinovye matures et immatures de type II. Le collagène IX peut également fonctionner comme un « connecteur » intermoléculaire-de interfibrillyarny (ou pont) entre les fibrilles de collagène adjacentes. IX molécules de collagène forment des réticulations entre eux, ce qui augmente la stabilité mécanique du réseau fibrillaire tridimensionnel et le protège de l' exposition à des enzymes. Ils fournissent également une résistance à la déformation, limitant le gonflement des protéoglycanes dans le réseau. En outre anionique à chaîne CS molécule de collagène IX contient l' information de domaine cationique fibrille grande charge et tendance à interagir avec d' autres macromolécules de la matrice.

Le type de collagène XI ne représente que 2 à 3% de la masse totale des collagènes. Il appartient à la première classe (formant des fibrilles) des collagènes et se compose de trois chaînes a différentes. Avec les collagènes de types II et IX, le collagène de type X forme des fibrilles hétérotiques du cartilage articulaire. Des molécules de type collagène XI se trouvent à l'intérieur des fibrilles de collagène de type II à l'aide de l'immunoélectromicroscopie. Peut-être organisent-ils des molécules de collagène de type II, contrôlant la croissance latérale des fibrilles et déterminant le diamètre de la fibrille de collagène hétérotypique. En outre, le collagène XI est impliqué dans la formation de liaisons croisées, mais même dans le cartilage mature, les liaisons transversales restent sous la forme de cétoamines divalentes immatures.

Une petite quantité de collagène de type VI, un autre représentant de la classe III des molécules de courte durée, a été trouvée dans le cartilage articulaire. Le collagène de type VI forme diverses microfibrilles et, éventuellement, est concentré dans la matrice capsulaire du chondron.

Les protéoglycanes sont des protéines auxquelles au moins une chaîne de glycosaminoglycane est liée de manière covalente. Les protéoglycanes appartiennent à l'une des macromolécules biologiques les plus complexes. Les protéoglycanes les plus étendus sont présents dans le cartilage VKM. "Enchevêtrés" à l'intérieur du réseau de fibrilles de collagène, les protéoglycanes hydrophiles remplissent leur fonction principale - ils informent le cartilage de la capacité à se déformer de manière réversible. On pense que les protéoglycanes remplissent un certain nombre d'autres fonctions dont l'essence n'est pas complètement claire.

L'agrécane est le principal protéoglycane du cartilage articulaire: il représente environ 90% de la masse totale des protéoglycanes dans le tissu. Sa protéine centrale de 230 kD est glycosylée par un certain nombre de chaînes de glycosaminoglycanes liées de manière covalente, ainsi que par des oligosaccharides N-terminaux et C-terminaux.

Chaîne glycosaminoglycane du cartilage articulaire, qui constituent environ 90% des macromolécules de poids total - sulfate de kératan (représentant la séquence de disaccharide sulfaté plusieurs N-atsetilglyukozamingalaktoza portions sulfatés et d'autres résidus monosaccharidiques, tels que l'acide sialique) et du sulfate de chondroïtine (représentant la séquence de disaccharide de N-acétylgalactosamine, acide glucuronique, l'ester sulfate, chacune reliée à la quatrième ou à la sixième atome de carbone du N-atsetilg lactosamine).

Protéine noyau d' agrécane contient trois globulaire (G1, G2, G3) h interglobulaire deux domaine (E1 et E2). Partie N-terminale comprend un G, - et des domaines séparés G2- longueur de segment E1 de 21 nm. C3-domaine situé à l'extrémité C-terminale, séparée de G ₂ plus longue (environ 260 nm) de segment de E2 qui porte plus de 100 chaînes de sulfate de chondroïtine d'environ 15 à 25 chaînes de sulfate de kératane et les oligosaccharides O-liés. Oligosaccharides N-liée se trouvent essentiellement au sein des domaines et E1 changements G1- et C2, ainsi que près de la G ₃ -regiona. Les glycosaminoglycanes sont groupées en deux régions: la plus étendue (dite région riche en sulfate de chondroïtine) chaîne comprend du sulfate de chondroitine et d' environ 50% des chaînes de sulfate de kératane. Région riche en sulfates de kératane, localisées à E ₂ -segmente près G1-domaine précède une région riche en sulfates de chondroïtine. Molécules d' agrécane contiennent aussi des esters de phosphate, en étant localisé principalement sur des résidus de xylose que les chaînes de sulfate de chondroïtine sont fixés à la protéine de noyau; ils sont également présents sur les résidus sérine de la protéine de nucléocapside.

Le segment C-terminal _du domaine C3 est hautement homologue à la lectine, de sorte que les molécules de protéoglycanes peuvent être fixées dans l'ECM en se liant à certaines structures hydrocarbonées.

Des études récentes ont trouvé un exon codant pour le EGF (facteur de croissance épidermique), sous-domaine au sein du G ₃. En utilisant des anticorps polyclonaux anti-EGF, un epitope de type EGF a été localisé dans un peptide de 68 kD dans l'ensemble du cartilage articulaire humain. Cependant, ses fonctions nécessitent des éclaircissements. Ce sous-domaine se retrouve également dans la structure des molécules d'adhésion contrôlant la migration des lymphocytes. Environ un tiers des molécules d' agrécane isolés à partir de cartilage articulaire humain mature contient intact C ₃ domaines de; cela est probablement dû au fait que dans l'ECM, les molécules d'aggrécane peuvent être réduites en taille par la voie enzymatique. Le devenir et la fonction des fragments fragmentés sont inconnus.

Le principal segment fonctionnel est une molécule d' agrécane glikozaminoglikannesuschy E ₂ -segment. Le site, riche en sulfates de kératane, contient les acides aminés proline, sérine et thréonine. La plupart des résidus de sérine et de thréonine sont O-glycosylés avec des résidus de N-acétylgalactosamine, ils déclenchent la synthèse de certains oligosaccharides qui sont inclus dans les chaînes de sulfate de kératane, ce qui les prolonge. Le reste de l'E ₂ -segmenta contient plus de 100 séquences de sérine-glycine, dans lequel la série fournit ksilozilnym fixation à des résidus au début de chaînes de sulfate de chondroïtine. Habituellement, à la fois la chondroïtine-6-sulfate et la chondroïtine-4-sulfate existent simultanément dans la même molécule de protéoglycane, à partir du rapport varie en fonction de la localisation du tissu cartilagineux et de l'âge de la personne.

La structure des molécules d'aggrecan dans la matrice du cartilage articulaire d'une personne subit un certain nombre de changements dans le processus de maturation et de vieillissement. Les changements liés au vieillissement comprennent une diminution de la taille hydrodynamique à la suite de changements dans la longueur de chaîne moyenne des sulfates de chondroïtine, une augmentation du nombre et de la longueur des chaînes de sulfate de kératane. Un certain nombre de changements dans la molécule d'aggrécane subissent également l'action d'enzymes protéolytiques (par exemple, aggrécanase et stromélysine) sur la protéine centrale. Cela conduit à une diminution progressive de la longueur moyenne de la protéine de nucléocapside des molécules d'aggrécane.

Les molécules d'agrécane sont synthétisées par les chondrocytes et sécrétées dans l'ECM, où elles forment des agrégats stabilisés par des molécules de protéines de liaison. Cette agrégation comprend des interactions non covalentes et coopératives très spécifiques entre le filament d'acide glucuronique et près de 200 molécules d'aggrécanes et de protéines de liaison. L'acide glucuronique est un glycosaminoglycane linéaire extracellulaire, non sulfoné, de masse moléculaire élevée, constitué d'un certain nombre de molécules séquentiellement liées de N-acétylglucamine et d'acide glucuronique. Les boucles couplées du domaine G1 de l'aggrécane interagissent de manière réversible avec cinq disaccharides d'acide hyaluronique disposés consécutivement. La protéine de liaison, qui contient des boucles appariées similaires (haute homologue), interagit avec le domaine C1 et la molécule d'acide hyaluronique et stabilise la structure de l'agrégat. Le complexe protéique se liant à l'acide hyaluronique du domaine C1 forme une interaction hautement stable qui protège le domaine G1 et la protéine de liaison de l'action des enzymes protéolytiques. Deux molécules d'une protéine de liaison avec un poids moléculaire de 40-50 kD ont été identifiées; ils diffèrent l'un de l'autre par le degré de glycosylation. Une seule molécule de la protéine de liaison est présente sur le site de liaison acide hyaluronique-aggrécane. La troisième plus petite molécule de la protéine de liaison est formée à partir de protéines plus grosses par clivage protéolytique.

Environ 200 molécules d'agrécane peuvent se lier à une molécule de l'acide hyaluronique pour former une longueur unitaire de 8 microns. La matrice associée aux cellules comprenant des divisions péricellulaires et territoriales agrégats conservent leur relation avec les cellules en se liant (par filetage acide hyaluronique) avec des récepteurs de type SD44 sur la membrane cellulaire.

La formation d'agrégats dans l'ECM est un processus complexe. Les molécules d'aggrécane nouvellement synthétisées ne manifestent pas immédiatement la capacité de se lier à l'acide hyaluronique. Cela peut servir de mécanisme régulateur permettant aux molécules nouvellement synthétisées d'atteindre la zone interterritoriale de la matrice avant d'être immobilisées en grands agrégats. Le nombre de molécules d'aggrécane nouvellement synthétisées et de protéines de liaison capables de former des agrégats en interagissant avec l'acide hyaluronique diminue significativement avec l'âge. De plus, avec l'âge, la taille des agrégats isolés du cartilage articulaire d'une personne est significativement réduite. Ceci est dû en partie à la diminution de la longueur moyenne des molécules d'acide hyaluronique et des molécules d'aggrécane.

Il existe deux types d'agrégats dans le cartilage articulaire. La taille moyenne des agrégats du premier type est de 60 S, les agrégats du second type («superagrégats» précipitant rapidement) sont de 120 S. Ce dernier est caractérisé par une abondance de molécules de la protéine de liaison. La présence de ces superagrégats joue éventuellement un rôle important dans le fonctionnement du tissu; lors de la restauration du tissu après immobilisation du membre dans les couches moyennes du cartilage articulaire, leurs concentrations les plus élevées sont retrouvées, dans l'articulation touchée par l'arthrose, aux stades précoces de la maladie dont les dimensions sont significativement réduites.

En plus de l'aggrécane, le cartilage articulaire contient un certain nombre de protéoglycanes plus petits. Biglikan et décorine, les molécules portant des dermatan sulfates ont une masse moléculaire d'environ 100 et 70 kD, respectivement; la masse de leur protéine de base est d'environ 30 kD.

Dans le cartilage articulaire d'un humain, la molécule de biglucane contient deux chaînes de sulfate de dermatane, tandis que la plus commune n'est qu'une seule. Ces molécules ne constituent qu'une petite fraction des protéoglycanes dans le cartilage articulaire, bien qu'il puisse y en avoir autant que de grands protéoglycanes agrégés. Les petits protéoglycanes interagissent avec d'autres macromolécules dans l'ECM, y compris les fibrilles de collagène, la fibronectine, les facteurs de croissance, etc. Decorin se localise initialement sur la surface des fibrilles de collagène et inhibe la fibrillogénèse du collagène. La protéine centrale est fermement retenue avec le domaine de liaison à la fibronectine, ce qui empêche probablement la liaison de cette dernière aux récepteurs de la surface cellulaire (intégrines). En raison du fait que la décorine et le biglikan se lient à la fibronectine et inhibent l'adhésion et la migration des cellules, ainsi que la formation de thrombus, ils sont capables d'inhiber les processus de réparation tissulaire.

La fibomoduline du cartilage articulaire est un protéoglycane de masse moléculaire de 50 à 65 kD associé à des fibrilles de collagène. Sa protéine de noyau, homologue aux protéines de noyau du décor et de bigakana, contient une grande quantité de résidus de sulfate de tyrosine. Cette forme glycosylée de fibromoduline (précédemment appelée protéine matricielle 59 kD) peut participer à la régulation de la formation et du maintien de la structure des fibrilles de collagène. La fibromoduline et la décorine sont situées à la surface des fibrilles de collagène. Ainsi, comme indiqué précédemment, l'augmentation du diamètre des fibrilles doit être précédée de l'élimination sélective de ces protéoglycanes (ainsi que des molécules de collagène de type IX).

Le cartilage articulaire contient un certain nombre de protéines dans le VKM, qui n'appartiennent ni aux protéoglycanes ni aux collagènes. Ils interagissent avec d'autres macromolécules pour former un réseau dans lequel la plupart des molécules VKM sont incorporées.

L'anchorine, une protéine d'une masse de 34 kD, est localisée à la surface des chondrocytes et dans la membrane cellulaire, médie l'interaction entre la cellule et la matrice. En raison de sa haute affinité pour le collagène de type II, il peut agir comme un mécanorécepteur, qui transmet un signal sur la pression modifiée sur la fibrille du chondrocyte.

La fibronectine est un composant de la plupart des tissus cartilagineux, légèrement différent de la fibronectine du plasma sanguin. Il est suggéré que la fibronectine favorise l'intégration de la matrice en interagissant avec les membranes cellulaires et d'autres constituants de la matrice tels que le collagène de type II et la thrombospondine. Les fragments de fibronectine affectent négativement le métabolisme des chondrocytes - inhibent la synthèse de l'aggrécane, stimulent les processus cataboliques. Dans le liquide articulaire des patients atteints d'ostéoarthrose, une forte concentration de fragments de fibronectine a été trouvée, de sorte qu'ils peuvent participer à la pathogenèse de la maladie dans les stades ultérieurs. Probablement, des fragments d'autres molécules de la matrice qui se lient aux récepteurs des chondrocytes ont également les mêmes effets.

La protéine de la matrice oligomérique du cartilage (OMPC), un membre de la superfamille de la thrombospondine, est un pentamère avec cinq sous-unités identiques ayant un poids moléculaire d'environ 83 kD. On les trouve en grand nombre dans le cartilage articulaire, en particulier dans la couche de cellules proliférantes dans le tissu en croissance. Par conséquent, peut-être, OMPCH participe à la régulation de la croissance cellulaire. À une concentration beaucoup plus faible, ils se trouvent dans l'ECM du cartilage articulaire mature. Les protéines matricielles sont également appelées:

• la protéine de base de la matrice (36 kD), qui a une forte affinité pour les chondrocytes, peut médier l'interaction des cellules dans l'ECM, par exemple, pendant le remodelage tissulaire;
• La GP-39 (39 kD) est exprimée dans la couche superficielle du cartilage articulaire et dans la membrane synoviale (ses fonctions sont inconnues);
• La protéine de 21 kD est synthétisée par des chondrocytes hypertrophiés, interagit avec le collagène de type X, peut fonctionner dans la zone "ligne d'onde".

En outre, il est évident que les chondrocytes expriment les formes non glycosylées de petits protéoglycanes non agrégés à certains stades du développement du cartilage et dans des conditions pathologiques, mais leur fonction spécifique est actuellement à l'étude.

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Propriétés fonctionnelles du cartilage de l'articulation

Les molécules d'aggrécane donnent au cartilage articulaire la capacité de subir une déformation réversible. Ils démontrent des interactions spécifiques au sein de l'espace extracellulaire et jouent sans aucun doute un rôle important dans l'organisation, la structure et la fonction de l'ECM. Dans le tissu cartilagineux, les molécules d'aggrécane atteignent une concentration de 100 mg / ml. Dans le cartilage, les molécules Aggregan sont comprimées à 20% du volume qu'elles occupent dans la solution. Un réseau tridimensionnel formé par des fibrilles de collagène informe le tissu de sa forme caractéristique et empêche l'augmentation du volume de protéoglycanes. A l'intérieur du réseau de collagène, les protéoglycanes immobiles portent une charge électrique négative importante (contiennent un grand nombre de groupes anioniques), ce qui permet d'interagir avec les groupes cationiques mobiles du fluide interstitiel. Interagissant avec l'eau, les protéoglycanes fournissent la pression dite de gonflement, qui est contrecarrée par le réseau de collagène.

La présence d'eau dans l'ECM est très importante. L'eau détermine le volume de tissu; associé à des protéoglycanes, il fournit une résistance à la compression. De plus, l'eau assure le transport des molécules et la diffusion dans l'ECM. La forte densité de charge négative sur les gros protéoglycanes fixés dans les tissus crée un «effet de volume exclu». La taille des pores de la solution intra-concentrée de protéoglycanes est si petite que la diffusion des grosses protéines globulaires dans le tissu est sévèrement restreinte. VKM repousse les petites protéines chargées négativement (par exemple, les ions chlorure) et les grandes (comme l'albumine et les immunoglobulines). La taille des cellules dans un réseau dense de fibrilles de collagène et de protéoglycanes n'est commensurable qu'avec les tailles de certaines molécules inorganiques (par exemple, le sodium et le potassium, mais pas le calcium).

Dans VKM une certaine quantité d'eau est présente dans les fibrilles de collagène. Les propriétés physicochimiques et biomécaniques du cartilage déterminent l'espace extrafibrillaire. La teneur en eau dans l'espace fibrillaire dépend de la concentration en protéoglycanes dans l'espace extrafibrillaire et augmente avec une diminution de la concentration de ce dernier.

La charge négative fixée sur les protéoglycanes détermine la composition ionique du milieu extracellulaire contenant des cations libres à haute concentration et des anions libres à faible concentration. Puisque la concentration des molécules d'aggrécane s'élève de la surface à la zone profonde du cartilage, l'environnement ionique du tissu change. La concentration d'ions inorganiques dans l'ECM produit une pression osmotique élevée.

Les propriétés du cartilage en tant que matériau dépendent de l'interaction des fibrilles de collagène, des protéoglycanes et de la phase liquide du tissu. Les changements structurels et compositionnels associés à un décalage entre les processus de synthèse et de catabolisme, la dégradation des macromolécules et les traumatismes physiques affectent de manière significative les propriétés matérielles du cartilage et altèrent sa fonction. Puisque la concentration, la distribution et l'organisation macromoléculaire des collagènes et des protéoglycanes varient avec la profondeur de la zone cartilagineuse, les propriétés biomécaniques de chaque zone varient. Par exemple, la zone de surface avec sa forte concentration de fibrilles de collagène disposées tangentiellement par rapport à la faible concentration de protéoglycanes a la contrecarrer la plus prononcée des propriétés d'étirement, de distribuer la charge de manière uniforme sur la surface du tissu. Dans les zones de transition et les zones profondes, une forte concentration de protéoglycanes confère une propriété tissulaire au transfert de la charge de compression. Au niveau de la «ligne ondulée», les propriétés matérielles du cartilage varient fortement de la zone ductile non calcifiée au cartilage minéralisé plus rigide. Dans le domaine de la "ligne ondulée", la force du tissu est fournie par le réseau de collagène. Les fibrilles cartilagineuses ne traversent pas les parties cartilagineuses; dans le composé de la résistance des tissus ostéochondrale est assurée par des contours spéciaux frontière entre les zones et nekaltsifitsirovannogo cartilage calcifié sous la forme d'excroissances en forme de doigts irréguliers, ce qui « se ferme » deux couches et empêche leur séparation. Le cartilage calcifié est moins dense que l'os sous-chondral, il agit donc comme une couche intermédiaire, ce qui adoucit la charge de compression sur le cartilage et le transfère à l'os sous-chondral.

Pendant la charge, une distribution complexe de trois forces se produit: l'étirement, le cisaillement et la compression. La matrice articulaire est déformée en raison de l'expulsion de l'eau (ainsi que des produits métaboliques des cellules) de la zone de charge, la concentration des ions dans le liquide interstitiel augmente. Le mouvement de l'eau dépend directement de la durée et de la force de la charge appliquée et est retardé par la charge négative des protéoglycanes. Dans le temps de la déformation des protéoglycanes de tissus plus étroitement pressée contre l'autre, ce qui augmente efficacement la densité de charge négative et les forces intermoléculaires de charge négative de répulsion à son tour augmenter la résistance à la déformation supplémentaire du tissu. En fin de compte la déformation atteint l'équilibre, dans lequel les forces externes sont des forces de résistance de charge interne équilibrées - pression de gonflement (l'interaction avec des ions protéoglycanes) et le stress mécanique (protéoglycanes et collagènes d'interaction). Lorsque la charge est éliminée, le tissu cartilagineux acquiert sa forme originale en aspirant l'eau avec les nutriments. La forme tissulaire initiale (pré-charge) est atteinte lorsque la pression de gonflement des protéoglycanes est équilibrée par la résistance du réseau de collagène à leur propagation.

Les propriétés biomécaniques du cartilage articulaire sont basés sur l'intégrité structurelle du tissu - composition de collagène-protéoglycane comme phase solide et de l' eau et des ions qui y sont dissous sous forme de phase liquide. Hors de la charge, la pression hydrostatique du cartilage articulaire est d'environ 1-2 atm. Cette pression hydrostatique peut augmenter in vivo à 100-200 atm. En millisecondes pendant la station debout et jusqu'à 40-50 atm pendant la marche. Des études in vitro ont montré que la pression hydrostatique de 50-150 atm (physiologique) pendant une courte période de temps conduit à une croissance modérée de l' anabolisme du cartilage, pendant 2 heures - conduit à la perte de cartilage liquide, mais pas provoquer d'autres changements. La question reste de savoir à quelle vitesse les chondrocytes réagissent in vivo à ce type de charge.

La réduction induite de l'hydratation avec une augmentation subséquente de la concentration en protéoglycanes conduit à l'attraction d'ions chargés positivement, tels que H ⁺ et Na ⁺. Cela conduit à une modification de la composition ionique totale et du pH de l'ECM et des chondrocytes. Une charge prolongée induit une diminution du pH et une diminution simultanée de la synthèse des protéoglycanes par les chondrocytes. Peut-être que l'influence de l'environnement ionique extracellulaire sur les processus de synthèse est également en partie liée à son effet sur la composition de l'ECM. Les molécules d'aggrécane nouvellement synthétisées dans un milieu faiblement acide plus tard que dans des conditions normales mûrissent en formes agrégées. Il est probable qu'une diminution du pH autour des chondrocytes (par exemple, pendant une charge) permette à davantage de molécules d'aggrécane nouvellement synthétisées d'atteindre la matrice interterritoriale.

Lorsque la charge est éliminée, l'eau revient de la cavité synoviale, transportant avec elle des nutriments pour les cellules. Le cartilage atteint d'arthrose, de la concentration en protéoglycanes est abaissée, par conséquent, pendant le chargement de l'eau se déplace non seulement verticalement dans la cavité synoviale, mais aussi dans d'autres directions, réduisant ainsi les chondrocytes de puissance.

Immobilisation ou une petite charge conduit à une diminution marquée des procédés de synthèse de la teneur en protéoglycanes du cartilage et, alors que l'augmentation de la charge dynamique conduit à une synthèse de protéoglycanes augmentation modeste et contenu .. L' exercice intense (20 km par jour pendant 15 semaines) chez les chiens a provoqué un changement dans le contenu de protéoglycanes en particulier, une forte diminution de leur concentration dans la zone de surface. Il y a eu un ramollissement réversible du cartilage et un remodelage de l'os sous-chondral. Cependant, une charge statique importante a causé des dommages au cartilage et une dégénérescence subséquente. En outre, la perte d'Aggrecan ECM initie des changements anormaux caractéristiques de l'ostéoarthrose. La perte d'aggrécane conduit à l'attraction de l'eau et au gonflement de la petite quantité restante de protéoglycanes. Cette dissolution de l'aggrécane contribue à réduire la densité de la charge fixe locale et conduit finalement à un changement d'osmolarité.