Хрящ - Cartilage

Хрящ
Гипертрофическая зона эпифизарной пластинки.jpg
Идентификаторы
MeSHD002356
TA98A02.0.00.005
TA2381
Анатомическая терминология

Хрящ эластичный и гладкий эластичная ткань, резиноподобная прокладка, которая закрывает и защищает концы длинных кости на суставы и нервы, и является структурным компонентом грудная клетка, то ухо, то нос, бронхи, межпозвоночные диски, и многие другие компоненты тела. Он не такой жесткий и жесткий, как кость, но он намного жестче и менее гибкий, чем мышца. Матрикс хряща состоит из гликозаминогликаны, протеогликаны, коллаген волокна и, иногда, эластин.

Из-за своей жесткости хрящ часто служит для удержания открытых трубок в теле. Примеры включают кольца трахеи, такие как перстневидный хрящ и карина.

Хрящ состоит из специализированных клеток, называемых хондроциты которые производят большое количество коллагеновых внеклеточный матрикс, обильный основное вещество это богато протеогликан и эластиновые волокна. Хрящ делится на три типа: эластичный хрящ, гиалиновые хрящи и волокнистый хрящ, которые отличаются относительным количеством коллаген и протеогликан.

Хрящ не содержит кровь сосуды (бессосудистые) или нервы (аневрально). Питание хондроцитам осуществляется за счет распространение. Сжатие суставного хряща или сгибание эластичного хряща создает поток жидкости, который способствует диффузии питательных веществ к хондроцитам. По сравнению с другими соединительными тканями, хрящ имеет очень медленный оборот внеклеточного матрикса и, как известно, восстанавливается очень медленно по сравнению с другими тканями.

Существует три различных типа хрящей: эластичный (A), гиалиновый (B) и волокнистый (C). В эластичном хряще клетки расположены ближе друг к другу, создавая меньше межклеточного пространства. Эластичный хрящ находится в ушных раковинах и в частях гортани. Гиалиновый хрящ имеет меньше клеток, чем эластичный хрящ; межклеточного пространства больше. Гиалиновый хрящ находится в носу, ушах, трахее, частях гортани и меньших дыхательных трубках. Фиброзный хрящ имеет наименьшее количество клеток, поэтому в нем больше всего межклеточного пространства. Фиброзный хрящ находится в позвоночнике и менисках.

Структура

Разработка

Основная статья: Хондрогенез

В эмбриогенез, то скелетный система получена из мезодерма зародышевый лист. Хондрификация (также известная как хондрогенез) - это процесс, при котором хрящ формируется из конденсированных мезенхима ткань, которая дифференцируется на хондробласты и начинает секретировать молекулы (аггрекан и коллаген типа II), которые образуют внеклеточный матрикс.

После первоначальной хондрификации, которая происходит во время эмбриогенеза, рост хряща состоит в основном из созревания незрелого хряща до более зрелого состояния. Деление клеток в хряще происходит очень медленно, и поэтому рост хряща обычно не основан на увеличении размера или массы самого хряща.[1] Было установлено, что некодирующие РНК (например, миРНК и длинные некодирующие РНК) как наиболее важные эпигенетические модуляторы могут влиять на хондрогенез. Это также оправдывает вклад некодирующих РНК в различные патологические состояния, зависимые от хряща, такие как артрит и т. Д.[2]

Суставной хрящ

Срез сустава мыши, показывающий хрящ (фиолетовый)

Функция суставного хряща зависит от молекулярного состава внеклеточный матрикс (ECM). ECM состоит в основном из протеогликан и коллагены. Основным протеогликаном в хряще является аггрекан, который, как следует из названия, образует крупные агрегаты с гиалуронан. Эти агрегаты имеют отрицательный заряд и удерживают воду в ткани. Коллаген, в основном коллаген типа II, сдерживает протеогликаны. ECM реагирует на растягивающие и сжимающие силы, которые испытывает хрящ.[3] Таким образом, рост хряща относится к отложению матрикса, но может также относиться как к росту, так и к ремоделированию внеклеточного матрикса. Из-за большой нагрузки на пателлофеморальный сустав во время разгибания колена с сопротивлением, суставной хрящ надколенника является одним из самых толстых в организме человека.

Функция

Механические свойства

Механические свойства суставного хряща в несущих суставах, таких как колено и бедро были широко изучены в макро, микро и наномасштабе. Эти механические свойства включают реакцию хряща на фрикционную, сжимающую, сдвигающую и растягивающую нагрузки. Хрящ эластичный и проявляет вязкоупругий свойства.[4]

Фрикционные свойства

Лубрицин, а гликопротеин Богат хрящом и синовиальной жидкостью, играет важную роль в биосмазке и защите хряща от износа.[5]

Ремонт

Хрящ имеет ограниченные возможности восстановления: потому что хондроциты связаны лакуны, они не могут мигрировать в поврежденные участки. Следовательно, повреждение хряща трудно лечить. Кроме того, поскольку гиалиновый хрящ не имеет кровоснабжения, отложение новой матрицы происходит медленно. Поврежденный гиалиновый хрящ обычно заменяется фиброхрящевой рубцовой тканью. За последние годы хирурги и ученые разработали ряд процедуры восстановления хряща которые помогают отсрочить необходимость замены сустава.

Биологическая инженерия разрабатываются методы создания нового хряща с использованием клеточного материала "каркаса" и культивированные клетки выращивать искусственный хрящ.[6]

Клиническое значение

Скелет человека с суставным хрящом показан синим цветом

Болезнь

Основная статья: Хондропатия

Несколько заболеваний могут поражать хрящи. Хондродистрофии представляют собой группу заболеваний, характеризующихся нарушением роста и последующим окостенение хряща. Ниже перечислены некоторые распространенные заболевания, поражающие хрящи.

  • Остеоартроз: Остеоартрит - это заболевание всего сустава, однако одной из наиболее поражаемых тканей является суставной хрящ. Хрящ, покрывающий кости (суставной хрящ - разновидность гиалинового хряща), истончается, в конечном итоге полностью изнашивается, в результате чего в суставе образуется «кость против кости», что приводит к уменьшению подвижности и боли. Остеоартрит поражает суставы, подверженные высоким нагрузкам, и поэтому считается результатом «износа», а не истинного заболевания. Лечится артропластика, замена соединения синтетическим соединением, часто сделанным из сплава нержавеющей стали (кобальт хромомолибден) и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ). Сульфат хондроитина или сульфат глюкозамина добавки, как утверждается, уменьшают симптомы остеоартрита, но существует мало убедительных доказательств, подтверждающих это утверждение.[7]
  • Травматический разрыв или отслойка: хрящ в колено часто повреждается, но может быть частично отремонтирован с помощью заместительная терапия коленного хряща. Часто, когда спортсмены говорят о повреждении «хряща» в колене, они имеют в виду поврежденный мениск (а волокнистый хрящ структура), а не суставной хрящ.
  • Ахондроплазия: Уменьшает пролиферацию хондроцитов в эпифизарной пластине длинных костей в младенчестве и детстве, что приводит к карликовость.
  • Костохондрит: Воспаление хрящей в ребрах, вызывающее грудная боль.
  • Грыжа позвоночного диска : Асимметричное сжатие межпозвоночного диска разрывает мешкообразный диск, вызывая грыжа своего мягкого содержания. Грыжа часто сдавливает соседние нервы и вызывает боли в спине.
  • Рецидивирующий полихондрит: разрушение, наверное аутоиммунный, хрящей, особенно носа и ушей, вызывая уродство. Смерть наступает удушье по мере того как гортань теряет жесткость и разрушается.

Опухоли состоит из хрящевой ткани, либо доброкачественный или злокачественный, может случиться. Обычно они появляются в кости, реже в уже существующем хряще. Доброкачественные опухоли называются хондрома, злокачественные хондросаркома. Опухоли, возникающие из других тканей, также могут образовывать хрящевидный матрикс, наиболее известный из которых плеоморфная аденома из слюнные железы.

Матрица хряща действует как барьер, предотвращающий проникновение лимфоциты или распространение иммуноглобулины. Это свойство позволяет трансплантация хряща от одного человека к другому, не опасаясь отторжения ткани.

Изображения

Хрящ не впитывает Рентгеновские лучи под нормальным in vivo условиях, но краситель может быть введен в синовиальная оболочка это приведет к поглощению рентгеновских лучей красителем. Образовавшаяся пустота на рентгенографический фильм между кость и мениск представляет собой хрящ. За В пробирке Рентгеновский сканирование, внешняя мягкая ткань, скорее всего, удаляется, поэтому границы хряща и воздуха достаточно, чтобы контрастировать с наличием хряща из-за преломление рентгеновского снимка.[8]

Гистологическое изображение гиалиновые хрящи запятнанный гематоксилин и эозин, в поляризованном свете

Другие животные

Хрящевые рыбы

Хрящевые рыбы (хондрихтисы) любить акулы, лучи и коньки имеют скелет, полностью состоящий из хряща.

Хрящ беспозвоночных

Хрящевую ткань также можно найти у некоторых членистоногих, таких как подковообразные крабы, некоторые моллюски, например, морские улитки и головоногие моллюски, и некоторых кольчатых червей, например полихет сабеллид.

Членистоногие

Наиболее изученным хрящом у членистоногих является Лимулус полифем жаберный хрящ. Это богатый везикулярными клетками хрящ из-за больших, сферических и вакуолизированных хондроцитов, не имеющий гомологии у других членистоногих. Другой тип хряща, обнаруженный в Лимулус полифем представляет собой эндостернитный хрящ, волокнисто-гиалиновый хрящ с хондроцитами типичной морфологии в волокнистом компоненте, гораздо более волокнистый, чем гиалиновый хрящ позвоночных, с мукополисахаридами, иммунореактивными против антител к хондроитинсульфату. Есть ткани, гомологичные эндостернитному хрящу у других членистоногих.[9] Эмбрионы Лимулус полифем экспрессируют ColA и гиалуронан в жаберном хряще и эндостерните, что указывает на то, что эти ткани представляют собой хрящ на основе фибриллярного коллагена. Эндостернитный хрящ формируется близко к Hh-экспрессирующим вентральным нервным тяжам и экспрессирует ColA и SoxE, аналог Sox9. Это также наблюдается в хрящевой ткани жабр.[10]

Моллюски

У головоногих моллюсков используются модели для исследования хрящей. Осьминог обыкновенный и Сепия лекарственная. Черепный хрящ головоногих - это хрящ беспозвоночных, который больше похож на гиалиновый хрящ позвоночных. Считается, что рост происходит во время движения клеток от периферии к центру. Хондроциты имеют различную морфологию, связанную с их положением в ткани.[9]Эмбрионы Сепия лекарственная экспрессируют ColAa, ColAb и гиалуронан в черепных хрящах и других участках хондрогенеза. Это означает, что хрящ основан на фибриллярном коллагене. В Сепия лекарственная эмбрион экспрессирует hh, присутствие которого вызывает экспрессию ColAa и ColAb, а также способен поддерживать недиференцированные пролиферирующие клетки. Было замечено, что этот вид представляет экспрессию SoxD и SoxE, аналогов Sox5 / 6 и Sox9 позвоночных, в развивающемся хряще. Схема роста хряща такая же, как и у хряща позвоночных.[10]

У брюхоногих моллюсков интерес к одонтофор, хрящевая структура, поддерживающая радулу. Наиболее изученным видом в отношении этой конкретной ткани является Busycotypus canaliculatus. Одонтофор представляет собой богатый везикулярными клетками хрящ, состоящий из вакуолизированных клеток, содержащих миоглобин, окруженных небольшим количеством внеклеточного матрикса, содержащего коллаген. Одонтофор содержит мышечные клетки наряду с хондроцитами в случае Lymnaea и другие моллюски, поедающие растительность.[9]

Сабеллидные полихеты

В Сабеллидные полихеты, или черви перьевой пыли, имеют хрящевую ткань с клеточной и матричной специализацией, поддерживающую их щупальца. Они представляют две отдельные области внеклеточного матрикса. Эти области представляют собой бесклеточную фиброзную область с высоким содержанием коллагена, называемую хрящеподобным матриксом, и коллаген, лишенный высококлеточного ядра, называемый остеоидоподобным матриксом. Хрящеподобный матрикс окружает остеоидоподобный матрикс. Количество бесклеточной фиброзной области варьирует. Модельные организмы, используемые при изучении хряща полихет сабеллид: Potamilla sp и Myxicola infundibulum.[9]

Растения и грибы

Сосудистые растения особенно семена, а также стебли некоторых грибов иногда называют «хрящевыми», хотя они не содержат хрящей.[11]

Биомеханика

использованная литература

  1. ^ Асанбаева А., Масуда К., Тонар Э.Д., Клиш С.М., Сах Р.Л. (январь 2008 г.). «Рост и ремоделирование хряща: модуляция баланса между протеогликаном и коллагеновой сетью in vitro с помощью бета-аминопропионитрила». Остеоартрит и хрящ. 16 (1): 1–11. Дои:10.1016 / j.joca.2007.05.019. PMID  17631390.
  2. ^ Размара Э, Битараф А, Юсефи Х, Нгуен Т.Х., Гаршасби М., Чо В.К., Бабаша С. (сентябрь 2019 г.). «Некодирующие РНК в развитии хряща: обновленный обзор». Международный журнал молекулярных наук. 20 (18): 4475. Дои:10.3390 / ijms20184475. ЧВК  6769748. PMID  31514268.
  3. ^ Асанбаева А., Там Дж., Шумахер Б.Л., Клиш С.М., Масуда К., Сах Р.Л. (июнь 2008 г.). «Целостность растяжения суставного хряща: модуляция истощением матрикса зависит от созревания». Архивы биохимии и биофизики. 474 (1): 175–82. Дои:10.1016 / j.abb.2008.03.012. ЧВК  2440786. PMID  18394422.
  4. ^ Hayes WC, Mockros LF (октябрь 1971 г.). «Вязкоупругие свойства суставного хряща человека» (PDF). Журнал прикладной физиологии. 31 (4): 562–8. Дои:10.1152 / jappl.1971.31.4.562. PMID  5111002.
  5. ^ Ри Д.К., Марселино Дж., Бейкер М., Гонг Й., Смитс П., Лефевр В. и др. (Март 2005 г.). «Секретируемый гликопротеиновый лубрицин защищает поверхности хряща и подавляет чрезмерный рост синовиальных клеток». Журнал клинических исследований. 115 (3): 622–31. Дои:10.1172 / JCI22263. ЧВК  548698. PMID  15719068.
  6. ^ Международное общество восстановления хряща ICRS
  7. ^ «Добавки от остеоартрита» не действуют'". Новости BBC. 16 сентября 2010 г.
  8. ^ Остеоартроз. Osteoarthritis.about.com. Проверено 26 октября 2015.
  9. ^ а б c d Cole AG, Холл Б.К. (2004). «Пересмотр природы и значения хрящей беспозвоночных: распределение и гистология хрящей и хрящеподобных тканей в пределах Metazoa». Зоология. 107 (4): 261–73. Дои:10.1016 / j.zool.2004.05.001. PMID  16351944.
  10. ^ а б Таразона О.А., Слота Л.А., Лопес Д.Х., Чжан Дж., Кон MJ (май 2016 г.). «Генетическая программа развития хряща имеет глубокую гомологию внутри Bilateria». Природа. 533 (7601): 86–9. Bibcode:2016 Натур.533 ... 86 т. Дои:10.1038 / природа17398. PMID  27111511. S2CID  3932905.
  11. ^ Эфлора - Глоссарий. Сиднейский университет (16.06.2010). Проверено 26 октября 2015.

дальнейшее чтение

внешние ссылки