Безмежна анатомія та фізіологія хряща

Хрящ - це безсудинна, гнучка сполучна тканина, розташована по всьому тілу, яка забезпечує підтримку та амортизацію сусідніх тканин.

Мета навчання

Розрізняють види хрящів

Ключові винос

Ключові моменти

Хрящ - це гнучка сполучна тканина, яка відрізняється від кісткової кількома; вона аваскулярна і її мікроархітектура менш організована, ніж кісткова.
Хрящ не іннервується і тому покладається на дифузію для отримання поживних речовин. Це змушує його заживати дуже повільно.
Основними типами клітин хряща є хондроцити, меленою речовиною є хондроїтин сульфат, а волокниста оболонка називається перихондрієм.
Існує три типи хрящів: гіаліновий, волокнистий та еластичний хрящ.
Гіаліновий хрящ є найбільш поширеним видом і нагадує скло. В зародку кістка починається як гіаліновий хрящ, а пізніше осифікується.
Фіброзний хрящ має багато колагенових волокон і знаходиться в міжхребцевих дисках і лобковому симфізі.
Еластичний хрящ пружинистий, жовтий та еластичний і знаходиться у внутрішній опорі зовнішнього вуха та в надгортаннику.

Ключові терміни

хондроїтин сульфат: Важливий структурний компонент хряща, який забезпечує значну частину його стійкості до стиснення.

сполучна тканина: Тип тканини, що зустрічається у тварин, основною функцією яких є зв’язування інших тканинних систем (наприклад, м’язів із шкірою) або органів. Він складається з наступних трьох елементів: клітин, волокон та меленої речовини (або позаклітинного матриксу).

гіаліновий хрящ: Тип хряща, виявлений на багатьох суглобових поверхнях; він не містить нервів і судин, а його структура відносно проста.

скроневий нижньощелепний суглоб: Суглоб щелепи, який з’єднує його із скроневими кістками черепа.

Хондроцити: Клітини, які формують і підтримують хрящ.

Що таке Хрящ?

Хрящ - це гнучка сполучна тканина, яка відрізняється від кісткової кількома. З одного боку, основними типами клітин є хондроцити, на відміну від остеоцитів. Хондроцити - це спочатку клітини хондробластів, які продукують позаклітинний матрикс колагену (ECM), а потім потрапляють у матрикс. Вони лежать у просторах, які називаються лакунами, у яких до восьми хондроцитів.

Хондроцити покладаються на дифузію для отримання поживних речовин, оскільки, на відміну від кісткової тканини, хрящ є безсудинним, тобто немає судин для перенесення крові до хрящової тканини. Ця відсутність кровопостачання змушує хрящ заживати дуже повільно порівняно з кісткою.

Основною речовиною хряща є хондроїтин сульфат, а мікроархітектура істотно менш організована, ніж у кістці. Фіброзна оболонка хряща називається перихондрієм. Поділ клітин у хрящі відбувається дуже повільно, і, отже, ріст хряща зазвичай не заснований на збільшенні розміру або маси самого хряща.

Функція суглобового хряща залежить від молекулярного складу його ECM, який складається переважно з протеогліканів та колагенів. На реконструкцію хряща в основному впливають зміни та перебудови колагенового матриксу, який реагує на сили розтягування та стискання, що зазнають хрящ.

Типи хрящів: Зображення мікроскопічних зображень різних типів хрящів: еластичного, гіалінового та волокнистого. Еластичний хрящ має найбільше ECM; гіалін середня кількість; а волокнистий хрящ має найменшу кількість ECM.

Види хрящів

Існує три основних типи хрящів: гіаліновий, фіброзно-хрящовий та еластичний хрящі.

Гіаліновий хрящ

Гіаліновий хрящ є найпоширенішим типом хряща, і у дорослих він утворює суглобові поверхні довгих кісток, кінчики ребер, кільця трахеї та частини черепа. Цей тип хряща - це переважно колаген (проте з невеликою кількістю колагенових волокон), і його назва стосується його склоподібного вигляду.

В зародку кістки спочатку утворюються у вигляді гіалінового хряща, а потім закостеніють у міру розвитку. Гіаліновий хрящ покритий зовні фіброзною мембраною, яка називається перихондрієм, за винятком суглобових кінців кісток; це також відбувається під шкірою (наприклад, вуха та ніс).

Гіаліновий хрящ знаходиться на багатьох поверхнях суглобів. Він не містить ні нервів, ні судин, а його структура відносно проста.

Якщо під мікроскопом дослідити тонкий зріз хряща, виявиться, що він складається з клітин округлої або тупокутової форми, що лежать групами по два і більше у гранульованому або майже однорідному матриксі. Ці клітини, як правило, мають прямі обриси там, де вони контактують між собою, а решта їх окружності округла.

Вони складаються з напівпрозорої протоплазми, в якій іноді присутні дрібні переплетені нитки та дрібні гранули. У це вбудовано одне або два круглих ядра зі звичайною внутрішньоядерною мережею.

Фіброзний хрящ

Фіброзний хрящ має багато колагенових волокон (тип I і тип II), і він має тенденцію до поступового перетворення в щільні сухожильні та зв’язочні тканини. Білий фіброзний хрящ складається із суміші білої фіброзної тканини та хрящової тканини в різних пропорціях.

Своєю гнучкістю та в’язкістю він зобов’язаний волокнистій тканині, а еластичністю - хрящової тканини. Це єдиний тип хряща, який містить колаген типу I крім звичайного типу II.

Фіброзний хрящ виявляється в лобковому симфізі, фіброзному кільці міжхребцевих дисків, менісків та скроневого нижньощелепного суглоба.

Еластичний хрящ

Еластичний або жовтий хрящ містить еластичні волокнисті мережі та колагенові волокна. Основним білком є еластин.

Еластичний хрящ гістологічно схожий на гіаліновий хрящ, але містить безліч жовтих еластичних волокон, що лежать у твердій матриці. Ці волокна утворюють пучки, які під мікроскопом здаються темними. Вони надають еластичному хрящу велику гнучкість, завдяки чому він може протистояти багаторазовому згинанню.

Хондроцити лежать між волокнами. Еластичний хрящ виявляється в надгортаннику (частина гортані) та пір’ях (зовнішні вушні клапті багатьох ссавців, включаючи людей).

Зростання хряща

Хондрифікація - це процес, при якому хрящ утворюється з ущільненої тканини мезенхіми.

Мета навчання

Опишіть ріст і відновлення хряща

Ключові винос

Ключові моменти

Поділ клітин всередині хряща відбувається дуже повільно.
Функція суглобового хряща залежить від молекулярного складу його позаклітинного матриксу (ECM).
На реконструкцію хряща в основному впливають зміни та перестановки колагенового матриксу у відповідь на сили, які відчуває хрящ.
Ріст хряща в основному відноситься до відкладення матриксу, але може включати як ріст, так і реконструкцію позаклітинного матриксу.

Ключові терміни

колагенова матриця: Найбільш розповсюджений білок в організмі людини і на нього припадає 90% вмісту білка в кістковій матриці.
мезенхіма: Недиференційовані клітини раннього ембріона здатні розвиватися в різні типи тканин, включаючи кістки та хрящі.
хондроцити: Клітина, з якої складається тканина хряща.
хондрифікація: Процес, при якому хрящ утворюється з ущільненої тканини мезенхіми.

Формування

Хондрифікація (також відома як хондрогенез) - це процес, при якому хрящ утворюється з ущільненої тканини мезенхіми.

Хондроцит: Хондроцит, забарвлений на кальцій, що показує своє ядро (N) та мітохондрії (M).

Тканина мезенхіми диференціюється в хондробласти і починає виділяти молекули, що утворюють позаклітинний матрикс (ECM). Мезенхімальні стовбурові клітини (МСК) недиференційовані, тобто вони можуть спричинити різні типи клітин. За відповідних умов та в місцях утворення хряща їх називають хондрогенними клітинами.

Під час утворення хряща недиференційовані МСК сильно проліферативні і утворюють щільні агрегати хондрогенних клітин у центрі хондрифікації. Потім ці кондрогенні клітини диференціюються до хондробластів, які потім синтезують ECM хряща.

Хрящ: Гіаліновий хрящ із хондроцитами та органелами, лакунами та матриксом.

Позаклітинний матрикс складається з меленої речовини (протеоглікани та глікозаміноглікани) та пов'язаних з ними волокон, таких як колаген. Потім хондробласти потрапляють в лакуни, невеликі простори, які більше не контактують із новоствореним матриксом і містять позаклітинну рідину. Хондробласт тепер є хондроцитом, який, як правило, неактивний, але все ще може виділяти і руйнувати матрикс залежно від умов.

Зростання

Більшість хрящів тіла синтезується з хондробластів, які в основному неактивні на пізніх стадіях розвитку порівняно з попередніми роками (до опушення). Поділ клітин всередині хряща відбувається дуже повільно.

Тому зростання хряща зазвичай не заснований на збільшенні розміру або маси самого хряща. На реконструкцію хряща в основному впливають зміни та перестановки колагенового матриксу, який реагує на сили розтягування та стискання, які зазнає хрящ. Таким чином, зростання хряща в основному відноситься до відкладення матриці, але може включати як ріст, так і перебудовування ECM.

На початку розвитку плода більша частина скелета є хрящовою. Цей тимчасовий хрящ поступово замінюється кістковим (ендохондральне окостеніння), процес, який закінчується в статевому дозріванні. На відміну від цього, хрящ у суглобах залишається назавжди незрозумілим протягом життя.

Ремонт

Після пошкодження хрящ має обмежені можливості відновлення, оскільки хондроцити зв’язуються в лакунах і не можуть мігрувати на пошкоджені ділянки. Крім того, оскільки хрящ не має кровопостачання, відкладення нового матриксу відбувається повільно.

Пошкоджений гіаліновий хрящ зазвичай замінюється рубцево-фіброзно-хрящовою тканиною. Протягом останніх кількох років хірурги та вчені розробили низку процедур відновлення хряща, які допомагають відкласти необхідність заміни суглобів.

Сюди входять методи стимуляції кісткового мозку, включаючи операції, ін’єкції стовбурових клітин та трансплантацію хряща на пошкоджені ділянки.

Однак через надзвичайно повільний ріст хряща та його аваскулярні властивості регенерація та ріст хряща після травми все ще дуже повільний.