stringtranslate.com

Хрящ

Хрящ – это упругий и гладкий тип соединительной ткани . Это полупрозрачный и непористый тип ткани. Обычно он покрыт жесткой волокнистой оболочкой, называемой надхрящницей. У четвероногих он покрывает и защищает концы длинных костей в суставах как суставной хрящ [ 1] и является структурным компонентом многих частей тела, включая грудную клетку , шею и бронхи, а также межпозвоночные диски . У других таксонов, таких как chondrichthyans , а также у круглоротых , он может составлять гораздо большую часть скелета. [2] Он не такой твердый и жесткий, как кость , но гораздо более жесткий и менее гибкий, чем мышцы . Матрикс хряща состоит из гликозаминогликанов , протеогликанов , коллагеновых волокон и иногда эластина . Обычно он растет быстрее, чем кость.

Из-за своей жесткости хрящ часто служит для удержания трубок в организме в открытом состоянии. Примеры включают кольца трахеи, такие как перстневидный хрящ и киль .

Хрящ состоит из специализированных клеток, называемых хондроцитами , которые производят большое количество коллагенового внеклеточного матрикса , обильного основного вещества , богатого протеогликанами и эластиновыми волокнами. Хрящ подразделяется на три типа: эластичный хрящ , гиалиновый хрящ и фиброзный хрящ , которые различаются относительным количеством коллагена и протеогликана.

Хрящ не содержит кровеносных сосудов и нервов , поэтому он нечувствителен. Однако некоторые фиброзные хрящи , такие как мениск колена, частично кровоснабжаются. Питание к хондроцитам поступает путем диффузии . 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 обмен внеклеточного матрикса и, как известно, восстанавливается лишь с очень медленной скоростью по сравнению с другими тканями.

Существует три типа хрящей: эластический (А), гиалиновый (Б) и волокнистый (С). В эластичном хряще клетки расположены ближе друг к другу, создавая меньше межклеточного пространства. Эластичный хрящ имеется в наружных ушных раковинах и в частях гортани. Гиалиновый хрящ имеет меньше клеток, чем эластичный хрящ; межклеточного пространства становится больше. Гиалиновый хрящ встречается в носу, ушах, трахее, частях гортани и небольших дыхательных трубках. Фиброзный хрящ имеет наименьшее количество клеток, поэтому в нем больше всего межклеточного пространства. Фиброзный хрящ встречается в позвоночнике и менисках.

Состав

Разработка

В эмбриогенезе скелетная система происходит из зародышевого листка мезодермы . Хондрификация (также известная как хондрогенез) — это процесс, в ходе которого из конденсированной мезенхимной ткани образуется хрящ, который дифференцируется в хондробласты и начинает секретировать молекулы ( аггрекан и коллаген типа II), образующие внеклеточный матрикс. У всех позвоночных хрящ является основной тканью скелета на ранних стадиях онтогенеза; [3] [4] у остихтиев многие хрящевые элементы впоследствии окостеневают посредством эндохондрального и перихондрального окостенения. [5]

После первоначальной хондрификации, которая происходит во время эмбриогенеза, рост хряща состоит в основном из созревания незрелого хряща до более зрелого состояния. Деление клеток внутри хряща происходит очень медленно, и поэтому рост хряща обычно не основан на увеличении размера или массы самого хряща. [6] Было установлено, что некодирующие РНК (например, микроРНК и длинные некодирующие РНК) как наиболее важные эпигенетические модуляторы могут влиять на хондрогенез. Это также подтверждает вклад некодирующих РНК в различные патологические состояния, зависящие от хряща, такие как артрит и т. д. [7]

Суставной хрящ

Срез сустава мыши, показывающий хрящ (фиолетовый)

Функция суставного хряща зависит от молекулярного состава внеклеточного матрикса (ECM). ЕСМ состоит в основном из протеогликана и коллагенов . Основной протеогликан хряща — агрекан, который, как следует из названия, образует крупные агрегаты с гиалуроновой кислотой . Эти агрегаты заряжены отрицательно и удерживают воду в тканях. Коллаген, в основном коллаген типа II, сдерживает протеогликаны. ЕСМ реагирует на растягивающие и сжимающие силы, которые испытывает хрящ. [8] 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 надколенник-бедренный сустав при разгибании колена с сопротивлением суставной хрящ надколенника является одним из самых толстых в организме человека.

Функция

Механические свойства

Механические свойства суставного хряща в суставах, несущих нагрузку, таких как коленный и тазобедренный , широко изучались на макро-, микро- и нано-масштабах. Эти механические свойства включают реакцию хряща на фрикционную, сжимающую, сдвиговую и растягивающую нагрузку. Хрящ эластичен и проявляет вязкоупругие свойства. [9]

Фрикционные свойства

Лубрицин , гликопротеин , содержащийся в хряще и синовиальной жидкости, играет важную роль в биологической смазке и защите хряща от износа. [10]

Ремонт

Хрящ имеет ограниченные возможности восстановления: поскольку хондроциты связаны в лакунах , они не могут мигрировать в поврежденные участки. Поэтому повреждение хряща трудно залечить. Кроме того, поскольку гиалиновый хрящ не имеет кровоснабжения, отложение нового матрикса происходит медленно. За последние годы хирурги и ученые разработали ряд процедур восстановления хряща , которые помогают отложить необходимость замены сустава. Разрыв мениска коленного хряща часто можно удалить хирургическим путем, чтобы уменьшить проблемы.

Разрабатываются методы биологической инженерии для создания нового хряща с использованием клеточного «каркасного» материала и культивируемых клеток для выращивания искусственного хряща. [11] Были проведены обширные исследования замораживания-оттаивания гидрогелей ПВС в качестве основного материала для этой цели. [12] Эти гели показали большие перспективы с точки зрения биосовместимости, износостойкости, амортизации , коэффициента трения , гибкости и смазывания и, таким образом, считаются превосходящими хрящи на основе полиэтилена. Двухлетняя имплантация гидрогелей ПВС в качестве искусственного мениска кроликам показала, что гели остаются неповрежденными, без деградации, разрушения и потери свойств. [12]

Клиническое значение

Скелет человека с суставным хрящом показан синим цветом.

Болезнь

Некоторые заболевания могут поражать хрящ. Хондродистрофии — группа заболеваний, характеризующихся нарушением роста и последующим окостенением хрящей. Ниже перечислены некоторые распространенные заболевания, поражающие хрящ.

Могут возникать опухоли, состоящие из хрящевой ткани, как доброкачественные , так и злокачественные . Обычно они появляются в костях, редко в уже существовавших хрящах. Доброкачественные опухоли называются хондромами , злокачественные – хондросаркомой . Опухоли, возникающие из других тканей, также могут образовывать хрящеподобный матрикс, наиболее известной из которых является плеоморфная аденома слюнных желез .

Матрикс хряща действует как барьер, предотвращающий проникновение лимфоцитов или диффузию иммуноглобулинов . Это свойство позволяет осуществлять трансплантацию хряща от одного человека к другому, не опасаясь отторжения тканей.

Визуализация

Хрящ не поглощает рентгеновские лучи в нормальных условиях in vivo , но в синовиальную оболочку можно ввести краситель , который приведет к поглощению рентгеновских лучей красителем. Образующаяся пустота на рентгенологическом снимке между костью и мениском представляет собой хрящ. При рентгеновском сканировании in vitro внешние мягкие ткани, скорее всего, удаляются, поэтому границы между хрящом и воздухом достаточно, чтобы контрастировать с наличием хряща из-за преломления рентгеновских лучей. [15]

Гистологическое изображение гиалинового хряща , окрашенного гематоксилином и эозином , в поляризованном свете.

Другие животные

Хрящевая рыба

Хрящевые рыбы (chondrichthyes) или акулы , скаты и химеры имеют скелет, полностью состоящий из хрящей.

Хрящ беспозвоночных

Хрящевую ткань можно также найти у некоторых членистоногих, таких как мечехеты , некоторых моллюсков, таких как морские улитки и головоногие моллюски , а также у некоторых кольчатых червей, таких как сабеллидные полихеты.

Членистоногие

Наиболее изученным хрящом у членистоногих является жаберный хрящ Limulus polyphemus . Это хрящ, богатый везикулярными клетками из-за больших сферических и вакуолизированных хондроцитов, не имеющих гомологии с другими членистоногими. Другой тип хряща, обнаруженный у Limulus polyphemus, - это эндостернитный хрящ, волокнисто-гиалиновый хрящ с хондроцитами типичной морфологии в волокнистом компоненте, гораздо более волокнистом, чем гиалиновый хрящ позвоночных, с мукополисахаридами, иммунореактивными против антител к хондроитинсульфату. У других членистоногих имеются ткани, гомологичные эндостернитному хрящу. [16] Эмбрионы Limulus polyphemus 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 вблизи Hh-экспрессирующих вентральных нервных тяжей и экспрессирует ColA и SoxE, аналог Sox9. Это также наблюдается в ткани жаберного хряща. [17]

Моллюски

У головоногих моделями, используемыми для изучения хряща, являются Octopus vulgaris и Sepia officinalis . Черепной 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. [16] Эмбрионы Sepia officinalis экспрессируют ColAa, ColAb и гиалуронан в черепных хрящах и других областях хондрогенеза. Это означает, что хрящ имеет фибриллярно-коллагеновую основу. Эмбрион Sepia officinalis экспрессирует hh, присутствие которого вызывает экспрессию ColAa и ColAb, а также способно поддерживать недифференцированность пролиферирующих клеток. Было замечено, что этот вид обеспечивает экспрессию SoxD и SoxE, аналогов Sox5/6 и Sox9 позвоночных, в развивающемся хряще. Характер роста хряща такой же, как и у хряща позвоночных. [17]

У брюхоногих моллюсков интерес представляет 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 у Lymnaea и других моллюсков, поедающих растительность. [16]

Сабеллидные полихеты

Полихеты Sabellid , или черви-пыльники, имеют хрящевую ткань с клеточной и матриксной специализацией, поддерживающую их щупальца. Они представляют собой две отдельные области внеклеточного матрикса. Эти области представляют собой бесклеточную волокнистую область с высоким содержанием коллагена, называемую хрящеподобным матриксом, и коллаген без высококлеточной сердцевины, называемый остеоидоподобным матриксом. Хрящеподобный матрикс окружает остеоидный матрикс. Количество бесклеточной фиброзной области варьирует. Модельными организмами, используемыми при изучении хряща сабеллидных полихет, являются Potamilla sp и Myxicola infundibulum . [16]

Растения и грибы

Сосудистые растения , особенно семена и стебли некоторых грибов, иногда называют «хрящевыми», хотя они не содержат хрящей. [18]

Рекомендации

  1. ^ София Фокс, AJ; Беди, А; Родео, ЮАР (ноябрь 2009 г.). «Фундаментальные науки о суставном хряще: строение, состав и функции». Спортивное здоровье . 1 (6): 461–8. дои : 10.1177/1941738109350438. ПМЦ  3445147 . ПМИД  23015907.
  2. ^ де Буффрениль, Вивиан; де Риклес, Арманд Дж; Зильберберг, Луиза; Падиан, Кевин; Лорен, Мишель; Кильяк, Александра (2021). Гистология скелета позвоночных и палеогистология (изд. Фирститона). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. XII + 825. ISBN 978-1351189576.
  3. ^ Буффренил, Вивиан де; Кильяк, Александра (2021). «Обзор эмбрионального развития костного скелета». Гистология и палеогистология скелета позвоночных . ЦРК Пресс: 29–38. дои : 10.1201/9781351189590-2. ISBN 9781351189590. S2CID  236422314.
  4. ^ Кильяк, Александра (2021). «Обзор гистологии хряща». Гистология и палеогистология скелета позвоночных . CRC Press: 123–146. дои : 10.1201/9781351189590-7. ISBN 9781351189590. S2CID  236413810.
  5. ^ Сервантес-Диас, Фрет; Контрерас, Педро; Марчеллини, Сильвен (март 2017 г.). «Эволюционное происхождение эндохондрального окостенения: гипотеза трансдифференцировки». Гены развития и эволюция . 227 (2): 121–127. дои : 10.1007/s00427-016-0567-y. PMID  27909803. S2CID  21024809.
  6. ^ Асанбаева А, Масуда К, Тонар Э.Дж., Клиш С.М., Сах Р.Л. (январь 2008 г.). «Рост и ремоделирование хряща: модуляция баланса между протеогликанами и коллагеновой сетью in vitro с помощью бета-аминопропионитрила». Остеоартрит и хрящ . 16 (1): 1–11. дои : 10.1016/j.joca.2007.05.019 . ПМИД  17631390.
  7. ^ 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. doi : 10.3390/ijms20184475 . ПМК 6769748 . ПМИД  31514268. 
  8. ^ Асанбаева А, Там Дж, Шумахер Б.Л., Клиш С.М., Масуда К., Сах Р.Л. (июнь 2008 г.). «Целостность суставного хряща при растяжении: модуляция за счет истощения матрикса зависит от созревания». Архив биохимии и биофизики . 474 (1): 175–82. дои : 10.1016/j.abb.2008.03.012. ПМК 2440786 . ПМИД  18394422. 
  9. ^ Hayes WC, Mockros LF (октябрь 1971 г.). «Вязкоэластические свойства суставного хряща человека» (PDF) . Журнал прикладной физиологии . 31 (4): 562–8. дои : 10.1152/яп.1971.31.4.562. ПМИД  5111002.
  10. ^ Ри Д.К., Марселино Дж., Бейкер М., Гонг Ю., Смитс П., Лефевр В. и др. (март 2005 г.). «Секретируемый гликопротеин лубрицин защищает поверхности хряща и подавляет избыточный рост синовиальных клеток». Журнал клинических исследований . 115 (3): 622–31. дои : 10.1172/JCI22263. ПМЦ 548698 . ПМИД  15719068. 
  11. ^ Международное общество ремонта хряща ICRS
  12. ^ аб Адельния, Хосейн; Энсандост, Реза; Шеббрин Мунши, Шехзади; Гавгани, Джабер Насролла; Васафи, Эмад Изади; Та, Ханг Чт (5 февраля 2022 г.). «Замораживание/размораживание гидрогелей поливинилового спирта: настоящее, прошлое и будущее». Европейский журнал полимеров . 164 : 110974. doi : 10.1016/j.eurpolymj.2021.110974. ISSN  0014-3057. S2CID  245576810.
  13. ^ «Добавки при остеоартрите не работают» . Новости BBC . 16 сентября 2010 г.
  14. ^ Ансари, Мохаммад Ю.; Ахмад, Нашара; Хакки, Тарик М. (5 сентября 2018 г.). «Бутеин активирует аутофагию через путь AMPK/TSC2/ULK1/mTOR для ингибирования экспрессии IL-6 в стимулированных IL-1β хондроцитах человека». Клеточная физиология и биохимия . 49 (3): 932–946. дои : 10.1159/000493225 . ISSN  1015-8987. PMID  30184535. S2CID  52166938.
  15. ^ Остеоартрит. Архивировано 7 июля 2011 г. в Wayback Machine . Остеоартрит.about.com. Проверено 26 октября 2015 г.
  16. ^ abcd Cole AG, Hall BK (2004). «Возвращение к природе и значению хрящей беспозвоночных: распределение и гистология хряща и хрящеподобных тканей внутри Metazoa». Зоология . 107 (4): 261–73. дои : 10.1016/j.zool.2004.05.001. ПМИД  16351944.
  17. ^ аб Таразона О.А., Слота Л.А., Лопес Д.Х., Чжан Г., Кон М.Дж. (май 2016 г.). «Генетическая программа развития хряща имеет глубокую гомологию внутри Bilateria». Природа . 533 (7601): 86–9. Бибкод : 2016Natur.533...86T. дои : 10.1038/nature17398. PMID  27111511. S2CID  3932905.
  18. ^ Эфлора - Глоссарий. Сиднейский университет (16 июня 2010 г.). Проверено 26 октября 2015 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки