Nivelrikko: miten nivelrustoja järjestetään?

Normaalilla nivelrustolla on kaksi päätoimintoa: paineen imeytyminen muodonmuutoksen aikana mekaanisen rasituksen aikana ja nivelpintojen sileyden varmistaminen, mikä mahdollistaa kitkan pienentämisen liikkuessa nivelessä. Tämä varmistetaan nivelruston ainutlaatuisella rakenteella, joka koostuu chondro-itasta, joka upotetaan ekstrasellulaariseen matriisiin (ECM).

Aikuisen normaali nivelrustetta voidaan jakaa useisiin kerroksiin tai vyöhykkeisiin: pintaan tai tangentiaaliseen vyöhykkeeseen, siirtymävyöhykkeeseen, syvään tai radiaaliseen vyöhykkeeseen ja kalsifioituun vyöhykkeeseen. Pinta- ja siirtymävyöhykkeiden välinen kerros ja erityisesti siirtymä- ja syvivyöhykkeiden välillä ei ole selkeitä rajoja. Kalkinmuodostetun ja kalsifioidun nivelruston välistä yhteyttä kutsutaan "aaltoviivaksi" - tämä on linja, joka on määritetty värjätyllä kudoksella. Rustojen kalsifioitu vyöhyke on suhteellisen vakio (6-8%) puolikkaiden kokonaiskorkeudessa. Nivelruston kokonaispaksuus, mukaan lukien kalsifioituneen alueen rusto, vaihtelee riippuen kuormituksesta tiettyyn pintaan ja liitoksen tyyppiin. Epäsäännöllinen hydrostaattinen paine subkondraalisessa luussa on tärkeä rooli rustin normaalin rakenteen ylläpitämisessä, luun hidastumisen hidastamisessa.

Kondrosyytit muodostavat noin 2-3% koko pehmopaperimassasta; pinnalla (tangentiaalinen) vyöhyke ne sijaitsevat pitkin ja syvään (säteittäiseen) vyöhykkeeseen - kohtisuoraan ruston pinnalle; siirtymävyöhykkeessä kondrosyytit muodostavat ryhmille 2-4 solua, jotka ovat hajallaan koko matriisissa. Nivelruston alueesta riippuen kondrosyyttien sijainnin tiheys vaihtelee - korkein solutiheys pintavyöhykkeessä, pienin kalsifioidussa. Lisäksi solujen jakauman tiheys vaihtelee nivelestä yhteiseen, se on kääntäen verrannollinen ruston paksuuteen ja vastaavan alueen kuormitukseen.

Pintapuolisesti sijaitsevat kondrosyytit ovat levymuotoisia ja muodostavat tangentiaalisessa vyöhykkeessä useita solukerroksia, jotka sijaitsevat matriisin kapean nauhan alapuolella; Tämän vyöhykkeen syvälle sijoitetut solut ovat yleensä epätasaisempia. Siirtymävyöhykkeellä kondrosyytteillä on pallomainen muoto, joskus ne yhdistetään matriisiin hajallaan oleviin pieniin ryhmiin. Syvävyöhykkeen kondrosyytit ovat pääasiassa ellipsoidaalisia, ryhmiteltyinä säteittäisesti järjestettyihin 2-6 solujen ketjuihin. Kalsifioidussa vyöhykkeessä ne jakautuvat vielä säästävämmin; jotkut niistä ovat nekroottisia, vaikka useimmat ovat elinkelpoisia. Soluja ympäröi epälikvidoitu matriisi, solunsisäinen tila kuumennetaan.

Niinpä ihmisen nivelrusto koostuu hydratoiduista ECM: stä ja siihen upotetuista soluista, jotka muodostavat 2-3% koko kudostilavuudesta. Koska rustokudoksella ei ole verta ja imusuoja-aineita, solujen välinen vuorovaikutus, ravintoaineiden antaminen niille, metabolisen tuotteen poistaminen suoritetaan diffuusion avulla ECM: n kautta. Huolimatta siitä, että metaboliset kondrosyytit ovat hyvin aktiivisia, ne eivät yleensä jakautu aikuisille. Kondrosyytit ovat hapettomassa ympäristössä, uskovat, että niiden aineenvaihdunta tapahtuu pääasiassa anaerobisesti.

Jokainen kondrosyytti pidetään erillisenä runkon metabolisena yksikkönä, joka on eristetty naapurisoluista, mutta vastaa VKM-elementtien tuottamisesta annetun solun välittömässä läheisyydessä ja säilyttää sen koostumuksen.

VCR emittoivat kolmeen osaan, joista jokainen on ainutlaatuinen morfologinen rakenne ja tietyn biokemiallisen koostumuksen. VCR suoraan vieressä kbazalnoy kondrosyyttien kalvo, jota kutsutaan perisellulaarinen, ililakunarnym, matriisi. Se on tunnettu siitä, että korkea-liittyvät solu-vuorovaikutuksen hyaluronihapon pitoisuus proteoglykaanin aggregaatteja, joiden CD44-reseptorien, ja suhteellinen puute järjestetty kollageenisäikeiden. Suoraan kosketukseen perisellulaarinen matriisi alueellinen tai kapselisakkaridi, matriisiin, joka koostuu verkko-leikkaavien säikeisen kollageenien, joka kapseloi yksittäisiä soluja, tai (joskus) ryhmä, muodostavat solut hondron, ja on todennäköisesti antaa mekaanisen tuen soluja. Yhteyttä rustosolumatriksin kanssa kapselisakkaridi saavutetaan lukuisia sytoplasmisten prosessien runsaasti mikrofilamenteista ja erityisillä matriisin molekyylien, kuten CD44-ankorin ja podobnye reseptoreihin. Suurin ja kauimpana tyvikalvon ECM erotettiin kondrosyyttien - interterritoriaalisella matriisin, joka sisältää eniten kollageenisäikeiden ja proteoglykaanien.

ECM: n jakaminen osastoihin on selkeämmin rajattu aikuisen nivelrustossa kuin kypsymättömässä nivelrustossa. Kunkin osaston suhteellinen koko vaihtelee paitsi eri nivelissä, mutta jopa saman ruston sisällä. Jokainen kondrosyytti tuottaa matriisin, joka ympäröi sitä. Jätetty tutkimukset kypsä kondrosyyteissä ruston suorittaa aktiivinen metabolinen niiden perisellulaarinen ja alueellinen matriisit ovat vähemmän aktiivisia ohjaus interterritoriaalisella matriisi, joka voi olla metabolisesti "inertti".

Kuten aiemmin mainittiin, nivelrusto koostuu pääosin suuresta VKM: stä, joka on syntetisoitu ja säädetty kondrosyyttien avulla. Kudosmakromolekyylit ja niiden pitoisuus muuttuvat elinkaaren aikana muuttuvien toiminnallisten tarpeiden mukaan. Kuitenkin on epäselvää: solut syntetisoivat koko matriisin samanaikaisesti tai tietyissä vaiheissa fysiologisten tarpeiden mukaisesti. Makromolekyylien konsentraatio, aineenvaihdunnan tasapaino niiden välillä, suhteen määrittämiseksi ja vuorovaikutus biokemialliset ominaisuudet, ja siten toiminta nivelruston nivelen sisällä. Pääkomponentti VCR aikuisten nivelrusto on vettä (65-70% kokonaismassasta), joka on liitetty siihen erityisillä fysikaalisten ominaisuuksien makromolekyylien rustokudoksen, joka käsittää kollageenit, proteoglykaanien ja ei-kollageeninen glykoproteiineja.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9]

Ruston biokemiallinen koostumus

Kollageenikuidut koostuvat kollageenin fibrillaproteiinin molekyyleistä. Nisäkkäissä kollageenin osuus on yksi neljäsosa kaikista proteiinista elimistössä. Kollageeni muodostaa fibrillisia elementtejä (kollageeni fibrilejä), jotka koostuvat rakenteellisista alayksiköistä, joita kutsutaan tropokollageeniksi. Tropokollageenimolekyylillä on kolme ketjua, jotka muodostavat kolminkertaisen helixin. Tällainen rakenne Tropokollageeni molekyylin, samoin kuin rakenteen kollageenisäikeiden, kun nämä molekyylit on järjestetty rinnakkain pitkittäissuunnassa jatkuva muutos on noin 1/4 pituuden ja varmistaa korkea elastisuus ja vahvuus kudoksille, joissa ne sijaitsevat. Tällä hetkellä tunnetaan 10 geneettisesti erilaista kollageenityyppiä, jotka eroavat a-ketjun kemiallisessa rakenteessa ja / tai niiden keräämisessä molekyylissä. Tutkituimmista neljästä ensimmäisestä kollageenityypistä pystyy muodostamaan jopa 10 molekyyli-isomuotoa.

Kollageeni-fibrillit ovat osa useimpien sidekudosten, mukaan lukien rustokudoksen, solunulkoista tilaa. Kolmen ulotteinen verkko liukenemattoman kollageenisäikeiden leikkaavat "sotkeutua" muita liukoisten komponenttien, kuten proteoglykaanien, glykoproteiinien ja kudosspesifisiä proteiineja; joskus ne sitoutuvat kovalenttisesti kollageeniin.

Fibrillien järjestämät kollageenimolekyylit muodostavat noin 50% ruston orgaanisesta kuivajäännöksestä (10-20% natiivi- rustosta). Kehittyneessä rustossa noin 90% kollageeneista on tyypin II kollageeneja, joita esiintyy vain tietyissä kudoksissa (esim. Lasimaiset, alkionkiillot). Kollageenityyppi II viittaa kollageenimolekyylien ensimmäiseen luokkaan (muodostavat fibrillit). Hänen lisäksi on löydetty ihmisen kollageenin IX, XI tyypin ja pienen määrän VI-tyypin kypsää nivelrustetta. IX-tyyppisten kollageenikuitujen suhteellinen määrä kollageenin fibrileissä vähenee 15 prosentista sikiön rustoon noin 1 prosenttiin härän kypsälle rustolle.

Kollageenin I tyypin molekyylit koostuvat kolmesta samanlaisesta polypeptidi-a, (II) -ketjuista, jotka on syntetisoitu ja eritetty prekollageenin esiasteen muodossa. Kun valmiit kollageenimolekyylit vapautetaan solunulkoiseen tilaan, ne muodostavat fibrilejä. Kypsän nivelruston tyypin II kollageenin fibrillaarisessa muodossa arcade, jossa "paksu" molekyylejä sijaitsee syvemmälle kudokseen, ja lisää "ohut" - vaakasuoraan pintakerroksissa.

Tyypin II prokollageenigeenissä löydettiin kysteiinirikasta N-terminaalista propeptidiä koodaava eksoni. Tätä eksonia ei ilmaista kypsässä rustossa, vaan kehityksen alkuvaiheissa (prechondrogenesis). Koska tämä eksoni on läsnä, prokollageeni II -tyyppimolekyyli (tyyppi II A) on pidempi kuin tyypin II kollageeni. Todennäköisesti tämän tyyppisen prokollageenin ilmentyminen estää elementtien kertymistä nivelruston ECM: ään. Se voi olla rooli rustopatologian kehityksessä (esim. Riittämätön korjaava vaste, osteofytin muodostuminen jne.).

II-tyypin kollageenirenkaiden verkko tarjoaa vetolujuusfunktion ja on tarpeen kudoksen tilavuuden ja muodon ylläpitämiseksi. Tätä toimintoa tehostaa kovalenttinen ja ristisilloitus kollageenimolekyylien välillä. VCR entsyymi lysyyli-oksidaasi muotoja hydroksilysiini aldehydiä, joka sitten muunnetaan moniarvoisia amino-hydroksilysiiniä pyridinoliini muodostamaan siltoja välillä ketjuja. Toisaalta tämän aminohapon pitoisuus kasvaa iän myötä, mutta kypsässä rustossa se ei käytännössä muutu. Toisaalta nivelrustossa eri tyyppisten ristisillojen pitoisuuden lisääntyminen iän myötä syntyy iän myötä, joka muodostuu ilman entsyymien osallistumista.

Noin 10% kollageenin rustokudoksen kokonaismäärästä on ns. Pieniä kollageeneja, jotka monessa suhteessa määräävät tämän kudoksen ainutlaatuisen funktion. Kollageenin tyyppi IX kuuluu luokkaan III molekyylien korotkospiralnyh ja ainutlaatuinen ryhmä FACIT-kollageeni (Fibrillin-Associated kollageenin kanssa Keskeytetty Triple -kierrettä - fibrillipohjaisen liittyvät kollageenin kanssa keskeytyy kolmoiskierteen). Se koostuu kolmesta geneettisesti erilaisesta ketjusta. Yksi niistä - _2- ketju - glykosyloidaan samanaikaisesti kondroitiinisulfaatin kanssa, mikä tekee tästä molekyylistä samanaikaisesti proteoglykaanin. Kollageenityyppisen tyypin IX spiraalin ja tyypin II kollageenin segmenttien välillä havaitaan sekä kypsät että epäkypsät hydroksipyridiinin ristiliitokset. Kollageeni IX voi toimia myös intermolekulaarisena interfibrillisena "liittimenä" (tai siltana) vierekkäisten kollageenin fibrillien välille. Kollageeni IX -molekyylit muodostavat keskenään ristisidoksia, mikä lisää fibrillisen kolmiulotteisen verkon mekaanista stabiilisuutta ja suojaa sen entsyymien vaikutuksilta. Ne myös vastustavat muodonmuutosta, mikä rajoittaa proteoglykaanien turvotusta verkossa. Myös anionisia CS-ketjun IX kollageenin molekyyli sisältää kationista verkkotunnuksen ilmoittamalla fibrillien suuri lataus ja taipumus vuorovaikutuksessa muiden matriisin makromolekyylien.

Kollageeni XI-tyyppi on vain 2-3% kollageenien kokonaismassasta. Se kuuluu kollaasien ensimmäiseen luokkaan (muodostavat fibrillit), ja se koostuu kolmesta eri a-ketjusta. Yhdessä kollageenityyppien II ja IX kanssa tyypin X kollageeni muodostaa nivelruston heterotyyppisiä fibrilejä. Kollageenin XI-tyypin molekyylejä löytyy tyypin II kollageeni-fibrillien sisällä immunoelektromikroskopian avulla. Ehkä he järjestävät kollageenityyppisiä molekyylejä, jotka ohjaavat fibriilien sivuttaista kasvua ja määrittävät heterotyyppisen kollageenin fibrillin halkaisijan. Lisäksi kollageeni XI on osallisena ristiliitosten muodostamisessa, mutta jopa kypsässä rustossa poikittaiset sidokset pysyvät epäkypinä kahdenarvoisina ketoamiineina.

Pieni määrä tyypin VI kollageenia, toinen tyypin III lyhytaikaisten molekyylien edustaja, esiintyi nivelrustossa. Kollageenityyppi VI muodostaa erilaisia mikrofibrilejä ja mahdollisesti se keskittyy kondronin kapsulaariseen matriisiin.

Proteoglykaanit ovat proteiineja, joihin vähintään yksi glykosaminoglykaaniketju on kiinnittynyt kovalenttisesti. Proteoglykaanit kuuluvat yhteen monimutkaisimmista biologisista makromolekyyleistä. Laajimpia proteoglykaaneja esiintyy rustossa VKM. "Koukussa" kollageenin fibrillien verkossa, hydrofiiliset proteoglykaanit täyttävät päätehtävänsä - ne ilmoittavat rustoon kyvyn muodostaa muuttumattomasti. Uskotaan, että proteoglykaanit suorittavat useita muita toimintoja, joiden ydin ei ole täysin selvä.

Aggrecan on tärkein nivelruston proteoglykaani: se on noin 90% proteoglykaanien kokonaismassasta kudoksessa. Sen 230 kD: n ydinproteiini glykosyloidaan joukolla kovalenttisesti liitettyjä glykosaminoglykaaniketjuja sekä N-terminaalisia ja C-terminaalisia oligosakkarideja.

Glykosaminoglykaaniketju nivelruston, jotka muodostavat noin 90% kokonaispainosta makromolekyylien - kerataanisulfaatti (joka edustaa sekvenssi sulfatoitu disakkaridi N-atsetilglyukozamingalaktoza useita sulfatoituja osat ja muut monosakkaridiryh-, kuten siaalihapon) ja kondroitiinisulfaattia (joka edustaa sekvenssi disakkaridi N-asetyyligalaktosamiini, glukuronihappo, sulfaattiesterin, joista kukin on kytketty neljännen tai kuudennen hiiliatomin N-atsetilg lactosamine).

Yhdisteen ydin sisältää kolme pallomaista (G1, G2, G3) h kaksi interglobulaarista (E1 ja E2) domeenia. N-terminaalinen alue sisältää G- ja G2-domeenit, jotka on erotettu E1-segmentillä, jonka pituus on 21 nm. C3-domeeni sijaitsee C-terminaalisessa päässä, erottaa G ₂ pidempi (noin 260 nm), E2-segmentin, joka vastaa enemmän kuin 100 kondroitiinisulfaattia ketjut noin 15-25 kerataanisulfaatti ketjut ja O-sidottujen oligosakkaridien. N-sidotut oligosakkaridit löydetty pääosin G1 ja C2-domeenien ja E1-segmentti, sekä lähellä G ₃ -regiona. Glykosaminoglykaanit on ryhmitelty kahteen alueeseen: eniten laajennettu (niin kutsuttu alue kondroitiinin sulfaatti) ketju käsittää kondroitiinisulfaattia ja noin 50% kerataanisulfaatti ketjuja. Alue rikas kerataani sulfaatteja, lokalisoitu E ₂ -segmente lähellä G1-verkkotunnuksen edeltää alueella runsaasti kondroitiinisulfaattiketjut. Aggregan-molekyylit sisältävät myös fosfaattiesterit, jotka sijaitsevat pääasiassa ksyloosijäännöksissä, jotka liittävät kondroitiinisulfaattiketjuja ydinproteiiniin; ne löytyvät myös ydinproteiinin seriinitähteistä.

C-terminaalinen segmentti C ₃ domeenien vysokogomologichen lektiinin, jolloin proteoglykaanimolekyylejä voidaan tallentaa ECM sitoutumalla tiettyihin hiilivedyn rakenteita.

Viimeaikaiset tutkimukset oli löytänyt eksonin, joka koodaa EGF-kaltaisen (epidermaalinen kasvutekijä), osa-domeenin sisällä G ₃. Käyttämällä anti-EGF: n polyklonaalisia vasta-aineita EGF: n kaltainen epitooppi paikallistettiin 68 kD: n peptidissä ihmisen nivelrustossa. Sen tehtävät kuitenkin vaativat selvennystä. Tämä aldomain löytyy myös adheesiomolekyylien rakenteesta, joka ohjaa lymfosyyttien migraatiota. Vain noin kolmasosa aggrekaani- eristetyt molekyylit kypsä ihmisen nivelruston sisältää ehjän C ₃ -domeenit; tämä johtuu todennäköisesti siitä, että ECM: ssä aggrekaani-molekyylejä voidaan pienentää entsyymireitillä. Halkaistujen fragmenttien myöhempi kohtalo ja toiminta ovat tuntemattomia.

Tärkein funktionaalinen segmentti on aggrekaanin molekyyli glikozaminoglikannesuschy E ₂ -segmenttiin. Site, runsaasti keratan sulfaatteja, sisältää aminohapot proliini, seriini ja treoniini. Useimmat seriini- ja treoniinitähteitä O-glykosyloidun N-atsetilgalaktozaminovymi tähteitä, ne käynnistävät synteesin tiettyjen oligosakkaridien, jotka on upotettu kerataanisulfaatti ketjut, siten pidentämällä niitä. Loput E ₂ -segmenta sisältää yli 100 sekvenssit seriini-glysiini, jossa sarja tarjoaa ksilozilnym kiinnitys tähteitä alussa kondroitiinisulfaatin ketjuja. Tyypillisesti ja kondroitiini-6-sulfaatti ja kondroitiini-4-sulfaatin olemassa samanaikaisesti samassa proteoglykaanimolekyylejä suhteen vaihtelee riippuen lokalisoinnin ruston ja henkilön ikä.

Agrekaani-molekyylien rakenne ihmisen nivelsärin matriisissa tekee lukuisia muutoksia kypsymisen ja ikääntymisen prosessissa. Ikääntymiseen liittyvät muutokset sisältävät hydrodynaamisen koon pienenemisen kondroitiinisulfaattien keskimääräisen ketjupituuden muutosten seurauksena, keratanisulfaattiketjujen määrän ja pituuden lisääntyminen. Useat muutokset aggrekaani-molekyylissä ovat myös proteolyyttisten entsyymien (esim. Aggrekaasin ja stromelysinin) vaikutuksen ydinproteiinissa. Tämä johtaa aggrekaani-molekyylien ydinproteiinin keskimääräisen pituuden asteittaiseen vähenemiseen.

Kondrosyytit syntetisoivat Aggrecan-molekyylejä ja erittyy ECM: ssä, jolloin ne muodostavat aggregaatteja, jotka ovat stabiloituneet sitovien proteiinien molekyyleillä. Tämä aggregaatio sisältää erittäin spesifisiä, ei-kovalenttisia ja yhteistyössä olevia vuorovaikutuksia glukuronihapon filamentin ja lähes 200 molekyylien aggrekaaneiden ja sitovien proteiinien välillä. Glukuronihappo - solunulkoisen sulfatoimattoman glykosaminoglykaani lineaarinen korkea moolimassa, joka koostuu useista peräkkäin liittyvien molekyylien atsetilglyu-N-kozamina ja glukuronihappoa. Agrekaanin G1-domeenin kytketyt silmukat vuorovaikutteisesti vuorottelevat viiden peräkkäisen järjestetyn hyaluronihappodisakkaridin kanssa. Sitoutuva proteiini, joka sisältää samankaltaisia (korkean homologisia) paritettuja silmukoita, vuorovaikuttaa C1-domeenin ja hyaluronihappomolekyylin kanssa ja stabiloi aggregaatin rakenteen. C1-domeeni-hyaluronihappoa sitova proteiinikompleksi muodostaa erittäin stabiilin vuorovaikutuksen, joka suojaa G1-domeenia ja sitoutuvan proteiinin proteolyyttisten entsyymien vaikutuksesta. Kaksi molekyyliä sitovasta proteiinista, jonka molekyylipaino oli 40-50 kD, tunnistettiin; ne eroavat toisistaan glykosylaation asteessa. Vain yksi molekyylin sitoutuva proteiini on läsnä hyaluronihappo-aggrekaanin sitoutumiskohdassa. Kolmas pienempi molekyylin sitoutuva proteiini muodostuu suuremmista proteiineista proteolyyttisellä pilkkomalla.

Noin 200 molekyyliä aggrekaania voi sitoutua yhteen molekyyliin hyaluronihappoa muodostamaan 8 pm: n aggregaatin pituus. Soluun liittyvä matriisin, joka koostuu perisellulaarinen ja aluejaotteluja aggregaatit säilyttää niiden suhdetta solujen sitoutumisen kautta (kierre hyaluronihappo) ja SD44-reseptorien solukalvoon.

Aggregaattien muodostuminen ECM: ssä on monimutkainen prosessi. Hiljattain syntetisoituneet aggrekaani-molekyylit eivät välittömästi ilmentä kykyä sitoutua hyaluronihappoon. Tämä voi toimia sääntelymekanismina, jonka ansiosta äskettäin syntetisoidut molekyylit pääsevät matriksin interterritorial vyöhykkeeseen ennen immobilisoimista suuriksi aggregaaleiksi. Uusien syntetisoitujen aggrekaani-molekyylien ja sitovien proteiinien määrä, jotka kykenevät muodostamaan aggregaatteja vuorovaikutuksessa hyaluronihapon kanssa, vähenee merkittävästi iän myötä. Lisäksi iän myötä ihmisen nivelrustosta eristettyjen aggregaattien koko pienenee merkittävästi. Tämä johtuu osittain hyaluronihapon ja aggrekaani-molekyylien molekyylien keskimääräisen pituuden vähenemisestä.

Kyseessä on kahdenlaisia aggregaatteja nivelrustossa. Keskimääräinen aggregaattien koko ensimmäisen lajin - 60 S, aggregaatteja toisen tyypin (nopea asettumisaika "superagregatov") - 120 S. Jälkimmäinen eroaa runsaasti proteiinia molekyylejä sideainetta. Näiden superagregaattien läsnäololla voi olla suuri rooli kudoksen toiminnassa; aikana kudoksen korjauksen jälkeen immobilisoinnin raajan keskellä kerrokset nivelruston löytää korkeampia pitoisuuksia nivelissä vaikuttaa nivelrikko, niiden koot pienenevät huomattavasti alkuvaiheessa sairauden.

Yhdistelmän lisäksi nivelrusto sisältää useita pienempiä proteoglykaaneja. Biglikan ja decorin, dermataattisulfaatteja sisältävien molekyylien molekyylipaino on vastaavasti noin 100 ja 70 kD; niiden ydinproteiinin massa on noin 30 kD.

Ihmisen nivelrustossa biglucan-molekyyli sisältää kaksi dermataattisulfaattiketjua, kun taas yleisempi decorin on vain yksi. Nämä molekyylit muodostavat vain pienen osan proteoglykaaneista nivelrustossa, vaikka ne voivat olla yhtä monta kuin suuret aggregoituneet proteoglykaanit. Pieni proteoglykaaneja vuorovaikutuksessa muiden makromolekyylien ECM, kuten kollageenisäikeiden, fibronektiini, kasvutekijöitä, ja muita. Dekoriini alun perin lokalisoitu pinnalla kollageenisäikeiden ja estää kollageenin säikeiden muodostumista. Core-proteiini pysyy tiukasti fibronektiinin solu-sitovan domeenin kanssa ja luultavasti ehkäisee jälkimmäisen sitoutumista solun pintareseptoreihin (integriinit). Johtuu siitä, että sekä dekoriinia ja biglykaania sitoutuvat fibronektiiniin ja inhiboivat soluadheesiota ja muutto sekä veritulpan muodostumisen, ne pystyvät estämään kudosten korjaamiseen prosesseja.

Nivelruston fibromoduliini on proteoglykaani, jonka molekyylipaino on 50-65 kD, joka liittyy kollageenifibrileihin. Sen ydinproteiini, joka on homologinen sisustusproteiinien ja isoakaanin kanssa, sisältää suuren määrän tyrosiinisulfaattijäämiä. Tämä fibromoduliinin glykosyloitu muoto (aiemmin nimeltään 59 kD matriisiproteiini) voi osallistua kollageenifibrillien rakenteen muodostumiseen ja ylläpitoon. Fibromoduliini ja dekoriini sijaitsevat kollageenin fibrillien pinnalla. Kuten edellä on osoitettu, fibriilihalkaisijan kasvua on edeltävä näiden proteoglykaanien (samoin kuin kollageenityyppiset IX-molekyylit) selektiivisellä poistamisella.

Nivelrusto sisältää useita proteiineja VKM: ssä, jotka eivät kuulu proteoglykaaneihin tai kollageeneihin. Ne vuorovaikutuksessa muiden makromolekyylien kanssa muodostavat verkon, johon useimmat VKM-molekyylit sisällytetään.

Anchorari, 34 kD: n massa, proteiini on lokalisoitu kondrosyyttien pinnalle ja solukalvoon, välittää solun ja matriisin välistä vuorovaikutusta. Koska se on erittäin kollageenin II kaltainen, se voi toimia mekanoreeseptoreina, joka lähettää signaalin kondrosyytin fibrillin muuttuneesta paineesta.

Fibronektiini on osa useimpia rustoisia kudoksia, hieman erilainen kuin veriplasman fibronektiini. On ehdotettu, että fibronektiini edistää matriisin integrointia vuorovaikutteisesti solukalvojen ja muiden matriisiosien, kuten kollageenin tyypin II ja trombospondiinin, kanssa. Fibronektiinin fragmentit vaikuttavat negatiivisesti kondrosyyttien aineenvaihduntaan - estävät aggrecan synteesiä, stimuloivat katabolisia prosesseja. Osteoartroosipotilailla todettiin suuri fibronektiini-fragmenttien pitoisuus, jotta he voivat osallistua taudin patogeneesiin myöhemmässä vaiheessa. Todennäköisesti muiden kondrisyyttien reseptoreihin sitoutuvien matriisimolekyylien fragmenteilla on myös samat vaikutukset.

Ruston oligomeerinen matriksiproteiini (ompH) - trombospondiini-superperheen jäsen on pentameeri viisi identtisestä alayksiköstä, joiden molekyylipaino on noin 83 kD. Niitä esiintyy suuressa määrin niveltulehduksessa, etenkin kasva- van kudoksen proliferaation solujen kerroksessa. Siksi ehkä OMPCH osallistuu solujen kasvun säätelyyn. Pienemmällä pitoisuudella ne löytyvät kypsän nivelruston ECM: stä. Matriisiproteiineja kutsutaan myös nimellä:

• perusmatiikkaproteiini (36 kD), jolla on suuri affiniteetti kondrosyytteihin, voi välittää solujen vuorovaikutusta ECM: ssä, esimerkiksi kudoksen remodelingin aikana;
• GP-39 (39 kD) ilmaistaan nivelruston pintakerroksessa ja synovial membraanissa (sen toiminnot ovat tuntemattomia);
• 21 kD: n proteiini syntetisoidaan hypertrofoituneilla kondrosyytteillä, toimii vuorovaikutuksessa X-tyypin kollageenin kanssa, voi toimia "aaltolinjan" alueella.

Lisäksi on selvää, että kondrosyytit ilmentävät ei-glykosyloidun muodon pieni kuin yhteen proteoglykaanien tietyissä vaiheissa ruston kehitys ja patologisissa tiloissa, mutta niiden spesifinen toiminto tutkitaan parhaillaan.

[10], [11], [12], [13], [14], [15]

Ruston rustojen toiminnalliset ominaisuudet

Agrekaanin molekyylit antavat nivelrustolle kyvyn kääntyvästi muodonmuutokseen. Ne osoittavat erityisiä vuorovaikutuksia solunulkoisessa tilassa ja niillä on epäilemättä tärkeä rooli ECM: n organisaatiossa, rakenteessa ja toiminnassa. Rypistyneissä kudoksissa aggregaatti-molekyylit saavuttavat pitoisuuden 100 mg / ml. Rustassa Aggregan-molekyylit puristetaan 20 prosenttiin niiden tilavuudesta, jota ne käyttävät liuoksessa. Kollageenin fibrillien muodostama kolmiulotteinen verkko ilmoittaa sen tyypillisen muodon kudokselle ja estää proteoglykaanien määrän kasvun. Sisällä kollageenin verkon kiinteän proteoglykaanien kuljettaa suuri negatiivinen sähkövaraus (joka sisältää suuren määrän anionisia ryhmiä), joka sallii vuorovaikutuksessa kationisten ryhmien liikkuvan soluvälinesteen. Veden kanssa vuorovaikutuksessa proteoglykaanit antavat niin sanotun turvotuspaineen, jota kollageeniverkko torjuu.

Veden läsnäolo ECM: ssä on erittäin tärkeä. Vesi määrää kudoksen tilavuuden; liittyy proteoglykaaneihin, se antaa resistenssin pakkaukselle. Lisäksi vesi tuottaa molekyylin kuljetuksen ja diffuusiota ECM: ssä. Suurten proteoglykaanien negatiivisen varauksen tiheys kudoksessa luo "suljetun tilavuusvaikutuksen". Kesken konsentroidun proteoglykaaniliuoksen huokoskoko on niin pieni, että suurten globulaaristen proteiinien diffuusio kudokseen on voimakkaasti rajoitettu. VKM hylkää pienet negatiivisesti varautuneet (esim. Kloridi-ionit) ja suuret (kuten albumiini- ja immunoglobuliinit) proteiinit. Kollageenin fibrillien ja proteoglykaanien tiheässä verkossa olevien solujen koko on yhteensopiva vain joidenkin epäorgaanisten molekyylien (esimerkiksi natriumin ja kaliumin, mutta ei kalsiumin) mittasuhteiden kanssa.

VKM: ssä kollageenisäikeissä esiintyy jonkin verran vettä. Fysikaalis-kemialliset ja biomekaaniset ominaisuudet rusto määrittävät extrafibrillar space. Fibrillisen tilan vesipitoisuus riippuu proteoglykaanien pitoisuudesta ylimääräisessä fibraa- lissa ja kasvaa, kun jälkimmäisen pitoisuus laskee.

Kiinteä negatiivinen varaus proteoglykaaneissa määrittää ekstrasellulaarisen väliaineen ionikoostumuksen, joka sisältää vapaita kationeja suurella konsentraatiolla ja vapailla anioneilla matalassa konsentraatiossa. Koska aggrekaanimolekyylien pitoisuus kohoaa pinnalta ruston syvälle vyöhykkeelle, kudoksen ioniympäristö muuttuu. Epäorgaanisten ionien konsentraatio ECM: ssä tuottaa suuren osmoottisen paineen.

Ruston ominaisuudet materiaalina riippuvat kollageenin fibrillien, proteoglykaaneiden ja kudoksen nestefaasin vuorovaikutuksesta. Rakenteellisia ja koostumuksen muutoksia johtuen erosta synteettisten ja katabolisia prosesseja, ja hajoaminen makromolekyylien fyysinen vamma, vaikuttaa merkittävästi materiaalin ominaisuuksiin ruston ja muuttaa sen toimintaa. Koska kollageenien ja proteoglykaaneiden pitoisuus, jakautuminen ja makromolekyylinen organisointi vaihtelevat rustovyöhykkeen syvyyden mukaan, kunkin alueen biomekaaniset ominaisuudet vaihtelevat. Esimerkiksi, pinta-ala, jossa on korkea pitoisuus kollageenisäikeiden sijoitettu tangentiaalisesti suhteessa alhainen pitoisuus proteoglykaanien on selvin vastapainona venymisominaisuuksissa, jakaa kuorman tasaisesti kudoksen pinnalle. Siirtymä- ja syvivyöhykkeissä proteoglykaanien suuri pitoisuus antaa kudosominaisuuden puristuskuorman siirtämiseen. "Aaltoviivan" tasossa ruston materiaaliominaisuudet vaihtelevat voimakkaasti pehmittämättömästä kalkittumattomasta vyöhykkeestä jäykkää mineralisoidun ruston kanssa. "Aaltoviivan" alueella kudoksen vahvuus on kollageeniverkko. Mautäräiset fibrillit eivät ylitä rypytettyjä osia; yhdisteessä, Luu-rustokudoksen lujuus on aikaansaatu erityinen ääriviivat raja-alueilla nekaltsifitsirovannogo ja kalkkeutunutta ruston muodossa sormimaisten outgrowths epäsäännöllinen, joka "sulkee" kaksi kerrosta ja estää niiden erottaminen. Kalkkeutuneen rusto on vähemmän tiheää kuin rustonalaiseen luuhun, joten se suorittaa toiminnon välikerroksen, joka pehmentää puristuskuorman ruston ja rustonalaisen luun lähettää sen.

Kuormituksen aikana tapahtuu kolmen voiman monimutkainen jakautuminen - venytys, leikkaus ja puristus. Articular matriisi muuttaa muotoaan johtuen karkottaa veden (ja myös solujen aineenvaihduntaa tuotteet) kuormasta vyöhyke, lisää ionien pitoisuutta nesteessä interstitsialnoi. Veden liike riippuu suoraan käytetyn kuorman kestosta ja lujuudesta ja viivästyy proteoglykaanien negatiivisella varauksella. Proteoglykaaneja aika kudoksessa muodonmuutos lisää painetaan tiiviisti toisiaan vasten, lisäten siten tehokkaasti negatiivinen varaus tiheys ja molekyylien välisten hylkivät negatiivisen varauksen voimat puolestaan lisää vastusta edelleen muodonmuutoksen kangasta. Lopulta muodonmuutos saavuttaa tasapainon, jossa ulkoiset voimat ovat tasapainossa sisäisen kuormituksen kestävyys voimat - turvotus paine (vuorovaikutus ionien proteoglykaanien) ja mekaanisen rasituksen (vuorovaikutus proteoglykaanien ja kollageenit). Kun kuorma poistuu, rustokudos hankkii alkuperäisen muodon imemällä vettä yhdessä ravintoaineiden kanssa. Alkuperäinen (esikuormitus) kudosmuoto saavutetaan, kun proteoglykaanien turvotuspaine tasapainotetaan kollageeniverkon vastustuskyvyn leviämisen estämiseksi.

Biomekaanisia ominaisuuksia nivelruston perustuvat rakenteellisen eheyden kangas - kollageeni-proteoglykaanin koostumus kiinteänä faasina ja veden ja ionien liuenneista nestefaasissa. Kuorman ulkopuolella nivelruston hydrostaattinen paine on noin 1-2 atm. Tämä hydrostaattinen paine voi nousta in vivo 100-200 atm. Millisekunteina seisomisen aikana ja jopa 40-50 atm kävelyn aikana. Tutkimukset in vitro ovat osoittaneet, että hydrostaattinen paine 50-150 atm (fysiologinen) lyhyen ajan johtaa kohtalainen kasvu ruston anaboliaa, 2 tunnin - johtaa nestehukkaa ruston, mutta eivät aiheuta mitään muita muutoksia. Kysymys on edelleen, kuinka nopeasti kondrosyytit reagoivat in vivo tällaiseen kuormaan.

Nidratoitumisen hidastuminen ja sen seurauksena proteoglykaanien pitoisuuden lisääntyminen johtaa positiivisesti varautuneiden ionien, kuten H ^{+: n} ja Na ^{+: n}, vetovoimaisuuteen . Tämä johtaa muutokseen ECM: n koko ionikoostumuksessa ja pH: ssa ja kondrosyytteistä. Pitkäaikainen kuormitus aiheuttaa pH-arvon pienenemisen ja samanaikaisen vähenemisen proteoglykaanien synteesissä kondrosyyttien kanssa. Ehkäpä solunulkoisen ioniympäristön vaikutus synteettisiin prosesseihin liittyy myös osittain sen vaikutukseen ECM: n koostumukseen. Hiljattain happamassa väliaineessa olevat aggrekaanin uudet syntetisoidut molekyylit myöhemmin kuin normaaleissa olosuhteissa kypsyvät aggregoituneiksi muodoiksi. On todennäköistä, että kondrosyyttien (esimerkiksi kuorman aikana) pH-arvon aleneminen mahdollistaa uusien syntetisoidut aggreaanien molekyylit päästäkseen interterritoriaaliseen matriisiin.

Kun kuorma poistuu, vesi palaa synoviaalisesta syvennyksestä ja kantaa sen solujen ravinteita. Rusto vaikuttaa nivelrikko, proteoglykaanin pitoisuus alenee, siis, lastaamisen aikana vesi liikkuu paitsi pystysuoraan nivelontelo, mutta myös muihin suuntiin, mikä vähentää tehoa kondrosyytit.

Liikkumattomuudesta tai pieni kuormitus johtaa huomattavaan vähenemiseen synteettisen prosesseissa ruston proteoglykaanipitoisuus ja vaikka kasvu dynaaminen kuormitus aiheuttaa lievää kasvua proteoglykaanisynteesi ja sisällön .. Kovaa harjoitusta (20 km päivässä 15 viikkoa) koirilla aiheutti muutoksen sisällön proteoglykaanien etenkin niiden pitoisuuden voimakas lasku pinta-alueella. Ristin reversiivinen pehmeneminen ja subchondral luun remodeling on tapahtunut. Suuri staattinen kuorma aiheutti kuitenkin rustovaurioita ja sen jälkeistä rappeutumista. Lisäksi Aggrecan ECM: n menettäminen aiheuttaa epänormaaleja muutoksia osteoartroosiin. Agrekanin menettäminen johtaa veden vetäytymiseen ja jäljelle jääneen pieni määrä proteoglykaanien turvotusta. Agrekaanin liukeneminen auttaa vähentämään paikallisen kiinteän latauksen tiheyttä ja lopulta johtaa osmolaarisuuden muutokseen.