Какими свойствами обладает хрящевая ткань
ХРЯЩЕВАЯ ТКАНЬ [textus cartilagineus (LNH)] — разновидность соединительной ткани, выполняет опорную функцию.
Xрящевая ткань входит в состав скелета (см.) в виде хрящевых покрытий суставных поверхностей костей (суставной хрящ), хряща межпозвоночных дисков, реберных хрящей, а также формирует внескелетные опорные структуры (хрящи гортани, трахеи, бронхов, хрящевую часть евстахиевой трубы, хрящевые пластинки ушной раковины, носа и др.).
В эмбриогенезе хрящевая ткань образуется из мезенхимы (см.). Предшественниками хондроцитов являются мало-дифференцированные прохондробласты и хондробласты. Они составляют основную массу закладки хрящевой ткани в процессе гистогенеза, а в дальнейшем присутствуют в надхрящнице. На ранних этапах внутриутробного развития почти весь скелет высших позвоночных и человека является хрящевым. В этот период хрящевая ткань составляет до 45% веса (массы) тела. В процессе антенатального и раннего постнатального развития хрящевая ткань в основном замещается костной тканью (см. Кость), в результате чего у взрослого человека масса всех хрящевых образований не превышает 2% массы тела.
Все хрящевые образования за исключением суставного хряща покрыты надхрящницей, состоящей из плотной волокнистой соединительной ткани, богатой сосудами. Надхрящница обеспечивает рост и питание хряща. Кроме того, питание суставного хряща осуществляется при активном участии синовиальной жидкости (см.), находящейся в суставной полости.
Хрящевая ткань состоит из хондроцитов (хрящевых клеток) и хрящевого матрикса. Хондроциты представляют собой крупные клетки овальной или округлой формы с небольшими отростками. В зависимости от степени зрелости различают хондроциты нескольких типов. Хондроцит I типа — молодая активная клетка с высокими показателями синтеза ДНК, обладающая способностью к митозу (см.). Зрелые хондроциты II и III типа содержат в цитоплазме хорошо развитую эндоплазматиче-скую сеть и комплекс Гольджи, активно продуцируют и секретируют коллаген, гликопротеиды, протеогликаны. Для них характерен амитотический тип деления (см. Амитоз).
В зрелом хряще присутствуют также пузырчатые сильно вакуолизированные разрушающиеся клетки, окончившие свой жизненный цикл. Хондроциты находятся в полостях (лакунах) матрикса изолированно или группами, образовавшимися в результате деления одной клетки (изогенные группы). Стенки лакуны представляют собой плотный волокнистый коллагеновый каркас (так наз. перицеллюлярную корзину), который защищает клетки от механических воздействий. Внутри лакуны хондроциты окружены тонкофибриллярным богатым водой основным веществом.
В хрящевом матриксе различают волокна и основное вещество. Волокнистыми компонентами хрящевого матрикса являются коллаген II типа, эластин, белки неколлагеновой природы, гликопротеиды, протеогликаны. Макромолекулы коллагена образуют волокнистые структуры при взаимодействии с гликопротеидами и протеогликанами.
Основное вещество состоит из протеогликанов и гликопротеидов и не является аморфным. Выявлена строгая ориентация, упорядоченность в расположении макромолекул и их агрегатов; векторами ориентации являются как направление волокон коллагена, так и расположение хондроцитов.
Хрящевой ткани свойственна четкая упорядоченность во взаимном расположении клеток и матрикса. В ней принято различать территориальные и межтерриториальные участки. Территориальные участки образованы изогенными группами клеток, окруженных основным веществом и ограниченных волокнистым каркасом циркулярно расположенных коллагеновых волокон. Межтерриториальные участки представлены пучками волокон с прослойками основного вещества, ориентированных соответственно вектору силовых линий распределения нагрузки.
В зависимости от преобладания тех или иных волокнистых компонентов и степени маскировки их гомогенным основным веществом принято различать гиалиновый, волокнистый и эластический хрящи. Наиболее часто в организме встречается гиалиновый хрящ. Гиалиновыми являются суставные и реберные хрящи, а также хрящи носа, гортани (щитовидный и перстневидный), эпифизарный хрящ длинных трубчатых костей, хрящи трахеи и бронхов. Нативный гиалиновый хрящ — плотный, упругий, жемчужно-белый (стекловидный), что связано со значительным содержанием в нем гомогенного основного вещества, богатого протеогликанами, при удалении которых выявляется волокнистый коллагеновый каркас.
Для волокнистого хряща характерно наличие выраженных пучков коллагеновых волокон, а также гетерогенность клеток (наряду с хондроцитами в нем присутствуют и фибробласты). Из волокнистого хряща построены межпозвоночные диски, непрерывные соединения (синхондрозы), а также участки сухожилий и связок в месте их прикрепления.
Эластический хрящ обнаруживается в ушной раковине, надгортаннике, рожковидных и черпаловидных хрящах гортани. Он отличается большим содержанием в матриксе эластических волокон и не подвергается обызвествлению.
Своеобразной разновидностью хрящевой ткани является хондроидная ткань стромы сердца, сохраняющаяся в отдельных участках фиброзных колец у взрослых.
Регенерация хрящевой ткани осуществляется за счет малодифференцированных клеток надхрящницы, а также, по-видимому, благодаря способности хондроцитов при определенных условиях к митотическому делению.
Биохимия хрящевой ткан и химический состав хрящевой ткани в связи с бедностью клетками практически полностью определяется составом ее матрикса, или межклеточного вещества (см.). Хрящевая ткань богата водой (более 70%); сухой остаток составляет около 30%, в нем содержится примерно 50% коллагена (см.), причем специфическим для хрящевой ткани является коллаген II типа, молекулы которого состоят из трех одинаковых полипептидных альфа-цепей. Кроме того, в хрящевой ткани содержится несколько своеобразных, так называемых минорных, коллагенов. В нормальном гиалиновом хряще коллаген II типа составляет основную массу коллагена, в эластическом и фиброзном хрящах наряду с коллагеном II типа присутствует также коллаген I типа. В суставных хрящах концентрация коллагена наиболее высока в поверхностном слое.
Другим компонентом хрящевой ткани являются гликозаминогликаны (см. Мукополисахариды), суммарное содержание которых в эмбриональном периоде достигает 25% сухого остатка, затем постепенно снижается и в пожилом возрасте составляет 14%. Сульфатированные гликозаминогликаны — хондроитинсульфаты (см. Хондроитинсерные кислоты) и кератансульфат — присоединены к так наз. стержневому белку и образуют макромолекулы протеогликанов (протеинполисахаридов, хондромукопротеинов) массой 1 000 000 — 3 000 000. Особенностью хрящевой ткани является то, что протеогликаны соединяются с помощью гиалуроновой кислоты (см. Гиалуроновые кислоты) в агрегаты массой до 50 000 000 — 100 000 000. Агрегаты протеогликанов удерживают в связанном состоянии основную часть содержащихся в хрящевой ткани воды и растворов электролитов, благодаря осмотическому эффекту способствуют поддержанию коллагенового каркаса в расправленном состоянии и обеспечивают диффузию веществ в хрящевую ткань, не содержащую кровеносных сосудов.
Белки неколлагеновой природы составляют 10—20% сухого остатка, в том числе белки, связанные с гликозаминогликанами 7 — 13%, структурные гликопротеиды (см.) и липопротеиды (см.) 3 — 7%, липиды (см.) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (см.) 1,3—1,8%. Клетки и матрикс хрящевой ткани содержат также гликоген (см.), а хрящевая ткань эпифизарных отделов костей — фосфорно-кальциевые соли.
Обмен веществ в хрящевой ткани в связи с отсутствием васкуляризации осуществляется хондроцитами (благодаря физическим свойствам и специфическому строению матрикса) и обеспечивается энергией за счет гликолиза (см.), протекающего преимущественно по анаэробному типу. Обмен веществ весьма интенсивен в период роста, особенно в эпифизарных хрящах, но затем резко замедляется, и зрелая хрящевая ткань характеризуется выраженной метаболической инертностью. Xрящевая ткань обладает способностью к обратимой деформации в условиях значительных механических нагрузок, а также слабой иммунологической реактивностью в связи со способностью гидратированного матрикса задерживать и изолировать антигены.
В процессе старения организма в хрящевой ткани уменьшается концентрация протеогликанов, а следовательно, и стелень гидратированности матрикса.
В хондроцитах накапливаются гликоген и липиды, уменьшаются размеры комплекса Гольджи (см. Гольджи комплекс) и эндоплазматической сети (см. Эндоплазматический ретикулум), а также число митохондрий (см.). Клетки вакуолизируются и гибнут, а лакуны заполняются основным веществом. В матриксе откладываются соли кальция и уменьшается содержание воды, что ведет к потере хрящом эластодинамических свойств.
В патологических условиях обмен веществ в хрящевой ткани нарушается: повышается активность протеолитических ферментов, интенсифицируются катаболические и биосинтетические процессы, происходит нарушение структуры и агрегации протеогликанов, появляются несвойственные хрящевой ткани коллагены, отмечаются отложение пигментов и избыток липидов.
Патология хрящевой ткани включает пороки развития (см. Хондрогенез несовершенный, Хондродисплазия); повреждения (см. Коленный сустав, Микротравма, Позвоночник, Радикулит, Суставы); заболевания (см. Артриты, Артрозы, Артропатия, Бехтерева болезнь, Кенига болезнь, Остеоартрит, Остеохондрит, Перихондрит, Рахит, Хондрит), опухоли (см. Хондробластома, Хондрома, Хондромиксоидная фиброма, Хондросаркома).
Библиогр.: Жаденов И. И. и Пастель В. Б. Обменные процессы в суставном хряще в норме (возрастной аспект) и при патологии (остеоартроз), Ортоп. и травмат., № 3, с. 65, 1982, библиогр.; Многотомное руководство по ортопедии и травматологии, под ред. Н. П. Новаченко, т. 1, с. 427, 606, М., 1967; Многотомное руководство по патологической анатомии, под ред. А. И. Струкова, т. 5, с. 234, 433, М., 1959; Павлова В. Н. Синовиальная среда суставов, с. 155, М., 1980; Рейнберг С. А. Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов, кн. 1, М., 1964; Слуцкий Л. И. Биохимия нормальной и патологически измененной соединительной ткани, Л., 1969; Тагер И. Л. Рентгенодиагностика заболеваний позвоночника, с. 101, М., 1983; Франке К. Спортивная травматология, пер. с нем., с. 74, М., 1981; Хэм А. и Кормак Д. Гистология, пер. с англ., т. 3, М., 1983; KneseK. -H. Stiitzgewebe und Skelett-system, В. u. а., 1979; Thompson R. С. a. Robinson H. J. Articular cartilage matrix metabolism, J. Bone Jt. Surg. v. 63-A, p. 327, 1981.
В. H. Павлова (ан., гист., эмбр.), Л. И. Слуцкий (биохим.).
В теле человека хрящевые ткани служат опорой и связью между структурами скелета. Выделяют несколько типов хрящевых структур, каждый из которых имеет свое местоположение и выполняет свои задачи. Скелетная ткань подвергается патологическим изменениям вследствие интенсивных физических нагрузок, врожденных патологий, возраста и других факторов. Чтобы уберечь себя от травм и заболеваний, нужно принимать витамины, препараты кальция и не травмироваться.
Значение хрящевых структур
Суставной хрящ скрепляет скелетные кости, связки, мышцы и сухожилия в единую опорно-двигательную систему. Именно этот тип соединительной ткани обеспечивает амортизацию во время движения, уберегая позвоночник от повреждений, предотвращая переломы и ушибы. Функция хрящей — делать скелет упругим, эластичным и гибким. Кроме того, хрящи составляют опорный каркас для многих органов, оберегая их от механических повреждений.
Вернуться к оглавлению
Особенности строения хрящевой ткани
Удельный вес матрикса превышает суммарную массу всех клеток. Общий план строения хряща состоит из 2-х ключевых элементов: межклеточного вещества и клеток. Во время гистологического изучения образца под линзами микроскопа клетки располагаются на сравнительно меньшем проценте площади пространства. Межклеточное вещество содержит порядка 80% воды в составе. Строение гиалинового хряща обеспечивает его главную роль в росте и движении сочленений.
Вернуться к оглавлению
Межклеточное вещество
Прочность хряща определяется его строением.
Матрикс, как орган хрящевой ткани, неоднороден и содержит до 60% аморфной массы и 40% волокон хондрина. Фибриллы по гистологии напоминают коллаген кожи человека, однако отличаются более хаотичным размещением. Основное вещество хряща состоит из комплексов белка, глюкозаминогликанов, соединений гиалуронана и мукополисахаридов. Эти компоненты обеспечивают прочные свойства хрящевой ткани, сохраняя ее проницаемой для необходимых нутриентов. Есть капсула, ее название — надхрящница, это источник элементов регенерации хряща.
Вернуться к оглавлению
Клеточный состав
Хондроциты расположены в межклеточном веществе довольно хаотично. Классификация делит клетки на недифференцированные хондробласты и зрелые хондроциты. Предшественники образовываются надхрящницей, а по мере продвижения в глубже расположенные шары ткани клетки дифференцируются. В хондробластах вырабатываются ингредиенты матрикса, к которым относятся белки, протеогликаны и глюкозаминогликаны. Молодые клетки путем деления обеспечивают интерстициальный рост хряща.
Хондроциты, расположенные в глубинных шарах ткани, группируются по 3—9 клеток, известные как «изогенные группы». Этот зрелый тип клеток имеет небольшое ядро. Они не делятся, а скорость их обмена веществ сильно снижена. Изогенная группа охвачена переплетенными коллагеновыми волокнами. Клетки в этой капсуле разделены молекулами протеинов и имеют многообразную форму.
При дегенеративно-дистрофических процессах появляются многоядерные клетки хондрокласты, которые разрушают и поглощают ткани.
Таблица представляет основные отличия структуры типов хрящевых тканей:
| Вид | Особенности |
|---|---|
| Гиалиновый | Тонкие волокна коллагена |
| Имеет базофильную и оксифильную зоны | |
| Эластический | Состоит из эластина |
| Очень гибкий | |
| Имеет ячеистую структуру | |
| Фиброзный | Сформирован из большого количества коллагеновых фибрилл |
| Хондроциты сравнительно более крупного размера | |
| Прочный | |
| Способен выдержать большое давление и сжатие |
Вернуться к оглавлению
Кровоснабжение и нервы
Ткань не снабжается кровью из собственных сосудов, а получает ее методом диффузии из рядом расположенных.
Благодаря очень плотной структуре хрящи не имеют кровеносных сосудов даже самого мелкого диаметра. Кислород и все необходимые для жизнедеятельности и функционирования питательные вещества поступают методом диффузии из рядом расположенных артерий, надхрящницы или кости, а также извлекаются из синовиальной жидкости. Продукты распада также выводятся диффузно.
В верхних шарах надхрящницы находится только небольшое количество отдельных ответвлений нервных волокон. Таким образом, нервный импульс не формируется и не распространяется при патологиях. Локализация болевого синдрома определяется только тогда, когда болезнь разрушает кость, а структуры хрящевой ткани в суставах практически полностью уничтожены.
Вернуться к оглавлению
Разновидности и функции
В зависимости от типа и взаиморасположения фибрилл гистология выделяет такие виды хрящевой ткани:
- гиалиновую;
- эластическую;
- волокнистую.
Каждый вид характеризуется определенным уровнем упругости, устойчивости и плотности. Местонахождение хряща определяет его задачи. Основная функция хрящей — обеспечение прочности и стабильности соединений частей скелета. Гладкий гиалиновый хрящ, который встречается в суставах, делает возможным совершать движения костей. Благодаря своему внешнему виду он называется стекловидным. Физиологическое соответствие поверхностей гарантирует плавное скольжение. Особенности строения гиалинового хряща и его толщина делают его составной частью ребер, колец верхних дыхательных путей.
Форма носа образуется эластичным типом хрящевой ткани.
Эластический хрящ образовывает внешность, голос, слух и дыхание. Это относится к структурам, которые находятся в остове бронхов малого и среднего калибра, ушных раковин и кончике носа. Элементы гортани участвуют в образовании личного и неповторимого тембра голоса. Волокнистый хрящ связывает скелетные мышцы, сухожилия и связки со стекловидным хрящом. Из фиброзных структур построены межпозвоночные и внутрисуставные диски и мениски, ими покрыты височно-нижнечелюстное и грудино-ключичное сочленения.
Вернуться к оглавлению
Развитие и дифференциация клеток
Около 2% веса взрослого человека образованы хрящевой тканью.
Гистогенез хрящевой ткани происходит во внутриутробном периоде в несколько фаз. Сперва соединительная ткань насыщается водой, клетки мезенхимы становится круглыми и начинают вырабатывать компоненты матрикса. Далее, клетки дифференцируются на хондроциты и хондробласты. Хондроциты окружены слоем молодого основного вещества. Они делятся ограниченное количество раз, образуя изогенную группу. Хондробласты остаются на поверхности ткани. Эмбриональный гистогенез хрящевых и костных тканей завершается образованием структур с четким разделением на зоны.
Вернуться к оглавлению
Возрастные изменения и травмы
С возрастом эта ткань все медленнее восстанавливается, начинают преобладать дегенеративные процессы.
Вследствие уменьшения скорости обменных процессов в связи со старением организма концентрация питательных веществ, протеогликанов и воды в хряще снижается, он становится более рыхлым и хрупким. Уменьшается эластичность, процессы регенерации и развития хрящевой ткани замедляются, возникает разрушение структур, дегенеративные заболевания и воспаление. Способность клеток к размножению резко сокращается.
С возрастом образование и концентрация гиалуроновой кислоты и глюкозаминогликанов уменьшается, что приводит к развитию дегенеративно-дистрофических изменений и заболеваний. Когда ткань разрушена, она заполняется веществом волокнистого типа и коллагеном. В матриксе формируются кальцинаты, химическая природа хряща изменяется, а ткань становится непрозрачной, твердой и ломкой. Врастание кровеносных сосудов может сопровождаться костеобразованием.
Если разрушить сустав механическим воздействием, восстановление будет проходить за счет соединительной ткани, способной к превращению в хрящ. Глубина поражения определяет источник регенерации: восстановление обеспечивается размножением хондроцитов изогенных групп и камбиальных клеток околохрящевой кости. Разрушение может иметь наследственные причины: врожденные аномалии развития или дисплазии соединительной ткани.
Вернуться к оглавлению
Лечение и профилактика
Когда разрушаются хрящевые структуры суставов, рекомендуется употреблять желатин, содержащийся в агар-агаре, холодце, заливной рыбе, желе. Он благотворно влияет на структуру ткани. Когда развились воспалительные процессы, рекомендуется обратиться к доктору и пройти полный курс обследования. Замедлить и вылечить возрастные изменения и признаки разрушения суставного хряща способен прием биодобавок на основе гиалуроновой кислотой — стимулятор регенерации хряща. Препараты называются хондропротекторы, состоят из элементов хрящевой ткани и могут приниматься в виде таблеток, порошков и инъекций.