Cartilage hyalin: Croissance et composition

Les différents types de tissus conjonctifs

• Les tissus conjonctifs denses sont l'un des types de tissus conjonctifs.

Tissu conjonctif orienté

• L'observation au microscope électronique révèle une organisation par des fibrilles de collagène.
• Il y a une succession de couches de fibres de collagène qui sont orientées à 90 degrés les unes des autres.
• Un exemple est le tissu conjonctif orienté bitendu (2 directions).
• Les cornéocytes sont des fibroblastes spécialisés de la cornée et ont une forme étoilée.
• Ils sont localisés à l'interface de chaque couche.
• Les cellules sont en contact les unes des autres, au sein d'une couche et la couche précédente.

Tissu à forte prédominance de fibres élastiques

• Ce tissu conjonctif borde les artères élastiques de gros calibres qui subissent de fortes pressions au niveau de la média.

Points à retenir sur les tissus conjonctifs

• Les tissus conjonctifs sont ubiquitaires.
• Une matrice extracellulaire importante est une caractéristique des tissus conjonctifs, jouant un rôle de résistance mécanique.
  • Les cellules conjonctives comprennent des fibroblastes.
  • Les cellules libres ont une fonction de défense immunitaire.
• La matrice extracellulaire se compose de fibres (collagènes et élastiques) et d'une substance fondamentale (GAG, protéoglycane, glycoprotéines d'adhérence).
• Il existe plusieurs formes de tissus conjonctifs.
• De nombreuses fonctions sont réalisées par les tissus conjonctifs, notamment le soutien et la protection, la défense, et la nutrition et le stockage.

Introduction aux tissus cartilagineux

• Les tissus squelettiques et les tissus associés sont des tissus conjonctifs spécialisés d'origine mésenchymateuse.
• Les différents tissus squelettiques sont :
  • Tissu osseux qui contribue à la fonction mécanique et métabolique.
  • Tissu cartilagineux qui contribue à la fonction mécanique et initie la formation osseuse.
  • Articulations qui contribue à la fonction mécanique et permet d'associer l'os et le cartilage.
  • Tendons qui contribuent à la fonction mécanique et assure la connexion entre les muscles et les os (tissu conjonctif dense unitendu).
• Les cartilages ont des propriétés mécaniques particulières permettant une déformabilité tout en étant à la fois solides et élastiques.
• Le cartilage joue un rôle dans l'initiation de l'ossification et dans le développement du squelette.
• La spécialité fonctionnelle des cartilages est due à la composition de la matrice extracellulaire (substance fondamentale + fibres).
  • Les cellules conjonctives permanentes sont les chondrocytes.
  • La matrice extracellulaire a un aspect de gel hydraté = fibres + substance fondamentale.
• Le tissu cartilagineux est recouvert d'un tissu conjonctif : le périchondre.
• Le tissu cartilagineux est non calcifié (exception pour une partie du cartilage de croissance et pour le cartilage articulaire).
• Le tissu cartilagineux n'est ni irrigué, ni innervé.

Organisation générale du cartilage

• Le centre du cartilage est constitué de la matrice extra-cellulaire (MEC) aussi appelée matrice cartilagineuse.
  • Un chondrocyte est logé dans une logette appelée chondroplaste.
  • Il y a des groupements isogéniques = 2 chondrocytes dans un chondroplaste.
  • En périphérie il y a les périchondres (enveloppe qui recouvre le cartilage hyalin) et des adipocytes.
• L'espace interne des chondroplastes est visible sur la deuxième image en raison de la préparation histologique (rétractation des cellules qui normalement occupent tout l'espace).
• Les chondrocytes synthétisent de la matrice cartilagineuse lorsqu'il y a deux chondrocytes dans un chondroplaste pour s'individualiser, ce qui permet la croissance du cartilage.

Les chondrocytes

• Les chondrocytes sont les cellules résidantes du cartilage.
• Les chondrocytes sont des cellules sphériques ou ovoïdes avec un noyau central.
• La membrane plasmique est irrégulière avec des prolongements cytoplasmiques.
• Les chondrocytes ont un réticulum endoplasmique granuleux (REG) développé, ce qui favorise la production protéique intense (production de matrice cartilagineuse) surtout synthétisée par les chondroblastes.
• Ce sont des cellules qui ne se déplaçant pas dans la matrice.
• Ils sont d'origine mésenchymateuse.
  • Ils proviennent d'une cellule souche mésenchymateuse (CMS).
    • Le facteur Runx2 entraîne la différenciation d'une CMS en une cellule ostéoprogénitrice.
    • Les facteurs SOX5, SOX6 ou SOX9 entraînent la différenciation d'une cellule ostéoprogénitrice en chondroblaste puis en chondrocytes.
    • Les facteurs Runx2, Osx et Beta-Caténine entraînent la différenciation d'une cellule ostéoprogénitrice en ostéoblaste.
    • Le facteur PPAR y2 entraîne la différenciation d'une cellule ostéoprogénitrice en adipocyte.
• Des expériences de Knock-out (KO) homozygote pour SOX5 et SOX6 chez des souris entraînent une absence de cartilage, et des expériences de KO chez des souris hétérozygotes entraînent la formation d'un squelette cartilagineux.
• Les récepteurs membranaires favorisent la croissance du cartilage via l'hormone de croissance = GH (growth hormone), IGF1 = insulin-like growth factor 1 et les hormones thyroïdiennes et la testostérone. Ils inhibent la croissance du cartilage via l'estradiol et les corticoïdes (d'où la précaution prise lors de l'administration de traitements aux enfants).

La matrice extracellulaire

• Composition du cartilage :
  • 60 à 80 % d'eau interstitielle (gel hydraté)
  • 15 % de collagènes : ce sont des collagènes fibrillaires (collagène de type II) et des collagènes non fibrillaires (qui permettent la liaison entre les collagènes fibrillaires, résistance à la traction/tension).
  • Absence de collagène I
  • 9 % de protéoglycanes
  • 5 % de glycoprotéines
  • 3 à 5% de cellules
  • Présence de fibres élastiques.
• La proportion de ces éléments détermine les propriétés du cartilage (exemple : le cartilage du pavillon de l'oreille est très élastique car riche en fibres élastiques).
• Substance fondamentale = Acide hyaluronique + protéoglycane (PG) : proteoglycane = agrécanes = corps protéique + glycosaminoglycanes (GAG) = longue chaine d'unités disaccharidiques répétitives.
• Plusieurs PG reliés par l'acide hyaluronique forment le complexe macromoléculaire (chargés négativement, ce, qui entraine une forte pression osmotique et une résistance à la compression et à la déformation).
• Le tissu a une zone péri-cellulaire (zone presque artéfactuelle entre le chondrocyte et le chondroplaste).
• Il y a 2 zones distinctes qui appartiennent à la MEC autour des chondrocytes dans leur chondroplaste (zone territoriale - globe chondroïde (zone foncée), la plus proche des chondroplastes, riche en GAGS (attire l'eau, et pauvre en fibres de collagène) et zone interterritoriale (zone plus claire), plus éloignée des chondroplastes et riche en fibres.
• Entre ces zones territoriales se situe le panier fibreux.
• On note un gradient de pression osmotique (mouvement d'eau avec éléments nutritifs de la périphérie vers les chondrocytes par diffusion, source nutritive).

Le périchondre

• Le périchondre entoure partout le tissu cartilagineux, sauf le cartilage articulaire et le fibrocartilage.
• Il est composé en majorité de collagènes I comme tous les tissus conjonctifs lâches.
• Il est essentiel pour la nutrition (diffusion) du cartilage et la croissance appositionnelle du cartilage.
• On distingue le périchondre interne, le plus proche du cartilage, qui contient des chondroblastes (cellules mésenchymateuses) qui produisent du collagène II : la synthèse de cartilage par les chondroblastes est la couche chondrogène.
• On distingue également le périchondre externe, le plus éloigné du cartilage, qui contient des fibroblastes qui produisent du collagène I = cellules beaucoup plus plates (tissu fibreux vascularisé).

La croissance du cartilage

• Il y a deux modes de croissance du cartilage : la croissance interstitielle et la croissance appositionnelle.
• La croissance interstitielle se fait par mitose des chondrocytes à partir du cœur du cartilage : les deux cellules filles se retrouvent dans une même logette jusqu'à la synthèse d'une cloison les séparant = groupement isogénique (coronaire : les divisions mitotiques se font selon des plans modifiés, ce qui signifie une augmentation du volume/ croissance en épaisseur et sérié , les divisions mitotiques se font selon un même plan, croissance en longueur, cartilage de croissance (croissance des os longs)).
• La croissance appositionnelle se fait à partir des chondroblastes du périchondre interne via la synthèse de la matière vers le cartilage (apposition d'une lamelle, une partie des chondroblastes se retrouvant dans des logettes, devenant des chondrocytes, ce qui permet l'augmentation de la largeur).

La nutrition du cartilage

• Il n'y a pas de vascularisation au niveau du cartilage, mais la nutrition se fait via la vascularisation du périchondre par diffusion et pour le cartilage articulaire à partir du liquide synovial et de l'os sous-chondral et également par diffusion. Au niveau des côtes, il existe des canaux cartilagineux (sorte de trous laissant passer les vaisseaux, c'est uniquement un lieu de passage).

Les différents types de cartilages

• On distingue le cartilage hyalin, le cartilage élastique et le cartilage fibreux.
  • Le cartilage hyalin a une absence de fibres élastiques et une présence de collagènes de type II.
  • Le cartilage élastique a une présence de plus de fibres élastiques dans les zones interterritoriales.
  • Le cartilage fibreux a une présence de collagène de type I (en plus du collagène de type II).
• La différence réside dans la composition de la MEC : collagène de type I apporte plus de résistance mécanique.

Le cartilage hyalin

• C'est le cartilage le plus répandu dans le corps, constitué de collagène de type II sans fibres élastiques.
• On y trouve les chondrocytes (avec vacuoles intracytoplasmiques) dans leurs chondroplastes, ce qui représente l'intégralité de la maquette cartilagineuse (ébauche du squelette pour le développement osseux).
• Le cartilage hyalin résiste à la compression et à la déformation (gel hydraté).
• Le cartilage hyalin permet la croissance osseuse par ossification endochondrale et offre une surface lisse aux articulations grâce à la substance fondamentale.
• Ossification à partir du cartilage hyalin :
  • 1 - Formation du cartilage
  • 2 - Formation de gaine osseuse autour de diaphyse ou du fût diaphysaire
  • 3 - Calcification du milieu : centre d'ossification primaire.
• Localisation : surface articulaire, paroi des voies respiratoires (cloisons nasales, larynx, trachée et bronches (souches)), mais pas au niveau des alvéoles respiratoires (présence du surfactant) et extrémités sternales des côtes.
• Cartilage de conjugaison = Cartilage de croissance (avec groupements isogéniques sériés très développés).
• L'anneau trachéal en forme de U chez l'adulte protège l'œsophage lors de la déglutition, et comprend un épithélium cilié avec des cellules caliciformes et un tissu conjonctif lâche de soutien de l'épithélium et du périchondre externe.

Ce document explore la croissance du cartilage à travers les groupements isogéniques et les mécanismes interstitiels et appositionnels. Il examine l'importance du périchondre dans la régénération, le rôle de la matrice extracellulaire dans la résistance à la compression, et la fonction des chondrocytes dans le maintien de l'intégrité de la matrice.