7- Kraakbeen 2324.pptx

KRAAKBEE N verrijkt met: - glycosaminoglycanen Kraakbeen = extracellulaire matrix - proteoglycanen - collageen > interactie met: - elastische vezels 3 vormen van kraakbeen met een samenstelling in functie van de locale biomechanische noden Functies (1)gespecialiseerd BW met een goede consistentie va...

KRAAKBEE N verrijkt met: - glycosaminoglycanen Kraakbeen = extracellulaire matrix - proteoglycanen - collageen > interactie met: - elastische vezels 3 vormen van kraakbeen met een samenstelling in functie van de locale biomechanische noden Functies (1)gespecialiseerd BW met een goede consistentie van de extracellulaire matrix => mechanische stress zonder permanente vervorming (2)Verbindt botten/ vormt een lagering voor gewrichten:glad oppervlak en veerkrachtig => shock-absorptie en glijden van oppervlakten in gewrichten >> facilitering van bot beweging (3) essentieel voor de ontwikkeling en groei van lange Distribution of cartilage in adults. (a) There are three types of adult cartilage distributed in many areas of the skeleton, particularly in joints and where pliable support is useful, as in the ribs, ears, and nose. Cartilage support of other tissues throughout the respiratory tract is also prominent. The photomicrographs show the main features of (b) hyaline cartilage, (c) elastic cartilage, and (d) fibrocartilage. Dense connective tissue of perichondrium is shown here with hyaline and elastic cartilage. Figure 7–1. Photomicrograph of hyaline cartilage. The extracellular matrix was previously digested with papain to enhance the oriented aggregates of variously disposed collagen type II fibrils. These aggregates appear as black areas. Picrosirius– polarized light stain. Medium magnification. kraakbeen = chondrocyten (cellen) en extensieve extracellulaire matrix (vezels en grondsubstantie) Chondrocyten: synthetiseren en secreteren de extracellulaire matrix => liggen in holten van de matrix (lacunae) Hoofd bestanddelen: Collagee n Hyaluronzuur Proteoglycanen Glycoproteïnen (kleine hoeveelheid) In elastisch kraakbeen : elastine Figure 7–2. Photomicrograph of hyaline cartilage. Chondrocytes are located in matrix lacunae, and most belong to isogenous groups. The upper and lower parts of the figure show the perichondrium stained pink. Note the gradual differentiation of cells from the perichondrium into chondrocytes. H&E stain. Low magnification. De veerkracht van de kraakbeenmatrix berust op (1) electrostatische bindingen tussen: Collagene vezels GAG zijketens van het centrale eiwit van de proteoglycanen (2)Het vasthouden van water door de (-) geladen GAG ketens van de proteoglycanen (3) De buigbaarheid en onderlinge verschuifbaarheid van collagene vezels. Figure 7–3. Schematic representation of molecular organization in cartilage matrix. Link proteins noncovalently bind the protein core of proteoglycans to the linear hyaluronic acid molecules. The chondroitin sulfate side chains of the proteoglycan electrostatically bind to the collagen fibrils, forming a cross-linked matrix. The oval outlines the area shown larger in the lower part of the figure. The structure of cartilage matrix and cells. (a)A schematic representation of the most abundant molecules in cartilage matrix shows the interaction between type II collagen fibrils and proteoglycans linked to hyaluronan. Link proteins noncovalently bind the protein core of proteoglycans to the linear hyaluronan molecules. The chondroitin sulfate side chains of the proteoglycan electrostatically bind to the collagen fibrils, forming a cross-linked matrix. The circled area is shown larger in the lower part of the figure. Physical properties of these matrix components produce a highly hydrated, pliable material with great strength. Approximately 75% of the wet weight of hyaline cartilage is water. (b)A diagram of the transitional area between the perichondrium and the cartilage matrix. Fibroblast-like progenitor cells in the perichondrium give rise to larger chondroblasts, which divide and differentiate as chondrocytes. These functional cells produce matrix components and exist in lacunae surrounded by the matrix. The ECM immediately around each lacuna, called the territorial matrix, contains mostly proteoglycans and sparse collagen; that more distant from lacunae, the interterritorial matrix, is richer in collagen and Vormen van kraakbeen: (1)Hyalien kraakbeen (meest voorkomend -matrix met collageen type II) (2) Elastisch kraakbeen (collageen type II en elastine) (3)Vezelig kraakbeen – in regio’s onderhevig aan druk- en trekkrachten (dens netwerk van type I collageen vezels) Additionele eigenschappen: - avasculair > Voeding door >> diffusie uit capillairen in het perichondrium (aanliggend BW) >> synoviaal vocht van gewrichtholtes Perichondrium: kapsel van dicht BW dat het kraakbeen bijna overal omsluit (maar niet op de gewrichtsoppervlakken) > bevat >> vasculair systeem >> zenuwen >> lymphatische vezels Gewrichtskraakbeen heeft geen perichondrium => voeding via de synoviale vloeistof HYALIEN KRAAKBEEN Waar? (7-2) (1) In de articulaire oppervlakten van beweegbare gewrichten (2) in de wand van de ademhalingswegen (3) Ventrale uiteinden van de ribben (4) in de epifysaire schijven (5) Embryonaal tijdelijk skelet HYALIEN KRAAKBEEN Matrix Tot 40% collageen (collageen type II) >Ingebed in een sterk gehydrateerde grondsubstantie van proteoglycanen en structurele glycoproteïnen De proteoglycanen bevatten vooral volgende GAG: > choindroïtine 4-sulfaat > choindroïtine 6-sulfaat > keratansulfaat >> allen zijn covalent gebonden op een centraal eiwit (as-eiwit) Tot 200 van dergelijke proteoglycanen worden niet-covalent gebonden aan lange molecules van hyaluronzuur (7-3) >proteoglycaanaggregaten gaan een electrostatische binding aan met collageen De grote hoeveelheid water (gebonden aan de (-) GAG werkt HYALIEN KRAAKBEEN Matrix Structurele glycoproteïne: Chondronectine > bindt specificiek aan GAG en collageen type II >> bevordert de hechting van de chondrocyten aan de extracellulair matrix >> de kraakbeen matrix rond chondrocyten is: >>> rijk aan GAG >>> arm aan collageen >>>> omgevende zone = territoriale matrix of kraakbeenhof (74) >>>> verderaf interterritoriale matrix (meer collageen aanwezig) Figure 7–4. Diagram of the area of transition between the perichondrium and the hyaline cartilage. As perichondrial cells differentiate into chondrocytes, they become round, with an irregular surface. Cartilage (interterritorial) matrix contains numerous fine collagen fibrils except around the periphery of the chondrocytes, where the matrix consists primarily of glycosaminoglycans; this peripheral region is called the territorial, or capsular, matrix. Perichondrium Behalve op de gewrichtsoppervlakken is hyalien kraakbeen aan de buitenzijde omgeven door een laag van dicht bindweefsel (perichondrium) (7-4) > essentieel voor de groei en het in stand houden van het kraakbeen > rijk aan collageen type I > bevat cellen die op fibroblasten lijken die kunnen differentiëren tot chondroblasten en chondrocyten Hyaline cartilage. (a)The upper part of the photo shows the perichondrium (P), an example of dense connective tissue consisting largely of type I collagen. Among the fibroblastic cells of the perichondrium are indistinguishable mesenchymal stem cells. There is a gradual transition and differentiation of cells from the perichondrium to the cartilage, with some elongated fibroblast-like cells becoming larger and more rounded as chondroblasts and chondrocytes (C). These are located within lacunae surrounded by the matrix (M) which these cells secreted. (X200; H&E) (b)The thin region of hyaline cartilage shown here has perichondrium (P) on both sides and shows larger lacunae containing isogenous groups of chondrocytes (C) within the matrix (M). Such groups of two, four, or more cells are produced by mitosis; the cells will separate into individual lacunae as they begin to secrete matrix. Territorial matrix immediately around the chondrocytes is more basophilic than interterritorial matrix farther from the cells. (X160; H&E) Chondrocyten Aan de buitenkant van hyalien kraakbeen: > jonge chondrocyten met een elliptische vorm >> hun lengte as parallel aan het oppervlak Verder naar binnen toe: > bolvormig > in groepjes tot 8 cellen (chondronen) >> isogene groepen (afkomstig via mitotische deling van één enkele chondrocyt) De chondrocyten vullen de lacuna volledig (7-5) > ze synthetiseren collageen >ze synthetiseren matrix molecules (proteoglycanen, hyaluronzuur en chondronectine) Ze bevatten een RER, GC, glycogeenkorrels, vetdruppels Figure 7–5. Electron micrograph of fibrocartilage from a young animal, showing 3 chondrocytes in their lacunae. Note the abundance of rough endoplasmic reticulum. Chondrocytes synthesize the cartilage matrix. Fine collagen fibers, sectioned in several places, are prominent around the chondrocytes. x3750. Histofysiologie Lage zuurstofspanning (geen capillairen) > anaerobe glycolyse => productie van melkzuur Voedingstoffen uit de bloedvaten van het perichondrium door diffusie door het water van de matrix en de afwisselende compressie en decompressie van het kraakbeen > dikte van het kraakbeen is gelimiteerd Chondrocyt functioneren (b.v. gesulfateerd GAG productie) (+) GH, thyroxine, testosteron (-) cortison, hydrocortison, estradiol Kraakbeen groei via somatomedine C gevormd in de lever uit somatotropine (hypofysair groeihormoon) Groei Twee manieren: (1)interstitiële groei = mitotische deling van chondroblasten en chondrocyten bv. In epifysaire schijven en aan gewrichtskraakbeen waar cellen en matrix aan het gewrichtsoppervlak geleidelijk wegslijten en geen perichondrium aanwezig is) (2)appositionele groei = differentiatie van perichondriale cellen aan het kraakbeen oppervlak: chondroblasten van het perichondrium prolifereren en worden chondrocyten eens ze omgeven zijn door kraakbeenmatrix Degeneratie en regeneratie Bij veroudering verkalking van de matrix met afsterven van cellen Op jonge leeftijd is regeneratie mogelijk Op latere leeftijd enkel regeneratie vanuit perichondrium > regeneratie is heel dikwijls onvolledig >> cellen uit het perichondrium dringen het defect binnen >>> vormen nieuwe kraakbeencellen >in extensief beschadigde regio’s – wordt heel dikwijls bindweefsel gevormd (door vaatingroei) en geen kraakbeenweefsel Transplantatie: Homoloog versus autoloog VEZELIG KRAAKBEEN Tussenvorm van hyalien kraakbeen en dicht bindweefsel > in tussenwervelschijven > in de aanhechtingen van sommige ligamenten aan het bot > in de symphysis pubis > menisci. Altijd in de buurt van dicht bindweefsel Vezelig kraakbeen bevat chondrocyten (7-8) - alleen - in isogene groepen (parallel aan de vezels van het collageen type I) De collagene vezels > Vormen onregelmatig dooreenlopende of gerichte bundels Orientatie in functie van de krachten > orientatie parallel aan de inwerkende krachten Geen echt perichondrium! Groei door appositie door differentiëring van fibroblastachtige cellen in chondroblasten Figure 7–8. Photomicrograph of fibrocartilage. Note the rows of chondrocytes separated by collagen fibers. Fibrocartilage is frequently found in the insertion of tendons on the epiphyseal hyaline cartilage. Picrosirius-hematoxylin stain. Medium magnification. Tussenwervelschijven Discus Intervertebralis is door ligamenten met 2 wervels verbonden: 2 componenten (1) de annulus fibrosus, rond het vloeibare centrum de (2)nucleus pulposus Intervertebrale schijven => de nucleus pulposus dient als schokbreker om de impacten tussen wervels op te vangen De annulus fibrosus heeft een externe laag van dicht BW => overlappende lagen van vezelig kraakbeen waarbij de spiraalsgewijs gewonden vezels haaks op elkaar staan.  de meerdere lamellae, met een 90° registratie van type I collageen vezels in aanliggende lagen geven de schijf een ongewone veerkracht die bestand is tegen de trekkrachten tussen de wervels  In de posterieure regio zijn minder vezels! De nucleus pulposus ligt in het centrum van de annulus fibrosus => ronde cellen in een waterrijke viskeuze matrix > rijk in hyaluronzuur > type II collagen fibrils Deze matrix dient als een schokbreker die druk overbrengt op de annulus. De nucleus pulposus is groot bij kinderen > wordt kleiner bij het ouder worden > gedeeltelijk vervangen door vezelig kraakbeen HERNIA van de discus intervertebralis Scheuren in de anulus fibrosus Nucleus kan worden leeg gedrukt, tussenwervelschijf platter Bij achterwaarts verplaatsen van de schijf kunnen ruggenmergzenuwen afgeklemd worden => pijn (in het innervatie gebied) + neurologische uitval ELASTISCH KRAAKBEEN Elastic cartilage. The chondrocytes (C) and overall organization of elastic cartilage are similar to those of hyaline cartilage, but the matrix (M) also contains elastic fibers that can be seen as darker components with proper staining. The abundant elastic fibers provide greater flexibility to this type of cartilage. The section in part b includes perichondrium (P) that is also similar to that of hyaline cartilage. (a) X160; Hematoxylin and orcein. (b) X180; Weigert resorcin and van Gieson.