Malattie dell'apparato locomotore: fisiologia della cartilagine articolare

Fisiologia della Cartilagine Articolare

MALATTIE DELL'APPARATO LOCOMOTORE
Prof Gasparini
Lezione 2 - 08/04/2022
Sbobinatori: Eugenia Marano (I ora), Alessandra Malizia (II ora)
Argomenti: cartilagine articolare, anamnesi, esame clinico ecc ..
Ripassiamo la fisiologia della cartilagine articolare.

È un tessuto composto da:

• cellule della matrice -> a loro volta composte da fibre di collagene sospese nella sostanza
  fondamentale.
• cellule -> che sono i condrociti che formano circa l'1-2% del tessuto e sono molto attive dal
  punto di vista metabolico, con un ricco citoplasma che ha numerosi organuli citoplasmatici, in
  particolare il reticolo rugoso. Queste cellule si organizzano in una unità funzionale chiamata
  condrone che è stata descritta da Benninghoff.

L'unità morfo-funzionale della cartilagine è formata da una o più cellule. Se sono più cellule, tutte
derivano per divisione da un'unica cellula, restano in un certo territorio e sono circondate da una
capsula e hanno competenza metabolica su una certa porzione di matrice circostante questa o queste
cellule; quindi il turnover che c'è all'interno della matrice di quel settore è governato da quel
condrone.

La parte collagenica è formata principalmente da

• collagene di tipo II, che è quello di sostegno della struttura - collagene di tipo VI.
  Ci sono poi i proteoglicani nella matrice e una serie di glicoproteine.
  Tutte queste sostanze vengono secrete attivamente e continuamente dal condrocita perché la matrice
  viene costantemente rinnovata, quindi la vita metabolica è pressoché perenne.
  Intorno alla cellula si può notare una zona addensata (che fa parte della matrice),una sorta di guscio
  che funge da protezione.
  Il collagene di tipo VI sopracitato non ha funzione di sostegno; lo troviamo solo nella capsula
  condrocitaria dove ha la funzione di trasduttore meccanico.

Composizione della Sostanza Fondamentale

La sostanza fondamentale è composta da proteoglicani che hanno la caratteristica di essere
estremamente idrofili. In essa si trova infatti una quantità d'acqua compresa tra 67-85%. C'è una
bella forbice tra questi due numeri, questo perché in base al lavoro che svolge la cartilagine in un
determinato momento ci sarà bisogno di un diverso grado di idratazione. Nonostante ci nella
cartilagine di un giovane si trova comunque più acqua che nella cartilagine di un anziano.

I proteoglicani sono macromolecole piuttosto complesse: su una catena polipeptidica aggregano i
glicosamminoglicani cioè condroitinsolfato A e condroitinsolfato B e il cheratansolfato.
condroitinsolfato A
condroitinsolfato B
cheratansolfato
glicosaminoglicani
I proteoglicani di una specie sono simili ma comunque diversi da
quelli di un'altra specie. Nell'uomo abbiamo questa configurazione
raffigurata nell'immagine. I pallini gialli che si vedono
nell'immagine rappresentano i siti di legame che sono specifici, la
disposizione degli elementi in questa macromolecola non è casuale
ma è voluta.proteoglicani
In realtà nella cartilagine li troviamo sotto forma di globuli (i pallini
neri cerchiati di giallo nell'immagine a fianco). Questo perché su
quella catena si aggrega una grossa quantità di acqua e di
conseguenza assumono questa forma tondeggiante.
Essi aggregano tanta acqua perché sono dotati nella porzione
periferica della catena di cariche elettriche negative che attraggono
l'acqua. Attraverso questo meccanismo i proteoglicani regolano la
quantità di acqua che un tessuto trattiene in un determinato momento.
Il volume della cartilagine dipende dal contenuto idrico in essa contenuto.
Una cartilagine malata non produrrà proteoglicani in quantità e qualità adeguati.

Aggregani e Struttura Cartilaginea

I proteoglicani sono prodotti dai condrociti e vengono dismessi nell'ambiente circostante attraverso
esocitosi e si aggregano su macromolecole di acido ialuronico. C'è una catena, di norma molto
lunga, sulla quale i proteoglicani migrano con dei legami determinati e quindi con una geometria ben
definita andando a definire i cosiddetti aggregani.
aggrecani
20-100 Å
Gli aggregani sono formati, quindi, da un asse di acido ialuronico sul quale sono aggregate in una
sequenza determinata le macromolecole di proteoglicani.
Come si può vedere dall'immagine, nella struttura si creano dei pori di diametro ben definito (20-100
Angstrom); essi sono necessari per far passare sia le sostanze nutritive che i prodotti del catabolismo
cartilagineo. Se immaginiamo l'immagine in tre dimensioni questi pori sono in realtà dei canalicoli
che si aprono sulla superficie della cartilagine bagnata dal liquido sinoviale.

Resistenza Meccanica della Cartilagine

La resistenza meccanica della cartilagine è data dal collagene di tipo II, che è a sua volta organizzato
in maniera definita. Le fibrille di collagene sono sempre prodotte dal condrocita e vengono liberate
all'esterno della capsula condrocitaria attraverso esocitosi. All'esterno della cellula si aggregano tra
di loro e vanno a formare le fibre di collagene. Quindi: l'unità di base è la fibrilla, che ha una
dimensione minore; poi abbiamo le fibre, più lunghe, che raggiungono una lunghezza anche di
millimetri. Queste fibre hanno un loro percorso nel tessuto e quando incontrano una cellula deviano
ma non si interrompono, quindi in periferia, intorno alla cellula, si trovano ammassate e con questo
meccanismo di accollamento di fibre di collagene si crea la capsula che avvolge e protegge la cellula.
A questo livello si trovano anche le fibre di collagene di tipo VI che completano la struttura della
capsula. Le fibre di collagene partono dalla superficie subcondrale (la parte gialla nella terza
immagine) e arrivano alla superficie, a livello della quale curvano formando degli archi che si
intersecano tra di loro come mostrato in figura; ovviamente la struttura va immaginata in 3
dimensioni. In questa struttura se andiamo dalla superficie alla profondità il numero e il volume
(volume maggiore= attività metabolica maggiore) delle cellule aumenta, quindi abbiamo poche
cellule in superficie e tante cellule nello strato più profondo. I proteoglicani sono rappresentati in
egual maniera in tutti gli strati ma ne varia il peso molecolare:

• strato più superficiale -> proteoglicani basso peso molecolare
• strato più profondo -> proteoglicani alto peso molecolare (volume maggiore).

Le fibre di collagene aumentano di dimensione man mano che si va in profondità. Facendo il
percorso inverso ovvero andando dallo strato più profondo a quello superficiale, man mano che ci
avviciniamo alla superficie avremo:

• più quantità di acqua, perché essendo (in questo strato) i proteoglicani più piccoli c'è più
  superficie a disposizione per assorbire l'acqua
• più collagene, perché la fibre sono più sottili ma si intrecciano, quindi saranno più numerose.

Giunzione Condro-Ossea

Nel disegno precedente è rappresentato in giallo l'osso subcondrale e al di sopra la parte celeste della
cartilagine. La zona di giunzione tra queste due zone si chiama giunzione condro-ossea, che ha una
particolarità: è ondulata. I due tessuti non sono legati ma c'è solo un incastro creato dalle ondulazioni
di questa giunzione che ha uno spessore che rappresenta una piccola percentuale dello spessore della
cartilagine (5-7%) ed è la zona in arancione scuro nell'immagine che fa da tramite tra la zona rosso
scuro dell'osso e la zona superiore della cartilagine. La parte arancione è cartilagine calcificata (non
ossificata) presente nella cartilagine basale.
giunzione condro-ossea
proprietà meccaniche
spessore 5-10%
Quindi abbiamo:

• OSSO
• cartilagine calcificata
  (meno
  rigida dell'osso ma più rigida della
  cartilagine non calcificata)
• cartilagine non calcificata

Il
tessuto
cartilagineo può essere
paragonato a un materiale composito, che si ottiene fisicamente unendo materiali diversi, ciascuno
con delle proprie caratteristiche tali per cui il materiale che si ottiene non ha caratteristiche che sono
la somma delle caratteristiche dei materiali ma un qualcosa di nuovo che scaturisce dall'interazione
dei vari materiali. Un esempio è il cemento armato, formato da materiali diversi che gli conferiscono
determinate caratteristiche. Questo discorso può essere applicato alla cartilagine articolare.
La zona profonda è quella in cui prevale il materiale solido-poroso, perché c'è meno acqua e maggior
dimensione di collagene con funzione meccanica di sostegno.
La zona superficiale, in cui c'è maggior quantità di collagene e più ricca di acqua, quindi più fluida.

Proprietà Meccaniche e Idrostatica

Le proprietà meccaniche della cartilagine articolare dipendono dallo stato di idratazione dei
proteoglicani, dalla quantità di acqua contenuta nel tessuto. La quantità di acqua presente nel tessuto
determina una pressione idrostatica. Essa costituisce dal punto di vista meccanico un sistema
precaricato, ovvero ha dell'energia potenziale accumulata disponibile per diventare energia
efficiente. Esempio: se io ho un pallone sgonfio e lo faccio cadere per terra non succede nulla. Se
faccio cadere a terra un pallone gonfio rimbalza perché precaricato da energia potenziale che si
trasforma in energia cinetica. La cartilagine funziona allo stesso modo, solo che nel pallone c'è aria e
nella cartilagine c'è acqua; i proteoglicani si gonfiano grazie all'acqua e mettono in tensione le fibre
come l'aria nel pallone.
Quando io la mattina mi alzo carico la cartilagine, quindi la schiaccio, la comprimo, e i proteoglicani
si sgonfiano, con l'acqua che rientra nei canalicoli con riduzione del contenuto idrico. Il suddetto
meccanismo di entrata e uscita dell'acqua avviene nel cavo articolare che è a contatto col liquido
sinoviale. È attraverso questo meccanismo che la cartilagine risponde al carico. Esso non è
prettamente elastico, non c'è una dilatazione successiva alla compressione; c'è un tempo che ènecessario all'acqua per uscire o entrare. È vero che dallo stato di partenza modifica il suo spessore
ma poi recupera lo stato di partenza. Quindi è apparentemente elastico ma siccome lo fa in un tempo
non immediato si chiama comportamento visco-elastico, perché ha il comportamento di un
materiale a metà tra viscoso ed elastico.

Aspetti Clinici e Anamnesi

Veniamo agli aspetti clinici:
L'esame clinico deve partire da una accurata raccolta anamnestica che spesso ci permette di fare od
avvicinarsi alla diagnosi. Successivamente si passa ad un esame obiettivo generale almeno dal punto
di vista muscoloscheletrico. Se il paziente lamenta un
esame clinico
sintomo relativo ad una ragione anatomica specifica si passa
ad un esame obiettivo distrettuale che spesso richiede l'uso di
anamnesi
manovre semeiologiche specifiche per quel singolo distretto o
esame obiettivo generale
per specifica patologia.
esame obiettivo distrettuale
L'anamnesi può essere:

• familiare
• personale
• patologica remota, ovvero le patologie che possono
  fungere da cofattori nella patologia di nostro interesse, o
  comunque essere di ostacolo
• patologica prossima, relativa al motivo per cui il paziente
  si rivolge a noi, quindi non inteso come recente, perché
  il paziente potrebbe venire da noi a causa di una
  patologia che lo affligge da anni.

Il Dolore nell'Anamnesi

Nell'anamnesi è bene rivelare un sintomo che è sempre
presente cioè il dolore: durata, intensità, se ha un ritmo
durata
circadiano, se ci sono movimenti che lo provocano, se è
presente a riposo, se ha fatto uso di farmaci (es.
antidolorifici) e quale effetto hanno avuto. Per valutarne
l'intensità può essere utile utilizzare le scale (es. da 0 a 10
o da o a 100). È importante anche monitorarlo per vedere come e se evolve.
anamnesi
familiare
personale fisiologica
patologica remota
patologica prossima
anamnesi
dolore
intensità
ritmo circadiano
i fattori scatenanti
suscettibilita ai farmaci
Raccogliere in maniera completa l'anamnesi aiuta molto nel definire la diagnosi.

Esame Obiettivo e Piani Anatomici

Dal punto di vista dell'esame obiettivo bisogna valutare l'atteggiamento del corpo del paziente nello
spazio. Individuiamo:

• un piano frontale o coronale, che divide la sezione
  anteriore dalla posteriore del corpo passando da una spalla
  all'altra. Anche se in realtà con piano coronale si intendono
  anche tutti i piani paralleli a questo (es. piano coronale che
  passa dalle scapole)
• un piano sagittale, che divide idealmente il lato destro
  del corpo dal sinistro. In realtà anche in questo caso si
  considerano anche tutti i piani paralleli ad esso.
• piano trasversale o orizzontale, che divide la metà
  superiore da quella inferiore. Ancora una volta bisogna
  considerare piano orizzontale tutti i piani paralleli ad esso.
  Piano Frontale
  o Coronale
  Piano Sagittale
  - Piano Orizzontale
  manovre semeiologiche specifiche