Cartílago ArticularEstructura, Función y Fisiopatolgía

Dr. Ignacio DalloMiembro Certificado Asociación Argentina de Ortopedia y TraumatologíaMiembro Acreditado Asociación Argentina de ArtroscopiaMiembro Asociación Argentina de Traumatología del DeporteMiembro activo International Cartilage Repair Society

CARTILAGO

• MATRIZ EXTRACELULAR y CELUAS dispersas.

• No tiene vasos sanguíneos, vasos linfáticos ni nervios

• Nutre por difusión del liquido sinovial ( poros de 6nm)

• Respuesta a estímulos mecánicos y biológicos

• Mide 2-4mm• Muy Baja fricción ( 5 veces menos

que h-h)

El cartílago articular es una capa delgada de tejido conectivo especializado con propiedades viscoelásticas únicas.

4 ZONAS CARTILAGOCada una con propiedes únicas y características

Condrocitos aplanados ( Esencial para en mantenimiento y protección del cartílago

Condrocitos esféricos y poca cantidad.

Las células en el patrón radial

Tidemark: células no funcionales

F. Colageno paralelo a sup.Fuerzas de Cizallamienro

F. Colgeno y Pg más gruesas y oblícuas

F. colageno Perpendiculares+ grusas y alto contenido de PG Fuerzas de compresión

El colágeno es ancla al hueso

•

CONDROCITO• A Partir de Células Madre mesenquimales

• Representan 2%

• Función es sintetizar, Mantener y reparar y la MEC

• Retículo endoplasmático y aparato de Golgi (síntesis de la matriz)

• Responden a una variedad de estímulos, incluyendo factores de crecimiento,hormonas como los estrogens, cargas mecánicas, fuerzas piezoeléctricos, y presiones hidrostáticas.

• Síntesis de:

Pro enzimas - Metaloproteasas (Colagenasas, Stremolisinas y Gelatinasas) degradar la

matriz

TIMP1 TIMP2 alfa2macroglobuina que inhiben la mms (responsable del equilibrio)

Desafortunadamente bajo nivel mitótico

Metablismo anaeróbico

MEC

• AGUA 80% en peso (Na, K, Cl y Calcio) • Colágeno y PG 20%• Formando Gel = sistema de lubricación y nutrición• Gran agregación de proteoglicanos (mantener fluido dentro de la

concentración de la matriz )• Capacidad de soportar cargas

MACROMOLECULAS ESTRUCTURALES

colágenosLos proteoglicanosproteínas no colágenas

Collagen60%

Proteoglycan25%

Glycoprotein15%

20% peso húmedo

COLAGENO • 60% del peso seco del cartílago• Zona superficial rica en colágeno• Tipos: II * • VI, IX, X y XI• Tipo II, IX y XI formanlas fibrillas de banda cruzada

MALLA APRETADALas fibrillas de colágeno

organización

La rigidez a la tracción y la resistencia del

cartílago

proteoglicanosatrapamiento

La cohesión del tejido

COLLAGENO TIPO II

• 90-95% de colágeno del cartílago

• Contan de 3 cadenas polipeptidicas alfa conforman la triple helice

PROTEOGLYCANOSAgreecan, decorina, biglicano y fibromodulin.

• Un núcleo de proteínas y glicosaminoglicanos

• (GAG) cadenas (polisacárido ramificado permanecen separadas por repulsión de cargas)

• GAG: El ácido hialurónico, sulfato de condroitina, sulfato de glucosamina, dermatan sulfato

AGGRECAN (Mas grande y abundante)

• Llenar parcialmente el espacio interfibrilar de la matriz• 90% de la masa Pg.• Carga (-) interactúa con cationes formando interacciones ion-

dipolos con el agua (Tejido)• Se unen de forma (no covalente) con HA. • Ayuda ancla Pg en la matriz, a prevenir el desplazamiento

durante la deformación, organizar y estabilizar Pg y colágeno.

ACIDO HIALURONICO

• Sirven para la agregación de matriz• Enlazar agrecanos no covalente y las proteínas de enlace• Esta agregación ayuda ancla Pg dentro de la matriz• Evitar el desplazamiento durante la deformación• Estabilizar las relaciones de Pg y malla de colágeno

MICROAMBIENTE ARTICULAR.Unidad Osteocondral – Sinovio

IGF-ITGF β+

BIOMECANICA(Cartilago - Medio bifásico)

• Ámplia gama de cargas mecánicas: estáticas y dinámicas

• De tracción, compresión y cizallamiento

• Gracias a la composición y estructura de las ECM α

• Agua + Macromoleculas (Baja permeabilidad = Alta

presurización) soporta el 90% de la carga

Tension Compresion Cizallamiento

•Howell DS, Treadmwell BV, Trippel SB. Etiopathologenesis de la osteoartritis. En: Moskowitz RW, Howell DS, Goldberg VM, Mankin HJ, editores. ., Eds Osteoartritis: Diagnóstico y / Manejo Médico Quirúrgico. Filadelfia, Pensilvania: WB Saunders; 1992:

FUERZAS DE TENSION Y CIZALLAMIENTO

Estas fuerzas son resistidas por cuerdas como las fibrillas de colágeno

•Hayes WC, Mockros LF. Propiedades viscoelásticas de cartílago articular humano. J Appl Physiol. 1971; 31: 562 a 568 [PubMed]

FUERZAS COMPRESIVAS

Resistida por GAG con cargas electroestáticas (-) y el AGUA que atraen

*Mankin HJ, Mow VC, Buckwalter JA, Iannotti JP. Forma y función del cartílago articular. Simon SR, editor. , Ed. Ortopédica Ciencias Básicas. Rosemont, IL: Academia Americana de Cirujanos Ortopédicos; 1994: 1-44

CARGA vs. IMMOBILIZACION

Inducida amplia gama de respuesta metabólica

Disminución en la síntesis de matriz

*Buckwalter JA, Mankin HJ El cartílago articular: diseño de tejidos y los condrocitos de matriz de interacciones. Instr Curso Lect. 1998; 47: 477 a 486 [PubMed]

REGENERACION DEL CARTILAGO

compresión estática

Inhibe la síntesis de la matriz del cartílago

(Reversible)

Compresión cíclica

Estimular proteína del núcleo del aggrecan y

la síntesis de proteínas

•Torzilli PA, Grigiene R, Borrelli J, Helfet DL. Efecto de la carga de impacto sobre el cartílago articular: el metabolismo celular y la viabilidad, y el contenido de agua de la matriz . J Biomech Eng . 1999; 121 : 433-441 [ PubMed ]

Patología - Causas

PRIMARIA: . Localizada o generalizada (Causa Desconocida- Genética??)

SECUNDARIA

.Sistémicas ( Reumaticas, Infección, Trast. Endocrinos- Sme Metabólico Hemofilia.)

.Inestabilidades ( Insuf. Meniscal o Lig)

.Sobrecarga ( Varo – Valgo)

.Traumática: Evento único ( LCA) - Múltiples traumas menores.

.Envejecimiento ( Debilidad Muscular – Laxitud Ligamentaria)

.Artrosis es la enfermedad articular mas frecuente , ( Rodilla, Cadera, Mano) + mujeres que hombresInteracción celular compleja en la articulación

.En estados de OA los condrocitos activados de modo anómalo producen aproteasas degradantes de la MEC (MMPs y aggrecanasas), citoquinas proinflamatorias ( IL1, FTN, Prostaglandina E2) .Un subgrupo de condrocitos atraviesa cambios hipertróficos, tal como se manifiesta a través de la expresión del colágeno tipo X.

.Los condrocitos también podrían regular la apóptosis.

.En respuesta a la pérdida de cartílago, el remodelamiento patológico del hueso subcondral da pie a la aparición de esclerosis y a la formación de osteofitos.

.Los sinoviocitos (fibroblastos y macrófagos) también sintetizan activamente las proteasas y las citoquinas que pueden tener un efecto negativo en el cartílago articular y en el sinovial.

. Los cambios fisiopatológicos de los sinoviocitos preparan el camino para la angiogénesis y las inervaciones que podrían justificar el dolor de OA.

Review GENE Jul 2013A current review of molecular mechanisms regarding osteoarthritis and painBrian J. Cole

El dolor causado por la OA implica una integración compleja de

procesos sensoriales, afectivos y cognitivos que integran una variedad de mecanismos celulares anómalos en ambos niveles del sistema nervioso, tanto periférico como central (espinal y supraespinal).

Artrosis postraumática• Es uno de los grandes desafíos del ortopedista• 12 % de la prevalencia de la Artrosis • Afección del Cartílago y del Hueso Subcondral ( Edema y Hematoma)• Fase temprana: La muerte celular y la inflamación Caspasas = Necrosis + impacto ( lesión de la membrana celular con aflujo de calcio y salida del contenido

intracelular )La apoptosisDegradación de la matriz ( marcadores TIMP3 y peptido ARGS)Caspasa elevada, citoquinas proinflamatorias, óxido nítrico, especies reactivas de oxígeno, factor básico

de crecimiento de fibroblastos, metaloproteasas de la matriz, aggrecanases, liberación de fragmentos de matriz

• Fase intermedia: Balanza de fases catabólicas y anabólicas• Última fase: la formación de la matrizRespuesta anabólica inicialLa síntesis de matrizFactores de crecimiento anabólicos elevados

*Patogénesis y Prevención de la artrosis postraumática después de la fractura intraarticular JBJS *Mara L. Schenker, MD, Robert L. Mauck, PhD, Jaimo Ahn, PhD, y Samir Mehta, MD

Inestabilidad y Sobrecarga

•Def. Meniscal o Ligamentaria•Desejes ( VARO – VALGO)•Incongruencia

Esquema que demuestra el equilibrio entre la congruencia articular, la estabilidad y la alineación propuesta para una articulación normal (arriba) frente a un acetábulo lesionada (abajo a la izquierda) y una meseta tibial lesionada (abajo a la derecha). La lesión del cartílago crónica afecta el equilibrio de la conformidad de la articulación, la estabilidad, y la alineación. La contribución de estos factores a la progresión de la artrosis postraumática está probablemente relacionado con la articulación en cuestión.

• 80% de las personas de mas de 60ª tiene algún signo de artrosis

• Disminución de condrocitos en el cartílago articular de personas de mayor edad (Apoptosis)

• Detección de marcadores de senescencia • Disminución de la long. de los telomeros para la

edad• Dismunuye la respuesta del condrocito a los

estimulos mecanicos y metabolicos• Sus propiedadesd viscoelásticas sufren

alteraciones debido a los cambios en la estructura celular y en la composición del citoesqueleto. ( glicosilación no enzimática y aumento uniones interfibrilares

• Aumenta el keratan sobre el condroitin sulfato• Disminuye la hidratación de la matriz

Envejecimiento

*Cambios en el cartílago articular en atletas madurosNuevos objetivos para el rejuvenecimiento de la articulaciónAyala Luria, PhD† y Constance R. Chu, MD*†Información del autor Propiedad intelectual e información de licencia Este artículo ha sido citado por otros artículos en PMC.

Conclusiones Finales• La patología articular aqueja a millones de individuos en todo el mundo, lo que

da como resultado un deterioro de la calidad de vida y un incremento de los gastos sanitarios. Para entender esta enfermedad, los investigadores estudiaron factores de riesgo como predisposición genética, envejecimiento y desalineación de la articulación; sin embargo, se han visto incapacitados para determinar la etiología de manera concluyente.

• Las opciones de tratamiento, no protesicos, actuales son a corto plazo o ineficaces y fracasan en el abordaje de los mecanismos fisiopatológicos y bioquímicos involucrados en la degeneración del cartílago y la inducción de dolor en las articulaciones artríticas.

• A través de estudios examinados por investigadores, el rol de los factores de crecimiento y las citoquinas se ha vuelto cada vez más relevante en el exámen de sus efectos en la homeostasis del cartílago articular en el desarrollo de osteoartritis y del dolor relacionado.

• La clave será la mejor comprensión de todos estos mecanismos involucrados para ofrecer un marco suficiente para la comprensión de potenciales terapias biológicas en el tratamiento a futuro de la enfermedad articular degenerativa.

Muchas Gracias !!

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