骨关节炎病理过程与关节软骨特性的改变

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1、中华关节外科杂志!电子版"#$$%年&$月第&卷第’期()*+,,-*+./012!3456.1-+*67518*-+"9:6.-;51#$$%97-4<&9=-<’·#%>··综述·骨关节炎病理过程与关节软骨特性的改变康思宁刘强骨关节炎!-8.5-@1.)1*.*89:A"的定义和术语，曾是一个长期存在争议的的问题，甚至分子生物学对医学产生影响之前，有学者曾发现这种疾患有>’个不同的名称。现行骨关节炎的定义，是采用美国骨科学院和美国国家卫生研究所主办的国际会议正式通过的定义B&C，该定义注意到“形态学、生物学、分子生物学和生物力学的软骨

2、细胞与基质改变所导致的关节软骨软化、纤维化溃疡形成和关节软骨丧失，以及软骨下骨的硬化、象牙化，骨赘形成与软骨下骨囊肿”BDC。现代认识水平定义了骨关节炎各种损害的病理改变。最新的概念来自这样一种思想，骨关节炎是由于一系列作用而导致的关节异常塑形重建，在这种意义上的塑形重建，逐渐引起一些部位“衰老骨”的清除，和另外一些部位“新生骨”的同时产生。正常时，这种过程随年龄增加而进行，如果不是这样而是发生在骨关节炎时，则这种过程的数量和性质都与正常状态不同。而关节软骨是非血管形成组织，所以关节软骨对损伤的反应不十分典型，且关节软骨（透明软骨）是可动

3、关节表面形成的一种独特的生物学结构，具有最特异的生物力学性质，关节软骨提供一种光滑的支撑面，骨组织可以在这种界面上无磨擦的滑动或者相互旋转运动。另外，关节软骨的表层就像一个形状可变的软垫，可以分散并减低由于运动而产生的高负荷压力。关节软骨更是一种弹性极高的物质，在其一生中可以承受上千万次的循环负荷。关节软骨的这些重要功能的维持，即其物理化学特性的维持，是由细胞体基质中的分子成分所决定的。人类很早就发现关节软骨一旦受到损害永远无法修复。随着现代多种科学研究手段的出现及对骨关节病理基础的坚持不懈的深入研究，人类已经积累了相当丰富的关于骨关节炎

4、病理过程中透明软骨特性改变的知识。一、关节软骨生物学物性的改变正常关节软骨，含有大量的水合性软骨细胞外基质（5E.5@654404@1F@.1*E），它由少数特殊的软骨细胞群合成并加以保持。在成人，软骨细胞占整个软骨体积的#G以下。软骨基质主要由胶原（大部分为!型，其他型胶原较少）和蛋白聚糖（H1-.5-24I6@+8）组成，蛋白聚糖主要以软骨聚集蛋白聚糖（@22156@+）形式存在，它的分子巨大且与透明质酸（)I@401-+*6@6*J）聚合在一起。关节软骨的!、"和#型胶原连接形成一个纤维网，构成了关节软骨基质的结构支架，纤维方向各异

5、，排列不同的纤维网被蛋白聚糖集聚（H1-.5-24I6@+@22156@+）的高浓缩溶液所包绕。蛋白聚糖（H1-.5-24I6@+8），是一种蛋白核心与糖胺聚糖（24I6-8@F*+-24I6@+）链相连的复合性巨型分子。关节软骨的糖胺聚糖，主要是硫酸软骨素（6)-+J1-*.*+804K@.5）和硫酸角质蛋白（L51@.@+）。这些糖胺聚糖在溶液中带负电荷，起到关节软骨组织水合和产生巨大膨胀压力的作用。在关节软骨组织内也有许多其他更小的蛋白聚糖分子，这些分子中的一些分子可直接与胶原纤维相连B&MDC。关节软骨的物理化学特性是由细胞外基质

6、中的大分子成分所决定的。随着软骨深度的不同，细胞活性和成分将发生改变，以至于表面的软骨细胞和细胞外基质与中层和深层的软骨有明显的不同。软骨基质的成分随研究部位的不同而有区别。例如，任何一个软骨区域，细胞周围的成分与区域内和区域间的部分不同。个体的年龄是影响软骨结构和成分最重要因素。成年人关节软骨基质组织内的水含量很高。在没有水合的情况下，软骨将失去其特性。很明显，软骨内主要有两种高浓度的有机成分：胶原和蛋白多糖。虽然已经证实关节软骨内存在多种胶原成分，但是!型胶原的含量最丰富并且存在于所有的软骨组织中。但在不同的区域和间隔内，软骨的成分和

7、细胞外的构成是不同的。!型胶原使软骨具有张力特性，它控制具有固定电荷密度的蛋白多糖（主要是多聚蛋白聚糖）的膨胀和吸水特性。因此，!型胶原的正确结构对关节软骨有效地发挥功能十分重要。例如，在关节软骨的上部区域它的浓度特别高，并且沿关节表面平行的方向排列。随着位置的变深，胶原的浓度逐渐降低并且排列方向变为与关节表面垂直。与胶原相反，带负电荷的蛋白多糖使软骨具有亲水特性和承受压力的能力。多聚蛋白聚糖的浓度和结构随软骨深度的增加而发生变化，这种特性使关节软骨能够根据其所受的负荷发生快速变化。如果多聚体的浓度在整个关节软骨中都很高，当负荷作用于关节

8、时，将在软骨和滑膜腔之间产生明显的边界。因此，这种组织不能分散负荷，也不能作为一种有效的工程材料使用。现在为学者们所接受的是在病变的关节中没有正常的软骨。对人类早期骨关节炎的了解将有助于指导其