退变性关节病的病理改变(4)

(三)正常关节软骨的生物学特点 为了理解骨性关节炎关节软骨的生物学改变，首先复习正常人关节软骨的生物学特点非常重要。下面就有关这方面的研究摘要几点。

1.隔绝性 关节软骨是无神经和无淋巴的，除发育期骨骺外，不直接与血管系统接触，营养必须穿过两个扩散屏障才能达到软骨细胞。在成熟的成年人，全部营养必须首先穿出滑膜血管丛，通过滑膜到达滑液，再经透明软骨的致密基质到达软骨细胞。在未成熟动物，关节软骨基底层可通过骨质下面血管分支的扩散得到一些营养。

软骨基质可自由渗透过营养物质，但由大分子营养成分的扩散由浓度决定，多离子粘多糖(GAG)扩散，扩散力很强，理论上确定孔大小6.8nm(68Å)。正常关节软骨，即使低分子量蛋白穿过软骨基质扩散也是很慢的。

2.细胞过少 关节软骨的细胞密度很低，尽管细胞成分不多，软骨细胞的活性也差。软骨细胞的固定切片表现小且固缩，核为不规则形态。软骨细胞是一种代谢活跃的细胞，不断合成基质成分，并参与退变的分解过程。有些基质成分显示迅速更新。

3.基质生物化学 正常人的关节软骨是一种含水很多的组织，水含量高达80%。其余成分是有机物质，大分子固体，由胶原纤维和蛋白多糖(PG)各占一半构成。软骨的胶原大分子是由3α-1(Ⅱ)链构成(与骨和皮肤胶原相反，Ⅰ型，由2α-1链和1α-2链构成。而且，Ⅱ型胶原的α-1(Ⅱ)链与Ⅱ型胶元的α-1(Ⅰ)链相比有结构的不同。Ⅰ型胶原的α-1(Ⅰ)链羟赖氨酸(hydroxylysine)基(residues)数增多，羟赖氨酸(hydroxylysine)的糖基作用(glycosylation)增强。于分子内和分子间的联键也有不同。

蛋白多糖(PG)，由一系列高分子量化合物构成。这些化合物分别于细胞内、外通过中心透明质酸核附近的蛋白多糖键集聚合成。最小的的亚蛋白多糖(PG)有一线性蛋白支柱(backbone)，约200nm(2000Å)长与50nm或更长的多二聚(polydimeric)糖(sugars)(GAGS)相连。至少查明关节软骨上有三种不同的蛋白多糖(PG)：6-硫酸软骨素(chondroitin 6-sulfate)，4-硫酸软骨素(chondroitin 4-sulfate)，硫酸角蛋白(keratan sulfate)。

正常时，动物老化，4-硫酸软骨素(chodxoitin 4-sulfate)浓度降低比成人整个粘多糖(GAG)少5%。未成熟软骨硫酸角蛋白(keratan sulfate)的数量扫描显示，随老化发展浓度增高，可升高成人软骨组织的50%。6-硫酸软骨素是主要的粘多糖(GAG)，约占软骨组织成分的45%～75%。

4.代谢活动 正常软骨细胞的代谢活动是很高的。在新陈代谢(EM，metabolism)情况下，关节软骨中层的软骨细胞显示一个表面粗糙的胞浆网状结构形成巨大的网，扩张池(dilated cisternae)、细胞器和高尔基(Golgi)小体，表明不同基质成分的合成(synthesis)活动。放射性同位素(radioisotopic)检查发现合成活动，蛋白多糖糖(PGS)和胶原蛋白成分集会于细胞内，然后胶原和蛋白糖迅速进入细胞外基质。这个过程使细胞外基质不断更新。蛋白多糖半衰期8天，胶原的更新时间更长。蛋白多糖的更新中间可能通过溶酶体酶和溶酶体外酶系统。

5.DNA合成 在正常情况下，可由摄入氚的胸苷显示出软骨细胞的再生，但仅在未成熟关节软骨。软骨细胞再生发生于两个层：在骨骼生长活跃期，可能与骨骺的软骨增长有关的表层和近骨骺化骨核的骺板增殖带的基底层。不断老化时，首先在表层有丝分裂减少，最后成熟期DNA合成活动停止。正常成人关节软骨看不到有丝分裂形式。在某些情况下(例如软骨撕裂或骨性关节炎)，软骨细胞可恢复DNA合成和细胞分裂活动。

6.骨性关节炎关节软骨的代谢 人骨性关节炎的关节软骨合成活动明显活跃，骨性关节炎软骨细胞结合的硫酸根(SO4)比例增高表明蛋白多糖(PG)的合成率上升。人骨性关节炎的粘多糖(GAG)和蛋白合成率是正常关节软骨的两倍，蛋白多糖(PG)的合成率与骨性关节炎的严重性成正比。如病情加重，影响的一个方面是蛋白多糖(PG)合成，由SO4的结合率测蛋白多糖合成情况，若明显降低表明超过了软骨细胞的生理反应能力，说明软骨细胞再生功能衰竭。

使用3H-胸腺嘧啶核苷(3H-thymidine)为作用物质，测定DNA合成可显示出细胞的增殖率，DNA合成速度与骨性关节炎严重性相一致。轻度或中度骨性关节炎，DNA合成速率上升增长反映细胞的成倍分裂，组织学上则看到细胞群或细胞团。当骨性关节炎完全进入进行期时，3H-胸腺嘧啶核苷结合迅速减少，表明细胞修复活动停止，因此骨性关节炎极度严重时修复过程丧失。

7.生物化学改变 骨性关节炎软骨的蛋白多糖(PG)含量减少，减少数值与骨性关节炎的严重程度成正比例。由不变的电荷密度降低和用基本染料染色强度的改变显示出软骨研磨的这种消耗。虽然，关节软骨全粘多糖(GAG)含量减少，但各种大分子粘多糖的影响并不一样：与正常相比，硫酸角蛋白(keratan sulfute)相对减少，4-硫酸软骨素(chondrotin 4-sulfate)增加。

当由羟脯氨酸(hydroxyproline)测定时，胶原成分测不出。但胶原在形态、化学结构性质和合成率都有改变。骨性关节炎软骨细胞不仅合成Ⅱ型胶原(α1Ⅱ)3链，而且也合成相当数量的Ⅰ型胶原(α1Ⅰ2α2)。因此，骨性关节炎关节软骨合成的胶元所产生的胶原纤维比正常关节软骨产生的胶原纤维更近似于皮肤和骨的胶元纤维。骨性关节炎胶元纤维直径更大，分布也更不固定，特别是于软骨表层。