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AGGIORNAMENTI IN MEDICINA DELLO SPORT: STRUTTURA E FUNZIONI DELLA CARTILAGINE ARTICOLARE, del Dott. Giuseppe
Ciancaglini, Specialista in Medicina dello Sport e in Patologia Clinica,
Ospedale Renzetti Lanciano, (Ch).
LA CARTILAGINE.
E’ una forma specializzata di tessuto connettivo caratterizzata da un’abbondante matrice extracellulare (ECM) nella quale si trovano i condrociti racchiusi all’interno di lacune o cavità.
Appartiene ai tessuti connettivi di sostegno o scheletrici ed è dotato di particolari proprietà meccaniche e funzionali quali elevata elasticità e notevole resistenza alla tensione ed alla pressione.
La matrice amorfa della cartilagine è solida; il suo contenuto in collagene, quello in proteoglicani e altre proteine, come ad esempio le glicoproteine o proteoglicani, è variabile a seconda del tipo di cartilagine.
COLLAGENE: appartiene alla famiglie delle glicoproteine fibrose caratterizzate dalla grande versatilità funzionale. Le fibre collagene sono fondamentali nella risposta alle forze di taglio per la loro resistenza alla tensione e alla torsione. Grazie ad una disposizione tridimensionale che varia da zona a zona, permettono alla cartilagine un certo grado di
deformazione senza fuoriuscita di liquidi e rischio di lesione. Infatti risultano costituite da lunghe catene proteiche di oltre 1400 amino0acidi che si avvolgono tra loro a tre a tre per formare una struttura a tripla elica molto resistente e compatta.
PROTEOGLICANI (PG): sono molecole costituite da una catena proteica centrale a cui si uniscono lateralmente numerose fibrille di GAGs (Condroitin Solfato-6, Condroitin Solfato-4, Cheratan Solfato e Dermatan Solfato) organizzate in strutture dalla tipica forma ad antenna o a piuma. Grazie alla loro carica elettrica negativa, sono in grado di richiamare e trattenere all’interno della cartilagine grandi quantità di acqua. In questo modo creano e mantengono costante la pressione di turgore della matrice extracellulare. Inoltre conferiscono alle cartilagini proprietà ammortizzanti potendo i GAGs cambiare rapidamente il loro volume in seguito a forze di compressione perdendo le molecole di acqua di idratazione. Svolgono funzioni lubrificanti all’interno della membrana sinoviale.
GLICOSAMINOGLICANI (GAGs): sono polimeri derivati da zuccheri semplici tra i quali i più importanti sono gli acidi uronici (acido D-glucuronico e acido L-ialuronico) e gli aminozuccheri (glucosamina e galattosamina). Possono aggregarsi tra loro e con proteine dando luogo a proteoglicani (PG).
ISTOGENESI DELLA CARTILAGINE
Nell’embrione, intorno alla V settimana, cellule mesenchimali (stellate) o stromali perdono la loro forma allungata, si aggregano in centri di condrificazione e si differenziano in condroblasti, cellule più grandi e tondeggianti dotate di elevata attività metabolica, appartenenti alla classe dei fibroblasti. I condroblasti, contenuti nello strato condrogenico del pericondrio, si replicano e iniziano a produrre ECM costituita da fibre, collagene e proteoglicani (PG) per l’accrescimento interstiziale. I condroblasti assumono gli amminoacidi dai liquidi interstiziali e li utilizzano per la sintesi proteica nel reticolo endoplasmatico; la catena proteica passa nel Golgi dove si aggiungono i glicosaminoglicani (GAG) sintetizzati nel Golgi stesso.
Il complesso dei proteoglicani (PG) è riversato nella matrice circostante che contiene anche glicoproteine non collageniche multiadesive: sono la condronectina, la fibronectina, l’enascina, ecc.
I condroblasti producono anche la cosiddetta “sostanza fondamentale amorfa”, una miscela di macromolecole in grado di controllare il livello di idratazione del tessuto, conferendo alla cartilagine il caratteristico stato di “gel solido”.
I condroblasti in questo modo vengono ad essere circondati dalla matrice che loro stessi hanno secreto, si distanziano sempre di più e restano isolati in lacune scavate nella sostanza da loro stessi prodotta. Diventano quindi meno attivi e più piccoli, differenziandosi in condrociti, cellule quiescenti di minor volume rispetto ai condroblasti. Spesso vanno incontro a divisione anche quando la matrice è solida, per cui le cellule figlie non possono distanziarsi tra loro, formando gruppi isogeni (derivanti cioè dalla stessa cellula), accolti nella stessa lacuna: qui isolati, scambiano gas e nutrienti necessari a sostenere il loro ridotto metabolismo, attraverso la matrice in maniera diretta, per diffusione tra le fitte maglie fibrose della sostanza stessa.
SVILUPPO e CRESCITA della CARTILAGINE
E’ di tipo apposizionale ed interstiziale.
Nell’apposizionale la matrice è depositata sulla superficie della cartilagine, direttamente al di sotto dello strato del pericondrio come avviene, per inciso, anche per la crescita delle ossa.
Nel tipo di crescita interstiziale la matrice viene prodotta da condrociti di nuova formazione e si espande dall’interno come per la cartilagine articolare (priva di pericondrio) e per le piastre epifisarie delle ossa.
PROPRIETA’ della CARTILAGINE
La cartilagine è un tessuto solido più flessibile ma meno duro e resistente dell’osso, – non contiene vasi (nutrizione per diffusione), resiste alla compressione, assorbe elasticamente le sollecitazioni meccaniche e riduce gli attriti nelle articolazioni, mantiene la pervietà delle vie aeree, “guida” lo sviluppo dello scheletro osseo, è rivestita da uno strato di tessuto connettivo e fibroso ricco di vasi, chiamato pericondrio, assente però nelle superfici articolari.
Grazie ad una particolare disposizione delle fibre, oppone una diversa resistenza alle forze a seconda della direzione di applicazione, con minore resistenza alla deformazione tensile quando le forze sono perpendicolari alla sua superficie, e maggiore quando le forze sono parallele.
I TIPI di CARTILAGINE: ialina, elastica, fibrosa.
Le caratteristiche della tipologia ialina:
aspetto traslucido, resistente alla compressione e alla trazione. E’costituita da fibre collagene di tipo II, proteoglicani specifici ricchi in condroitinsolfati responsabili della idratazione e della metacromasia della matrice. Localizzazione: nell’embrione e nel feto costituisce quasi tutto lo scheletro che si ossifica progressivamente. Nella fase di accrescimento: cartilagine di coniugazione o disco epifisario nelle ossa lunghe. Nell’adulto: superfici articolari, cartilagini costali, cartilagini di naso, laringe, trachea e bronchi.
Le caratteristiche della cartilagine elastica: aspetto giallastro, maggiore opacità; i condrociti sono tondeggianti, si osserva una minore quantità di sostanza amorfa tra i condrociti e meno PG, è presente collagene tipo II e moltissime fibre elastiche con elastina; grande flessibilità ed elasticità, risulta presente il pericondrio. Localizzazione: padiglione auricolare, meato uditivo esterno, tuba di Eustachio, epiglottide.
Le caratteristiche della cartilagine fibrosa o fibrocartilagine:
rappresenta una forma di transizione tra connettivo denso e cartilagine; sono presenti spesse fibre di collagene tipo I
che risultano immerse in una scarsa matrice amorfa e PG; è resistente in modo formidabile alla trazione, a forze di pressione ed a tensioni elevate. La matrice extracellulare è formata per il 60-70% di collagene, 8-9% di proteine varie, 1% di proteoglicani; manca un vero pericondrio. Localizzazione: dischi intervertebrali, vari menischi e labbri articolari, sinfisi pubica, legamento rotondo del femore e zona di inserzione all’osso di alcuni tendini.
La cartilagine articolare, vedi foto (fonte) è un particolare tipo di cartilagine ialina, differente per struttura, organizzazione e funzioni, che ricopre le superfici articolari e che grazie alle proprietà biomeccaniche assorbe le forze di impatto e carico sull’articolazione, permette lo scorrimento dei capi articolari con bassissimo coefficiente di attrito e di usura, senza dolore, distribuendo omogeneamente le sollecitazioni meccaniche.
E’ un tessuto perenne con scarso potenziale rigenerativo, con vascolarizzazione e innervazione pressochè inesistenti, con scarsa capacità di migrazione nelle zone di difetto. Il pericondrio, membrana di rivestimento del tessuto cartilagineo, nella cartilagine articolare è assente. E’ presente sulle superfici articolari di alcune ossa che si articolano per contiguità con uno spessore che varia tra 0.5 e 7 mm. Tali articolazioni (diartrosi), sono caratterizzate dalla discontinuità dei due elementi ossei, che sono in rapporto di stretta vicinanza senza che vi sia un tessuto interposto tra essi. La presenza di mezzi di fissità (capsula articolare, legamenti) mantiene il rapporto tra i capi articolari, impedendone l’allontanamento.
La capsula articolare è un manicotto fibroso che avvolge i due capi articolari inserendosi ai limiti delle superfici articolari delle ossa contrapposte chiudendo la cavità articolare.
Internamente la capsula presenta una membrana di natura connettiva deputata alla produzione di liquido sinoviale che garantisce una funzione lubrificante, trofica e nutritizia nei confronti della cartilagine articolare. Il liquido sinoviale ha un volume di 0.10-3.5ml variabile a seconda della ampiezza della cavità articolare, un pH di 7.2-8.4 e contiene acido ialuronico.
Nella matrice extracellulare che circonda i condrociti, si distinguono in base alla composizione biochimica, alla funzionalità e all’aspetto, tre differenti regioni: matrice pericellulare: contiene molti PG solfonati e fibrille collagene di tipo VI che ancorano i condrociti alla matrice;
matrice territoriale: meno fibrille collagene e meno proteoglicani rispetto alla pericellulare e molta sostanza amorfa;
matrice interterritoriale: molto collagene II e aggrecano e poca sostanza amorfa.
La cartilagine articolare inoltre si compone di quattro principali strati orizzontali: la zona tangenziale superficiale con fibre collagene parallele alla superficie articolare, scarsa componente cellulare e alto contenuto di acqua;
la zona media di transizione con fibre collagene che si dispongono in grandi arcate convesse verso la cavità articolare oppure distribuite in un intreccio amorfo;
La zona profonda con fibre collagene perpendicolari alla base. E’ presente un minore contenuto di acqua e una maggiore attività metabolica delle cellule che risultano impilate in gruppi di 4-8 a formare colonne perpendicolari rispetto alla superficie articolare;
la zona calcificata al confine con l’osso subcondrale, rappresenta una struttura di transizione tra la cartilagine articolare e l’osso subcondrale. Gli arrangiamenti di traiettorie delle fibre hanno un significato meccanico, in rapporto sia con l’intensità delle sollecitazioni gravitazionali e muscolari che delle forze tangenziali che operano nel movimento di scivolamento. Nella zona superficiale troviamo più cellule cartilaginee, maggiore contenuto di collagene, maggiore quantità di acqua.La compressibilità cartilaginea sotto carico raggiunge il millimetro. Il ritorno è elastico, ma le compressioni molto durature e intense possono rappresentare una fonte di lesione per il tessuto.
Altra importante caratteristica della cartilagine articolare, è la completa assenza di vasi sanguigni, nervi e cellule del sistema immunitario. Di conseguenza, tutti i trasporti intra-tissutali sono più lenti poiché si basano su processi non vascolari. In assenza di pericondrio, gli scambi nutritizi avvengono per diffusione e convenzione interessando il liquido sinoviale che bagna le superfici, la zona d’attacco all’epifisi ossea e il circolo arterioso che raggiunge il perimetro della cartilagine.
Il processo di diffusione può essere sufficiente per nutrire le zone più superficiali del tessuto, ma i processi convettivi e i movimenti delle articolazioni sono fondamentali e necessari affinchè l’apporto di sostanze raggiunga anche i condrociti delle regioni tissutali più profonde. Infatti, la diffusione dei singoli elementi è facilitata dal movimento del fluido al suo interno, conseguente alle continue sollecitazioni di compressione cui è normalmente soggetta la cartilagine.
La mancanza di pericondrio nella cartilagine articolare comporta una ridotta capacità di autorigenerazione, poiché la rigenerazione in seguito a danneggiamento tissutale è possibile solo attraverso il processo endogeno interstiziale, mentre la sostituzione di tessuto tramite apposizione esogena da parte di fibroblasti del pericondrio è assente.
In conclusione si può affermare che a causa della limitata o quasi assente capacità di autoriparazione o autorigenerazione e della spesso inadeguata rimozione dei prodotti di scarto o rifiuto, i danni che interessano la cartilagine articolare rappresentano uno dei maggiori problemi per la salute dell’uomo ed ovviamente nello sportivo.
Grazie Dottor “Pino”! Uno splendido lavoro che ci riporta sui banchi universitari del I° e II° anno!
La patologia di questa splendida e generosa struttura da te così ben illustrata, diventa una malattia
sociale, quale l’artrosi e la condrosi o condropatia degenerativa: un vero dramma.
Diceva una mia cara Paziente pluri-ottantenne:
“Dottò, la vecchiaia non è niente se la coccia e le rotelle delle ginocchia stanno a posto!”
Ed è proprio vero!
Un abbraccio affettuoso al Dr. Ciancaglini, da stefano – daddydoctor.
Ora però desidero intervenire su
CENNI di TERAPIA sull’argomento, perchè estremamente importante, con un aggiornamento.
Riassumo un po’ qualche dato: la cartilagine ha una componente fluida che consente di ammortizzare i traumi da carico ed una compatta che la rende resistente, anche alle trazioni. Ricordo che il tessuto cartilagineo non è vascolarizzato per assenza del sistema capillare: da qui il trofismo dei condrociti, cellule a poverissima attività mitotica è affidato al fenomeno lento e modesto della diffusione dai vasi dell’osso subcondrale.
Da ciò si conclude che le lesioni gravi cartilaginee necessitano di un approccio chirurgico.
Esiste comunque una letteratura divulgativa sulla utilità di una dieta mirata al miglioramento dell’apporto di nutrienti, ma non garanti di miracolose e rapide rigenerazioni specifiche come spesso decantate, con assenza assoluta degli eventuali tempi di verifica.
Partendo dall’assunto che un deficit di lisina, amminoacido essenziale, ben presente nei legumi, latticini, baccalà, birra, carne rossa, merluzzo, sardine e uova ed assente nei cereali, tranne avena e amaranto, può ritardare la crescita del tessuto danneggiato, ne ricordo la sua importanza nel fenomeno dell’assorbimento del calcio e della produzione del collagene (in associazione alla Vit. C) per costruire nuovo tessuto danneggiato e del miglioramento della resistenza dei tendini. In realtà l’effetto clinico da attendersi è molto modesto e quindi scarsamente percettibile, ricordando invece che il tempo passa e l’usura e l’invecchiamento funzionale vanno avanti, soprattutto in particolari pazienti sovrappeso o obesi.
La patologia degenerativa artrosica è irreversibile per definizione (!) ed ovviamente procede inclemente!
Se vuoi, vedi l’articolo interessante del mio Amico Ortopedico Piergiorgio Piermattei
Auspicabili nuovi risultati ed evidenze cliniche dalla, MBST (Tecnologia Rigenerativa a Risonanza Magnetica Nucleare) cioè la stimolazione delle preziose funzioni dei condrociti e dei condroblasti da parte della risonanza magnetica qui impiegata a scopo terapeutico e non diagnostico. Al riguardo, referente della tecnica qui a Lanciano è l’amico Dr. Danilo Tenaglia.
Conosciute bene e spesso indicate (fonte e bibliografia, fonte) sono le infiltrazioni intra-articolari di fattori di crescita autologhi con i gel di pappe piastriniche o plasma ricco di piastrine (PRP), maggiormente indicate però nei soggetti pre-cinquantenni per la valenza dell’efficacia della risposta allo stimolo.
riferisco sulla mosaicoplastica e sulla tecnica ACI (trapianto autologo di condrociti), metodiche piuttosto complesse e lunghe, poiché comportano il prelievo e l’invio in laboratorio di campioni cellulari per una coltura che non sempre ha effetti proliferativi positivi.
Da dire però che il Dr. Peter Geistlich ha sviluppato con Chondro-Gide® una struttura di collagene dedicata alla rigenerazione guidata. Questa matrice può essere utilizzata in combinazione con vari approcci terapeutici consolidati per la riparazione della cartilagine. L’applicazione di Chondro-Gide® unitamente a tecniche di stimolazione del midollo osseo ha permesso di co-sviluppare con successo una matrice e una tecnica, oggi nota come AMIC® (Condrogenesi Autologa Indotta da Matrice) che associa la microfratturazione all’applicazione della matrice a doppio strato: qui nella zona traumatizzata migrano le cellule stimolate a differenziarsi e a generare tessuto di riparazione. Attualmente essa permette di intervenire essenzialmente sulle lesioni post-traumatiche.
a) Mosaicoplastica o Innesti osteocondrali autologhi (OAT): prevede l’asportazione di diversi piccoli tasselli o “carote” di osso con la sua cartilagine da zone sane e non sotto carico del ginocchio trapiantati nella zona da trattare così da comporre un patchwork o collage o appunto un mosaico con i multipli prelievi.
b) Tecnica ACI (trapianto autologo di condrociti): due le fasi. La prima richiede il prelievo di condrociti dall’articolazione e messi in coltura per un mese per essere quindi inseriti su un’impalcatura di acido ialuronico. Segue nella seconda, il loro posizionamento nella zona priva di cartilagine.
c) Operazione AMIC, (fonte) prevede inizialmente un prelievo di sangue, di cui si utilizzerà solo la parte corpuscolata, cioè quella “solida”. Nella fase successiva viene rimossa tutta la cartilagine dalla zona lesa attraverso un accesso mini-invasivo, perforando l’osso subcondrale. È in questo momento che vengono rilasciate nella zona interessata, oltre alla parte corpuscolata del sangue del paziente, componenti del midollo osseo, cellule staminali e fattori di crescita, formando un coagulo. Utilizzando la speciale membrana protettiva al collagene, la suddetta Chondro-Gide, si crea un ambiente idoneo per la rigenerazione del nuovo tessuto cartilagineo. Tutto viene quindi fissato con colla di fibrina, che permette di non dover suturare la ferita.
d) Artroprotesi di ginocchio: non programmabili o fallite le strategie precedenti è indicata questa procedura drastica. E le indicazioni a tale trattamento sono in sostanza determinate a controbattere una sedenterietà dannosa per tutto l’organismo e la psiche del Paziente, a proteggere l’arto controlaterale, le anche, la colonna vertebrale in toto con la riduzione del dolore, migliorando in sintesi la qualità della vita di chi soffre.
