Строение суставов

Структура и функции суставов в норме и при патологических состояниях

В нашем теле имеется несколько видов суставов. Здесь мы упомянем только о самом важном из них, так называемом синовиальном суставе (локтевой, коленный, тазобедренный и т.д.). В этом случае концы двух костей соединяются при помощи своего рода синовиальной сумки, в которой образуется полость, называемая синовиальной. Слово «синовиальный » происходит от латинского названия оболочки, которая покрывает внутреннюю стенку синовиальной сумки, называемой также суставной полостью (synovia — термин, использованный в средние века врачом Парацельсом для обозначения жидкости из суставной полости. Эта жидкость по своей вязкости напоминает яичный белок; по-латински яйцо — ovum). Суставная сумка представляет собой своего рода рукав, плотно облегающий оба конца соединяющихся костей. Концы соединяющихся костей в этой суставной сумке покрыты суставным хрящом, а в суставной полости могут находится и другие образования, например, суставные диски — мениски. Суставная полость укреплена системой связок. Все части сустава — суставной хрящ, суставная сумка, синовиальная оболочка и суставные связки — несут свою функциональную нагрузку. Синовиальный сустав является высокоспециализированной интегрированной структурой, состоящей из различных соединительнотканных элементов, включая мышцы, сухожилия, связки, синовиальную оболочку и капсулу, хрящ и кость, которые организованы таким образом, чтобы обеспечить стабильность и подвижность скелета. Структуры сустава предназначены для оптимального распределения нормальных механических усилий и сотрясений и имеют оптимальную организацию для осуществления движений с минимальным трением. Не только структурные свойства компонентов суставов, но и биохимические компоненты синовиальной (суставной) жидкости обеспечивают уникальные механические характеристики суставов.

Суставной хрящ является специализированной соединительной тканью, которая покрывает соприкасающиеся поверхности синовиальных суставов. Основными функциями хряща являются обеспечение движений между костями с минимальным трением и максимальной скоростью, поглощение передающихся при движениях усилий и поддержание стабильности сустава. Ключевую роль в обеспечении смазки подвижных поверхностей суставов играет синовиальная жидкость.

Синовиальная жидкость

Объем и состав синовиальной жидкости определяется свойствами синовия и его кровоснабжением. В нормальных суставах жидкость содержится в небольших количествах (2,5 мл в коленном суставе), достаточных для покрытия синовиальных поверхностей тонкой пленкой, но не для разделения поверхностей. Синовиальная жидкость обеспечивает не только смазку, но и питание тканей сустава, включая хрящ суставов и сухожильных оболочек.

По сути, синовиальная жидкость представляет собой ультрафильтрат плазмы крови, обогащенный факторами, синтезируемыми в синовии. Наиболее важным из них является гиалуронат натрия .

Рис. 1 Схематическое изображение коленного сустава в норме и при остеоартрозе ( остеоартрите )

При остеоартрозе имеет место нарушение однородности суставных поверхностей, разволкнение и фиссуры гиалинового хряща, и даже его эрозирование с обнажением подлежащей кости. Образуются краевые остеофиты, представляющие разрастание кости, покрытое новообразованным нерегулярным гиалиновым и фиброзным хрящом.

Гиалуронат натрия (гиалуроновая кислота) синтезируется клетками синовиальной оболочки и в синовиальной жидкости он обнаруживается в концентрации порядка 3 г/л, что многократно превышает содержание в плазме крови — около 30 мкг/л.

Объем синовиальной жидкости в основном зависит от количества гиалуроната, т.к. одной из основных функций данного гликозаминогликана считают удержание воды. Гиалуронат может задерживать различные молекулы в синовиальной полости, действуя как фильтр на поверхности синовиальной оболочки, ограничивая выход жидкости из полости сустава.

При воспалении сустава наблюдается повышение концентрации белка в синовиальной жидкости. Повышенная сосудистая проницаемость при воспалении обуславливает облегчение проницаемости для всех белков, но особенно заметные изменения касаются протеинов высокой молекулярной массы. В то же время проницаемость для воды, электролитов и малых молекул при воспалении не изменяется. Таким образом, синовиальное воспаление приводит к выраженному повышению концентрации белков без адекватного увеличения поступления питательных веществ и удаления продуктов распада.

Полость сустава в норме представляет собой полость, содержащую незначительное количество жидкости, распределенной по суставным поверхностям. Такое спавшееся состояние поддерживается субатмосферным давлением полости сустава. В нормальных условиях внутрисуставное давление поддерживается в покое на уровне немного ниже атмосферного (от 0 до -5 мм.рт.ст.). Во время движений может наблюдаться дальнейшее снижение гидростатического давления.

Рис. 2 Роль тонкопленочной смазки в обеспечении снижения трения суставных поверхностей

Та легкость, с которой осуществляется движение в суставе, зависит от приложенной силы, характеристик противолежащих поверхностей и свойств материала, находящегося между поверхностями. Именно гиалуроновая кислота в составе синовиальной жидкости обеспечивает создание оптимальных условий для снижения коэффициента трения и обеспечивает тонкопленочную смазку суставных поверхностей.

Считается, что высокое коллоидное осмотическое давление в околокапсулярном гелеобразном слое может обеспечивать отрицательное гидростатическое давление внутри капсулы. Для поддержания такого баланса необходима фиксация гликозаминогликанов, в первую очередь гиалуроната натрия, в слое геля, покрывающего суставные поверхности. Таким образом, гиалуронат является основой молекулярной «губки», адсорбирующей воду и обеспечивающей отрицательное гидростатическое давление.

При хронических артрозах и артритах имеет место повышение внутрисуставного давления из-за увеличения объема синовиальной жидкости и уменьшения растяжимости суставной капсулы. Часто давление достигает 10-20 мм.рт.ст. Такое повышенное давление может служить причиной патологических изменений капсулы сустава, и даже нарушения ее целостности.

Гиалуроновая кислота и ее роль в физиологии и патологии суставов

В 1934 году Карл Майер и Джон Палмер описали гликозаминогликан, выделенный ими из стекловидного тела глаза, и предложили название «гиалуроновая кислота». В настоящее время эта макромолекула чаще всего называется «гиалуронан » или «гиалуронат натрия ». Расшифровка химической структуры показала, что гиалуронат натрия состоит из дисахаридных повторов D-глюкуроновой кислоты и D-N-ацетилглюкозамина, которые соединяются посредством чередующихся бета-1,4 и бета-1,3 гликозидных связей. Такая структура является энергетически очень стабильной.

Число дисахаридных повторов, образующих одну молекулу гиалуроната может быть огромным (более 30000), а молекулярная масса может достигать 107 Да. Средняя длина одного дисахарида составляет около 1 нм. Таким образом, молекула гиалуроната из 10000 повторов имеет длину порядка 10 мкм, что сопоставимо с диаметром эритроцита. Молекула гиалуроната имеет как гидрофобные, так и гидрофильные участки и в физиологическом растворе сворачивается в виде перекрученной ленты, образуя довольно большой домен. У подобной доменной структуры есть важные физиологические последствия — малые молекулы, такие как вода, электролиты и питательные вещества свободно проникают внутрь нее, а крупные молекулы белков с большим трудом могут попасть в домен.

Рис. 3 Схематическое изображение структуры молекулы гиалуроната.

Молекула представлена в разных плоскостях (А). Видно, что она «ленточной» структуры, которая имеет плавные изгибы в двух плоскостях.

В растворе молекула гиалуроната сворачивается в виде перекрученной ленты, образуя домен (В); вода, электролиты, аминокислоты и сахара свободно проникают внутрь домена, в то же время молекулы белков с большим трудом могут попасть в домен.

Почти в каждой ткани человека содержится гиалуронат. В хряще, синовии и синовиальной жидкости имеется относительно небольшое количество гиалуроната в абсолютном значении (1 мг/г в гиалиновом хряще, 3-4 мг/мл в синовиальной жидкости), но это важнейший компонент матрикса. Несмотря на то, что структура гиалуроната достаточно простая, этот гликозаминогликан обладает несколькими очень важными функциями. Прежде всего, он влияет на взаимодействие клеток с межклеточным веществом и оказывает воздействие на клеточную миграцию. Следовательно, гиалуронат является одним из ключевых компонентов в процессах, связанных с миграцией клеток, таких как заживление ран, регенерация тканей и воспаление. Гиалуронат, как и другие компоненты матрикса, постоянно обновляется. Следовательно, поддержание оптимального состояния матрикса зависит от скоординированной регуляции синтеза и распада данного гликозаминогликана. В настоящее время принято считать, что потеря матрикса хряща лежит в основе остеоартроза. поэтому синтез и распад а тесно связан с патогенезом данного заболевания. Именно гиалуронат натрия играет жизненно важную роль в здоровых синовиальных суставах, поскольку он обладает следующими физико-химическими и биологическими свойствами:

  1. Придает синовиальной жидкости характерные физические свойства, позволяющие выполнять ей роль смазки при постепенном усилении сдвига, и наоборот, при внезапной нагрузке - роль поглотителя (амортизатора) ударной нагрузки.
  2. Работает как фильтр, управляющий движением клеток и больших молекул в суставе.
  3. Формирует на всей внутренней поверхности сустава защитный слой - вязкоупругую пленку, которая защищает суставные хрящи и синовиальную оболочку от механических повреждений, а также от свободных радикалов и факторов воспаления.
  4. Образует центры протеогликанных скоплений, которые важны для структурной и функциональной ценности суставного хряща.

Поэтому в последнее время в лечебной практике все чаще применяется вискосапплементарная терапия.

Вискосапплементарная терапия (от англ. viscosupplementation) —лечение, направленное на улучшение вязко-упругих свойств синовиальной жидкости. По сути, единственная группа препаратов, обеспечивающая такое влияние на синовиальную жидкость, является препаратами гиалуроната натрия. Поэтому термин «вискосапплементарная терапия» рассматривается как синоним лечения остеоартроза препаратами гиалуроната.