Kraakbeenfysiologie 1Balo
Inleiding:
Kraakbeen is niet geïnnerveerd en niet gevasculariseerd. → Voeding van kraakbeen
verloopt anders dan bij andere bindweefselsoorten.
→ De voeding is afhankelijk van voldoende en gedoseerde beweging!
Kraakbeen is belangrijk voor normale beweging in gewrichten want zonder kraakbeen zou er
heel rap slijtage zijn. Er zijn 2 soorten kraakbeen:
- Hyalien kraakbeen aanwezig in de synoviale gewrichten bv. In kraakbenige
verbindingen tussen sternum en costae
o Kraakbeen dat geschikt om compressie- en schuifkrachten op te vangen
- Vezelige type van kraakbeen, aanweizg in de tussenwervelschijven (discus
intervertebralis), andere disci, menisci en ook in kaakgewricht.
o Kaakgewricht is enige synoviale gewricht dat eerder vezelig type kraakbeen
bevat. Dit komt omdat hyalien kraakbeen na de adolescentie niet meer in staat is
om te herstellen en het vezelig type wel.
o Vezelig type bestaat uit veel collageenvezels, nodig voor opvang van rekkrachten
→ dit kenmerk bepaalt zijn bouw, naam en zijn functie
de
- Soort 3 kraakbeen: elastisch kraakbeen bv. Aanwezig in oorschelpen
Info: wervelkolom bezit ook veel synoviale gewrichten met hyalien kraakbeen maar deze zijn
niet rechtstreeks verbonden met de discus intervertebralis.
Symphysis pubis is veel vezelig kraakbeen aanwezig. Het sacro-iliacaal gewicht is ook
buitenbeentje want aan sacrale zijde is er hyalien gewrichtskraakbeen terwijl ter hoogte van
ilium vezelig kraakbeen aanwezig is. Nochtans is dit een synoviaal gewricht.
Fysiologie van hyalien gewrichtskraakbeen en synoviale gewrichten
Bouw en samenstelling: verschillende soorten lagen in het hyalien gewrichtskraakbeen, van
oppervlakkig naar diep: Oppervlakkige kraakbeenzone, overgangszone, diepe
kraakbeenzone, een gecalcificeerde kraakbeenzone
Zona superficialis of oppervlakkige kraakbeenzone: dunste v/d 4 zones. De aanwezige
kraakbeencellen (chondrocyten) zijn zeer dun en ook metabolisch zeer weinig actief.
- De chondrocyten bevatten nochtans mitochondrieën, golgi-apparaat en
endoplasmatisch reticulum maar deze organellen zijn klein in aantal en weinig
ontwikkeld.
- Lage synthese-activiteit van de chondrocyten in dit deel kraakbeen; dit toont ook aan
dat het kraakbeen gezond is want moest er slijtage zijn dan zou er juist veel synthese
moeten gebeuren.
- De cellen zijn plat en liggen met hun lengte-as georiënteerd volgens het oppervlak v/h
kraakbeen. Met ouder worden verdwijnen de kraakbeencellen zelfs uit deze zone v/h
kraakbeen
- Er zijn ook dunne collageenfibrillen die ook bijna parallel aan het kraakbeenoppervlak
verlopen. Hier zijn de collageenfibrillen het dunst.
1
, o Het collageen in kraakbeen is vooral collageen type 2 maar ook kleine
hoeveelheden collageen types V, VI, IX, en XI aanwezig
▪ Collageen type IX en XI kunnne veel kruisbindingen (cross links) aan gaan
met collageen type 2
- Er is hier een grote binding tussen water en kraakbeenmatrix (meer dan in andere
zones). Dit is een gevolg van andere samenstelling van kraakbeenmatrix in
oppervlakkige zone t.o.v. diepe zones.
o In oppervlakkige veel meer chondroïtinesulfaat aanwezig terwijl in diepere lagen
veel meer keratansulfaat.
▪ Chondroïtinesulfaat gaat aggregeren met collageen (keratansulfaat niet),
hierdoor is er een hecht netwerk in de zone
• Maar keratansulfaat zorgt er voor dat collageen onderling kan
aggregeren en dit zorgt voor dikkere collageenfibrillen.
- Deze zone speelt vooral een rol in opvangen van rek- en schuifkrachten en het
reduceren van wrijvingskrachten.
Zona intermedia of overgangszone: collageenvezels liggen schuin ten opzichte v/h
kraakbeenoppervlak.
- Geen chondrocyten maar wel chondroblasten die veel ronder en metabolisch actiever
zijn. Ze bezitten een groter endoplasmatisch reticulum en groter aantal mitochondrieën
- De chrondroblasten synthetiseren collageen en matrixcomponenten, hiervoor hebben
ze voldoende voeding nodig.
- De chondroblasten zijn afhankelijk van anaerobe energielevering omdat er geen
vascularisatie is.
- Hoewel de chondroblasten toch in staat zijn om in aerobe energielevering te voorzien,
zijn ze veel minder v/d zuurstofaanvoer afhankelijk dan andere bindweefselcellen.
Weefsels zonder vasculatie zijn veel minder in staat om te herstellen
(regeneratievermogen). Genezing van kraakbeen is wel mogelijk maar het wordt niet zo
sterk als het oude. Dit heeft ook te maken met beperkt vermogen van chondroblasten bij
volwassenen om aan celdeling te doen.
Zona radiata of diepe kraakbeenzone: grootste zone in volume
- Chondroblasten nog iets ronder en actief in de maak van collageen en
matrixcomponenten.
- Collageenfibrillen zijn ook dikker en liggen loodrecht op het kraakbeenoppervlak.
- De compressiekrachten worden hier zo goed als geneutraliseerd. Daarom is er hier een
sterkere binding tussen de proteoglycanen en glycosaminoglycanen enerzijds, en de
collageenvezels anderzijds.
Zona Calcificata of gecalcificeerde kraakbeenzone: vrij dun, soort overgangszone tussen
kraakbeen en subchondrale bot.
- Tidemark: de grenslijn tussen de gecalcificeerde kraakbeenzone en de daarboven
liggende diepe kraakbeenzone
- Collageenfibrillen lopen door tot in de gecalcificeerde kraakbeenzone (ze zijn erin
verankerd)
2
,- Kraakbeencellen aanwezig in vorm van chondrocyten die weinig actief zijn en nog
weinig organellen bezit.
- Onder de kraakbeenzone ligt het subchondrale bot. Beide zones worden van elkaar
gescheiden door een “cementlijn”. Dankzij de gecalcificeerde kraakbeenzone is er een
vlotte overgang van kraakbeen naar subchondrale bot.
Voeding van het kraakbeen: wordt verwezenlijkt door diffusie vanuit omliggende weefsels
- Het water dat zich kan binden aan de kraakbeenmatrix is essentieel voor de voeding van
kraakbeen.
- Typisch kraakbeen: heel veel water aanwezig; vooral in de 2 bovenste zones, hoe dieper
men gaat, hoe minder water. hyalien kraakbeen: 60%-80% water.
Structuur, opbouw en samenstelling v/d proteoglycanen en glucosaminoglycanen in
kraakbeen (zie inleidend hoofdstuk)
→ de zeer sterke negatieve lading v/d glycosaminoglycanen is maakt de waterbindende
eigenschappen v/h kraakbeen uit.
- Het collagene netwerk voorkomt dat de maximale water-opnamecapaciteit v/h
kraakbeen overschreden wordt.
- Het water komt vanuit de gewrichtsholte, synoviale holte v/h gewricht.
o Membrane synovialis, aan binnenkant gewrichtskapsel zorgt voor aanmaak van
synoviale vloeistof. (een lichtgele, stroperige vloeistof die bestaat uit dialysaat
van bloedplasma waaraan de synoviale cellen wat kleien eiwitten en
hyaloronzuur hebben toegevoegd.
- De hoge concentratie hyaluronzuur garandeert voor de hoge viscositeit v/d synoviale
vloeistof
- De membrana synovialis is wel goed gevasculariseerd (bevat ook veel lymfevaten)
De zeer sterke negatieve lading v/d glycosaminoglycanen trekt de synoviale vloeistof aan
vanuit de gewrichtsholte nr het kraakbeen.
→ Aanvoer van voedsel (water, glucose, aminozuren en gassen als zuurstof) nr kraakbeen
Voeding ook mogelijk vanuit subchondrale bot: kwaliteit van doorbloeding v/h subchondrale
bot en v/d synoviale membraan bepalen de kwaliteit van het voedsel voor het kraakbeen.
→ Daarom dat belastbaarheid van gewricht na artroscopie sterk verlaagd is en blijft tot
enkele dagen na ingreep. De samenstelling v/h synoviale vloeistof is in die periode sterk
gewijzigd ten opzichte v/d normale situatie, gevolg van de inflammatoire cellen en stoffen.
Eens de voeding v/h kraakbeen het mogelijk heeft gemaakt dat er voldoende water in het
kraakbeen aanwezig is, dan bestaat kraakbeen uit een vlechtwerk van collagene fibrillen
met proteoglycanen, glucosaminoglycanen en het door hen gebonden water.
- Het collagene netwerk wordt op spanning gebracht omdat de grondsubstantie
voldoende water kan binden, hierdoor is het gewrichtskraakbeen in staat om
compressiekrachten te weerstaan.
Als het kraakbeen gevuld is met water en onder compressie wordt gebracht dan worden die
krachten opgevangen doordat het kraakbeen als soort spons wordt uitgewrongen. Wat er in
werkelijkheid gebeurt:
3
, - Het water wordt gedeeltelijk terug uit kraakbeen weggedrukt, dit is een nuttig proces
want zo kunnen afvalstof het kraakbeen verlaten. En door verwijdering van deel v/h
water komen er negatieve ladingen vrij die dan weer zorgen voor een grotere
aantrekkingskracht op het synoviaal vocht in de gewrichtsholte.
→ Periode direct volgend op compressie is dus zeer belangrijk voor voeding v/h kraakbeen.
Onmiddellijk na compressie is het gewricht niet minder stabiel omdat het minder water
wordt gecompenseerd door grote afstootkrachten tussen de negatieve ladingen v/d
afzonderlijke glycosaminoglycanen onderling
Aanhoudende compressie is slecht voor het kraakbeen en synthese-activiteit v/d
chondroblasten. (Waarom? Vraag)
Een dynamische afwisseling tussen belasting en ontlasting resulteert in een verhoogde
syntheseactiviteit van de chondroblasten; een dynamische afwisseling tussen belasting en
ontlasting resulteert in een verhoogde syntheseactiviteit v/d chondroblasten.
- Statische compressie onderdrukt de aanmaak van proteoglycanen en extracellulaire
proteïnensynthese door de chondrocyten.
- Dynamische compressie stimuleert deze proteïnensynthese.
In geval van artrose of reumatoïde artritis ontstaat er een pro-inflammatoire cytokines
zoals IL-1 die aanleiding zijn tot een toegenomen concentratie aan metalloproteïnasen. Een
ander pro-inflammatoir cytokine (IL-6) induceert dan weer de synthese v/d ‘tissue inhibitors
of matrix metalloproteinases’ (de natuurlijke inhibitoren v/d matrix metalloproteïnasen) en
niet de synthese v/d matrix metalloproteïnasen zelf. (zie verder)
Tijdens immobilisatie: het afweersysteem wordt precies lam gelegd. Door wegvallen van
noodzakelijke lichaamsbeweging valt het lymfetransport, en dus ook de verwijdering van
materiaal uit de gewrichtsholte.
- Tijdens immobilisatie neemt synoviaal vocht niet toe
- 11-weken immobilisatie van kniegewricht in flexie zorgte voor vermindering van
concentratie IL-1a, tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1 en ook die van
chondroitinesulfaat. Normale belasting tijdens remobilisatiefase herstelt deze waarden
terug op normaal niveau.
- Concentratie fosfolipase A2 (initiator synovitis) bleef onveranderd, het synovium
vertoonde geen ontstekingskenmerken.
→ de mechanismen van kraakbeenatrofie tengevolge van immobilisatie is totaal verschillend
van die bij reumatoïde artritis en artrose. Het is duidelijk dat de turnover van
matrixelementen tijdens een immobilisatiefase verminderd is.
Fysiologie van vezelig kraakbeen in disci en menisci
Vezelig kraakbeen = fibrocartilago
Fysiologie van vezelig kraakbeen in menisci:
4
Inleiding:
Kraakbeen is niet geïnnerveerd en niet gevasculariseerd. → Voeding van kraakbeen
verloopt anders dan bij andere bindweefselsoorten.
→ De voeding is afhankelijk van voldoende en gedoseerde beweging!
Kraakbeen is belangrijk voor normale beweging in gewrichten want zonder kraakbeen zou er
heel rap slijtage zijn. Er zijn 2 soorten kraakbeen:
- Hyalien kraakbeen aanwezig in de synoviale gewrichten bv. In kraakbenige
verbindingen tussen sternum en costae
o Kraakbeen dat geschikt om compressie- en schuifkrachten op te vangen
- Vezelige type van kraakbeen, aanweizg in de tussenwervelschijven (discus
intervertebralis), andere disci, menisci en ook in kaakgewricht.
o Kaakgewricht is enige synoviale gewricht dat eerder vezelig type kraakbeen
bevat. Dit komt omdat hyalien kraakbeen na de adolescentie niet meer in staat is
om te herstellen en het vezelig type wel.
o Vezelig type bestaat uit veel collageenvezels, nodig voor opvang van rekkrachten
→ dit kenmerk bepaalt zijn bouw, naam en zijn functie
de
- Soort 3 kraakbeen: elastisch kraakbeen bv. Aanwezig in oorschelpen
Info: wervelkolom bezit ook veel synoviale gewrichten met hyalien kraakbeen maar deze zijn
niet rechtstreeks verbonden met de discus intervertebralis.
Symphysis pubis is veel vezelig kraakbeen aanwezig. Het sacro-iliacaal gewicht is ook
buitenbeentje want aan sacrale zijde is er hyalien gewrichtskraakbeen terwijl ter hoogte van
ilium vezelig kraakbeen aanwezig is. Nochtans is dit een synoviaal gewricht.
Fysiologie van hyalien gewrichtskraakbeen en synoviale gewrichten
Bouw en samenstelling: verschillende soorten lagen in het hyalien gewrichtskraakbeen, van
oppervlakkig naar diep: Oppervlakkige kraakbeenzone, overgangszone, diepe
kraakbeenzone, een gecalcificeerde kraakbeenzone
Zona superficialis of oppervlakkige kraakbeenzone: dunste v/d 4 zones. De aanwezige
kraakbeencellen (chondrocyten) zijn zeer dun en ook metabolisch zeer weinig actief.
- De chondrocyten bevatten nochtans mitochondrieën, golgi-apparaat en
endoplasmatisch reticulum maar deze organellen zijn klein in aantal en weinig
ontwikkeld.
- Lage synthese-activiteit van de chondrocyten in dit deel kraakbeen; dit toont ook aan
dat het kraakbeen gezond is want moest er slijtage zijn dan zou er juist veel synthese
moeten gebeuren.
- De cellen zijn plat en liggen met hun lengte-as georiënteerd volgens het oppervlak v/h
kraakbeen. Met ouder worden verdwijnen de kraakbeencellen zelfs uit deze zone v/h
kraakbeen
- Er zijn ook dunne collageenfibrillen die ook bijna parallel aan het kraakbeenoppervlak
verlopen. Hier zijn de collageenfibrillen het dunst.
1
, o Het collageen in kraakbeen is vooral collageen type 2 maar ook kleine
hoeveelheden collageen types V, VI, IX, en XI aanwezig
▪ Collageen type IX en XI kunnne veel kruisbindingen (cross links) aan gaan
met collageen type 2
- Er is hier een grote binding tussen water en kraakbeenmatrix (meer dan in andere
zones). Dit is een gevolg van andere samenstelling van kraakbeenmatrix in
oppervlakkige zone t.o.v. diepe zones.
o In oppervlakkige veel meer chondroïtinesulfaat aanwezig terwijl in diepere lagen
veel meer keratansulfaat.
▪ Chondroïtinesulfaat gaat aggregeren met collageen (keratansulfaat niet),
hierdoor is er een hecht netwerk in de zone
• Maar keratansulfaat zorgt er voor dat collageen onderling kan
aggregeren en dit zorgt voor dikkere collageenfibrillen.
- Deze zone speelt vooral een rol in opvangen van rek- en schuifkrachten en het
reduceren van wrijvingskrachten.
Zona intermedia of overgangszone: collageenvezels liggen schuin ten opzichte v/h
kraakbeenoppervlak.
- Geen chondrocyten maar wel chondroblasten die veel ronder en metabolisch actiever
zijn. Ze bezitten een groter endoplasmatisch reticulum en groter aantal mitochondrieën
- De chrondroblasten synthetiseren collageen en matrixcomponenten, hiervoor hebben
ze voldoende voeding nodig.
- De chondroblasten zijn afhankelijk van anaerobe energielevering omdat er geen
vascularisatie is.
- Hoewel de chondroblasten toch in staat zijn om in aerobe energielevering te voorzien,
zijn ze veel minder v/d zuurstofaanvoer afhankelijk dan andere bindweefselcellen.
Weefsels zonder vasculatie zijn veel minder in staat om te herstellen
(regeneratievermogen). Genezing van kraakbeen is wel mogelijk maar het wordt niet zo
sterk als het oude. Dit heeft ook te maken met beperkt vermogen van chondroblasten bij
volwassenen om aan celdeling te doen.
Zona radiata of diepe kraakbeenzone: grootste zone in volume
- Chondroblasten nog iets ronder en actief in de maak van collageen en
matrixcomponenten.
- Collageenfibrillen zijn ook dikker en liggen loodrecht op het kraakbeenoppervlak.
- De compressiekrachten worden hier zo goed als geneutraliseerd. Daarom is er hier een
sterkere binding tussen de proteoglycanen en glycosaminoglycanen enerzijds, en de
collageenvezels anderzijds.
Zona Calcificata of gecalcificeerde kraakbeenzone: vrij dun, soort overgangszone tussen
kraakbeen en subchondrale bot.
- Tidemark: de grenslijn tussen de gecalcificeerde kraakbeenzone en de daarboven
liggende diepe kraakbeenzone
- Collageenfibrillen lopen door tot in de gecalcificeerde kraakbeenzone (ze zijn erin
verankerd)
2
,- Kraakbeencellen aanwezig in vorm van chondrocyten die weinig actief zijn en nog
weinig organellen bezit.
- Onder de kraakbeenzone ligt het subchondrale bot. Beide zones worden van elkaar
gescheiden door een “cementlijn”. Dankzij de gecalcificeerde kraakbeenzone is er een
vlotte overgang van kraakbeen naar subchondrale bot.
Voeding van het kraakbeen: wordt verwezenlijkt door diffusie vanuit omliggende weefsels
- Het water dat zich kan binden aan de kraakbeenmatrix is essentieel voor de voeding van
kraakbeen.
- Typisch kraakbeen: heel veel water aanwezig; vooral in de 2 bovenste zones, hoe dieper
men gaat, hoe minder water. hyalien kraakbeen: 60%-80% water.
Structuur, opbouw en samenstelling v/d proteoglycanen en glucosaminoglycanen in
kraakbeen (zie inleidend hoofdstuk)
→ de zeer sterke negatieve lading v/d glycosaminoglycanen is maakt de waterbindende
eigenschappen v/h kraakbeen uit.
- Het collagene netwerk voorkomt dat de maximale water-opnamecapaciteit v/h
kraakbeen overschreden wordt.
- Het water komt vanuit de gewrichtsholte, synoviale holte v/h gewricht.
o Membrane synovialis, aan binnenkant gewrichtskapsel zorgt voor aanmaak van
synoviale vloeistof. (een lichtgele, stroperige vloeistof die bestaat uit dialysaat
van bloedplasma waaraan de synoviale cellen wat kleien eiwitten en
hyaloronzuur hebben toegevoegd.
- De hoge concentratie hyaluronzuur garandeert voor de hoge viscositeit v/d synoviale
vloeistof
- De membrana synovialis is wel goed gevasculariseerd (bevat ook veel lymfevaten)
De zeer sterke negatieve lading v/d glycosaminoglycanen trekt de synoviale vloeistof aan
vanuit de gewrichtsholte nr het kraakbeen.
→ Aanvoer van voedsel (water, glucose, aminozuren en gassen als zuurstof) nr kraakbeen
Voeding ook mogelijk vanuit subchondrale bot: kwaliteit van doorbloeding v/h subchondrale
bot en v/d synoviale membraan bepalen de kwaliteit van het voedsel voor het kraakbeen.
→ Daarom dat belastbaarheid van gewricht na artroscopie sterk verlaagd is en blijft tot
enkele dagen na ingreep. De samenstelling v/h synoviale vloeistof is in die periode sterk
gewijzigd ten opzichte v/d normale situatie, gevolg van de inflammatoire cellen en stoffen.
Eens de voeding v/h kraakbeen het mogelijk heeft gemaakt dat er voldoende water in het
kraakbeen aanwezig is, dan bestaat kraakbeen uit een vlechtwerk van collagene fibrillen
met proteoglycanen, glucosaminoglycanen en het door hen gebonden water.
- Het collagene netwerk wordt op spanning gebracht omdat de grondsubstantie
voldoende water kan binden, hierdoor is het gewrichtskraakbeen in staat om
compressiekrachten te weerstaan.
Als het kraakbeen gevuld is met water en onder compressie wordt gebracht dan worden die
krachten opgevangen doordat het kraakbeen als soort spons wordt uitgewrongen. Wat er in
werkelijkheid gebeurt:
3
, - Het water wordt gedeeltelijk terug uit kraakbeen weggedrukt, dit is een nuttig proces
want zo kunnen afvalstof het kraakbeen verlaten. En door verwijdering van deel v/h
water komen er negatieve ladingen vrij die dan weer zorgen voor een grotere
aantrekkingskracht op het synoviaal vocht in de gewrichtsholte.
→ Periode direct volgend op compressie is dus zeer belangrijk voor voeding v/h kraakbeen.
Onmiddellijk na compressie is het gewricht niet minder stabiel omdat het minder water
wordt gecompenseerd door grote afstootkrachten tussen de negatieve ladingen v/d
afzonderlijke glycosaminoglycanen onderling
Aanhoudende compressie is slecht voor het kraakbeen en synthese-activiteit v/d
chondroblasten. (Waarom? Vraag)
Een dynamische afwisseling tussen belasting en ontlasting resulteert in een verhoogde
syntheseactiviteit van de chondroblasten; een dynamische afwisseling tussen belasting en
ontlasting resulteert in een verhoogde syntheseactiviteit v/d chondroblasten.
- Statische compressie onderdrukt de aanmaak van proteoglycanen en extracellulaire
proteïnensynthese door de chondrocyten.
- Dynamische compressie stimuleert deze proteïnensynthese.
In geval van artrose of reumatoïde artritis ontstaat er een pro-inflammatoire cytokines
zoals IL-1 die aanleiding zijn tot een toegenomen concentratie aan metalloproteïnasen. Een
ander pro-inflammatoir cytokine (IL-6) induceert dan weer de synthese v/d ‘tissue inhibitors
of matrix metalloproteinases’ (de natuurlijke inhibitoren v/d matrix metalloproteïnasen) en
niet de synthese v/d matrix metalloproteïnasen zelf. (zie verder)
Tijdens immobilisatie: het afweersysteem wordt precies lam gelegd. Door wegvallen van
noodzakelijke lichaamsbeweging valt het lymfetransport, en dus ook de verwijdering van
materiaal uit de gewrichtsholte.
- Tijdens immobilisatie neemt synoviaal vocht niet toe
- 11-weken immobilisatie van kniegewricht in flexie zorgte voor vermindering van
concentratie IL-1a, tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1 en ook die van
chondroitinesulfaat. Normale belasting tijdens remobilisatiefase herstelt deze waarden
terug op normaal niveau.
- Concentratie fosfolipase A2 (initiator synovitis) bleef onveranderd, het synovium
vertoonde geen ontstekingskenmerken.
→ de mechanismen van kraakbeenatrofie tengevolge van immobilisatie is totaal verschillend
van die bij reumatoïde artritis en artrose. Het is duidelijk dat de turnover van
matrixelementen tijdens een immobilisatiefase verminderd is.
Fysiologie van vezelig kraakbeen in disci en menisci
Vezelig kraakbeen = fibrocartilago
Fysiologie van vezelig kraakbeen in menisci:
4
