Antonio Gigante Clinica Ortopedica Università Politecnica ...

CARTILAGINE ARTICOLARE I

Antonio Gigante

Clinica OrtopedicaUniversità Politecnica delle Marche

Ancona - Italy

Clinica OrtopedicaUniversità Politecnica delle Marche

Ancona - Italy

2009

CARTILAGINE ARTICOLARE

Tessuto che ricopre le superfici articolari egrazie alle proprietà biomeccaniche

permette lo scorrimento dei capi articolaricon bassissimo coefficiente di attrito e di usura, senza dolore,

distribuendo omogeneamente le sollecitazioni meccaniche

Cartilagine articolare:organizzazione microstrutturale

Collagene Proteoglicani Condrociti+ acqua

Condrocita - Chondron• rotondeggianti in vivo• capsula• matrice pericellualre• 4 – 15 micron• ciglio• S-100 positivo

Condrocita - Chondron

• rotondeggianti in vitro(in sospensione)


• rotondeggianti in vitro(su scaffold tridimensionali)


• appiattiti o poligonali in vitro(aderenti al polistirene)


• rotondeggianti• capsula• matrice• 4 – 15 micron• ciglio• S-100 positive

Condrocita - Chondron• rotondeggianti• capsula• matrice peric.• 4 – 15 micron• ciglio• S-100 positive

Condrocita - Chondron• rotondeggianti• capsula• matrice• 4 – 15 micron• ciglio• S-100 positive

Condrocita - Chondron• rotondeggianti• capsula• matrice• 4 – 15 micron• ciglio• S-100 positive• Cathepsin B negative

Matrice extra-cellulare

GlucosaminaCondroitin solfatoCollagene II idroliz.Acido Ialuronico

Collagene• collagene tipo II 90 %

• altri collagene fibrillari (I-III-V)• collagene IX-X-XI non fibrillare

(adesione intermolecolare e calcificazione)

Proteoglicani e acido ialuronico

Ac. ialuronicoCondroitin 4S e 6SDermatan solfatoEparan solfatoCheratan solfatoBiglicano (PG-S1)Decorina (PG-S2)

Cartilagine articolare

Collagene tipo II

• Strato superficiale

• Strato intermedio

• Strato profondo

• Strato calcifico

Cartilagine articolare• Strato superficiale


Collagene tipo II

• Strato intermedio


•Strato profondo

Cartilagine articolare• Strato calcifico

Integrità del tessuto cartilagineo

→ corretta distribuzione dei carichi

→ minimizzazione dell’attrito

NOXA

Lesioni traumatiche o degenerative

→ gravi alterazioni della dinamica articolare

La cartilagine articolare non ripara!(Hunter, 1700)

Ogni organo e tessuto ha limiti riparativi specifici dipendenti dal grado e tipo della lesionee dall’età e dalla specie dell’organismo.

Lesioni della cartilagine articolare

Collagene tipo II

• Rigenerazionesolo nelle prime fasi dello sviluppo ein alcune specie di animali cartilaginei

• Riparazionedipendente dalla superficie e dalla profondità

Collagene tipo II

Reaction of surrounding cartilage

Clustersof chondrocytes

Articular cartilage lesions

Collagene tipo II

Scar tissue:Fibrous cartilageor fibrous tissue

Articular cartilage lesions

LESIONI DELLA CARTILAGINE ARTICOLARE

• TRAUMA

• INSTABILITA ’ E DEFORMITA’

• OSTEOCONDROSI

• INFIAMMATORIE(reumatismi inf.)

• INFETTIVE

• DEGENERATIVE SENILI

• DEGENERATIVE IDIOPATICHE(condromalacia)

CLASSIFICAZIONE EZIOPATOGENETICA


• TRAUMA

• INSTABILITA’ E DEFORMITA’

• OSTEOCONDROSI


• INFETTIVE




OSTEOARTROSI


• TRAUMA


• OSTEOCONDROSI


• INFETTIVE




OSTEOARTROSI ?


• TRAUMA


• OSTEOCONDROSI


• INFETTIVE




OSTEOARTROSI


• TRAUMA


• OSTEOCONDROSI


• INFETTIVE



CLASSIFICAZIONE ANATOMOPATOLOGICA

I. RAMMOLLIMENTO O EDEMA

II. FISSURAZIONE

III. FIBRILLAZIONE

IV. ULCERAZIONE




II. FISSURAZIONE

III. FIBRILLAZIONE

IV. ULCERAZIONEPUNTO DI NON RITORNO ???

TERAPIA ?




II. FISSURAZIONE

III. FIBRILLAZIONE

IV. ULCERAZIONE

Tutte le metodiche di riparazione della cartilaginepresentano ancora aspetti controversi

Terapie fisicheViscosupplementazioneCondrointegrazione

CondroabrasionePerforazioniMicrofrattureInnesti tissutaliInnesti cellulari

Collagene tipo II

Metodi fisici:

• meccanici e cinematici• termici• elettromagnetici

Riparazione della cartilagine articolare


Collagene tipo II

Interazione con stimoli fisici:

• energia meccanica• energia gravitazionale• energia idrostatica • energia termica• energia elettromagnetica (onde)

Relazione tra forze gravitazionali, meccaniche e idrostatiche

Collagene tipo II

F = m . a forza (N)

P = m . g forza peso P = (d . s . h). g

Pr = P / s pressione Pr = Ps . h(legge di Stevin)

Relazione tra forze gravitazionali, meccaniche e idrostatiche

Collagene tipo II

Pressione Pr = P / s

Pa (Pascal) N (kg . 9.81)/ m2

1 MPa = 106 N / m2 = 1N/mm2 = 10 Atm


Collagene tipo II


• energia gravitazionale• energia meccanica e idrostatica • energia termica• energia elettromagnetica (onde)

Energia gravitazionale: microgravità

SHUTTLE 1887

Ratti in orbita per 12.5 giorni22 gruppi di ricerca americani (Grindeland, 1990; Duke et al., 1995)

• riduzione del growth rate e della resistenza alla compressione• ridotto il grado di mineralizzazione dell’idrossiapatite • aumento diametro fibrille collagene con riduzione cross-link• riduzione di spessore della cartilagine articolare• growth plate più sottile con riduzione strato ipertrofico


Collagene tipo II


• energia gravitazionale• energia meccanica e idrostatica• energia termica• energia elettromagnetica (onde)

Stimoli meccanici cinematiciKinesiterapia e movimento attivo senza carico• Lubrificazione• Distribuzione soluti e O2• Stimolazione del metabolismo sinoviale• Stimolazione del metab. osteocartilagineo• Controllo muscolare

Salter e ‘Odriscoll, 1984

Stress meccanico o idrostatico compressivo

Riparazione(SurvivalProteins) eproliferazione

q55thtgqwth

condrocita

Necrosie

Apoptosi

Stimoli meccanici:compressione meccanica

continua e intermittente in coltura d’organo

continua > 25 MPa morte cell.

intermittente

0.1-3 Hz

>20 Mpa

5-20 Mpa

<5 MPa

PG

PG

PG

van Kampen, 92; 96; 01

Stimoli meccanici:compressione meccanica in coltura d’organo

Compressione continua Compressione intermittente

Greco et al., 1989

Stimoli elettromagnetici: laser

Athanasiou et al., 1995

Condroplastica mediante laser:Morte cellulare in vivoNon reversibilità degli effetti a 26 settimane

Stimolazione condrociti in vitro mediante laser (300 J, 1W, 100 Hz):Stimolazione della sintesi di matrice e della proliferazione in vitro

Morrone et al., 2000; Torricelli et al., 2001

Condroplastica mediante laser vs meccanica:No differenze istologiche e biomeccaniche del tessuto di riparazione

Lane et al., 1995

Buona riparazione osteocondrale:Studio in vivo Guzzardella et al., 2001

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