فرادرسغضروف و عملکرد آن — به زبان ساده
غضروف (Cartilage) یک بافت همبند نیمه سفت اما منعطف است که در نقاط مختلف بدن وجود دارد. این نوع بافت نیز با داشتن یک ساختار پایدار که عمدتا از آب تشکیل شده است، یک ساختمان مستحکم تشکیل می‌دهد. غضروف در بدن انسان در مناطقی مانند مفاصل، بینی، راه‌های تنفسی، دیسک‌‌های بین مهره‌ای ستون فقرات و گوش یافت می‌شود.
عملکرد غضروف
عملکرد غضروف چیزی بیشتر از نقش ساختاری آن در بدن است و در چرخه زندگی عملکردهای متفاوتی دارد. در جنین، غضروف‌ها نقش محافظتی را بر عهده دارند و در واقع پیش‌ساز استخوان هستند. غضروف جنینی یا به عنوان غضروف باقی می‌ماند یا زیر ساختی برای استخوان‌سازی درون غضروفی ایجاد می‌کند، بدین معنی که به عنوان الگویی برای رشد و پیشرفت سریع سیستم اسکلتی عضلانی وارد عمل می‌شود.
غضروف بافتی نرم است که باعث می‌شود حرکت صورت به سادگی انجام گیرد و همچنین مسئول ایجاد یک ساختار حمایتی سبک در گوش خارجی، نوک و سپتوم بینی است. غضروف‌ها در مناطق دیگر بدن به عنوان «کمک فنر» (Shock Absorber) عمل می‌کند، در قسمتهایی که استخوان بر روی استخوان قرار می‌گیرد، مانع از سایش و آسیب می‌شود. مفصل‌های بخشهای مختلف بدن نیز بدون انعطاف پذیری غضروف قادر به خم شدن نخواهند بود.
مجموعه‌ای از عملکردهای غضروف‌ها در مجاری هوایی یا تنفسی قابل مشاهده است جایی که حلقه‌‌های غضروف در اطراف نای مانع از تخریب و آسیب در مجاری تنفسی می‌شوند و غضروف در انتهای دندهها به بدن امکان می‌دهد که قفسه سینه در هنگام تنفس به بالا و پایین حرکت کند. غضروف همچنین در ترمیم استخوان نقش دارد، همان طور که در جنین، غضروف‌ها الگویی برای استخوان‌سازی محسوب می‌شوند، این بار به بخشهای شکسته و آسیب دیده استخوان برای ترمیم آسیب نیز کمک می‌کنند.
انواع غضروف
سه نوع غضروف در بدن انسان وجود دارد. اگرچه اجزای آن‌ها بسیار شبیه به هم هستند، اما هر کدام دارای مقادیر متفاوتی از هر یک از ترکیبات تشکیل دهنده غضروف هستند و به همین دلیل هر نوع غضروف کیفیت متفاوتی ارائه می‌دهد. بر این اساس، هر نوع غضروف در مکان خاصی از بدن وجود دارد و وظایف خود را انجام می‌دهد.
غضروف شفاف یا شیشه‌ای
شایع‌ترین شکل غضروف، «غضروف هیالین» یا شفاف (Hyaline Cartilage) است. نام این غضروف از کلمه یونانی (Hyalos) به معنای شیشه گرفته شده است که توصیف کننده ظاهر این نوع بافت همبند است که به شکل شفاف و با رنگ سفید مایل به آبی و براق مشاهده می‌شود. غضروف هیالین معمولاً فقط 2 تا 4 میلی‌متر ضخامت دارد (تمام غضروف‌ها باید نازک باشند، زیرا در این نوع بافت، عروقی وجود ندارد و مواد مغذی و اکسیژن باید از طریق انتشار به سلول‌های غضروفی برسند). غضروف هیالین شکل جنینی غضروف است و همچنین در دندهها، مفاصل، بینی، حنجره و نای وجود دارد.
غضروف هیالین حاوی کلاژن بالایی است، کلاژن پروتئینی است که نه تنها در بافت همبند بلکه در پوست و استخوان نیز یافت می‌شود و به نگه داشتن استحکام بدن کمک می‌کند. غضروف هیالین قسمت‌های مختلف بدن را پشتیبانی کرده و ساختار انعطاف پذیری را به آن‌ها می‌دهد. این غضروف در ساختارهایی مانند بینی، گوش‌ها و مناطقی یافت می‌شود که در انتهای دندهها به استخوان سینه اتصال می‌یابند و در بخش‌هایی از دستگاه تنفسی مانند نای و حنجره نیز وجود دارد که به شکل دادن به این قسمت‌ها کمک می‌کند و به آن‌ها خاصیت انعطاف پذیری می‌بخشد.
هنگامی که غضروف هیالین روی سطح مفصل استخوان‌ها (سطوح موجود در مفاصل) قرار دارد، به آن «غضروف مفصلی» (Articular Cartilage) گفته می‌شود. غضروف مفصلی به عنوان کمک فنر عمل می‌کند و همچنین باعث کاهش اصطکاک بین استخوان‌هایی که در ناحیه مفاصل قرار دارند، می‌شود. در سنین بالا، این غضروف می‌تواند از بین برود و منجر به درد مفاصل و تورم در این بخش‌ها شود که گاهی اوقات فقط با جراحی می‌توان این درد را کاهش داد.
الیاف کلاژن غضروف هیالین از کلاژن نوع دو تشکیل شده‌اند که الیافی بسیار نازک هستند و با میکروسکوپ‌های خاصی قابل مشاهده می‌شوند.
غضروف فیبروکتیلاژ یا رشته‌ای
در جایی که تاندون‌‌ها و لیگامان‌‌ها به استخوان می‌رسند، در سیمفیزیس پوبیس (Pubic Symphysis)، در منیسک، در مفاصل استرنوکلوئیکولار و در فیبروز آنولوس (مرکز دیسک بین مهره‌ای)، «غضروف فیبروکتیلاژ» (Fibrocartilage) یا غضروف فیبری یا رشته‌ای یافت می‌شود.
غضروف فیبروکتیلاژ یک بافت همبند بسیار قوی و پایدار است. این نوع غضروف با فیبر‌های کلاژن تقویت شده است که به موازات یکدیگر کنار هم قرار گرفته‌اند و سطح کششی کمی دارند. به دلیل فراوانی الیاف کلاژن، فیبروکتیلاژ از نظر ظاهری سفید است. فاقد پوشش «غضروف پوش» (Perichondrium) است و از الیاف کلاژن نوع II و نوع I تشکیل شده است. تصویر زیر شکل غضروف صاف و سفید نعل اسبی «منیسک فیبرکارتلیاژینوز» (Fibrocartilaginous Menisci) را نشان می‌دهد.
غضروف الاستیک
«غضروف‌های الاستیک» (Elastic Cartilage) یا غضروف کشسان در درجه اول در گوش خارجی (لاله گوش)، «شیپور استاش» (Eustachian Tube) و «اپی‌گلوت» (Epiglottis) مشاهده می‌شود. این قسمت‌ها از آناتومی بدن نیاز دارند که همیشه بعد از فعالیت به شکل اولیه خود برگردند. نقش غضروف الاستیک کاملاً ساختاری است و به دلیل داشتن مخلوطی از الیاف الاستیک و الیاف کلاژن نوع II انعطاف پذیری و حالت ارتجاعی از خود نشان می‌دهد. این نوع از غضروف‌ها زرد رنگ هستند و هنگام مشاهده بر روی یک اسلاید میکروسکوپ فاقد ساختار سازمان یافته مانند فیبروکتیلاژ هستند.
غضروف الاستیک به عنوان غضروف فیبروالاستیک نیز شناخته می‌شود. معمولاً رنگ زرد این غضروف از سایر غضروف‌های بدن قابل تشخیص است. دو نوع غضروف دیگر، غضروف هیالین و فیبری از نظر ظاهری سفید رنگ هستند.
غضروف الاستیک بسیار شبیه به غضروف هیالین در زیر میکروسکوپ است و برای تهیه تصویر میکروسکوپی و مشاهده الیاف الاستیک (که در حالت عادی زیر میکروسکوپ غیرقابل مشاهده هستند) که به این غضروف نام غضروف الاستیک را داده‌اند، باید از رنگ‌های مخصوص استفاده شود. غضروف الاستیک مانند هیالین دارای سلول‌های غضروفی (Chondrocyte) منفرد و چندتایی است که در فضاهایی به نام لاکونا قرار دارند.
ماتریکس خارج سلولی غضروف الاستیک حاوی سطوح بالاتری از کلاژن نوع II است. سلول‌های غضروفی در یک لایه بیرونی وجود دارند که به نام غضروف پوش یا پری كوندریوم شناخته می‌شود. پری كوندریوم از دو لایه با كاركرد متفاوت ساخته شده است: لایه داخلی شامل كندروبلاست‌ها (سلول‌های غضروفی كه هنوز در داخل ماتریكس خارج سلولی ثابت نیستند و همچنان به تولید اجزای این ماده ژل مانند ضخیم ادامه می‌دهند) و لایه بیرونی، فیبروبلاستها را در خود جای می‌دهد که با پیشرفت به سمت لایه داخلی به سلول‌های غضروفی متمایز می‌شوند.
در طی این حرکت و تمایز همراه آن، فیبروبلاستها ترشح کلاژن نوع I و اسید هیالورونیک را متوقف می‌کنند و به محض اینکه تبدیل به کندوربلاست (Chondroblasts) می‌شوند، ترشح کلاژن نوع II و کندرویتین سولفات را شروع می‌کنند.
مواد اصلی تشکیل دهنده غضروف‌ها
همان طور که در بالا اشاره شد، غضروف از سلول‌های بسیار تخصصی به نام کندروسیت و کندروبلاست ساخته شده است (پیشوند کندرو به غضروف اشاره دارد) و سایر مواد خارج سلولی که «ماتریکس غضروف» (Cartilage Matrix) را تشکیل می‌دهند.
تمام انواع بافت همبند در بدن انسان از مزودرم جنینی منشا گرفته است. استخوان به عنوان قوی‌ترین بافت همبند، از آخرین قسمتهایی است که در مراحل نهایی رشد تشکیل می‌شود و می‌تواند پس از تولد به خوبی در فرم غضروف باقی بماند. افزایش غضروف به نسبت استخوان در جنین باعث می‌شود یک جنین در هنگام تولد به دلیل انعطاف پذیری خوبی که دارد بتواند از کانال زایمان خارج شود. یک نوزاد تازه متولد شده دارای 300 استخوان است، برخلاف فرد بالغ طبیعی که 206 استخوان دارد و همه این استخوان‌ها از غضروف سرچشمه می‌گیرند.
از هفته هفتم زندگی جنینی، روند استخوان‌سازی غضروفی انجام می‌شود و به آرامی غضروف را با استخوان جایگزین می‌کند. این روند تا اوایل کودکی ادامه دارد. غضروف به دو طریق رشد می‌کند. در «رشد بینابینی» (Interstitial Growth)، سلول‌های غضروفی افزایش یافته و تقسیم می‌شوند و در طول دوران کودکی و بزرگسالی ماتریکس بیشتری در غضروف ایجاد می‌شود.
در «رشد سطحی» (Appositional Growth)، لایه‌‌های تازه ماتریکس توسط کندروبلاست‌ها در غضروف پوش یا پری کندریوم به سطح ماتریکس موجود اضافه می‌شوند. پری کندریوم یک لایه متراکم از بافت همبند است که اکثر نقاط غضروف را احاطه کرده است. لایه بیرونی آن حاوی فیبروبلاستهای تولید کننده کلاژن است، در حالی که لایه داخلی تعداد زیادی از فیبروبلاستهای متمایز به نام کندروبلاست‌ها را در خود جای داده است.
کندروبلاست (Chondroblasts)
تا زمانی که کندروبلاست‌ها آزادی حرکت داشته باشند، آن‌ها می‌توانند «عناصر ماتریکس خارج سلولی» (Extracellular Matrix) را تولید کنند. این نوع از سلول‌های غضروفی در ابتدا ماتریکس اسید هیالورونیک، کندرویتین سولفات، الیاف کلاژن و آب را در طی رشد جنین تشکیل می‌دهند. کندروبلاست‌ها سرانجام پس از احاطه شدن با ماتریکس بی‌حرکت می‌شوند و به آن‌ها کندروسیت گفته می‌شوند.
سلول‌های غضروفی یا کندروسیت‌ها
کندروسیت‌ها شکل غیرقابل حرکت کندروبلاست‌ها هستند. آن‌ها توسط ماتریکس احاطه شده‌اند و در فضا‌های اختصاصی به نام «لاکونا» (Lacunae) جای می‌گیرند. درون یک لاکونای منفرد می‌تواند یک یا چند سلول غضروفی باشد.
سلول‌های غضروفی با توجه به نوع غضروف موجود در آن‌ها نقش‌های مختلفی دارند. در غضروف مفصلی که در مفاصل یافت می‌شود، سلول‌های غضروفی باعث افزایش سطح مفصل می‌شوند. در صفحات رشد، سلول‌های غضروفی رشد صفحه اپی فیز را تنظیم می‌کنند. در حالی که کندروبلاست‌ها تولید کننده عناصر ماتریکس خارج سلولی هستند، سلول‌های غضروفی ماتریکس خارج سلولی موجود را حفظ می‌کنند و از سلول‌های مشابه خود کمتر فعال هستند.
فیبروبلاستها
فیبروبلاستها در انواع بافت همبند یافت می‌شوند. در غضروف، این سلولها کلاژن نوع I را تولید می‌کنند. در شرایط خاص، فیبروبلاستها به سلول‌های غضروفی یا کندروسیت‌ها تبدیل می‌شوند.
ماتریکس خارج سلولی
در ساختار غضروف، ماتریکس به میزان قابل توجهی بیشتر از سلول‌های دیگر وجود دارد، به دلیل اکسیژن کم محیط و عدم وجود رگ‌های خونی ماتریکس سلولی اجازه تولید تعداد بیشتری سلول را نمی‌دهد. به همین دلیل، در این سلولها فعالیت متابولیکی کمی وجود دارد و رشد کمی در بافت غضروف ایجاد می‌شود، همین امر، یکی از دلایلی است که افراد مسن معمولاً از درد مفاصل دژنراتیو (استئوآرتریت) رنج می‌برند. با این وجود غضروف به آرامی رشد می‌کند. این روند رشد آرام، در گوش و بینی‌‌های بزرگتر افراد مسن قابل مشاهده است.
ماتریکس خارج سلولی غضروف شامل سه عنصر اختصاصی است، که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.
کلاژن
یک ماتریکس کلاژن مبتنی بر پروتئین، از طریق ساختار مشبک فیبر مانند خود به بافت غضروف حالت کشسانی و استحکام می‌دهد. اگرچه اشکال مختلفی از کلاژن در بدن انسان وجود دارند اما کلاژن موجود در غضروف در درجه اول از نوع II است، با یک مارپیچ جانبی به نام «FACIT» (فیبر کوتاه مرتبط با کلاژن به همراه مارپیچ سه گانه منقطع) که نوعی از کلاژن به نام پروتئوگیلیکان است. کلاژن نوع XIV قطر این الیاف را تعیین می‌کند.
پروتئوگلیکان
«پروتئوگلیکانها» (Proteoglycans) مولکولهای بزرگی هستند که با مولکولهای آب به هم متصل می‌شوند و قابلیت انعطاف پذیری و خصوصیات پوششی را برای غضروف‌ها فراهم می‌کنند. مونومر‌ها یا زیر واحدهای پروتئوگلیکان به اسید هیالورونیک از طریق پیوند‌های پروتئینی متصل می‌شود، این ساختار در پروتئوگلیکان‌های بزرگ «آگریکان» (Aggrecan) (کندرویتین سولفات پروتئوگلیکان 1) وجود دارد که در تصویر ۵ مشاهده می‌شود.
تعداد زیاد بار‌های منفی در طی ایجاد ساختارهای پروتئوگلیکان، همراه با یک سطح بزرگ، باعث می‌شود، پروتئوگلیکانها به تعداد زیادی از مولکولهای آب متصل شوند. این امر، فشار اسمزی بالایی ایجاد می‌کند، تحمل فشار و بار را افزایش می‌دهد و قوام ژل مانند عناصر ماتریکس خارج سلولی غضروف‌ها را تشکیل می‌دهد.
پروتئین‌‌های غیرکلاژن
عناصر غیرکلاژنی ماتریکس خارج سلولی غضروف‌ها از نظر تعداد نسبت به سایر عناصر ماتریکس کمتر هستند و به نظر می‌رسد در نگهداری و سازماندهی ساختار غضروف در سطح ماکرومولکولی نقش داشته باشند.
