Kıkırdak, glikozaminoglikanlar ve proteoglikanlar ile zenginleştirilmiş kolajen ve elastik lifler ile birbirlerini etkileyen makromoleküllerle özellik kazanır. Bölgesel biyomekanik gereksinimler doğrultusunda oluşan farklı matriks elemanları 3 çeşit kıkırdağın ortaya çıkmasına sebep olur.
Kıkırdak, hücreler etrafında oluşan mairiksinin sağlamlığı ile işlevsel gerilimleri kalıcı biçim bozuklukları oluşmaksızın göğüsleyen, bağ dokusunun özel bir şeklidir. Kıkırdağın bir diğer görevi de yumuşak dokuyu desteklemektir. Kıkırdağın düzgün yüzeyli, dirençli ve esnek oluşu, eklemlerde oluşan darbeleri emer ve kaygan yüzeyleri ile kemik hareketlerini kolaylaştırır. Kıkırdak ayrıca, gerek doğum öncesi gerekse doğum sonrası uzun kemiklerin gelişmeleri ve büyümelerini koşullar.
Kıkırdak kondrosit (Yunanca cboııciros, kıkırdak, + kytos, hücre) adı verilen hücrelerden ve hücreler dışındaki lifler ile temel maddeden yapılmış kapsamlı bir matriks- ten meydana gelir. Kondrositler matriksi sentezler ve salgılarlar ve matriks içindeki lakuna adı verilen çukurcuklarda yerleşirler. Kolajen, hiyaluronik asil, proteoglikanlar ve az miktarda birkaç gükoprotein kıkırdak türlerinin matrikslerin- cle bulunan belli başlı makromoleküllerdir. Büyük çapta esnekliği ile tanınan elastik kıkırdak matriksinde, önemli miktarda elastin proteini vardır.
Kolajen ve elastin esnek olduğundan, kıkırdağın sağlam, peltemsi kıvamı kolajen lifler ile glikozaminoglikan yan zincirleri arasındaki elektrostatik bağlara dayanır. Ayrıca bu bağlanma, suyun merkezdeki proteoglikan proteinlerinden uzanan eksi yüklü glikozaminoglikan zincirlerine tutunması ile de (çözücü su) ilgilidir.
Çeşitli işlevsel gereksinimler ile, her biri değişik matriks içeriğine sahip, 3 tür kıkırdak gelişmiştir. I:n yaygın tür olan hiyalîn kıkırdağın, matriksine hakim kolajen, tip II kola- jendir (Şekil 7-1). Daha esnek ve bükiilgen elastik kıkırdak matriksinde tip D kolajene ek olarak bol miktarda elastik lif vardır. Yoğun kaba tip I kolajen lif ağına sahip matriksi ile tanınan fibröz kıkırdak, kuvvet etkisindeki vücut bölgelerinde bulunur.
Her 3 türde de, kıkırdak kan damarı içermez ve komşu bağ dokusunun (perikondriyum) kapilerlerinden veya eklem boşluğundaki sinoviyal sıvıdan difüzyonla beslenir. Bazı durumlarda kan damarları diğer dokuları beslemek için kıkırdağın içinden geçerler, fakat bu damarlar kıkırdağı beslemezler. Damarsız dokuların hücrelerinde olduğu gibi, kondrositler düşük metabolik işlev gösterirler. Kıkırdakta lenfatik damarlar ve sinirler yoktur.
Perikondriyum, kıkırdağın büyük bir bölümünü saran, kıkırdak ile kıkırdağın desteklediği doku arasında ara yüz meydana getiren yoğun bağ dokusu tabakasıdır (Şekil 7-2 ve 7-^0. Perikondriyum damarsız kıkırdağa damar desteği sağlar ve ayrıca sinirler ve lenf damarlarını da barındırır. Hareketli eklemlerin eklem yüzeylerini saran eklem kıkırdağın-
Şekil 7-1. Hiyaiin kıkırdağın mikroskop fotoğrafı. Önce pa- painle matriks sindirilerek, kümeler oluşturan tip II kolajen lifçiklerin çeşitli yerleşim şekilleri daha iyi görüntülenmiştir. Bu kümeler siyah bölgeler olarak ortaya çıkar. Pikrosirius boyası - polarize ışık. Orta büyütme.
da perikondriyum yoktur. Burada oksijen ve besin maddeleri d i füzyon la sinoviyal sıvıdan sağlanır.
Hiyalin kıkırdak (Şekil 7-2) en yaygın olan ve 3 tür kıkırdak arasında en iyi incelenmiş olanıdır. Taze hiyalin kıkırdak yarı saydam mavimsi-beyaz renktedir. Embriyoda zamanla yerini kemik alıncaya kadar geçici iskelet olarak görev yapar.
Yetişkin memelilerde hiyalin kıkırdak; hareketli eklemlerin eklem yüzeylerinde, büyük solunum yollarının duvarlarında (burun, gırtlak, soluk borusu, bronşlar), kaburgaların sternuma eklem yaptıkları ventral uçlarında ve uzun kemik boylarının uzamasından sorumlu epifiz plakalarında yer alır (8. bölüme balcın).
Hiyalin kıkırdağın kuru ağırlığının %-ı()'ı proteoglikan ve yapısal glikoprotein içeren, su ile karışık pelte içine gömülü
kolajenden meydana gelmiştir. Alışılagelmiş histolojik prepa- ratlarda, kolajen iki nedenden ötürü görülemez: I- Kolajen lifçikleri ışık mikroskobu ile görülemeyecek kadar küçüktür, 2- Lifçiklerin ışığı kırına ölçüleri, içinde gömülü oldukları temel maddenin ışığı kırma ölçüleri ile hemen hemen aynıdır. Hiyalin kıkırdak öncelikle tip II kolajen içerir (Sekil 7-1). Bununla birlikte çoğu kez az miktarda IX, X, XI ve diğer kolajen tiplerine de rastlanır.
Kıkırdak proteoglikanları merkezdeki proteinlere kovalen olarak bağlanmış kondroitin -i-siilfat, kondroitin 6-süIfat ve keratan sülfat içerir. Proteoglikanların 200 kadarı hiyaluronik asitin uzun moleküllerine kovalen olmaksızın bağlanır ve kolajen liflerle etkileşen proteoglikan kümelerini meydana getirir. Bu kümelerin uzunluğu ı pm kadar olabilir. Proteoglikaıılar yapısal olarak sise temizliğinde kullanılan fırçaları andırırlar.
Negatif yüklü glikozaminoglikanlara bağlanmış çok’miktardaki çözücü su, darbeleri emici veya biyomekanik bir yay gibi davranır. Bunun özellikle eklem kıkırdağında cok büyük işlevsel önemi vardır.
Tip II kolajen ve proteoglikana ek olarak, kıkırdak matrik- sinin önemli bir kısmı olan kondronektin, özellikle glikozaminoglikanlara ve tip 11 kolajen liflerine bağlanır. Kondıositle- ri kıkırdak matriksine bağlayan bu molekül, yapısal birglikop- roteindir. Her kondrositin etrafını saran kıkırdak matriksi gli- koaminoglikanlardan zengin ve kolajenden yoksuldur. Teri- toryal matriks (kapsül matriksi) adı verilen bu çeper kuşağı, matriksin diğer bölgelerinden farklı boyanır.
Eklem kıkırdakları dışında tüm hiyalin kıkırdaklar perikondriyum adı verilen tıkız bağ dokusu tabakası ile kuşatılmıştır. Perikondriyum kıkırdağın büyüyebilmesi ve bakımı için gereklidir. Kolajen tip I liflerinden zengindir ve pek cok fibroblası içerir. Perikondriyumun iç tabakasındaki hücreler fib- roblastları andırsa da bunlar kondroblastlardır ve kolayca farklılaşarak kondrosit olurlar.
Hiyalin kıkırdağın çevresindeki genç kıkırdak hücreleri oval biçimdedir ve uzun eksenleri yüzeye koşut olarak yerleşmiştir. İçerilere doğru yuvarlak hale gelirler ve bölünerek sayısı <S'e kadar çıkabilen izogen gruplar denen (Yunanca, isos, eşit, ± gcnos, aile) hücre gruplarını meydana getirirler.
Alışılagelmiş histolojik uygulamalar sırasında kıkırdak hücreleri ve matriks su kaybeder, kondrositler düzensiz hale gelir ve kapsülden ayrılarak, merkeze doğru büzülürler. Canlı dokuda ve uygun hazırlanmış parçalarda kondrositler lakünaların içini tamamen doldururlar (Şekil 7-5).
Kapilerlerin bulunmaması nedeniyle kıkırdak hücreleri düşük oksijen basıncında solurlar. Hiyalin kıkırdak hücreleri son ürün olan laktik asiti meydana getirebilmek için glikozu daha çok oksijensiz glikoliz yoluyla metabolize ederler. Kandaki besin maddeleri daha derinlerde yer alan kıkırdak hücrelerine gidebilmek için perikondriyumu geçer. Kıkırdağa suda çözünmüş maddelerin taşınma şekli, aralıklarla kıkırdağın sıkıştırılmasından sonra serbest bırakılması sonucu ortaya çıkan pompalama işlemleri ile oluşan difiizyondur. Bu nedenle, kıkırdağın ulaşabileceği en fazla kalınlık sınırlı kalır.
Kondrosillerin işlevi hormon dengesinin tam olmasına bağlıdır. Büyüme hormonu, tiroksin ve testosteron, siilfatlı glikozaminoglikanların sentezini hızlandırır ve kortizon, hid- rokortizon ve östradiol yavaşlatır. Kıkırdak büyümesi daha çok hipofizin büyüme hormonu olan somatotropin’e bağlıdır. Bu hormon doğrudan doğruya kıkırdak hücrelerini etkilemez, ancak karaciğerde somatomedin Cnin sentezini başlatır. Somatomedin C de kıkırdak hücrelerini etkileyerek büyümelerini uyarır.
Kıkırdak hücreleri selim (kondrom) veya habis (kondrosarkom) tümörlerini oluşturabilir.
Kıkırdak mezenkimden meydana gelir. (Şekil 7-6). Gözlemlenen ilk değişiklikler, mezenkim hücrelerinin uzantılarını geri çekerek yuvarlak hale gelmeleri ve hızla çoğalarak kondroblastlardan oluşan mezenkim yoğunlaşmalarını oluşturmalarıdır. Mezenkim hücrelerinden farklılaşarak artık kondroblast denen bu hücrelerin bazofilik sitoplazmalan ribozomlardan zengindir. Matriksin sentezlenip yığılısı kond- roblastları birbirlerinden uzaklaştırır. Gelişim sürecinde kıkırdak farklılaşması merkezden çevreye doğru olduğu için, merkezdeki hücreler kondrosit niteliğine sahipken, çevredekiler tipik kondroblasttır. Yüzeydeki mezenkim de peri- Icondriyuma dönüşür.
Kıkırdak büyümesi mevcut kondrositlerin bölünerek çoğalmaları (intertisyel büyüme) ve perikondriyumdaki hücrelerin farklılaşmasıyla (apozisyonel büyüme) 2 şeklide olur. Apozisyonel büyümeye göre intertisyel büyümenin rolü daha azdır. İntertisyel büyüme sadece kıkırdak oluşumunun erken dönemlerinde matriksi içeriden genişleterek doku kitlesini artırır. İntertisyel büyüme uzun kemiklerin epifiz plakalarında ve eklem kıkırdağında da görülür. İntertisyel büyüme, uzun kemiklerin boylarının uzaması için epifiz plakalarında ve kıkırdaktan oluşan kemik modelin yapılabilmesi için de endokondral kemikleşmede önemli rol üstlenir. Perikondriyum olmadığı için eklem kıkırdağının eklem yüzeyine yakın yerlerinde zamanla yıpranan hücreler ve matriksin yenilenebilmesi apozisyonla gerçekleşmez, yenilenme elbet içten sağlanmalıdır. Vücudun başka yerlerindeki kıkırdak, çapraz bağlantılar yapan matriks molekülleri ile giderek sertleşir, burada İntertisyel büyümeden daha az söz edilir. Bu durumda kıkırdak sadece apozisyonla çevresel olarak büyür. Perikondriyumdaki kond-
roblastlar çoğalarak etraflarını matriksle sardıklarında kondrosit haline gelirler ve mevcut kıkırdağa katılırlar
roblastlar çoğalarak etraflarını matriksle sardıklarında kondrosit haline gelirler ve mevcut kıkırdağa katılırlar
Her intervertebral disk iki omur arasında yerleşmiş ve bağlar ile omurlara tutunmuştur. Diskin annulus fibrosus ve nükleus pulposus olmak üzere 2 elemanı vardır. İnterverteb- ral diskler, omur hareketleri sırasında komşu omurlar arasında oluşan aşındırıcı güçlere kaygan yastık işlevi görerek engel olan yapılardır. Nükleus pulposus karşılıklı iki omurun çarpışma sırasında oluşan aşındırıcı güçlerine engel olur.
Annulus fibrozus yoğun bağ dokusundan oluşmuş bir dış tabakaya sahiptir, fakat daha çok kolajen demetlerinin komşu tabakalarda ortogonal (sıralamada düz, tersine dönmüş) olarak yerleştiği, üst üste binen yapraklardan oluşan
Küçük çocuklar dışında, hasara uğrayan kıkırdağın yenilenmesi güç gerçekleşir. Perikondriyum hasara uğramış alan içine girerek yeni kıkırdağı güçlükle ve çoğu zaman eksik olarak yapar. Yaygın hasara uğramış bölgelerde -ve seyrek te olsa küçük bölgelerde- perikondriyum yeni kıkırdağı meydana getireceğine yoğun bağ dokusundan oluşan nedbe (yara iyileşme) dokusunu yapar.
Elastik kıkırdak, kulak kepçesinde, dış kulak kanalı duvarında, östaki borusunda, epiglotta ve gırtlağın küneiform kıkırdağında bulunur.
Elastik kıkırdak tip II kolajen liflerine ilave olarak, balık ağı gibi ince çok sayıda elastik lifçik bulundurması dışında, hiyalin kıkırdağa birebir benzer. Taze elastik kıkırdak, elastik liflerdeki elastin nedeniyle sarımtırak renktedir.
Çoğu zaman elastik kıkırdak, giderek hiyalin kıkırdağa dönüşür. Hiyalin kıkırdakta olduğu gibi, elastik kıkırdakta da perikondriyum vardır.
Fibröz kıkırdak tıkız bağ dokusu ile hiyalin kıkırdak arası bir dokudur. Omurlar arasındaki disklerde, belirli bağların kıkırdağındı kemik yüzeylerine bağlandıkları yerlerde ve pubis simfizinde bulunur. Fibröz kıkırdak her zaman tıkız bağ dokusu ile ilişkidedir.
Fibröz kıkırdak ya tek başına veya izogen gruplar halinde, genellikle birbirlerinden kaba tip I kolajen lifler ile ayrılmış, uzun sıralar halinde dizilmiş, kıkırdak hücrelerini içerir. Fibröz kıkırdak matriksi tip I kolajenden zengin olduğu için asidofildir.
Fibröz kıkırdakta, pek çok kolajen lif ya kıkırdak hücre grupları arasında düzensiz demetler meydana getirir veya kıkırdak hücre sütunlarına paralel olarak aynı hizadadırlar. Kolajen demetleri etki altında kaldığı güçlerin doğrultusuna
fibröz kıkırdaktan meydana gelmiştir. Komşu tabakalarda 9U derecelik açı ile yerleşmiş tip I kolajen lifleri olan çok sayıda yaprak, meydana gelen baskılara karşı omurlara olağanüstü direnç kazandırır.
Niikleus pulposus, annulus fibrozusun ortasındadır. Embriyonun notokordıından türer ve hiyaluronik asit ve tip
II kolajen lifçiklerinden yana zengin yapışkan bir matriks içine gömülmüş az sayıda yuvarlak hücre içerir. Çocuklarda nükleus pulposus büyüktür, fakat yaş ilerledikçe giderek küçülür ve kısmen fibröz kıkırdak şeklinde değişime uğrar.
Genellikle daha az kolajen demetin bulunduğu arka bölgede gerçekleşen annulus fibrozus yırtılması, nükleus pulposusun dışarı çıkmasına ve ardından disk yassılmasına sebep olur. Sonuçta, çoğu zaman disk yer değiştirir veya vertebraların arasındaki yerinden kayar, eğer omuriliğe doğru giderse, sinirlere baskı oluşturarak ciddi ağrı ve nörolojik bozukluklara sebep olur. Kaymış diske eşlik eden ağrı sıkışan sinir liflerinin dağıldığı bölgelerde de algılanabilir.
Chakrabarti B, Park JW: Glycosaminoglycans: structure and interaction. CRC Crit Rev Biochem
1980;8:225.
Eyre DR, Muir H: The distribution of different molecular species of collagen in fibrous, elastic and hyaline
cartilages of the pig. Biochem J
1975:51:595.
Hall BK (editor): Cartilage, Vol 1: Structure, Function, and Biochemistry. Academic Press, 1983.
Jasin, HE: Structure and function of the articular cartilage surface. Scand J Rheumatol 1995; 101:51.
Junqueira LCU et al: Quantitation of collagen-protcoglycan interaction in tissue sections. Connect Tissue
Res 1980;7:91.
Perka C et al: Matrix-mixed culture: new methodology for chondrocyte culture and preparation of cartilage
transplants. J Biomed Mater Res 2000;49:305.
Reddy AH (editor): Extracellular Matrix Stnicture and Functions. Liss, 1985.
Stockwell RA: Biology of Cartilage Cells. Cambridge Univ Press, 1979.
Zambrano NZ et al: Collagen arrangement in cartilages. Acta Anat 1982:113:26.