struktura chrupavka
Struktura chrupavky
Charakteristika
V pohyblivých částech kostry se na styčných plochách vyskytuje zvláštní gelovitá hmota (chrupavka), jejímž hlavním úkolem je zabránit dotyku kostí, zejména pak tření kostí o sebe při pohybu.
Chrupavka tlumí pohyb kloubní hlavy a kloubní jamky proti sobě při zátěži a umožňuje klouzavý pohyb. Podobnou funkci mají i meziobratlové ploténky.
Struktura chrupavky
Základem chrupavky je vlákno kyseliny hyaluronové s připojenými osovými proteiny. Avšak teprve po navázání chondroitinsulfátu na osový protein vzniká pevná, ohebná a stlačitelná struktura s vynikajícími kluznými vlastnostmi.
Základem této struktury je vlákno kyseliny hyaluronové, ke které se pomocí zvláštních spojovacích bílkovin připojují tzv. osové proteiny. Pro představu lze vzniklý útvar přirovnat ke kartáči na čištění sklenic. Vlákno kyseliny hyaluronové je nosným drátem a osové bílkoviny jsou štětinami kartáče. Tato struktura tvoří základ a sama o sobě ještě není schopna tvořit vyhovující stlačitelnou vrstvu, protože v sobě nedokáže udržet potřebné množství vody. Tuto schopnost získává teprve po připojení velkého množství chondroitinsulfátu na osové proteiny. Vzniká prostorový útvar s malými dutinkami, který v sobě dokáže zadržovat kloubní tekutinu, je pevný, ohebný a s vynikajícími kluznými vlastnostmi. Jak kyselina hyaluronová, tak především chondroitinsulfát jsou molekuly, které jsou silně hydratované, jinými slovy dokáží na sebe vázat velké množství vody, i když z chemického hlediska každá jiným způsobem. A to je právě ta rozhodující vlastnost, která umožňuje chrupavce potřebnou stlačitelnost a také kluznost.
Kyselina hyaluronová tvoří základ chrupavkové struktury a bez ní se nemůže chrupavka vytvořit. Aby však dosáhla požadovaných vlastností (pružnost a kluznost), musí být zabudován chondroitinsulfát. Díky němu vznikne prostor podobný síťovině schopný zaplnit se vodou (přesněji extracelulární tekutinou).
Při zatížení kloubu je chrupavka stlačována a ze síťoviny je vytlačována tekutina do mezikloubního prostoru. Síťovina klade unikající vodě určitý odpor a proto chrupavka funguje podobně jako tlumiče na kolech aut. Po odlehčení je naopak voda zpětně nasávána do chrupavkové síťoviny, přičemž s sebou nasává i jisté množství látek obsažených v mezikloubním mazu. Jednak jsou to stavební látky pro obnovu chrupavkové struktury, ale také látky s tukovými vlastnostmi, které nakonec umožní dosažení potřebné kluznosti chrupavky.
Stavební složky chrupavky
Z biochemického hlediska jsou základními stavebními složkami chrupavky glykosaminoglykany (GAG), dříve také označované jako mukopolysacharidy. Existuje nejméně 7 typů GAG, z nichž kyselina hyaluronová, chondroitinsulfát a keratansulfát II jsou obsaženy v chrupavce. Je až neuvěřitelná příbuznost mezi těmito jednotlivými složkami a přesto každá z nich má natolik odlišné vlastnosti, že teprve jejich kombinací se dosáhne žádaného efektu co se týče funkčnosti chrupavky.
Základem všech GAG je krevní cukr glukóza (Glu) a její isomer galaktóza (Gal). Biochemickými reakcemi dochází ke změnám v chemické struktuře těchto dvou cukrů a z glukózy tak vznikají glukosamin (GluN) a následně N-acetylglukosamin (GluNAc). Podobně i z galaktózy vzniká galaktosamin (GalN) a N-acetylgalaktosamin (GalNAc). Pro funkci chrupavky je rozhodující skutečnost, že GluN, GluNAc, GalN i GalNAc dokážou reagovat se sulfátem. Připojení sulfátu k molekule takto modifikovaného cukru má zcela mimořádný význam. Díky této vazbě se totiž na molekulu naváže značné množství vody, jejíž přítomnost je pro funkci chrupavky rozhodující.
Tyto modifikované aminocukry vytvářejí řetězce spolu s kyselinou glukuronovou, která se v těle také tvoří z glukózy. Řetězce se utváří způsobem podobným navlékání korálků na dlouhou nit. Jedním z korálků je kyselina glukuronová (v případě keratansulfátu je to galaktóza) a druhým některý z aminocukrů. Takto se korálky na niti pravidelně střídají, až vznikne dlouhý řetězec.
Kyselina hyaluronová
Kyselina hyaluronová je řetězec, který vzniká postupným spojováním disacharidových jednotek tvořených kyselinou glukuronovou a N-acetylglukosaminem. Zvláštností této kyseliny je skutečnost, že je jediným GAG, který ve své molekule neváže žádný sulfát. Kyselina hyaluronová tedy nedokáže vázat vodu takovým způsobem, aby mohla chrupavka vykazovat tlumící schopnosti. Tvoří však skelet budoucí struktury, na jejíž vlákno se ostatní GAG vážou a tyto pak podmínku vázání vody v chrupavčité struktuře splní. I když vodu pevně vázat nedokáže, má schopnost ji přitahovat a tak se zřejmě rozhodujícím způsobem podílí na udržování určité rozvolněné hmoty mezi jednotlivými buňkami (extracelulární matrix). Mimořádně vysoký obsah kyseliny hyaluronové byl zjištěn v embryonálních tkáních a předpokládá se, že kyselina hyaluronová hraje důležitou roli při morfogenezi a hojení ran, protože umožňuje migraci (pohyb) buněk. Bohužel to má i záporné stránky. Studium nádorových buněk ukazuje, že kyselina hyaluronová pravděpodobně umožňuje nádorovým buňkám migrovat skrze extracelulární matrix a tím umožnit vznik dalších ložisek (metastázy). Nádorové buňky mohou indukovat podstatné zvýšení produkce kyseliny hyaluronové, čímž zřejmě usnadňují svoji expanzi do jiných částí těla.
Proto je nutná vysoká obezřetnost při aplikaci kyseliny hyaluronové perorálně (ústy), protože přímo působí na buňky trávicího traktu. Buňky sliznice dvanácterníku a střev se velice rychle obnovují a s přibývajícím věkem narůstá významně pravděpodobnost vzniku nádorového ložiska. Imunitní systém tato ložiska průběžně likviduje, ale přítomnost kyseliny hyaluronové může způsobit, že se malé množství těchto nádorových buněk vymkne kontrole a dostane se do míst, kde by mohly vytvořit nové nádorové ložisko. Lepší je aplikace kyseliny hyaluronové přímo na cílové místo, kde je riziko minimální. Za bezpečné lze považovat injekční podání do kloubů a aplikace na kůži nebo vpichy do kůže při vyhlazování vrásek. Působení kyseliny hyaluronové na sliznice (především trávicího traktu) je lépe se vyvarovat, zejména u starších osob.
V případě artrózy se spíše doporučuje varianta, aby byl do těla dodán glukosamin, protože naše tělo velice dobře vytváří z glukosaminu N-acetylglukosamin a i produkce kyseliny glukuronové je velice dobrá. Je lepší, když jsou na místo určení tyto stavební látky přivedeny samostatně a teprve na místě vytvoří kyselinu hyaluronovou v takovém množství, jak to daná tkáň vyžaduje, než aby cestovala trávicím traktem ne zcela kontrolovatelným způsobem. Navíc bylo nedávno prokázáno, že kyselina hyaluronová má jen velice malou vstřebatelnost (menší než 5%) a aby bylo dosaženo terapeutického účinku při perorálním podávání (ústy), musí být použita poměrně vysoká dávka (téměř 10 g za den). Je to dáno tím, že molekula kyseliny hyaluronové je veliká a takto velikou molekulu nedokáže tělo efektivně přenášet přes střevní sliznici. Proto více než 95% přijatého množství prochází trávicím traktem bez využití, stává se kořistí střevních baktérií nebo odchází stolicí z těla ven.
Chondroitinsulfát
Chondroitinsulfát se strukturou podobá kyselině hyaluronové, je podobně tvořen opakujícími se disacharidovými jednotkami. Místo GluNAc je však v disacharidové jednotce obsažen GalNAc. N-acetylgalaktosamin obsahuje sulfátovou skupinu buď v poloze 4 nebo 6, a proto je správný chemický název chondroitin-4-sulfát nebo chondroitin-6-sulfát. V molekule chondroitinsulfátu je obsaženo průměrně 40 disacharidových jednotek a na konci řetězce je zvláštní seskupení tvořené dvěma molekulami galaktózy, cukrem xylózou a aminokyselinou serinem. Právě serin umožňuje připojení chondroitinsulfátu k osovému proteinu velice pevnou vazbou. Na každý osový protein je navázáno asi 120 až 150 molekul chondroitinsulfátu, takže vzniká prostorově velký komplex plný vody (správněji kloubní tekutiny).
S přibývajícím věkem klesá obsah chondroitinsulfátu v chrupavce, což má za následek rozvoj osteoartrózy. Přispívá k tomu zejména nižší obsah vázané vody ve struktuře chrupavky. Chondroitinsulfát je rozhodující složkou chrupavky, co se týče jejích fyzikálních vlastností (stlačitelnost a kluznost). Ve svém účinku nemůže být zastoupen ani kyselinou hyaluronovou, ani keratansulfátem. Při artróze dochází především k destrukci a zkracování délky řetězců v molekule chondroitinsulfátu. Proto je rozhodujícím kritériem při regeneraci chrupavky obnova původní délky řetězce v molekule chondroitinsulfátu.
Keratansulfát II
Keratansulfát II je opět obdobou kyseliny hyaluronové, místo kyseliny glukuronové však v disacharidové jednotce obsahuje cukr galaktózu. Navíc ne každý GluNAc obsahuje sulfátovou skupinu. Ve srovnání s chondroitinsulátem obsahuje keratansulfát mnohem méně síry a také váže menší množství vody. Podobně jako chondroitinsulfát obsahuje na konci řetězce zvláštní seskupení tvořené vyjímečně GalNAc a na něj navázanou aminokyselinu threonin nebo serin. Pouze v keratansulfátu II je navíc na GalNAc navázaná ještě kyselina N-acetylneuraminová (Gal-NeuAc), tato kyselina se neobjevuje v žádném jiném GAG. Prostřednictvím aminokyseliny je opět keratansulfát II vázán na osový protein.
Předpokládá se, že keratansulfát II modifikuje prostorovou strukturu komplexu (proteoglykanu) tvořeného osovým proteinem, chondroitinsulfátem a keratansulfátem. Je to způsobeno zřejmě tím, že místo, kde se keratansulfát připojuje na osový protein vyžaduje díky Gal-NeuAc větší prostor a právě v těchto místech může docházet ke snazšímu pohybu kloubní tekutiny při stlačování chrupavky. A také proto, že keratansulfát ve srovnání s chondroitinsulfátem váže méně vody. U starších lidí klesá obsah chondroitinsulfátu a je nahrazován větším podílem keratansulfátu. Důsledkem je nižší obsah vázané vody, v laické veřejnosti známé spíše jako vysychání chrupavky. Keratansulfátu je v chrupavce také obsaženo mnohem méně, než chondroitinsulfátu, s přibývajícím věkem (přibližně ve věku 45 let) se začíná poměr měnit ve prospěch keratansulfátu, současně se zvyšuje i podíl kyseliny hyaluronové.
Osové proteiny
Bílkoviny, na které se GAG vážou, se nazývají osové proteiny. Tyto osové proteiny bylo možné izolovat jen s velkými obtížemi a také jejich identifikace a charakterizace je velice obtížná. Přesto se díky technologiím využívajících rekombinantní DNA podařilo některé důležité poznatky získat. Dlouhou dobu se předpokládalo, že existuje určitá souvislost s kolagenem, dnes se však ví, že se jedná o zcela specifické bílkoviny. Souvislost s kolagenem vycházela z praktických poznatků při konzumaci tepelně upravených kůží, kdy byl pozorován příznivý vliv na průběh artrofických obtíží (průkazné zvýšení pohyblivosti a ústup bolestí). Předpokládalo se, že z kolagenu obsaženého v kůži vznikají právě tyto spojovací bílkoviny. Dnes se však ví, že v kůžích jsou obsaženy jiné látky, které tvorbu osových proteinů umožňují. Kolagen nemá s osovými proteiny nic společného, co se týče vazby GAG. Je sice malou součástí chrupavky, na její činnosti se však podílí pouze z asi 5%. Moderní revmatologie předpokládá, že poznání struktury a plné biochemické funkce osových proteinů bude znamenat zásadní průlom v léčbě artrózy.
Spojení osového proteinu s kyselinou hyaluronovou zajišťují 2 spojovací bílkoviny. Jedna se váže na kyselinu hyaluronovou, druhá na osový protein. Tyto dvě spojovací bílkoviny se přitahují podobně jako dvě kapičky tuku ve vodě a vzniká mezi nimi hydrofobní vazba. Tím dojde k napojení velkých komplexů (proteoglykanů tvořených osovým proteinem s molekulami chondroitinsulfátu a keratansulfátu) na kyselinu hyaluronovou za vzniku obrovských agregátů typických pro chrupavku.
Poměr glukosaminu a chondroitinsulfátu
Při léčbě artrózy je snahou zregenerovat chrupavku tak, aby se vlákna chondroitinsulfátu prodloužila a také zhoustla. Toho lze dosáhnout jedině přísunem všech složek, které se na tvorbě chrupavky podílí. Nejdůležitější je chondroitinsulfát a aby měl odpovídající účinek, musí jej být do těla v denní dávce přivedeno minimálně 800 mg. Aby vznikla plně funkční struktura, musí vzniknout jak hlavní vlákno tvořené kyselinou hyaluronovou, tak i vlákna z osových proteinů. Další podmínkou je tedy přísun minimálně 1.500 mg glukosaminu v denní dávce a pro podpoření tvorby osových proteinů je žádoucí obohatit stravu o látky obsažené hlavně v kůžích (drůbeží příp. vepřové).
Studie provedené v zahraničí opakovaně potvrzují, že chondroprotektivní přípravky mohou působit pouze při splnění jedné důležité podmínky. Musí být zajištěn současný přísun obou rozhodujících složek - glukosaminu a chondroitinsulfátu. Pokud je dodán pouze glukosamin, tvoří se sice základ chrupavkové struktury, avšak bez dostatečného kluzného efektu. Toho se dosáhne až připojením chondroitinsulfátu. Byl ověřen optimální poměr. Jako preventivní a udržovací dávka je účinné množství 1.100 mg glukosaminu a současně 600 mg chondroitinsulfátu v denní dávce vztaženo na dospělého člověka. Je-li zahájena léčba až ve stádiu bolestí, je nutné dávku zvýšit přibližně o 30 %.
Protizánětlivé látky
Dojde-li již k porušení chrupavky nebo dokonce povrchu kosti, dochází ve většině případů k současnému vnitřnímu zánětu. Nejedná se o záněty vyvolané infekcí, ale tělo reaguje na látky, které se do tělních tekutin vyplavují z poškozených buněk uchycených v síťovině chrupavky nebo kosti. Náš imunitní systém paradoxně nezná složení látek obsažených uvnitř vlastních buněk a pokud dojde k poškození buňky a vyplavení takových látek do tělních tekutin, reaguje na ně jako na látky tělu cizí a tedy určené k likvidaci. Tím se vyvolá obranná reakce a jejím průvodním jevem je zvýšený přísun krve do daného místa a zvýšení teploty. Protizánětlivé látky tuto obrannou reakci tlumí. Jako vhodnou a organismem velice dobře snášenou se jeví MSM - metylsulfonylmetan. Lze využít i specifických látek s protizánětlivými účinky obsažených v některých rostlinách.
Související články
Odkazy
Při zpracovávání textů a grafické stránky článků byly využity podklady z odborné literatury a internetu. Převzaté obrázky byly graficky upraveny pro potřeby tohoto webu. Kreslené obrázky podléhají autorským právům. Seznam použité literatury naleznete zde.