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CARTILAGO^ Tomado y modificado de FAWCETT D. W.: Tratado de Histología – Bloom Fawcet t (12ª edición−1995)^ −^ Editorial Mc Graw Hill Interamericana El cartílago es una forma especializada de tejido conjuntivo constituida por elementos celulares llamados condrocitos distribuidos de forma dispersa en una matriz extracelular dura y de tipo gel.^ Este tejido no estáatravesado por vasos ni nervios, y sus células, que se alojan en pequeñas cavidades o lagunas, se nutrenmediante difusión a través de la fase acuosa de la matriz y a partir de los capilares de los tejidos querodean al cartílago. Las propiedades de viscosidad y elasticidad de su matriz extracelular le dan al cartílagouna dureza y flexibilidad poco habituales. El cartílago puede crecer rápidamente manteniendo al mismotiempo un grado considerable de rigidez, una propiedad que le convierte en un material especialmentefavorable para el desarrollo del embrión. La mayor parte de los esqueletos axial y de las extremidades seforman primero en cartílago que más tarde es sustituido por hueso. El cartílago tiene una presencia en el cuerpo^ más^ limitada^ en^ la^ vida^ posnatal,^ aunque
continúa desempeñando^ un^ papel^ importante^ en^ el^ crecimiento
en^ longitud^ de^ los^ huesos^ largos^ de^ las extremidades.^ Cuando el individuo alcanza la talla adulta, los modelos cartilaginosos de los huesos ya hansido sustituidos completamente por tejido óseo, excepto en lo que respecta a una fina capa de cartílago quepersiste durante toda la vida en las superficies articulares. Se^ distinguen^ tres^ tipos^ de^ cartílago,^ hialino,^ elástico
y^ fibrocartílago,^ según^ la^ cantidad^ de^ matriz extracelular y la abundancia relativa de fibras de colágeno y elastina que existen en la misma.
El cartílago hialino es la forma más abundante y característica, mientras que los otros dos tipos de cartílago se puedenconsiderar variantes de esta estructura básica.
CARTILAGO HIALINO En el adulto, el cartílago hialino está presente en los anillos traqueales, la nariz y la laringe, las superficiesarticulares y los extremos anteriores de las costillas que se unen al esternón.
Es un tejido parcialmente
translúcido que tiene una coloración azul grisácea. Su estructura microscópica se puede conocer mejor alestudiar el desarrollo del embrión. HISTOGENESIS DEL CARTILAGO En^ las^ zonas^ de^ formación^ de^ cartílago^ en^ el^
embrión,^ las^ células^ mesenquimales^ pierden^ sus prolongaciones y se agrupan formando acumulaciones celulares densas conocidas como
centros de condrificación.^ Estas células están muy estrechamente agrupadas y no es fácil distinguir sus contornos(Fig. 7-1B).^ A medida que las células precursoras aumentan de tamaño y se diferencian, secretan hacia elmedio extracelular que las rodea una matriz metacromática amorfa (Figs. 7-1C y 7-2), así como colágenocuyas fibras quedan enmascaradas por la matriz hialina en la que están incluidas.
Una vez que el material intersticial alcanza una proporción abundante, las células quedan aisladas en compartimientos individualeso^ lagunas^ (Fig.^ 7-1D), adoptando gradualmente las características citológicas de los condrocitos maduros(Fig. 7-3). En la expansión de los centros de condrificación, el crecimiento se lleva a cabo por dos mecanismos.
El mesénquima que rodea al cartílago en desarrollo se condensa y forma el
pericondrio.^ Las células de su parte interna, que se denomina^ capa condrogénica
, proliferan y se diferencian hacia condrocitos que secretan la matriz a su alrededor y, por tanto, quedan incorporados en el cartílago.
Este mecanismo de adición de células y matriz en la superficie se denomina
crecimiento aposicional.^ La capacidad del pericondrio para formar cartílago se sigue expresando en la vida posnatal, y este mecanismo contribuye alcrecimiento en anchura de los modelos cartilaginosos de los huesos largos.
En el interior del cartílago, y sólo durante un cierto período de tiempo, las células retienen su capacidad dedivisión.^ Después de la telofase, la secreción de matriz forma una separación de grosor cada vez mayorentre las célula hijas, que acaban ocupando las lagunas.
No obstante, estas células se pueden dividir en una fase posterior, lo que hace que cada laguna esté ocupada por un grupo de cuatro condrocitos.
La expansión del cartílago mediante la formación de células y matriz en su interior se denomina
crecimiento intersticial ,^ que^ es^ la^ causa^ de^ que^ en^ el^ cartílago
de^ los^ adultos^ se^ puedan^ observar^ parejas^ y acumulaciones de cuatro o más lagunas.^ Se dice que cada uno de estos grupos es
isógeno^ debido a que representa la progenie de un solo condrocito que presentó unas cuantas divisiones antes de alcanzar lafase de quiescencia. La matriz inmediatamente adyacente a cada grupo de células isógenas se tiñe másfuertemente que la de otras zonas (Fig. 7-3).^ Este halo de mayor basofilia se llama
matriz territorial , mientras^ que^ las^ zonas^ menos^ basófilas^ situadas
entre^ los^ grupos^ celulares^ se^ denominan^ matriz interterritorial. En los cartílagos epifisiarios de los huesos largos en fase de desarrollo persiste el crecimiento intersticial, ylas divisiones celulares en una dirección mantenida hacen que las lagunas se dispongan en largascolumnas paralelas al eje longitudinal del hueso (Figs. 7-4 y 7-5). Las células de los extremos metafisiariosde estas columnas degeneran y sus lagunas son invadidas por el avance del tejido óseo. La sustitución delcartílago por hueso se describirá en el Capítulo 8.
Matriz cartilaginosa En el tejido fresco, la matriz del cartílago hialino presenta un color opalino azul grisáceo y es parcialmentetranslúcida.^ Con el microscopio óptico aparece homogénea debido en parte al hecho de que la sustanciafundamental y las fibras que contiene presentan un índice de refracción aproximadamente igual.
Se tiñe intensamente con la reacción del ácido peryódico de Schiff para demostración de carbohidratos, inducemetacromasia con el azul de toluidina y muestra una gran afinidad por otros colorantes básicos.
Estas tinciones son, no obstante, escasamente útiles para estudiar el colágeno que constituye hasta el 40 % delpeso seco del cartílago.^ Sin embargo, la solución de rojo sirio en ácido pícrico aplicada al cartílago tras ladigestión de sus proteoglucanos da lugar a una intensa birrefringencia del colágeno bajo luz polarizada, loque permite el análisis de la orientación de sus fibras en relación con los requisitos funcionales locales. El colágeno predominante en la matriz cartilaginosa es el de tipo II.
Al contrario de las fibras de tipo I de otros tejidos conjuntivos cuyo diámetro promedio es de 75nm, el colágeno de tipo II forma fibras débiles conestriación transversal cuyo diámetro es de 15 a 45nm y que no forman haces gruesos. Las fibras de menortamaño constituyen una trama tridimensional laxa en toda la matriz.
En la matriz interterritorial existe un gradiente de incremento del diámetro de las fibras desde las lagunas hacia la parte interna de la misma. Eldiámetro de las fibras también aumenta desde la superficie hasta el interior en el cartílago articular.
Los estudios realizados con el método picro sirius y luz polarizada revelan que, además de las fibras depequeño tamaño que forman una malla en toda la matriz, existen fibras de mayor tamaño que muestranuna orientación preferencial constante.^ En el cartílago articular, las fibras de la zona superficial estánorientadas paralelamente a la superficie, mientras que las más profundas se curvan hacia dentro formandocolumnas verticales que se extienden hasta la unión del cartílago con el hueso.
La trayectoria de estas fibras se ha comparado con una serie de arcos góticos. Los finos cartílagos cubiertos por pericondrio estánatravesados por columnas transversales similares de fibras unidas por arcos tangenciales al pericondrio deambas superficies.^ Otras formas de cartílago muestran patrones diferentes de distribución de las fibras decolágeno, lo que sugiere que la orientación de las fibras se adapta para resistir la tensión a la que estánsujetas normalmente. Hasta hace poco tiempo, se consideraba que el de tipo II era el único colágeno presente en cartílago,aunque sabemos ahora que también se pueden observar en el mismo los colágenos de tipos IX, X y XI, asícomo tres cadenas colágenas no clasificadas.^ En conjunto, estas formas no constituyen más del 5 al 10 %de colágeno total, y no existe consenso sobre cuales pueden ser su organización o función. Los colágenos
Estas^ relaciones^ estructurales^ no^ se^ pueden^ observar
directamente^ en^ las^ micrografías^ electrónicas rutinarias debido a que la fijación y deshidratación del tejido hacen que los glucosaminoglucanos secolapsen en la proteína central; por otra parte, en los cortes teñidos con rojo rutenio los proteoglucanosaparecen como gránulos densos dispersos en la malla de colágeno. Las micrografías electrónicas de tejido
procesado mediante congelación a altas presiones y criosustitución, con inclusión a bajas temperaturas,permiten disminuir estas formas de colapso artefactual y obtener imágenes que se aproximan al estadonormal del cartílago, de forma que los proteoglucanos aparecen como un retículo de filamentos delicados.En estas imágenes se pueden discernir bandas de dos grosores, unas ligeramente más gruesas y que setiñen más intensamente, y otras más finas y de tinción más débil.
Se ha interpretado que las primeras son las^ proteínas^ de^ la^ parte^ central^ y^ que^ las^
segundas^ representan^ las^ cadenas^ laterales^ de glucosaminoglucanos (Fig. 7-7). La organización molecular de la matriz cartilaginosa está idealmente adaptada para su función en lassuperficies articulares de los huesos largos que soportan peso. El entramado fibrilar del colágeno mantienela configuración del tejido y resiste las fuerzas de tensión, al tiempo que los agregados de proteoglucanosque ocupan sus intersticios proporcionan un gel hidratado y firme que absorbe las fuerzas de compresión.Además, constituye una superficie que carece prácticamente de rozamiento en la cavidad articular.
Los
-^ -2numerosos grupos COOy^ SO,^ presentes en las cadenas de carbohidratos de los glucosaminoglucanos^4 proporcionan una abundante trama de cargas negativas, de manera que el agua se organiza en múltiplescapas alrededor de este foco de carga eléctrica.^ A través de este mecanismo, los proteoglucanos de lamatriz pueden atrapar e inmovilizar un gran volumen de agua, la mayor parte de la cual queda alojada enlos intersticios de la trama de colágeno; en una palabra, el agua constituye el 70 al 80 % del peso húmedodel tejido. Se ha señalado que la capacidad que presenta el cartílago para resistir y recuperarse de lasfuerzas de compresión se debe en gran parte a la disposición del agua alrededor de sus proteoglucanos.Cuando se ejerce una fuerza compresiva, el agua se aleja de las regiones con carga eléctrica de losproteoglucanos. Entonces, las cargas negativas de los grupos carboxilo y sulfato se aproximan y la fuerzade repulsión de las mismas permite resistir la compresión. Al desaparecer la presión, el agua retorna a las
regiones con carga eléctrica de los proteoglucanos y se restablece el estado de hidratación normal de lamatriz. SECRECION DE LOS COMPONENTES DE LA MATRIZ Los condrocitos secretan el colágeno y los proteoglucanos de la matriz.
El mecanismo biosintético^11
En las micrografias electrónicas, se puede observar material granular y filamentoso en el interior de lamisma^ vesícula^ secretoria,^ lo^ que^ sugiere^ que^
el^ colágeno^ y^ los^ proteoglucanos^ son^ sintetizados simultáneamente e introducidos en las vesículas para su exocitosis.
Indudablemente, la síntesis de ácido hialurónico y de las proteínas de enlace se realiza a través de un mecanismo similar.
Los proteoglucanos son secretados en forma de monómeros que se unen al ácido hialurónico en el medio extracelularformando agregados de proteoglucanos.^ Además de estos componentes de la matriz, los condrocitossintetizan e incorporan en su superficie^ condronectina,
una glucoproteina de tipo fibronectina que se une
específicamente al colágeno de tipo II y a los glucosaminoglucanos, y cuya función parece ser la de facilitarla unión de estos componentes de la matriz a la superficie de la célula. Función en el crecimiento del hueso En el embrión, el esqueleto está constituido inicialmente por cartílago hialino.
Más tarde, aparecen los centros de osificación en el interior de los moldes cartilaginosos, y su expansión gradual sustituye alcartílago^ por^ hueso.^ El^ desarrollo^ de^ un^ centro^
de^ dosificación^ parece^ depender^ de^ una^ serie^ de modificaciones intrínsecas preestablecidas en los condrocitos que inician una secuencia de cambios de tiporegresivo en la matriz.^ En la parte central de la diáfisis cartilaginosa de un molde de hueso largo, sehipertrofia un grupo de condrocitos aumentando el tamaño de su laguna a expensas de la matriz (Fig. 7-9).La composición química de los proteoglucanos sufre una serie de modificaciones simultáneas que danlugar al depósito de calcio en la matriz adyacente y a la infiltración del tejido cartilaginoso por vasossanguíneos y células óseas precursoras.^ Tras un período de gran actividad, los condrocitos hipertrofiadosmueren y las células formadoras de hueso invaden las lagunas iniciando el depósito de hueso en los restosde las paredes del cartílago calcificado.^ A medida que se expande este
centro de osificación primario,^ la proliferación de condrocitos viables en los extremos del mismo da lugar al reagrupamiento de las células encolumnas paralelas.^ En este momento, se repite a lo largo de cada columna la misma secuencia deacontecimientos que tuvo lugar durante el establecimiento de los centros de osificación, de manera que sepueden reconocer las zonas transversales correspondientes a las fases de
proliferación, maduración , hipertrofia^ y^ degeneración celulares.^ Este es el mecanismo mediante el que el proceso de osificaciónprogresa hasta los extremos de la diáfisis.
Los^ centros de osificación secundarios^ aparecen posteriormente en los extremos del modelo cartilaginoso,en una región denominada^ epífisis^ que está separada de la
diáfisis o^ tallo del hueso.^ Al continuar la expansión de los centros de osificación primarios y secundarios, el cartílago queda reducido a dosestructuras discoideas situadas en cada extremo de la diáfisis y que se llaman
placas epifisa rias.^ Estas placas contienen las columnas de células cartilaginosas cuya proliferación en fases posteriores dará lugar
de Eustaquio, la epiglotis y en los cartílagos corniculados y cuneiformes de la laringe.
Se distingue del cartílago hialino por su mayor opacidad, color amarillento y mayor flexibilidad. Los condrocitos que lo forman son similares a los del cartílago hialino, y están alojados en lagunasdispuestas aisladamente o en grupos isógenos de dos a cuatro. La matriz es menos abundante, y la mayorparte de su sustancia fundamental está constituida por ras elásticas muy ramificadas (Fig. 7-10).
En las muestras de tejido teñidas para demostración de la elastina, las fibras se disponen de forma tan estrecha yapretada que quedan oscurecidos los proteoglucanos de la matriz.
En su periferia, la trama de fibras elásticas es más laxa, y se observa la continuidad de las mismas con el pericondrio. El cartílago elástico no se desarrolla a partir de centros hipercelulares de condrificación, sino de áreas detejido conjuntivo, primitivo que contienen células mesenquimales y haces de fibras que no presentan lascaracterísticas del colágeno ni de la elastina. Estas fibras indiferentes adquieren más tarde las propiedadestintoriales de la elastina y de las células mesenquimales, retraen sus prolongaciones y se diferencian hacia
condrocitos que secretan matriz alrededor de sí mismos y de las fibras.
La condensación del tejido conjuntivo en la periferia da lugar al pericondrio. A pesar de que la matriz es menos abundante que en el cartílago hialino, contribuye de forma igualmenteimportante a las propiedades mecánicas del tejido, lo que se puede demostrar espectacularmente medianteel siguiente experimento. Al inyectar por vía intravenosa papaína cruda al conejo joven, los proteoglucanosde la matriz se degradan parcialmente y se colapsan los pabellones auriculares de estos animales.
Sin
embargo, los condrocitos responden rápidamente secretando nuevos componentes de matriz, de forma quea las 48 horas los pabellones auriculares están completamente restablecidos y en su posición erguidanormal. FIBROCARTILAGO El fibrocartílago tiene una gran similitud con el tejido conjuntivo convencional, y ambos se continúan sin queexista una línea clara de separación entre los mismos.
Así, el fibrocartílago está presente en las zonas de inserción de ligamentos y tendones en el hueso.^ En vez de fibroblastos fusiformes, presenta rodeados deuna pequeña cantidad de matriz cartilaginosa y dispuestos en filas entre haces paralelos toscos de fibrasde colágeno de tipo I (Fig. 7-11), sin que habitualmente se observe pericondrio bien definido.
Las células se sitúan en el interior de lagunas con cápsula muy delgada que puede ser basófila, aunque el tejido sueleser en conjunto, acidófilo debido al predominio de colágeno.
La escasa matriz amorfa es rica en condroitín sulfato y dermatán sulfato.^ La mayor parte del fibrocartílago del cuerpo se encuentra en los discosintervertebrales, que constituyen en longitud aproximadamente la quinta parte de la columna vertebral.
Por su parte, las vértebras muestran una fina capa de cartílago hialino en sus superficies superior e inferior.Entre las capas de cartílago hialino de las vértebras sucesivas existe un disco intervertebral formado por unmaterial blando y gelatinoso en su parte central, el^
núcleo pulposo , rodeado periféricamente por un duro anillo de fibrocartílago, el^ anillo fibroso.^ El núcleo pulposo deriva de la notocorda del embrión y estáconstituido por un número escaso de células dispersas en una matriz blanda rica en ácido hialurónico.
Las células del mismo disminuyen con la edad, de manera que a partir de los 20 años no se suele encontrarninguna.^ El anillo fibroso está formado por múltiples laminillas concéntricas de fibras constituidas por
HISTOFISIOLOGIA DEL CARTILAGO La matriz extracelular especializada del cartílago le permite resistir grandes fuerzas compresivas en lasarticulaciones que existen entre los huesos que soportan mayor peso, al tiempo que facilita los movimientosarticulares suaves y sin fricción.^ La propiedad de crecimiento intersticial del cartílago le permite crecer enlongitud en el interior de los huesos largos de las extremidades.
Aunque parece un material avascular relativamente inerte, su participación en el crecimiento del hueso es, de hecho, un sensible indicador dedeficiencias nutricionales de proteínas, minerales y vitaminas.
Al provocar una deficiencia de proteínas o de vitamina A a un animal de experimentación joven, disminuye rápidamente el grosor de las placasepifisiarias.^ Al eliminar la vitamina C de la dieta de los cobayas, se produce
escorbuto^ por la interrupción en el desarrollo de la matriz con distorsión de la disposición columnar de las células en la placa epifisaria.La deficiencia en la absorción de calcio y fósforo de la dieta por ausencia de vitamina D da lugar alraquitismo, en el que las células del cartílago epifisario continúan proliferando pero la matriz no se calcifica,de manera que los huesos en desarrollo se deforman por el peso que tienen que soportar. El crecimiento longitudinal de los huesos también está influido por diversas hormonas, sobre todo por la hormona de crecimiento (somatotropina)^ hipofisaria.
La hipofisectomía de las ratas jóvenes da lugar al adelgazamiento de las placas epifisarias de los huesos largos debido a la interrupción de las mitosis y a ladisminución en el número y tamaño de los condrocitos.
Por ello, el cartílago no se desgasta en la base de las columna celulares y se detiene el crecimiento.^ Al inyectar hormona de crecimiento a estos animales, elcartílago epifisario se restablece a la normalidad y continúa el crecimiento del hueso.
La administración crónica de esta hormona induce gigantismo en las ratas, debido en parte al crecimiento del cartílago másallá del momento en el que se habrían obliterado normalmente las placas epifisarias. En el cartílago articular el colágeno parece ser muy resistente, aunque los proteoglucanos lentamentemetabolizados son sustituidos por nuevas moléculas.
Existen pruebas de que las características químicas de los proteoglucanos influyen en el envejecimiento.
Si colocamos en un medio de cultivo los condrocitos extraídos del cartílago articular de animales viejos, podemos observar que secretan proteoglucanos demenor tamaño y con cadenas de condroitín sulfato más cortas que los que producen
in vitro^ los condrocitos de animales más jóvenes.^ Es posible que la prevalencia de osteoartritis en los ancianos esté relacionadacon estos cambios en la matriz cartilaginosa. Se ha propuesto a este respecto que el menor tamaño de lasmoléculas de proteoglucanos les permitiría retener una cantidad menor de agua, lo que disminuiría su
capacidad para resistir las fuerzas compresivas.^ En esta situación, la matriz sería más vulnerable a laspequeñas lesiones que conlleva la carga de peso, produciéndose una reacción inflamatoria que sería lacausa de la sintomatología dolorosa de la artritis. El cartílago hialino muestra una capacidad muy limitada de reparación.
Sus células dependen de la difusión de nutrientes y oxígeno en distancias considerables a través de la matriz.
Cuando disminuye el flujo de sangre alrededor del cartílago, sus células pueden morir y el cartílago es invadido por vasossanguíneos y células fagocitarias mientras que la matriz es reabsorbida y sustituida por tejido fibrosocicatrizar.^ Se ha demostrado que los extractos de cartílago suprimen la vascularización de los tejidos quese usan habitualmente en los estudios experimentales de angiogénesis.
No obstante, todavía no ha sido posible aislar y caracterizar el factor responsable de este efecto. Las propiedades exclusivas de la matriz extracelular cartilaginosa tienen un interés clínico importante encirugía de reconstrucción.^ Corno es bien sabido, el trasplante de tejidos de un individuo a otro producerechazo a menos que se tomen las medidas adecuadas para suprimir la respuesta del sistema inmunitariodel huésped.^ El cartílago es excepcional en el sentido de que puede ser extraído, por ejemplo, de lavíctima de un accidente mortal para su utilización en cirugía estética o de reconstrucción en otro paciente,sin^ necesidad^ de^ realizar^ inmunosupresión^ en^ el^
mismo.^ Esta^ propiedad^ se atribuye^ a^ la^ falta^ de vascularización del cartílago y a su impermeabilidad para las moléculas de gran tamaño, como lasinmunoglobulinas.^ La^ matriz^ también^ constituye^
una^ barrera^ física^ infranqueable^ para^ los^ linfocitos citotóxicos, lo que les impide establecer contacto y destruir los condrocitos extraños del donante.
No obstante, al colocar el cartílago injertado en un medio muy vascularizado, las células del mismo recibenmediante difusión la suficiente cantidad de oxígeno y nutrientes para poder sobrevivir.
