関節の基礎
     1.関節軟骨の基礎    

関節軟骨は硝子軟骨からなり、白色で光沢があり、粘弾性に富んでいます。
関節軟骨は 表層−中間層-深層(放射層)-<tide mark>-石灰化層 の4層の層状構造をとります。石灰化層は骨(軟骨下骨)と強固に連結します。Tide markはhematoxylin染色で濃染する線状に見える部分です。関節軟骨の厚さは1mm位から、最大の膝蓋軟骨で5mmにもなります。

関節軟骨  水分80%
 コラーゲン
 プロテオグリカン グリコサミノグリカンと呼ばれる多糖類(95%)
蛋白質(5%)
プロテオグリカン グリコサミノグリカンと呼ばれる多糖類(95%) ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸
ヘパラン硫酸、ケタラン硫酸
蛋白質(5%)

関節軟骨は80%の水分、20%のマトリックスとわずかな軟骨細胞により構成されます。マトリックスはコラーゲン(乾燥重量の60%)とプロテオグリカン(乾燥重量の10%)から構成されます。プロテオグリカンは95%のグルコサミノグリカンと呼ばれる多糖類(GAG)と5%の蛋白質からできています。プロテオグリカンはヒアルロン酸と結合したアミノ糖とグリコサミノグリカンの高分子量ポリマーの繰り返しからできています。ヒアルロン酸は直線的ポリマーで、グルクロン酸とNアセチルグルコサミン(グルコサミンのアセチル化)の二糖類の繰り返しから成ります。グルコサミンはグリコサミノグリカンとプロテオグリカンの合成の律速段階に関わっています。プロテオグリカンが大量の水を保持してゲル状物質となります。コラーゲンは構造性たんぱくで、軟骨の形を維持しています。

粘弾性体である軟骨は、衝撃吸収機能、さらには潤滑を担います。水分の保持が多いことはすなわち衝撃につよいことです。水の性質は驚くべきものなのです。水面を思いっきりたたいて下さい。その抵抗はすごい力になります。このことを証明するすばらしい映像があります。水中で銃を撃った時の銃弾はちょっと先でまでしか行かない映像です。恐ろしいほどの抵抗力です(You tube)。しかし、ゆっくり手をいれればその抵抗はほとんどありません。これが軟骨の驚くべき衝撃吸収能なのです。また関節軟骨の作用により、関節の磨耗係数は驚くほど小さく保たれています。 関節軟骨には神経、血管、リンパ管がなく、関節液で栄養されています。

関節軟骨に主にみられるプロテオグリカン集合体は、長いフィラメントのヒアルロン酸ポリマーの芯に、枝となる多数のプロテオグリカンmonomer(コア蛋白とGAGが結合したもの)が付着したものです。このプロテオグリカンmonomer の細かい枝の間に水分子を引き寄せ、保持する作用があります。これによって実に軟骨の80%は水分を含み、関節軟骨に弾性と硬さを与えます。

関節軟骨の維持には、コラーゲンも、プロテオグリカンも重要です。これらはいづれも軟骨細胞が作り、細胞外マトリックス()と呼ばれます。
     2. 変形性膝関節症  
関節の損傷・劣化がどのようにはじまるかは完全には解明されていません。しかし、2000例以上の軽度から重度の変形性膝関節症をみてきて、その始まりはやはり軟骨の一部にはじまるのであると確信できます。建物でたとえますと、軟骨は建物(骨)の外壁のように薄く保護しているものです。外壁が壊れるときは、まず一部に亀裂が入ります。その亀裂にいつもせん断力が加わってますと、そこから周囲に外壁がぼろぼろ剥がれ始めます。修復しないと徐々にそのその破損は大きくなりやがては全ての外壁が剥がれ落ちることになるわけです。
右図は45歳テニス愛好家の女性です。別のことで関節鏡検査した際に、無症候性の軟骨の剥離、欠損が見られました。

実はコラーゲンも、プロテオグリカンも作っているのが、軟骨細胞なのです。これは線維芽細胞)の機能の特化したもので、軟骨細胞が軟骨を維持し、さらには損傷時には機能を分化させて修復に当たります。軟骨の一部に損傷が起こるには、外力の大きさにもよりますが、軟骨の強度の低下による可能性も大きい考えられます。軟骨を正常に維持するためには、軟骨細胞の栄養として『グルコサミン、コンドロイチン』などが重要な要素となります。
従って、変形性膝関節症にならないためには、日ごろから軟骨の栄養をしっかりとること、また少し傷が入った場合でも残った軟骨の機能を維持するためにも栄養は必要ということになります。この栄養として最近、軟骨サプリメントが発売されております(→関節軟骨サプリメント)。