Guy Berlin

L’arthrose du genou (III) - Caractéristiques biophysiques et biochimiques du cartilage


Caractéristiques du cartilage

Le cartilage assure le glissement des extrémités osseuses avec un coefficient de friction très bas et permettre la transmission et l’amortissement des charges souvent importantes.

Le cartilage est l’interface entre l’os sous-chondral, la membrane synoviale et le liquide intra-articulaire.

Son épaisseur normale est de 2—4mm pour une hanche et de 6—7mm pour un genou. Le cartilage normal ne contient ni vaisseau ni terminaison nerveuse.

Le cartilage se renouvelle en permanence, mais très lentement.

 

De quoi est composé le cartilage ?

Le cartilage est composé de cellules et d’éléments extérieurs aux cellules (ce que l’on appelle la matrice extracellulaire) :

Cellules :

  • Chondrocytes, qui constituent les seules cellules du cartilage. Leur rôle est de renouveler le cartilage, par destruction et reconstruction permanente. Ils assurent de ce fait à la fois la synthèse (=construction/fabrication) et la dégradation de la matrice extracellulaire. Ce faisant, les chondrocytes sécrètent de nombreuses substances actives, dont certaines peuvent devenir inflammatoires en cas d’anomalies. Les chondrocytes représentent environ 10% du volume du cartilage.

Matrice Extracellulaire (MEC, c’est-à-dire en dehors des cellules Chondrocytes)

  • Protéoglycanes (principalement des agrécanes), molécules constituées d’acide hyaluronique. Leur rôle est d’absorber le liquide synovial est donner de servir d’amortisseur au cartilage. En ce sens, les protéoglycanes retiennent l’eau et la filtrent. On dit que les protéoglycanes sont dotées de propriétés rhéologiques.
  • Fibres de collagène de type II principalement (95% des fibres de collagène). Ce sont des protéines qui maintiennent les protéoglycanes en place. Elles rendent le cartilage solide.
  • Eau (75 à 80% de la Matrice extracellulaire).
  • Protéines, lipides et sels minéraux

(Source : www.arcanatura.fr)

Source (www.pensersante.fr)

Entourant le cartilage, on trouve 2 éléments clés, sommairement décrits plus haut :

Le liquide synovial : il permet l’apport de substances nutritionnelles au cartilage articulaire, celui-ci n’étant pas vascularisé par des vaisseaux sanguins, ce qui rend le cartilage difficile à cicatriser en cas de fissure. Il permet de lubrifier les surfaces articulaires. Il entre dans l’articulation par diffusion, il est alors diffusé lors de la compression/relaxation pendant des mouvements. Le liquide synovial est secrété en fonction des besoins : en cas de grosses pressions sur l’articulation, il s’en produira beaucoup. A l’inverse, le repos fera diminuer cette sécrétion. Le surplus sera absorbé en partie par la membrane synoviale.

 

La membrane synoviale : elle contrôle l’environnement de l’articulation en jouant le rôle d’une membrane perméable qui filtre l’entrée et la sortie des nutriments et d’autres molécules dans l’articulation. Elle est constituée de 3 types de cellules différents qui joueront un rôle clé en cas d’inflammation :

  • Des macrophages synoviaux.
  • Des fibroblastes synoviaux, qui sécrètent l’acide hyaluronique
  • Des cellules dendritiques

 

NB : les macrophages sont des globules blancs présents dans les tissus. Leur rôle est de phagocyter (engloutir puis digérer) les débris cellulaires et les agents pathogène, et de stimuler les lymphocytes et autres cellules immunitaires afin de répondre à l'agent pathogène.

Les cellules dendritiques font partie des cellules du système immunitaire et sont impliquées dans le déclenchement des réponses immunitaires. Elles sont capables de reconnaître les pathogènes et d'induire des réponses immunitaires en activant les lymphocytes T spécifiques de pathogènes.

Quels sont les mécanismes de dégradation du cartilage ?

On a vu que les chondrocytes sont les seules cellules du cartilage.

Les chondrocytes sont en charge de renouveler et détruire le cartilage (synthèse et dégradation de la matrice extracellulaire). Ces synthèses (=construction/fabrication) et dégradations (=destruction) se font au travers d’enzymes spécialisées et se traduisent par des réactions biochimiques :

  • Le catabolisme : réactions biochimiques de dégradation des molécules qui se déroulent dans l'organisme
  • L’anabolisme : réactions de synthèse de molécules

Le catabolisme et l'anabolisme sont les deux composantes du métabolisme

 

Dans un cartilage sain, il y a équilibre entre anabolisme et catabolisme.

 

Dans le cartilage arthrosique, l’hypercatabolisme (destruction) dépasse l’hyperanabolisme (construction).

L’arthrose survient généralement dans des conditions de surcharge excessive (hyperpression) du cartilage normal (arthrose mécanique) ou de surcharge normale d’un cartilage vulnérable (arthrose structurale).

 

Que se passe-t-il en cas de déséquilibre entre catabolisme et anabolisme ?

  1. Sous l’effet de l’hyperpression, le chondrocyte voit son activité modifiée. Son métabolisme augmente, d’abord en faveur de la synthèse : c’est la tentative de réparation du cartilage. En même temps, le chondrocyte accentue également les enzymes de dégradation.
  2. Dans un deuxième temps, le chondrocyte s’épuise et la synthèse des composants matriciels diminue tandis que la production d’enzymes de dégradation est maintenue. Le cartilage se détruit.
  3. En parallèle, ces productions d’enzymes de dégradation induisent des cytokines pro-inflammatoires, issues de la membrane synoviale, et produites par les macrophages synoviaux et les cellules synoviales, ce qui a pour effet d’augmenter encore la dégradation du cartilage. C’est le cercle vicieux.

 

Pour mémoire :

  • une enzyme est une protéine présente dans les cellules et qui a pour fonction de faciliter les réactions chimiques qui s'y produisent. Ce sont des catalyseurs (= accélérateurs) de réactions chimiques. Elles sont absolument fondamentales pour le fonctionnement de l’organisme.
  • Les cytokines sont des molécules du système immunitaire qui jouent un rôle de messager entre elles, afin de se coordonner sur la réponse à donner en cas d’agression. Elles peuvent être de type pro-inflammatoires lorsqu’elles détectent un agent pathogène. Elles peuvent être de type anti-inflammatoires lorsque l’organisme a besoin de calmer les réactions chimiques après une agression

 

Les réactions biologiques/enzymatiques entrainant la destruction du cartilage sont complexes et nombreuses. Les raisons de l’initiation et de la progression de l’arthrose sont multiples. Aux facteurs présentés précédemment s’ajoutent des facteurs biochimiques. Leurs activités biologiques mettent en relation le cartilage avec : lui-même, la membrane synoviale ainsi que l’os sous-chondral.

Cet article n’a pas pour objectif de les décrire toutes, mais plutôt de s’attarder sur celles pour lesquelles les huiles essentielles peuvent apporter une réponse.

 

Quels enzymes rentrent en jeu dans les réactions métaboliques ?

  • Enzymes impliquées dans la destruction des molécules : protéases, telles que métalloprotéases (MMP), agrécanases (ADAMT), cathepsines.
  • Enzymes impliquées dans la synthèse des molécules : anti-protéases, telles que TIMP (inhibiteur tissulaire des métalloprotéases), IAP (inhibiteur de l’activateur du plasminogène)

En plus des enzymes qui vont faciliter les réactions chimiques, des cytokines vont intervenir dans les processus de renouvellement et dégradation du cartilage.

 

Quelles cytokines interviennent dans la régulation métabolique de l’articulation ?

  • Cytokines anaboliques : elles agissent comme facteurs de croissance et de différenciation pour augmenter l’activité synthétique : IGF-1, TGF-β, BMP. Ces cytokines vont être actives lors du renouvellement de la matrice extracellulaire.
  • Cytokines cataboliques : elles demandent aux cellules cibles de produire plus de produits de dégradation de la matrice. Il s’agit essentiellement d’IL-1 β, IL-6, TNF-α. (ainsi que les cytokines IL-1α, IL-8, IL-17, IL-18).
  • Cytokines anti-cataboliques : inhibent l’activité des cytokines cataboliques : IL-4, IL-10, IL-13, IL-1ra. Elles vont tenter de contrer les dégradations.

L’information sur les cytokines est importante dans le sens où elle guidera l’aromatologue dans ses conseils en huiles essentielles.

Représentation schématique de la régulation de l’homéostasie du cartilage.

L’homéostasie représente un équilibre biologique entre l’activité anabolique du chondrocyte et l’activité catabolique des protéases matricielles. Au cours de l’arthrose, le catabolisme prend le pas sur l’anabolisme et fait ainsi perdre cet équilibre homéostasique (Demoor et al., 2014).

Implication des protéines régulatrices dans le métabolisme et l'homéostasie des chondrocytes et du cartilage articulaire.

Dans un état sain, les protéines prédominantes sont celles qui ont un caractère pro-anabolique, alors que pour différentes raisons, au début de l'arthrose, les cytokines pro-inflammatoires augmentent et perturbent l'équilibre entre les molécules cataboliques et anabolisantes. Dans le cartilage articulaire sain, les chondrocytes restent dans un état de repos avec un renouvellement très faible, et un équilibre entre les processus cellulaires anaboliques et cataboliques est atteint. En revanche, dans l'arthrose, les chondrocytes deviennent dérégulés et commencent à proliférer, augmentant la production de médiateurs inflammatoires et d'enzymes dégradant la matrice, ce qui provoque une faiblesse mécanique. Ensuite, l'activité basale des chondrocytes se déplace vers un phénotype plus catabolique, et le cartilage articulaire se dégrade à mesure que les chondrocytes perdent leur capacité à réparer tout dommage dans la matrice extracellulaire environnante (BioRender.com 2021)


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