Tecidos conjuntivos duros I: cartilagem

1. Características gerais

1.1. Tecidos conjuntivos duros

1.2. Funções e constituintes da cartilagem

A cartilagem tem três funções:

• suporte de tecidos moles (vias respiratórias, pavilhão auricular);
• revestimento das superfícies articulares, onde amortece as cargas e permite o deslizamento com atrito mínimo;
• molde para a formação dos ossos longos (ossificação endocondral) e crescimento em comprimento destes ossos.

É formada por células (condroblastos e condrócitos) e por matriz extracelular com fibras (colagénio, a que se juntam fibras elásticas na cartilagem elástica) e substância fundamental (água, glicosaminoglicanos, proteoglicanos e glicoproteínas).

A cartilagem madura é habitualmente avascular, sem vasos linfáticos e não inervada. Os nutrientes difundem-se pela matriz, geralmente a partir dos capilares do pericôndrio ou, na cartilagem articular, predominantemente do líquido sinovial. Cartilagens particularmente espessas ou em desenvolvimento podem conter canais cartilagíneos vascularizados, distintos da matriz cartilagínea habitual. A difusão limita a espessura viável, e a capacidade de reparação é muito reduzida.

2. Células da cartilagem

2.1. Condroblastos

Os condroblastos derivam de células mesenquimatosas ou da camada condrogénica do pericôndrio. São frequentemente arredondados na condrogénese inicial e podem ser alongados ou achatados na periferia junto ao pericôndrio. Têm RER e Golgi desenvolvidos, glicogénio e gotículas lipídicas; produzem colagénio e substância fundamental. Ao ficarem envolvidos pela matriz que segregam, diferenciam-se em condrócitos.

2.2. Condrócitos

Os condrócitos são as células maduras, alojadas em lacunas (condroplastos), que mantêm e renovam a matriz extracelular. Têm RER abundante, Golgi desenvolvido, glicogénio, gotículas lipídicas e expansões membranares irregulares. A baixa disponibilidade local de oxigénio favorece a glicólise anaeróbia, mas possuem mitocôndrias e podem recorrer ao metabolismo oxidativo; não se pode deduzir uma quantidade universal de mitocôndrias apenas da avascularidade.

Em vida, o condrócito preenche toda a lacuna. Nas preparações, a célula retrai-se com a fixação e fica separada da parede da lacuna por um espaço claro. Por isso as lacunas aparecem como buracos, parcialmente ocupados por células encolhidas.

3. Matriz extracelular

3.1. Compartimentos da matriz

À volta de cada condrócito ou grupo de condrócitos, a matriz organiza-se em três zonas:

• Matriz pericelular: fina região imediatamente adjacente ao condrócito, com colagénio VI, ácido hialurónico, proteoglicanos e moléculas de adesão; participa na transmissão de estímulos mecânicos.
• Matriz territorial: envolve a região pericelular de uma célula ou de um grupo isogénico. A riqueza relativa em proteoglicanos com GAG sulfatados contribui para a basofilia mais intensa. A positividade PAS depende de componentes glucídicos e de um mecanismo histoquímico distinto, não diretamente da sulfatação. A extensão do termo «cápsula» varia entre descrições e não equivale necessariamente a toda a matriz territorial.
• Matriz interterritorial: entre os territórios celulares, constitui grande parte da matriz e contém uma rede de colagénio II e proteoglicanos; é habitualmente menos intensamente corada.

3.2. Composição da matriz da cartilagem hialina

• Água: 60 a 80 % do peso.
• Colagénio tipo II, em fibrilas finas que formam uma rede. Os tipos IX e XI associam-se às fibrilas de tipo II e regulam o seu diâmetro e a ligação aos proteoglicanos.
• Agrecano, o proteoglicano principal, com cadeias de sulfato de condroitina e sulfato de queratano. Centenas de agrecanos ligam-se por proteínas de ligação a um eixo de ácido hialurónico e formam agregados de proteoglicanos gigantes.
• Glicoproteínas estruturais, como a condronectina, que ligam os condrócitos às fibrilas de colagénio.

A resistência mecânica depende da rede de colagénio, dos agregados de proteoglicanos e da água. Os GAG ligam-se covalentemente à proteína central dos proteoglicanos; os monómeros de agrecano associam-se não covalentemente ao ácido hialurónico, com proteínas de ligação. As cargas negativas favorecem a retenção de catiões e água e a pressão osmótica de tumefação, limitada pela rede fibrilar. Esta organização é mais informativa do que atribuir a rigidez a uma ligação eletrostática direta e universal entre sulfato de condroitina e colagénio.

Sob compressão, a matriz hidratada deforma-se e a pressão do fluido intersticial contribui para suportar a carga. Com a manutenção da carga, parte da água redistribui-se ou escoa lentamente; ao diminuir a carga, a pressão osmótica associada aos proteoglicanos favorece a reidratação e a recuperação da forma. A rede de colagénio II limita a expansão e dá resistência à tração.

Em H&E, a matriz da cartilagem hialina tem um aspeto homogéneo, vítreo (hyalos = vidro) e basófilo, porque as fibrilas de colagénio II são muito finas, têm o mesmo índice de refração que a substância fundamental e ficam mascaradas pelos proteoglicanos.

4. Pericôndrio

O pericôndrio é uma camada de tecido conjuntivo denso que envolve a maior parte das cartilagens hialinas e todas as elásticas. Tem duas camadas:

• Camada fibrosa externa: fibroblastos e colagénio tipo I; contém vasos sanguíneos, linfáticos e nervos.
• Camada condrogénica interna: células indiferenciadas que se diferenciam em condroblastos.

Funções do pericôndrio: nutrição da cartilagem (a partir dos seus capilares), crescimento aposicional e regeneração da cartilagem lesada, que é sempre limitada.

Não têm pericôndrio: a cartilagem articular e a fibrocartilagem.

5. Tipos de cartilagem

5.1. Cartilagem hialina

É a mais abundante. Localiza-se nas superfícies articulares, no disco epifisário (cartilagem de crescimento), nas vias respiratórias (nariz, laringe, traqueia, brônquios), nas cartilagens costais e forma grande parte dos modelos cartilagíneos embrionários, depois substituídos por osso.

Os condrócitos aparecem em pequenos grupos de duas a oito células, os grupos isogénicos (ninhos isogénicos): cada grupo resulta das divisões de um único condrócito e as células-filhas permanecem inicialmente próximas, sendo progressivamente separadas pela matriz que produzem.

A cartilagem hialina articular reveste as extremidades ósseas nas articulações sinoviais e não possui pericôndrio. Durante o desenvolvimento cresce por mecanismos intersticiais; no adulto, a proliferação e a regeneração são extremamente limitadas. As trocas metabólicas fazem-se predominantemente com o líquido sinovial. Apresenta zonas: superficial, com condrócitos achatados e fibrilas paralelas à superfície; intermédia, com células arredondadas e orientação fibrilar menos regular; profunda, com células frequentemente em colunas e fibrilas predominantemente perpendiculares à superfície; e calcificada, de ligação ao osso subcondral. Esta arquitetura responde às diferentes solicitações mecânicas.

Osteoartrose A osteoartrose é multifatorial, com degradação progressiva da cartilagem, alterações dos condrócitos e da matriz, remodelação do osso subcondral e envolvimento de outros tecidos articulares. A perda de proteoglicanos e a desorganização da rede fibrilar alteram a hidratação e as propriedades mecânicas; podem surgir fissuras e exposição óssea. A idade e a sobrecarga são fatores relevantes. A regeneração é muito limitada; em certas lesões que atingem o osso subcondral pode formar-se tecido fibrocartilagíneo, sem recuperar integralmente as propriedades da cartilagem hialina.

5.2. Cartilagem elástica

Existe no pavilhão auricular, no canal auditivo externo, na trompa de Eustáquio, na epiglote e nas cartilagens cuneiformes da laringe. Tem pericôndrio e não calcifica habitualmente com o envelhecimento.

Os condrócitos são numerosos, isolados ou em pequenos grupos. A matriz contém colagénio II e proteoglicanos, como a hialina, e uma rede abundante de fibras elásticas ramificadas, frequentemente mais densa junto às células. O colagénio continua a ser estruturalmente importante. As fibras elásticas evidenciam-se com orceína ou fucsina-resorcina de Weigert e conferem grande flexibilidade e recuperação após deformação, como no pavilhão auricular.

5.3. Cartilagem fibrosa (fibrocartilagem)

Localiza-se nos discos intervertebrais (anel fibroso), na sínfise púbica, nos meniscos e discos articulares (articulação temporomandibular, esternoclavicular), no labrum acetabular e em algumas inserções de tendões no osso.

A fibrocartilagem combina características cartilagíneas e do conjuntivo denso: feixes espessos de colagénio I entre os quais há condrócitos em lacunas, frequentemente em fiadas, com matriz cartilagínea pericelular relativamente basófila e colagénio II. Pode conter também células de morfologia fibroblástica e não tem pericôndrio. A associação confere resistência à tração e compressão. As lacunas e a matriz cartilagínea ajudam a distingui-la do conjuntivo denso modelado, com fibroblastos/fibrócitos alongados sem lacunas cartilagíneas. No anel fibroso, os feixes formam lamelas concêntricas com orientação diferente entre lamelas adjacentes.

No disco intervertebral, o anel fibroso envolve o núcleo pulposo, região central gelatinosa e muito hidratada, rica em proteoglicanos e outros componentes da substância fundamental, incluindo ácido hialurónico. Deriva da notocorda, modificando-se a sua composição celular e matricial com a maturação e a idade; a hidratação ajuda a distribuir as cargas compressivas.

Hérnia discal A degeneração ou lesão discal pode permitir a deslocação de material discal através de regiões enfraquecidas do anel fibroso, por vezes com rutura. Junto às raízes nervosas pode causar compressão e inflamação, originando dor radicular; nas hérnias lombares sintomáticas pode irradiar pelo membro inferior. Nem toda a hérnia é sintomática.

6. Condrogénese e crescimento

6.1. Condrogénese

A cartilagem forma-se no mesênquima. As células mesenquimatosas retraem os prolongamentos, arredondam-se, agrupam-se e multiplicam-se, formando centros de condrificação. Diferenciam-se em condroblastos, que segregam matriz e se afastam uns dos outros. O mesênquima à volta forma o pericôndrio. O fator de transcrição SOX9 é essencial para esta diferenciação.

Displasia campomélica Alterações patogénicas de SOX9, essencial à diferenciação condrogénica, podem causar displasia campomélica, com malformações esqueléticas e encurvamento dos ossos longos. Em parte dos indivíduos 46,XY ocorrem alterações da diferenciação sexual. A doença pode causar insuficiência respiratória grave e morte neonatal, mas a expressão clínica e a sobrevivência variam; não se deve tornar a alteração sexual uma manifestação obrigatória.

6.2. Crescimento intersticial e aposicional

A cartilagem cresce de duas formas:

• Crescimento intersticial: por divisão mitótica dos condrócitos já existentes dentro da matriz. As células-filhas ficam juntas, formam os grupos isogénicos e começam a produzir matriz, o que expande a cartilagem por dentro. Ocorre nas primeiras fases da vida da cartilagem, no disco epifisário e no desenvolvimento da cartilagem articular, sem pericôndrio. No adulto, a presença de grupos isogénicos não demonstra proliferação ativa nem reparação eficaz.
• Crescimento aposicional: as células da camada condrogénica do pericôndrio diferenciam-se em condroblastos, que segregam matriz; acrescentam-se assim novas camadas de células e de matriz à superfície. A importância relativa dos dois mecanismos depende da localização e da fase de desenvolvimento.

No disco epifisário, a sucessão de zonas de reserva, proliferação, maturação/hipertrofia e calcificação traduz a atividade dos condrócitos. Na região metafisária, a invasão vascular permite a deposição de osteoide por osteoblastos sobre remanescentes de cartilagem calcificada. A proliferação e a hipertrofia, conjugadas com a substituição progressiva da cartilagem por osso, permitem o crescimento longitudinal (desenvolvido no capítulo seguinte).

6.3. Fatores hormonais

• Glucocorticoides, como cortisona e hidrocortisona, em exposição excessiva ou prolongada podem inibir a proliferação dos condrócitos e a síntese da matriz e comprometer o crescimento longitudinal.
• Estrogénios, incluindo estradiol, participam na maturação e no encerramento das placas epifisárias; o seu papel depende da fase do desenvolvimento e não se resume a uma inibição uniforme da síntese de proteoglicanos.
• A somatotrofina (hormona de crescimento) estimula, entre outros mecanismos, a produção hepática de IGF-1 (somatomedina C), que favorece a atividade condrogénica e o crescimento longitudinal. Há também regulação local da placa.

- A cartilagem madura é habitualmente avascular, não inervada e sem vasos linfáticos: depende de difusão e repara mal. Canais vascularizados podem existir em cartilagens espessas ou em desenvolvimento. - Hialina: colagénio II, grupos isogénicos e matriz vítrea basófila. Elástica: rede elástica, células isoladas ou em pequenos grupos; habitualmente não calcifica. Fibrosa: colagénio I, condrócitos em lacunas/fiadas e ausência de pericôndrio. - Sem pericôndrio: cartilagem articular e fibrocartilagem. - Intersticial = divisão dos condrócitos (por dentro); aposicional = a partir do pericôndrio (por fora).

7.1. Traqueia de coelho, H&E: cartilagem hialina

A substância intercelular tem aparência homogénea, embora contenha fibras de colagénio II. Os condrócitos são arredondados e alojam-se em lacunas; a matriz à volta das células é intensamente basófila, devido à concentração de proteoglicanos com GAG sulfatados, incluindo sulfato de condroitina; a coloração não demonstra que tenham sido recentemente segregados (matriz territorial). Observar o pericôndrio de conjuntivo denso e a transformação gradual das células do pericôndrio em condroblastos achatados e depois em condrócitos: crescimento aposicional.

7.2. Orelha de coelho, Weigert e hematoxilina: cartilagem elástica

Cartilagem basófila rodeada por pele. A matriz é rica em fibras elásticas, coradas de roxo, ramificadas em todas as direções numa rede densa, sobretudo junto aos condrócitos. Podem observar-se áreas claras intracitoplasmáticas, compatíveis com lípidos extraídos, mas não confirmáveis como tal apenas nesta coloração. Distinguem-se dos espaços pericelulares causados por retração no processamento. O pericôndrio observa-se facilmente à periferia.

7.3. Coluna vertebral de rato, H&E: fibrocartilagem

Vértebras em ossificação endocondral unidas por discos intervertebrais. No centro, o núcleo pulposo. À volta, volumosas fibras de colagénio rosadas, em disposição concêntrica, separadas por fiadas de condrócitos; a orientação das fibras muda de lamela para lamela. À volta dos condrócitos nota-se alguma basofilia, por causa dos sulfatos de condroitina. Não há pericôndrio.

7.4. Articulação do joelho de rato, H&E: cartilagem articular e membrana sinovial

Na epífise de osso trabecular observa-se cartilagem articular hialina, sem pericôndrio. Os grupos isogénicos refletem divisões anteriores e não provam, isoladamente, crescimento ativo no momento da fixação.

A membrana sinovial reveste internamente a cápsula nas regiões não cobertas por cartilagem. Os sinoviócitos não formam um epitélio verdadeiro nem assentam numa membrana basal contínua. Os de tipo A têm funções fagocíticas; os de tipo B sintetizam componentes, incluindo ácido hialurónico. O conjuntivo subsinovial é vascularizado. A componente aquosa do líquido sinovial deriva sobretudo do plasma e recebe moléculas produzidas pelos sinoviócitos; o líquido lubrifica e participa nas trocas metabólicas com a cartilagem.