background image

 

 

HDTD/ Cartilage

 

Lecturer Dr. Zahraa Qasim Ali

 

 

Objectives: 

Dear students: 

By the end of this ‘’Cartilage’’ lecture, I hope each one of you will be able to:  

1.  Histologically Define cartilage and write some notes on it. 

2.  List the three types of cartilage. 

3.  Determine the compositional differences in each type. 

4.  Describe the function(s) and location(s) of each type.  

 

Introduction: 

   Cartilage  is  a  specialized  form  of  connective  tissue  characterized  by  an 

extracellular matrix (ECM) and cells called chondrocytes (Gr. chondros, cartilage 

kytos, cell). 

Chondrocytes synthesize and secrete the ECM and the cells themselves are located 

in  matrix  cavities  called  lacunae.  Collagen,  hyaluronic  acid,  proteoglycans,  and 

small amounts of several glycoproteins are the principal macromolecules present in 

all  types  of  cartilage  matrix.  Variations  in  the  composition  of  these  matrix 

components produce three types of cartilage adapted to local biomechanical needs. 

 


background image

 

 

 

Colorized scanning electron micrograph (SEM) of an isogenous nest in hyaline 
cartilage.  
A  chondrocyte  sits  in  its  lacuna  surrounded  by  fine  fibrillar  matrix. 
Another lacuna is empty because its chondrocyte had popped out during specimen 
preparation.  5000×.  A  magnified  view  of  collagen  fibrils  in  the  matrix  is  below. 
25,000×. 

Reference:

 

NETTER’S ESSENTIAL HISTOLOGY, SECOND EDITION (2013) ISBN: 978-1-4557-0631-0

 

 

 

Cartilage histologically: 

  Cartilage 

is  an  avascular  tissue  that  consists  of 

chondrocytes 

and  an 

extensive 

extracellular  matrix

.  More  than  95%  of

 

cartilage  volume 

consists of extracellular matrix, which is a

 

functional element of this tissue. 

The  chondrocytes  are  sparse

 

but  essential  participants  in  producing  and 

maintaining the

 

matrix.

 

  Cartilage  is  avascular:  Despite  being  a  connective  tissue,  cartilage  is 

avascular and, hence, relies on diffusion of nutrients from the vessels in the 

perichondrium or other surrounding tissues. Avascularity of the cartilage 

also  contributes  to  slow  and limited  ability  to  heal  and  repair  itself  when 

injury occurs. 


background image

 

 

  Perichondrium:  Except  in  the  articular  cartilage  of  joints,  all  hyaline 

cartilage  is  covered  by  a  layer  of  dense  connective  tissue,  the 

perichondrium 

(arrow in the picture below)

, which is essential for the growth 

and maintenance of cartilage. It consists largely of collagen type I fibers and 

contains  numerous  fibroblasts.  Although  cells  in  the  inner  layer  of  the 

perichondrium resemble fibroblasts, they are precursors for chondroblasts, 

which divide and differentiate into chondrocytes. 

 

  Chondrocytes: At the periphery of hyaline cartilage, young chondrocytes 

have an elliptic shape, with the long axis parallel to the surface. Farther in, 

they  are  round  and  may  appear  in  groups  of  up  to  eight  cells  originating 

from  mitotic  divisions  of  a  single  chondrocyte.  These  groups  are  called 

isogenous aggregates. 

 


background image

 

 

 

Key                                                               
1. Chondrocyte 
2. Cell nest 
3. Basophilic matrix 
a. Territorial matrix 
b. Interterritorial matrix 
4. Perichondrium 

 

Chondrocytes synthesize collagens and the other matrix molecules. As matrix is 

produced, cells in the aggregates are moved apart and occupy separate lacunae. 

 

  

It  is  good  to  know  that  [

Nutrients  from  the  blood  diffuse  through  the 

perichondrium to reach the more deeply placed cartilage cells. Transport of water 

and  solutes  is  promoted  by  the  pumping  action  of  intermittent  cartilage 

compression and decompression. Because of the limits of diffusion, the maximum 

width of the cartilage is limited and cartilage usually is found as small, thin plates 

of tissue. 

Chondrocyte  function  is  hormone  dependent.  Synthesis  of  sulfated  GAGs  is 

accelerated by growth hormone, thyroxin, and testosterone and is slowed by 


background image

 

 

cortisone, hydrocortisone, and estradiol. Cartilage growth depends mainly on the 

pituitary-derived growth hormone somatotropin.

]

   

 

 

 

Growth of cartilage: Mainly occurs during embryonic, fetal development 

and  childhood,  slowly  decreasing  in  adolescence.  In  adults,  cartilage 

undergoes little to no growth. 

 

 

Appositional  growth:  Chondroblasts  in  the  perichondrium  produce 

cartilaginous matrix and thicken the cartilage from the periphery. Once the 

chondroblasts  become  encased  in  the  matrix  they  produced, they  become 

chondrocytes. 

  Interstitial growth: Chondrocytes in the middle of the cartilage divide, and 

then each daughter cell starts secreting its own cartilaginous matrix around 

itself,  eventually  becoming  separated  from  each  other  by  the  newly 

produced cartilage matrix. 

 

Cartilage Functions: 

 The firm consistency of the ECM allows the tissue to (1) bear mechanical stresses 

without permanent distortion. In the respiratory system, cartilage forms a framework 

(2)  supporting  soft  tissues.  Because  it  is  smooth-surfaced  and  resilient,  cartilage 

provides  a  (3)  shock-absorbing  and  (4)  sliding  area  for  joints and facilitates bone 

movements. Cartilage is also (5) essential for the development and growth of long 

bones, both before and after birth. 

 

 

 

 

 


background image

 

 

 

Types of Cartilage: 

    There are three types of cartilage—(1) hyaline cartilage, (2) elastic cartilage, and 

(3)  fibrocartilage—differ  mostly  in  histologic  appearance  and  properties  of 

extracellular matrix. 

 

 

Reference: Junqueira’s Basic Histology, 14

th

 edition. 2016 

 

 

 

 


background image

 

 

1.  Hyaline Cartilage

 

 

 

 

Hyaline cartilage matrix is highly hydrated to provide resilience and 

diffusion of small metabolites. 

In  articular  cartilage  (cartilage  of  the  joints),  both  transient  and  regional  changes 

occur  in  water  content  during  joint  movement  and  when  the  joint  is  subjected  to 

pressure.  The  high  degree  of  hydration  and  the  movement  of  water  in  the  matrix 

allow  the  cartilage  matrix  to  respond  to  varying  pressure  loads  and  contribute  to 

cartilage’s weight-bearing capacity.  

It is good to know that

[

Throughout life, cartilage undergoes continuous internal 

remodeling as the cells replace matrix molecules lost through degradation. Normal 

matrix  turnover  depends  on  the  ability  of  the  chondrocytes  to  detect  changes  in 

matrix  composition.  The  chondrocytes  then  respond  by  synthesizing  appropriate 

types of new molecules. In addition, the matrix acts as a signal transducer for the 

embedded chondrocytes. Thus, pressure loads applied to the cartilage, as in synovial 

joints;  create  mechanical,  electrical,  and  chemical  signals  that  help  direct  the 

synthetic activity of the chondrocytes. As the body ages, however, the composition 

of  the  matrix  changes  and  the  chondrocytes  lose  their  ability  to  respond  to  these 

stimuli

]

Chondrocytes of hyaline cartilage are highly specialized cells that synthesize and 

maintain all components of the extracellular matrix. chondrocytes are distributed 


background image

 

 

either singularly or in clusters called isogenous groups. When the chondrocytes are 

present in isogenous groups, they represent cells that have recently divided. As the 

newly divided chondrocytes produce the matrix material that surrounds them, they 

are dispersed. They also secrete metalloproteinases, enzymes that degrade cartilage 

matrix, allowing the cells to expand and reposition themselves within the growing 

isogenous group. The matrix has a unique, highly ordered molecular organization. 

Depending on age and location of the cartilage, 60%-70% of its wet weight is water. 

Water and inorganic salts give cartilage its  resilience and lubricating capabilities. 

Remaining constituents are structural  macromolecules: collagens, PGs, and non-

collagenous proteins. Of the dry weight of cartilage matrix, 40%-70% is collagen. 

Type  II  collagen  accounts  for  90%-95%  of  the  collagen  in  hyaline  cartilage  and 

forms a fibrillary meshwork that mainly provides tensile strength and shape. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

2.  Fibrocartilage cartilage

  

 

Fibrocartilage  is  found  in  the  symphysis  pubis,  the  annulus  fibrosis  of 

intervertebral discs (arrow above), and at points of attachment of tendons to bone. 

It is a mixture between dense regular connective tissue (similar in many respects to 

tendon or ligament) and hyaline cartilage. It combines the tensile strength, firmness, 

and durability of tendon with resistance to compression of cartilage. In contrast to 

other types of cartilage, fibrocartilage lacks a distinct perichondriumwhich blends 

imperceptibly with surrounding connective tissue or hyaline cartilage. Its matrix is 

intensely eosinophilic because numerous collagen fibers are present. Arranged in 

parallel bundles, often in line with the direction of pull or stress applied, they give a 

characteristic fibrous appearance to the matrix. 

 

 


background image

 

10 

 

3.  Elastic cartilage 

 

Fresh  elastic  cartilage  appears  more  opaque  and  yellow  than  hyaline  cartilage 

because  of  abundant  elastic  fibers  in  its  matrix.  Elastic  cartilage  is  resilient, 

easily  returning  to  its  original  shape  after  bending  or  distortion,  and  has  more 

flexibility and elasticity than other cartilage types. Its matrix contains a dense, 

interwoven network of elastic fibers embedded in a small amount of amorphous 

extracellular ground substance. This network is denser in the interior than at the 

periphery.  The  spherical  chondrocytes,  which  sit  in  lacunae,  appear  similar  to 

chondrocytes of hyaline cartilage, except that they are more closely packed and 

often found singly in the lacunae (only a few isogenous nests are present). With 

methods that stain selectively for elastin, the branching and anastomosing of the 

elastic fibers are seen more clearly. The matrix also contains a small number of 

type  II  collagen  fibers  that  are  masked  by  ground  substance  and  intermingle 

with the more abundant elastic fibers. Like hyaline cartilage (other than that on 

articular  surfaces  of  joints),  elastic  cartilage  is  enveloped  by  a  perichondrium. 

Blood vessels and lymphatics in the perichondrium do not penetrate the cartilage 

interior.  Elastic  cartilage  undergoes  either  appositional  growth,  from  the 

perichondrium, or interstitial growth, by chondrocyte mitosis. In contrast to other 

types of cartilage, elastic cartilage does not calcify with age. 




رفعت المحاضرة من قبل: Abbas Ahmed
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 158 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل