すり減るのは水とプロテオグリカン―関節軟骨の加齢変化を成分から読み解く

関節軟骨の構成成分と、それが加齢によってどう変化するかを問う問題である。

関節軟骨の構成

関節面を覆う軟骨は硝子軟骨（硝子様軟骨）であり、血管・神経・リンパ管をもたない。構成は次のとおりである。 ・細胞: 軟骨細胞のみで、組織全体に占める体積はごくわずか（数%程度）である。細胞は基質を産生・維持する。 ・細胞外基質: 水分が湿重量の大部分（約70〜80%）を占める。固形成分の主体はⅡ型コラーゲンで、網目構造をつくって引っ張りに抵抗する。その網目の中に、アグリカンなどのプロテオグリカンがヒアルロン酸に結合した巨大な凝集体として存在する。プロテオグリカンは負に荷電したグリコサミノグリカン（コンドロイチン硫酸、ケラタン硫酸）を多数もち、大量の水を引きつけて圧縮に抵抗する弾力を生む。 ・弾性線維は硝子軟骨にはほとんど含まれない（弾性線維に富むのは耳介や喉頭蓋の弾性軟骨である）。

加齢変化

軟骨細胞は成人以降ほとんど増殖せず、加齢とともに数・代謝活性ともに低下する。その結果、基質の産生が落ち、特にプロテオグリカン（とくにコンドロイチン硫酸）と水分が減少する。コラーゲンは量としては大きく変わらないが、架橋の増加や終末糖化産物（AGEs）の蓄積により硬く脆くなり、軟骨は黄色調を帯びる。こうして軟骨の弾力と衝撃吸収能が低下し、硝子軟骨は菲薄化し、表面の粗糙化・細線維化（fibrillation）・びらんが生じうる。これが変形性関節症の素地となる。 以上から、「減少する（または変わらない）もの」が「増加する」とされている選択肢や、もともとほとんど存在しない成分の変化を述べた選択肢は誤りとなり、加齢変化として正しいのは硝子様軟骨の菲薄化である。

軟骨の3種類

・硝子軟骨: 関節軟骨、肋軟骨、気管軟骨、成長板など。線維はⅡ型コラーゲン。 ・弾性軟骨: 耳介、喉頭蓋、外耳道など。弾性線維に富む。 ・線維軟骨: 椎間板の線維輪、恥骨結合、関節半月（半月板）など。Ⅰ型コラーゲンが多い。

関節軟骨の特徴

・血管、神経、リンパ管をもたず、栄養は関節液からの拡散に依存する。このため損傷後の自己修復能が乏しい。 ・Ⅱ型コラーゲンの網目が引っ張り力に、プロテオグリカンの保水による膨潤圧が圧縮力に抵抗する。

加齢変化と変形性関節症の違い

・加齢変化: 軟骨細胞の数と活性の低下、プロテオグリカン・水分の減少、コラーゲン架橋・AGEsの増加、黄色化、菲薄化。 ・変形性関節症（OA）: 加齢変化を背景に、力学的負荷や炎症性サイトカイン（IL-1など）の関与で蛋白分解酵素（MMP-13などのマトリックスメタロプロテアーゼ、ADAMTS）が基質を分解する。初期には軟骨の水分がむしろ増えて膨潤することがあり、純粋な加齢変化とは異なる。進行すると軟骨下骨の硬化、骨棘形成、骨嚢胞がみられ、X線では関節裂隙の狭小化として現れる。