Morphofunctional evaluation of the knee joint development in human fetuses

A articulação do joelho tem sido vastamente estudada nas ultimas décadas. Este intenso interesse pode ser visto sob o foco da complexidade desta articulação e de sua importância clínica. No entanto, nota-se escassa informação a respeito de aspectos morfológicos e ultraestruturais sobre o desenvolvimento desta articulação, em fetos humanos de diferentes faixas etárias, o que poderia servir de base teórica para estratégias de reparo da cartilagem e engenharia de tecidos, bem como contribuir para uma melhor compreensão de doenças e malformações ao longo do desenvolvimento dos componentes articulares. Desse modo, considerando-se a importância do conhecimento sobre aspectos morfofuncionais do desenvolvimento normal dos tecidos cartilagíneos na articulação do joelho humano, realizou-se a presente pesquisa com fetos humanos abrangendo a faixa etária da 16ª a 31ª semanas de vida intrauterina. Foram utilizados 20 fetos, os quais foram divididos em 4 grupos (n=5) da seguinte forma: grupo 1 (G1): 16-19 semanas de vida intrauterina (VIU); grupo 2 (G2): 20-23 semanas VIU; grupo 3 (G3): 24-27 semanas VIU e grupo 4 (G4): 28-31 semanas VIU, em que foram realizadas análises morfométricas da cartilagem das epífises do fêmur e tíbia na articulação do joelho, para os parâmetros: área dos condrócitos, densidade de condrócitos e matriz extracelular, análise estereológica para o volume dos condrócitos, e análise qualitativa da distribuição, organização e tipificação de fibras colágenas com uso de Picro-sirius sob análise com luz polarizada. Também se analisou a ultraestrutura através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Frente à metodologia proposta e os resultados obtidos a respeito da avaliação morfofuncional, concluiu-se que a área e o volume dos condrócitos, bem como a densidade da matriz extracelular, na região média das epífises cartilagíneas, tanto do fêmur quanto da tíbia, aumentaram com o avançar da faixa etária, enquanto a densidade dos condrócitos diminuiu. Na região média das epífises, a cartilagem imatura dos fetos mais jovens, inicialmente com características de uma zona de proliferação, passa a apresentar, em fetos com idade mais avançada, características de uma zona de maturação, com condrócitos maiores e mais distantes uns dos outros. Na camada superficial da epífise a organização e orientação das fibras de colágeno modificam-se nos diferentes grupos, passando de uma orientação irregular no grupo dos fetos mais jovens, para uma organização pantográfica no grupo de fetos mais desenvolvidos. Finalmente, verifica-se a clara relação entre o amadurecimento da cartilagem e as alterações na organização e orientação das fibras colágenas, as quais contribuem para as propriedades requeridas na cartilagem em cada fase de seu desenvolvimento, tais como resistência à tensão, resistência à compressão e habilidade para distribuir cargasThe knee joint has been widely studied in recent decades. This intense interest can be seen from the perspective of the joint complexity and its clinical importance. However, there is little information about morphological and ultrastructural aspects of the development of this joint, particularly in human fetuses within different age, which could serve as a theoretical basis for cartilage repair strategies and tissue engineering, as well as contributing for a better understanding of diseases and malformation during the development of joint components. Thus, considering the importance of morphological and functional aspects of normal cartilaginous tissue development in the human knee joint, this research was performed with human fetuses covering the age range 16 to 31 weeks of intrauterine life. Twenty (20) fetuses were divided into 4 groups (n = 5) as follows: Group 1 (G1): 16-19 weeks, Group 2 (G2): 20-23 weeks, Group 3 (G3): 24-27 weeks and Group 4 (G4): 28-31 weeks. For the femoral and tibial epiphysis cartilage in the knee joint, it was performed morphometric analysis regarding area of chondrocytes, percent density of chondrocytes and extracellular matrix, stereological analysis of the chondrocytes volume and qualitative analysis of the distribution, organization and characterization of collagen fibers using picrosirius staining under analysis with polarized light. It was also analyzed the ultrastructure by scanning electron microscopy. Facing the proposed methodology and the results regarding the morphological evaluation of the middle region of both femur and tibia epiphysis, it was concluded that the area and the volume of the chondrocytes, as well as the density of extracellular matrix increased with advancing age, while the percent density of chondrocytes decreased. In the middle region of the epiphysis, immature cartilage of younger fetuses, initially with characteristics of a proliferation zone starts to present, in older fetuses, characteristics of maturation zone, presenting larger chondrocytes and more distant from each other. In the epiphysis cartilage surface, the organization and orientation of the collagen fibers changed in different groups, from an irregular orientation in the younger fetuses group, to a pantograph organization in the most developed fetuses group. Finally, it was observed the relationship between the cartilage development and the changes in the collagen fibers organization and orientation in order to obtain the cartilage properties required at each stage of the development, such as tensile strength, resistance to compression and ability to distribute load