Biologické mechanismy pro změnu bolesti po fyzické aktivitě u osteoartrózy

Osteoartritida (OA) v koleni je charakterizována chronickou zánětlivou bolestí, která nemusí být nutně spojena s rozsahem poškození kloubů.1 Pokyny pro klinickou praxi doporučují fyzickou aktivitu (PA) pro bolest při osteoartróze,2 ale příjem PA u dospělých s OA je velmi nízká.3 Jedním z důvodů je, že zatímco PA může snižovat bolest u dospělých s OA na dolních končetinách,4,5 činí tak odlišně, snižuje citlivost na bolest u přibližně poloviny dospělých s OA, ale ve skutečnosti zvyšuje citlivost na bolest u druhé poloviny.6 Nedávná metaanalýza dále odhalila, že zapojení do jediného typu PA (např. aerobní cvičení nebo odporový trénink) snižuje bolest kolene s OA, ale ve výsledcích byla velká heterogenita, kterou nebylo možné vysvětlit věkem, pohlavím, BMI, zarovnáním kolene, závažností onemocnění nebo výchozí bolestí.5 Jedním z cílů vývoje individualizovaných intervencí PA u dospělých s OA je objasnit mechanismy, kterými PA snižuje bolest OA a pro koho PA bolest nejúčinněji tlumí.

Aerobní fyzická aktivita, jako je chůze, zvyšuje buněčnou kapacitu pro tvorbu energie (produkce ATP) prostřednictvím oxidativní fosforylace až 2krát stimulací mitochondriální biogeneze.7,8 Tento jev se vyskytuje nejen v kosterním svalu7, ale také v mozkových buňkách,9,10 jaterních buňkách,9,11,12 tukové tkáni,13 buňkách ledvin12 a leukocytech14, což naznačuje, že PA pravděpodobně systémově zvyšuje metabolickou poptávku. Navíc se předpokládá, že PA vytváří adaptivní změny v aktivitě a/nebo hojnosti proteinů zapojených do procesů souvisejících s mitochondriální funkcí.8 mitochondriální funkce, včetně tvorby energie prostřednictvím oxidativní fosforylace; zánět; a exprese proteinů souvisejících s mitochondriemi jsou klíčovými znaky osteoartritidy15,16 a chronické zánětlivé bolesti.17,18 Zvířecí modely zánětlivé bolesti demonstrují buněčný metabolický posun od oxidativní fosforylace ke glykolýze u chronických zánětlivých stavů prostřednictvím osy pyruvátdehydrogenáza kináza 2/4 (PKD2/4)-pyruvátdehydrogenáza (PDH)-kyselina mléčná.19 To má za následek zvýšení produkce kyseliny mléčné v postižené oblasti. Následné kyselé mikroprostředí zesiluje nociceptivní odpověď prostřednictvím náboru dalších pro-algetických prozánětlivých cytokinů, které „aktivují nociceptory a spinální glii, aby způsobily periferní a centrální senzibilizaci“.19 Zlepšení schopnosti generovat ATP prostřednictvím oxidativní fosforylace a související snížení glykolýzy tedy může snížit citlivost na bolest. Zatímco však velké množství údajů o zvířatech a korelačních údajů podporuje silnou vazbu mezi oxidačním potenciálem a výsledky bolesti, experimentální důkazy o příčině a následku zůstávají řídké, zejména u lidí.8

Výzkumníci předpokládají, že individuální rozdíly v systémové buněčné bioenergetické funkci, zánětu a expresi proteinů ovlivňují účinek PA na snížení citlivosti na bolest u dospělých s OA kolena. Účelem této kvazi-experimentální pilotní studie je otestovat mitochondriální bioenergetiku (oxidační fosforylace, obsah mitochondrií) v krevních destičkách, zánět (cytokiny) a expresi proteinů jako mechanismy pro změnu citlivosti na bolest bezprostředně po 30 minutách chůze (tj. "akutní") a po šesti týdnech chůze třikrát týdně po 30 minutách (tj. "dlouhodobé") u dospělých s osteoartrózou kolene. Vyšetřovatelé se budou zabývat následujícími specifickými cíli a hypotézami na vzorku 40 dospělých s radiologickým průkazem OA kyčle nebo kolene a 20 zdravých kontrol odpovídajících věku/pohlaví:

Cíl 1: Zkoumat účinky šestitýdenního (třídenního/týdenního) programu chůze na prahy bolesti u dospělých s OA kolena ve srovnání se zdravými kontrolami H1.1: Citlivost na bolest (kvantitativní senzorické testování) se zvýší přibližně o 50 % dospělých s OA a pokles u přibližně 50 % dospělých s OA po akutní a dlouhodobé PA.

H1.2: Citlivost na bolest se u zdravých kontrol po akutní a dlouhodobé PA sníží.

Cíl 2: Otestovat roli mitochondriální bioenergetiky (oxidační fosforylace, mitochondriální obsah) jako mechanismu pro variaci citlivosti na bolest po PA u starších dospělých s OA kolena.

H2.1: Citlivost na bolest je negativně spojena s mitochondriální funkcí (oxidační fosforylace, obsah mitochondrií) u krevních destiček na počátku studie, po akutní PA a dlouhodobé PA H2.2: Zdravé kontroly budou mít vyšší kapacitu pro oxidativní fosforylaci v krevních destičkách než účastníci OA .

Cíl 3: Otestovat roli zánětu jako mechanismu pro změnu citlivosti na bolest po fyzické aktivitě u starších dospělých s OA kolena.

H3.1: Citlivost na bolest je pozitivně spojena se zvýšenými cirkulujícími prozánětlivými cytokiny (c-reaktivní protein, interleukin (IL)-1, IL-1β, IL-6, IL-10, tumor nekrotizující faktor (TNF)-α, PGES) na začátku, po akutní a dlouhodobé PA.

Cíl 4: Vytvořit hypotézy týkající se role proteomiky ve změnách citlivosti na bolest po fyzické aktivitě (bezprostředně po a po šesti týdnech chůze) Změny v expresi proteinu budou záviset na poločasu exprimovaného proteinu, který se může pohybovat od minut až dnů.8 Je tedy důležité zkoumat adaptivní změny v expresi proteinů v krátkodobém (minuty/den po PA) i dlouhodobém (dny/týdny mezi záchvaty fyzické aktivity).