Hodnocení různých biomarkerů sérové ​​chrupavky v akutní odpovědi na chůzi a jízdu na kole u zdravých mužů

Biomarkery lze využít ke sledování metabolismu chrupavky a slouží jako prognostické nebo diagnostické markery k detekci změn kloubní struktury (8). Většina těchto biomarkerů jsou základními složkami extracelulární matrice chrupavky (ECM). Měření biomarkerů chrupavky je založeno na principu, že osmotické a mechanické zatížení spouští eflux proteolyticky produkovaných fragmentů ECM do synoviální tekutiny a poté ven z kloubního pouzdra. Koncentrace biomarkerů lze tedy měřit imunotesty v synoviální tekutině, krvi a moči. Podobně byly koncentrace biomarkerů použity ke zkoumání akutních nebo dlouhodobých účinků cvičení na zdraví a metabolismus kloubní chrupavky.

Nejvíce studovaným biomarkerem sérové ​​chrupavky je protein oligomerní matrice chrupavky (COMP). COMP, také známý jako trombospondin-5, je pentamerní glykoprotein složený z pěti identických podjednotek. C-terminální konec každého monomeru interaguje s četnými proteiny KDHM, jako je kolagen II, kolagen IX, matriliny a proteoglykany (9). COMP navíc ovlivňuje sekreci kolagenu a fibrilogenezi, čímž ovlivňuje rychlost tvorby fibril, organizaci a průměr (10). Vzhledem k těmto interakcím s jinými proteiny KDHM má COMP důležitou roli v sestavování a struktuře matrice chrupavky a určuje její mechanické vlastnosti.

Na základě těchto vlastností byl COMP široce studován z hlediska akutní zátěže a ukázalo se, že je mechanosenzitivní (11). Bylo zjištěno, že hladiny COMP v séru kolísají mezi -16 % a +39 % po 30 minutách mírných běžeckých intervencí (12). Nebylo však zjištěno žádné zvýšení sérové ​​koncentrace v reakci na jiná akutní cvičení, jako je flexe v koleni nebo opakovaná flexe/extenze beder (13). To naznačuje, že akutní sérová odpověď COMP je závislá na charakteristikách zatížení kloubu.

Dalšími zajímavými biomarkery jsou proteolytické enzymy podílející se na degradaci složek KDHM chrupavky. Matrixové metaloproteinázy (MMP) jsou rodinou enzymů, které se liší substrátovou specifitou a primární strukturou.

Někteří členové rodiny MMP hrají roli jak v remodelaci KDHM, tak v patologické degradaci. Například MMP-3 (stromelysin) degraduje většinu složek KDHM a aktivuje další MMP, jako je MMP-9 (gelatináza B), která sama hraje důležitou roli v rozvoji OA (14).

YKL-40 je další protein KDHM zapojený do patogeneze chrupavky. Přestože funkce YKL-40 nebyla podrobně definována, bylo prokázáno, že se jako glykosyláza podílí na obecné remodelaci tkání a zánětlivých procesech (15). Hladiny YKL-40 se zvyšují při zánětu kloubu a hladiny resistinu jsou také zvýšeny zánětlivými podněty. Resistin je adipokin, který byl původně spojován s obezitou a inzulinovou rezistencí u hlodavců.

Odpověď koncentrací MMP, YKL-40 a resistinu na cvičení byla již dříve zkoumána. Bylo prokázáno, že maratónský běh zvyšuje sérové ​​koncentrace MMP-3 (+142 %), YKL-40 (+56 %) a rezistinu (+107 %) bezprostředně po maratonu ve srovnání s výchozími hodnotami (16).

Kolagen typu II je hlavní složkou kloubní chrupavky. K degradaci kolagenu typu II dochází prostřednictvím aktivity kolagenáz a MMP-9. Coll2-1 je specifický peptidový epitop umístěný na trojité šroubovici molekul kolagenu typu II a je markerem degenerace chrupavky.

Nitrovaná forma Coll2-1 se nazývá Coll2-1 NO2 a odráží degradaci matrice chrupavky související s oxidací. Bylo prokázáno, že sérové ​​koncentrace Coll2-1 (-13 %) a Coll2-1 NO2 (-19 %) se po maratonu snižují (17).

Nagaoka a kol. (18) hodnotili metabolismus kolagenu v chrupavce u sportovců vystavených intenzivní zátěži kloubů. Měřili jak syntézu kolagenu typu II, tak biomarkery degradace v moči. Výsledky ukázaly, že degradace kolagenu typu II se zvýšila v reakci na vytrvalostní cvičení, která zahrnovala intenzivní zatížení kloubů, zejména u sportovců, kteří prováděli časté skákací pohyby, jako je volejbal, basketbal a házená.

Cílem naší studie bylo prozkoumat akutní účinek dvou běžně používaných cvičebních intervencí (chůze a cyklistika) na korelaci sérových biomarkerů odrážejících metabolismus extracelulární matrix chrupavky, COMP, YKL-40 a MMP3.