Evaluering af forskellige serumbruskbiomarkører i den akutte reaktion på gang og cykling hos raske mandlige forsøgspersoner

Biomarkører kan bruges til at overvåge bruskmetabolisme og tjene som prognostiske eller diagnostiske markører til at detektere ændringer i ledstrukturen (8). De fleste af disse biomarkører er essentielle komponenter i den ekstracellulære bruskmatrix (ECM). Målingen af ​​bruskbiomarkører er baseret på princippet om, at osmotisk og mekanisk belastning udløser effluxen af ​​proteolytisk fremstillede ECM-fragmenter ind i ledvæsken og derefter ud af ledkapslen. Biomarkørkoncentrationer kan således måles ved immunoassays i ledvæske, blod og urin. På samme måde er biomarkørkoncentrationer blevet brugt til at undersøge de akutte eller langsigtede virkninger af træning på ledbrusksundhed og stofskifte.

Den mest undersøgte serumbruskbiomarkør er brusk-oligomerisk matrixprotein (COMP). COMP, også kendt som thrombospondin-5, er et pentamerisk glycoprotein sammensat af fem identiske underenheder. Den C-terminale ende af hver monomer interagerer med adskillige KDHM-proteiner, såsom kollagen II, kollagen IX, matriliner og proteoglycaner (9). Derudover påvirker COMP kollagensekretion og fibrillogenese og påvirker derved hastigheden af ​​fibrildannelse, organisation og diameter (10). På grund af disse interaktioner med andre KDHM-proteiner har COMP en vigtig rolle i samlingen og strukturen af ​​bruskmatrixen, der bestemmer dens mekaniske egenskaber.

Baseret på disse egenskaber er COMP blevet bredt undersøgt med hensyn til akut belastning og har vist sig at være mekanosensitiv (11). Serum COMP-niveauer har vist sig at variere mellem -16% og +39% efter 30 min med moderate løbeinterventioner (12). Der blev dog ikke påvist nogen stigning i serumkoncentrationen som reaktion på andre akutte øvelser, såsom knæfleksion eller gentagen lændefleksion/-ekstension (13). Dette tyder på, at det akutte serum COMP-respons er afhængig af ledbelastningskarakteristika.

Andre biomarkører af interesse er proteolytiske enzymer involveret i nedbrydningen af ​​brusk-KDHM-komponenter. Matrix metalloproteinaser (MMP'er) er en familie af enzymer, der varierer i substratspecificitet og primær struktur.

Nogle MMP-familiemedlemmer spiller en rolle i både KDHM-ombygning og patologisk nedbrydning. For eksempel nedbryder MMP-3 (stromelysin) de fleste komponenter i KDHM og aktiverer andre MMP'er såsom MMP-9 (gelatinase B), som i sig selv spiller en vigtig rolle i udviklingen af ​​OA (14).

YKL-40 er et andet KDHM-protein involveret i bruskpatogenese. Selvom funktionen af ​​YKL-40 ikke er blevet defineret i detaljer, har det vist sig at være involveret i generel vævsremodellering og inflammatoriske processer som en glycosylase (15). YKL-40-niveauer stiger under ledbetændelse, og resistinniveauer forhøjes også af inflammatoriske stimuli. Resistin er et adipokin, der oprindeligt var forbundet med fedme og insulinresistens hos gnavere.

Responsen af ​​MMP'er, YKL-40 og resistinkoncentrationer på træning er tidligere blevet undersøgt. Marathonløb har vist sig at øge serum MMP-3 (+142%), YKL-40 (+56%) og resistin (+107%) koncentrationer umiddelbart efter marathon sammenlignet med baseline værdier (16).

Type II kollagen er en vigtig bestanddel af ledbrusk. Nedbrydningen af ​​type II kollagen sker via aktiviteten af ​​kollagenaser og MMP-9. Coll2-1 er en specifik peptidepitop placeret på den tredobbelte helix af type II kollagenmolekyler og er en markør for bruskdegeneration.

Den nitrerede form af Coll2-1 kaldes Coll2-1 NO2 og afspejler oxidativ-relateret brusk matrix nedbrydning. Serumkoncentrationer af Coll2-1 (-13%) og Coll2-1 NO2 (-19%) har vist sig at falde efter et maratonløb (17).

Nagaoka et al. (18) evaluerede bruskkollagenmetabolismen hos atleter udsat for intens ledbelastning. De målte både type II kollagensyntese og nedbrydningsbiomarkører i urin. Resultaterne viste, at type II kollagen-nedbrydning steg som reaktion på udholdenhedsøvelser, der inkluderede intens ledbelastning, især hos atleter, der udførte hyppige springbevægelser såsom volleyball, basketball og håndbold.

Målet med vores undersøgelse var at undersøge den akutte effekt af to almindeligt anvendte træningsinterventioner (gang og cykling) på korrelationen af ​​serumbiomarkører, der afspejler brusk ekstracellulær matrix metabolisme, COMP, YKL-40 og MMP3.