Biologiset mekanismit kivun vaihtelulle fyysisen toiminnan jälkeen nivelrikossa

Polven nivelrikolle (OA) on tyypillistä krooninen tulehduksellinen kipu, joka ei välttämättä liity nivelvaurioiden määrään.1 Kliinisissä käytännön ohjeissa suositellaan fyysistä aktiivisuutta (PA) nivelrikkokipuun,2 mutta PA:n saanti aikuisilla, joilla on nivelrikko, on erittäin suuri. alhainen.3 Yksi syy tähän on se, että vaikka PA voi vähentää kipua alaraajojen OA:ta sairastavilla aikuisilla,4,5 se tekee sen eri tavalla, mikä vähentää kipuherkkyyttä noin puolella OA-potilaista, mutta itse asiassa lisää kipuherkkyyttä toisella puolella.6 Lisäksi äskettäinen meta-analyysi paljasti, että yhden tyyppisen PA:n harjoittaminen (esim. aerobinen harjoittelu tai vastusharjoittelu) vähentää OA-polvikipua, mutta tuloksissa oli suurta heterogeenistä, jota ei voitu selittää iällä, sukupuolella, BMI:llä, polven linjalla, sairauden vaikeusasteella tai lähtötilan kivulla.5 Yksi OA-potilaiden yksilöllisten PA-interventioiden kehittämisen tavoitteista on selvittää mekanismeja, joilla PA vähentää OA-kipua ja kenelle PA vähentää kipua tehokkaimmin.

Aerobinen fyysinen aktiivisuus, kuten kävely, lisää solujen energiantuotantokykyä (ATP-tuotanto) oksidatiivisen fosforylaation kautta jopa kaksinkertaiseksi stimuloimalla mitokondrioiden biogeneesiä.7,8 Tätä ilmiötä ei esiinny ainoastaan ​​luurankolihaksissa, 7 vaan myös aivosoluissa, 9, 10 maksasoluissa, 9, 11, 12 rasvakudoksessa, 13 munuaissoluissa12 ja leukosyyteissä14, mikä osoittaa, että PA todennäköisesti lisää aineenvaihdunnan tarvetta systeemisesti. Lisäksi PA:n uskotaan luovan mukautuvia muutoksia mitokondrioiden toimintaan liittyvissä prosesseissa mukana olevien proteiinien aktiivisuudessa ja/tai runsaudessa. Mitokondrioiden toiminta, mukaan lukien energian tuottaminen oksidatiivisen fosforylaation kautta; tulehdus; ja mitokondrioihin liittyvä proteiinin ilmentyminen ovat avainpiirteitä nivelrikossa15,16 ja kroonisessa tulehduskivussa.17,18 Tulehduskivun eläinmallit osoittavat solujen metabolisen siirtymän oksidatiivisesta fosforylaatiosta glykolyysiin kroonisissa tulehdustiloissa pyruvaattidehydrogenaasikinaasi 2/4 (PKD2/4)-pyruvaattidehydrogenaasi (PDH)-maitohappoakselin kautta. Tämä johtaa maitohapon tuotannon lisääntymiseen vaurioituneella alueella. Seurauksena oleva hapan mikroympäristö vahvistaa nosiseptiivistä vastetta värväämällä lisää pro-algeettisia proinflammatorisia sytokiineja, jotka "aktivoivat nosiseptoreita ja selkäytimen gliaa aiheuttamaan vastaavasti perifeerisiä ja sentraalisia herkistymiä". Siten parantuminen kapasiteetissa tuottaa ATP:tä oksidatiivisen fosforylaation kautta ja siihen liittyvä glykolyysin väheneminen voi vähentää kipuherkkyyttä. Vaikka suuri joukko eläin- ja korrelaatiotietoja tukee vahvaa yhteyttä oksidatiivisen potentiaalin ja kiputulosten välillä, kokeelliset todisteet syy-seuraussuhteista ovat kuitenkin harvassa, etenkin ihmisillä.8

Tutkijat olettavat, että yksilölliset erot solujen systeemisessä bioenergeettisessä toiminnassa, tulehduksessa ja proteiinin ilmentymisessä vaikuttavat PA:n vaikutukseen kipuherkkyyden vähentämisessä polven OA:sta kärsivillä aikuisilla. Tämän näennäisen kokeellisen pilottitutkimuksen tarkoituksena on testata mitokondrioiden bioenergetiikkaa (hapettava fosforylaatio, mitokondrioiden sisältö) verihiutaleissa, tulehdusta (sytokiinit) ja proteiinien ilmentymistä mekanismeina kipuherkkyyden vaihteluun välittömästi 30 minuutin kävelyn jälkeen (ts. "akuutti") ja kuuden viikon kävelyn jälkeen kolme kertaa viikossa 30 minuutin ajan (ts. "pitkäaikainen") aikuisilla, joilla on polven nivelrikko. Tutkijat käsittelevät seuraavia erityisiä tavoitteita ja hypoteeseja otoksessa, jossa on 40 aikuista, joilla on radiologista näyttöä lonkan tai polven OA:sta ja 20 ikää/sukupuolta vastaavaa tervettä kontrollia:

Tavoite 1: Tutkia kuuden viikon (kolme päivää/viikko) kävelyohjelman vaikutuksia kipukynnyksiin aikuisilla, joilla on polvi-OA verrattuna terveisiin kontrolleihin H1.1: Kipuherkkyys (kvantitatiivinen aistitestaus) kasvaa noin 50 %:lla OA:sta kärsivillä aikuisilla ja vähenee noin 50 %:lla OA:ta sairastavista aikuisista akuutin ja pitkäaikaisen PA:n jälkeen.

H1.2: Kivun herkkyys vähenee terveillä kontrolleilla akuutin ja pitkäaikaisen PA:n jälkeen.

Tavoite2: Testaa mitokondrioiden bioenergeetiikan (hapettava fosforylaatio, mitokondriopitoisuus) roolia PA:n jälkeisen kipuherkkyyden vaihtelumekanismina vanhemmilla aikuisilla, joilla on polven OA.

H2.1: Kipuherkkyys liittyy negatiivisesti mitokondrioiden toimintaan (hapettava fosforylaatio, mitokondrioiden pitoisuus) verihiutaleissa lähtötilanteessa akuutin PA:n ja pitkäaikaisen PA:n jälkeen. H2.2: Terveillä kontrolleilla on suurempi kapasiteetti oksidatiiviseen fosforylaatioon verihiutaleissa kuin OA-osallistujilla. .

Tavoite 3: Testaa tulehduksen roolia mekanismina kipuherkkyyden vaihtelulle fyysisen aktiivisuuden jälkeen vanhemmilla aikuisilla, joilla on polven OA.

H3.1: Kipuherkkyys liittyy positiivisesti lisääntyneisiin verenkierrossa oleviin proinflammatorisiin sytokiineihin (c-reaktiivinen proteiini, interleukiini (IL)-1, IL-1β, IL-6, IL-10, tuumorinekroositekijä (TNF)-α, PGES) lähtötilanteessa akuutin ja pitkäaikaisen PA:n jälkeen.

Tavoite 4: Luoda hypoteeseja proteomiikan roolista kipuherkkyyden vaihtelussa fyysisen toiminnan jälkeen (välittömästi kuuden viikon kävelyohjelman jälkeen ja sen jälkeen). Muutokset proteiinin ilmentymisessä riippuvat ilmennettävän proteiinin puoliintumisajasta, joka voi vaihdella minuutista päiviin.8 Siksi on tärkeää tutkia adaptiivisia muutoksia proteiinin ilmentymisessä sekä lyhyellä (minuuttia/päivä PA:n jälkeen) että pitkällä aikavälillä (päivät/viikkot fyysisen aktiivisuuden välillä).