Erilaisten seerumin ruston biomarkkerien arviointi akuutissa vasteessa kävelyyn ja pyöräilyyn terveillä miehillä

Biomarkkereilla voidaan seurata ruston aineenvaihduntaa ja toimia prognostisina tai diagnostisina markkereina nivelrakenteen muutosten havaitsemiseksi (8). Useimmat näistä biomarkkereista ovat ruston ekstrasellulaarisen matriisin (ECM) olennaisia ​​komponentteja. Ruston biomarkkerien mittaus perustuu periaatteeseen, että osmoottinen ja mekaaninen kuormitus laukaisee proteolyyttisesti tuotettujen ECM-fragmenttien ulosvirtauksen nivelnesteeseen ja sitten ulos nivelkapselista. Siten biomarkkeripitoisuudet voidaan mitata immuunimäärityksillä nivelnesteestä, verestä ja virtsasta. Samoin biomarkkeripitoisuuksia on käytetty tutkittaessa liikunnan akuutteja tai pitkäaikaisia ​​vaikutuksia nivelrustojen terveyteen ja aineenvaihduntaan.

Tutkituin seerumin ruston biomarkkeri on ruston oligomeerinen matriisiproteiini (COMP). COMP, joka tunnetaan myös nimellä trombospondiini-5, on pentameerinen glykoproteiini, joka koostuu viidestä identtisestä alayksiköstä. Kunkin monomeerin C-terminaalinen pää on vuorovaikutuksessa lukuisten KDHM-proteiinien, kuten kollageeni II:n, kollageeni IX:n, matriliinien ja proteoglykaanien kanssa (9). Lisäksi COMP vaikuttaa kollageenin erittymiseen ja fibrillogeneesiin, mikä vaikuttaa fibrillien muodostumisnopeuteen, järjestäytymiseen ja halkaisijaan (10). Näiden vuorovaikutusten vuoksi muiden KDHM-proteiinien kanssa COMP:lla on tärkeä rooli rustomatriisin kokoamisessa ja rakenteessa, mikä määrittää sen mekaaniset ominaisuudet.

Näiden ominaisuuksien perusteella COMP:ia on tutkittu laajasti akuutin kuormituksen suhteen ja sen on osoitettu olevan mekaanisesti herkkä (11). Seerumin COMP-tasojen on havaittu vaihtelevan välillä -16 % ja +39 % 30 minuutin kohtalaisen juoksun jälkeen (12). Kuitenkaan ei havaittu seerumipitoisuuden nousua vasteena muille akuuteille harjoituksille, kuten polven taivutukselle tai toistuvalle lannerangan koukistukselle/extensiolle (13). Tämä viittaa siihen, että akuutti seerumin COMP-vaste riippuu nivelen kuormitusominaisuuksista.

Muita kiinnostavia biomarkkereita ovat proteolyyttiset entsyymit, jotka osallistuvat ruston KDHM-komponenttien hajoamiseen. Matriksimetalloproteinaasit (MMP:t) ovat entsyymien perhe, jotka vaihtelevat substraattispesifisyyden ja primäärirakenteen suhteen.

Jotkut MMP-perheen jäsenet osallistuvat sekä KDHM:n uudistumiseen että patologiseen hajoamiseen. Esimerkiksi MMP-3 (stromelysiini) hajottaa useimmat KDHM:n komponentit ja aktivoi muita MMP:itä, kuten MMP-9:ää (gelatinaasi B), jolla itsellään on tärkeä rooli OA:n kehittymisessä (14).

YKL-40 on toinen KDHM-proteiini, joka osallistuu ruston patogeneesiin. Vaikka YKL-40:n toimintaa ei ole määritelty yksityiskohtaisesti, sen on osoitettu osallistuvan yleisiin kudosten uudelleenmuodostukseen ja tulehdusprosesseihin glykosylaasina (15). YKL-40-tasot nousevat niveltulehduksen aikana, ja myös resistiinipitoisuudet nostavat tulehdusärsykkeitä. Resistiini on adipokiini, joka alun perin yhdistettiin jyrsijien liikalihavuuteen ja insuliiniresistenssiin.

MMP:n, YKL-40:n ja resistiinipitoisuuksien vastetta harjoitteluun on tutkittu aiemmin. Maratonjuoksun on osoitettu lisäävän seerumin MMP-3 (+142 %), YKL-40 (+56 %) ja resistiini (+107 %) pitoisuuksia välittömästi maratonin jälkeen verrattuna perusarvoihin (16).

Tyypin II kollageeni on nivelruston pääkomponentti. Tyypin II kollageenin hajoaminen tapahtuu kollagenaasien ja MMP-9:n aktiivisuuden kautta. Coll2-1 on spesifinen peptidiepitooppi, joka sijaitsee tyypin II kollageenimolekyylien kolmoiskierteessä ja on ruston rappeuman merkki.

Coll2-1:n nitrattua muotoa kutsutaan nimellä Coll2-1 NO2, ja se kuvastaa hapettumiseen liittyvää rustomatriisin hajoamista. Seerumin Coll2-1:n (-13 %) ja Coll2-1 NO2:n (-19 %) pitoisuuksien on osoitettu laskevan maratonjuoksun jälkeen (17).

Nagaoka et ai. (18) arvioi ruston kollageeniaineenvaihduntaa urheilijoilla, jotka ovat altistuneet voimakkaalle nivelkuormitukselle. He mittasivat sekä tyypin II kollageenisynteesiä että hajoamisbiomarkkereita virtsasta. Tulokset osoittivat, että tyypin II kollageenin hajoaminen lisääntyi vasteena kestävyysharjoitteille, jotka sisälsivät voimakasta nivelkuormitusta, erityisesti urheilijoilla, jotka suorittivat usein hyppyliikkeitä, kuten lentopalloa, koripalloa ja käsipalloa.

Tutkimuksemme tavoitteena oli selvittää kahden yleisesti käytetyn harjoitustoimenpiteen (kävely ja pyöräily) akuuttia vaikutusta ruston solunulkoisen matriisin aineenvaihduntaa heijastavien seerumin biomarkkerien, COMP:n, YKL-40:n ja MMP3:n, korrelaatioon.