Valutazione di diversi biomarcatori sierici della cartilagine nella risposta acuta al camminare e al ciclismo in soggetti maschi sani

I biomarcatori possono essere utilizzati per monitorare il metabolismo della cartilagine e fungere da marcatori prognostici o diagnostici per rilevare cambiamenti nella struttura articolare (8). La maggior parte di questi biomarcatori sono componenti essenziali della matrice extracellulare della cartilagine (ECM). La misurazione dei biomarcatori della cartilagine si basa sul principio che il carico osmotico e meccanico innesca l’efflusso di frammenti di ECM prodotti proteoliticamente nel liquido sinoviale e quindi fuori dalla capsula articolare. Pertanto, le concentrazioni di biomarcatori possono essere misurate mediante test immunologici nel liquido sinoviale, nel sangue e nelle urine. Allo stesso modo, le concentrazioni di biomarcatori sono state utilizzate per studiare gli effetti acuti o a lungo termine dell’esercizio sulla salute e sul metabolismo della cartilagine articolare.

Il biomarker sierico della cartilagine più studiato è la proteina della matrice oligomerica della cartilagine (COMP). COMP, nota anche come trombospondina-5, è una glicoproteina pentamerica composta da cinque subunità identiche. L'estremità C-terminale di ciascun monomero interagisce con numerose proteine ​​KDHM, come il collagene II, il collagene IX, le matriline e i proteoglicani (9). Inoltre, COMP influenza la secrezione di collagene e la fibrillogenesi, influenzando così il tasso di formazione, organizzazione e diametro delle fibrille (10). A causa di queste interazioni con altre proteine ​​KDHM, COMP ha un ruolo importante nell'assemblaggio e nella struttura della matrice cartilaginea, determinandone le proprietà meccaniche.

Sulla base di queste proprietà, il COMP è stato ampiamente studiato in termini di carico acuto e ha dimostrato di essere meccanosensibile (11). È stato riscontrato che i livelli sierici di COMP variano tra -16% e +39% dopo 30 minuti di interventi di corsa moderata (12). Tuttavia, non è stato rilevato alcun aumento della concentrazione sierica in risposta ad altri esercizi acuti, come la flessione del ginocchio o la flessione/estensione lombare ripetuta (13). Ciò suggerisce che la risposta acuta del COMP sierico dipende dalle caratteristiche di carico articolare.

Altri biomarcatori di interesse sono gli enzimi proteolitici coinvolti nella degradazione dei componenti KDHM della cartilagine. Le metalloproteinasi della matrice (MMP) sono una famiglia di enzimi che variano nella specificità del substrato e nella struttura primaria.

Alcuni membri della famiglia MMP svolgono un ruolo sia nel rimodellamento KDHM che nel degrado patologico. Ad esempio, la MMP-3 (stromelisina) degrada la maggior parte dei componenti del KDHM e attiva altre MMP come la MMP-9 (gelatinasi B), che a sua volta svolge un ruolo importante nello sviluppo dell'OA (14).

YKL-40 è un'altra proteina KDHM coinvolta nella patogenesi della cartilagine. Sebbene la funzione di YKL-40 non sia stata definita in dettaglio, è stato dimostrato che è coinvolto nel rimodellamento generale dei tessuti e nei processi infiammatori come glicosilasi (15). I livelli di YKL-40 aumentano durante l’infiammazione articolare e anche i livelli di resistina sono elevati in seguito a stimoli infiammatori. La resistina è un'adipochina inizialmente associata all'obesità e alla resistenza all'insulina nei roditori.

La risposta delle MMP, dell'YKL-40 e delle concentrazioni di resistina all'esercizio è stata precedentemente studiata. È stato dimostrato che la corsa della maratona aumenta le concentrazioni sieriche di MMP-3 (+142%), YKL-40 (+56%) e resistina (+107%) immediatamente dopo la maratona rispetto ai valori basali (16).

Il collagene di tipo II è un componente importante della cartilagine articolare. La degradazione del collagene di tipo II avviene attraverso l'attività delle collagenasi e dell'MMP-9. Coll2-1 è un epitopo peptidico specifico situato sulla tripla elica delle molecole di collagene di tipo II ed è un marcatore di degenerazione della cartilagine.

La forma nitrata di Coll2-1 è chiamata Coll2-1 NO2 e riflette la degradazione della matrice cartilaginea correlata all'ossidazione. È stato dimostrato che le concentrazioni sieriche di Coll2-1 (-13%) e Coll2-1 NO2 (-19%) diminuiscono dopo una corsa di maratona (17).

Nagaoka et al. (18) hanno valutato il metabolismo del collagene cartilagineo degli atleti esposti a un intenso carico articolare. Hanno misurato sia la sintesi del collagene di tipo II che i biomarcatori di degradazione nelle urine. I risultati hanno mostrato che la degradazione del collagene di tipo II aumentava in risposta ad esercizi di resistenza che includevano un intenso carico articolare, soprattutto negli atleti che eseguivano frequenti movimenti di salto come pallavolo, basket e pallamano.

Lo scopo del nostro studio era di esaminare l'effetto acuto di due interventi di esercizio fisico comunemente usati (camminare e andare in bicicletta) sulla correlazione dei biomarcatori sierici che riflettono il metabolismo della matrice extracellulare della cartilagine, COMP, YKL-40 e MMP3.