Biologische mechanismen voor pijnvariatie na fysieke activiteit bij artrose

Artrose (OA) in de knie wordt gekenmerkt door chronische ontstekingspijn die niet noodzakelijkerwijs verband houdt met de hoeveelheid gewrichtsschade.1 Klinische praktijkrichtlijnen bevelen fysieke activiteit (PA) aan voor artrosepijn,2 maar de opname van PA bij volwassenen met artrose is zeer laag.3 Een van de redenen hiervoor is dat hoewel PA de pijn bij volwassenen met artrose aan de onderste ledematen kan verminderen,4,5 het dit op verschillende manieren doet, waarbij de pijngevoeligheid bij ongeveer de helft van de volwassenen met artrose afneemt, maar de pijngevoeligheid bij de andere helft juist toeneemt.6 Verder onthulde een recente meta-analyse dat het aangaan van een enkel type PA (bijv. aërobe training of weerstandstraining) vermindert artrose-kniepijn, maar er was een grote heterogeniteit in de resultaten die niet kon worden verklaard door leeftijd, geslacht, BMI, uitlijning van de knie, ernst van de ziekte of basislijnpijn.5 Een van de doelen van het ontwikkelen van geïndividualiseerde PA-interventies voor volwassenen met artrose is het ophelderen van de mechanismen waarmee PA artrosepijn vermindert en voor wie PA de pijn het meest effectief vermindert.

Aërobe fysieke activiteit, zoals wandelen, verhoogt de cellulaire capaciteit voor energieopwekking (ATP-productie) via oxidatieve fosforylering tot een factor 2 door het stimuleren van mitochondriale biogenese.7,8 Dit fenomeen doet zich niet alleen voor in skeletspieren,7 maar ook in hersencellen,9,10 levercellen,9,11,12 vetweefsel,13 niercellen,12 en leukocyten14, wat aangeeft dat PA waarschijnlijk de metabolische vraag systemisch verhoogt. Bovendien wordt aangenomen dat PA adaptieve veranderingen veroorzaakt in de activiteit en/of overvloed van eiwitten die betrokken zijn bij processen die verband houden met de mitochondriale functie.8 Mitochondriale functie, inclusief energieopwekking door oxidatieve fosforylering; ontsteking; en mitochondriaal gerelateerde eiwitexpressie zijn sleutelkenmerken bij artrose15,16 en chronische ontstekingspijn.17,18 Diermodellen van inflammatoire pijn tonen een cellulaire metabolische verschuiving aan van oxidatieve fosforylering naar glycolyse bij chronische ontstekingstoestanden via de pyruvaatdehydrogenasekinase 2/4 (PKD2/4)-pyruvaatdehydrogenase (PDH)-melkzuuras.19 Dit resulteert in een toename van de melkzuurproductie in het getroffen gebied. De resulterende zure micro-omgeving versterkt de nociceptieve respons via rekrutering van extra pro-algetische pro-inflammatoire cytokines die "nociceptoren en spinale glia activeren om respectievelijk perifere en centrale sensitisaties te veroorzaken".19 Verbetering van het vermogen om ATP te genereren door middel van oxidatieve fosforylering, en de bijbehorende vermindering van glycolyse, kan dus de pijngevoeligheid verminderen. Hoewel een grote hoeveelheid dier- en correlatiegegevens een sterk verband ondersteunt tussen oxidatief potentieel en pijnuitkomsten, blijft experimenteel bewijs van oorzaak en gevolg schaars, vooral bij mensen.8

De onderzoekers veronderstellen dat individuele verschillen in systemische cellulaire bio-energetische functie, ontsteking en eiwitexpressie het effect van PA beïnvloeden om de pijngevoeligheid bij volwassenen met knieartrose te verminderen. Het doel van deze quasi-experimentele pilootstudie is het testen van mitochondriale bio-energetica (oxidatieve fosforylering, mitochondriale inhoud) in bloedplaatjes, ontsteking (cytokines) en eiwitexpressie als mechanismen voor variatie in pijngevoeligheid onmiddellijk na 30 minuten lopen (d.w.z. "acuut") en na zes weken driemaal per week 30 minuten wandelen (d.w.z. "langdurig") bij volwassenen met knieartrose. De onderzoekers zullen de volgende specifieke doelen en hypothesen behandelen in een steekproef van 40 volwassenen met radiologisch bewijs van heup- of knieartrose en 20 gezonde controles van dezelfde leeftijd/geslacht:

Doel 1: Onderzoeken van de effecten van een loopprogramma van zes weken (drie dagen/week) op pijndrempels bij volwassenen met knieartrose in vergelijking met gezonde controles H1.1: Pijngevoeligheid (Quantitative Sensory Testing) zal toenemen bij ongeveer 50% van de volwassenen met artrose en afname bij ongeveer 50% van de volwassenen met artrose na acute en langdurige PA.

H1.2: Pijngevoeligheid zal afnemen bij gezonde controles na acute en langdurige PA.

Aim2: Testen van de rol van mitochondriale bio-energetica (oxidatieve fosforylering, mitochondriale inhoud) als een mechanisme voor variatie in pijngevoeligheid na PA bij oudere volwassenen met knieartrose.

H2.1: Pijngevoeligheid is negatief geassocieerd met mitochondriale functie (oxidatieve fosforylering, mitochondriale inhoud) in bloedplaatjes bij baseline, na acute PA en langdurige PA H2.2: Gezonde controles zullen een hogere capaciteit hebben voor oxidatieve fosforylering in bloedplaatjes dan OA-deelnemers .

Doel 3: Testen van de rol van ontsteking als mechanisme voor variatie in pijngevoeligheid na fysieke activiteit bij oudere volwassenen met knieartrose.

H3.1: Pijngevoeligheid is positief geassocieerd met verhoogde circulerende pro-inflammatoire cytokines (c-reactief proteïne, interleukine (IL)-1, IL-1β, IL-6, IL-10, tumornecrosefactor (TNF)-α, PGES) bij baseline, na acute en langdurige PA.

Doel 4: Hypothesen genereren met betrekking tot de rol van proteomics in variatie in pijngevoeligheid na fysieke activiteit (onmiddellijk na en na zes weken van een loopprogramma). minuten tot dagen.8 Het is dus belangrijk om adaptieve veranderingen in eiwitexpressie te onderzoeken, zowel op korte (minuten/dag na PA) als op lange termijn (dagen/weken tussen periodes van fysieke activiteit).