Evaluering av forskjellige serumbruskbiomarkører i akutt respons på gange og sykling hos friske mannlige personer

Biomarkører kan brukes til å overvåke bruskmetabolisme og tjene som prognostiske eller diagnostiske markører for å oppdage endringer i leddstrukturen (8). De fleste av disse biomarkørene er essensielle komponenter i den ekstracellulære bruskmatrisen (ECM). Målingen av bruskbiomarkører er basert på prinsippet om at osmotisk og mekanisk belastning utløser efflux av proteolytisk produserte ECM-fragmenter inn i leddvæsken og deretter ut av leddkapselen. Dermed kan biomarkørkonsentrasjoner måles ved immunanalyser i leddvæske, blod og urin. På samme måte har biomarkørkonsentrasjoner blitt brukt til å undersøke akutte eller langsiktige effekter av trening på leddbruskhelse og metabolisme.

Den mest studerte serumbruskbiomarkøren er brusk oligomert matriseprotein (COMP). COMP, også kjent som trombospondin-5, er et pentamerisk glykoprotein sammensatt av fem identiske underenheter. Den C-terminale enden av hver monomer interagerer med en rekke KDHM-proteiner, som kollagen II, kollagen IX, matriliner og proteoglykaner (9). I tillegg påvirker COMP kollagensekresjon og fibrillogenese, og påvirker dermed hastigheten på fibrilldannelse, organisering og diameter (10). På grunn av disse interaksjonene med andre KDHM-proteiner har COMP en viktig rolle i sammenstillingen og strukturen av bruskmatrisen, og bestemmer dens mekaniske egenskaper.

Basert på disse egenskapene har COMP blitt mye studert når det gjelder akutt belastning og har vist seg å være mekanosensitiv (11). Serum COMP-nivåer er funnet å variere mellom -16 % og +39 % etter 30 minutter med moderate løpeintervensjoner (12). Det ble imidlertid ikke påvist noen økning i serumkonsentrasjon som respons på andre akutte øvelser, som knefleksjon eller gjentatt lumbalfleksjon/ekstensjon (13). Dette antyder at den akutte serum COMP-responsen er avhengig av leddbelastningsegenskaper.

Andre biomarkører av interesse er proteolytiske enzymer involvert i nedbrytningen av brusk-KDHM-komponenter. Matrisemetalloproteinaser (MMP) er en familie av enzymer som varierer i substratspesifisitet og primærstruktur.

Noen MMP-familiemedlemmer spiller en rolle i både KDHM-remodellering og patologisk nedbrytning. For eksempel bryter MMP-3 (stromelysin) ned de fleste komponentene i KDHM og aktiverer andre MMP-er som MMP-9 (gelatinase B), som i seg selv spiller en viktig rolle i utviklingen av OA (14).

YKL-40 er et annet KDHM-protein involvert i bruskpatogenese. Selv om funksjonen til YKL-40 ikke er definert i detalj, har det vist seg å være involvert i generell vevsremodellering og inflammatoriske prosesser som en glykosylase (15). YKL-40-nivåer øker under leddbetennelse, og resistinnivåer økes også av inflammatoriske stimuli. Resistin er et adipokin som opprinnelig ble assosiert med fedme og insulinresistens hos gnagere.

Responsen til MMP, YKL-40 og resistinkonsentrasjoner på trening er tidligere undersøkt. Maratonløping har vist seg å øke serum MMP-3 (+142%), YKL-40 (+56%) og resistin (+107%) konsentrasjoner umiddelbart etter maraton sammenlignet med baseline verdier (16).

Type II kollagen er en hovedkomponent i leddbrusk. Nedbrytningen av type II kollagen skjer via aktiviteten til kollagenaser og MMP-9. Coll2-1 er en spesifikk peptidepitop lokalisert på trippelhelixen til type II kollagenmolekyler og er en markør for bruskdegenerasjon.

Den nitraterte formen av Coll2-1 kalles Coll2-1 NO2 og reflekterer oksidativ-relatert bruskmatrisenedbrytning. Serumkonsentrasjoner av Coll2-1 (-13%) og Coll2-1 NO2 (-19%) har vist seg å avta etter et maratonløp (17).

Nagaoka et al. (18) evaluerte bruskkollagenmetabolismen til idrettsutøvere utsatt for intens leddbelastning. De målte både type II kollagensyntese og nedbrytningsbiomarkører i urin. Resultatene viste at kollagennedbrytning av type II økte som respons på utholdenhetsøvelser som inkluderte intens leddbelastning, spesielt hos idrettsutøvere som utførte hyppige hoppbevegelser som volleyball, basketball og håndball.

Målet med vår studie var å undersøke den akutte effekten av to ofte brukte treningsintervensjoner (gåing og sykling) på korrelasjonen av serumbiomarkører som reflekterer brusk ekstracellulær matrisemetabolisme, COMP, YKL-40 og MMP3.