Biologiczne mechanizmy zmiany bólu po aktywności fizycznej w chorobie zwyrodnieniowej stawów

Choroba zwyrodnieniowa stawów (ChZS) w kolanie charakteryzuje się przewlekłym bólem zapalnym, który niekoniecznie jest związany ze stopniem uszkodzenia stawu.1 Wytyczne praktyki klinicznej zalecają aktywność fizyczną (PA) w przypadku bólu związanego z chorobą zwyrodnieniową stawów2, ale absorpcja PA wśród dorosłych z chorobą zwyrodnieniową stawów jest bardzo niski.3 Jednym z powodów jest to, że chociaż PA może zmniejszać ból u dorosłych z chorobą zwyrodnieniową kończyn dolnych,4,5 robi to w inny sposób, zmniejszając wrażliwość na ból u około połowy dorosłych z chorobą zwyrodnieniową stawów, ale faktycznie zwiększając wrażliwość na ból u drugiej połowy.6 Co więcej, niedawna metaanaliza wykazała, że ​​angażowanie się w jeden rodzaj PA (np. ćwiczenia aerobowe lub trening oporowy) zmniejszają ból kolana w chorobie zwyrodnieniowej stawów, ale wyniki były bardzo zróżnicowane, czego nie można było wyjaśnić wiekiem, płcią, BMI, ustawieniem kolana, ciężkością choroby ani wyjściowym bólem.5 Jednym z celów opracowywania zindywidualizowanych interwencji PA dla dorosłych z ChZS jest wyjaśnienie mechanizmów, dzięki którym PA zmniejsza ból w OA i u kogo PA zmniejsza ból najskuteczniej.

Aerobowa aktywność fizyczna, taka jak chodzenie, zwiększa zdolność komórek do wytwarzania energii (produkcja ATP) poprzez fosforylację oksydacyjną nawet dwukrotnie poprzez stymulację biogenezy mitochondriów.7,8 Zjawisko to występuje nie tylko w mięśniach szkieletowych, 7 ale także w komórkach mózgowych, 9,10 komórkach wątroby, 9,11,12 tkance tłuszczowej, 13 komórkach nerek, 12 i leukocytach 14, co wskazuje, że PA prawdopodobnie ogólnoustrojowo zwiększa zapotrzebowanie metaboliczne. Ponadto uważa się, że PA powoduje zmiany adaptacyjne w aktywności i/lub obfitości białek zaangażowanych w procesy związane z funkcją mitochondriów.8 Funkcja mitochondriów, w tym wytwarzanie energii poprzez fosforylację oksydacyjną; zapalenie; i ekspresja białek związanych z mitochondriami są kluczowymi cechami choroby zwyrodnieniowej stawów15,16 i przewlekłego bólu zapalnego.17,18 Zwierzęce modele bólu zapalnego wykazują komórkowe przesunięcie metaboliczne od fosforylacji oksydacyjnej do glikolizy w przewlekłych stanach zapalnych poprzez oś kinazy dehydrogenazy pirogronianowej 2/4 (PKD2/4)-dehydrogenaza pirogronianowa (PDH)-kwas mlekowy.19 Powoduje to wzrost produkcji kwasu mlekowego w dotkniętym obszarze. Wynikające z tego kwaśne mikrośrodowisko wzmacnia odpowiedź nocyceptywną poprzez rekrutację dodatkowych proalgetycznych prozapalnych cytokin, które „aktywują nocyceptory i glej rdzeniowy, powodując odpowiednio obwodowe i ośrodkowe uczulenie”.19 Zatem poprawa zdolności do generowania ATP poprzez fosforylację oksydacyjną i związane z tym zmniejszenie glikolizy może zmniejszyć wrażliwość na ból. Jednakże, podczas gdy duża liczba danych dotyczących zwierząt i danych korelacyjnych potwierdza silny związek między potencjałem oksydacyjnym a skutkami bólu, eksperymentalne dowody na przyczynę i skutek pozostają nieliczne, zwłaszcza u ludzi.8

Badacze wysuwają hipotezę, że indywidualne różnice w systemowej funkcji bioenergetycznej komórek, stanach zapalnych i ekspresji białek wpływają na wpływ PA na zmniejszenie wrażliwości na ból u dorosłych z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego. Celem tego quasi-eksperymentalnego badania pilotażowego jest przetestowanie bioenergetyki mitochondriów (fosforylacja oksydacyjna, zawartość mitochondriów) w płytkach krwi, zapalenie (cytokiny) i ekspresja białek jako mechanizmów zmiany wrażliwości na ból natychmiast po 30 minutach marszu (tj. „ostre”) oraz po sześciu tygodniach chodzenia trzy razy w tygodniu przez 30 minut (tj. „długoterminowe”) u dorosłych z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego. Badacze omówią następujące konkretne cele i hipotezy na próbie 40 dorosłych z radiologicznymi dowodami na chorobę zwyrodnieniową stawu biodrowego lub kolanowego oraz 20 zdrowych osób z grupy kontrolnej dobranej pod względem wieku/płci:

Cel 1: Zbadanie wpływu sześciotygodniowego programu marszu (trzy dni w tygodniu) na progi bólu u dorosłych z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego w porównaniu ze zdrowymi kontrolami H1.1: Wrażliwość na ból (ilościowe testy sensoryczne) wzrośnie u około 50% dorosłych z OA i zmniejsza się u około 50% dorosłych z OA po ostrym i długotrwałym PA.

H1.2: Wrażliwość na ból zmniejszy się u osób zdrowych po ostrym i długotrwałym PA.

Cel 2: Zbadanie roli bioenergetyki mitochondrialnej (fosforylacja oksydacyjna, zawartość mitochondriów) jako mechanizmu zmiany wrażliwości na ból po PA u starszych osób dorosłych z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego.

H2.1: Wrażliwość na ból jest negatywnie związana z funkcją mitochondriów (fosforylacja oksydacyjna, zawartość mitochondriów) w płytkach krwi na początku badania, po ostrym PA i długotrwałym PA H2.2: Zdrowe grupy kontrolne będą miały większą zdolność do fosforylacji oksydacyjnej w płytkach krwi niż osoby z chorobą zwyrodnieniową stawów .

Cel 3: Zbadanie roli stanu zapalnego jako mechanizmu zmiany wrażliwości na ból po aktywności fizycznej u osób starszych z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego.

H3.1: Wrażliwość na ból jest dodatnio związana ze wzrostem krążących cytokin prozapalnych (białko c-reaktywne, interleukina (IL)-1, IL-1β, IL-6, IL-10, czynnik martwicy nowotworów (TNF)-α, PGES) na początku badania, po ostrym i długotrwałym PA.

Cel 4: Stworzenie hipotez dotyczących roli proteomiki w zmienności wrażliwości na ból po aktywności fizycznej (natychmiast po i po sześciu tygodniach programu marszu) Zmiany w ekspresji białek będą zależeć od okresu półtrwania wyrażanego białka, które może wahać się od minut do dni.8 Dlatego ważne jest zbadanie zmian adaptacyjnych w ekspresji białek zarówno w krótkim (minuty/dzień po PA), jak i długim okresie (dni/tygodnie między atakami aktywności fizycznej).