Ocena różnych biomarkerów chrząstki surowicy w ostrej reakcji na chodzenie i jazdę na rowerze u zdrowych mężczyzn

Biomarkery można stosować do monitorowania metabolizmu chrząstki i służyć jako markery prognostyczne lub diagnostyczne do wykrywania zmian w strukturze stawów (8). Większość z tych biomarkerów to istotne składniki macierzy zewnątrzkomórkowej chrząstki (ECM). Pomiar biomarkerów chrząstki opiera się na zasadzie, że obciążenie osmotyczne i mechaniczne powoduje wypływ proteolitycznie wytworzonych fragmentów ECM do płynu stawowego, a następnie z torebki stawowej. Zatem stężenia biomarkerów można mierzyć za pomocą testów immunologicznych w płynie stawowym, krwi i moczu. Podobnie stężenia biomarkerów wykorzystano do zbadania ostrego i długoterminowego wpływu ćwiczeń na zdrowie chrząstki stawowej i metabolizm.

Najlepiej zbadanym biomarkerem chrząstki surowicy jest oligomeryczne białko macierzy chrząstki (COMP). COMP, znana również jako trombospondyna-5, jest pentameryczną glikoproteiną złożoną z pięciu identycznych podjednostek. C-końcowy koniec każdego monomeru oddziałuje z wieloma białkami KDHM, takimi jak kolagen II, kolagen IX, matryliny i proteoglikany (9). Ponadto COMP wpływa na wydzielanie kolagenu i fibrylogenezę, wpływając w ten sposób na szybkość tworzenia, organizację i średnicę włókienek (10). Dzięki tym interakcjom z innymi białkami KDHM COMP odgrywa ważną rolę w składaniu i strukturze macierzy chrząstki, determinując jej właściwości mechaniczne.

W oparciu o te właściwości, COMP był szeroko badany pod kątem obciążenia ostrego i wykazano, że jest on wrażliwy na czynniki mechaniczne (11). Stwierdzono, że poziom COMP w surowicy waha się od -16% do +39% po 30 minutach umiarkowanego biegania (12). Jednakże nie wykryto wzrostu stężenia w surowicy w odpowiedzi na inne ostre ćwiczenia, takie jak zgięcie kolana lub wielokrotne zgięcie/prost odcinka lędźwiowego (13). Sugeruje to, że ostra odpowiedź COMP w surowicy zależy od charakterystyki obciążenia stawów.

Innymi interesującymi biomarkerami są enzymy proteolityczne zaangażowane w degradację składników KDHM chrząstki. Metaloproteinazy macierzy (MMP) to rodzina enzymów różniących się specyficznością substratową i strukturą pierwszorzędową.

Niektórzy członkowie rodziny MMP odgrywają rolę zarówno w przebudowie KDHM, jak i patologicznej degradacji. Na przykład MMP-3 (stromelizyna) rozkłada większość składników KDHM i aktywuje inne MMP, takie jak MMP-9 (żelatynaza B), która sama odgrywa ważną rolę w rozwoju OA (14).

YKL-40 to kolejne białko KDHM zaangażowane w patogenezę chrząstki. Chociaż funkcja YKL-40 nie została szczegółowo zdefiniowana, wykazano, że jako glikozylaza bierze ona udział w ogólnej przebudowie tkanek i procesach zapalnych (15). Poziom YKL-40 wzrasta podczas zapalenia stawów, a poziom rezystyny ​​jest również podwyższony przez bodźce zapalne. Rezystyna jest adipokiną, którą początkowo łączono z otyłością i insulinoopornością u gryzoni.

Reakcję MMP, YKL-40 i rezystyny ​​na wysiłek badano już wcześniej. Wykazano, że bieganie maratońskie bezpośrednio po maratonie zwiększa stężenie MMP-3 (+142%), YKL-40 (+56%) i rezystyny ​​(+107%) w surowicy w porównaniu z wartościami wyjściowymi (16).

Kolagen typu II jest głównym składnikiem chrząstki stawowej. Degradacja kolagenu typu II następuje poprzez działanie kolagenaz i MMP-9. Coll2-1 jest specyficznym epitopem peptydowym zlokalizowanym na potrójnej helisie cząsteczek kolagenu typu II i jest markerem zwyrodnienia chrząstki.

Nitrowana forma Coll2-1 nazywana jest Coll2-1 NO2 i odzwierciedla związaną z utlenianiem degradację macierzy chrząstki. Wykazano, że stężenie Coll2-1 (-13%) i Coll2-1 NO2 (-19%) w surowicy zmniejsza się po biegu maratońskim (17).

Nagaoka i in. (18) oceniali metabolizm kolagenu w chrząstce sportowców narażonych na intensywne obciążenie stawów. Zmierzyli zarówno syntezę kolagenu typu II, jak i biomarkery degradacji w moczu. Wyniki wykazały, że degradacja kolagenu typu II wzrosła w odpowiedzi na ćwiczenia wytrzymałościowe, które obejmowały intensywne obciążenie stawów, szczególnie u sportowców wykonujących częste ruchy skokowe, takich jak siatkówka, koszykówka i piłka ręczna.

Celem naszego badania było zbadanie ostrego wpływu dwóch powszechnie stosowanych ćwiczeń fizycznych (chodzenie i jazda na rowerze) na korelację biomarkerów w surowicy odzwierciedlających metabolizm macierzy zewnątrzkomórkowej chrząstki, COMP, YKL-40 i MMP3.