Биологические механизмы изменения боли после физической нагрузки при остеоартрозе

Остеоартрит (ОА) в колене характеризуется хронической воспалительной болью, которая не обязательно связана с объемом повреждения сустава.1 Клинические руководства рекомендуют физическую активность (ФА) при болях при остеоартрите,2 но потребление ФА среди взрослых с ОА очень низкий.3 Одна из причин этого заключается в том, что, хотя ПА может уменьшить боль у взрослых с ОА нижних конечностей,4,5 она делает это дифференцированно, снижая болевую чувствительность примерно у половины взрослых с ОА, но фактически повышая болевую чувствительность у другой половины.6 Кроме того, недавний метаанализ показал, что участие в одном типе ФА (например, аэробные упражнения или тренировки с отягощениями) уменьшают боль в колене при остеоартрозе, но в результатах наблюдалась большая неоднородность, которую нельзя было объяснить возрастом, полом, ИМТ, положением в колене, тяжестью заболевания или исходной болью.5 Одной из целей разработки индивидуализированных вмешательств ФА для взрослых с ОА является выяснение механизмов, с помощью которых ФА уменьшает боль при ОА, и для кого ФА наиболее эффективно уменьшает боль.

Аэробная физическая активность, такая как ходьба, увеличивает клеточную способность к выработке энергии (производство АТФ) посредством окислительного фосфорилирования до 2 раз, стимулируя митохондриальный биогенез.7,8 Это явление происходит не только в скелетных мышцах,7 но также в клетках головного мозга,9,10 клетках печени,9,11,12 жировой ткани,13 клетках почек,12 и лейкоцитах14, указывая на то, что PA, вероятно, системно увеличивает метаболические потребности. Более того, считается, что PA вызывает адаптивные изменения в активности и/или количестве белков, участвующих в процессах, связанных с функцией митохондрий.8 Митохондриальная функция, включая выработку энергии за счет окислительного фосфорилирования; воспаление; экспрессия белков, связанных с митохондриями, являются ключевыми признаками остеоартрита15,16 и хронической воспалительной боли.17,18 Животные модели воспалительной боли демонстрируют клеточный метаболический сдвиг от окислительного фосфорилирования к гликолизу при хронических воспалительных состояниях через ось пируватдегидрогеназы 2/4 (PKD2/4)-пируватдегидрогеназа (PDH)-молочная кислота.19 Это приводит к увеличению выработки молочной кислоты в пораженной области. Последующая кислая микросреда усиливает ноцицептивную реакцию за счет привлечения дополнительных проалгетических провоспалительных цитокинов, которые «активируют ноцицепторы и спинномозговую глию, вызывая периферическую и центральную сенсибилизацию соответственно».19 Таким образом, улучшение способности генерировать АТФ посредством окислительного фосфорилирования и связанное с этим снижение гликолиза может снизить болевую чувствительность. Однако, в то время как большое количество животных и корреляционных данных подтверждает сильную связь между окислительным потенциалом и болевым синдромом, экспериментальные доказательства причины и следствия остаются скудными, особенно у людей.8

Исследователи предполагают, что индивидуальные различия в системной клеточной биоэнергетической функции, воспалении и экспрессии белков влияют на эффект ПА по снижению болевой чувствительности у взрослых с ОА коленного сустава. Целью этого квазиэкспериментального пилотного исследования является проверка митохондриальной биоэнергетики (окислительное фосфорилирование, содержание митохондрий) в тромбоцитах, воспаление (цитокины) и экспрессия белков как механизмов изменения болевой чувствительности сразу после 30 минут ходьбы (т. «острый») и через шесть недель ходьбы три раза в неделю по 30 минут (т.е. «длительный») у взрослых с остеоартритом коленного сустава. Исследователи будут решать следующие конкретные задачи и гипотезы в выборке из 40 взрослых с рентгенологическими признаками остеоартроза тазобедренного или коленного сустава и 20 здоровых лиц контрольной группы того же возраста/пола:

Цель 1: изучить влияние шестинедельной (три дня в неделю) программы ходьбы на болевые пороги у взрослых с ОА коленного сустава по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы. взрослых с ОА и снижение примерно у 50% взрослых с ОА после острого и длительного ПА.

H1.2: Болевая чувствительность будет снижаться у здоровых лиц после острой и длительной ПА.

Цель 2: проверить роль митохондриальной биоэнергетики (окислительное фосфорилирование, содержание митохондрий) как механизма изменения болевой чувствительности после ПА у пожилых людей с ОА коленного сустава.

H2.1: Чувствительность к боли отрицательно связана с функцией митохондрий (окислительное фосфорилирование, содержание митохондрий) в тромбоцитах в исходном состоянии, после острой ПА и длительной ПА. .

Цель 3: проверить роль воспаления как механизма изменения болевой чувствительности после физической активности у пожилых людей с ОА коленного сустава.

H3.1: Болевая чувствительность положительно связана с увеличением циркулирующих провоспалительных цитокинов (с-реактивный белок, интерлейкин (ИЛ)-1, ИЛ-1β, ИЛ-6, ИЛ-10, фактор некроза опухоли (ФНО)-α, PGES) исходно, после острой и длительной ПА.

Цель 4: Сформулировать гипотезы относительно роли протеомики в изменении болевой чувствительности после физической активности (сразу после и после шести недель программы ходьбы). Изменения в экспрессии белка будут зависеть от периода полураспада экспрессируемого белка, который может минут в дни.8 Таким образом, важно изучить адаптивные изменения экспрессии белка как в краткосрочной (минуты/день после ФА), так и в долгосрочной перспективе (дни/недели между приступами физической активности).