Оценка различных биомаркеров сывороточного хряща при острой реакции на ходьбу и езду на велосипеде у здоровых мужчин

Биомаркеры могут использоваться для мониторинга метаболизма хряща и служить прогностическими или диагностическими маркерами для выявления изменений в структуре суставов (8). Большинство этих биомаркеров являются важными компонентами внеклеточного матрикса хряща (ECM). Измерение биомаркеров хряща основано на том принципе, что осмотическая и механическая нагрузка запускает отток протеолитически произведенных фрагментов ЕСМ в синовиальную жидкость, а затем из капсулы сустава. Таким образом, концентрации биомаркеров можно измерить с помощью иммуноанализа в синовиальной жидкости, крови и моче. Аналогичным образом, концентрации биомаркеров использовались для изучения острого или долгосрочного воздействия физических упражнений на здоровье и обмен веществ суставного хряща.

Наиболее изученным биомаркером хряща в сыворотке крови является хрящевой олигомерный матриксный белок (COMP). COMP, также известный как тромбоспондин-5, представляет собой пентамерный гликопротеин, состоящий из пяти идентичных субъединиц. С-конец каждого мономера взаимодействует с многочисленными белками KDHM, такими как коллаген II, коллаген IX, матрилины и протеогликаны (9). Кроме того, COMP влияет на секрецию коллагена и фибриллогенез, тем самым влияя на скорость образования, организацию и диаметр фибрилл (10). Благодаря этим взаимодействиям с другими белками KDHM COMP играет важную роль в сборке и структуре хрящевого матрикса, определяя его механические свойства.

Основываясь на этих свойствах, COMP широко изучался в условиях острой нагрузки, и было показано, что он механочувствителен (11). Было обнаружено, что уровни COMP в сыворотке варьируются от -16% до +39% после 30 минут умеренного бега (12). Однако не было обнаружено увеличения концентрации в сыворотке в ответ на другие острые упражнения, такие как сгибание колена или повторное сгибание/разгибание поясницы (13). Это предполагает, что острая реакция COMP в сыворотке зависит от характеристик нагрузки на суставы.

Другими биомаркерами, представляющими интерес, являются протеолитические ферменты, участвующие в деградации компонентов хряща KDHM. Матриксные металлопротеиназы (ММП) представляют собой семейство ферментов, различающихся по субстратной специфичности и первичной структуре.

Некоторые члены семейства MMP играют роль как в ремоделировании KDHM, так и в патологической деградации. Например, ММП-3 (стромелизин) разрушает большинство компонентов КДГМ и активирует другие ММП, такие как ММП-9 (желатиназа В), которая сама играет важную роль в развитии ОА (14).

YKL-40 — еще один белок KDHM, участвующий в патогенезе хряща. Хотя функция YKL-40 подробно не определена, было показано, что он участвует в общем ремоделировании тканей и воспалительных процессах в качестве гликозилазы (15). Уровни YKL-40 повышаются во время воспаления суставов, а уровни резистина также повышаются из-за воспалительных раздражителей. Резистин — это адипокин, который первоначально был связан с ожирением и резистентностью к инсулину у грызунов.

Реакция концентраций MMP, YKL-40 и резистина на физическую нагрузку ранее исследовалась. Было показано, что марафонский бег увеличивает концентрации MMP-3 (+142%), YKL-40 (+56%) и резистина (+107%) в сыворотке крови сразу после марафона по сравнению с исходными значениями (16).

Коллаген типа II является основным компонентом суставного хряща. Деградация коллагена типа II происходит за счет активности коллагеназ и ММП-9. Coll2-1 представляет собой специфический пептидный эпитоп, расположенный на тройной спирали молекул коллагена II типа, и является маркером дегенерации хряща.

Нитрованная форма Coll2-1 называется Coll2-1 NO2 и отражает окислительную деградацию хрящевого матрикса. Было показано, что сывороточные концентрации Coll2-1 (-13%) и Coll2-1 NO2 (-19%) снижаются после марафонского бега (17).

Нагаока и др. (18) оценивали метаболизм коллагена в хряще у спортсменов, подвергавшихся интенсивным нагрузкам на суставы. Они измерили биомаркеры синтеза и деградации коллагена II типа в моче. Результаты показали, что деградация коллагена типа II увеличивается в ответ на упражнения на выносливость, включающие интенсивную нагрузку на суставы, особенно у спортсменов, которые часто выполняют прыжковые движения, такие как волейбол, баскетбол и гандбол.

Цель нашего исследования состояла в том, чтобы изучить острое влияние двух часто используемых физических упражнений (ходьба и езда на велосипеде) на корреляцию сывороточных биомаркеров, отражающих метаболизм внеклеточного матрикса хряща, COMP, YKL-40 и MMP3.