Utvärdering av olika biomarkörer för serumbrosk i det akuta svaret på att gå och cykla hos friska manliga försökspersoner

Biomarkörer kan användas för att övervaka broskmetabolism och fungera som prognostiska eller diagnostiska markörer för att upptäcka förändringar i ledstrukturen (8). De flesta av dessa biomarkörer är väsentliga komponenter i den extracellulära broskmatrisen (ECM). Mätningen av broskbiomarkörer är baserad på principen att osmotisk och mekanisk belastning utlöser utflödet av proteolytiskt producerade ECM-fragment in i ledvätskan och sedan ut ur ledkapseln. Således kan biomarkörkoncentrationer mätas genom immunanalyser i ledvätska, blod och urin. På liknande sätt har biomarkörkoncentrationer använts för att undersöka de akuta eller långsiktiga effekterna av träning på ledbroskets hälsa och ämnesomsättning.

Den mest studerade biomarkören för serumbrosk är broskoligomeriskt matrisprotein (COMP). COMP, även känt som trombospondin-5, är ett pentameriskt glykoprotein som består av fem identiska subenheter. Den C-terminala änden av varje monomer interagerar med många KDHM-proteiner, såsom kollagen II, kollagen IX, matriliner och proteoglykaner (9). Dessutom påverkar COMP kollagenutsöndring och fibrillogenes och påverkar därigenom hastigheten för fibrillbildning, organisation och diameter (10). På grund av dessa interaktioner med andra KDHM-proteiner har COMP en viktig roll i sammansättningen och strukturen av broskmatrisen, vilket bestämmer dess mekaniska egenskaper.

Utifrån dessa egenskaper har COMP studerats i stor omfattning vad gäller akut belastning och har visat sig vara mekanokänslig (11). Serum COMP-nivåer har visat sig variera mellan -16% och +39% efter 30 min av måttliga löpinterventioner (12). Däremot upptäcktes ingen ökning av serumkoncentrationen som svar på andra akuta övningar, såsom knäflexion eller upprepad lumbalflexion/extension (13). Detta tyder på att det akuta serum COMP-svaret är beroende av ledbelastningsegenskaper.

Andra biomarkörer av intresse är proteolytiska enzymer involverade i nedbrytningen av brosk KDHM-komponenter. Matrismetalloproteinaser (MMP) är en familj av enzymer som varierar i substratspecificitet och primärstruktur.

Vissa MMP-familjemedlemmar spelar en roll i både KDHM-ombyggnad och patologisk nedbrytning. Till exempel bryter MMP-3 (stromelysin) ned de flesta komponenterna i KDHM och aktiverar andra MMP som MMP-9 (gelatinas B), som i sig spelar en viktig roll i utvecklingen av OA (14).

YKL-40 är ett annat KDHM-protein involverat i broskpatogenes. Även om funktionen av YKL-40 inte har definierats i detalj, har den visat sig vara involverad i allmän vävnadsremodellering och inflammatoriska processer som ett glykosylas (15). YKL-40-nivåerna ökar under ledinflammation, och resistinnivåerna höjs också av inflammatoriska stimuli. Resistin är ett adipokin som ursprungligen associerades med fetma och insulinresistens hos gnagare.

Svaret av MMP, YKL-40 och resistinkoncentrationer på träning har tidigare undersökts. Maratonlöpning har visat sig öka serumkoncentrationerna av MMP-3 (+142%), YKL-40 (+56%) och resistin (+107%) omedelbart efter maraton jämfört med baslinjevärdena (16).

Typ II kollagen är en viktig komponent i ledbrosk. Nedbrytningen av typ II kollagen sker via aktiviteten av kollagenaser och MMP-9. Coll2-1 är en specifik peptidepitop belägen på trippelhelixen av kollagenmolekyler av typ II och är en markör för broskdegeneration.

Den nitrerade formen av Coll2-1 kallas Coll2-1 NO2 och återspeglar oxidativ-relaterad broskmatrisnedbrytning. Serumkoncentrationer av Coll2-1 (-13%) och Coll2-1 NO2 (-19%) har visat sig minska efter ett maratonlopp (17).

Nagaoka et al. (18) utvärderade broskkollagenmetabolismen hos idrottare som utsatts för intensiv ledbelastning. De mätte både kollagensyntes av typ II och biomarkörer för nedbrytning i urin. Resultaten visade att kollagennedbrytning av typ II ökade som svar på uthållighetsövningar som inkluderade intensiv ledbelastning, särskilt hos idrottare som utförde frekventa hopprörelser som volleyboll, basket och handboll.

Syftet med vår studie var att undersöka den akuta effekten av två vanliga träningsinterventioner (gång och cykling) på korrelationen av serumbiomarkörer som speglar broskets extracellulära matrixmetabolism, COMP, YKL-40 och MMP3.