Úloha změn v subchondrální kostě v patogenezi osteoartrózy

Spolu s degenerací kloubní chrupavky patologický proces u osteoartrózy zahrnuje podkladovou kostní tkáň. Předpokládá se, že zesílení subchondrální desky podporuje progresi osteoartrózy. Jak postupuje osteoartritida, artikulační chrupavka, která je předmětem mechanického a chemického stresu, se pomalu eroduje kvůli nerovnováze v procesech katabolismu a opravách chrupavky. Konkrétně, mechanické namáhání ve vztahu k tělesné hmotnosti kloubů "nesoucích váhu" přispívá k tvorbě velkého počtu mikrotrhlin v podchondrální desce a chrupavce. Jak kloubní chrupavka narůstá, rozšiřuje se skleróza subchondrální kosti, zvyšuje se tuhost kostní tkáně, což dále přispívá k dalšímu narušení struktury kloubní chrupavky. Nicméně otázka primární nebo sekundární povahy změn v subchondrální kostě při osteoartróze zůstává nevyřešená.

Až do nedávné doby se předpokládalo, že radiograficky určené změny v houbové látce subchondrální kosti, jako je například skleroza nebo tvorba cyst, u pacientů s osteoartritidou jsou druhotné. Výsledky klinických a experimentálních studií však naznačují možnou iniciační úlohu subchondrální kosti v patogenezi osteoartrózy. Jedním možným mechanismem je dramatický nárůst v subchondrální kostní tuhosti sklon vzhledem k tomu, že integrita správné chrupavky závisí na mechanických vlastnostech jeho kosti „postel“. Studie u primátů ukázaly, že změny v subchondrální kostě mohou předcházet změnám v kloubní chrupavce. Důkazy v modelech osteoartrózy u zvířat a klinické studie důkazů na podporu této hypotézy a proti ní jen zhoršily diskusi. Zhuštění trabekulů v subchondrální kosti není vždy doprovázeno zvýšením mineralizace kostní tkáně, nebo spíše zvýšením objemu osteoidu. Tento znak abnormální mineralizace naznačuje, že porucha regulace přestavby kostí je nedílnou součástí osteoartrózy a také podporuje koncept defektu kostní tkáně při osteoartróze. Skupina J. Dequeker (1989) ji považuje za "generalizovanou metabolickou chorobu kostí".

Kostní tkáň je neustále aktualizována. Tento dynamický proces, nazvaný remodelování kostí, je komplexní sekvencí procesů resorpce a mineralizace. Osteoklasty resorbují kostní tkáň a osteoblasty vylučují proteiny, které tvoří hlavní organickou složku pro mineralizaci. Vzdělávání a kostní resorpce náhodou narazit na skeletu, to je - naprogramovaný proces, který probíhá v různých částech kostry, které jsou známé jako jednotky remodelace kosti. Na začátku cyklu se objeví osteoklasty na neaktivním povrchu; Během 2 týdnů vytvářejí tunel ve vrstvě kortikální kosti nebo v mezery na povrchu trabekulární kosti. Frekvence aktivace nových jednotek pro remodelaci kostní hmoty určuje stupeň obnovy kostní tkáně. U zdravé mládeže jsou procesy tvorby a resorpce kostní tkáně vyrovnané, normální hmotnost kostní tkáně je zachována. Hormonální regulace kostní resorpce nejméně PTH a PGE ₂, se zúčastnili nejen osteoklasty a osteoblasty, ale jako působení těchto hormonů se uvolňují faktory, které stimulují resorpci kosti osteoklasty. V současné době existuje více než 12 lokální a systémový regulátor růstu kostí ovlivňující její remodelace, zejména PTH, 1,25 (OH) ₂ D ₃, kalcitonin, růstového hormonu, glukokortikoidy, hormony štítné žlázy, inzulínu, IGF (1 a 2), estrogeny, PGE ₂, androgeny.

Kostní buňky uvolňují řadu proteinů a cytokinů, které provádějí endokrinní regulaci a přenos signálu. Proteiny produkované osteoblasty zahrnují kostní matricové proteiny, jako je kolagen, osteopontin, osteokalcin, kostní sialoproteiny. Kromě toho, tyto buňky uvolňují proteázy v aktivní i latentní, které se podílejí na procesu remodelace kosti - MMP, plasminogenový aktivátor systémové komponenty (PA) / plazminu. Osteoblasty uvolní cytokiny mohou fungovat jako autokrinní mechanismy, a místními parakrinní buňky (jiné osteoblasty, osteoklasty).

Dosud není známo, jakým způsobem jsou tyto signály regulovány - mechanickým namáháním nebo jinými chemickými signály způsobenými mechanickým namáháním. Je však známo, že opakované mechanické napětí způsobuje lokální proliferaci kostních buněk a / nebo proteinů. V podmínkách in vivo mechanickém zatížení, které jsou schopné aktivace osteoblastů, aby se zvýšila úroveň cyklických nukleotidů produkují prostaglandiny a indukují morfologické změny spojené s kostní remodelace. V podmínkách in vitro mechanickému namáhání vyvolává osteoblastů proliferace kulturu, mRNA expresi kostních proteinů podílejících se na tvorbě osteoidu mineralizace a v tomto procesu, je uvolňování místních růstových faktorů, jako je IGF-1 a IGF-2, a adhezních molekul. Přenos signálu mechanického namáhání lze provést pomocí mechanicky citlivých iontových kanálů.

Existují nepřímé důkazy o poškození funkce osteoblastů u osteoartrózy. G. Gevers a J. Dequeker (1987) ukázali, zvýšení sérového osteokalcinu u žen s osteoartritidou klouby rukou, stejně jako explantáty kortikální kosti oblasti, což naznačuje, že patologie kostní tkáně může být součástí osteoartrózy. Při pitvě našel nejen zesílení subchondrální kosti, ale obsah mimořádně nízkou minerální femorální hlavice. U morčat s chirurgicky indukovanou osteoartritidy za použití počítačové tomografie ukázal významný ztluštění subchondrální kosti frakci v zóně. Nerovnováha mezi kolagenem a nekolagenních (osteokalcin atd.), Proteiny mohou zvýšit kostní objem, ale nemá vliv na jeho minerální hustotu. Podle M. Shimizu et al (1993), progresi degenerativních změn v kloubní chrupavky spojených s intenzivnější remodelaci subchondrální kosti a zvyšují jeho tuhost, což také indikuje defekt v kostních buňkách v osteoartritidě. Podle navrhovaného V. Lee a M. Aspden (1997) hypotéza vadného proliferace kostních buněk může vést ke zvýšení tvrdosti kosti, ale nezpůsobuje zvýšení jeho minerální hustoty.

CI Westacott a spoluautoři (1997) předpokládali, že abnormální osteoblasty přímo ovlivňují metabolismus chrupavkové tkáně. Kultivaci osteoblastů u pacientů s osteoartrózou chondrocytů s lidmi, kteří neměli onemocnění kloubů, autoři zaznamenali výrazné změny v uvolňování glykosaminoglykanů normální chrupavky tkání in vitro, ale úroveň uvolňování cytokinů zůstal nezměněn. G. Hilal et al (1998) prokázali, že kultura osteoblastů subchondrální kosti u pacientů s osteoartritidou in vitro má změněný metabolismus - Systém aktivity AP / plazminu a IGF-1 v těchto buňkách je zvýšena. Pozorování CI Westacott a kol. (1997) lze vysvětlit zvýšením proteázové aktivity v subchondrálních kostních buňkách.

Není známo, zda osteoartróza iniciuje změny v subchondrální kostě nebo přispívá k jejímu progresi. DK Dedrick et al (1993) prokázali, že u psů s chirurgicky indukovanou osteoartrózy subchondrální kosti zesílení není nezbytným předpokladem pro vývoj osteoartrozpodobnyh změn v kloubní chrupavky, ale přispívá k progresi degenerativních procesů v chrupavce. Výsledky studie A. Sa'ieda a spoluautorů (1997) jsou v rozporu s údaji předchozí studie. Použití echografie 50 MHz pro evaluaci morfologických změn a jejich progrese kloubní chrupavky a kosti v experimentálních injekci monoyoduksusnoy kyselin s osteoartritidou indukované do kolenního kloubu krys, jsme prokázali současné změny procesu v kosti a chrupavky v průběhu prvních tří dnů po injekci.

Osteoblasty sekretují růstové faktory a cytokiny, které se podílejí na místní remodelaci kostní tkáně, které mohou přispět k remodelace chrupavkové tkáně ve vhodném „hmotnosti nosné“ klouby po jejich proniknutí mikrotrhlin v kalcifikované vrstvy chrupavky. Kromě toho se produkty sekrece kostních buněk nacházejí v synoviální tekutině. Nejpravděpodobnější produkty vylučován abnormální osteoblastů schopen spustit místní proces přestavby chrupavky jsou TGF-B a kostní morfometrických proteiny (ILC). Oba jsou reprezentativní pro rodiny TGF přidělené a chondrocytů a osteoblastů, a oba jsou schopné modifikovat jak remodelaci kosti a chrupavky. J. Martel Pelletier et al (1997) pozorovali zvýšení hladiny TGF-p v subchondrální kosti explantáty pacientům osteoartrózy ve srovnání se zdravými jedinci, což ukazuje na možnou úlohu tohoto růstového faktoru v patogenezi osteoartrózy. IGF je také produkován osteoblasty. V kultuře osteoblastům podobných buněk pocházejících od pacientů s osteoartritidou, zjištěny zvýšené hladiny IGF, které mění metabolismus chrupavky.

TGF-b, IGF, Komise a cytokiny produkované osteoblasty v subchondrální kosti, může mít vliv na produkci kolagenázy a jiných proteolytických enzymů v chrupavce, což může přispět k remodelační / degradaci matrice chrupavky. Zůstává nejasné, zda produkují osteoblasty OA méně faktor stimulující kolonie makrofágů (M-CSF - stimulátor kostní resorpce) než normální buňky. Výsledky řešení AG Uitterlinden a spolupracovníci (1997) ukázal, že roli při tvorbě osteofytů receptory mohou hrát vitaminu D, které jsou vyjádřeny osteoblasty a regulují expresi několika faktorů syntetizovaných těmito buňkami, což částečně vysvětluje roli osteoblastů v patogenezi tohoto onemocnění.

Vzhledem k tomu, že výsledky výše uvedených studií, G. Hilal et al (1998), J. Martel-Pelletier et al (1997) navrhl následující pracovní vztah hypotéza remodelaci subchondrální kosti a chrupavky v řádné osteoartrózy. V raném nebo pokročilém stadiu OA patogeneze intenzivnější remodelování kostní tkáně v subchondrální kosti. Současně opakující zatížení vede k místní mikrofraktur a / nebo vzhledu systémová odchylka IGF / IGF-svyazyvayushy proteinu (IGFBP), v důsledku abnormální reakci osteoblastů subchondrální kosti, která podporuje jeho sklerózu. Ty zase mohou přispět k výskytu mikroperterů správné chrupavky a poškození jejich matrice.

Za normálních podmínek se toto poškození se odstraní lokální syntézy a uvolnění IGF-1 a IGF-vazebného proteinu, které stimulují tvorbu kloubní chrupavky ECM. Současně systém PD podporuje růst subchondrálních kostních buněk a tvorbu kostní hmoty. Anabolická aktivita IGF-systému zvýšena subchondrální kosti u pacientů s osteoartritidou, zatímco lokální aktivace SA systém / plazminu (lokální regulátor IGF-systému) v kloubní chrupavky způsobuje jeho místní změny. V osteoblastů v osteoartrózy IGF-1 poskytuje regulaci AP typu plasmin pozitivní zpětné vazby, a proto může inhibovat remodelování kostní tkáně, což nakonec vede k subchondrální sklerózou. Tak, v kostí a chrupavek lokální indukci IGF-1 iproteaz vede na jedné straně, poškození chrupavky, ostatní - k zahušťování subchondrální kosti, druhý zase podporuje další poškození chrupavky. Nerovnováha mezi poškození chrupavky související s subchondrální skleróza a její schopnost opravy, vede k postupnému změnám v ECM chrupavky a k rozvoji osteoartrózy. Podle autorů tato hypotéza také vysvětluje pomalý průběh onemocnění.