eISSN: 2084-9834
ISSN: 0034-6233
Reumatologia/Rheumatology
Current issue Archive About the journal Supplements Editorial board Abstracting and indexing Subscription Contact Instructions for authors
SCImago Journal & Country Rank
 
1/2013
vol. 51
 
Share:
Share:
more
 
 
Review paper

Osteoarthritis – the role of cartilage and capability of modification of the course of disease

Karolina Turżańska
,
Wojciech Kłapeć
,
Mirosław Jabłoński

Reumatologia 2013; 51, 1: 68-72
Online publish date: 2013/03/05
Article file
Get citation
ENW
EndNote
BIB
JabRef, Mendeley
RIS
Papers, Reference Manager, RefWorks, Zotero
AMA
APA
Chicago
Harvard
MLA
Vancouver
 
 

Wstęp

Znaczenie społeczne osteoartrozy (choroby zwyrodnieniowej stawów) jest oczywiste. Dotyczy ona ok. 20% populacji osób dorosłych, a statystyki pogarszają się wraz z wiekiem [1]. Spośród ok. 13% 60-latków, u których wykazano kliniczne i radiologiczne objawy artrozy kolan, w następnej dekadzie zaawansowana lub krańcowa artroza rozwinie się u ponad 20% [2]. W przypadku osób otyłych ryzyko rozwoju zmian zwyrodnieniowych zwiększa się 3-krotnie [3]. Biorąc pod uwagę zasięg i powszechność osteoartrozy, niezwykle niepokojące są statystyki odnoszące się do jej następstw. Ryzyko niepełnosprawności ruchowej w następstwie samej choroby zwyrodnieniowej kolan jest w grupie osób po 65. roku życia wyższe niż z jakichkolwiek innych przyczyn medycznych. Według Światowej Organizacji Zdrowia (World Health Organization – WHO) ograniczenie ruchomości stawów dotyczy 80% chorych na osteoartrozę, z czego 25% osób jest niezdolnych do wykonywania czynności dnia codziennego [4].

Mechanizmy powstawania destrukcji stawów w chorobie zwyrodnieniowej są zróżnicowane. Ostatnie lata przyniosły wiele nowych interesujących obserwacji, które mają potencjalne znaczenie dla odwracalności bądź modyfikowania przebiegu postępu choroby zwyrodnieniowej stawów.

Patogeneza zmian w chrząstce stawowej – struktura i biomechanika

Kaskadę niekorzystnych zdarzeń prowadzących do rozwoju choroby zwyrodnieniowej stawów rozpoczynają zwykle zmiany wsteczne w chrząstce stawowej.

Budowa strukturalna chrząstki dostosowuje ją do oddziaływań biomechanicznych w czasie ruchu stawu, absorbowania i przekazywania obciążeń do kości podchrzęstnej oraz przeciwstawiania się siłom ścinającym. Za funkcje te odpowiada macierz zewnątrzkomórkowa. Dlatego jej prawidłowa budowa i stan metaboliczny są od­powiedzialne przede wszystkim za prawidłową homeo­stazę chrząstki, a tym samym za skuteczne zapobieganie uszkodzeniom pod wpływem obciążeń, jakim stale podlega staw.

Prawidłowa chrząstka szklista jest zbudowana z produkowanych przez chondrocyty cząsteczek, które gwarantują jej odporność na siły ściskające, a także zapewniają jej właściwości elastyczne oraz nawilżenie powierzchni. Chociaż sama chrząstka nie może zabsorbować całej energii oddziałującej na nią podczas ruchu, to dzięki swojej budowie pod wpływem obciążeń podlega ona odwracalnym deformacjom rozpraszającym energię oraz przekazuje ją dalej – w kierunku bardziej odpornej mechanicznie kości podchrzęstnej. Skuteczność rozpraszania i przekazywania energii przez chrząstkę zależy w dużej mierze od prawidłowej budowy stawu, a wszelkie nieprawidłowości dotyczące tych czynników znacznie przyczyniają się do przyspieszenia rozwoju zmian zwyrod­nieniowych [5].

Za sprężystość i odporność na siły ściskające odpowiadają dzięki silnym ładunkom ujemnym przede wszystkim cząstki proteoglikanów mocno wiążących i oddających wodę pod wpływem obciążeń. Wytrzymałość na rozciąganie i siły rozrywające zapewniają chrząstce włókna kolagenu (przede wszystkim typu II). Gładki ruch ślizgowy w stawie zapewnia prawidłowa, równa powierzchnia chrząstki o bardzo niskim współczynniku tarcia, zmniejszanym znacznie dzięki obecności w mazi stawowej lubrycyny i kwasu hialuronowego [6]. Poza zwilżaniem i zapewnianiem powierzchniom stawowym poślizgu zarówno lubrycyna, jak i kwas hialuronowy pełnią w stawie dodatkowe funkcje. Lubrycyna odpowiada za regulację adhezji i proliferacji komórek synowium, a jej niedobory wiązane są z przerostem błony maziowej i związanymi z tym zaburzeniami funkcji stawu. Liczne prace dowodzą wielu funkcji biologicznych kwasu hialuronowego, łącznie z działaniem przeciwzapalnym, cytoprotekcyjnym i anabolicznym mediowanym przez receptor CD44 oraz specyficzny dla hialuronianów receptor RHAMM [7, 8].

Patogeneza zmian w chrząstce stawowej postępujących wraz z wiekiem

Postępująca z wiekiem chondropenia związana zarówno ze zmniejszeniem grubości buforującej warstwy chrząstki szklistej, jak i zmianami jej składu biochemicznego i idącymi za tym zmianami właściwości biomechanicznych, prowadzi do zwiększonej podatności chrząstki na uszkodzenia. W czasie procesu starzenia, na skutek wzmożonej glikacji kolagenu, dochodzi do jego zmian strukturalnych oraz biomechanicznych, co prowadzi do zwiększenia sztywności chrząstki i zwiększenia jej podatności na urazy [9]. Na skutek działania mechanizmów odpowiedzialnych za glikację kolagenu na drodze pobudzania receptorów RAGE dochodzi również do wzmożonej ekspresji metaloproteaz degradujących chrząstkę, a także hipertrofii chondrocytów [10]. Na zmianę właściwości biomechanicznych wpływa również odkładanie w chrząstce kryształów pirofosforanów. Wzrost uwapnienia chrząstki koreluje z zaawansowaniem choroby zwyrodnieniowej. Udowodniono też, że może być on czynnikiem pobudzającym produkcję mediatorów zapalenia przez komórki chrzęstne [11].

Do związanych z wiekiem zmian komórkowych zalicza się ubytki komórkowe na skutek różnego rodzaju śmierci komórkowej oraz zaburzonej odpowiedzi na bodźce zewnątrzkomórkowe (zwłaszcza działającą anabolicznie cytokinę IGF-1), prowadzącej do nieprawidłowej ekspresji genów i zaburzeń różnicowania komórek. Za molekularną podstawę zmian fenotypowych związanych ze starzeniem się odpowiadają głównie zaburzenia chromatyny i mitochondriów (akumulacja mutacji mitochondrialnego DNA, zmniejszenie zdolności naprawczych oraz zdolności do autofagowania uszkodzonych mitochondriów), wzrost apoptozy na skutek ekspozycji na wolne rodniki, a także zmniejszona aktywność kompleksów oddechowych I, II, III – odpowiadająca za zmniejszenie się mitochondrialnych rezerw energetycznych [12, 13]. Starzejące się chondrocyty tracą aktywność syntetyczną, czego efektem jest produkcja mniejszych i nieregularnych cząsteczek agrekanów oraz obniżenie zdolności utrzymania homeostazy chrząstki stawowej. Procesy starzenia chrząstki nie muszą prowadzić nieuchronnie do rozwoju osteoartrozy, jednak zachodzące w niej zmiany związane z wiekiem dają podstawy do rozwoju choroby, szczególnie jeśli występują dodatkowe czynniki ryzyka, zwłaszcza nieprawidłowa budowa stawu [5].

Wpływ obciążeń mechanicznych na patogenezę zmian degeneracyjnych chrząstki stawowej

Prawidłowo zbudowany i używany staw jest dobrze przygotowany do znoszenia fizjologicznych obciążeń. Co więcej, ruch i obciążanie są warunkami niezbędnymi do prawidłowej funkcji i zdrowia stawu. Chrząstka ściskana w czasie obciążania, a rozprężana w bezruchu wchłania z płynu stawowego, naczyń błony maziowej i szpiku podchrzęstnego materiały odżywcze oraz wydala produkty przemiany materii. Wykazano, że przerywane, pulsacyjne i umiarkowane obciążanie wpływa na chondrocyty w sposób anaboliczny, inicjując ich proliferację, produkcję oraz wydzielanie kolagenu i czynników anabolicznych, takich jak insulinopodobny czynnik wzrostu (insulin-like growth factor 1 – IGF1), osteoprotegeryna czy transformujący czynnik wzrostu  (transforming growth factor  – TGF-), oraz działającej przeciwzapalnie interleukiny 10 (IL-10) [14]. W przeciwieństwie do umiarkowanych obciążeń pulsacyjnych obciążenia nadmierne i stałe wpływają na tkankę chrzęstną w sposób destrukcyjny. Nadmierne obciążanie powoduje często nieodwracalne zmiany kształtu chondrocytów, co z czasem prowadzi do ich apoptozy i zmian strukturalnych chrząstki. Zmiany te są bodźcem dla miejscowej reakcji immunologicznej w miejscu uszkodzenia, co przyczynia się do odpowiedzi zapalnej w obrębie błony maziowej i rozwoju zmian zwyrodnieniowych [15]. Chondrocyty otaczające miejsce uszkodzenia odpowiadają na stałe nadmierne obciążenie w sposób identyczny jak na substancje toksyczne czy prozapalne – produkują metaloproteazy rozkładające macierz chrząstki, IL-6, IL-8 i tlenek azotu (NO), a także przyspieszają swoją apoptozę. Obciążenia stałe – poza uszkadzaniem mechanicznym – nie pozwalają chrząstce na rozprężenie niezbędne do prawidłowego odżywiania tej tkanki [16]. Do rozwoju osteoartrozy mogą prowadzić również obciążenia nierównomierne, a nawet fizjologiczne – gdy obciążeniom poddawany jest staw o nieprawidłowej strukturze lub niedoskonałej chrząstce.

Najczęstsze nieprawidłowości strukturalne prowadzące do rozwoju osteoartrozy

Na podstawie badań epidemiologicznych szacuje się, że 25–40% osteoartroz stawu biodrowego jest następstwem jego dysplazji [17]. Do rozwoju osteoartrozy stawu biodrowego w wysokim stopniu predysponuje również konflikt udowo-panewkowy. Termin ten odnosi się do dynamicznego stanu, w którym w czasie ruchu w stawie dochodzi do mechanicznego konfliktu, np. panewki z głową kości udowej [18]. Może za to odpowiadać nieprawidłowe ukształtowanie głowy i szyjki kości udowej, czego następstwem podczas ruchu jest konflikt mechaniczny z obrąbkiem panewki stawu biodrowego lub wada samego obrąbka, który poprzez swoje nadmiernie rozbudowanie „zahacza” o głowę kości udowej w czasie ruchu. Do rozwoju zmian zwyrodnieniowych predysponuje zwłaszcza odmiana budowy głowy kości udowej, w której przejście głowy w szyjkę kości udowej spłaszcza się, zamiast osiągać swoją prawidłową wklęsłość, czego efektem jest kształt przypominający uchwyt staromodnego pistoletu (pistol grip deformity). Z częstszym niż w populacji ogólnej występowaniem osteoartrozy związane są też takie zmiany, jak: zbyt szeroka szyjka kości udowej, nieprawidłowości kształtu i osi kości udowej, piszczeli, nasad obu tych kości, a także nieprawidłowości stawu rzepkowo-udowego [19–23].

Do nieprawidłowych obciążeń o działaniu wybitnie uszkadzającym staw można zaliczyć także obciążenia niedostateczne, a szczególnie unieruchomienie. Mechanizm patogennego działania unieruchomienia na chrząstkę polega przede wszystkim na niedostatecznym odżywieniu tej tkanki, ale do patogenezy zmian zwyrodnieniowych w wymienionym mechanizmie prowadzić może także niedostatek IL-10 wydzielanej w czasie ruchu [24].

Możliwości interwencji terapeutycznych

Funkcjonalność stawu jest wypadkową jego budowy, funkcji, aktywności (obciążeń, jakim staw jest poddawany, i czasu ich trwania) oraz wieku pacjenta. Szklista chrząstka stawu o nieprawidłowej budowie ulega zmianom szybciej i pod wpływem obciążeń, które nie zaszkodziłyby chrząstce stawu uformowanego prawidłowo. Dlatego najprostszym sposobem zapobiegania chorobie zwyrodnieniowej i interwencji we wczesnym jej okresie jest dostosowanie obciążeń fizycznych do poziomu, jaki obciążany staw będzie mógł znieść bez szkody, z uwzględnieniem wszystkich jego ewentualnych niedoskonałości morfologicznych i biomechanicznych. Możliwe interwencje w tym zakresie polegają m.in. na zmniejszeniu masy ciała bądź ograniczeniu nadmiernej, wykraczającej poza granice fizjologiczne, aktywności fizycznej chorego (np. sportu wyczynowego).

Osteoartrozie na tle nieprawidłowości strukturalnych stawu można zapobiegać już w okresie rozwojowym, dbając o jego prawidłowy rozwój (np. wychwycone w porę i odpowiednio leczone dysplazje stawów) w przypadkach deformacji rozwojowych lub wrodzonych. Do interwencji w wieku późniejszym należą zabiegi artroskopowe poprawiające niedoskonały kształt końców stawowych, np. w przypadku konfliktu udowo-panewkowego, czy większe, ale oszczędzające staw operacje, np. osteotomie korygujące wadliwą oś kończyny. W przypadku ostrych ubytków chrząstki u osób młodych coraz większe znaczenie przypisuje się operacyjnym możliwościom naprawczym, np. przeszczepy chrząstki połączone z zastosowaniem różnorodnych czynników wzrostowych i komórek macierzystych [25]. Możliwości interwencji zachowawczych w chorobie zwyrodnieniowej przedstawiono w tabeli I.

Perspektywy leczenia farmakologicznego choroby zwyrodnieniowej

Stale trwają badania nad możliwością zastosowania nowych substancji – zarówno w leczeniu objawowym, jak i w modyfikowaniu przebiegu choroby zwyrodnieniowej stawów. Szczególnie ciekawie zapowiadają się badania nad lekami mającymi w przyszłości zablokować działanie metaloproteaz macierzy komórkowej oraz aktywnych w przebiegu osteoartrozy ADAMTS (a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs), odpowiedzialnych za degradację macierzy i glikozoaminoglikanów chrząstki. Badane są również możliwości blokowania działania NO i jego toksycznych metabolitów, a także substancje o potencjalnie korzystnym wpływie na możliwości naprawcze chrząstki. Dwie substancje z ostatniej grupy (BMP-7 i FGF-18) pozostają jednak jeszcze w fazie badań klinicznych. Jako możliwy punkt uchwytu w leczeniu choroby zwyrodnieniowej rozważane jest też hamowa­nie reakcji zapalnej błony maziowej, hamowanie produkcji IL-6, IL-1, a także prozapalnych ścieżek cy­tokinowych indukowanych przez cytokiny. Badane są też możliwości no­wych form leczenia przeciwbólowego, m.in. z zastosowaniem monoklonalnego przeciwciała przeciwko czyn­nikowi wzrostu nerwu (nerve growth factor – NGF), kannabinoidów czy antagonistów receptora kanaityny [30].



Autorzy deklarują brak konfliktu interesów i źródeł zewnętrznego finansowania.

Piśmiennictwo

 1. Zhang Y, Jordan JM. Epidemiology of osteoarthritis. Clin Geriatr Med 2010; 3: 355-369.

 2. Cibere J, Zhang H, Thorne A, et al. Association of clinical findings with pre-radiographic and radiographic knee osteoarthritis in a population-based study. Arthritis Care Res (Hoboken) 2010; 62: 1691-1698.

 3. Gibson K, Sayers SP, Minor MA. Measurement of varus/valgus alignment in obese individuals with knee osteoarthritis. Arthritis Care Res (Hoboken) 2010; 62: 690-696.

 4. Buckwalter JA, Martin JA. Osteoarthritis. Adv Drug Deliv Rev 2006; 58: 150-167.

 5. Baker-LePain JC, Lane NE. Relationship between joint shape and the development of osteoarthritis. Bone 2012; 51: 197-203.

 6. Greene GW, Banquy X, Lee DW, et al. Adaptive mechanically controlled lubrication mechanism found in articular joints. Proc Natl Acad Sci U S A 2011; 108: 5255-5259.

 7. Knudson CB, Knudson W. Hyaluronan and CD44: modulators

of chondrocyte metabolism. Clin Orthop Relat Res 2004; 427

Suppl: S152-S162.

 8. Bastow ER, Byers S, Golub SB et al. Hyaluronan synthesis and degradation in cartilage and bone. Cell Mol Life Sci 2008; 65: 395-413.

 9. Chen AC, Temple MM, Ng DM, et al. Induction of advanced glycation end products and alterations of the tensile properties of articular cartilage. Arthritis Rheum 2002; 46: 3212-3217.

10. Yammani RR, Carlson CS, Bresnick AR, Loeser RF. Increase in production of matrix metalloproteinase 13 by human articular chondrocytes due to stimulation with S100A4: Role of the receptor

for advanced glycation end products. Arthritis Rheum 2006; 54: 2901-2911.

11. Fuerst M, Bertrand J, Lammers L, et al. Calcification of articular cartilage in human osteoarthritis. Arthritis Rheum 2009; 60: 2694-2703.

12. Blanco FJ, Rego I, Ruiz-Romero C. The role of mitochondria in osteoarthritis. Nat Rev Rheumatol 2011; 7: 161-169.

13. Kim J, Xu M, Xo R, et al. Mitochondrial DNA damage is involved in apoptosis caused by pro-inflammatory cytokines in human OA chondrocytes. Osteoarthritis Cartilage 2010; 18: 424-432.

14. Schulze-Tanzil G, Zreiqat H, Sabat R, et al. Interleukin-10 and articular cartilage: experimental therapeutical approaches in cartilage disorders. Curr Gene Ther 2009; 9: 306-315.

15. Lotz MK, Kraus VB. New developments in osteoarthritis. Posttraumatic osteoarthritis: pathogenesis and pharmacological treatment options. Arthritis Res Ther 2010; 12: 211.

16. Goldring MB, Otero M, Plumb DA, et al. Roles of inflammatory and anabolic cytokines in cartilage metabolism: signals and multiple effectors converge upon MMP-13 regulation in osteoarthritis. Eur Cell Mater 2011; 21: 202-220.

17. MacGregor AJ, Antoniades L, Matson M, et al. The genetic contribution to radiographic hip osteoarthritis in women: results of a classic twin study. Arthritis Rheum 2000; 43: 2410-2416.

18. Macfarlane RJ, Haddad FS. The diagnosis and management of femoro-acetabular impingement. Ann R Coll Surg Engl 2010; 92: 363-367.

19. Javaid MK, Lane NE, Mackey DC, et al. Changes in proximal femoral mineral geometry precede the onset of radiographic hip osteoarthritis: the study of osteoporotic fractures. Arthritis Rheum 2009; 60: 2028-2036.

20. Matsuda S, Miura H, Nagamine R, et al. Posterior tibial slope in the normal and varus knee. Am J Knee Surg 1999; 12: 165-168.

21. Bredbenner TL, Eliason TD, Potter RS, et al. Statistical shape modeling describes variation in tibia and femur surface geometry between Control and Incidence groups from the osteoarthritis initiative database. J Biomech 2010; 43: 1780-1786.

22. Haverkamp DJ, Schiphof D, Bierma-Zeinstra SM, et al. Variation in joint shape of osteoarthritic knees. Arthritis Rheum 2011; 63: 3401-3407.

23. Stefanik JJ, Roemer FW, Zumwalt AC, et al. Association between measures of trochlear morphology and structural features of patellofemoral joint osteoarthritis on MRI: the MOST study.

J Orthop Res 2012; 30: 1-8.

24. Helmark IC, Mikkelsen UR, Bo/rglum J, et al. Exercise increases interleukin-10 levels both intraarticularly and peri-synovially in patients with knee osteoarthritis: a randomized controlled trial. Arthritis Res Ther 2010; 12: R126.

25. Rapp SM. Cartilage repair methods advance – now yield up to 90% improvement. Orthopedics Today 2006; 26: 14.

26. Bennell KL, Bowles KA, Payne C, et al. Lateral wedge insoles for medial knee osteoarthritis: 12 month randomised controlled trial. BMJ 2011; 342: d2912.

27. Zhang W, Nuki G, Moskowitz RW, et al. OARSI recommendations for the management of hip and knee osteoarthritis: part III: changes in evidence following systematic cumulative update of research published through January 2009. Osteoarthritis Cartilage 2010; 18: 476-499.

28. Conrozier T, Balblanc JC, Richette P, et al. Early effect of hyaluronic acid intra-articular injections on serum and urine biomarkers in patients with knee osteoarthritis: an open-label observational prospective study. J Orthop Res 2012; 30: 679-685.

29. Henrotin YCT, Deberg M, Walliser-Lohse A, et al. Early decrease of serum biomarkers of type II collagen degradation (Coll2-1) and joint inflammation (Coll2-1 NO2) by hyaluronic acid intra-articular injections in patients with knee osteoarthritis. Ann Rheum Dis 2011; 70: 395.

30. Martel-Pelletier J, Wildi LM, Pelletier JP. Future therapeutics for osteoarthritis Bone 2012; 51: 297-311.
Copyright: © 2013 Narodowy Instytut Geriatrii, Reumatologii i Rehabilitacji w Warszawie. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/), allowing third parties to copy and redistribute the material in any medium or format and to remix, transform, and build upon the material, provided the original work is properly cited and states its license.






Quick links
© 2019 Termedia Sp. z o.o. All rights reserved.
Developed by Bentus.
PayU - płatności internetowe