Ang papel ng mga pagbabago sa subchondral bone sa pathogenesis ng osteoarthritis

Kasama ang pagkabulok ng articular cartilage, ang pinagbabatayan na tissue ng buto ay kasangkot din sa proseso ng pathological sa osteoarthrosis. Ipinapalagay na ang pampalapot ng subchondral plate ay nag-aambag sa pag-unlad ng osteoarthrosis. Habang umuunlad ang osteoarthrosis, ang articular cartilage, na napapailalim sa mekanikal at kemikal na stress, ay dahan-dahang nabubulok dahil sa kawalan ng balanse sa mga proseso ng cartilage catabolism at reparasyon. Sa partikular, ang mekanikal na stress na may kaugnayan sa mga joints na "tindig" ang timbang ng katawan ay nag-aambag sa pagbuo ng isang malaking bilang ng mga microfractures sa subchondral plate at cartilage. Habang ang articular cartilage ay nabubulok, ang sclerosis ng subchondral bone ay umuusad, ang katigasan ng bone tissue ay tumataas, na kung saan ay nag-aambag sa karagdagang pagkagambala ng istraktura ng articular cartilage. Gayunpaman, ang tanong ng pangunahin o pangalawang katangian ng mga pagbabago sa subchondral bone sa osteoarthrosis ay nananatiling hindi nalutas.

Hanggang sa kamakailan lamang, ang mga pagbabago sa radiographically detectable sa spongy substance ng subchondral bone, tulad ng sclerosis o cyst formation, ay itinuturing na pangalawa sa mga pasyenteng may osteoarthrosis. Gayunpaman, ang mga resulta ng mga klinikal at eksperimentong pag-aaral ay nagpapahiwatig ng isang posibleng panimulang papel ng subchondral bone sa pathogenesis ng osteoarthrosis. Ang isa sa mga posibleng mekanismo ay isang matalim na pagtaas sa stiffness gradient ng subchondral bone dahil sa ang katunayan na ang integridad ng pinagbabatayan na tissue ng cartilage ay nakasalalay sa mga mekanikal na katangian ng "kama" ng buto nito. Ang mga pag-aaral sa primates ay nagpakita na ang mga pagbabago sa subchondral bone ay maaaring mauna sa mga pagbabago sa articular cartilage. Ang ebidensya para sa at laban sa hypothesis na ito na lumitaw bilang isang resulta ng mga pag-aaral sa mga modelo ng hayop ng osteoarthrosis at mga klinikal na pag-aaral ay nagpatindi lamang sa debate. Ang pampalapot ng trabeculae sa subchondral bone ay hindi palaging sinamahan ng isang pagtaas sa mineralization ng buto, o sa halip, isang pagtaas sa dami ng osteoid. Ang senyales na ito ng abnormal na mineralization ay nagpapahiwatig na ang kaguluhan ng regulasyon ng bone remodeling ay isang mahalagang bahagi ng osteoarthritis at sinusuportahan din ang konsepto ng bone cell defect sa osteoarthritis. Itinuturing ng grupo ni J. Dequeker (1989) na ang huli ay isang "generalized metabolic bone disease".

Ang tissue ng buto ay patuloy na na-renew. Ang dinamikong prosesong ito, na tinatawag na bone remodeling, ay isang kumplikadong pagkakasunud-sunod ng resorption at mineralization. Ang mga osteoclast ay sumisipsip ng tissue ng buto, at ang mga osteoblast ay naglalabas ng mga protina na bumubuo sa pangunahing organikong sangkap para sa mineralization. Ang pagbuo at resorption ng buto ay hindi nangyayari nang random sa buong balangkas; ito ay isang naka-program na proseso na nangyayari sa iba't ibang bahagi ng balangkas, na tinatawag na bone remodeling units. Sa unang bahagi ng cycle, ang mga osteoclast ay lumilitaw sa hindi aktibong ibabaw; sa loob ng 2 linggo, bumubuo sila ng tunnel sa cortical bone o lacuna sa ibabaw ng trabecular bone. Ang dalas ng pag-activate ng mga bagong yunit ng remodeling ng buto ay tumutukoy sa antas ng pag-renew ng buto. Sa isang malusog na kabataan, ang mga proseso ng pagbuo at resorption ng buto ay balanse, at pinapanatili ang normal na masa ng buto. Sa hormonal regulation ng bone tissue resorption, hindi bababa sa PTH at PGE2 _, hindi lamang ang mga osteoclast kundi pati na rin ang mga osteoblast ay lumahok, dahil sa ilalim ng impluwensya ng mga hormone na ito, ang mga salik na nagpapasigla sa bone resorption ng mga osteoclast ay pinakawalan. Sa kasalukuyan, higit sa 12 local at systemic regulators ng bone tissue growth ang kilala na nakakaapekto sa remodeling nito, sa partikular na PTH, 1,25(OH) 2D3 _,calcitonin, growth hormone, glucocorticoids, thyroid hormones, insulin, IGF (1 at 2), estrogens, PGE2 _, androgens.

Ang mga selula ng buto ay naglalabas ng isang bilang ng mga protina at cytokine na nagsasagawa ng endocrine regulation at signal transduction. Ang mga protina na ginawa ng mga osteoblast ay kinabibilangan ng mga protina ng bone matrix tulad ng collagen, osteopontin, osteocalcin, bone sialoproteins. Bilang karagdagan, ang mga cell na ito ay naglalabas ng mga protease sa parehong aktibo at nakatago na mga anyo na lumalahok sa proseso ng pag-remodel ng bone tissue - mga MMP, mga bahagi ng plasminogen activator (PA)/plasmin system. Ang mga cytokine na inilabas ng mga osteoblast ay maaaring kumilos kapwa sa pamamagitan ng mga mekanismo ng autocrine at paracrine pathway sa mga lokal na selula (iba pang osteoblast, osteoclast).

Hindi pa alam kung ang mga signal na ito ay kinokontrol ng mekanikal na stress o iba pang mga kemikal na signal na sapilitan ng mekanikal na stress. Gayunpaman, alam na ang paulit-ulit na mekanikal na stress ay nagdudulot ng lokal na paglaganap ng mga selula ng buto at/o mga protina. Sa vivo, ang mekanikal na pag-load ay maaaring mag-activate ng mga osteoblast, mapataas ang antas ng cyclic nucleotides, prostaglandin production, at maging sanhi ng mga pagbabago sa morphological na nauugnay sa bone remodeling. Sa vitro, ang mekanikal na stress ay nagdudulot ng paglaganap ng mga kultura ng osteoblast, pagpapahayag ng mRNA ng mga protina ng buto na kasangkot sa pagbuo ng osteoid at mineralization, pagpapalabas ng mga lokal na kadahilanan ng paglago tulad ng IGF-1 at IGF-2, at mga molekula ng pagdirikit. Ang paghahatid ng signal ng mekanikal na stress ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng mga mechanosensitive ion channel.

Mayroong hindi direktang ebidensya ng osteoblast dysfunction sa osteoarthrosis. G. Gevers at J. Dequeker (1987) ay nagpakita ng pagtaas sa mga antas ng serum osteocalcin sa mga kababaihan na may osteoarthrosis ng kamay, gayundin sa mga cortical bone explants, na nagpapahiwatig na ang patolohiya ng buto ay maaaring bahagi ng osteoarthrosis. Ang autopsy ay nagsiwalat hindi lamang pampalapot ng subchondral bone, kundi pati na rin sa abnormal na mababang mineralization ng femoral head. Sa guinea pig na may surgically induced osteoarthrosis, ang computed tomography ay nagpakita ng makabuluhang pampalapot ng buto fraction sa subchondral zone. Ang kawalan ng balanse sa pagitan ng collagen at non-collagen (osteocalcin, atbp.) na mga protina ay maaaring humantong sa pagtaas ng dami ng buto, ngunit hindi nakakaapekto sa density ng mineral nito. Ayon kay M. Shimizu et al. (1993), ang pag-unlad ng mga degenerative na pagbabago sa articular cartilage ay nauugnay sa mas masinsinang remodeling ng subchondral bone at isang pagtaas sa rigidity nito, na nagpapahiwatig din ng depekto sa bone tissue cells sa osteoarthrosis. Ayon sa hypothesis na iminungkahi nina B. Lee at M. Aspden (1997), ang paglaganap ng mga may sira na selula ng buto ay maaaring humantong sa pagtaas ng tigas ng tissue ng buto, ngunit hindi nagiging sanhi ng pagtaas ng density ng mineral nito.

CI Westacott et al. (1997) hypothesized na ang mga abnormal na osteoblast ay direktang nakakaapekto sa metabolismo ng cartilage. Ang paglilinang ng mga osteoblast mula sa mga pasyente na may osteoarthritis na may chondrocytes mula sa mga taong walang magkasanib na sakit, napansin ng mga may-akda ang isang makabuluhang pagbabago sa pagpapalabas ng glycosaminoglycans sa pamamagitan ng normal na tissue ng cartilage sa vitro, ngunit ang antas ng paglabas ng cytokine ay nanatiling hindi nagbabago. G. Hilal et al. (1998) ay nagpakita na ang kultura ng mga osteoblast mula sa subchondral bone ng mga pasyente na may osteoarthritis sa vitro ay may binagong metabolismo - ang aktibidad ng AP/plasmin system at ang antas ng IGF-1 sa mga selulang ito ay tumaas. Ang pagmamasid ng CI Westacott et al. (1997) ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pagtaas sa aktibidad ng mga protease sa subchondral bone cells.

Ito ay nananatiling hindi alam kung ang mga pagbabago sa subchondral bone ay nagpasimula ng osteoarthritis o nag-aambag sa pag-unlad nito. DK Dedrick et al. (1993) ay nagpakita na sa mga aso na may surgically sapilitan osteoarthritis, pampalapot ng subchondral bone ay hindi isang kinakailangang kondisyon para sa pagbuo ng osteoarthrosis-tulad ng mga pagbabago sa articular cartilage, ngunit nag-aambag sa pag-unlad ng mga degenerative na proseso sa cartilage. Ang mga resulta ng pag-aaral ni A. Sa'ied et al. (1997) ay sumasalungat sa datos ng nakaraang pag-aaral. Gamit ang 50 MHz echography upang masuri ang mga paunang pagbabago sa morphological at ang kanilang pag-unlad sa articular cartilage at buto sa eksperimentong osteoarthritis na dulot ng mga iniksyon ng monoiodoacetic acid sa stifle joint ng mga daga, ipinakita ng mga may-akda ang sabay-sabay na proseso ng mga pagbabago sa buto at cartilage sa unang tatlong araw pagkatapos ng iniksyon.

Ang mga osteoblast ay nagtatago ng mga growth factor at cytokine na kasangkot sa lokal na bone remodeling, na maaaring magsulong ng remodeling ng wastong cartilage sa "weight-bearing" joints pagkatapos ng kanilang penetration sa pamamagitan ng microcracks sa calcified layer ng articular cartilage. Bukod dito, ang mga produkto ng bone cell secretory ay matatagpuan sa synovial fluid. Ang pinaka-malamang na mga produkto na itinago ng mga abnormal na osteoblast na maaaring magpasimula ng proseso ng lokal na cartilage remodeling ay ang TGF-b at bone morphometric proteins (BMPs). Ang parehong mga miyembro ng pamilya ng TGF ay tinatago ng parehong mga chondrocytes at osteoblast, at pareho silang may kakayahang baguhin ang parehong remodeling ng buto at kartilago. J. Martel Pelletier et al. (1997) ay napansin ang pagtaas sa antas ng TGF-β sa subchondral bone explants ng mga pasyente na may osteoarthrosis kumpara sa mga malulusog na indibidwal, na nagpapahiwatig ng isang posibleng papel ng growth factor na ito sa pathogenesis ng osteoarthrosis. Ang mga IGF ay ginawa rin ng mga osteoblast. Sa isang kultura ng mga cell na tulad ng osteoblast na nakuha mula sa mga pasyente na may osteoarthrosis, natagpuan ang isang pagtaas sa antas ng mga IGF, na nagbabago sa metabolismo ng cartilage.

Ang TGF-b, IGF, BMP at mga cytokine na ginawa ng mga osteoblast sa subchondral bone ay maaaring makaimpluwensya sa paggawa ng collagenase at iba pang proteolytic enzymes sa cartilage, na maaaring magsulong ng remodeling/degradation ng cartilage matrix. Nananatiling hindi malinaw kung ang mga osteoblast sa OA ay gumagawa ng mas kaunting macrophage colony-stimulating factor (M-CSF - isang stimulator ng bone resorption) kaysa sa mga normal na selula. Ang mga resulta ng mga pag-aaral ni AG Uitterlinden et al. (1997) ay nagpakita na ang mga receptor ng bitamina D, na ipinahayag ng mga osteoblast at kinokontrol ang pagpapahayag ng isang bilang ng mga kadahilanan na na-synthesize ng mga selulang ito, ay maaaring maglaro ng isang tiyak na papel sa pagbuo ng mga osteophytes, na bahagyang nagpapaliwanag sa papel ng mga osteoblast sa pathogenesis ng sakit na ito.

Isinasaalang-alang ang mga resulta ng mga pag-aaral sa itaas, G. Hilal et al. (1998), J. Martel-Pelletier et al. (1997) iminungkahi ang sumusunod na working hypothesis ng relasyon sa pagitan ng subchondral bone remodeling at tamang articular cartilage sa osteoarthrosis. Sa maaga o advanced na yugto ng pathogenesis ng OA, ang proseso ng pag-remodel ng bone tissue sa subchondral bone ay tumitindi. Kasabay nito, ang paulit-ulit na paglo-load ay humahantong sa mga lokal na microfracture at/o ang paglitaw ng kawalan ng balanse sa sistema ng IGF/IGF-binding protein (IGFBP) dahil sa abnormal na tugon ng subchondral bone osteoblast, na nag-aambag sa sclerosis nito. Ang huli naman ay maaaring mag-ambag sa paglitaw ng mga microfracture ng tamang kartilago at pinsala sa matrix nito.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang pinsalang ito ay naayos sa pamamagitan ng lokal na synthesis at pagpapalabas ng IGF-1 at IGF-binding protein, na nagpapasigla sa pagbuo ng articular cartilage ECM. Kasabay nito, ang GF-system ay nagtataguyod ng paglaki ng mga subchondral bone cells at ang pagbuo ng bone matrix. Ang anabolic na aktibidad ng IGF-system ay nadagdagan sa subchondral bone ng mga pasyente na may osteoarthrosis, habang ang lokal na pag-activate ng AP/plasmin system (isang lokal na regulator ng IGF-system) sa articular cartilage ay nagdudulot ng mga lokal na pagbabago nito. Sa mga osteoblast sa osteoarthrosis, sinisira ng IGF-1 ang regulasyon ng AP sa pamamagitan ng plasmin sa pamamagitan ng positibong uri ng feedback, samakatuwid, maaari nitong pigilan ang pagbabago sa tissue ng buto, na sa huli ay humahantong sa subchondral sclerosis. Kaya, sa tissue ng buto at cartilage, ang lokal na induction ng IGF-1 at mga protease ay humahantong, sa isang banda, sa pinsala sa cartilage, sa kabilang banda, sa subchondral bone thickening, ang huli naman ay nag-aambag sa karagdagang pinsala sa cartilage. Ang kawalan ng balanse sa pagitan ng pinsala sa cartilage na nauugnay sa subchondral sclerosis at ang mga reparative na kakayahan nito ay humahantong sa mga progresibong pagbabago sa cartilage ECM at sa pagbuo ng osteoarthrosis. Ayon sa mga may-akda, ipinapaliwanag din ng hypothesis na ito ang mabagal na pag-unlad ng sakit.