K problematice metabolických dějů v kloubní chrupavce a jejích důsledků

M. Kučera, J. Racek
Kloubní chrupavka (KCH) je významnou součástí diartrotických kloubů. Tvoří jakýsi nárazník mezi juxtaartikulárními kostmi. V dobrém stavu významně usnadňuje pohyb v kloubu. Během života je, zvláště v nosných kloubech, vystavena značnému tlaku, tím i rychlejšímu opotřebování, což má za následek vznik obtíží.
V KCH probíhá řada biologických dějů jak katabolických, tak anabolických. Postupně převládá katabolismus, podmíněný řadou faktorů. Vedle neúměrné kloubní zátěže jsou to také probíhající nebo proběhlé záněty v kloubech (např. revmatoidní artritida) traumato-genetické faktory a další. V povrchních vrstvách KCH vznikají ragády, chrupavka postupně ztrácí pružnost, fibrotizuje, ubývá a v krajních případech může i vymizet.
KCH je vysoce specializovaná tkáň, v níž převažuje extracelulární matrix, složená ze 65-80 % vody (70 % sušiny tvoří kolagen, 20 % proteoglykany a 10 % nekolagenní bílkoviny). Jedinými buněčnými elementy jsou chondrocyty (2-5 %). /1/
Proteoglykany jsou zformovány do bílkovinných řetězců, na něž se asi v 60 % jejich délky napojují glykosaminoglykany, a to na proteoglykanový jádrový protein. Za hlavní proteoglykany KCH jsou považovány agregan, biglykan a decorin. /5/ Za nejvýznamnější glykosaminoglykany jsou pokládány chondroitin-4-sulfát, chondroitin-6-sulfát a keratansulfát. Jejich syntéza závisí na nabídce volných anorganických sulfátů. Součástí glykosaminoglykanů jsou také cukry, především glukosamin, kyselina glukoronová a galaktóza. Proteinový řetězec doplňuje kyselina hyaluronová. /1/
Expanze proteoglykanů, které jsou silně hydrofilní, je omezena trojrozměrnou kolagenní sítí, složenou především z kolagenu II, ale i z kolagenů VI, IX, X a XI. /1/
K nekolagenním proteinům patří fibronektin, chondronektin, tenascin a další blíže nediferencovaný protein. Jeho funkce spočívá ve zprostředkování interakce mezi chondrocyty navzájem a mezi chondrocyty a nebuněčnou matrix. /1/
Funkční vlastnosti KCH určuje složení matrix. Vysoký obsah vody vázané na proteoglykany zaručuje vysoký osmotický tlak v KCH a tím její pružnost a odolnost vůči zevním tlakům. /1/ Úbytek proteoglykanů je časným jevem při počínající lézi KCH. /5/
Bezprostřední vliv na metabolismus KCH mají chondrocyty. /4, 5/ Mohou vyvolávat jak katabolické, tak anabolické reakce. /4/
Jako jediné mohou KCH rekonstruovat. U osteoartrózy (OA) je zjišťována redukce jejich počtu. Je otázka, zda to znamená predispozici k OA, či jde o důsledek patogenetických dějů OA. Podle Dodgeho a spol. dochází k úbytku chondrocytů nekrózou a apoptózou. /5/
Metabolismus KCH je ve srovnání s jinými orgány pomalý. /1/ Většinou převažují děje katabolické nad anabolickými, a to z řady příčin. Tak během života je KCH zatěžována většinou více, než je schopna svými fyzikálními vlastnostmi zvládnout. Také prozánětlivé cytokiny - interleukin 1 (IL-1), tumor-nekrotizující faktor α (TNFα) a snad i interferon γ (IFγ) ve spolupráci s TNFα - působí destrukci KCH (1, 5). Vzniká kolagenáza 3, která působí štěpení kolagenů I, II a III a zkřížených kolagenních vazeb. IL-1 stimuluje také enzymy ze skupiny cysteinových proteináz. K nim patří katepsiny B a D a aktivátor plazminogenu. Stimulovány jsou i metaloproteinázy, především stromelyzin. Ten štěpí řetězce proteoglykanů, kolageny II a IX a aktivuje latentní kolagenázu. /1/
Na štěpení proteoglykanových řetězců se podílí také agreganáza. Její přesná identita není známa. Předpokládá se její syntéza chondrocyty. Destrukce KCH se účastní i další enzymy syntetizované v synovii. /1/
Důležitou roli při destrukci KCH hrají volné radikály a jejich metabolity (VR). /1, 7, 9, 10, 11/ Jsou to vysoce reaktivní látky, které se významně účastní v řadě patogenních procesů, např. neoplastických, aterogenních a dalších. /13/ Podněcují katabolické děje působením na chondrocyty a brání reparativní syntéze proteoglykanů těmito buňkami. Ovlivňují také migraci chondrocytů. Aktivací proteolytických enzymů je poškozují a mohou způsobit jejich zánik. /4/
V patogenních procesech se připisuje význam především superoxidovému aniontu, peroxidu vodíku, hydroxylovému radikálu, singletovému kyslíku, oxidu dusnatému a jeho metabolitům. /6, 7, 10, 11/ Prokázali jsme, že antioxidační systém, jímž se organismus brání působení superoxidu a jeho metabolitů, je u revmatických chorob zánětlivých i degenerativních deficitní. Zjišťovali jsme sice statisticky významné zvýšení aktivity superoxiddismutázy v krvi, zřejmě jako reakci na zvýšenou tvorbu superoxidu, ale aktivita glutathionperoxidázy úměrně nestoupala. To dává možnost vzniku peroxidu vodíku a dalším patogenně působícím metabolitům. Tomu odpovídalo i zjištění nízkých hodnot redukovaného glutathionu v buňkách. V kloubních výpotcích jsme dokonce nezjistili žádnou superoxiddismutázu, což svědčí pro naprostou neschopnost odbourávat superoxidový anion. /6, 7/
I když v KCH převládají během života destruktivní katabolické procesy, dochází také k anabolickým reakcím. K nim patří např. aktivace inhibitorů proteináz - inhibitorů metaloproteináz, inhibitoru aktivátoru plazminogenu (aPAI) aj. V játrech jsou syntetizovány látky, zaměřené na blokádu destrukce KCH. Patří k nim α2-makroglubin, α1-inhibitor proteináz (α1-antitrypsin) a α2-antiplazmin. /2, 3/
Erlacher a spol. zjistili na tkáňovém modelu z hovězí a lidské chrupavky, že tzv. morfogenní proteiny chrupavky 1 a 2 (cartilage-derived morphogenic proteins 1, 2) stimulují biosyntetickou aktivitu chondrocytů. Patří do „rodiny" transformujícího růstového faktoru β. /3/
Metabolismus KCH lze posuzovat podle nálezu biochemických fragmentů této tkáně v synoviální tekutině, s menší spolehlivostí i v krvi a moči. Shinmei a spol. /2/ považují za markery katabolických dějů v KCH nálezy proteoglykanů, glykosaminoglykanů, keratansulfátu, chondroitin-4-sulfátu a chondroitin-6-sulfátu, dále částí, kde se napojuje kyselina hyarunová na proteoglykanové řetězce (pyridinolinu a deoxypridinolinu) a nekolagenní oligomerické proteiny matrix (COMP) v tělesných tekutinách. Za ukazatele anabolismu lze pokládat karboxyterminální propeptid prokolagenu typu II. V tkáňových tekutinách lze stanovit speciálními metodami také biochemické markery, vyvolávající katabolické děje, a to cytokiny IL-1, 6, 8 a TNFα a IFγ, dále metaloproteinázy, aktivátor plazminogenu, katepsin B a K, faktory tlumící katabolismus TIMP a inhibitor aktivátoru plazminogenu.
Určování metabolitů KCH v tělesných tekutinách je zatím možné jen na specializovaných pracovištích. Za cenné lze považovat především nálezy v synoviální tekutině. Nálezy v krvi a v moči nedávají přesný obraz o poměru katabolických a metabolických dějů, protože mohou být ovlivněny různým biologickým poločasem markerů, funkčním stavem jater a ledvin i dalšími faktory. Nutné je také vzít v úvahu, že KCH představuje jen 10-15 % veškeré tělesné chrupavčité hmoty. Přesto lze uvedené nálezy pokládat za přínosné. Ukazují cesty, jimiž se lze přiblížit k problematice destrukce a reparace KCH a tím i kauzální léčbě OA. /1/
Naše práce /16/ svědčí pro to, že lze podpořit antioxidační sytém a tedy obranu proti katabolickému působení VR na chrupavku směsí antioxidantů - selenu, zinku, β-karotenu a vitaminů C a E. Jistým pokrokem v ovlivnění stavu KCH a tím i pokrokem v léčbě OA se zdají být tzv. pomalu působící antirevmatika. /12/ Na rozdíl od nesteroidních antirevmatik nevyvolávají katabolické děje v KCH. Některými autory je jim připisována také inhibice tvorby VR. /12/

Tato práce vznikla za podpory grantu IGA MZ ČR č. 4002-3.

Literatura
1. Ettrich, U., Fenglr, H., Dressler, K. a ost.: Überblick über den
aktuellen Stand der messbaren Parameter des
Knorpelstoffwechsels in verschiedenen Körpenflüssigkeiten.
Z.Rheumatol., 57, 1998, č. 6, s. 375-391.
2. Shinmei, M., Kobayashi, T., Yoshiara, Y. a ost.: Significance of
the levels of carboxy terminal type-II-procollagen peptide,
chondroitin sulphate isomers, tissue inhibitor of metalloprotein
and metalloproteinases in osteoarthritis joint fluid. J.Rheumatol.,
22, 1995, Supl. 43, s. 78-81.
3. Erlacher, L., Chee-Keng, N.G., Ullich, R. a ost.: Presence of
catrilage-derived morphogenetic proteins in articular cartilage and
enhancement of matrix replacement in vitro. Artritis Rheum., 41,
1998, č. 2, s. 263-273.
4. Blanco, F.J., Guitian, R., Vázuquez-Martul, E. a ost.:
Osteoarthritis chondrocytes dye by apoptosis. A possible pathway
for osteoarthritis pathology. Arthritis Rheum., 41, 1998, č. 1, s.
284-289.
5. Dodge, G.R., Diaz, A., Sanz-Rodriquez, C. a ost.: Effects of
interferon-gama and tumor necrosis factor-alpha on the expression
of the genes encoding aggrecan, biglycan, and decorin core
proteins in cultured human chondrocytes. Arthritis Rheum., 41,
1998, č. 2, s. 274-283.
6. Kučera, M., Racek, J., Holeček, V., Krejčová, I.: Volné radikály a
antioxidační systém u revmatických onemocnění. Čes.Reumatol.,
5, 1997, č. 1, s. 14-17.
7. Kučera, M., Racek, J., Holeček, V., Krejčová, I.: K otázce
možného významu volných radikálů v etiopatogenezi
osteoartrózy. Čes.Reumatol., 5, 1997, č. 4, s. 175-177.
8. Brandt, K.D., Mankin, H.Y.: Pathogenesis of osteoarthritis. In:
Textbook of Reumatology, W.B. Saunders Comp., 1993, s. 1355-
1373.
9. Frenkel, S.R., Clancy, R.M., Ricci, J.L. a ost.: Effects of nitric
oxide on chondrocyte migration and cytoskeletal assembly.
Arthritis Rheum., 39, 1996, s. 1905-1912.
10. Halliwell, B.: Oxygen radicals, nitric oxide and human
inflammatory disease. Ann.Rheum.Dis., 54, 1995, s. 505-510.
11. Palmer, R.M.J., Hickery, M.S., Charles, Y.H. a ost.: Inducation of
nitric oxide synthetase in human chondrocytes.
Biochem.Biophys.Res.Comm., 193, s. 398-405.
12. Pavelka, K.: Symptomaticky pomalu (dlouhodobě) působící léky
osteoartrózy (SYSADOA), nová léková skupina. Pokroky
v revmatologii. ALTER, 1996, s. 159-171.
13. Racek, J., Holeček, V.: Nemoci a stavy působené volnými radikály
a možnosti jejich výzkumu. Klin.Biochem.Metab., 23, 1994, č. 2,
s. 94-98.
14. Rougley, P.J., Nquyen, Q., Mort, J.S.: The role of proteinases and
oxygen radicals in the degradation of human artriculat cartilage.
Kuettner, K. a ost. (ed): Artricular Cartilage and Osteoarthritis.
Raven Press Ltd., New York, 1997, s. 305-317.
15. Racek, J., Holeček, V.: Antioxidační ochrana organismu - od
teorie k praxi. Diagnóza, 1997, č. 1, s. 3-10.
16. Kučera, M., Racek, J., Holeček, V., Trefil, L.: Význam volných
radikálů v patogenezi revmatických chorob a možnosti snížení
jejich patogenního působení. Vnitř.Lék., 44, 1998, č. 12, s. 702-
706.