17 лютого, 2020
Харчування, остеоартрит і метаболізм суглобового хряща: чи є зв’язок?
На сьогодні остеоартрит (ОА) є найпоширенішим захворюванням суглобів. Невпинно зростає питома вага ОА в структурі причин інвалідності світової популяції. У глобальному масштабі симптоми ОА мають місце приблизно у 18% жінок і 9,6% чоловіків віком понад 60 років, чверть із них через хворобу не можуть виконувати рутинну повсякденну діяльність. Цей тягар, за оцінками, і далі зростатиме: прогнозоване число випадків ОА до 2050 р. становитиме приблизно 130 млн.
Незважаючи на досягнення сучасної медицини, ефективних лікарських засобів, які могли би впливати на виникнення та перебіг ОА, дотепер немає. Так, анальгетики та нестероїдні протизапальні препарати можуть зменшувати вираженість больового синдрому, однак не здатні уповільнювати прогресування деструктивних змін у хрящі. Крім того, довготривале застосування цих засобів може стати причиною тяжких побічних явищ.
З огляду на це одним із невирішених питань сучасної медицини є вивчення взаємозв’язку між надходженням деяких поживних речовин, котрі складають звичайний харчовий раціон, із метаболізмом хрящової тканини та розвитком і перебігом ОА.
Як здійснюється живлення суглобового хряща
Суглобовий хрящ – спеціалізований тип гіалінової тканини, котра вкриває поверхню кісток у синовіальних суглобах і таким чином покращує ковзання та зменшує тертя суглобових поверхонь під час рухів. До основних фізичних властивостей гіалінового хряща відносять стійкість до навантаження та сил стискання, а також здатність адаптуватися до тиску.
Єдиною популяцією клітин, що представлені в структурі суглобового хряща, є хондроцити (приблизно 1-5% його маси), вбудовані в речовину аморфного позаклітинного матриксу. Останній, своєю чергою, складається переважно з колагенових волокон, які відповідають за стабілізацію силового навантаження на суглоб, і протеогліканів, котрі забезпечують стійкість хряща до стискання.
Відмінною особливістю цієї тканини є те, що вона не містить кровоносних судин і нервових волокон, тому функція живлення здійснюється за рахунок синовіальної рідини та субхондральної кістки. Згідно з результатами досліджень на тваринах, живлення незрілої хрящової тканини здійснюється обома цими шляхами однаковою мірою. У дорослих особин наявний щільний кальцифікований бар’єр субхондральної кістки, що обмежує дифузію рідин і розчинних речовин через судинні канали. Унаслідок цього переважним джерелом поживних речовин у цій групі виступає синовіальна рідина.
Незважаючи на велику кількість проведених досліджень, механізм субхондрального живлення хрящової тканини залишається предметом дискусій. Повідомлялося про те, що кровоносні судини субхондральної кістки можуть розширювати свою мережу і проникати через новоутворені канали в суміжні ділянки кальцифікованої зони хряща і в такий спосіб здійснювати транспорт поживних речовин до хрящової тканини. Ця теорія підтверджує важливість вищеописаного шляху живлення суглобового хряща. Так, було висловлено припущення, що завдяки перфузії глюкози, кисню та води із субхондральних судин забезпечувалося 50% потреби суглобового хряща в цих речовинах.
Привертає увагу факт кореляції процесів ангіогенезу з розподілом навантаження та дією сил стискання на суглобовий хрящ і субхондральну кістку. В експериментальних моделях на тваринах показано, що кальцифікована зона хряща є проникною для дифузії низькомолекулярних розчинних сполук, однак циклічні зміни суглобового хряща можуть призводити до дифузії макромолекул.
Важливо відзначити особливості транспорту сигнальних молекул, що здійснюють комунікаційну взаємодію та функціональну асоціацію між кальцифікованим хрящем та остеохондральним відділом субхондральної кістки. Так, перенесення цих сполук до хрящової та кісткової тканин здійснюється через субхондральні судини й остеоцитарну лакунарно-канальцеву систему кістки.
Вплив амінокислот і ліпідів на розвиток та перебіг ОА
Основним джерелом енергії хондроцитів вважається глюкоза, однак відзначається також роль ліпідів хрящової тканини як важливого енергетичного ресурсу клітин суглобового хряща. Ліпіди здійснюють структурну та сигнальну функції і становлять приблизно 1% органічного сухого залишку хряща. Так, холестерол і жирні кислоти (ЖК) є основними ліпідами, що найбільшою мірою залучені в патофізіологічні процеси суглобового хряща. Ця група речовин надходить до хондроцитів шляхом омивання хрящової тканини синовіальною рідиною або ж утворюється в них de novo за допомогою присутніх у клітинах хряща білків, що беруть участь у метаболізмі ЖК і синтезі холестеролу.
Структурна функція холестерину підтверджується його високим умістом у складі клітинних мембран хондроцитів. До того ж зріла хрящова тканина містить велику кількість насичених ЖК, а також лінолеву, олеїнову та пальмітинову кислоти. Загальний склад ЖК у суглобовому хрящі може змінюватися залежно від харчування. Особливості раціону визначають безпосередню кількість надходження цих поживних речовин до організму. Так, в експериментах на тваринах було виявлено, що застосування дієти з високим умістом ω3-поліненасичених
Дотепер немає єдиної думки щодо значення ліпідів у розвитку ОА. Так, наявні дані свідчать, що ЖК, можливо, змінюють перебіг процесів деструкції хрящової тканини. Однак варто підкреслити, що кожна ЖК чинить унікальний вплив на метаболізм хряща. Наприклад, лінолева кислота реалізує прозапальний ефект, натомість олеїнова та пальмітинова кислоти мають здатність інгібувати процеси деструкції та знижувати інтенсивність запалення хрящової тканини.
Однією з найважливіших функцій ЖК у складі суглобового хряща вважається їхня здатність перетворюватися в ейкозаноїди. Так, представники родин ω3- та ω6-ПНЖК є необхідними субстратами для ферментів циклооксигенази та ліпоксигенази. Останні, своєю чергою, відповідають за синтез простагландинів, яким притаманні прозапальні властивості, та лейкотрієнів, що характеризуються вираженою протромботичною дією.
Цікаво, що в хрящах хворих на ОА відзначаються високі показники ЖК і підвищена експресія металопротеїназ й ейкозаноїдів, похідних ліпоксигенази та циклооксигенази. Це свідчить про можливу роль зазначених речовин у патогенезі ОА. Привертає увагу дослідження Y. Wang і співавт. (2008), яке виявило зв’язок між уживанням
Встановлено також особливе значення амінокислот не лише як основних структурних елементів білкових молекул, а і як попередників багатьох важливих низькомолекулярних сполук (дофаміну, глюкозаміну, креатину, оксиду азоту та ін.). Так, у пацієнтів з ОА відзначалися зміни амінокислотного профілю в зразках плазми крові, синовіальної рідини та сечі. Отже, порушення метаболізму амінокислот та їхнього профілю може відігравати роль у патогенезі ОА.
Вплив вітамінів і мікроелементів на метаболізм суглобового хряща
Вітаміни з антиоксидантними властивостями, а саме вітамін Е, попередники вітаміну А, каротиноїди й аскорбінова кислота, можуть уповільнювати або інгібувати процеси окислення субстратів і здатні захищати клітини від ушкодження, коли можливості власних внутрішньоклітинних антиоксидантних ферментів вичерпано.
Вважають, що споживання деяких груп вітамінів у великій кількості може сповільнювати розвиток захворювань, пов’язаних зі старінням. На противагу цьому дослідження Т. MacAllindon і співавт. (1996) не виявило значимого зв’язку між надходженням вітамінів С, Е й каротину та розповсюдженістю ОА колінного суглоба. При цьому в учасників, які вживали більшу кількість вітаміну С, було відзначено знижений ризик розвитку болю в колінах. Заслуговують на увагу й результати випробовування J. Peregoy і співавт. (2011), котрі завдяки контролю змінних величин виявили користь застосування добавок вітаміну С у запобіганні ОА колінного суглоба в учасників The Clearwater Osteoarthritis Study (триває з 1988 р.).
Результати деяких клінічних випробовувань свідчили про скоріше негативний вплив надмірного вживання деяких вітамінів на розвиток і перебіг ОА. Так, одне дослідження показало, що хворі, які належали до верхнього тертилю споживання вітамінів С та Е, мали підвищений ризик ОА колінного суглоба порівняно з тими, хто перебував у нижньому тертилі. Натомість в інших випробовуваннях такий зв’язок був суперечливим і навіть негативним. Наприклад, у японців – мешканців сільської місцевості, які належали до середнього тертилю споживання
Привертає увагу нещодавнє дослідження K. Y. Chin і співавт. (2018), яке вказує на те, що високі ендогенні рівні вітаміну Е можуть виступати як прооксиданти та спричиняти ушкодження суглобового хряща. Відповідно, відзначено позитивний вплив низьких ендогенних концентрацій вітаміну Е на здоров’я хрящової тканини та негативний – високих.
Варто підкреслити роль вітаміну К як речовини, що бере участь у процесах мінералізації кісткової та хрящової тканин. У низці досліджень було оцінено зв’язок статусу за вітаміном К (вітаміном К1 – філохіноном) й ОА. Деякі крос-секційні випробовування виявили, що знижені сироваткові рівні вітаміну К1 були пов’язані з більшою розповсюдженістю ОА колінного суглоба та суглобів кистей і рук. До того ж у спостережних дослідженнях було продемонстровано асоціацію між субклінічним дефіцитом вітаміну К та збільшенням частоти виявлення рентгенологічних змін ОА колінного суглоба й уражень хрящової тканини на МРТ. Натомість в осіб із дуже низькими ендогенними рівнями вітаміну К спостерігалося пришвидшене прогресування уражень суглобового хряща та меніска.
Привертають увагу результати рандомізованого клінічнічного випробування, у якому порівнювалося застосування вітаміну К1 і плацебо. Результати засвідчили відсутність впливу додаткового вживання вітаміну К на рентгенологічну картину ОА суглобів рук. При цьому переваги застосування вітаміну К були виявлені в учасників, які мали його дефіцит на початку дослідження. Так, наприкінці дослідження було відзначено звуження суглобового простору в осіб, які досягли достатнього сироваткового рівня вітаміну К1 під час подальшого спостереження.
Ще одне клінічне випробовування за участю пацієнтів старших вікових груп показало, що початково підвищений статус вітаміну К1 був пов’язаний із кращими фізичними показниками суглоба. Хоча поздовжні дані цього дослідження були менш послідовними, автори припускають деяку роль цього вітаміну в підтриманні суглобової функції без здатності змінювати рівень функціональних порушень суглоба.
Суперечливими є дані щодо зв’язку між певним рівнем вітаміну D у сироватці крові та ризиком виникнення ОА. Так, у дослідженні B. Heidari і співавт. (2011) було показано, що особи віком до 60 років з ОА колінного суглоба в разі значно знижених сироваткових рівнів вітаміну D мали удвічі вищий ризик виникнення раннього ОА порівняно з контролем. R. K. Chaganti і співавт. (2010) повідомляли, що в чоловіків із підтвердженим дефіцитом вітаміну D частота рентгенологічно виявленого ОА кульшового суглоба була удвічі вищою.
У великій кількості клінічних випробувань і метааналізів намагалися оцінити взаємозв’язок між статусом вітаміну D і ризиком прогресування ОА. Так, дослідження A. P. Bergink (2009) продемонструвало збільшення ризику рентгенологічного прогресування ОА колінного суглоба у хворих, які вживали недостатню кількість вітаміну D. Натомість D. T. Felson і співавт. (2007) не виявили асоціації між зниженими рівнями сироваткового вітаміну D і ризиком надмірного зменшення об’єму суглобового хряща в пацієнтів з ОА. Утім, багато авторів указують на наявність зв’язку між дефіцитом вітаміну D і підвищеним ризиком рентгенологічного прогресування ОА колінного суглоба.
У дослідженнях широко вивчався вплив добавок вітаміну D на симптоми та прогресування ОА. Наприклад, Т. McAlindon і співавт. (2013) встановили, що на фоні застосування добавок вітаміну D у коректних дозах підвищення сироваткових рівнів вітаміну D ≥36 нг/мл не зменшувало больові симптоми чи втрату об’єму хрящової тканини в пацієнтів із симптоматичним ОА колінного суглоба. З іншого боку, D. Sanghi і співавт. (2013) повідомляли про незначну перевагу застосування добавок вітаміну D у зменшенні больового синдрому та поліпшенні суглобових функцій у пацієнтів з ОА. Результати аналізу S. Zheng і співавт. (2017) свідчили про певну користь таких добавок у вигляді незначного зниження втрати об’єму хряща та зменшення інтенсивності запалення суглобів.
Отже, питання впливу розглянутих вітамінів на ризик виникнення та прогресування ОА досі залишається відкритим для вивчення і дискусій. Проведення подальших доказових випробовувань дозволить розробити ефективні рекомендації щодо оптимального вживання вітамінів у хворих на ОА.
Деякі мікроелементи як важливі компоненти раціональної дієти можуть впливати на різні фізіологічні та патологічні процеси в організмі, в тому числі на метаболізм хрящової тканини та перебіг ОА. Наприклад, магній, що є другим найпоширенішим внутрішньоклітинним катіоном, тісно пов’язаний з імунними реакціями організму. Деякі дані свідчать про ймовірний зв’язок між рівнем магнію в організмі та ризиком розвитку ОА. Так, у мешканців ендемічних за ОА районів було відзначено зниження концентрацій магнію і кальцію в сироватці крові. Крім того, зниження рівня сироваткового магнію було виявлено в жінок-близнюків, які страждали на ОА.
Припускають, що дефіцит магнію може призводити до ураження хрящової тканини внаслідок стимуляції процесів неконтрольованого росту кристалів із високим умістом кальцію. Імовірно, магній може сприяти диференціації та життєздатності хондроцитів. Результати досліджень на тваринах показали знеболювальний ефект магнію, що досягався завдяки його впливу на рівні цитозину та нейромедіаторів.
Відомо, що магній впливає на перебіг імунних реакцій організму. Так, було виявлено зв’язок між недостатнім надходження магнію з продуктами харчування та підвищенням рівнів С‑реактивного білка й інших маркерів запалення. З огляду на це припускають, що дефіцит магнію відіграє певну роль у розвитку запалення з низьким ступенем активності, що, очевидно, може сприяти ініціації та прогресуванню ОА.
Цікавими є результати одного перехресного дослідження, яке виявило незначний, але істотно важливий зворотний зв’язок між надходженням магнію та частотою виявлення рентгенологічних ознак ОА колінного суглоба в представників європеоїдної раси. У проспективному когортному дослідженні було виявлено зв’язок між недостатнім надходженням магнію та інтенсивнішим больовим синдромом, а також гіршими результатами функціональних тестів у хворих на ОА, які споживали низьку кількість клітковини.
Підкреслюється також роль селену для нормального забезпечення біологічних функцій. Цей мікроелемент міститься у великій кількості органічних речовин, з-поміж яких варто відзначити селеноцистеїн – складову селенопротеїнів, які беруть участь у регуляції процесів диференціювання епіфізарної ростової пластинки, а також виконують антиоксидантні функції. На тваринних моделях було продемонстровано, що селеновий дефіцит в остеохондральних прогеніторних клітинах призводить до порушення росту скелету та формування субхондральної кістки, затримки осифікації та тяжкого хондронекрозу. Незважаючи на суперечливі дані, додаткове вживання селену виявилось ефективним у первинній профілактиці та лікуванні хвороби Кашина-Бека в дітей.
Вплив інших нутрієнтів на метаболізм суглобового хряща та розвиток і перебіг ОА допоки вивчається. Так, цинк може втручатися у ферментативні процеси, що впливають на деградацію матриксу суглобового хряща, та відігравати роль металопротеїнази. Варто звернути увагу на результати дослідження L. B. Radakovich і співавт. (2017), яке виявило, що надмірне накопичення заліза в організмі морських свинок з ожирінням було пов’язане з тяжчим перебігом ОА колінного суглоба.
Особливості харчування та ОА
Фахівці аналізують вплив дієти західного типу, що передбачає вживання у великій кількості червоного м’яса, молочних продуктів із високим умістом жиру, рафінованих зерен та асоціюється з підвищенням рівнів С‑реактивного білка й інтерлейкіну‑6, на розвиток і перебіг ОА. Вважається, що ця дієта має потенційно прозапальні властивості.
Натомість середземноморська дієта ґрунтується на переважному вживанні риби, продуктів із цільного зерна, зелених овочів і фруктів. Цей тип харчування асоціюється з нижчими рівнями показників системного запалення. У ході 4-річного спостережного когортного дослідження N. Veronese і співавт. (2018) виявили зв’язок між високою прихильністю до середземноморського типу харчування та зниженням ризику посилення больового синдрому і клінічної симптоматики в пацієнтів з ОА колінного суглоба.
Отже, раціональне харчування є запорукою оптимального надходження достатньої кількості поживних речовин, а саме жирів, білків, вуглеводів, вітамінів і мінералів, що, імовірно, позитивно впливає на метаболізм суглобового хряща, а отже, може попередити розвиток ОА чи принаймні полегшити його перебіг. Утім, багато питань, пов’язаних з ефектами дієти на перебіг ОА, потребують подальшого вивчення.
Підготувала Лілія Нестеровська
Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 2 (471), січень 2020 р.