Contenido de glicosaminoglicanos, aldehídos y proteínas en el líquido sinovial de la articulación metacarpofalángica equina normal y alterada

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Resumen: El objetivo del trabajo fue relacionar la severidad del cuadro osteoartrítico con la concentración de moléculas de la matriz extracelular del cartílago en el líquido sinovial. Para ello se midieron las concentraciones de proteína total y de grupos aldehídos como productos de degradación del colágeno. Además, se midió la concentración de glicosaminoglicanos (GAGs) del líquido sinovial en su valor total (GAGs T) y de una fracción de éstos, que corresponde a los GAGs diferentes del ácido hialurónico o GAGs sulfatados (GAGs S), entre los que se describen esencialmente condroitín sulfato y queratán sulfato. El contenido de ácido hialurónico se calculó por diferencia entre las concentraciones de GAGs T y de GAGs S. Las muestras de líquido sinovial se obtuvieron por artrocéntesis aséptica desde articulaciones metacarpofalángicas de equinos mestizos en matadero, inmediatamente después del beneficio de los animales y luego separadas en cuatro grupos, después del examen visual post mortem de las articulaciones: uno normal como control (n=17) y tres grupos alterados provenientes de articulaciones con diferentes grados de alteración articular (+ = 15; ++ = 12 y +++ = 18). La concentración de grupos aldehidos se determinó a través de una reacción colorimétrica entre aldehídos y N-Metil Benzotiazolidon Hidrazona. Además, para cuantificar los GAGs T y los GAGs S se utilizó un método colorimétrico con Alcian Blue usando diferentes concentraciones de MgCl2. El grupo con daño articular más severo (+++) mostró incremento de la concentración de proteínas y disminución de productos de degradación de colágeno y de la proteína colagenosa (P < 0,05), mientras que la concentración de GAGs T, de GAGs S y de ácido hialurónico no mostró diferencias significativas entre los grupos analizados (P > 0,05), detectándose sólo tendencias a disminuir en la concentración ácido hialurónico y a aumentar en la concentración de GAGs S en el grupo con daño articular más severo (+++). Estos resultados indican que la concentración de productos de degradación del colágeno en el líquido sinovial podría ser utilizada como marcador precoz de los cambios iniciales del proceso osteoartrítico.

Palabras clave: líquido sinovial, colágeno, glicosaminoglicanos.

Summary: The purpose of this study was to evaluate the influence of severity of osteoarthritis on the concentration of degradation products from the cartilage extracellular matrix on synovial fluid. Total protein and aldehyde group concentrations were determined as indicators of collagen degradation. The concentration of glycosaminoglycans (GAGs) in sinovial liquid was also determined, both the total amount (GAGsT) and the fractions corresponding to the GAGs other than hyaluronic acid or sulfated GAGs (GAGsG), that consist mostly of chondroitin and keratin sulfate. The hyaluronic acid content of the synovial fluid was calculated as the difference between the concentrations of GAGsT and GAGsS. Samples of synovial fluid were collected from metacarpophalangeal joints of crossbred equines immediatelly after slaughter, by aseptic needle aspiration and then, following post mortem joint examination, were divided into four groups: a normal group as control (n = 17 ) and three alterated groups, obtained from joints with different degrees damage (+ = 15 ; ++ = 12 and +++ = 18 samples). The synovial fluid aldehyde concentrations were determined by a colorimetric reaction between aliphatic aldehydes and N-Methyl Benzothiazolidon Hydrazone. A colorimetric method with Alcian Blue using different MgCl2 concentrations, was used to quantify GAGsT and GAGsS. These results showed an increase of total protein concentration in the more alterated group (+++) (P < 0,05). The collagen degradation product concentration increased in the group less altered (+) compared whith the more alterated group (+++) and collagen protein concentration showed an increase in both less alterated groups (+ and ++) compared with the more alterated group (+++) (P < 0,05). The GAGsT, GAGsS and hyaluronic acid concentrations did not show statisticant differences between groups. GAGsT and hyaluronic acid concentrations showed a tendency to decrease in the more damaged samples. These results indicate that collagen degradation product concentration in synovial fluid could be used as a marker of initial changes in the osteoarthritis process.

Key words: synovial fluid, collagen, glycosaminoglycans.

INTRODUCCIÓN

La articulación metacarpofalángica del equino cursa frecuentemente con procesos de naturaleza inflamatoria y degenerativa (Maldonado y col 1983). El cartílago articular de las articulaciones móviles está formado por condrocitos, incluidos en una abundante matriz extracelular (MEC) de colágeno tipo II y de proteoglicanos con sus glicosaminoglicanos (GAGs) (Todhunter, 1996). Los condrocitos se encargan de regular activamente la producción y destrucción de estos componentes de la MEC del cartílago (Morris y Treadwell 1994).

El principal colágeno del cartílago articular es el fibrilar tipo II, compuesto por tres cadenas polipeptídicas α1 (II), cuyos extremos corresponden a zonas extendidas no helicoidales, mientras la región comprendida entre ellas, que representa aproximadamente el 95% de la molécula, se organiza formando una triple hélice estabilizada por entrelazos intermoleculares, en los que participan las formas aldehídicas alisina e hidroxialisina que proporcionan resistencia a las fuerzas de tracción (Ricard-Blum y Ville 1989).

Los proteoglicanos, junto al colágeno tipo II, constituyen los componentes orgánicos cuantitativamente más importantes de la MEC del cartílago y son responsables de gran parte de las propiedades fisicoquímicas del tejido (Bayliss y col 1999, Räsänen y Messner 1999). Los proteoglicanos están formados por una proteína central, a la que se unen covalentemente los GAGs, siendo el agrecán el proteoglicano más abundante (aproximadamente 90%) y el de mayor tamaño (3 x 106 Da) (Palmer y Bertone 1994, Hedlund y col 1999). La capacidad de amortiguación del cartílago se debe a la gran retención agua y a la repulsión de los grupos aniónicos de los proteoglicanos (Palmer y Bertone 1994, McIlwraith 1996, Räsänen y Messner 1999).

El agrecán forma grandes estructuras macromoleculares en la MEC del cartílago articular, a través de su unión no covalente con una molécula de ácido hialurónico (Tulamo y col 1996, Maroudas y col 1998). La formación de estos agregados es muy importante desde el punto de vista fisiológico, ya que permite la retención del agrecán y por ende de agua en la MEC del cartílago, asegurándose así la amortiguación normal del cartílago articular (Maroudas y col 1998).

El recambio de la MEC del cartílago está regulado por una serie de factores relacionados con la distribución de la carga mecánica y la presencia de algunas moléculas como el factor de crecimiento tipo insulina (IGF) I y II y el factor de crecimiento transformante ß, que estimularían la síntesis de MEC. Por otro lado, la interleuquina 1 (IL-1) (Morris y Treadwell 1994) y el factor de necrosis tumoral α (Billinghurst y col 1995) producidos por sinoviocitos y condrocitos inhibirían la síntesis de matriz extracelular e inducirían la síntesis y activación de enzimas denominadas metaloproteinasas (MMPs) que degradan los componentes de la matriz extracelular del cartílago (Yoshihara y col 2000; Jin y col 2003). Los colágenos fibrilares presentan una rigidez y gran resistencia a la hidrólisis proteolítica, relacionada con sus entrelazos intermoleculares, que determinan que su recambio molecular sea lento. Se ha descrito que la colagenasa tisular o intersticial o MMP-1 separa las tres cadenas α1 (II) de la triple hélice en puntos específicos del colágeno tipo II (McIlwraith 1996).

Los proteoglicanos poseen un recambio más dinámico y la hidrólisis de la proteína central en sitios específicos por acción de las MMPs provoca la liberación de grandes fragmentos de proteoglicanos que difunden fuera del tejido hacia la cavidad sinovial (Todhunter 1996).

Las MMPs son a su vez inhibidas por dos inhibidores tisulares de las MMPs (TIMPs): los TIMP – 1 y TIMP – 2 (McIlwraith 1996). El desbalance del recambio de la matriz provocado por la pérdida de regulación de la síntesis y de la actividad de las MMPs provoca la pérdida gradual de componentes de la MEC del cartílago que conduce finalmente al desarrollo de la enfermedad degenerativa articular u osteoartritis, que se describe como progresiva, estructural y funcional, con deterioro del cartílago articular y acompañada de un intento de reparación de las superficies articulares con neoformación ósea (McIlwraith 1996).

Existen trabajos cuyo objetivo ha sido caracterizar la pérdida de componentes de la matriz durante la enfermedad degenerativa articular, a través de relacionar la concentración de colágeno (Maldonado y col 1983), GAGs totales y de queratán sulfato del líquido sinovial con el daño del cartílago en las patologías articulares (Todhunter y col 1997, Okumura y Fujinaga 1998). Además, se ha descrito que la concentración de queratán sulfato representaría mejor a los componentes propios de la matriz extracelular del cartílago (Todhunter y col 1997). El daño del colágeno del cartílago articular constituiría un evento central en la patogénesis del envejecimiento del cartílago y de la osteoartritis (Tiku y col 2003).

En este trabajo se planteó como hipótesis la relación directa entre la severidad anatómica del cuadro osteoartrítico y la concentración de componentes de la MEC del cartílago en el líquido sinovial. Para esto se evaluó la concentración total de proteínas, de GAGs distintos del ácido hialurónico y de grupos aldehídicos. Además, se estimó la concentración de ácido hialurónico del líquido sinovial.