Artículo General

  • Osteoartritis: Una patología de la matriz extracelular

Resumen

En la presente revisión se describen los componen­tes de la matriz extracelular del cartílago junto con los mecanismos moleculares que provocan su des­trucción originando el proceso degenerativo cono­cido como osteoartritis. Se hace especial mención a la relevancia de esta patología en los equinos.

Abstract

The mayor componente of the cartílage extracellular matrix are described together with the molecular mechanisms involved in their destruccion in the degenerative articular process.    

Contenido

La osteoartritis o enfermedad degenerativa articular se considera como una patología no inflamatoria en su origen, progresiva, estructural y funcional que afecta al cartílago articular y que se acompaña de neoformación ósea. Esta patología se caracteriza por una pérdida gradual de la matriz del cartílago articular; la destrucción avanzada va acompañada por daño óseo. A menudo la enfermedad se asocia con sinovitis y aumento del volumen articular lo que se traduce en dolor y disfunción de las articu­laciones afectadas (Mcllwraith, 1982; Alexander, 1985).

Las causas que llevan a este cuadro pueden ser variadas incluyendo enfermedades sistémicas, fa­llas nutricionales, fallas genéticas y, lo más genera­lizado actualmente, el trauma por uso, especial­mente en las articulaciones de alta movilidad. Tam­bién debe considerarse la participación de otros componentes articulares que pueden contribuir en la iniciación del proceso degenerativo, como es el caso de la membrana sinovial que participa en la activación de enzimas degradativas (Malemud y col., 1987), o la participación del líquido sinovial con su componente de acción lubricante, el ácido hialurónico (Richardson, 1982).

Los primeros eventos bioquímicos que se mani­fiestan en el proceso degenerativo se refieren a las alteraciones de la matriz extracelular del cartílago. El cartílago articular es un tejido único que no contiene vasos sanguíneos, linfáticos y nervios; su contenido en agua se estima en mayor al 70%, correspondiendo el porcentaje restante a la matriz extracelular, que está formada por macromoléculas orgánicas, tales como colágeno y proteoglicanos. En el cartílago los condrocitos se disponen en capas constituyendo el 2% del tejido (Sokolowski, 1982; Alexander, 1985; Hamerman, 1989).

El colágeno característico del cartílago articular es el tipo II, que es un homopolímero formado por tres cadenas α  1 (II). La conformación triple heli­coidal del colágeno junto con la formación de entre­lazos inter e intramoleculares son importantes para la función, ya que le confieren una alta fuerza tensil y resistencia al ataque enzimático (figura 1). Cual­quier alteración en la formación de entrelazos puede resultar en un deterioro de la fibra, y este hecho se encuentra asociado a procesos patológicos (Tanzer, 1973; Bailey y col., 1974; Gunson, 1979).

Figura 1. Componentes macromoleculares del cartílago (Adaptado de Alberts y col.. 1989).

Sin embargo, la osteoartritis no se asocia con defectos genéticos que afecten a las cadenas poli­peptídicas del colágeno aunque se describe que la predisposición para desarrollar esta enfermedad es heredada y, al menos en el humano, involucra a los antígenos de histocompatibilidad dependientes del alelo D en el cromosoma 6 (Rachelefsky y Stiehm, 1975).

El daño producido en el cartílago significa de­gradación de la molécula de colágeno y, precisa­mente este colágeno degradado, desempeña el pa­pel de antígeno en aquellos individuos que tienen predisposición genética a la enfermedad; de este modo, la osteoartritis puede constituir uná patolo­gía autoinmune que se perpetúa por la propia des­trucción del cartílago. Además se debe considerar que, como consecuencia de la situación anterior, se activa la colagenasa latente del cartílago (Pelletier y col., 1983). Al aumentar el daño se involucran otros componentes articulares, como es el caso de la membrana sinovial que sintetiza colagenasa junto con inducir la migración de células sanguíneas en las cuales también se activa la colagenasa latente (Mc Cartney y Tschesche, 1980). El daño generali­zado provoca la activación de fosfolipasas las que al actuar sobre los fosfolípidos de las membranas celulares liberan ácido araquidónico, precursor de las prostaglandinas tipo E, las que serían responsables de la producción de edema, junto con la liberación de bradiquinina que produce la sensación de dolor.

Como una contribución al análisis de los cam­bios en las características del colágeno en patolo­gías osteoartríticas se han realizado estudios que dicen relación con la conformación y contenido helicoidal de esta proteína, así como con su grado de entrelazamiento, en muestras de piel obtenidas de caninos y equinos (Hernández, 1981; Silva y col., 1987).

En estos trabajos hemos demostrado que existen cambios físico-químicos en el colágeno de la piel en estados patológicos que se traducen en moléculas menos entrelazadas y más extraíbles indicando que no sólo se afecta el colágeno de los tejidos directa­mente involucrados, sino que los cambios a este nivel son generalizados.

También en nuestro laboratorio se ha desarrolla­do una técnica de tinción de colágeno en tejidos congelados usando el reactivo MBTH (N-Metil­Benzotiazolidon-Hidrazona) específico para grupos aldehídicos característicos de esta proteína y que originan sus entrelazos (Horvath y col., 1983). Esta técnica nos ha permitido poner en evidencia altera­ciones del colágeno de la matriz extracelular del cartílago y de la cápsula articular en articulaciones metacarpo-falángicas con características osteoartrí­ticas, en equinos. Este hecho se ha relacionado con la cantidad de colágeno y con el grado de entrelaza­miento inter o intramolecular (Horvath y col., 1984; González y col., 1986).

Los proteoglicanos constituyen otro componente importante de la matriz extracelular del cartílago y son responsables de la elasticidad y resistencia del tejido. Esta función está relacionada con el hecho de que estas moléculas sean reversiblemente com­presibles dependiendo del movimiento de agua y de las interacciones intramoleculares (Hascall y Has­call, 1981; Kiviranta y col., 1985). Se encuentran formando agregados, en los que cada subunidad de proteoglicano se une no covalentemente al ácido hialurónico (figura 1). Los proteoglicanos a su vez están formados por una proteína central a la que se unen numerosos glicosaminoglicanos (GAG's) que son característicos de este tejido (Pelletier y col., 1987; Roughley, 1987; Roberts y col., 1989). El condroitinsulfato es el GAG que se encuentra en mayor proporción en la matriz extracelular del car­tílago y contribuye a mantener la fuerza mecánica del tejido (Nakano y col., 1979).  Sin embargo, otros autores indican que son dos los GAG's más abundantes en este tejido: condroitinsulfato y que­ratansulfato; Este último aumentaría su concentra­ción circulante en la osteoartritis (Thonar y col., 1985 y 1987; Hamerman, 1989).

Aunque la pérdida de proteoglicanos desde la matriz extracelular se observa antes que la pérdida de colágeno, los estados finales de la enfermedad pueden involucrar la pérdida de todos los compo­nentes de la matriz y la exposición del hueso sub­condral (Pelletier y col., 1983).

En los cambios irreversibles que significan la destrucción del cartílago, participan enzimas pro­teolíticas del tipo metaloproteasas ácidas y neutras que degradan a los proteoglicanos y al colágeno tipo II. Se ha descrito que las mismas enzimas participan en el recambio normal de estas macromoléculas de la matriz extracelular. Algunos grupos de investiga­dores están trabajando en el control de la activación de las proteasas sinoviales y del cartílago lo que contribuirá al conocimiento del origen de esta pato­logía, así como al desarrollo de nuevas terapias o medidas de prevención de daño mayor.

Más recientemente se ha visto que metabolitos reactivos del oxígeno, producidos en cantidades importantes por los fagocitos, serían capaces de activar o inactivar proteasas, de inactivar inhibido­res de proteasas y de modificar los agregados de proteoglicanos en cartílago neonatal (Roberts y col., 1989).

La actividad de las proteasas provoca la degrada­ción de la porción proteíca de los proteoglicanos lo que se traduce en una pérdida neta de esta macromolécula. La disminución de la amortigua­ción relacionada con esta pérdida deja a las fibras de colágeno particularmente susceptibles a la ruptura mecánica y a la degradación enzimática. Se ha sugerido que la pérdida de colágeno podría tener su origen en una menor síntesis, debido a una disminu­ción en el número de condrocitos, o bien, una mayor degradación por un aumento de la actividad colagenolítica (Burton-Wurster y col., 1982; Pelle­tier y col., 1983; Malemud y col., 1987).

Esta pérdida de componentes de la matriz extra­celular determina que en el cartílago articular apa­rezcan fisuras y erosiones que conducen finalmente a la destrucción de la superficie articular (Tew y Hackett, 1981; Pelletier y col., 1983).

En los modelos osteoartríticos obtenidos por in­tervención quirúrgica, se ha observado que casi siempre se encuentra involucrada la membrana si­novial, membrana semipermeable que controla la difusión de nutrientes hacia los condrocitos.

Otro elemento importante de la articulación, in­volucrado en la osteoartritis, es el líquido sinovial que corresponde a un dializado plasmático modifi­cado por la adición del ácido hialurónico, el cual cumple una función nutricia del cartílago articular y participa en la eliminación de desechos provenien­tes del metabolismo de los condrocitos (Richard­son, 1982).

Se considera que el ácido hialurónico constituiría el principal lubricante de los tejidos blandos de la articulación al revestir y así favorecer el desliza­miento de estas superficies. Sin embargo, no se conocen todos los mecanismos involucrados en la lubricación del cartílago articular. A este respecto se ha observado que la digestión del fluido sinovial con hialuronidasa no produce cambios en la fricción de los cartílagos, mientras que la digestión con tripsina produce un aumento de la fricción, lo que constituye una fuerte evidencia de que una proteína, específicamente una glicoproteína, sería la respon­sable de la lubricación del cartílago articular (Hil­bert y col., 1982; Richardson, 1982).

En el proceso inflamatorio el líquido sinovial contiene linfoquinas o su análogo: catabolina, que produce un incremento de proteoglicanasas y cola­genasa latente. Los factores sinoviales no sólo pue­den aumentar el proceso degradativo en el cartíla­go, sino que además se ha observado que pueden influenciar la síntesis de colágeno o de proteoglica­nos; Así por ejemplo la catabolina reduciría la sínte­sis de proteoglicanos (Malemud y cols., 1987, Din­gle, 1989). En estos modelos, animales y humanos, se ha encontrado una relación entre la severidad de la lesión del cartílago y los niveles de actividad enzimática del cartílago y membrana sinovial (Sa­polsky y Howell, 1982; Pelletier y col., 1986).

Estudios en cultivo de tejido han demostrado que los condrocitos osteoartríticos sintetizan más pro­teoglicanasas que los condrocitos normales (Noji­ma y col., 1986). Se ha postulado la autoactivación de enzimas latentes tal como la activación de cola­genasa de neutrófilos y de algunas metaloproteasas neutras del condrocito en cultivo (Weiss y col., 1985; Malemud y col., 1987).

Asimismo, en cultivo de condocritos se ha visto que tanto las citoquinas como la interleuquina 1 y el factor de necrosis tumoral inducirían la liberación de colagenasa y prostaglandina E2 al tiempo que disminuirían la síntesis de proteoglicanos y coláge­nos. También la fibronectina que se encuentra nor­malmente en el suero, líquido sinovial y matriz del cartílago, muestra un aumento de su contenido en el cartílago osteoartrítico (Hamerman, 1989).

La osteoartritis constituye una de las principales patologías en la Medicina Veterinaria de equinos, ya que en estos animales, por su actividad de trabajo o de deporte, se afectan especialmente aquellas articulaciones de mayor movilidad las que se en­cuentran sometidas con mayor frecuencia a situa­ciones traumáticas. El proceso degenerativo pos­traumático involucra daño de la integridad de las superficies articulares (Mc llwraith, 1982; Nie­bauer, 1988). La destrucción del cartílago es la característica indispensable para definir esta situa­ción de enfermedad degenerativa articular (figura 2).

Figura 2. Posibles causas de la degeneración del cartílago articular del equino (adaptado MC Ilwrait, 1982.

Es frecuente la asociación entre la osteoartritis y fracturas intra-articulares; de ellas, la fractura en astillas es común en equinos fina sangre de carrera jóvenes que se encuentran en el máximo de su rendimiento. En dichas fracturas se desprenden pe­queños trozos de cartílago y de hueso subcondral, los que parecen ser importantes en el desarrollo y perpetuación del proceso crónico postraumático, ya que hay evidencias de que estas partículas de tejido conectivo pueden iniciar procesos inmunológicos (Evans y col., 1984; Niebauer, 1988). De este mo­do los procesos crónicos, secuela de lesiones articu­lares, se traducen en un daño de la integridad del cartílago.

El examen clínico y radiológico constituyen he­rramientas importantes para el diagnóstico de alte­raciones osteocartilaginosas; sin embargo, no pro­porcionan antecedentes de los trastornos molecu­lares involucrados en este proceso, los que son indispensables en la medicina actual para el segui­miento de la implantación de una terapia y de un pronóstico adecuado de la patología. 

Por esto en nuestro laboratorio está en desarrollo una actividad dirigida en una primera etapa a cono­cer los cambios que sufren los componentes de la matriz extracelular del cartílago articular y los pro­ductos de degradación que se eliminan hacia el líquido sinovial. De esta forma ha sido posible determinar, en el líquido sinovial de equinos os­teoartríticos, la presencia de colágeno soluble y colágeno en las partículas cartilaginosas obtenidas por centrifugación de este fluido; Ambos hechos dicen relación con la degradación del cartílago (Horvath y col., 1982; Maldonado y col., 1983; Horvath y col., 1984). 

 Actualmente las enfermedades articulares del equino, prescindiendo de su origen o tipo, perma­necen como la causa invalidante más frecuente de los caballos Fina Sangre de Carrera o de deportes en general.

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