Moderne Umweltfaktoren in der Pathogenese der Arthrose

Zusammenfassung Arthrose (OA) ist größtenteils eine Alterserkrankung, daher ist zu erwarten, dass ihre Prävalenz heute höher ist als in der Vergangenheit, einfach weil mehr Menschen länger leben, insbesondere in Europa, den Vereinigten Staaten und anderen entwickelten Ländern. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass die zunehmende Lebenserwartung wahrscheinlich nicht der einzige Grund für die hohe Prävalenz von Arthrose (OA) ist. Wallace et al. verfolgte langfristige Trends in der Prävalenz von Knie-Arthrose in den Vereinigten Staaten anhand von Skelettresten von 2.576 Erwachsenen über 50 Jahren, von prähistorischen Jägern und Sammlern bis hin zu Stadtbewohnern des 21. Jahrhunderts. Die Ergebnisse zeigen, dass Menschen, die seit der Mitte des 20. Jahrhunderts starben, etwa doppelt so häufig an Arthrose erkrankten wie Menschen, die früher starben, was die Erwartungen bestätigt, dass die Krankheit häufiger geworden ist. Dieser Anstieg der Prävalenz ist jedoch auch nach Kontrolle des Alters in einem verallgemeinerten linearen Modell offensichtlich, was auf das Vorhandensein zusätzlicher wichtiger Risikofaktoren hinweist , die erst im letzten halben Jahrhundert allgegenwärtig geworden sind. Die Pathogenese von Arthrose beinhaltet, wie bei allen Krankheitsursachen, Wechselwirkungen zwischen Genen und der Umwelt. Der Anstieg der Arthroseprävalenz in den letzten Generationen weist jedoch darauf hin, dass Umweltveränderungen ein wichtiger Faktor sind, der zur derzeit hohen Arthroseprävalenz beiträgt.

Unter bestimmten Umweltbedingungen überleben und sich fortpflanzen

Infolgedessen passen sich alle Organismen in unterschiedlichem Maße an Aspekte der Umwelt an, in der ihre Vorfahren lebten, einschließlich der damit verbundenen Ernährung und körperlichen Aktivitätsmuster. Wenn sich die Umgebung verändert, was zwangsläufig der Fall ist, können die Allele der Vorfahren, die einst durch natürliche Selektion bevorzugt wurden, nicht mehr mit den Merkmalen der neuen Umgebung übereinstimmen. Letztendlich sind Menschen aufgrund solcher Ungleichgewichte anfälliger für Krankheiten, die in früheren Generationen selten oder nicht vorhanden waren. Nichtübereinstimmungen zwischen vererbten genetischen Varianten und sich verändernden Umgebungen sind ein grundlegender Treiber der Evolution, aber zahlreiche Belege deuten darauf hin, dass solche Nichtübereinstimmungen beim Menschen aufgrund schneller Umweltveränderungen im Zusammenhang mit der kulturellen Evolution immer häufiger und schwerwiegender werden. unserer Spezies.

Obwohl der Mensch fast während seiner gesamten über 200.000-jährigen Evolutionsgeschichte Jäger und Sammler war , hat sich in den letzten etwa 12.000 Jahren ein großer Teil der Weltbevölkerung von körperlich aktiven Jägern und Sammlern zu einem Verzehr von hauptsächlich wilden Pflanzen und Tieren entwickelt . , über Landwirte , die in landwirtschaftlichen Gemeinschaften angesiedelt sind , die von Getreide und anderen domestizierten Nahrungsmitteln abhängig sind , bis hin zu postindustriellen Arbeitern , die sich nur wenig körperlich betätigen und stark verarbeitete Nahrungsmittel zu sich nehmen . Obwohl diese Veränderungen in der Umwelt, die im Laufe der Evolution in Sekundenschnelle stattfanden, viele Vorteile und Annehmlichkeiten mit sich brachten, wird angenommen, dass sie auch für die Entstehung einer Vielzahl von Fehlanpassungskrankheiten verantwortlich sind .

Aufgrund der langen Evolutionsgeschichte des Menschen als körperlich aktive Jäger und Sammler, die sich ballaststoffreich, aber zuckerarm ernährten, geht man beispielsweise davon aus, dass die zunehmende Prävalenz von Typ-2-Diabetes mit den jüngsten Verschiebungen hin zur Inaktivität zusammenhängt. körperliche Aktivität und übermäßiger Verzehr von Lebensmitteln mit hohem Zuckergehalt, aber wenig Ballaststoffen, was zu einer anhaltend positiven Energiebilanz, erhöhter Adipositas und chronischen leichten Entzündungen führt , die zu einer Insulinunempfindlichkeit führen können .

Bei der Überlegung, ob Erkrankungen wie OA Beispiele für Fehlanpassungskrankheiten sind, ist jedoch Vorsicht geboten, da das Konzept der Fehlanpassung häufig auf ein breites Spektrum von Gesundheitsstörungen angewendet wird, sowohl in der wissenschaftlichen Literatur als auch in der Fachliteratur. In der populären Presse handelt es sich eher um eine Annahme denn um eine Hypothese , die sorgfältig geprüft werden muss. Wie bei der sogenannten „Paläolithischen Ernährung “ werden manchmal allzu vereinfachte Behauptungen über die potenziellen gesundheitlichen Vorteile aufgestellt, die mit einem Leben mehr wie unsere alten Vorfahren einhergehen, und basieren auf irreführenden Karikaturen vergangener Umwelten12 und der falschen Annahme, dass Menschen sich zu einem gesunden Menschen entwickelt haben9 Offensichtlich wirken sich nicht alle spezifischen Merkmale moderner Umwelt negativ auf die Gene aus, die wir erben, und viele Umweltveränderungen können von Vorteil sein , etwa Antibiotika, Kühlung oder die Verwendung von Gipsverbänden bei Knochenbrüchen. Unter Berücksichtigung dieser Einschränkung schlagen wir zwei Hauptkriterien für die gründliche Prüfung der Mismatch-Hypothese für Krankheiten wie Arthrose vor:

1. Erstens, dass die Krankheit heute häufiger vorkommt als in früheren Populationen, wenn man die Unterschiede in der Lebenserwartung berücksichtigt.
    
2. Zweitens, dass vermeidbare Krankheitserreger in modernen Umgebungen häufiger vorkommen.

Obwohl OA keine neue Krankheit ist und bei paläolithischen Jägern und Sammlern13 und neolithischen Bauern14 dokumentiert wurde, liefern die Studie von Wallace et al.3 und frühere Studien mit kleineren archäologischen Proben überzeugende Beweise dafür, dass OA das erste Kriterium einer Fehlanpassungskrankheit erfüllt heute häufiger als früher. Solche Studien sind jedoch retrospektiv und können nicht alle Ursachen für den jüngsten Anstieg der Arthrose identifizieren. Allerdings liefern Hinweise darauf, dass die Prävalenz von Arthrose in Industrieländern im letzten halben Jahrhundert sprunghaft angestiegen ist, wichtige Hinweise darauf, welche vermeidbaren Ursachen für Arthrose verantwortlich sein könnten. Die auffälligsten Kandidaten sind Fettleibigkeit, metabolisches Syndrom, Ernährungsumstellungen und körperliche Inaktivität (Abb . 1).

Kasten: Auswirkung der Adipositas-Epidemie auf die Prävalenz von Arthrose Obwohl es schwierig ist, genau zu quantifizieren, wie viel der aktuellen Prävalenz von Arthrose (OA) auf eine bestimmte Umweltveränderung zurückzuführen ist, liefern die Daten von Wallace et al.3 einen Hinweis auf den ungefähren Einfluss von Die Adipositas-Epidemie auf dem Niveau der Knie-Arthrose in den Vereinigten Staaten. Unter den Personen in ihrer Skelettstichprobe, für die der BMI zum Zeitpunkt des Todes dokumentiert wurde, waren 25 % der in den letzten Jahrzehnten verstorbenen Menschen fettleibig, verglichen mit nur 1 % in früheren Zeiten , und bei übergewichtigen Personen war die Rate 2,2-mal höher (95 %-KI 1,6). –3,0) der Knie-OA-Prävalenz als nicht adipöse Personen. Diese Daten deuten darauf hin, dass Fettleibigkeit heute das Risiko einer Knie-Arthrose auf etwa 1 von 4 Menschen über 50 Jahren verdoppelt, während vor etwa einem halben Jahrhundert nur 1 von 100 Menschen ein ähnlich erhöhtes Risiko für Knie-Arthrose hatte . Allerdings waren Wallace et al.3 nur begrenzt in der Lage, die vollständige Auswirkung von Fettleibigkeit auf die Prävalenz von Knie-Arthrose einzuschätzen, da der BMI ein eher ungenaues Maß für übermäßige Adipositas ist und der BMI erst zum Zeitpunkt des Todes bekannt war. Diese Daten liefern starke Belege dafür, dass der jüngste starke Anstieg der Fettleibigkeit dazu geführt hat, dass viel mehr Menschen einem erhöhten Risiko für die Entwicklung einer Knie-Arthrose ausgesetzt sind.

Abbildung : Modell der Arthrose als Fehlanpassungserkrankung. In allen Bevölkerungsgruppen nimmt die Prävalenz von Arthrose (OA) mit zunehmendem Alter zu, aber die Mismatch-Hypothese sagt voraus, dass die Prävalenz in jedem Alter in modernen Umgebungen aufgrund eines hohen Ausmaßes an Fettleibigkeit, chronischer Metaflammation, körperlicher Inaktivität und einer Ernährung mit verarbeiteten Lebensmitteln, die reich an Osteoarthritis sind, höher ist Zucker und gesättigtes Fett und arm an Ballaststoffen .

Fehlausrichtungsfaktoren

Fettleibigkeit

Fettleibigkeit wird häufig als Ursache für Fehlanpassungskrankheiten angesehen , da die meisten menschlichen Körper bis in die Neuzeit selten, wenn überhaupt, einem hohen Grad an langfristig positiver Energiebilanz ausgesetzt waren und daher selten Anpassungen entwickelten, um mit den Folgen umzugehen überschüssiges Fettgewebe, insbesondere viszerales. Wie erwartet ist Fettleibigkeit ein starker und bekannter Risikofaktor für Arthrose, insbesondere Knie-Arthrose. Es wird berichtet, dass die Inzidenz von Knie-Arthrose bei Erwachsenen ≥ 40 Jahren bei übergewichtigen Menschen (BMI ≥ 30) etwa dreimal häufiger und bei krankhaft fettleibigen Menschen (BMI ≥ 35) fünfmal häufiger auftritt als bei Menschen mit gesundem Gewicht (BMI <25). Angesichts eines so starken Zusammenhangs ist die zunehmende Prävalenz von Arthrose in Industrieländern in gewissem Maße eindeutig auf die jüngste wachsende Adipositas-Epidemie zurückzuführen (Kasten 1).

Der Zusammenhang zwischen Fettleibigkeit und Knie-Arthrose ist besonders schädlich, da dadurch ein Teufelskreis entsteht, in dem Arthrose- Schmerzen die körperliche Aktivität einer Person stark einschränken können, was zu einer weiteren Gewichtszunahme und einer Schwächung der Gelenke führt. die Muskeln, die die Gelenke stabilisieren und schützen, was wiederum die Schmerzen und das Fortschreiten der Arthrose verschlimmern kann. Eine solche negative Rückkopplungsschleife könnte ebenso leicht durch Gelenkschmerzen wie durch Fettleibigkeit ausgelöst werden, doch es gibt Hinweise darauf, dass Fettleibigkeit in den meisten Fällen dem Auftreten von Arthrose vorausgeht. Die entscheidende und kausale Rolle von Fettleibigkeit bei der Pathogenese von Arthrose wird außerdem dadurch unterstrichen, dass die Mehrheit der Menschen mit Arthrose, die sich einer bariatrischen Operation unterzogen haben, um eine Gewichtsabnahme herbeizuführen, eine erhebliche Schmerzreduktion erfährt. Gelenk- und andere Symptome. Es gibt Hinweise darauf, dass der Knorpelverlust verlangsamt werden kann, wenn eine übergewichtige Person 10 % oder mehr ihres ursprünglichen Gewichts verliert .

Auch eine Gewichtsabnahme kann die Schmerzempfindlichkeit verringern und somit zur Schmerzlinderung beitragen. Obwohl die genauen Mechanismen, durch die Fettleibigkeit das Auftreten von Arthrose beeinflusst, nicht vollständig geklärt sind, ist die älteste und vielleicht intuitivste Erklärung, dass Fettleibigkeit eine abnormale Belastungsumgebung für tragende Gelenke schafft. Belastungen an sich sind nicht schlecht für die Gelenke, da sie für die normale Entwicklung und Erhaltung der Gelenke notwendig sind. Einige Belastungen bergen jedoch eindeutig das Potenzial, Knorpel und anderes Gelenkgewebe zu schädigen und somit die Anfälligkeit für Arthrose zu erhöhen Verletzungen und Arthrose.

Das mit Fettleibigkeit verbundene zusätzliche Körpergewicht erhöht das Ausmaß der axialen Belastungen, die von tragenden Gelenken getragen werden, was zu einem Teil des durch Fettleibigkeit verursachten Arthroserisikos führen kann. Bei Menschen mit einer Varusfehlstellung des Knies könnten diese großen Belastungen besonders schädlich sein, da sie die Adduktionsmomente des Knies verstärken können . Darüber hinaus kann eine geringe Muskelkraft im Verhältnis zum Körpergewicht die Fähigkeit der transartikulären Muskeln, Stöße zu absorbieren, verringern und die Geschwindigkeit und Variabilität der Gelenkbelastung erhöhen.

Mechanoinflammation und Metainflammation

Eine beeinträchtigte Fähigkeit, Gelenke zu stabilisieren, könnte dazu führen, dass Kräfte in Bereichen der Gelenke konzentriert werden, die für solche Belastungen nicht ausreichend angepasst sind und daher anfällig für Schäden sind. Das Hauptergebnis einer abnormalen Knorpelbelastung ist eine Schädigung der Knorpelmatrixstruktur aus Kollagenfibrillen und Proteoglykanen. Der durch abnormale Belastungen verursachte Knorpelabbau kann bis zu einem gewissen Grad durch Abnutzung erfolgen, es gibt jedoch Hinweise darauf, dass die Hauptwirkung solcher Belastungen darin besteht, die Produktion von Metalloproteinasen durch Chondrozyten zu stimulieren und diese Proteine ​​in der Matrix zu aktivieren. Abnormale Belastungen aktivieren Mechanorezeptoren auf der Oberfläche von Chondrozyten, die wiederum intrazelluläre Signalwege (z. B. Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) oder Kernfaktor-κB (NF-κB)) und die Produktion von proinflammatorischen und katabolen Mediatoren aktivieren. In die Gelenkhöhle freigesetzte Matrixfragmente können Synoviozyten- und Makrophagenreaktionen auslösen und diese proinflammatorischen und katabolischen Mediatoren weiter freisetzen, ein Prozess, den wir als Mechanoinflammation bezeichnen 39 (Abb. 2).

Mechanische Faktoren sind wahrscheinlich nicht die einzigen Faktoren, die zu einer durch Fettleibigkeit verursachten Arthrose beitragen, da Fettleibigkeit das Risiko einer Arthrose nicht nur in tragenden Gelenken, sondern auch in nicht tragenden Regionen wie den Händen erhöht . Der Zusammenhang zwischen Fettleibigkeit und Arthrose ist im Allgemeinen bei Gelenken, die Gewicht tragen, stärker als bei nicht tragenden Gelenken, aber dieser Unterschied in der Anfälligkeit zwischen den Gelenken ist ein Beweis dafür, dass die Auswirkung von Fettleibigkeit auf Arthrose komplexe Wechselwirkungen beinhaltet. zwischen mechanischen und systemischen Faktoren . Obwohl über diese systemischen Faktoren noch viel zu lernen bleibt, deuten Beweise darauf hin, dass eine vorherrschende Quelle Fettgewebe ist , das Zytokine (einschließlich Adipokine) produziert und in den Blutkreislauf freisetzt, von denen viele (wie IL-1, IL-6, IL- 8, IFNγ, TNF, Leptin und Resistin) fördern chronische Entzündungen von geringem Ausmaß , auch Metainflammation genannt , für die der Körper nicht gut angepasst ist (Abb. 2).

Es wurde experimentell gezeigt, dass mehrere dieser Zytokine eine wichtige Rolle bei der Auslösung von Arthrose spielen. Das Adipokin Leptin scheint bei der Entstehung von OA besonders wichtig zu sein, da altersbedingte Knie-OA bei adipösen Mäusen mit Leptinmangel nicht auftritt . Der direkteste Weg, über den hohe Mengen an Leptin und anderen Zytokinen im Blut die Arthrose beeinflussen, ist die Diffusion in die Synovialflüssigkeit und die lokale Aktivierung proteolytischer Enzyme wie Matrix-Metalloproteinase 1 (MMP1), MMP3 und MMP13, die einen Matrixabbau im Knorpel auslösen können und andere Gelenkgewebe. Eine durch Fettleibigkeit verursachte Metainflammation kann sich jedoch auch indirekter auf Arthrose auswirken, indem sie andere kritische Stoffwechselfaktoren moduliert, wie im nächsten Abschnitt erläutert wird.

Abbildung 2 | Mechanoinflammation versus Metaflammation . Sowohl Osteoarthritis (OA) als auch Fettleibigkeit beginnen mit der Aktivierung des angeborenen Immunsystems , das durch lokale Stimulation des Gelenkgewebes, das einer abnormalen Belastung ausgesetzt ist, oder systemische Stimulation des Fettgewebes hervorgerufen wird. Die Aktivierung angeborener Immunantworten kann zu zwei Arten von leichten Entzündungen führen: Mechanoinflammation und Metainflammation . Eine geringgradige Entzündung wiederum schwächt das Gelenkgewebe und erhöht ihre Anfälligkeit für Schäden durch nachfolgende Belastung und den Beginn einer Arthrose.

Metabolisches Syndrom

Eine weitere häufige Ursache von Fehlanpassungskrankheiten, die ebenfalls aus einer übermäßigen und langfristig positiven Energiebilanz entstehen, ist das metabolische Syndrom, das durch eine Gruppe kardiometabolischer Faktoren definiert wird, die häufig mit Fettleibigkeit einhergehen, darunter zentrale Adipositas, Dyslipidämie, veränderte Nüchternglukosespiegel und hohe Blutwerte Druck. Menschen mit metabolischem Syndrom haben ein erhöhtes Risiko für eine Vielzahl von Gesundheitsstörungen, insbesondere Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Typ-2-Diabetes und einige Krebsarten. Zahlreiche Hinweise deuten darauf hin, dass das metabolische Syndrom einst eine seltene (fast nicht vorhandene) Krankheit in nichtindustriellen Bevölkerungsgruppen war. Angesichts der zunehmenden Prävalenz des metabolischen Syndroms in Industrieländern und eines Zusammenhangs mit Fettleibigkeit ist es nicht überraschend, dass die Hypothese aufgestellt wurde, dass das metabolische Syndrom ein wichtiger Risikofaktor für Arthrose ist .

Eine durch Fettgewebe verursachte Metaflammation ist fast immer mit einem metabolischen Syndrom verbunden und beeinflusst stark die metabolische Dysregulation, die mehreren Stoffwechselkomponenten zugrunde liegt . Diese einzelnen Komponenten des metabolischen Syndroms könnten wiederum den Beginn oder das Fortschreiten der Arthrose beeinflussen. Experimentelle Erkenntnisse deuten beispielsweise darauf hin, dass Hyperglykämie negative Auswirkungen auf den Chondrozytenstoffwechsel haben kann und dass Typ-2-Diabetes die Struktur extrazellulärer Matrizen verändern kann, was zu einer Anreicherung fortgeschrittener Glykationsendprodukte (AGEs) führt. Im Knorpel versteifen AGEs die Matrix und verhindern so eine optimale Gelenkdämpfung bei mechanischer Belastung. Darüber hinaus können AGEs Chondrozyten über spezifische AGE-Rezeptoren signalisieren, die Synthese von Metalloproteinasen zu steigern, und sollten daher letztendlich zu einem weiteren Abbau der Knorpelmatrix führen. Oxidiertes LDL , ein entzündungsförderndes peroxidiertes Lipid, das in hohen Konzentrationen im Plasma von Patienten mit metabolischem Syndrom nachgewiesen wird, kann die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies durch Chondrozyten stimulieren und so den Matrixabbau vorantreiben.

Hoher Blutdruck könnte aufgrund der Induktion einer stromabwärts gelegenen Gewebeischämie auch an der Pathogenese der Arthrose beteiligt sein . Wenn die Ischämie die Blutgefäße des subchondralen Knochens beeinträchtigt, könnte der Nährstoffaustausch zwischen dem subchondralen Knochen und dem Knorpel beeinträchtigt werden, was zu einem veränderten Stoffwechsel der Gelenkzellen führt. Trotz experimenteller Hinweise auf mehrere potenzielle Signalwege, die das metabolische Syndrom und die Arthrose miteinander verbinden, sind die Daten aus Studien am Menschen widersprüchlich und die meisten Studien zeigen keinen Zusammenhang zwischen dem metabolischen Syndrom und der Knie-Arthrose. nach Berücksichtigung des BMI. Beispielsweise war in einer Studie mit 991 Personen das metabolische Syndrom stark mit einer Knie-Arthrose verbunden, nach der Kontrolle des Körpergewichts verschwanden die Zusammenhänge jedoch. Andere Studien haben jedoch herausgefunden, dass Arthrose der Hand (jedoch nicht Arthrose des Knies) stark mit dem metabolischen Syndrom verbunden ist, selbst nach Berücksichtigung des Körpergewichts.

Interessanterweise wurde gezeigt, dass Menschen mit hohem Blutdruck unabhängig von Fettleibigkeit ein erhöhtes Risiko für Knie-Arthrose haben , und die Prävalenz von Arthrose war bei Menschen mit Typ-2-Diabetes höher als bei Menschen ohne Diabetes, unabhängig von Gewichtsunterschieden. Darüber hinaus weist eine MRT-Studie darauf hin, dass Patienten mit Typ-2-Diabetes im Vergleich zu Menschen ohne Diabetes eine beschleunigte Degeneration der Knieknorpelmatrix aufweisen, selbst nach Korrektur von ethnischer Zugehörigkeit, Alter, Geschlecht, Ausgangs-BMI und Schweregrad der Arthrose, gemessen anhand des anfänglichen Kellgren-Lawrence Punktzahl. Obwohl experimentelle Forschung und einige Humanstudien Hinweise darauf liefern, dass einzelne Komponenten des metabolischen Syndroms (außer Adipositas) zur Pathogenese von Arthrose beitragen, sind weitere Daten erforderlich, um zu klären, inwieweit die derzeitige Prävalenz von Arthrose auf moderne Zunahmen der Arthrose zurückzuführen ist Prävalenz des metabolischen Syndroms.

Ernährungsumstellung

Die zunehmende Prävalenz von Arthrose in Industrieländern wirft die Frage auf, ob Ernährungsumstellungen zu Ungleichgewichten führen, die zur Arthrose beitragen. Die moderne Ernährung in vielen Industrieländern unterscheidet sich von der früherer Generationen dadurch, dass sie wesentlich energiereicher und verarbeiteter ist, mit Zucker, Salz und gesättigten Fettsäuren, aber weniger Ballaststoffen, frischem Obst und Gemüse . Diese Ernährungsumstellungen wirken sich mit ziemlicher Sicherheit auf das Arthroserisiko aus, indem sie eine anhaltend positive Energiebilanz und übermäßige Adipositas fördern, möglicherweise aber auch die Wahrscheinlichkeit von Hyperglykämie, Dyslipidämie und arterieller Hypertonie erhöhen . Allerdings können moderne Ernährungsumstellungen nicht nur eine metabolische Dysregulation begünstigen, sondern auch das OA-Risiko auf andere Weise beeinflussen. Ein zusätzlicher Ernährungsfaktor von besonderer Relevanz ist eine reduzierte Zufuhr von Antioxidantien . Reaktive Sauerstoffspezies sind an der Seneszenz von Chondrozyten, dem Abbau der extrazellulären Matrix, synovialen Entzündungen und subchondralen Knochenstörungen beteiligt.

Die Ernährung vieler entwickelter Länder zeichnet sich durch einen Anstieg des Verhältnisses von entzündungsfördernden Omega-6-Fettsäuren und entzündungshemmenden mehrfach ungesättigten Omega-3-Fettsäuren aus . Allerdings bleibt der Nachweis, dass dieses Ungleichgewicht zur Entstehung von Krankheiten beiträgt, umstritten. In einer Studie reduzierte die Zugabe von Omega-3-Fettsäuren zur Ernährung die Schwere der posttraumatischen Arthrose bei Mäusen und begrenzte die begleitende Synovitis, während in einer anderen Studie die Anreicherung der Nahrung mit Omega-3-Fettsäuren das Auftreten von Arthrose nicht verringerte. Knie bei Mäusen.

Beim Menschen wurde in OA-Studien nicht berichtet, dass sich die Wirkung von Omega-3-Fettsäure-Ergänzungsmitteln auf Gelenkschmerzen auswirkt. Darüber hinaus verringerte Sulforaphan, ein in Brokkoli reichlich vorkommendes Isothiocyanat , den Schweregrad der OA bei Mäusen, möglicherweise durch Schutz vor Schäden durch reaktive Sauerstoffspezies. Es gibt nun Pläne, den Verzehr von Brokkoli in einer klinischen OA-Studie zu testen. Es gibt widersprüchliche Beweise für die Wirkung des antioxidativen Vitamin C auf OA beim Menschen. Experimente an Mäusen, Ratten und Meerschweinchen zeigten, dass Vitamin C das OA-Risiko erhöhen kann. Andererseits ist Vitamin K , das in grünem Blattgemüse wie Spinat, Grünkohl und Brokkoli enthalten ist, ein notwendiger Cofaktor für die γ-Carboxylierung einiger kalziumbindender Proteine, einschließlich des Matrixproteins gla, einem Inhibitor von Vitamin K. abhängige Mineralisierung im menschlichen Gelenkknorpel.

Viele Beobachtungsstudien am Menschen haben gezeigt, dass ein Vitamin-K-Mangel das Risiko für Arthrose erhöht, aber es gab noch keine klinischen Studien, in denen die Behandlung mit Vitamin K getestet wurde. Experimentelle Studien weisen auf andere Ernährungsfaktoren hin, die möglicherweise an der OA beteiligt sind, aber in Studien am Menschen noch nicht sorgfältig untersucht wurden (Abb. 3). Einige Gruppen haben gezeigt, dass eine fettreiche Ernährung den Schweregrad einer posttraumatischen Arthrose bei Mäusen und Ratten erhöhen kann. Interessanterweise verschlimmerte sich der Schweregrad der Arthrose bei gleicher Kalorienmenge durch eine Ernährung, die reich an gesättigten statt ungesättigten Fettsäuren war.

Fettleibigkeit und Alterung gehen mit einer Darmdysbiose einher , die zu chronischen altersbedingten Stoffwechselerkrankungen führen kann. Die Rolle der Ernährung bei der Modulation der Zusammensetzung und Stoffwechselaktivität des Darmmikrobioms ist mittlerweile bekannt. Die Diffusion von biologisch aktiven Metaboliten (wie Acetat, Propionat und Butyrat) und Lipopolysaccharid, einem Bestandteil der mikrobiellen Zellwand, vom Darm in den Blutkreislauf, was bei Patienten mit Fettleibigkeit zu einer erhöhten Darmpermeabilität und Dysbiose führt, ist mit einer leicht systemischen Entzündung verbunden . Obwohl es keine Beweise dafür gibt, dass diese von der Dysbiose abgeleiteten Metaboliten eine direkte pathophysiologische Rolle bei Arthrose spielen, stimmen die Ergebnisse einiger experimenteller Studien mit dieser Hypothese überein.

Ein wichtiger Ernährungsfaktor, der die Darmmikrobiota verändert, sind Ballaststoffe . Veränderungen im Darmmikrobiom könnten mit dem Mangel an Ballaststoffen in der modernen Ernährung zusammenhängen. In zwei Kohorten hatten Freiwillige im höchsten Quartil der gesamten Ballaststoffaufnahme eine geringere Rate neu aufgetretener symptomatischer Arthrose als diejenigen im untersten Quartil der gesamten Ballaststoffaufnahme. Tatsächlich gilt: Je höher die Ballaststoffaufnahme, desto weniger Knieschmerzen haben OA-Patienten . Die Aufnahme von Ballaststoffen wurde in OA-Studien am Menschen noch nicht als Behandlungsmethode getestet. Tierstudien deuten auch darauf hin, dass die Darmmikrobiota die Arthrose beeinflusst; zum Beispiel eine Reduktion von Bifidobacterium spp. bei adipösen Mäusen wurde mit einer erhöhten Migration von Makrophagen in das Synovialgewebe in Verbindung gebracht, was die Arthrose beschleunigte, während eine Nahrungsergänzung mit Oligofructose, einem unverdaulichen Ballaststoff, bei adipösen Mäusen mit einem Gelenkschutz verbunden war.

Körperliche Inaktivität

Mechanische Belastung spielt in fast allen Fällen von Arthrose eine wichtige Rolle. Da körperliche Aktivität die häufigste Ursache für Gelenkbelastungen und ein Umweltfaktor ist, der sich in der modernen Welt verändert hat, erfordert jede Betrachtung von Arthrose als Krankheit des Ungleichgewichts eine Untersuchung der Veränderungen in körperlichen Aktivitätsmustern. Wie bereits erwähnt, ist ein wichtiger und bekannter Risikofaktor für Knie-Arthrose ein Gelenktrauma , insbesondere Risse des vorderen Kreuzbandes und des Meniskus , die zu abnormalen Belastungsgradienten und übermäßiger fokaler Belastung innerhalb des Knorpels führen können.

Daher wurde die Hypothese aufgestellt, dass die verstärkte Teilnahme an Sportarten und anderen sportlichen Aktivitäten, die häufig zu Verletzungen dieser Art führen, die Grundlage für die derzeit hohen OA-Werte ist. Diese Hypothese ist jedoch mutmaßlich , da frühere Generationen, insbesondere prähistorische Bevölkerungsgruppen, mit ziemlicher Sicherheit ein hohes Maß an mäßiger und intensiver körperlicher Aktivität praktizierten und dennoch eine geringere Prävalenz von Arthrose aufwiesen.

Ob Menschen heute im Durchschnitt anfälliger für Verletzungen und posttraumatische Arthrose sind als früher, ist höchst spekulativ. Obwohl ein Trauma zweifellos das Risiko für Arthrose erhöht, ist körperliche Inaktivität , die in den letzten Jahrzehnten vor allem in vielen entwickelten Ländern zu einer Epidemie geworden ist, wahrscheinlicher für die erhöhte Prävalenz von Arthrose verantwortlich. Zu den Signalwegen, durch die körperliche Inaktivität das OA-Risiko erhöhen kann, gehören die indirekte Förderung von Fettleibigkeit und Metaentzündungen, Depressionen oder Telomerverkürzungen (Abb. 4).

Allerdings könnte körperliche Inaktivität auch direkt zur Pathogenese der Arthrose beitragen. Da sich das Bewegungsapparat, wie viele physiologische Systeme, so entwickelt hat, dass es biophysikalische Reize aus der Umgebung benötigt, um die Kapazität an den Bedarf anzupassen, sind die durch Aktivität erzeugten mechanischen Belastungen entscheidend für die Entwicklung und Aufrechterhaltung einer optimalen Muskelstruktur und -kraft. Gelenkgewebe und die sie umgebenden Muskeln . Darüber hinaus kann eine Verringerung der Belastung aufgrund eines körperlich inaktiven Lebensstils zur Bildung schwächerer, instabilerer Gelenke führen, die anfälliger für Schäden und Abnutzung sind.

Mit anderen Worten führt körperliche Inaktivität dazu, dass die normale Beanspruchung fehlt , sodass es unwahrscheinlich ist, dass Einzelpersonen eine normale Gelenkkapazität erreichen oder aufrechterhalten. Um dieses „Verwenden Sie es oder verlieren Sie es“ -Prinzip beim Knorpel zu veranschaulichen, zeigen Patienten mit gelähmten Gliedmaßen eine deutliche Ausdünnung des Knieknorpels, während MRT-Studien gezeigt haben, dass Menschen, die regelmäßig an Belastungsübungen teilnehmen, einen dickeren Knorpel haben, und in einer Studie Es wurde sogar beobachtet, dass diese Personen weniger Knorpeldefekte aufwiesen als körperlich inaktive Menschen. Tierversuche haben zu ähnlichen Ergebnissen geführt: Nichtgebrauchsexperimente ( z. B. Immobilisierung oder Entlastung der Gliedmaßen von Nagetieren) zeigen durchweg mehrere katabolische Wirkungen auf das Gelenkgewebe, darunter eine Ausdünnung aller Knorpelschichten, einen verringerten Proteoglykangehalt des Knorpels aufgrund einer erhöhten Expression von Metalloproteinasen und eine Demineralisierung des subchondralen Knochens aufgrund der Aktivierung von Osteoklasten.

Im Gegensatz dazu zeigte eine Metaanalyse der körperlichen Betätigung bei mehreren Tierarten, dass im Vergleich zu Tieren mit einem moderaten täglichen Trainingsprogramm die Kontrolltiere, die sich nicht bewegten, einen dünneren Knieknorpel mit einem höheren Aggrecan-Gehalt aufwiesen. niedrig. Dünnerer Knorpel mit geringerem Aggrecan-Gehalt ist nicht unbedingt osteoarthritischer Knorpel (gelähmte Gliedmaßen entwickeln beispielsweise selten Arthrose), aber es handelt sich um biomechanisch gefährdeten Knorpel . Auch wenn körperliche Inaktivität der Gesundheit der Gelenke schadet, bedeutet dies nicht, dass alle Formen körperlicher Aktivität gut für die Gelenke sind. Wie bereits besprochen, können einige Arten von Belastungen die Integrität des Gelenkgewebes gefährden, und extreme oder abnormale Belastungen , sei es in Bezug auf Ausmaß, Häufigkeit oder andere Parameter, werden durch einen aktiven Lebensstil aufgrund von Beruf (z. B. Jobs, die …) verursacht (z. B. eine häufige Kniebeugung erfordern) oder Freizeitaktivitäten (z. B. Sportverletzungen) können zu geschädigten Gelenken führen, die anfälliger für Arthrose sind.

Daher ist das Risiko einer Arthrose wahrscheinlich sowohl durch extreme körperliche Inaktivität als auch durch Aktivität erhöht . Obwohl den potenziellen negativen Folgen einiger Arten von körperlicher Aktivität für die Gesundheit der Gelenke große klinische und wissenschaftliche Aufmerksamkeit gewidmet wurde, sollte mehr Aufmerksamkeit darauf verwendet werden, zu verstehen, inwieweit der Rückgang der körperlichen Aktivität den heutigen hohen OA-Werten zugrunde liegt.

Schlussfolgerungen

Obwohl die Ursachen für die hohe und zunehmende Prävalenz von Arthrose noch nicht vollständig geklärt sind, ist eine wichtige Schlussfolgerung dieses Artikels, dass Arthrose den Kriterien einer Mismatch-Erkrankung entspricht , da die derzeitige Prävalenz von Arthrose offenbar teilweise auf umweltbedingte Risikofaktoren zurückzuführen ist die in der modernen Welt verstärkt wurden. Zu diesen Faktoren gehören wahrscheinlich Fettleibigkeit, metabolisches Syndrom, Ernährungsumstellungen und körperliche Inaktivität . Eine noch wichtigere Schlussfolgerung ist, dass das Arthroserisiko zwar durch intrinsische Faktoren wie Alter und Genetik beeinflusst wird, Arthrose jedoch teilweise eine Fehlanpassungskrankheit ist, die durch modifizierbare Faktoren beeinflusst wird , was auf ein erhebliches Präventionspotenzial hinweist. Dies ist eine entscheidende Idee, da verfügbare nicht-chirurgische Behandlungen für OA nur eine Linderung der Symptome bewirken und es keine krankheitsmodifizierenden Medikamente gibt.

Zusammenfassend lässt sich sagen , dass Arthrose zwar in erster Linie eine Alterskrankheit zu sein scheint , aus evolutionärer Sicht jedoch nicht das Alter an sich , das die Krankheit verursacht, sondern vielmehr eine Anhäufung von Gelenkgewebeverschlechterung, die aus Interaktionen zwischen den Genen entsteht, die wir von unseren Vorfahren geerbt haben die Umgebungen, von denen viele neuartig, aber veränderbar sind und denen wir mit zunehmendem Alter begegnen. Aufgrund der evolutionären Herkunft des Menschen als körperlich aktive Jäger und Sammler außerhalb des Energiegleichgewichts haben sich die menschlichen Gelenke wahrscheinlich so entwickelt, dass sie routinemäßige mechanische Belastung erfordern, ohne dass es zu einer durch Adipositas verursachten Metaflammation kommt, um mit zunehmendem Alter zu wachsen und optimal zu funktionieren.

Doch auch wenn Arthrose zum Teil eine Fehlanpassungskrankheit ist, würde die Krankheit nicht aufhören, auch wenn jeder auf der Welt seinen Lebensstil an die Bedingungen anpassen würde, an die das menschliche Bewegungsapparat angepasst ist. Wie die Inzidenz von Arthrose in prähistorischen Populationen zeigt, haben Traumata und andere Risikofaktoren schon immer dazu geführt, dass manche Menschen an Arthrose erkranken. Basierend auf den hier überprüften verfügbaren Beweisen ist es jedoch unwahrscheinlich, dass die Arthrose-Epidemie aufhört, ohne den Rückgang der körperlichen Aktivität und der Qualität unserer Ernährung sowie die damit einhergehenden Auswirkungen auf Fettleibigkeit und metabolische Dysregulation zumindest ansatzweise umzukehren. Es ist eine große Herausforderung, solche Lebensstiländerungen zu fördern.