変形性関節症に対する運動の効果

世界中の多くの国々でジョギングが人気を集めていることから、最近では長距離走が変形性関節症発症の危険因子として注目されています。後ろ向き研究と前向き研究により、中距離走者やマラソンランナーに変形性関節症の臨床的および放射線学的基準が見られる頻度は、走らない人と比べてそれほど多くないことが示されています。しかし、これらの研究のほとんどのデザインには多くの欠陥（統計分析の誤り、変形性関節症の診断方法や評価方法の誤りなど）があるため、結果には疑問が残ります。NE Lane ら (1986、1987、1993) は、以前の研究者の誤りを正そうとしました。彼らは 9 年間にわたり、高齢のアマチュアランナー (平均年齢 65 歳) の変形性関節症の放射線学的徴候を研究しました。このカテゴリーの人々における変形性関節症の発症率（放射線学的に確認されたもの）は、ランニングを好まない同年齢層の発症率を上回らないことが分かりました。レクリエーションランナーのグループでは、軟骨下硬化症は女性に多く見られ、X線写真では男女ともに骨棘が認められる傾向が見られましたが、それでも著者らはアマチュアスポーツは変形性関節症の危険因子ではないと結論付けています。したがって、提示されたデータは、「健康な」関節を持つ人々においては、長距離走が軟骨の変性や変形性関節症の発症を引き起こさないことを示しています。

動物モデルを用いた変形性関節症のバイオメカニクス研究は、上記の結論を裏付けています。PM Newtonら（1997）は、週5日間、1日75分、時速3.3kmで走るよう訓練されたビーグル犬を研究しました。各犬は、11.5kg（体重の130%）の「外因性」負荷を追加で担いました。対照群は、訓練を受けておらず、負荷もかけられていない成犬のビーグル犬で構成されていました。訓練開始から52週間後に、関節軟骨、半月板、靭帯の組織学的検査を実施しました。その結果、負荷レベルは犬の関節組織に変性変化を引き起こさないことが判明しました。訓練を受けた犬と訓練を受けていない犬の軟骨のバイオメカニクス特性に差は認められませんでした。

別の研究では、若い（骨格が未熟な）ビーグル犬を15週間、中程度の難易度のプログラム（傾斜15度のトレッドミルで時速4km）で訓練しました。その結果、対照群（訓練を受けていない群）の動物と比較して、軟骨の肥厚とプロテオグリカンの合成増加が認められました。しかし、訓練を受けた動物の軟骨中のプロテオグリカンのほとんどはヒアルロン酸と凝集する能力を失い、コンドロイチン-6-硫酸塩の含有量が増加していました。この研究の著者らは、このレベルの負荷が動物の関節軟骨における基質沈着物の成熟を促進すると示唆しています。

若いビーグル犬を対象とした研究では、トレーニングプログラムはやや複雑で、1日20kmを15週間行いました。この負荷は、大腿骨外側顆の関節軟骨におけるコラーゲン濃度の低下、水分量の増加、コンドロイチン6硫酸塩とコンドロイチン4硫酸塩の比率の低下を引き起こしました。距離を1日40kmに増やし、トレーニング期間を52週間に延長すると、軟骨細胞外マトリックス（ECM）中のプロテオグリカン含有量が減少しました。グリコサミノグリカンの最も顕著な減少は、大腿骨顆の先端、特に軟骨の表層部で確認されました。

Little ら (1997) は、慢性的に激しいトレーニングが馬の手根関節におけるプロテオグリカン代謝の変化を引き起こす可能性があることを実証しました。この研究では、中程度から激しいトレーニング負荷が、大きな凝集プロテオグリカン (アグリカン) と 2 つの小さな皮膚硫酸含有プロテオグリカン (デコリンとビグリカン) の合成と分解に及ぼす影響を調べました。競技馬の第 3 手根骨の、負荷が高く損傷しやすい 3 箇所から関節軟骨組織片を採取しました。臨床的または放射線学的に中部手根関節病変の証拠がない 3 歳から 5 歳の馬 12 頭が研究に含まれました。トレーニング プログラムは、週 3 日、6 m/s で 2000 m を走り、研究の 8 週目の終わりまでに 4000 m に増やすことで構成されました。その後、すべての動物は2つのグループに分けられました。グループAの動物は同じモードでトレーニングを継続し、グループBの動物は強化トレーニングモード（17週間、週4日、4000メートルの距離を8メートル/秒の速度で走る）を受けました。トレーニング終了から16週間後、両側の第3手根骨の特定の領域から材料が採取されました。

両群の動物の軟骨組織学的検査では、軟骨表層の陥没、石灰化軟骨の破壊、および第三手根骨背側橈骨顆部領域のみに見られる「波状境界」が明らかになった。検出された組織学的変化には、A群とB群の間に有意差は認められなかった。B群の動物の関節軟骨組織片の培養では、A群の動物よりも背側橈骨顆部の軟骨から培地中に放出されたプロテオグリカンの量が多く、これはB群で異化作用がより高いことを示唆している。B群の動物から得られた組織片では、プロテオグリカンへの³⁵ Sの取り込みはそれほど顕著ではなかった。同時に、この群の動物ではデコリン生合成の増加が観察され、ビグリカン生合成の強度に変化は認められなかった。したがって、得られた結果は、馬の長期にわたる集中的なトレーニングがアグリカン合成の阻害と皮膚硫酸含有プロテオグリカンの合成の増加を引き起こすことを示しています。

結合組織全般、特に軟骨におけるデコリンの機能的役割は、依然として研究対象となっています。デコリンは、コラーゲン高分子の組織化、細胞増殖、そして成長因子活性（例：TGF-β）の調節において中心的な役割を果たすと考えられています。コラーゲンゲルにデコリンを添加すると、添加しない場合と比較して、より均一で細いコラーゲン線維の沈着が見られました。産後頸部組織では、コラーゲンネットワークの崩壊とデコリンレベルの上昇が相関していました。したがって、デコリンは結合組織の修復およびリモデリングプロセスの「導体」として機能している可能性が高いと考えられます。

大きな動的負荷を受けた馬関節軟骨細胞によるデコリン合成が増加する理由は、損傷を受けた軟骨細胞から機械的過負荷に反応して放出されたデコリンがメッセンジャーとして働くためと解釈できる。この仮説は、超生理学的機械的負荷を受けた軟骨細胞によるデコリン産生の増加を示したin vitroおよびin vivo研究によって裏付けられている。THV Korverら (1992) は、in vitroで7日間周期的に負荷をかけると、関節軟骨組織片でのデコリン合成が3倍増加すると報告した。NA Vissenら (1994) も同様の結果を得ており、彼らは成熟および未熟関節軟骨組織片を使用している。GS Douradoらは、前十字靭帯切断によりイヌで誘発された初期 (肥大性) 変形性関節症のモデルにおいて、デコリン合成が骨芽細胞で阻害されたことを報告した。 （1996）は、不安定化した関節の軟骨におけるビグリカン、デコリン、フィブロモジュリンの mRNA レベルの上昇を観察しました。

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