مقدمه

استئوآرتریت شایع‌ترین بیماری مفصلی است که عوامل متعددی در ایجاد آن نقش دارند. سن، جنس، ژنتیک، تراکم استخوان، اختلالات آندوکرینی، ضربه‌های مفصلی عمده، فشار بیش از حد به مفاصل ناشی از نوع شغل یا ورزش، اختلالات یا نقایص مادرزادی یا رشدی مفاصل و بیماری‌های التهابی قبلی مفصل را می‌توان جزء این عوامل برشمرد [1]. محدودیت اصلی در مدیریت بیماران مبتلا به استئوآرتریت، فقدان یک روش درمانی مناسب است که منجر به کند شدن روند پیشرفت درمان بیمار ‌شود. متدهایی مانند ورزش و کاهش وزن منجر به بهبود علائم می‌شوند، اما تا به امروز عواملی که بر روند پیشرفت بیماری تأثیر بگذارد یافت نشده است [2، 3] و این امر در مورد دارو‌های ضد‌التهابی غیر‌استروییدی، تزریق داخل مفصلی هیالورونیک، مکمل‌های غذایی، جراحی‌های ترمیم لیگامان صلیبی قدامی و مینیسک هم صدق می‌کند. به همین خاطر فقدان مداخله‌ای که روند بیماری را هدف قرار دهد، منجر به افزایش چشمگیر جراحی تعویض مفصل زانو گشته است [2، 4]. 

واضح است که درمان امن، مؤثر و ارزان‌تر که بتوانند مسیر بیماری را تغییر دهد، تأثیر عمده‌ای بر کیفیت زندگی و هزینه‌های مراقبت بهداشتی در آینده خواهد داشت. با توجه به توانایی ضعیف کندروسیت‌ها در ترمیم، آسیب‌های غضروفی ناشی از آرتروز و تروما چالش‌های بزرگی را در مدیریت بالینی به وجود آورده‌اند. در این میان درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی و مهندسی بافت غضروف راه‌های جدیدی را برای درمان غضروف آسیب‌دیده باز می‌کند [5]. MSCs ‌ به عنوان یک عامل بیولوژیکی درمانی جهت درمان بیماری‌های التهابی و ترمیم بافت مورد توجه قرار گرفته است. تعدادی از مطالعات قبلی تزریق داخل مفصلی MSCs را در درمان بیماری استئوآرتریت مؤثر دانسته‌اند [5، 6]. 

سلول‌های بنیادی از بافت‌های مختلف گرفته می‌شوند و پتانسیل تبدیل شدن به بافت‌های مختلف را نیز دارند [7]. لی و همکارانش در سال 2016 نشان دادند که درمان به وسیله MSCs منجر به ترمیم غضروف آسیب‌دیده در موش‌ها می‌شود [5]. همچنین بوول و همکارانش در سال 2012 مشاهده کردند که موش‌های آرتروزی پس از مزانشیمال تراپی، بهتر توانستند روی پای مبتلا وزن‌اندازی کنند [8]. یکی دیگر از روش‌های درمانی پیشنهاد‌شده برای استئوآرتریت، اُزن‌تراپی است. این روش با هدف درمانی برای ساختارهای مختلف بدن مخصوصاً در بیماری‌های مزمن مانند رماتیسم و استئوآتریت اعمال می‌شود [9، 10]. مقالات متعددی در مورد استفاده از ازن درون‌مفصلی در درمان استئوآرتریت وجود دارد [9، 11-13]. 

با توجه به اینکه بیماری استئوآرتریت یک بیماری پیش‌رونده و تخریب‌کننده مزمن است و باعث ایجاد بسیاری از ناتوانی‌ها در فرد می‌شود، فعالیت ورزشی منظم جزء جدایی‌ناپذیر در درمان استئوآرتریت زانو به حساب می‌آید [14]. برنامه‌های ورزشی منظم با دُز مناسب، به پیشگیری از کاهش قدرت عضله و مقاومت در برابر فعالیت‌های روزانه کمک می‌کند؛ همچنین منجر به کنترل درد و پیشگیری از کاهش دامنه حرکتی مفصل می‌شود [15]. با این حال تمریناتی که در آب انجام می‌شود به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردش مانند شناوری برای بیماران استئوآرتریتی ترجیح داده می‌شود [16]. مقالات متعددی به بررسی اثر ورزش بر استئوآرتریت زانو پرداخته‌اند [17-19]. 

از طرفی، مطالعات گزارش دادند که در افراد بیمار، درد زانو علاوه بر ناپایداری مفصل، با ضعف عضلات درگیر و ناتوانی این بیماران در ارتباط است [20]. همچنین در مطالعه دیگری گزارش شده است میزان ناتوانی در بیمار مبتلا به استئوآرتریت ممکن است با ضعف، تحلیل و یا آسیب عضلات درگیر در ارتباط باشد [21]. بنابراین، با توجه به اینکه یکی از اهداف درمان این بیماران کاهش درد، حفظ تحرک مفصل و به حداقل رساندن ناتوانی در این افراد است، بررسی راهکارهای تقویت، رشد، بازسازی و مکانیسم‌های درگیر در نوسازی عضلات آسیب‌دیده یا آتروفی‌شده در استئوآرتریت زانو می‌تواند به درک بهتر موضوع کمک کند. مطالعات سلولی گزارش دادند که فاکتورهایی، مانند Myostatin و MEF-2C ‌ در تغییرات عضلانی مرتبط با مشکلات استخوانی نقش دارند [22]. 

نشان داده شده است که Myostatin تنظیم‌کننده منفی توده عضلانی است و MEF-2C یک عامل مهم است که با عوامل نظارتی میوژنیک، در تعامل است. موش‌های فاقد MEF-2C در استئوسیت‌ها کاهش میزان اسکلروستین را نشان دادند [22]. بنابراین، با توجه به اینکه MSCs و اُزن‌تراپی روش‌های درمانی نسبتاً جدیدی هستند که بر تعاملات بین بافت عضله و متابولیسم استخوان مؤثر به نظر می‌رسند و تاکنون پژوهشی درباره اثر این روش‌ها بر عوامل تنظیمی و مهاری مؤثر بر تعاملات بین بافت عضله و متابولیسم استخوان در بیماران استئوآرتریت به همراه ورزش هوازی منظم باشد، صورت نگرفته است، در این پژوهش، ما به بررسی اثر سه روش درمانی، تمرین، ازن و سلول‌های بنیادی بر سطوح Myostatin و بیان ژن MEF-2C در مدل موش‌های آرتروزی می‌پردازیم تا راهکار مفید و مناسبی برای بهبود عملکرد افراد مبتلا به استئوآرتریت به دست آوریم.

مواد و روش‌ها

این مطالعه از نوع تجربی بوده است. برای تعیین تعداد جامعه آماری از نرم‌افزار G*Power version 3/1/9/2 , با (N=63 به ازای مقادیر "براساس موضوع پژوهش": 0/55= Effect size F، 0/05=α، 0/8=Power، 9=Number of groups) استفاده شد. جامعه آماری شامل 63 سر موش صحرایی نر بالغ هشت تا دوازده‌هفته‌ای نژاد ویستار، با میانگین وزنی 250 تا 300 گرم بودند. موش‌ها به طور تصادفی به نُه گروه هفت‌تایی تقسیم شدند که شامل دو گروه کنترل سالم و بیمارـ استئوآرتریت و هفت گروه مداخله موش‌های بیمار استئوآریت شامل، سالین (تزریق سالین برای کنترل اثرات احتمالی تزریق ناشی مداخلات پژوهش)، تمرین، اُزن‌تراپی، MSCs ،MSCs اُزن‌تراپی، تمرین اُزن‌تراپی و تمرین MSCs بودند. آزمودنی‌ها در محیطی با دمای محیط 2±22 درجه سانتی‌گراد و رطوبت 5±55 درصد نگهداری شدند. غذا و آب مورد نیاز به صورت آزادانه در اختیار آنان قرار گرفت.

پروتکل تحقیق

نحوه القای استئوآرتریت

 استئوآرتریت با روش جراحی مالفیت و همکاران به موش‌ها القا شد [23]. موش‌ها به وسیله کتامین و زایلازین بیهوش شدند. بعد از اصلاح زانوی راست، یک برش یک سانتی‌متری برای ظاهر ساختن مفصل زانو ایجاد شد. مفصل زانو بلافاصله با جابه‌جایی جانبی استخوان کشکک و لیگامان پتلار باز شد. یک برش طولی از طریق برش مدیال پاراپتلار ایجاد شد. جابه‌جایی جانبی پتلا و لیگامان پتلا توسط فورسپس انجام شد و سپس یک برش ناقص در لیگامان صلیبی داخلی بدون آسیب به غضروف مفصلی و دیگر لیگامنت‌ها ایجاد شد. درنهایت کپسول مفصلی با شش بخیه قابل جذب و پوست نیز با شش بخیه ابریشمی بسته شد. 

برنامه تمرینی

یک ماه بعد از عمل جراحی، یک هفته صرف آشنایی و سازگاری با محیط پژوهش و نوار گردان شد. بدین منظور موش‌ها سه روز در هفته به مدت ده دقیقه با سرعت 16 متر در دقیقه حدود 60 تا 70 درصد Vo²max و با شیب صفر درصد، روی تردمیل فعالیت داشتند. برنامه تمرین اصلی شامل سی دقیقه دویدن روی ترمیل بدون شیب و با سرعت 16 متر در دقیقه در هفته اول با رعایت اصل اضافه‌بار به صورت پیشرونده به 50 دقیقه در هفته هشتم رسید. همچنین پنج دقیقه با سرعت 8، قبل و بعد از تمرین برای گرم و سرد کردن حیوانات اختصاص یافت. گروه کنترل در طول اجرای تمرین فقط روی تردمیل ایستاده بود و دستگاه روشن نمی‌شد. 

نحوه تهیه و تزریق سلول‌های بنیادی

MSCs از مغر استخوان موش‌های نر نژاد ویستار سالم پس از بیهوشی با کتامین و زایلازین استخراج شد. MSCs جدا‌شده در محیطی DMEM‌ با 20 درصد FBS‌ در طول یک شبانه‌روز برای انتخاب سلول‌های چسبان انکوبه شدند. کشت‌ها از محیط فلاسک هر سه روز تعویض شدند تا سلول‌هایی که نچسبیده‌اند جدا شوند و MSCs‌ها بعد از سه تا چهار بار پاساژ شدن به <90 درصد خلوص رسیدند و به هدف تزریق انتخاب شدند. موش‌هایی که در گروه MSCs بودند، 10⁶ سلول بر کیلوگرم از طریق تزریق داخل مفصلی MSCs دریافت کردند. MSCs در مفصل زانوی راست موش‌ها تزریق شد. 

اُزن‌تراپی

ازن از اکسیژن پزشکی درجه 2 توسط دستگاه OZOMED 01 ساخته شد. ازن توسط یک تخلیه الکتریکی با شدت کم تولید شد و غلظت آن با استفاده از اشعه ماورای بنفش در 254 نانومتر اندازه‌گیری شد. ازن در خط مفصلی تیپوفمورال زانو و با غلظت 20µg/ml یک بار در هفته به مدت سه هفته 21 روز بعد از آرتروزی کردن موش‌ها تزریق شد. 

نحوه نمونه‌برداری و اندازه‌گیری متغیرهای تحقیق

پس از اجرای تحقیق تمام حیوانات با شرایط کاملاً مشابه و به دنبال دوازده تا چهارده ساعت ناشتایی و 48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی و تزریقات (جهت حذف اثرات حاد تمرین و دیگر مداخلات)، با تزریق داخلی صفاقی کتامین و زایلازین بیهوش و فدا شدند. 

پس از شکفتن حفره شکمی، بافت عضله رانی به‌دقت جدا و پس از شست‌وشو با آب‌مقطر فریز شد. تمامی بافت فریز‌شده عضله رانی پس از پودر شدن (ساییده شدن) در نیتروژن مایع، در بافر پروتئاز هموژنیزه شد و سپس به مدت بیست دقیقه با سرعت دوازده هزار دور در دقیقه در دمای 4 درجه سانتی‌گراد سانتریفوژ شد. محلول در دمای منهای 80 درجه سانتی‌گراد منجمد شد تا برای آنالیز شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. سنجش سطوح بافتی Myostatin عضله ران با کیت الایزای ساخت شرکت Lsbio و طبق دستورالعمل شرکت سازنده انجام شد. مطالعات بیان ژن MEF-2C در بافت عضله رانی به روش Real time PCR‌ سنجش و پس از کمی‌سازی مقادیر بیان ژن با استفاده از فرمول  تجزیه و تحلیل شد. در ابتدا، نمونه‌های عضلانی در بافر فسفات (pH 7/0) در دمای 4 درجه سانتی‌گراد با هموژنیزه‌کننده همگن شدند. کل RNA‌ها از بافت عضله رانی در تمام موش‌ها طبق پروتکل شرکت سازنده (کیاژن، آلمان) استخراج شد. برای تخمین کمیت و کیفیت RNA‌های استخراج‌شده از روش اسپکتروفتومتری با خاصیت جذب نور در طول موج 260 نانومتر استفاده شد. پس از استخراج RNA با خلوص و غلظت بالا از تمامی نمونه‌های مورد‌مطالعه، مراحل سنتز cDNA طبق پروتکل شرکت سازنده (Fermentas, USA) انجام گرفت و سپس cDNA سنتزشده جهت انجام واکنش رونویسی معکوس مورد استفاده قرار گرفت. 

ابتدا کلیه پرایمر‌های طراحی‌شده مربوط به ژن MEF-2C، مورد بررسی قرار گرفت و سپس بررسی بیان ژن‌ها با استفاده از روش کمی q-RT PCR انجام گرفت. بیان ژن‌های مورد‌نظر با روش PCR Real-Time و با دستگاه Real Q-PCR 29 Master Mix Kit (Amplicon، دانمارک) در چهل سیکل انجام شد. در جدول شماره 1 توالی پرایمرهای مورد استفاده آورده شده است. 


 

توصیف کمی داده‌ها با استفاده از میانگین و انحراف استاندارد بیان شد و جهت تعیین نرمال بودن توزیع داده‌ها از آزمون شاپیرو ویلک استفاده شد. همچنین برای بررسی تغییرات معنی‌دار هریک از متغیرهای تحقیق، بین گروه‌های مختلف، از روش آنالیز واریانس یک‌طرفه و درصورت مشاهده تفاوت معنی‌دار آماری از آزمون تعقیبی توکی استفاده شد. کلیه عملیات آماری با استفاده از نسخه 8 نرم‌افزار GraghPadprism و در سطح معناداری P<0/05 انجام شد.

یافته‌ها

نتایج آزمون آنالیز واریانس یک‌طرفه نشان داد در بین گروه‌های مختلف پژوهش در مقادیر بیان ژن MEF-2C عضله رانی تفاوت وجود دارد (جدول شماره 2، P<0/0001 و F= 56/11 ).



نتایج آزمون تعقیبی توکی نیز نشان داد که بین میانگین بیان ژن MEF-2C عضله رانی در موش‌های مبتلا به استئوآرتریت در مقایسه با گروه‌های تمرین + MSCs، تمرین + ازن و ازن + MSCsتفاوت معنی‌داری وجود دارد (تصویر شماره 1، P<0/05).



گروه‌های MSCs + تمرین، تمرین + ازن و MSCs + ازن افزایش معنی‌داری در بیان ژن MEF-2C عضله رانی در مقایسه با گروه‌های MSCs، تمرین و ازون داشتند (P<0/05). افزایش بیان ژن MEF-2C عضله رانی در موش‌های تحت درمان با ترکیبی از تمرین + MSCsبه طور معنی‌داری بیشتر از سایر گروه‌ها بود (تصویر شماره 1، P<0/05). همچنین، نتایج آزمون آنالیز واریانس یک‌طرفه نشان داد بین گروه‌های مختلف پژوهش در سطوح Myostatin عضله رانی تفاوت وجود دارد (جدول شماره 2، P<0/0001 و F=29/66). نتایج آزمون تعقیبی توکی نیز نشان داد که بین میانگین سطوح Myostatin عضله رانی در موش‌های مبتلا به استئوآرتریت در مقایسه با سایر گروه‌های پژوهش تفاوت معنی‌داری وجود دارد (تصویر شماره 2، P<0/05).



گروه‌های MSCs + تمرین، تمرین + ازن و MSCs + ازن کاهش معنی‌داری در سطوح Myostatin عضله رانی در مقایسه با گروه‌های MSCs، تمرین و ازن داشتند (P<0/05). به طور معنی‌داری، کاهش سطوح Myostatin عضله رانی در موش‌های تحت درمان با ترکیبی از تمرین+ MSCs بیشتر از سایر گروه‌ها بود (تصویر شماره 2، P<0/05). 

 بحث 

در این پژوهش، ما اثرات مثبت سه روش درمانی، تمرین، ازن و سلول‌های بنیادی و ترکیب آن‌ها بر سطوح Myostatin و بیان ژن MEF-2C در عضله رانی مدل موش‌های آرتروزی را مورد ارزیابی قرار دادیم. نتایج ما نشان داد بیان ژن MEF-2C در عضله رانی مدل موش‌های آرتروزی کاهش می‌یابد و در مقابل سطوح Myostatin عضله افزایش می‌یابد. MEF-2C یک فاکتور مهم است که با فاکتورهای تنظیم‌کننده میوژنیک مثل MyoD و Myf5 اثر متقابل دارد. این برهمکنش، به طور هم‌افزایی، ژن‌های مخصوص عضله و افتراق بیوژنیک را فعال می‌کند. 

کاهش MEF-2C در موش‌ها با کاهش سطوح اسکلروستین در استئوسیت‌ها نشان داده شده است. اسکلروستین یک فاکتور خونی است که با استئوسیت‌ها تولید می‌شود و به عنوان یک مهارکننده مسیر سیگنالینگ Wnt عمل کرده و سبب افزایش تشکیل استخوان می‌شود. این یافته‌ها نشان می‌دهد سیگنالینگ MEF-2C-Sclerostin، فعل و انفعال بین ماهیچه و استخوان را از طریق اسکلروستین تنظیم می‌کند [22]. در مقابل، یکی از سازوکارهای تنظیم‌کننده حجم و قدرت عضلانی پیام‌رسانی Myostatin است. Myostatin عضوی از خانوادۀ TGF-β به عنوان فاکتورهای رشدی است که به طور خاص در عضله اسکلتی بیان می‌شود. تأثیرات سلولی Myostatin به روش اتوکراین / پاراکراین، تنظیم‌کننده اصلی رشد عضلات اسکلتی است، به طوری که فعال‌سازی آن به غیرفعال شدن مسیر هایپرتروفی و افزایش بیان آن به آتروفی عضلانی منجر می‌شود. Myostatin تکثیر و تمایز مایوبلاست‌ها و همچنین مسیر Akt/mTOR را مهار می‌کند که تنظیم‌کننده سنتز پروتئین عضلانی است. درواقع، Myostatin تنظیم‌کننده منفی رشد عضلانی است که با کاهش تنظیم مسیر پیام‌رسانی Akt mTOR و کاهش فسفوریلاسیون P70S6K2 ،rpS63 ،Akt و پروتئین اتصالی 4E در توقف هایپرتروفی عضلانی عمل می‌کند [24]. 

همچنین بیان شده که Myostatin با تنظیم بیان ژن MEF2، ترکیب نوع تار عضله اسکلتی را تنظیم می‌کند [25]. از طرفی، عدم استفاده از مفصل آرتروزی، منجر به ضعف عضلانی شده و از آنجا که عضلات نقش قابل توجهی در حفاظت از غضروف به عهده دارند، تقویت عضلات اطراف مفصل بسیار مهم است. تحقیقات نشان داده است که اگر به دلیل درد، عضلات و اندام‌ها حرکت چندانی نداشته باشند، دچار ضعف شده و روزانه حدود 5 درصد از حجم عضله کاهش می‌یابد. قدرت عضله با نیروی تولید‌شده در آن تقویت می‌شود که یکی از ساده‌ترین کارها برای کمک به آن انجام ورزش‌هایی است که عضله به طور مکرر منقبض و منبسط شود [26، 27]. 

نتایج تحقیق حاضر نشان داد انجام تمرین ورزشی با شدت متوسط روی نوارگردان موجب افزایش بیان ژن MEF-2C و کاهش سطوح Myostatin عضله رانی می‌شود. 

کاروالو و همکاران بیان کردند که عدم فعالیت یا ورزش‌های بسیار شدید منجر به تشدید استئوآرتریت می‌شود. در مقابل برنامه‌های ورزشی منظم با دُز مناسب؛ به پیشگیری از کاهش قدرت عضله و مقاومت در برابر فعالیت‌های روزانه کمک می‌کند [15]. دیگر محققان فراتنظیمی mRNA و پروتئین Myostatin را پس از پروتکل هایپرتروفی ناشی از شش و دوازده هفته تمرین گزارش کرده‌اند. هم‌زمان با فرا‌تنظیمی Myostatin، افزایش در ژن تنظیم‌کننده فولیستاتین سرم (FLRG) و کاهش گیرنده activin IIb را نشان دادند. علاوه بر این، مهار Myostatin درون‌زا در موش‌ها به طور قابل توجهی میزان آسیب‌های عضلانی را کاهش داده و موجب افزایش قدرت و توده عضلانی می‌شود [28]. 

مارلن فرانسن و همکارانش در یک مقاله مروری به بررسی اثر تمرین درمانی بر استئوارتریت زانو پرداختند و با 44 آزمایش نشان دادند که ورزش به میزان قابل توجهی کاهش درد، بهبود عملکرد فیزیکی را بلافاصله پس از درمان به میزان متوسط نشان می‌دهد و با بررسی سیزده مطالعه نشان دادند ورزش به میزان قابل توجهی کیفیت زندگی را بلافاصله پس از درمان با اثر کوچک بهبود بخشید. علاوه بر این، دوازده مطالعه اطلاعات پایداری را دو ماه تا شش ماه پس از درمان با ورزش در مورد کاهش قابل توجه درد زانو نشان دادند [29]. محققان دیگر هم افزایش MEF2 را با انجام تمرین نشان دادند [30]. 

حذف MEF-2C در موش‌ها می‌تواند نسبت الیاف نوع I را کاهش دهد و نیز MEF-2C می‌تواند به چندین سیگنال تنظیم‌شده با کلسیم پاسخ دهد و نوع فیبر عضلانی‌اسکلتی را تنظیم کند. MEF-2C همچنین به عنوان یک ژن هدف پایین‌دست از Foxj3 استفاده می‌کند، که می‌تواند نسبت الیاف نوع I را از طریق فعال‌سازی رونویسی توسط Foxj3 کاهش دهد [31]. در مقابل، در مطالعه آندرسون، نشان داده شد MEF-2C برای رشد کلی بدن در عضلات اسکلتی مورد نیاز است، اما در بین موش‌های کنترل و موش‌های فاقد MEF-2C برای ارزیابی توانایی آن‌ها در دویدن روی چرخ دوار تمرینی که برای یک هفته مورد آزمایش قرار گرفتند اختلاف معنی‌داری ثبت نشد [32]. همان‌طور که قبلاً بیان شد علاوه بر تمرین‌درمانی از روش‌های دیگری مانند سلول‌درمانی و اُزن‌تراپی نیز برای بهبود افراد مبتلا به استئوآرتریت استفاده می‌شود. 

در پژوهش حاضر به بررسی اثر تزریق سلول‌های بنیادی مشتق از مغز استخوان و نیز اثر اُزن‌تراپی روی موش‌های مدل آرتروزی پرداخته شد. نتایج پژوهش ما نشان داد هر دو روش درمانی سلول و اُزن‌تراپی موجب افزایش بیان ژن MEF-2C و کاهش سطوح Myostatin در عضله رانی شد. با این حال، زمانی که از ترکیب این مداخلات استفاده شد، نتایج قابل توجهی دیده شد. به طوری که گروه‌های MSCs + تمرین، تمرین + ازون و MSCs + ازون کاهشی معنی‌دار در سطوح Myostatin و افزایشی معنی‌دار در بیان ژن MEF-2C عضله رانی در مقایسه با سایر گروه‌ها داشتند و این تغییرات در موش‌های تحت درمان با ترکیبی از تمرین + MSCs به طور معنی‌داری بیشتر از سایر گروه‌ها بود. همسو با یافته‌های ما، گیبس و همکاران به بررسی اثر ترکیبی درمان برنامه توان‌بخشی ورزشی و تزریق درون‌مفصلی پیوند مغز استخوان استرومد و پلاسمای غنی از پلاکت (PRP) در بیماران مبتلا به استئوآرتریت زانو پرداختند. یافته‌ها نشانگر بهبود نتایج حاصل از ترکیب تزریق درون‌مفصلی پیوند مغز استخوان استرومد و پلاسمای غنی از پلاکت همراه با تمرینات ورزشی در افراد استئوآرتریت بود [33]. 

لی و همکاران نیز در سال 2016 نشان دادند که درمان با MSCs منجر به ترمیم غضروف آسیب‌دیده در موش‌ها می‌شود [5]. همچنین بوول و همکارانش در سال 2012 به بررسی میزان توزیع درد در موش‌های آرتروزی بعد از تزریق MSCs به زانوی مبتلا پرداختند و مشاهده کردند که موش‌ها پس از مزانشیمال تراپی بهتر توانستند روی پای مبتلا وزن‌اندازی کنند [8]. همچنین مطالعات اثر سلول‌های بنیادی در درمان آتروفی را با مهار Myostatin نشان دادند [34]. 

استفاده از سلول‌های بنیادی نظیر سلول‌های مزانشیمی نه‌تنها ساختار مفصل آسیب‌دیده، بلکه جنبه‌های ضدالتهابی و تعدیل سیستم ایمنی را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. سلول‌های بنیادی دو ویژگی مهم دارند که آن‌ها را از انواع دیگر سلول‌ها جدا می‌کنند. این سلول‌ها، سلول‌هایی غیرتخصصی هستند؛ یعنی عمل خاصی را مانند سلول‌های عضله قلب انجام نمی‌دهند و قدرت باز‌سازی و احیای خودشان را از طریق تقسیم سلولی دارا هستند و دیگر اینکه این سلول‌ها تحت شرایط آزمایشگاهی به سلول‌هایی با کارگرد تخصصی تبدیل می‌شوند. یانگ و همکاران نشان دادند که مکانیسم تأثیر MSC در درمان بالینی آسیب‌دیدگی زانو، یک مکانیسم ضد‌التهابی است که سبب بهبود تمایز سلولی می‌شود [35]. 

از طرف دیگر، ازن‌درمانی نیز باعث تولید ماده و گاز ازن در بافت‌ها و بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده و بافت‌های ضعیف در اطراف مفاصل می‌شود. ازن‌درمانی باعث توقف درد و التهاب، رساندن جریان خون بهتر، افزایش مواد مغذی برای بافت‌ها و رساندن اکسیژن به بافت‌های آسیب‌دیده می‌شود. این روش باعث بهبود حرکت و کاهش درد مفصل هم می‌شود. کاملیا و همکاران اثرات مفید ازن را افزایش عرضه اکسیژن در بافت‌های تحت تأثیر التهاب و درد، افزایش جریان خون و از بین بردن زواید متابولیک در مفاصل آسیب‌دیده، از بین بردن انسداد موادی که التهاب و درد را حفظ می‌کنند، تقویت سیستم ایمنی بدن، تحریک مکانیسم‌های بهبود سلامت در بدن و درنتیجه، تحرک مفصلی بهتر و عملکرد بهتر سیستم بدن می‌دانند [36]. 

به طور کلی مکانیسم‌های احتمالی اُزن‌تراپی شامل ضددرد، ضدالتهاب، تأثیرات آنتی‌اکسیدانتی (به وسیله فعال کردن متابولیسم‌های سلولی، کاهش سنتز پروستاگلاندین)، بهبود کیفیت اکسیژن‌رسانی به بافت ها (از طریق عمل بی‌هوازی، وازودیلاسیون و تحریک آنژیوژنز) است [9، 10]. تحقیقات دیگر نیز نشان دادند که اُزن‌تراپی می‌تواند درد بیماران مبتلا به استئوآرتریت متوسط را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و موجب بهبود وضعیت عملکردی آن‌ها شود. مکانیسمی که ازن می‌تواند آستانه درد را بالا ببرد، احتمالاً تحریک دستگاه ضد‌درد است که به واسطه سروتونین درون‌زا و مواد افیونی انجام می‌شود [37].

 یافته‌های ما نشان دادند که درمان ترکیبی با تزریق سلول‌های بنیادی مشتق از مغز استخوان و انجام تمرین با شدت متوسط و نیز ترکیب اُزن‌تراپی و انجام تمرین هر دو، می‌تواند برای بهبود بیان ژن MEF-2C و سطوح Myostatin عضله و نیز تعامل مؤثر عضله با استخوان در موش‌های مبتلا به استئوآرتریت نسبت به روش‌های درمانی دیگر مانند سلول، ازن و تمرین تنها، مناسب‌تر باشد. درمان ترکیبی تزریق سلول‌های بنیادی مشتق از مغز استخوان و انجام تمرین با شدت متوسط بیش از ترکیب اُزن‌تراپی و انجام تمرین تأثیرگذار بوده است. گرچه سلول‌های بنیادی دارای خواص ترمیم‌کنندگی، ضدالتهابی و تعدیل‌کننده سیستم ایمنی هستند، ترکیب آن با تمرین‌درمانی می‌تواند برای کاهش اختلالات ناشی از آرتروز مؤثرتر باشد. 

نتیجه‌گیری

به طور کلی، نتایج ما نشان داد که ترکیبی از تمرین و سلول با بیشترین افزایش در بیان ژن MEF-2C و بیشترین کاهش در سطوح Myostatin عضله رانی احتمالاً می‌تواند اثرات مفیدی بر عوامل تحریکی و مهاری تعاملات بین عضله و استخوان در مدل موش‌های آرتروزی داشته باشد و درنتیجه خطرات تحلیل و ضعف عضلات ناشی از عوارض آرتروز را کاهش دهد. 

ملاحظات اخلاقی

پیروی از اصول اخلاق پژوهش

این پژوهش توسط کمیته مراقبت از حیوانات و استفاده از آن در دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری تأیید شده است (شماره مجوز تصویب: IR.IAU.REC.1398.33).

حامی مالی

این مقاله مستخرج از رساله دکتری زهرا حدادپور با کد رهگیری 70363 در سامانه پژوهشیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری است و با هزینه شخصی انجام شده است. 

مشارکت نویسندگان

تدوین دست‌نوشته و بازبینی نهایی: همه نویسندگان؛ ایده اصلی و اجرای پروتکل: زهرا حدادپور؛ روش‌شناسی و تفسیر نتایج: هاجر عباس‌زاده.

تعارض منافع

هیچ‌گونه تعارض منافع توسط نویسندگان بیان نشده است.

تشکر و قدردانی

بدین‌وسیله نویسندگان مقاله از مسئولان آزمایشگاه حیوانی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری به دلیل همکاری‌های لازم سپاسگزاری می‌کنند.

 

References

1.Loeser RF. Aging and osteoarthritis. Current Opinion in Rheumatology. 2011; 23(5):492. [DOI:10.1097/BOR.0b013e3283494005] [PMID] [PMCID]

2.Loeser RF. The role of aging in the development of osteoarthritis. Transactions of the American Clinical and Climatological Association. 2017; 128:44. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28790486/

3.Hunter DJ, Beavers DP, Eckstein F, Guermazi A, Loeser RF, Nicklas BJ, et al. The Intensive Diet and Exercise for Arthritis (IDEA) trial: 18-month radiographic and MRI outcomes. Osteoarthritis and Cartilage. 2015; 23(7):1090-8. [DOI:10.1016/j.joca.2015.03.034] [PMID]

4.Cram P, Lu X, Kates SL, Singh JA, Li Y, Wolf BR. Total knee arthroplasty volume, utilization, and outcomes among Medicare beneficiaries, 1991-2010. Journal of the American Medical Association. 2012; 308(12):1227-36. [DOI:10.1001/2012.jama.11153] [PMID] [PMCID]

5.Li M, Luo X, Lv X, Liu V, Zhao G, Zhang X, Cao W, Wang R, Wang W. In vivo human adipose-derived mesenchymal stem cell tracking after intra-articular delivery in a rat osteoarthritis model. Stem Cell Research & Therapy. 2016; 7(1):160.[DOI:10.1186/s13287-016-0420-2] [PMID] [PMCID]

6.Desando G, Cavallo C, Sartoni F, Martini L, Parrilli A, Veronesi F, et al. Intra-articular delivery of adipose derived stromal cells attenuates osteoarthritis progression in an experimental rabbit model. Arthritis Research & Therapy. 2013; 15(1):1-6. [DOI:10.1186/ar4156] [PMID] [PMCID]

7.Liu W, Sun Y, He Y, Zhang H, Zheng Y, Yao Y, et al. IL-1β impedes the chondrogenic differentiation of synovial fluid mesenchymal stem cells in the human temporomandibular joint. International Journal of Molecular Medicine. 2017; 39(2):317-26. [DOI:10.3892/ijmm.2016.2832] [PMID] [PMCID]

8.van Buul GM, Siebelt M, Leijs MJ, Bos P, Waarsing JH, Kops N, et al. Mesenchymal stem cell therapy in a rat model of osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 2012; 20:S275. [DOI:10.1016/j.joca.2012.02.468]

9.Lopes de Jesus CC, dos Santos FC, de Jesus LM, Monteiro I, Sant’Ana MS, Trevisani VF. Comparison between intra-articular ozone and placebo in the treatment of knee osteoarthritis: A randomized, double-blinded, placebo-controlled study. PloS One. 2017; 12(7):e0179185. [DOI:10.1371/journal.pone.0179185] [PMID] [PMCID]

10.Calunga JL, Menéndez S, León R, Chang S, Guanche D, Balbín A, et al. Application of ozone therapy in patients with knee osteoarthritis. Ozone: Science & Engineering. 2012; 34(6):469-75. [DOI:10.1080/01919512.2012.719120]

11.Invernizzi M, Stagno D, Carda S, Grana E, Picelli A, Smania N, et al. Safety of intra-articular oxygen-ozone therapy compared to intra-articular sodium hyaluronate in knee osteoarthritis: A randomized single blind pilot study. International Journal of Physical Medicine and Rehabilitation. 2017; 5(385):2. [DOI:10.4172/2329-9096.1000385]

12.Hashemi M, Khameneh SM, Dadkhah P, Mohajerani SA. Effect of intraarticular injection of ozone on inflammatory cytokines in knee osteoarthritis. Journal of Cellular & Molecular Anesthesia. 2017; 2(2):37-42. [DOI:10.22037/jcma.v2i2.16016]

13.Feng X, Beiping L. Therapeutic efficacy of ozone injection into the knee for the osteoarthritis patient along with oral celecoxib and glucosamine. Journal of Clinical and Diagnostic Research. 2017; 11(9):UC01. [DOI:10.7860/JCDR/2017/26065.10533] [PMID] [PMCID]

14.Focht BC, Garver MJ, Lucas AR, Devor ST, Emery CF, Hackshaw KV, et al. A group-mediated physical activity intervention in older knee osteoarthritis patients: Effects on social cognitive outcomes. Journal of Behavioral Medicine. 2017; 40(3):530-7.[DOI:10.1007/s10865-017-9822-6] [PMID] [PMCID]

15.Carvalho NA, Bittar ST, Pinto FR, Ferreira M, Sitta RR. Manual for guided home exercises for osteoarthritis of the knee. Clinics. 2010; 65(8):775-80. [DOI:10.1590/S1807-59322010000800006] [PMID] [PMCID]

16.Kunduracilar Z, Sahin HG, Sonmezer E, Sozay S. The effects of two different water exercise trainings on pain, functional status and balance in patients with knee osteoarthritis. Complementary Therapies in Clinical Practice. 2018; 31:374-8. [DOI:10.1016/j.ctcp.2018.01.004] [PMID]

17.McAlindon TE, Bannuru R, Sullivan MC, Arden NK, Berenbaum F, Bierma-Zeinstra SM, et al. OARSI guidelines for the non-surgical management of knee osteoarthritis. Osteoarthritis and Cartilage. 2014; 22(3):363-88.[DOI:10.1016/j.joca.2014.01.003] [PMID]

18.Lun V, Marsh A, Bray R, Lindsay D, Wiley P. Efficacy of hip strengthening exercises compared with leg strengthening exercises on knee pain, function, and quality of life in patients with knee osteoarthritis. Clinical Journal of Sport Medicine. 2015; 25(6):509-17.[DOI:10.1097/JSM.0000000000000170] [PMID]

19.Alkatan M, Baker JR, Machin DR, Park W, Akkari AS, Pasha EP, et al. Improved function and reduced pain after swimming and cycling training in patients with osteoarthritis. The Journal of Rheumatology. 2016; 43(3):666-72. [DOI:10.3899/jrheum.151110] [PMID]

20.Segal NA, Glass NA. Is quadriceps muscle weakness a risk factor for incident or progressive knee osteoarthritis? The Physician and SportsMedicine. 2011; 39(4):44-50. [DOI:10.3810/psm.2011.11.1938] [PMID]

21.Heidari B. Knee osteoarthritis prevalence, risk factors, pathogenesis and features: Part I. Caspian Journal of Internal Medicine. 2011; 2(2):205. [PMCID] [PMID]

22.Kawao N, Kaji H. Interactions between muscle tissues and bone metabolism. Journal of Cellular Biochemistry. 2015; 116(5):687-95.[DOI:10.1002/jcb.25040] [PMID]

23.Malfait AM, Little CB. On the predictive utility of animal models of osteoarthritis. Arthritis Research & Therapy. 2015; 17(1):225.[DOI:10.1186/s13075-015-0747-6] [PMID] [PMCID]

24.Tolouei Azar j, Shabkhiz F, Khalafi M. Changes in serum myostatin and follistatin to 8 weeks of resistance training in elderly men with type 2 diabetes. Journal of Physiology and Management Research in Sport. 2019; 2(11):41-53. https://www.sid.ir/en/Journal/ViewPaper.aspx?ID=724370

25.Hennebry A, Berry C, Siriett V, O’Callaghan P, Chau L, Watson T, et al. Myostatin regulates fiber-type composition of skeletal muscle by regulating MEF2 and MyoD gene expression. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 2009; 296(3):C525-34. [DOI:10.1152/ajpcell.00259.2007] [PMID]

26.Øiestad BE, Juhl CB, Eitzen I, Thorlund JB. Knee extensor muscle weakness is a risk factor for development of knee osteoarthritis. A systematic review and meta-analysis. Osteoarthritis and Cartilage. 2015; 23(2):171-7. [DOI:10.1016/j.joca.2014.10.008] [PMID]

27.Loureiro A, Mills PM, Barrett RS. Muscle weakness in hip osteoarthritis: A systematic review. Arthritis Care & Research. 2013; 65(3):340-52. [DOI:10.1002/acr.21806] [PMID]

28.Elkasrawy M, Fulzele S, Bowser M, Wenger K, Hamrick M. Myostatin (GDF-8) inhibits chondrogenesis and chondrocyte proliferation in vitro by suppressing Sox-9 expression. Growth Factors. 2011; 29(6):253-62. [DOI:10.3109/08977194.2011.599324] [PMID] [PMCID]

29.Fransen M, Nairn L, Bridgett L, Crosbie J, March L, Parker D, et al. Post‐acute Rehabilitation after total knee replacement: A multicenter randomized clinical trial comparing long‐term outcomes. Arthritis Care & Research. 2017; 69(2):192-200. [DOI:10.1002/acr.23117] [PMID]

30.McGee SL, Sparling D, Olson AL, Hargreaves M. Exercise increases MEF2-and GEF DNA-binding activity in human skeletal muscle. The FASEB Journal. 2006; 20(2):348-9. [DOI:10.1096/fj.05-4671fje] [PMID]

31.An JH, Yang JY, Ahn BY, Cho SW, Jung JY, Cho HY, et al. Enhanced mitochondrial biogenesis contributes to Wnt induced osteoblastic differentiation of C3H10T1/2 cells. Bone. 2010; 47(1):140-50. [DOI:10.1016/j.bone.2010.04.593] [PMID]

32.Anderson CM, Hu J, Barnes RM, Heidt AB, Cornelissen I, Black BL. Myocyte enhancer factor 2C function in skeletal muscle is required for normal growth and glucose metabolism in mice. Skeletal Muscle. 2015; 5(1):7. [DOI:10.1186/s13395-015-0031-0] [PMID] [PMCID]

33.Gibbs N, Diamond R, Sekyere EO, Thomas WD. Management of knee osteoarthritis by combined stromal vascular fraction cell therapy, platelet-rich plasma, and musculoskeletal exercises: A case series. Journal of pain research. 2015; 8:799. [DOI:10.2147/JPR.S92090] [PMID] [PMCID]

34.Gehmert S, Wenzel C, Loibl M, Brockhoff G, Huber M, Krutsch W, et al. Adipose tissue-derived stem cell secreted IGF-1 protects myoblasts from the negative effect of myostatin. BioMed Research International. 2014; 2014. [DOI:10.1155/2014/129048] [PMID] [PMCID]

35.Yang X, Zhu TY, Wen LC, Cao YP, Liu C, Cui YP, et al. Intraarticular injection of allogenic mesenchymal stem cells has a protective role for the osteoarthritis. Chinese Medical Journal. 2015; 128(18):2516. [DOI:10.4103/0366-6999.164981] [PMID] [PMCID]

36.Camelia C, Madalina I, Tatiana M, Marilena P, Oana A. The role of ozone therapy in maintaining the articular function and in relieving the pain for patients with knee osteoarthritis. ARS Medica Tomitana. 2014; 20(1):25-9. [DOI:10.2478/arsm-2014-0005]

37.Hashemi M, Nabi BN, Saberi A, Sedighinejad A, Haghighi M, Farzi F, et al. The comparison between two methods for the relief of knee osteoarthritis pain: Radiofrequency and intra-periarticular ozone injection: A clinical trial study. International Journal of Medical Research and Health Sciences. 2016; 5(7s):539-46. https://www.ijmrhs.com/abstract/the-comparison-between-two-methods-for-the-relief-of-knee-osteoarthritis-pain-radiofrequency-and-intraperiarticular-ozon-8384.html