Untitled - Gramón Bagó

PresentaciónLa artrosis es la enfermedad musculoesquelética de mayor prevalencia yuna causa muy importante de incapacidad, sobre todo en las poblaciones añosas, convirtiéndoseen un problema muy importante de Salud Pública.Su terapéutica médica estuvo, desde siempre, orientada a drogas de acción rápida quecontribuyeran a la abolición del síntoma más molesto: el dolor. Entre ellas se cuentanlos diversos y conocidos analgésicos y antiinflamatorios no esteroideos.En los últimos años han tomado creciente importancia las drogas de acción lenta enel tratamiento de la artrosis. Fueron clasificadas primero como drogas modificadorasde los síntomas (SYSADOA = SYmptomatic Slow Acting Drugs for OsteoArthritis)y sólo algunas de ellas se demostraron como potenciales modificadoras de la enfermedad,pudiendo retardar o detener la degradación de la estructura articular (CTS-MA = Connective Tissue Structure Modifying Agents). El principal criterio para la evaluaciónde la utilidad de estas últimas fue, en los diferentes estudios clínicos, el aliviopersistente del dolor y el ahorro de antiinflamatorios no esteroideos. La evaluaciónprospectiva de cambios radiológicos en diferentes articulaciones afectadas (p.ej.:cadera y rodilla) utilizada en otros estudios permite obtener datos objetivos que confirmanque es posible enlentecer, en etapas tempranas, la progresión de las lesiones.Sobre el papel del condroitin sulfato en la progresión radiológica de la artrosis de rodillaes que versa el artículo de A. Kahan et al (en cuya autoría participan también losreconocidos P. D. Delmás y J. Y. Reginster), publicado recientemente en Arthritis& Rheumatism (A&R 2009 February; 60 (2):524-33) y que se adjunta (traducido) eneste volumen.Este estudio es precedido (me permito decir, brillantemente) por dos artículos delProf. Dr. Rafael Radi, invitado para esta ocasión, quien con su habitual claridad conceptualnos introduce en los conceptos básicos sobre la composición del cartílago y sucapacidad de respuesta frente a la injuria mecánica y bioquímica (Bioquímica del cartílagoy Farmacología molecular del condroitin sulfato y la glucosamina).Espero que estos aportes ayuden a estimular vuestro interés en un tema tan complejo.Prof. Dr. Juan Carlos BagattiniDirector Médico de Gramón Bagó de Uruguay

prof. Dr. rafael radiDirector del Departamento de BioquímicaFacultad de Medicina, Universidad de la RepúblicaBioquímica del cartílagoPalabras claveCartílago.Condrocito.Matriz extracelular.Proteoglicanos.Agrecano.Glicosaminoglicanos(GAGs).Condroitín sulfato.Aminoazúcares.Glucosamina.Mediadores de lainflamación.Interleukina–1.Metaloproteinasas.Agrecanasa.Artrosis.El cartílago articular es un tejido constituido por una población de células esferoides,dispersas en una matriz extracelular altamente organizada. La estructura del tejido cartilaginosopermite una baja fricción durante el desplazamiento y la distribución de las cargasaplicadas sobre la superficie articular, minimizando las presiones sobre el hueso subcondral.El cartílago articular contiene solamente un tipo celular (condrocitos), una matriz extracelulary no posee vascularización. El cartílago obtiene la mayoría de sus nutrientes del líquidosinovial.CondrocitosLos condrocitos producen la matriz extracelular y se adhieren a ella a través de proteínastransmembrana. No forman contactos con otras células. Para obtener oxígeno y nutrienteslos condrocitos dependen de la difusión de estas sustancias a través de la matriz. Los condrocitosson células que se multiplican poco, pero mantienen un activo metabolismo a lolargo de toda la vida del cartílago, en donde se degrada matriz extracelular envejecida y seresintetiza matriz nueva. Para mantener la estructura y arquitectura del tejido existen mecanismosbioquímicos que involucran mediadores como citoquinas, las que promueven laproducción y liberación de proteasas que participan en la degradación de la matriz, así comofactores de crecimiento que facilitan la actividad sintética del condrocito y la formaciónde matriz extracelular.Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago 5

Bioquímica del cartílago | Rafael RadiLos condrocitos son, por lo tanto, capaces de responder a estímulos fisiológicos y patológicosy a la presencia de nutrientes y precursores de la matriz extracelular, determinando lacantidad y calidad de tejido cartilaginoso existente en una superficie articular dada.Matriz extracelularLa matriz extracelular consiste de una red de macromoléculas inmersas en un medio acuoso.El agua constituye alrededor del 60–70% del peso bruto de la matriz cartilaginosa, mientrasque las macromoléculas (colágeno, proteoglicanos y otras proteínas) constituyen el restante30–40%.El colágeno representa 50–60% del peso seco, los proteoglicanos un 30–35% y las otrasproteínas un 15–20%. El colágeno forma un entramado que da al cartílago resistencia a laextensión y su forma. La red de fibrillas de colágeno se constituye principalmente por un tipode colágeno (tipo II), existiendo también colágeno de tipo IX y XII que participan en laestabilización de la red de colágeno.Los proteoglicanos están formados por un filamento que posee una proteína central ynumerosas cadenas de glicosaminoglicanos (GAGs). Los GAGs son cadenas no ramifica-Figura 1.Microfotografía electrónica delagrecano del cartílago6Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago

Bioquímica del cartílago | Rafael Radidas (hetero) polisacáridos que contienen aminoazúcares. Los GAGs principales del proteoglicanodel cartílago son el condroitín sulfato, el queratán sulfato y el dermatán sulfato.Cada GAG tiene una serie de cargas negativas que facilitan su interacción con iones positivosy moléculas de agua.Los proteoglicanos pueden organizarse en estructuras supramacromoleculares (agrecanos)de alto peso molecular (2 x 10 3 kDa), en general con forma de cepillo. A través de microscopíaelectrónica se puede ver los agrecanos directamente en el cartílago articular (Fig.1). La composición de estas estructuras que juegan roles centrales en las características deelasticidad y compresibilidad que posee el cartílago, será analizada más adelante.En el campo de la Fig. 1 se observa un agregado de proteoglicano (agrecano) de cartílagoarticular conteniendo las subunidades de proteoglicano y el eje central filamentoso.Además, proteoglicanos no agregados juegan roles fundamentales en la interacción delcondrocito con la matriz y en la función del condrocito. Otras proteínas (no colágeno ni proteoglicano)cumplen otras funciones en la interacción condrocito–matriz.Las interacciones entre los agregados de proteoglicanos, la red de colágeno y el agua, daal cartílago sus características de resistencia, rigidez a la compresión y elasticidad. La asociacióno disociación del agua a la matriz extracelular del cartílago permite por un lado laresistencia y por otro lado la posible expansibilidad del tejido. En reposo, la matriz cartilaginosaestá hidratada; la aplicación de una carga hace migrar el agua hacia zonas adyacentesy la cavidad sinovial permitiendo la compresión. La reexpansión del cartílago y regreso delagua se da una vez eliminada la carga.Homeostasis de la matriz extracelular del cartílagoEn condiciones fisiológicas los condrocitos regulan un proceso dinámico en donde la degradacióndel cartílago está balanceada con su biosíntesis. En el adulto este proceso determinaque se mantenga constante la concentración de los componentes de la matriz extracelular.Sin embargo, mientras que durante el desarrollo se favorece el crecimiento neto del cartílago,en enfermedades degenerativas de las articulaciones, como la artrosis, predomina el procesodegradativo.La vida media promedio de los agrecanos es de alrededor de 2 años, aunque aquellos queresiden en la zona pericelular pueden ser metabolizados más rápidamente, lo que indica unacierta capacidad del condrocito de responder a estímulos fisiológicos o fisiopatológicos, conremodelación de la matriz extracelular.A diferencia de los proteoglicanos, la vida media del colágeno de la matriz del cartílagoes extremadamente larga, probablemente cerca de los 100 años.Mediadores de la inflamación en la homeostasis del cartílagoLa degradación del cartílago y la pérdida de matriz está asociada significativamente a la apariciónde mediadores de la inflamación, siendo el más estudiado la interleuquina–1 (IL–1).Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago 7

Bioquímica del cartílago | Rafael Radiinflamatorias que invaden el tejido cartilaginoso. Durante el desarrollo de la artrosis estasenzimas, cuya actividad habitualmente está fuertemente inhibida, tienen una actividad significativamenteaumentada.Por otra parte, factores de crecimiento como el TGF–a (factor de crecimiento de transformación)y el IGF–1 (factor de crecimiento similar a insulina) secretados por los propioscondrocitos promueven la síntesis de matriz. Es importante marcar que la respuesta del cartílagoa los factores de crecimiento es dependiente de la edad, respondiendo menos a los factoresde crecimiento a medida que avanza la edad.Proteoglicanos, glicosaminoglicanos y agrecano del cartílagoLos proteoglicanos son proteínas que contienen covalentemente unidas cadenas polisacarídicasdenominadas glicosaminoglicanos (GAGs). El porcentaje de carbohidrato (polisacárido)presente en un proteoglicano es alrededor del 95% de su peso.Hay por lo menos siete tipos de GAGs:• Condroitín sulfato.• Ácido hialurónico.• Queratán sulfato I.• Queratán sulfato II.• Dermatán sulfato.• Heparina.• Heparán sulfato.Un GAG es un polisacáridono ramificado hecho de unidadesrepetitivas de disacáridos,uno de los componenteses siempre un amino azúcar,tal como N–acetil glucosaminao N–acetil galactosamina(Fig. 2). El otro componente esun ácido urónico como el ácidoglucurónico. A excepcióndel ácido hialurónico, todos losGAGs contienen grupos sulfato.Figura 3.Representación esquemáticade la estructura bioquímicadel proteoglicano agrecano.Comparar con la micrografiaelectrónica de la Fig. 1.Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago 9

Bioquímica del cartílago | Rafael RadiEl proteoglicano más abundante del cartílago es el agrecano (Fig. 1) que se constituye deuna larga cadena de ácido hialurónico (un tipo de GAG) a la que se unen proteínas de enlace,las que a su vez interaccionan con la proteína central de un proteoglicano que contieneen forma mayoritaria condroitín sulfato y además queratán sulfato. El detalle de la estructuramolecular del agrecano está representado en la Fig. 3.Una correcta estructura, densidad y composición de agrecano en la matriz cartilaginosaes esencial para una correcta función del cartílago articular. Esto a su vez depende principalmentede la síntesis o disponibilidad de los GAGs ácido hialurónico, condroitín sulfatoy queratán sulfato II, que forman parte del agrecano.Glucosamina y aminoazúcares presentes en el agrecanoLos aminoazúcares en el ácido hialurónico, condroitín sulfato y queratán sulfato II presentesen el agrecano son la N–acetil glucosamina para el ácido hialurónico y el queratán sulfatoII y la N–acetil galactosamina para el condrotín sulfato, como se indica en la Fig. 2. Tantola N–acetil glucosamina como la N–acetil galactosamina son sintetizadas a nivel del condrocitopartir del aminoazúcar más abundante, la glucosamina (Fig. 4), integrándose luegoa la cadena en crecimiento del GAG respectivo.GlucosaminaGlucosamina–6–fosfatoN–Acetil–glucosamina–6–fosfatoFigura 4Rutas desíntesis de losaminoazúcarespresentes en losGAGs del agrecanoa partir delprecursor comúnglucosamina.UDP–N–Acetil–glucosamina UDP–N–Acetil–galactosaminaÁcido hialurónicoQueratán sulfato IICondroitín SulfatoCondroitín sulfatoEl condroitín sulfato es un constituyente mayoritario del agrecano y otros proteoglicanos delcartílago. El disacárido repetitivo es ácido glucurónico (GlcUA) y N–acetil galactosamina(GalNAc) (Fig. 2). El residuo de sulfato se ubica en la GalNac, en posición 4’ o 6’.10Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago

Bioquímica del cartílago | Rafael RadiEl condroitín sulfato se encuentra presente en los sitios del hueso endocondral y en elcartílago. La cantidad de condroitín sulfato en el cartílago disminuye con la edad y estecambio contribuye al desarrollo de la artrosis.ReferenciasMurray RK, Granner DK, Mayes PA and Rodwell VW (1996). Harper´s Biochemistry, 24 th edition. Appleton and Lange,Stamford, Connecticut.Mathews CK, van Holde KE and Ahern KG. (2000) Biochemistry, 3 rd edition. Benjamin/Cummings, San Francisco, California.Gallin JI and Snyderman R. Inflammation (1999). 3 rd edition. Lippincot, Williams and Wilkins, Philadelphia.Harrison´s Principles of Internal Medicine (1998). 14 th edition. Mc Graw Hill, New York.Samuels J, Krasnokutsky S, Abramson SB. Osteoarthritis: a tale of three tissues. Bull NYU Hosp Jt Dis. 2008;66(3):244–50.Samuels J, Krasnokutsky S, Abramson SB. Osteoarthritis: a tale of three tissues. Bull NYU Hosp Jt Dis. 2008;66(3):244–50.Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago 11

Farmacología molecular del condroitín sulfato y la glucosamina | Rafael Radiprof. Dr. rafael radiDirector del Departamento de BioquímicaFacultad de Medicina, Universidad de la RepúblicaFarmacología molecular delcondroitín sulfato y la glucosaminaCartílago articular, condrocitos y matriz extracelularEl cartílago es un tipo denso de tejido conectivo compuesto de células especializadas denominadascondrocitos, que producen una gran cantidad de matriz extracelular compuesta defibras de colágeno, elastina y un componente característico de tipo proteoglicano (agrecano).El cartílago de tipo hialino es el que forma parte de las superficies articulares y tiene unaapariencia histológica característica. (Fig. 1).La homeostasis de la matriz extracelular del cartílago articular depende de la respuestade los condrocitos en relación a la generación de mediadores autocrinos y paracrinos que estimulanprocesos anabólicos o catabólicos. La síntesis y acumulación de la matriz extracelulares regulada localmente por factores de crecimiento que incluyen factor de crecimientotipoinsulina (IGF-1) y el TGF-β. El IGF-1 promueve el crecimiento y síntesis de la matrizcartilaginosa en un cartílago sano, aumentando la síntesis de agrecano. El recambio y la degradaciónde la matriz dependen de la respuesta del cartílago a citoquinas catabólicas.Bases moleculares de la degeneración del cartílago articularEn el cartílago los condrocitos actúan como sensores mecánicos que responden a presión.En circunstancias normales responden generando matriz extracelular, tal como el proteoglicanocaracterístico del cartílago (agrecano) y colágeno de tipo II.Palabras claveCondrocito.Matriz extracelular.Proteoglicano.Glicosaminoglicanos sulfatados.Condroitín sulfato.Glucosamina.Queratán sulfato.Interleuquina-1 (IL-1).Factor de necrosis tumoral(TNF-α).SYSADOA (“Symptomaticshow-acting drugs forthe treatment of osteoarthrosis).CTSMA (“Connective tissuestructure modifyingagents”).Degeneración articular.Artrosis.12Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago

Farmacología molecular del condroitín sulfato y la glucosamina | Rafael RadiFigura 1.Histología del cartílagohialino.Se observan condrocitosy la matriz extracelulardonde el colágeno es la fibraprincipal y el condroitínsulfato el componente másabundante formando partedel proteoglicano.Sin embargo, en condiciones de estrés mecánico exagerado o anormal, tal como el queocurre en los fenómenos de artrosis, hay una alteración del metabolismo del condrocito queinduce la producción de enzimas que degradan la matriz extracelular (proteasas) y la producciónde mediadores de la inflamación. (Fig. 2). Estos procesos también llevan a niveleselevados de citoquinas tales como la IL-1β y TNF-α, los que a su vez disminuyen la síntesisde colágeno y aumentan la actividad de proteasas que degradan la matriz (incluyendolas metaloproteinasas de la matriz, MMPs) y otros mediadores de inflamación como IL-8,IL-6, prostaglandina E2 y el óxido nítrico. La sobreproducción de óxido nítrico promueveel daño oxidativo al cartílago, inhibe la producción de proteoglicano y colágeno y activa a lasMMPs. El proceso de degeneración y envejecimiento del cartílago durante la artrosis involucraademás otros dos procesos a nivel del condrocito: la senescencia y la apoptosis o muertecelular programada. La producción local aumentada de factores anabólicos compensatorios—tales como el factor de crecimiento-tipo insulina (IGF-1) y el TGF-β que se expresan enlas superficies articulares óseas que sufren artrosis— contribuye a la formación de osteofitosy a la remodelación subcondral. Desde hace algunos años se vio que el proceso de artrosis ensu conjunto involucra a nivel celular y molecular a los condrocitos y también a los osteoblastosy osteoclastos, a nivel óseo, y a células de la membrana sinovial.Glicosaminoglicanos sulfatados y condroprotecciónLos glicosaminoglicanos sulfatados, incluyendo el condroitín sulfato y el queratán sulfato,son polisacáridos sulfatados lineales conteniendo unidades repetitivas alternantes que formanuna parte central del agrecano, el principal proteoglicano del cartílago articular. Elcondroitín sulfato se conforma por unidades repetitivas de -NAcGal-Glucurónico- mientrasque el queratán sulfato tiene unidades repetitivas de -3Gal-NAcGlc- que pueden estarsulfatadas. El condroitín sulfato juega tanto un rol estructural como regulatorio en el cartí-Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago 13

Farmacología molecular del condroitín sulfato y la glucosamina | Rafael RadiFigura 2.Bases moleculares de la patogénesis de la artrosis.Se indican eventos moleculares a nivel del cartílago, hueso y sinovial sobre los cuales se podría influir paramodificar el curso de la patología. Extraído de Samuels et al, 2008lago; su alta densidad de cargas negativas genera repulsión electrostática que confiere resistenciaa la compresión; por otra parte, tiene capacidad de interactuar con agua asociando odesplazando y liberando moléculas de acuerdo al estado de compresión.La administración de precursores de proteoglicano como el condroitín sulfato o la glucosamina(un aminoazúcar precursor de componentes del queratán sulfato como la NAcGlcy NAc-Glc-sulfato) se ha propuesto como una estrategia terapéutica válida para mejorar elmantenimiento y reparación del cartílago en la enfermedad degenerativa de la articulacióno artrosis. Estas moléculas son utilizadas por el condrocito tanto para la síntesis del proteoglicanoarticular de novo como para funciones moduladoras e inhibitorias del proceso inflamatorioarticular. Estas sustancias han sido clasificadas como “agentes modificadores de laestructura del tejido conectivo” (Connective Tissue Structure Modifying Agents, CTSMAs).En efecto, a nivel molecular los polisacáridos sulfatados, en particular el condroitín sulfato,participan inhibiendo rutas degradativas del cartílago articular que dependen de laIL-1 y el TNF-α, y por lo tanto contribuyen tanto como precursores de proteoglicanos comoinhibidores de su degradación, a la acumulación de matriz extracelular cartilaginosa producidapor los condrocitos. El efecto inhibitorio sobre las citoquinas inflamatorias a su vez impactaen rutas ulteriores inhibiendo actividades degradativas proteolíticas de la colagenasa y14Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago

Farmacología molecular del condroitín sulfato y la glucosamina | Rafael RadiFigura 3.Sector de estructura del proteoglicano (agrecano) del cartílago.Se observa en particular la unión del condroitín sulfato y el queratán sulfato a la proteína central,generando el proteoglicano agrecano.las MMPs y la sobreproducción de óxido nítrico y el daño oxidativo asociado. Es de destacarque el efecto condroprotector del condroitín sulfato aparece como demostrado in vitro ein vivo, mientras que el de la glucosamina se ha demostrado in vitro, debiendo establecersemás contundentemente in vivo.La intervención a niveles farmacológicos con condroitín sulfato más glucosaminaapunta a bloquear los efectos degradativos sobre la matriz cartilaginosa del eje IL-1/TNF-α y proveer de sustratos al condrocito para la generación de nuevo proteoglicano.Nuevos ensayos clínicos apoyan la utilidad del condroitín sulfato como agente terapéuticoen la artrosis (ver a continuación Kahan et al, 2009 y otras referencias indicadas).Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago 15

Farmacología molecular del condroitín sulfato y la glucosamina | Rafael RadiReferencias recientesBruyere O, Reginster JY. Glucosamine and chondroitin sulfate as therapeutic agents for knee and hip osteoarthritis.Drugs Aging. 2007;24(7):573-80Kahan A, Uebelhart D, De Vathaire F, Delmas PD, Reginster JY. Long-term effects of chondroitins 4 and 6 sulfate onknee osteoarthritis: The study on osteoarthritis progression prevention, a two-year, randomized, double-blind, placebo-controlledtrial. Arthritis Rheum. 2009 Feb;60(2):524-33Samuels J, Krasnokutsky S, Abramson SB. Osteoarthritis: a tale of three tissues. Bull NYU Hosp Jt Dis. 2008; 66(3):244-50Uebelhart D. Clinical review of chondroitin sulfate in osteoarthritis.Osteoarthritis Cartilage. 2008;16 Suppl 3:S19-21.Verbruggen G. Chondroprotective drugs in degenerative joint diseases. Rheumatology (Oxford). 2006 Feb; 45(2):129-38.16Artrosis y degeneración del cartílago articular.Mecanismo de acción del condroitín sulfato y glucosamina en la protección y reparación del cartílago