Rôle indirect des protéines pour la santé articulaire?

[Nutrimuscle-Conseils]

Osteoarthritis like Alteration of Cartilage and Subchondral Bone Induced by Protein Malnutrition is treated by Nutritional Essential Amino Acids Supplements
C. Lavet Osteoarthritis and Cartilage VOLUME 25, SUPPLEMENT 1, S293, APRIL 01, 2017

Purpose: Osteoarthritis onset and its initial progression is characterized by cartilage matrix deterioration as well as subchondral/cartilage crosstalk alterations. Elderly patients frequently suffer from protein malnutrition leading to major alteration of the somatotropic axis including lower systemic and local IGF-I production known as major anabolic agent for cartilage and bone homeostasis. We postulate that protein malnutrition could affect both cartilage and subchondral bone and may contribute to osteoarthritis development. Additionally we evaluated whether essential amino acids supplements, could restore the somatotropic axis and reverse these potential deleterious effects.

Methods: To address this questions, mature Sprague Dawley rats (6 months old) were pair fed a chow diet (NP, 15% casein, 1 group) or an isocaloric low protein diet (LP, 2.5% casein, 2 groups) for a period of 12 weeks. Following this period, one of the two groups submitted to LP was treated with essential amino acids supplementation (LP+EAA, 2.5%+5% casein). All animals were euthanized and femurs were collected 24 weeks after initiation of the protocol. Phase-contrast micro-computed tomography by using contrast agent allowed determination of trabecular and cortical subchondral bone (SB) morphometric parameters as well as hyaline and calcified cartilage thickness, and proteoglycan content estimation of both condyle. Indentation with Bioindenter equipment (Piuma, Optics 11, Nederland) allowed determination of cartilage material level properties (Young's modulus, indentation force) in three indentation zones of each condyle chosen according to their joint mechanical loading pattern related to rat ambulation.

Results: As expected, systemic IGF-I was decreased after 12 weeks of LP diet (−45%, p<.001) and was associated to lower SB trabecular mass and mineral density (respectively −30% and −3%, p<.001). Despite no morphologic changes of the cartilage of the medial condyle, hyaline cartilage biomechanical properties were impaired. In each investigated zone, and independently of the joint mechanical loading pattern related to rat ambulation, elastic modulus and indentation force necessary to reach a depth of 25 μm were decreased in a respective range of −20 to −45 % (p<.001) and −10 to −30 % (p<.001). Proteoglycan content estimation by micro-computed tomography of both condyle was not altered by LP diet. EAA supplementation restored IGF-I systemic level from 4 weeks of treatment. EEA supplements fully normalized both alteration of SB bone and cartilage quality without alteration of cartilage proteoglycan content.

Conclusions: We suggest that alteration of the somatotropic axis induced by protein malnutrition alters cartilage quality and could predispose to osteoarthritis. The underlying mechanism is still unknown; we did not find any major alteration of cartilage proteoglycan content related to LP diet using phase-contrast micro-computed tomography thus additional histologic study is warranted to demonstrate minor alteration or collagen alteration. Furthermore EAA supplement reverses these alterations. Since protein malnutrition is frequent in elderly this mechanism could be relevant in human as well as a nutritional intervention with essential amino acids supplements.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

L'arthrose comme l'altération du cartilage et de l'os sous-chondral induite par la malnutrition protéique est traitée par des suppléments nutritionnels d'acides aminés essentiels
C.Lavet Osteoarthritis and Cartilage VOLUME 25, SUPPLEMENT 1, S293, 01 AVRIL 2017

Objectif: L'apparition de l'arthrose et sa progression initiale sont caractérisées par une détérioration de la matrice cartilagineuse ainsi que par des altérations de la diaphonie sous-chondrale / cartilagineuse. Les patients âgés souffrent fréquemment de malnutrition protéique conduisant à une altération majeure de l'axe somatotrope, y compris une production systémique et locale d'IGF-I inférieure connue comme agent anabolisant majeur pour l'homéostasie du cartilage et des os.
De plus, nous avons évalué si les suppléments d'acides aminés essentiels pouvaient restaurer l'axe somatotrope et inverser ces effets délétères potentiels.

Méthodes: Pour répondre à cette question, des rats Sprague Dawley matures (âgés de 6 mois) ont été nourris par paire avec un régime alimentaire (NP, 15% caséine, 1 groupe) ou un régime isocalorique pauvre en protéines (LP, 2,5% caséine, 2 groupes) pour un période de 12 semaines. A l'issue de cette période, l'un des deux groupes soumis à LP a été traité avec une supplémentation en acides aminés essentiels (LP + EAA, 2,5% + 5% caséine). Tous les animaux ont été euthanasiés et les fémurs ont été collectés 24 semaines après le début du protocole. La tomographie micro-calculée à contraste de phase à l'aide d'un agent de contraste a permis de déterminer les paramètres morphométriques de l'os sous-chondral trabéculaire et cortical (SB) ainsi que l'épaisseur du cartilage hyalin et calcifié et l'estimation de la teneur en protéoglycane des deux condyles. L'indentation avec un équipement Bioindenter (Piuma, Optics 11, Nederland) a permis de déterminer les propriétés au niveau du matériau cartilagineux (module de Young, force d'indentation) dans trois zones d'indentation de chaque condyle choisies en fonction de leur schéma de charge mécanique articulaire lié à la marche du rat.

Résultats: Comme prévu, l'IGF-I systémique était diminué après 12 semaines de régime LP (−45%, p <.001) et était associé à une masse trabéculaire SB et une densité minérale plus faibles (respectivement −30% et −3%, p < .001). Malgré l'absence de modifications morphologiques du cartilage du condyle médial, les propriétés biomécaniques du cartilage hyalin ont été altérées. Dans chaque zone étudiée, et indépendamment du schéma de charge mécanique articulaire lié à la déambulation du rat, le module d'élasticité et la force d'indentation nécessaires pour atteindre une profondeur de 25 μm ont été diminués dans une plage respective de −20 à −45% (p <.001) et -10 à -30% (p <.001). L'estimation de la teneur en protéoglycane par tomographie micro-calculée des deux condyles n'a pas été modifiée par le régime LP. La supplémentation en EAA a rétabli le niveau systémique d'IGF-I à partir de 4 semaines de traitement. Les suppléments d'EEA ont complètement normalisé à la fois l'altération de l'os SB et la qualité du cartilage sans altération de la teneur en protéoglycane du cartilage.

Conclusions: Nous suggérons que l'altération de l'axe somatotrope induite par la malnutrition protéique altère la qualité du cartilage et pourrait prédisposer à l'arthrose. Le mécanisme sous-jacent est encore inconnu; nous n'avons trouvé aucune modification majeure de la teneur en protéoglycane du cartilage liée au régime LP en utilisant la tomographie micro-calculée à contraste de phase, donc une étude histologique supplémentaire est justifiée pour démontrer une altération mineure ou une altération du collagène. De plus, le supplément EAA annule ces modifications. La malnutrition protéique étant fréquente chez les personnes âgées, ce mécanisme pourrait être pertinent chez l'homme ainsi qu'une intervention nutritionnelle avec des suppléments d'acides aminés essentiels.