Läkning efter senskada neuropeptider kan ge oss nya svar.

Transkript

1 Läkning efter senskada neuropeptider kan ge oss nya svar. Paul W. Ackermann, med dr och leg läkare arbetar och forskar vid Ortopedkliniken, Karolinska Sjukhuset Daniel K-I Bring, läkare och doktorand vid Sektionen för Idrottsmedicin, Ortopediska laboratoriet, Karolinska Sjukhuset Med avancerad teknik är det idag möjligt att identifiera och kartlägga olika signalsubstanser kopplade till smärta och vävnadsläkning lokalt i rörelseapparaten. Det framkommer bl.a. att nervtrådar inte bara känner av och signalerar smärta till centrala nervsystemet, utan även utsöndrar ämnen som initierar läkningsförlopp. De första stegen tas nu för en ökad förståelse av hur vi med fysisk aktivitet och lokalt riktad farmakologisk behandling kan reglera smärta och läkning i våra stödjevävnader genom skräddarsydd frisättning av kroppsegna signalsubstanser. Bakgrund Mekanismerna bakom smärta och otillfredsställande läkningsförmåga i senvävnad är i allt väsentligt okända. Skador i muskel-senkomplexen, främst av överbelastningskaraktär är mycket vanliga inom idrotten och smärta är ett dominerande symptom. Man har länge antagit att smärtan beror på inflammation, men senare års forskning har visat att kroniskt skadad senvävnad sällan uppvisar inflammatoriska tecken. Mikroskopiskt ser man istället en abnormal vävnad med oorganiserade och delvis nedbrutna strukturer alltså degenerativa tillstånd och rupturer. I överensstämmelse med detta har anti-inflammatorisk medicinering också visat sig vara ineffektiv. Senornas komplexa struktur samt knappa blodförsörjning och innervation gör att många skador inte läker eller leder till kvarstående funktionsnedsättning. Idag saknas specifik lokalt riktad behandling mot dessa tillstånd. Ett flertal nya studier tyder på att det perifera nervsystemet via en specifik familj signalsubstanser, så kallade neuropeptider, på lokal nivå reglerar smärta, inflammation, cirkulation samt sannolikt också vävnadsläkning. Hittills har dock kunskap om förekomsten av specifika neuropeptider och deras funktion i rörelseapparaten saknats.

2 Läkning i sena på cellulär nivå Läkningsförloppet kan indelas i tre huvudsakliga faser och inleds med inflammationsfasen som varar 1-2 veckor. Cellulärt domineras den av akuta inflammatoriska celler som invandrar till skadeområdet relativt omgående efter skadans uppkomst. Dessa celler deltar sedan i den lokala regleringen av läkningsprocessen genom frisättandet av olika signalsubstanser, s.k. cytokiner. Under den följande regenerationsfasen, då bland annat bindvävsceller stimuleras till att dela sig, visar vävnaden en snabb hållfasthets- och elasticitetsökning. Under remodelleringsfasen ersätts den mer omogna bindväven av en kraftigare typ av ordnade fiberbuntar med större förmåga att uppta krafter. Först fyra månader efter skadan börjar man se en histologisk mognad, dock har denna avslutande fas inte något egentligt slut. De olika faserna följer på varandra i ett mycket strikt inbördes förlopp. Flera lokala substanser har påvisats med betydelse för läkningsfasernas reglering, det är dock okänt om det föreligger en central samordnande komponent. Nervsystemets roll vid läkning Att nervsystemet är delaktigt vid fysiologiska processer i kroppen tar vi för självklart. Men vilken betydelse har nervsystemets allmännt samordnande roll vid läkningsprocesser lokalt i rörelseapparaten? En av de skadliga effekter som sjukdomen diabetes medför, är en signifikant försämrad frakturläkning. Detta ansåg man länge bero på sjukliga förändringar i de små kärlens väggar, men nu har det visats att försämringen av läkning även är kopplad till utvecklingen av skador på de perifera nerverna. I överensstämmelse med ovanstående uppvisar personer med en halvsidig förlamning en försämrad frakturläkning i den förlamade kroppshalvan. Ovanstående kliniska data ger tyngd åt antagandet att nervsystemet har stor betydelse för läkningsförlopp i rörelseapparaten. Men hur regleras dessa nervprocesser i detalj? Nervsystemet fortleder sin information på huvudsakligen två skilda sätt: 1) Med snabba transmittorsubstanser som direkt medierar en muskelkontraktion i det motoriska systemet eller som ger information om exempelvis smärtsamma stimuli via sensoriska eller autonoma nervbanor. 2) Med en familj långsamma transmittorsubstanser som ofta utövar mer långvariga effekter på vävnaden, de s.k. neuropeptiderna. Neuropeptider kemiska budbärare av fysiologiska effekter Neuropeptiderna är nervsystemets svar på yttre stimuli såsom stress och skada och deras uppgift är att på kemisk väg reglera fysiologiska processer både centralt och perifert. De produceras i autonoma och sensoriska nervcellskärnor bredvid ryggmärgen för att sedan transporteras till lokala vävnader. Även de kroppsegna opioiderna följer samma banor. Vi har för första gången påvisat förekomst av opioider i perifera nervändslut i hälsena.

3 Nätverk av signalsubstanser i senhinnan I våra studier av hälsena har ett komplext nätverk av signalsubstanser, neuropeptider, påvisats. Bland dessa är exempelvis neuropeptid Y (NPY) och vasoaktiv intestinal polypeptid (VIP) kända regulatorer av blodkärlsaktivitet, medan substans P (SP) och calcitonin gene-related peptide (CGRP) anses reglera inflammation och smärtkänslighet. Därutöver har för första gången ett kroppseget neuronalt smärthämmande system i stödjevävnaden påvisats, bestående av opioida signalsubstanser (enkefaliner) samt deras receptorer (δ-opioid receptorer). Det kan tänkas att balansen mellan dessa substanser är avgörande för en rad funktioner såsom bl.a. mediering av smärta. Vid strukturell analys påträffades rikligt med nervfibrer innehållande signalsubstanser i senhinnan, medan själva senan, saknade nerver (Fig. 1). Detta tyder på att den neuronala regleringen under normalförhållanden äger rum i senhinnan. Nervinväxt i sena efter skada Vid experimentell hälseneskada på råtta påvisades en intensiv nervinväxt i skadeområdet i senan, som under normalförhållanden är helt utan nervförsörjning! (Fig. 2) En maximal förekomst av nervfibrer påträffades under läkningsvecka 2-6, vilket motsvarar senans regenerationsfas. Under vecka 8-16 drog sig nervfibrerna tillbaka från senvävnaden till de omslutande strukturerna. Nervinväxt i läkningsområdet kan antas vara en förutsättning för tillförsel av neuronala signalsubstanser som är essentiella för vävnadsläkning. Läkningsfaser Inflammationsfasen 1-2 veckor Specifik analys av olika neuropeptider en vecka efter skada visade på en ökad mängd SP och CGRP i senhinnan runt blodkärl omgivna av inflammatoriska celler, vilket antyder en delaktighet i reglering av inflammation. Regenerationsfasen 2-6 veckor Under regenerationsfasen, vecka 2-6, upptäcktes SP och CGRP huvudsakligen i skadeområdet. SP och CGRP påträffades i inväxande nervändslut kring nybildade kärl och i ny senvävnad, vilket sannolikt avspeglar en regenererande funktion. Andra signalsubstanser; NPY, VIP och galanin, som är kända för att hämma effekterna av SP och CGRP, fanns i mycket låga nivåer. Remodelleringsfasen 8-16 veckor I slutet av regenerationsfasen och början av remodelleringsfasen visade sig NPY, VIP och galanin. Detta tyder på att vissa reglerande signalsubstanser kanske är nödvändiga för att avsluta de inflammatoriska och regenerativa processerna, som stimuleras av SP och CGRP. Efter detta minskade förekomsten av nervtrådar och signalsubstanser i senvävnaden för att återta sin normala förekomst i senhinnan. Fysisk aktivitet ökar nervinväxt och läkning Vi har i överensstämmelse med tidigare studier på råttmodell påvisat att fri mobilisering ger en snabbare läkning än fixering med helbensgips efter senruptur. Fyra veckor efter senrupturen ser man en morfologiskt mer mogen vävnad; mer organiserade kollagenbuntar, bättre kärlförsörjning och lägre förekomst av inflammatoriska celler. Detta är i överensstämelse med kliniska iakttagelser där ligament och senor visat en snabbare funktionell återhämtning då mekaniska stimuli tillåtits. Vi har dessutom påvisat att immobilisering förutom en kvarstående morfologisk omognad dessutom uppvisar en kvarstående ökad förekomst av nervtrådar i läkningsområdet.

4 Detta resultat antyder att muskelaktivering och mekanisk belastning påskyndar samtliga komponenter i läkningsförloppet, och det hör samman med att nervtrådarna tillbakabildas efter att ha fullgjort sina uppgifter. En tidigare nervinväxt vid fri mobilisering är sannolikt avgörande för den snabbare läkning som observerats jämfört med immobilisering. Läkning utan nervinflöde? Nästa steg i vår kartläggning av nervsystemets betydelse för läkningen efter skador på rörelseapparatens mjukdelar är att studera effekter av olika typer av specifik denervering. För närvarande pågår försök syftande till att kartlägga betydelsen av det sensoriska nervsystemet under läkning av senskador. Sammanfattning Sammantaget visar projektet att sena innehåller ett komplext nätverk av nerver med signalsubstanser, som sannolikt bidrar till att upprätthålla normal vävnadsfunktion. Dessutom torde signalsubstanserna i samband med mjukdelsskada via ny nervinväxt och tack vare sin anpassningsbarhet spela en aktiv roll i läkningsprocessen. Genom att kartlägga nervsystemets betydelse för läkningsprocessen och undersöka effekterna av stimulering med fysisk aktivitet och lokalt riktad farmakologisk behandling hoppas vi finna sätt att optimera läkningen vid både akut och kronisk vävnadsskada. Projektet syftar till förbättrad vävnadsläkning vid alla mjukdelsskador för påskyndad rehabilitering och full återgång i idrott. Adress: Ortopediska laboratoriet Forskningscentrum M3:02 Karolinska Sjukhuset Stockholm mailadress: paul.ackermann@ks.se daniel.bring@ks.se Referenser 1. Ackermann W.P., Finn A, Ahmed M. Sensory neuropeptidergic pattern in tendon, ligament and joint capsule. A study in the rat. Neuroreport Jul 13;10(10): Ackermann W.P., Li J, Finn A, Ahmed M., Kreicbergs A. Autonomic innervation of tendons, ligaments and joint capsules. A morphologic and quantitative study in the rat. J Orthop Res May;19(3): Ackermann W.P., Spetea M., Nylander I., Ploj K, Ahmed M., Kreicbergs A. An Opioid System in Connective Tissue. A study of achilles tendon in the rat. J Histochem Cytochem Nov;49(11): Ackermann W.P., Ahmed M., Kreicbergs A. Early nerve regeneration after achilles tendon rupture a prerequisite for healing? J Orthop Res Jul; 20(4):

5 5. Ackermann W.P., Li J, Lundeberg T., Kreicbergs A. Neuronal plasticity in relation to nociception and healing of rat Achilles tendon. Accepted for J Orthop Res Schäffer M, Beiter T, Becker HD, Hunt TK. Neuropeptides-Mediators of Inflammation and Tissue Repair? Arch surg 1998 vol 133 oct. 7. McDougall J.J., Yeung G., Leonard C.A., Bray R.C. A role for calcitonin gene-related peptide in rabbit knee joint ligament healing. Can. J. Physiol. Pharmacol. Vol 78, Hart D.A., Kydd A., Reno C. Gender and Pregnancy Affect Neuropeptide Responses of the Rabbit Achilles Tendon. Clinical Orthopaedics and Related Research. 365: Palmes D., Spiegel H.U., Schneider T.O., Langer M., Stratmann U., Budny T., Probst A. Achilles tendon healing: Long-term biomechanical effects of postoperative mobilization and immobilization in a new mouse model. J Orthop Res : Smith P.G., Liu M. Impaired cutaneous wound healing after sensory denervation in developing rats: effects on cell proliferation and apoptosis. Cell Tissue Res : Ivie T.J., Bray R.C., Salo P.T. Denervation impairs healing of the rabbit medial collateral ligament. J Orthop Res : Nordling L, Lundberg T, Brolin J, Liedberg H, Ekman P, Theodorsson E. The role of sensory nerves in catheter-induced urethral inflammation. Eur Urol 1992;21: Sakai H., Koibuchi N., Ohtake H., Tamai K., Fukui N., Oda H., Saotome K. Type I and type III procollagen gene expressions in the early phase of ligament healing in rabbits: an in situ hybridization study. J Orthop Res : Murrell G.A.C., Lilly III E.G., Goldner R.D., Seaber A.V., Best T.M. Effects of Immobilization on Achilles Tendon Healing in a Rat Model. J Orthop Res :