Diagnostic de laboratoire de l'arthrose

Dans la plupart des cas, les analyses sanguines et urinaires des patients souffrant d'arthrose ne présentent pas de modifications, sauf en cas de synovite avec épanchement important, où une augmentation de la VS, une hypergammaglobulinémie et une augmentation des paramètres de la phase aiguë (CRP, fibrinogène, etc.) peuvent survenir. L' examen du liquide synovial ne révèle aucune différence significative par rapport aux paramètres normaux.

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été menées pour identifier d'éventuels marqueurs biologiques (MB) de la dégradation et de la réparation des tissus articulaires (principalement cartilagineux et osseux). Les MB devraient refléter ces changements dynamiques, servir de prédicteurs du pronostic de l'arthrose et de marqueurs de l'efficacité du traitement pathogénique. La découverte de nouvelles études plus approfondies des marqueurs biologiques connus permettra de mieux comprendre les mécanismes de la pathogenèse de l'arthrose. Cependant, l'utilisation de marqueurs biologiques du métabolisme du cartilage vise principalement à évaluer les propriétés chondroprotectrices des médicaments et à surveiller le traitement par les médicaments appartenant au groupe des DMO AD (médicaments modificateurs de la maladie).

Dans l'arthrose, les modifications pathologiques se produisent principalement au niveau du cartilage articulaire, de l'os sous-chondral, de la membrane synoviale et des autres tissus mous de l'articulation. L'examen direct de ces structures étant limité, les principales sources de données pour le recueil de marqueurs biologiques sont le sang, l'urine et le liquide synovial.

L'analyse d'urine est la méthode la plus recommandée, car elle n'implique aucune procédure invasive. À notre avis, l'analyse d'urine quotidienne est idéale. L'analyse de la portion d'urine matinale serait plus appropriée, mais son utilisation est uniquement justifiée par le fait que ce type d'analyse est utilisé pour déterminer les marqueurs biologiques du métabolisme osseux dans l'ostéoporose: ces marqueurs biologiques sont soumis aux rythmes circadiens et leur concentration maximale survient la nuit. À l'heure actuelle, la littérature ne dispose d'aucune information sur les rythmes circadiens des marqueurs biologiques des tissus mous et du cartilage. Le choix d'un test urinaire adéquat sera donc décidé après la réalisation d'études appropriées.

Les analyses sanguines sont des examens cliniques de routine. Certains marqueurs biologiques sont déjà dosés dans le sang, comme les indices de phase aiguë, tandis que d'autres pourraient être inclus prochainement dans la liste standard des analyses biochimiques. Pour chaque marqueur biologique, il est nécessaire de préciser dans quel composant du sang il doit être dosé: plasma ou sérum. Les résultats de recherche indiquent que la concentration de marqueurs biologiques dans le plasma sanguin diffère significativement de celle dans le sérum. Les marqueurs biologiques sont généralement dosés dans le sérum sanguin. Selon V. Rayan et al. (1998), les concentrations de marqueurs biologiques dans le sang prélevé dans une veine proche de l'articulation affectée et dans une veine plus éloignée sont différentes. Ces données soulignent la nécessité de standardiser les prélèvements sanguins pour l'étude des marqueurs biologiques.

Selon LJ Attencia et al. (1989), le cartilage des articulations synoviales d'un adulte ne représente que 10 % de la masse totale de cartilage hyalin du corps, disques intervertébraux compris. Ainsi, la détermination des marqueurs biologiques dans le sang et l'urine reflète le métabolisme systémique plutôt que les modifications locales de l'articulation affectée par l'arthrose. Le liquide synovial est le plus proche du foyer pathologique de l'arthrose et reflète probablement le plus précisément les processus se déroulant dans l'articulation affectée. La concentration de marqueurs biologiques dans le liquide synovial peut être significativement plus élevée que dans le sang, ce qui facilite sa détermination. Citons par exemple l'épitope 846 de l'aggrécane: sa concentration dans le liquide synovial est 40 fois supérieure à celle du sérum sanguin, et les protéines de la matrice oligomérique du cartilage (COMP) 10 fois supérieure à celle du sérum sanguin. Les produits de dégradation dans le liquide synovial reflètent plus précisément les processus cataboliques du cartilage articulaire. Le drainage des molécules du liquide synovial par le système lymphatique local peut entraîner une diminution de leur taille et même leur destruction.

Malgré le caractère invasif de la technique de prélèvement du liquide synovial, associée à un certain nombre de complications possibles, l'intérêt de la détermination des marqueurs biologiques est évident. Pour éviter les problèmes liés à l'articulation dite sèche, 20 ml de solution isotonique de NaCl peuvent être injectés dans l'articulation immédiatement avant le prélèvement. Immédiatement après l'injection de la solution isotonique, le patient doit effectuer 10 flexions et extensions du membre dans l'articulation, puis aspirer rapidement le liquide synovial dilué. Selon EM-JA Thonar (2000), une telle dilution de la synovie affecte le métabolisme du cartilage articulaire. Cependant, les résultats de l'étude de FC Robion et al. (2001) indiquent que le lavage répété des articulations du grasset équin n'entraîne pas de modifications significatives du métabolisme du cartilage. Ces données nécessitent certainement confirmation. Par conséquent, pour chaque marqueur biologique, l'effet du lavage articulaire sur les variations de sa concentration doit être déterminé au stade des études précliniques chez l'animal.

Le point important suivant est de déterminer la demi-vie de chaque marqueur biologique dans le liquide synovial et le sang. Sans ces données, l'interprétation des résultats des tests sera difficile. Habituellement, la demi-vie des substances biologiquement actives dans le sang est plus courte que dans d'autres milieux liquides en raison de leur élimination efficace par le foie et les reins. Par conséquent, pour chaque marqueur biologique, il est également nécessaire de déterminer la voie d'élimination. Ainsi, le N-propeptide du collagène de type III est excrété par le foie par endocytose médiée par des récepteurs, tandis que les fragments de collagène non glycosylés sont excrétés principalement par l'urine, tout comme l'ostéocalcine. Des récepteurs aux glycosaminoglycanes se trouvent sur les cellules endothéliales des sinus des lobules hépatiques; l'acide hyaluronique et les protéoglycanes sont donc éliminés par le foie. La demi-vie de l'acide hyaluronique dans le sang est de 2 à 5 minutes. La présence d'une synovite pourrait accélérer l'élimination des marqueurs biologiques des articulations, bien qu'une étude chez le lapin n'ait révélé aucune différence significative dans la clairance des protéoglycanes avec ou sans synovite. Il est donc nécessaire d'étudier l'effet de l'inflammation sur les variations de concentration des marqueurs biologiques dans les fluides corporels.

Les reins filtrent sélectivement les marqueurs biologiques. Ainsi, les glycosaminoglycanes, porteurs d'une charge négative importante, peuvent ne pas pénétrer la membrane basale rénale, tandis que des glycosaminoglycanes tels que la chondroïtine-6-sulfate et la chondroïtine-4-sulfate sont détectés dans les urines.

Outre la pathologie (notamment l’arthrose), un certain nombre de facteurs peuvent influencer la concentration de marqueurs biologiques dans les fluides corporels:

1. Les rythmes circadiens n'ont été étudiés que pour un petit nombre de marqueurs biologiques. Ils ont été étudiés pour les marqueurs du métabolisme osseux. Ainsi, le pic de concentration d'ostéocalcine survient la nuit, et celui des liaisons croisées du collagène le matin, à 8 heures. Dans la polyarthrite rhumatoïde, le pic d'activité de l'IL-6 survient également la nuit (vers 2 heures), et plus tôt que celui de l'ostéocalcine. Ces données présentent un intérêt pour le rôle de l'IL-6 dans l'inflammation et la physiologie du tissu osseux. Le TNF-α, en revanche, ne présente pas de rythmes circadiens. Cependant, les récepteurs de cette cytokine peuvent y obéir.
2. Péristaltisme. L'acide hyaluronique est synthétisé par les cellules synoviales (ainsi que par de nombreuses autres cellules) et constitue un marqueur potentiel de synovite dans l'arthrose et la polyarthrite rhumatoïde. Cependant, la concentration d'hyaluronate la plus élevée se trouve dans le système lymphatique intestinal. Sans surprise, la concentration d'acide hyaluronique circulant peut augmenter après un repas. Par conséquent, le prélèvement sanguin pour la détermination des marqueurs biologiques doit être effectué à jeun ou 3 heures après un repas. L'effet du péristaltisme sur le taux de marqueurs biologiques dans le sang doit être étudié.
3. L'activité physique pratiquée le matin après le coucher entraîne une augmentation de la concentration sanguine d'acide hyaluronique, de MMP-3 et de l'épitope du sulfate de kératane chez les personnes en bonne santé. L'activité physique peut modifier la concentration de certains marqueurs dans le liquide synovial et le sérum sanguin. Cette augmentation est plus prononcée chez les patients atteints de polyarthrite rhumatoïde; de plus, la concentration de ces marqueurs biologiques est corrélée à l'état clinique de ces patients.
4. Maladies hépatiques et rénales. La cirrhose du foie entraîne une augmentation significative des taux sériques d'acide hyaluronique et affecte probablement l'élimination des protéoglycanes. Les maladies rénales sont connues pour affecter les concentrations d'ostéocalcine. Cette question nécessite également des études plus approfondies.
5. Âge et sexe. Pendant la croissance, l'activité des cellules du cartilage de croissance augmente, ce qui s'accompagne d'une augmentation de la concentration de marqueurs biologiques squelettiques dans le sérum sanguin. L'augmentation de la concentration de fragments d'aggrécane et de collagène de type II dans le sang périphérique et l'urine des animaux en croissance en est un exemple. Par conséquent, l'interprétation des analyses de marqueurs biologiques chez les enfants et les adolescents atteints de maladies musculo-squelettiques est difficile. Pour de nombreux marqueurs biologiques, une augmentation de la concentration a été observée avec l'âge. Chez les hommes, la concentration de marqueurs biologiques est significativement supérieure à celle des femmes dans le cartilage et le tissu osseux. De plus, chez les femmes ménopausées et postménopausées, on peut s'attendre à des variations de la concentration de marqueurs biologiques du métabolisme cartilagineux, similaires à celles observées dans le tissu osseux.
6. Les interventions chirurgicales peuvent également affecter les niveaux de marqueurs biologiques, et cet effet peut durer plusieurs semaines.

Le concept de marqueurs biologiques de l'arthrose repose sur l'hypothèse qu'ils reflètent certains aspects des processus métaboliques des tissus articulaires. Cependant, la relation entre les concentrations de marqueurs biologiques dans les liquides organiques et le métabolisme du cartilage, de la synovie et d'autres tissus s'est avérée très complexe.

Par exemple, la concentration de marqueurs de dégradation de la matrice extracellulaire du cartilage articulaire dans le liquide synovial peut dépendre non seulement du degré de dégradation de la matrice elle-même, mais également d'autres facteurs, tels que le degré d'élimination des fragments moléculaires de la synovie, qui a déjà été mentionné ci-dessus, ainsi que de la quantité de tissu cartilagineux restant dans l'articulation.

Malgré les faits mentionnés ci-dessus, la concentration de marqueurs biologiques dans le liquide synovial est généralement corrélée au métabolisme des molécules de la matrice extracellulaire (MEC) du cartilage articulaire. Par exemple, les variations de concentration des fragments d'aggrécane, de l'épitope 846, de la COMB et du C-propeptide du collagène II dans le liquide synovial après une lésion articulaire et au cours du développement de l'arthrose sont cohérentes avec les variations d'intensité du métabolisme de l'aggrécane, de la COMB et du collagène II dans des modèles expérimentaux d'arthrose chez l'animal (et in vivo) et dans le cartilage articulaire de patients atteints d'arthrose (et in vitro).

L'identification de sources spécifiques de fragments moléculaires est un processus complexe. Une libération accrue de fragments moléculaires peut se produire soit en raison d'une augmentation générale des processus de dégradation non compensée par les processus de synthèse, soit en raison d'une dégradation accrue associée à une augmentation simultanée de l'intensité de la synthèse des mêmes molécules de matrice extracellulaire (MEC). Dans ce dernier cas, la concentration de molécules de matrice extracellulaire (MEC) reste inchangée. Il est donc nécessaire de rechercher des marqueurs spécifiques de la dégradation et de la synthèse. Les fragments d'aggrécane sont des exemples de ces marqueurs, tandis que le C-propeptide du collagène 11 en est un exemple.

Même si un marqueur biologique est associé à un aspect spécifique du métabolisme, il est nécessaire de prendre en compte les spécificités de ce processus. Par exemple, les fragments identifiés peuvent résulter de la dégradation d'une molécule synthétisée de novo non encore intégrée à la matrice extracellulaire fonctionnelle, d'une molécule venant d'être intégrée à la matrice extracellulaire, et enfin d'une molécule de la matrice extracellulaire permanente constituant un élément fonctionnel important de la matrice mature. Un autre problème réside dans la définition de la zone matricielle spécifique (matrice péricellulaire, territoriale et interterritoriale) ayant servi de source aux marqueurs biologiques détectés dans le liquide synovial, le sang ou l'urine. Des études in vitro indiquent que l'intensité du métabolisme peut varier d'une zone à l'autre de la matrice extracellulaire du cartilage articulaire. L'étude de certains épitopes associés à la sulfatation du sulfate de chondroïtine pourrait contribuer à identifier la population de molécules d'aggrécane synthétisées de novo.

On peut supposer que l'apparition de fragments de molécules normalement présentes dans la matrice extracellulaire du cartilage dans le liquide synovial est associée au métabolisme de la matrice cartilagineuse. Cependant, ce n'est pas toujours le cas, car cela dépend de plusieurs facteurs, notamment de la concentration d'une molécule donnée dans le cartilage articulaire et de l'intensité de son métabolisme dans le cartilage par rapport à celle des autres tissus articulaires. Ainsi, la masse totale d'aggrécane dans le cartilage articulaire est significativement supérieure à celle du ménisque du genou, par exemple, tandis que la masse totale de COMB dans le ménisque est pratiquement identique à celle du cartilage articulaire. Les chondrocytes et les synovocytes produisent tous deux de la stromélysine-1, mais le nombre total de cellules dans la membrane synoviale est supérieur à celui du cartilage; une part importante de la stromélysine-1 présente dans le liquide synovial est donc très probablement d'origine synoviale. Ainsi, l’identification de la source spécifique des marqueurs biologiques est extrêmement difficile et souvent impossible.

Lors de l'étude des marqueurs biologiques dans le sérum sanguin et l'urine, la question de leur éventuelle origine extra-articulaire se pose. De plus, en cas de lésion monoarticulaire, les marqueurs biologiques sécrétés par l'articulation affectée peuvent se mélanger à ceux des articulations intactes, y compris controlatérales. Le cartilage articulaire représente moins de 10 % de la masse totale de cartilage hyalin de l'organisme. Ainsi, la détermination des marqueurs biologiques dans le sang et l'urine peut se justifier davantage dans les maladies polyarticulaires ou systémiques (en lien avec l'arthrose, dans l'arthrose généralisée).

Les exigences relatives aux marqueurs biologiques varient selon qu'ils sont utilisés comme tests diagnostiques, pronostiques ou évaluatifs. Par exemple, un test diagnostique détermine les différences entre les personnes en bonne santé et les patients atteints d'arthrose, ce qui s'exprime en termes de sensibilité et de spécificité. Un test pronostique identifie les individus d'une cohorte les plus susceptibles de voir leur maladie progresser rapidement. Enfin, un test évaluatif repose sur la capacité du marqueur à suivre l'évolution de la maladie au fil du temps chez un patient donné. De plus, les marqueurs biologiques peuvent être utilisés pour déterminer la sensibilité des patients à un médicament particulier.

Initialement, on pensait que les marqueurs biologiques pourraient servir de tests diagnostiques permettant de distinguer une articulation atteinte d'arthrose d'une articulation intacte, et de réaliser un diagnostic différentiel avec d'autres maladies articulaires. Ainsi, la détermination de la concentration de sulfate de kératane dans le sérum sanguin a été envisagée comme test diagnostique de l'arthrose généralisée. Cependant, des études ultérieures ont montré que ce marqueur biologique ne peut refléter que la dégradation des protéoglycanes cartilagineux dans certaines situations. Il s'est avéré que les concentrations de marqueurs biologiques dans le sérum sanguin dépendent de l'âge et du sexe de la personne examinée.

Marqueurs biologiques putatifs du métabolisme des tissus articulaires dans le liquide synovial et le sérum sanguin des patients souffrant d'arthrose

Marqueur biologique	Processus	Dans le liquide synovial (liens)	Dans le sérum sanguin (liens)
1. Cartilage
Aggrécane
Fragments de protéines de base	Dégradation de l'aggrécane	Lohmander LS. et al., 1989; 1993	Thonar EJMA et al., 1985; Campion GV et al., 1989; Mehraban F. et coll., 1991; Spector TD et coll., 1992; Lohmander LS., Thonar EJ-MA, 1994; Poole AR et al., 1994) t (Poole AR et al., 1994)
Épitopes de protéines de base (néoépitopes spécifiques de la zone de clivage)	Dégradation de l'aggrécane	Sandy JD et coll., 1992; LohmanderLS. et coll., 1993; AlouetteM.W. et coll., 1997
Épitopes des sulfates kératoniques	Dégradation de l'aggrécane	Campion GV et al., 1989; Belcher C et al., 1997
Épitopes des sulfates de chondroïtine (846, ЗВЗ, 7D4 et DR.)	Synthèse/dégradation de l'aggrécane	Poole AR et coll., 1994; HazellP.K. et coll., 1995; Slater RR Jr. et coll., 1995; Plaas AHK et al., 1997; 1998; Lohmander LS. et coll., 1998
Le rapport entre les sulfates de chondroïtine-6 et de chondroïtine-4	Synthèse/dégradation de l'aggrécane	Shinme iM. et al. 1993
Petits protéoglycanes	Dégradation des petits protéoglycanes	Witsch-Prehm P. et al., 1992
Protéines matricielles du cartilage
HOMP	Dégradation de HOMP	Saxne T., Heinegerd D., 1992"; LohmanderLS. et al., 1994; Petersson IF et al., 1997	Sharif M. et al., 1995
Collagènes cartilagineux
C-propeptide du collagène de type II	Synthèse du collagène II	ShinmeiM. et coll., 1993; Yoshihara Y. et coll., 1995; LohmanderLS. et coll., 1996
Fragments de la chaîne alpha du collagène de type II	Dégradation du collagène II	Hollander AP et al., 1994; Billinghurst RC et coll., 1997; AtleyLM. et coll., 1998
MMP et leurs inhibiteurs	Synthèse et sécrétion	De la synovie ou du cartilage articulaire?
II. Ménisques
HOMP	Dégradation de HOMP	Du cartilage articulaire, des ménisques ou de la synovie?
Petits protéoglycanes	Dégradation des petits protéoglycanes
III. Membrane synoviale
Acide hyaluronique	Synthèse de l'acide hyaluronique		Goldberg RL et al., 1991; Hedin P.-J. et al., 1991; Sharif M. et al., 1995
MMP et leurs inhibiteurs
Stromelysine (MMP-3)	Synthèse et sécrétion de MMP-3	Lohmaner LS et al., 1993	ZuckerS. et coll., 1994; Yoshihara Y. et coll., 1995
Collagénase interstitielle (MMP-1)	Synthèse et sécrétion de MMP-1	Clark IM et al., 1993; Lohmander LS. et al., 1993	Manicourt DH et al., 1994
TIMP	Synthèse et sécrétion de TIMP	Lohmander LS. et coll., 1993; Manicourt DH et al., 1994	Yoshihara Y. et al., 1995
N-propeptide du collagène de type III	Synthèse/dégradation du collagène III	Sharif M. et al., 1996	Sharif M. et al., 1996

Plusieurs études ont démontré des différences de concentrations de fragments d'aggrécane, d'HOMP, de MMP et de leurs inhibiteurs dans le liquide synovial du genou de volontaires sains, de patients atteints de polyarthrite rhumatoïde, d'arthrite réactionnelle ou d'arthrose. Malgré les différences significatives observées dans les concentrations moyennes de ces marqueurs biologiques, l'interprétation des données est difficile, l'analyse comparative étant rétrospective et de profil. Les propriétés pronostiques de ces tests doivent être confirmées par des études prospectives.

Les marqueurs biologiques peuvent être utilisés pour évaluer la gravité de la maladie ou le stade du processus pathologique. Dans le cas de l'arthrose, la gravité de la maladie et ses stades sont évalués par les résultats des examens radiologiques et arthroscopiques, ainsi que par l'intensité du syndrome douloureux, la limitation fonctionnelle des articulations affectées et la capacité fonctionnelle du patient. L. Dahlberg et al. (1992) et T. Saxne et D. Heinegard (1992) ont proposé l'utilisation de certains marqueurs moléculaires du métabolisme du cartilage articulaire pour une caractérisation plus précise des stades de l'arthrose. Cependant, des recherches supplémentaires dans ce sens sont nécessaires pour introduire ces marqueurs biologiques dans la pratique médicale.

Des études ont été menées sur l'utilisation potentielle de marqueurs biologiques comme tests pronostiques. Par exemple, il a été démontré que la concentration d'acide hyaluronique (mais pas de sulfate de kératane) dans le sérum de patients atteints d'arthrose du genou au début de l'étude indiquait une progression de la gonarthrose au cours des cinq années d'observation. Dans la même population de patients, il a été démontré qu'une augmentation de la concentration sérique de COMB dans le sérum de patients atteints de gonarthrose au cours de la première année suivant le début de l'étude était associée à une progression radiographique pendant les cinq années d'observation. Des études sur les marqueurs biologiques chez des patients atteints de polyarthrite rhumatoïde ont montré que la concentration sérique de COMB, épitope 846, et sulfate de chondroïtine est associée à une progression plus rapide de la maladie. Ces résultats, obtenus sur de petits groupes de patients, ne démontrent souvent pas la force du lien entre le taux de marqueurs biologiques et la progression de la maladie; des études complémentaires, prospectives et portant sur des cohortes plus larges de patients, sont donc nécessaires.

TD Spector et al. (1997) ont observé une légère augmentation de la CRP sérique chez des patients atteints d'arthrose précoce et ont indiqué que la CRP pourrait être un facteur prédictif de la progression de l'arthrose. Dans ce cas, l'augmentation de la CRP reflète les processus de lésion des tissus articulaires et pourrait être associée à une augmentation de l'acide hyaluronique, qui indique également la progression de la maladie. Il est possible que la membrane synoviale soit responsable de la majeure partie de l'acide hyaluronique mesuré dans le sérum, ce qui indique la présence d'une synovite légère. Des concentrations accrues de stromélysine MMP dans le liquide synovial et le sérum des patients atteints d'arthrose et après une lésion articulaire peuvent également être associées à une synovite légère.

Enfin, les marqueurs biologiques peuvent être utilisés comme critères d'efficacité dans les essais cliniques de médicaments, ainsi que pour le suivi des traitements pathogéniques. Cependant, deux problèmes interdépendants se posent: l'absence de médicaments aux propriétés prouvées de « modification de structure » ou de « modification de la maladie » est en grande partie due à l'absence de marqueurs biologiques fiables; et inversement, l'absence de marqueurs spécifiques du métabolisme des tissus articulaires est en grande partie due à l'absence d'études contrôlées portant sur ces médicaments.

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