Role of inflammatory factors and adipose tissue in pathogenesis of rheumatoid arthritis and osteoarthritis. Part II: Inflammatory background of osteoarthritis

Osteoarthritis is the most common rheumatoid disease. It may develop as a primary disease of the motor organ or as a secondary one in the course of other inflammatory joint diseases. Similarly to the majority of rheumatoid conditions, the pathogenesis of osteoarthritis has not been fully explained. The fact that its development is determined by adipocytokines, which are inflammatory mediators produced in the adipose tissue, has been known for several years. Additionally, inflammatory processes taking place in the adipose tissue that lead to degenerative changes are the main subject of studies conducted by various immunological laboratories. Degenerative changes in patients with osteoarthritis are frequently accompanied by secondary inflammation with cellular infiltrations in the synovial membrane. In numerous cases, the intensification of inflammatory lesions resembles changes seen in arthritis, particularly in rheumatoid arthritis, which inhibits the differential diagnosis by means of imaging examinations. This may have significant clinical implications, e.g. with respect to sonography, which is the basic imaging examination in diagnosing rheumatoid arthritis, monitoring the efficacy of implemented treatment or confirming remission. This article discusses the pathogenesis of three elements of osteoarthritis, i.e. synovitis (due to the difficulties in differentiation of synovitis in the course of osteoarthritis and in rheumatoid arthritis) as well as osteophytes and subchondral sclerosis (due to the significance of the inflammatory factor in their development).Choroba zwyrodnieniowa stawów jest najczęstszą chorobą reumatyczną. Może się rozwijać jako pierwotne schorzenie narządu ruchu lub wtórnie w przebiegu innych zapalnych chorób stawów. Podobnie jak w przypadku większości chorób reumatycznych patogeneza choroby zwyrodnieniowej stawów nie została w pełni wyjaśniona. O tym, że istotną rolę w jej rozwoju odgrywają adipocytokiny, czyli mediatory zapalne produkowane w tkance tłuszczowej, wiadomo od kilku lat, a procesy zapalne zachodzące w tkance tłuszczowej, prowadzące do rozwoju zmian zwyrodnieniowych, są wiodącym tematem badań wielu laboratoriów immunologicznych. Zmianom degeneracyjnym u chorych na chorobę zwyrodnieniową często towarzyszy wtórny proces zapalny z obecnością nacieków komórkowych w błonie maziowej. W wielu przypadkach duże nasilenie zmian zapalnych jest podobne jak w innych jednostkach chorobowych, zwłaszcza w reumatoidalnym zapaleniu stawów, co utrudnia różnicowanie przy użyciu badań obrazowych. Może to mieć znaczące implikacje kliniczne, np. w odniesieniu do ultrasonografii, która jest podstawowym badaniem obrazowym w diagnostyce, monitorowaniu skuteczności leczenia czy w potwierdzaniu remisji u chorych na reumatoidalne zapalenie stawów. W niniejszym artykule omówiono patogenezę trzech elementów obrazu chorobowego choroby zwyrodnieniowej stawów, tj. zapalenia błony maziowej, z uwagi na trudności różnicowania synovitis w przebiegu tej choroby i reumatoidalnego zapalenia stawów, oraz osteofitów i podchrzęstnej sklerotyzacji, ze względu na istotne znaczenie czynnika zapalnego w ich powstawaniu

Role of inflammatory factors and adipose tissue in pathogenesis of rheumatoid arthritis and osteoarthritis. Part I: Rheumatoid adipose tissue

For many years, it was thought that synovial cells and chondrocytes are the only sources of proinflammatory cytokines and growth factors found in the synovial fluid in patients suffering from osteoarthritis and rheumatoid arthritis. Currently, it is more and more frequently indicated that adipose tissue plays a significant role in the pathogenesis of these diseases as well as that a range of pathological processes that take place in the adipose tissue, synovial membrane and cartilage are interconnected. The adipose tissue is considered a specialized form of the connective tissue containing various types of cells which produce numerous biologically active factors. The latest studies reveal that, similarly to the synovial membrane, articular adipose tissue may take part in the local inflammatory response and affect the metabolism of the cartilage and subchondral osseous tissue. In in vitro conditions, the explants of this tissue obtained from patients suffering from osteoarthritis and rheumatoid arthritis produce similar pro- and anti-inflammatory cytokines to the explants of the synovial membrane. At this stage already, knowledge translates into imaging diagnostics. In radiological images, the shadowing of the periarticular soft tissues may not only reflect synovial membrane pathologies or joint effusion, but may also suggest inflammatory edema of the adipose tissue. On ultrasound examinations, abnormal presentation of the adipose tissue, i.e. increased echogenicity and hyperemia, may indicate its inflammation. Such images have frequently been obtained during ultrasound scanning and have been interpreted as inflammation, edema, hypertrophy or fibrosis of the adipose tissue. At present, when the knowledge concerning pathogenic mechanisms is taken into account, abnormal echogenicity and hyperemia of the adipose tissue may be considered as a proof of its inflammation. In the authors’ own practice, the inflammation of the adipose tissue usually accompanies synovitis. However, we also diagnose cases in which the inflammatory process in the joint is no longer active, but abnormal vascularity still persists in the adipose tissue. There are also cases where abnormal adipose tissue is the only sign of inflammation. Therefore, ultrasound examination confirms the existence of the additional site of inflammation, i.e. the adipose tissue which should be evaluated at the stage of initial diagnosis and during follow-up, also in termsPrzez wiele lat uznawano, że jedynym źródłem prozapalnych cytokin i czynników wzrostu stwierdzanych w płynie stawowym u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów i reumatoidalnym zapaleniem stawów są komórki błony maziowej i chondrocyty. Obecnie coraz więcej dowodów wskazuje na istotną rolę tkanki tłuszczowej w patogenezie tych chorób oraz obecność szeregu powiązań między procesami patologicznymi zachodzącymi w tkance tłuszczowej, błonie maziowej oraz w chrząstce. Tkanka tłuszczowa jest uznawana za wyspecjalizowaną formę tkanki łącznej, zawierającą różne typy komórek, które wytwarzają wiele aktywnych biologicznie czynników. Najnowsze badania wskazują, że stawowa tkanka tłuszczowa może, podobnie jak błona maziowa, brać udział w lokalnej odpowiedzi zapalnej i wpływać na metabolizm chrząstki i tkanki kostnej podchrzęstnej. W warunkach in vitro eksplanty tej tkanki od chorych na chorobę zwyrodnieniową stawów i reumatoidalne zapalenie stawów wydzielają podobne cytokiny pro‑ i przeciwzapalne jak eksplanty błony maziowej. Wiedza już na tym etapie przekłada się na diagnostykę obrazową. Na zdjęciach radiologicznych zacienienie tkanek miękkich okołostawowych/przystawowych może nie tylko świadczyć o patologii błony maziowej czy o wysięku w jamie stawu, ale także wskazywać na obrzęk zapalny tkanki tłuszczowej. W badaniach ultrasonograficznych nieprawidłowy obraz tkanki tłuszczowej, tj. podwyższenie echogeniczności i przekrwienie, może wskazywać na jej zapalenie. Takie obrazy często były obserwowane w badaniach ultrasonograficznych, co interpretowano jako zapalenie, obrzęk, przerost czy włóknienie tkanki tłuszczowej. Obecnie, dysponując wiedzą na temat mechanizmów patogenetycznych, nieprawidłową echogeniczność i przekrwienie tkanki tłuszczowej możemy prawdopodobnie uznać za dowód jej zapalenia. W praktyce własnej zapalenie tkanki tłuszczowej najczęściej towarzyszy synovitis. Stwierdzamy jednak także przypadki, w których proces zapalny w stawie nie jest już aktywny, natomiast nieprawidłowe unaczynienie utrzymuje się w tkance tłuszczowej. Badamy wręcz przypadki, w których nieprawidłowa tkanka tłuszczowa jest jedynym wykładnikiem zapalenia. Badanie ultrasonograficzne dostarcza zatem dowodów na obecność dodatkowego miejsca zapalnego, jakim jest tkanka tłuszczowa, która powinna być oceniana na etapie wstępnej diagnostyki i monitorowania pacjentów, w tym także pod kątem remisji