The primary purposes of this study were to determine biomarker concentration levels at pre exercise and in response to an acute running bout in participants with an acute knee injury history (AKIH) in comparison to healthy control participants. The secondary purposes were to determine if self-perceived pre-exercise functional outcome score differences existed between participants with AKIH in comparison to healthy control participants, and whether these measures correlated with biomarker concentration changes after an acute running bout. Twenty-two (10 females, 12 males) college-aged individuals who were physically active participated in the study (11 with AKIH, 11 without AKIH). A two-group pre-test/post-test study design was utilized. The exercise bout consisted of running at 2.2 m * s -1 for 30 min on a motorized treadmill. Statistical significance was defined as p ≤ 0.05. The serum biomarker concentrations (i.e., COMP, IL-1ß, MMP-13, CTX-II, CPII, and CTX-II/CPII ratio) assessed in this study were not found to be significantly different based on AKIH status pre exercise and after 30 min of running. AKIH participants did have significantly lower pre-exercise functional scores compared to their matched healthy controls. Additionally, pre-exercise functional scores (i.e., KOOS quality of life and current Tegner activity) showed moderate negative correlations to IL-1ß and CTX-II/CPII ratio biomarker changes post exercise, respectively. The findings of this study indicate that an acute bout of moderate-intensity running is tolerated in a high-risk AKIH population and does not adversely affect knee biomarker metabolism. However, these findings should be interpreted with caution as it is yet to be determined if a higher exercise dose and/or intensity, as well as other varied types of exercise elicit adverse biomarker response within this population or if these findings are replicable in other populations (e.g., older aged). AKIH participants reported overall lower functional scores than healthy control participants, which may be indicative of impending structural or biomarker changes. Questions still remain about short- and long-term interventions post AKIH since there are many potential confounding factors that affect OA progression. Post-AKIH pathophysiology is complex and while there are unique variables that may accelerate OA onset, there may be an interaction effect of these variables that accelerate and propagate OA, and this still needs further investigation. / Kinesiology

A osteocondrite dissecante (OCD) é uma das principais doenças que afetam os equinos jovens e uma das condições incluídas nas Doenças Ortopédicas do Desenvolvimento. Por se tratar de importante afecção articular, a OCD pode ser responsabilizada por perdas econômicas substanciais em decorrência da diminuição do desempenho atlético e reprodutivo dos animais acometidos. Sua etiologia é considerada multifatorial sendo associada a fatores nutricionais, endócrinos, genéticos e biomecânicos. A análise dos biomarcadores do líquido sinovial fornece dados fundamentais acerca das alterações representativas de inflamação e danos à cartilagem articular, por isso o monitoramento do ambiente articular caracteriza-se como uma importante ferramenta para o diagnóstico e acompanhamento da progressão da doença. A análise metabolômica por Ressonância Magnética Nuclear de prótons de hidrogênio (1H RMN) é um método de avaliação holístico, simultâneo e em tempo real, dos metabólitos de pequenas moléculas presente no líquido sinovial, capaz de fornecer dados a respeito da progressão da doença, da resposta a tratamentos e de determinar biomarcadores. No presente estudo objetivou-se estabelecer o perfil metabólico global do líquido sinovial de equinos acometidos por OCD, estudar a aplicabilidade da 1H RMN no diagnóstico da OCD e avaliar a possibilidade de distinção entre os líquidos sinoviais de articulações com OCD sintomática e assintomática. A determinação do perfil metabólico do líquido sinovial de equinos hígidos e acometidos por OCD assintomática e sintomática resultou em 32 metabólitos comuns às três condições articulares. Além destes, 2 compostos foram identificados somente nas articulações doentes, sendo eles o propilenoglicol e o composto aromático, porém, não foi possível diferenciar as articulações com OCD assintomática das articulações sintomáticas, pois ambos os grupos apresentavam metabólitos semelhantes e com intensidades similares.. Na comparação entre a intensidade dos espectros, observaram-se aumentos dos metabólitos glicose, glutamina, etanol, leucina, isoleucina, dimetilsulfona, creatina, creatinina, Nacetilglucosamina e N-acetilglutamina e -metil histidina e dos compostos propilenoglicol e composto aromático nas articulações com OCD com relação às hígidas. Dos metabólitos que apresentaram redução na intensidade dos espectros das articulações doentes têm-se o 3- hidroxibutirato e o acetato. Outros metabólitos demonstraram a mesma intensidade de sinal para os três tipos de articulação, sendo eles: piruvato, citrato, metionina, histidina, tirosina, valina, lactato, alanina, glicina, glicerol e fenilalanina. A análise estatística por PCA foi capaz de realizar o agrupamento dos espectros e atribuir a importância do composto aromático na diferenciação entre os animais hígidos e doentes. A análise metabolômica por 1H NMR mostrou-se técnica com alta reprodutibilidade entre as amostras e sensibilidade de detecção dos componentes do líquido sinovial, revelando claras diferenças entre os perfis bioquímicos de articulações hígidas e acometidas por OCD, indicativo das alterações metabólicas que ocorrem com a progressão desta doença, relacionadas principalmente com o processo de degradação cartilagínea. Este estudo salienta o potencial da análise metabolômica em fornecer uma nova perspectiva dos processos bioquímicos envolvidos na progressão da OCD. / Osteochondritis dissecans (OCD) is one of the most common diseases affecting young horses and one of the conditions classified as Developmental Orthopedic Diseases. As an important joint disorder, OCD is held responsible for substantial economic losses in consequence of the decrease in athletic and reproductive performance in affected horses. The condition presents a multifactorial ethiology, related to nutritional, endocrine, genetic and biomechanical factors, although its pathogeny is well established, associated with a disturbance of the process of endochondral ossification. Synovial fluid biomarkers analysis provide data regarding changes representative of inflammation and articular cartilage damage, which is why monitoring the joint cavity is an important tool for diagnosis and assessing disease progression. Proton Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy is a holistic, simultaneous and real time approach, of the metabolites present in the synovial fluid, offering the potential to provide data regarding disease progression, response to treatment and to determine disease biomarkers. The aim of the present study was to establish the global metabolic profiling of normal and osteochondritic synovial fluid, to evaluate the applicability of the 1H RMN in the diagnosis of OCD, and to asses possible distinctions between symptomatic and asymptomatic horses. The metabolic profile determination resulted in 32 common metabolites to the three joint conditions. Moreover, 2 compounds were identified exclusively in the diseased joints, namely propylene glycol and aromatic compound, but we were unable to discern between asymptomatic and symptomatic individuals for both groups presented similarities in metabolites as well as their concentrations. When comparing spectral intensities, we observed marked increases in the metabolites glucose, glutamine, ethanol, leucine, isoleucine, dimethyl sulphone, creatine, creatinine, N-acetylglucosamine, N-acetylglutamine and -methyhistidine, besides the compounds propylene glycol and aromatic compound, in the affected joints compared to the healthy ones. Decrease in spectral intensities were related to the metabolites 3-hydroxybutirate and acetate in affected joints. Other metabolites showed no difference in intensities in all joint conditions, those being pyruvato, citrate, methionine, histidine, tyrosine, valine, lactate, alanine, glycine, glycerol and phenylalanine. PCA based statistical analysis was able to group spectra and to ascribe the importance of the aromatic compound in differentiating healthy from diseased joints. 1H RMN spectroscopy showed high reproductability between samples and sensitive in detecting synovial fluid compounds, unveiling clear diferences between the biochemical profiles of healthy and OCD affected joints, thus indicating metabolic alterations occuring with disease progression, related mainly with the cartilage degradation process. This study projects the potential of metabolomics analysis in providing a new perspective of the biochemical processes involved in OCD progression.

A osteocondrite dissecante (OCD) é uma das principais doenças que afetam os equinos jovens e uma das condições incluídas nas Doenças Ortopédicas do Desenvolvimento. Por se tratar de importante afecção articular, a OCD pode ser responsabilizada por perdas econômicas substanciais em decorrência da diminuição do desempenho atlético e reprodutivo dos animais acometidos. Sua etiologia é considerada multifatorial sendo associada a fatores nutricionais, endócrinos, genéticos e biomecânicos. A análise dos biomarcadores do líquido sinovial fornece dados fundamentais acerca das alterações representativas de inflamação e danos à cartilagem articular, por isso o monitoramento do ambiente articular caracteriza-se como uma importante ferramenta para o diagnóstico e acompanhamento da progressão da doença. A análise metabolômica por Ressonância Magnética Nuclear de prótons de hidrogênio (1H RMN) é um método de avaliação holístico, simultâneo e em tempo real, dos metabólitos de pequenas moléculas presente no líquido sinovial, capaz de fornecer dados a respeito da progressão da doença, da resposta a tratamentos e de determinar biomarcadores. No presente estudo objetivou-se estabelecer o perfil metabólico global do líquido sinovial de equinos acometidos por OCD, estudar a aplicabilidade da 1H RMN no diagnóstico da OCD e avaliar a possibilidade de distinção entre os líquidos sinoviais de articulações com OCD sintomática e assintomática. A determinação do perfil metabólico do líquido sinovial de equinos hígidos e acometidos por OCD assintomática e sintomática resultou em 32 metabólitos comuns às três condições articulares. Além destes, 2 compostos foram identificados somente nas articulações doentes, sendo eles o propilenoglicol e o composto aromático, porém, não foi possível diferenciar as articulações com OCD assintomática das articulações sintomáticas, pois ambos os grupos apresentavam metabólitos semelhantes e com intensidades similares.. Na comparação entre a intensidade dos espectros, observaram-se aumentos dos metabólitos glicose, glutamina, etanol, leucina, isoleucina, dimetilsulfona, creatina, creatinina, Nacetilglucosamina e N-acetilglutamina e -metil histidina e dos compostos propilenoglicol e composto aromático nas articulações com OCD com relação às hígidas. Dos metabólitos que apresentaram redução na intensidade dos espectros das articulações doentes têm-se o 3- hidroxibutirato e o acetato. Outros metabólitos demonstraram a mesma intensidade de sinal para os três tipos de articulação, sendo eles: piruvato, citrato, metionina, histidina, tirosina, valina, lactato, alanina, glicina, glicerol e fenilalanina. A análise estatística por PCA foi capaz de realizar o agrupamento dos espectros e atribuir a importância do composto aromático na diferenciação entre os animais hígidos e doentes. A análise metabolômica por 1H NMR mostrou-se técnica com alta reprodutibilidade entre as amostras e sensibilidade de detecção dos componentes do líquido sinovial, revelando claras diferenças entre os perfis bioquímicos de articulações hígidas e acometidas por OCD, indicativo das alterações metabólicas que ocorrem com a progressão desta doença, relacionadas principalmente com o processo de degradação cartilagínea. Este estudo salienta o potencial da análise metabolômica em fornecer uma nova perspectiva dos processos bioquímicos envolvidos na progressão da OCD. / Osteochondritis dissecans (OCD) is one of the most common diseases affecting young horses and one of the conditions classified as Developmental Orthopedic Diseases. As an important joint disorder, OCD is held responsible for substantial economic losses in consequence of the decrease in athletic and reproductive performance in affected horses. The condition presents a multifactorial ethiology, related to nutritional, endocrine, genetic and biomechanical factors, although its pathogeny is well established, associated with a disturbance of the process of endochondral ossification. Synovial fluid biomarkers analysis provide data regarding changes representative of inflammation and articular cartilage damage, which is why monitoring the joint cavity is an important tool for diagnosis and assessing disease progression. Proton Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy is a holistic, simultaneous and real time approach, of the metabolites present in the synovial fluid, offering the potential to provide data regarding disease progression, response to treatment and to determine disease biomarkers. The aim of the present study was to establish the global metabolic profiling of normal and osteochondritic synovial fluid, to evaluate the applicability of the 1H RMN in the diagnosis of OCD, and to asses possible distinctions between symptomatic and asymptomatic horses. The metabolic profile determination resulted in 32 common metabolites to the three joint conditions. Moreover, 2 compounds were identified exclusively in the diseased joints, namely propylene glycol and aromatic compound, but we were unable to discern between asymptomatic and symptomatic individuals for both groups presented similarities in metabolites as well as their concentrations. When comparing spectral intensities, we observed marked increases in the metabolites glucose, glutamine, ethanol, leucine, isoleucine, dimethyl sulphone, creatine, creatinine, N-acetylglucosamine, N-acetylglutamine and -methyhistidine, besides the compounds propylene glycol and aromatic compound, in the affected joints compared to the healthy ones. Decrease in spectral intensities were related to the metabolites 3-hydroxybutirate and acetate in affected joints. Other metabolites showed no difference in intensities in all joint conditions, those being pyruvato, citrate, methionine, histidine, tyrosine, valine, lactate, alanine, glycine, glycerol and phenylalanine. PCA based statistical analysis was able to group spectra and to ascribe the importance of the aromatic compound in differentiating healthy from diseased joints. 1H RMN spectroscopy showed high reproductability between samples and sensitive in detecting synovial fluid compounds, unveiling clear diferences between the biochemical profiles of healthy and OCD affected joints, thus indicating metabolic alterations occuring with disease progression, related mainly with the cartilage degradation process. This study projects the potential of metabolomics analysis in providing a new perspective of the biochemical processes involved in OCD progression.