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Smoking, inflammation and joint health: A toxicological perspective in knee osteoarthritis

Tabaquismo, inflamación y salud articular: una perspectiva toxicológica en la osteoartritis de rodilla
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Javier Fernández-Torresa,b,1, Gabriela Angélica Martínez-Navac,1, Ashley Astrid Martínez-Villarreald, Yessica Zamudio-Cuevasa, Carmen Guadalupe Hernández-Valenciae, Carlos Martín Torre-Moralesf, Bertha Vargas-Sandovala, Víctor Ilizaliturri-Sánchezg, Rolando Espinosa-Moralesd, Jesús Fabián Cervantes-Menesesh, Ambar López-Macaya, Karina Martínez-Floresa,
Corresponding author
a Laboratorio de Líquido Sinovial, Instituto Nacional de Rehabilitación Luis Guillermo Ibarra Ibarra (INRLGII), Calzada México-Xochimilco No. 289, Col. Arenal de Guadalupe, C.P. 14389 Ciudad de México, Mexico
b Departamento de Biología, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Circuito Exterior S/N, Coyoacán, Ciudad Universitaria, C.P. 04510 Ciudad de México, Mexico
c Laboratorio de Gerociencias, Instituto Nacional de Rehabilitación Luis Guillermo Ibarra Ibarra (INRLGII), Calzada México-Xochimilco No. 289, Col. Arenal de Guadalupe, C.P. 14389 Ciudad de México, Mexico
d División de Reumatología, Instituto Nacional de Rehabilitación Luis Guillermo Ibarra Ibarra (INRLGII), Calzada México-Xochimilco No. 289, Col. Arenal de Guadalupe, C.P. 14389 Ciudad de México, Mexico
e Laboratorio de Biopolímeros y Planta Piloto de Bioprocesamiento de Subproductos Agroindustriales y Alimentarios, Departamento de Biotecnología, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Av. San Rafael Atlixco No. 186, Iztapalapa, Col. Leyes de Reforma 1era Secc., C.P. 09340 Ciudad de México, Mexico
f Posgrado Ciencias Bioquímicas, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Circuito Exterior S/N, Coyoacán, Ciudad Universitaria, C.P. 04510 Ciudad de México, Mexico
g División de Reconstrucción Articular Cadera y Rodilla-INRLGII”, Calzada México-Xochimilco No. 289, Col. Arenal de Guadalupe, C.P. 14389 Ciudad de México, Mexico
h Maestría en Ciencias de la Producción y de la Salud Animal, Facultad de Medicina Veterinaria, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Av. Universidad No. 3000, Coyoacán, Ciudad Universitaria, C.P. 04510 Ciudad de México, Mexico
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The impact of smoking on osteoarthritis (OA) remains controversial. This study aimed to evaluate the effect of smoking, adjusted for body mass index (BMI) and medication use, on systemic and joint inflammation in patients with knee OA. Peripheral blood (PB), synovial fluid (SF), and histological samples were analyzed from patients stratified by smoking status, pain level (VAS), tobacco index (TI), and use of DMARDs, NSAIDs, and analgesics. IL-1β, IL-6, and TNF-α levels were measured by ELISA. Histological evaluation of extracellular matrix (ECM) used Alcian blue and Safranin O staining. Statistical analyses included ANOVA, Dunn's test, Spearman's and Kendall's correlations, and linear regression adjusted for age and BMI.

Results

Smoking OA patients (OA-S) showed significantly higher plasma TNF-α levels compared to non-smokers (OA-NS) (P<0.01), and reduced proteoglycan content (47.15%) compared to former smokers (OA-ExS) (72.74%) (P<0.01). A moderate negative correlation was observed between SF IL-1β and proteoglycans in OA-ExS. In OA-S, plasma TNF-α strongly correlated with SF IL-6 (P<0.05). Plasma TNF-α correlated with pain in OA-S, while IL-1β did so in OA-ExS (P<0.01). BMI positively correlated with SF IL-6 in OA-S (P<0.01). Analgesic and NSAID use were associated with increased plasma TNF-α in OA-S and OA-ExS. Regression models showed that smoking was significantly associated with elevated plasma TNF-α and SF IL-6 levels, independent of BMI and age.

Conclusion

Smoking, combined with excess weight and medication use, may enhance chronic inflammation and contribute to increased severity of knee OA.

Keywords:
Osteoarthritis
Smoking
Pain
Proinflammatory cytokines
Analgesics
Resumen

El impacto del tabaquismo en la osteoartritis (OA) sigue siendo controvertido. Este estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto del tabaquismo, ajustado por índice de masa corporal (IMC) y uso de medicamentos, sobre la inflamación sistémica y articular en pacientes con OA de rodilla. Se analizaron muestras de sangre periférica (SP), líquido sinovial (LS) e histológicas de pacientes estratificados según su condición de fumador, nivel de dolor (EVA), índice de tabaquismo (IT) y uso de FAME, AINE y analgésicos. Los niveles de IL-1β, IL-6 y TNF-α se midieron mediante ELISA. La evaluación histológica de la matriz extracelular (MEC) se realizó mediante tinción con azul de alcian y safranina O. Los análisis estadísticos incluyeron ANOVA, prueba de Dunn, correlaciones de Spearman y Kendall, y regresión lineal ajustada por edad e IMC.

Resultados

Los pacientes con osteoartritis fumadores (OA-F) mostraron niveles plasmáticos de TNF-α significativamente más altos que los no fumadores (OA-NF) (p<0,01) y un contenido reducido de proteoglicanos (47,15%) en comparación con los exfumadores (OA-ExF) (72,74%) (p <0,01). Se observó una correlación negativa moderada entre la IL-1β en líquido sinovial y los proteoglicanos en OA-ExF. En OA-F, el TNF-α plasmático se correlacionó fuertemente con la IL-6 en líquido sinovial (p <0,05). El TNF-α plasmático se correlacionó con el dolor en OA-F, mientras que la IL-1β lo hizo en OA-ExF (p <0,01). El IMC se correlacionó positivamente con la IL-6 en líquido sinovial en OA-F (p <0,01). El uso de analgésicos y AINE se asoció con un aumento del TNF-α plasmático tanto en OA-F como en OA-ExF. Los modelos de regresión mostraron que el tabaquismo se asoció significativamente con niveles elevados de TNF-α en plasma y de IL-6 en líquido sinovial, independientemente del IMC y la edad.

Conclusión

El tabaquismo, combinado con el exceso de peso y el uso de medicamentos, puede exacerbar la inflamación crónica y contribuir a una mayor gravedad de la osteoartritis de rodilla.

Palabras clave:
Osteoartritis
Tabaquismo
Dolor
Citocinas proinflamatorias
Analgésicos

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