Svalová degenerace bederní páteře inhibuje regeneraci svalů vyvolanou rehabilitací

CÍL: Zjistit vliv cvičení na indukci svalové hypertrofické, fibrotické, zánětlivé a adipogenní dráhy u pacientů s mírnou versus těžkou tukovou infiltrací m. multifidus. Odůvodnění. Cílem tohoto cíle je 1) změřit molekulární odezvy svalů na dobře definované období předoperačního cvičení a 2) určit, zda základní morfologické nebo cvičením vyvolané molekulární reakce predikují svalové strukturální zotavení a funkční zisky až do 6. měsíce po operaci.

Design. Půjde o longitudinální studii 40 pacientů s mírnou (< 20 %) versus těžkou (> 50 %) tukovou infiltrací. Důležité budou také kontroly bez cvičení a výzkumníci mají v úmyslu použít část bioptované tkáně z jiných experimentů jako další kontroly. Před operací pacienti podstoupí klinické a MRI vyšetření. Kromě toho pacienti podstoupí 6 hodin před operací cvičení a poté okamžitě podstoupí krátký zobrazovací protokol MRI k měření změn perfuze vyvolaných cvičením (IVIM). Šest hodin po cvičení budou vyšetřovatelé během operace shromažďovat biopsie multifidu, aby charakterizovali hypertrofické, fibrotické, adipogenní a zánětlivé reakce. Pro primární analýzy budou skupiny pacientů vybrány na základě závažnosti svalové tukové infiltrace. Věk a pohlaví skupin budou shodné, protože výzkumníci vědí, že základní linie a genová exprese vyvolaná cvičením se mění s věkem. Chirurgický postup a manipulace s ploténkou během operace budou zdokumentovány, aby se zohlednil potenciál pro ploténku a další specifické účinky na svalovou strukturu. Šest měsíců po operaci budou provedena opakovaná měření svalové struktury pomocí MRI. V 6., 12. a 24. týdnu bude síla (izokinetický dynamometr) a funkce specifická pro pacienta (data z dotazníku) získána podle standardního protokolu.

Metody:

Fyzikální vyšetření: Klinické vyšetření provede fyzioterapeut se zkušenostmi s poraněním páteře. Věk, pohlaví a index tělesné hmotnosti (BMI), trvání příznaků, užívání protizánětlivých léků, aktivní a pasivní rozsah pohybu, provokativní testy nervového napětí (měření kloubního rozsahu pohybu [ROM]), síla a vytrvalost měřená na izokinetický dynamometr (MedX Holdings Inc.), neurovaskulární stav, Oswestry Disability Index (81), Baecke Physical Activity Questionnaire (BPA), Fear Avoidance Beliefs Questionnaire (FABQ) a Pain Catastrophizing Scale (PCS) jsou důležitá měřítka, která zachycují jak fyzické, tak psychosociální faktory, o nichž je známo, že souvisejí s LBP a budou shromažďovány na klinickém místě. Tato obrazovka bude použita k potvrzení, že diskogenní příznaky jsou izolovány na úrovně pod L4, což nám umožňuje použít vastus lateralis jako vnitřní kontrolní svalovou biopsii.

Klinická MRI: Standardní axiální, sagitální šikmé a koronálně šikmé MR snímky páteře budou shromážděny u všech pacientů, u kterých je plánována operace. K identifikaci závažnosti poranění ploténky (Pfirrmannův stupeň), svalové tukové infiltrace (Kjaerův stupeň) a k potvrzení místa poranění budou použity T1 a T2 netukově potlačené nebo kontrastní axiální a sagitální MR snímky páteřního kloubu.

Multimodální MRI: Zobrazování bude provedeno v jediném sezení na nejmodernějším systému 3T MRI (GE MR750). Množství a distribuce objemu svalů páteře, objemu tuku a objemu pojivové tkáně bude provedena ze skenů vleže na zádech pomocí 3D FSPGR s vysokým rozlišením (1 mm3), separace tuku a vody IDEAL a pulzních sekvencí UTE, v tomto pořadí pomocí 32kanálové páteře cívka pole. IVIM bude použit ke kvantifikaci regionální svalové aktivace v reakci na zátěžový zápas.

Cvičební protokol: Před operací budou pacienti podrobeni cvičebnímu protokolu bederní páteře na dynamometru MedX bederní extenze s pánevním zádržným systémem umožňujícím izolaci svalů bederní páteře. Cvičební protokol se skládá z 1 sady 20 opakování (rozsah 15-25 opakování) rychlostí 5 sekund/opakování s počáteční váhou 60-80 % jejich počítačového skóre síly. Pacienti budou instruováni, aby cílili na úroveň námahy 7/10 na stupnici Borg Rate of Perceived Exertion (RPE) v rámci dostupného rozsahu pasivní ROM do flexe-extenze.

Dietní protokol: Důležité je, že pacienti po cvičení zůstanou NPO (žádné jídlo ani voda), ale budou mít standardizovanou stravu po dobu 24 hodin před cvičením a operací, což zmírňuje účinky diety na genovou expresi (137, 150 -152). Večeře budou standardizovány (1900 h: 11 kcal/kg; 60 % sacharidů [CHO], 25 % tuků [FAT], 15 % bílkovin [PRO]; 2200 h (3 kcal/kg; 95 % CHO, 2 % FAT, 3 % PRO), protože složení jídla může akutně ovlivnit expresi genů a proteinů.

Sběr a uchovávání svalové biopsie: Svalové biopsie budou odebrány do 6 hodin po cvičení v plánovaném čase operace. Subjekty budou z analýzy vyloučeny, pokud jejich biopsie nebudou odebrány do 1 hodiny od předepsaného časového bodu. Biopsie budou získány standardní bioptickou svorkou na středním a hlubokém okraji svalu multifidus, jak je uvedeno v cíli č. 1, a okamžitě umístěny do RNAlater (Qiagen) pro následnou analýzu qPCR nebo zmrazené v kapalném dusíku pro měření množství proteinu/fosforylace.

qPCR a western blotting: Genová exprese a množství proteinu budou měřeny pomocí qPCR a western blotting, v daném pořadí. Stručně řečeno, PCR v reálném čase bude prováděna v Bio-Rad CFX384 pomocí přizpůsobených destiček (PrimePCR, Bio-Rad). Exprese cílového genu bude vypočítána relativně k hodnotám z ribozomální podjednotky 18S, protože předběžné nálezy ukazují, že je stabilnější než glyceraldehyd-3-fosfát dehydrogenáza (GAPDH; data neuvedena). U genů, u kterých nalezneme více než trojnásobnou změnu exprese, bude k posouzení nadbytku proteinu použit western blotting, jak bylo popsáno dříve.