Lændehvirvelsøjlens muskeldegeneration hæmmer rehabiliteringsinduceret muskelgendannelse

MÅL: At bestemme effekten af ​​træning på induktion af muskelhypertrofiske, fibrotiske, inflammatoriske og adipogene veje hos patienter med mild versus svær fedtinfiltration af multifidusmusklen. Begrundelse. Formålet med dette mål er at 1) måle molekylære reaktioner af muskler på et veldefineret anfald af præoperativ træning, og 2) at bestemme, om baseline morfologiske eller anstrengelsesinducerede molekylære reaktioner forudsiger muskelstrukturel restitution og funktionelle gevinster op til 6 måneder efter operationen.

Design. Dette vil være et longitudinelt studie af 40 patienter med mild (< 20 %) versus svær (> 50 %) fedtinfiltration. Ikke-motionskontroller vil også være vigtige, og efterforskerne har til hensigt at bruge en del af biopsieret væv fra andre eksperimenter som yderligere kontroller. Inden operationen skal patienterne gennemgå kliniske undersøgelser og MR-undersøgelser. Derudover vil patienterne gennemgå en træningsperiode 6 timer før operationen og derefter straks gennemgå en kort MR-billedprotokol for at måle træningsinducerede perfusionsændringer (IVIM). Seks timer efter træningskampen vil efterforskerne indsamle biopsier af multifidusen under operationen for at karakterisere de hypertrofiske, fibrotiske, adipogene og inflammatoriske reaktioner. Til primære analyser vil patientgrupper blive udvalgt på baggrund af sværhedsgraden af ​​muskelfedtinfiltration. Gruppens aldre og køn vil blive matchet, fordi efterforskerne ved, at baseline og træningsinduceret genekspression varierer med alderen. Kirurgisk procedure og manipulation af disken intraoperativt vil blive dokumenteret for at tage højde for potentialet for diskus og andre operationsspecifikke effekter på muskelstrukturen. Seks måneder efter operationen vil der blive foretaget gentagne målinger af muskelstruktur via MR. Ved 6, 12 og 24 uger opnås styrke (isokinetisk dynamometer) og patientspecifik funktion (spørgeskemadata) i henhold til standardprotokol.

Metoder:

Fysisk undersøgelse: En fysioterapeut med erfaring med rygsøjleskade vil udføre den kliniske undersøgelse. Alder, køn og kropsmasseindeks (BMI), varighed af symptomer, brug af antiinflammatoriske lægemidler, aktive og passive bevægelsesudslag, provokerende neurale spændingstest (måling af ledbevægelsesudslag [ROM]), styrke og udholdenhed målt på en isokinetisk dynamometer (MedX Holdings Inc.), neurovaskulær status, Oswestry Disability Index (81), Baecke Physical Activity Questionnaire (BPA), Fear Avoidance Beliefs Questionnaire (FABQ) og Pain Catastrophizing Scale (PCS) er vigtige mål, der fanger både fysisk og psykosociale faktorer, der vides at være relateret til LBP, og vil blive indsamlet på det kliniske sted. Denne skærm vil blive brugt til at bekræfte, at diskogene symptomer er isoleret til niveauer under L4, hvilket giver os mulighed for at bruge vastus lateralis som en intern kontrol muskelbiopsi.

Klinisk MR: Standard aksial, sagittal skrå og koronal skrå MR-billeder af rygsøjlen vil blive indsamlet på alle patienter, der er planlagt til operation. For at identificere sværhedsgraden af ​​diskusskaden (Pfirrmann-grad), muskelfedtinfiltration (Kjaer-grad) og for at bekræfte skadens placering, vil T1 og T2 ikke-fedtundertrykte eller kontrastforstærkede aksiale og sagittale MR-billeder af rygsøjlens led blive brugt.

Multimodal MR: Billeddannelse vil blive udført i en enkelt session på et avanceret 3T MR-system (GE MR750). Mængden og fordelingen af ​​rygsøjlens muskelvolumen, fedtvolumen og bindevævsvolumen vil blive udført fra liggende scanninger ved hjælp af henholdsvis højopløsnings (1 mm3) 3D FSPGR, IDEAL fedt-vand-separation og UTE-pulssekvenser ved hjælp af en 32-kanals rygsøjle array spole. IVIM vil blive brugt til at kvantificere regional muskelaktivering som reaktion på en træningskamp.

Træningsprotokol: Før operationen vil patienterne blive udsat for en træningsprotokol for lændehvirvelsøjlen på et MedX-lændeforlængelsesdynamometer med et bækkenfastholdelsessystem, der muliggør isolering af lændehvirvelsøjlens muskler. Træningsprotokollen består af 1 sæt af 20 gentagelser (interval 15-25 reps) med en hastighed på 5 sekunder/gentagelser med en startvægt på 60-80 % af deres computeriserede styrkescore. Patienterne vil blive instrueret i at målrette et anstrengelsesniveau på 7/10 på Borg Rate of Perceived Exertion (RPE)-skalaen inden for deres tilgængelige passive ROM-område til fleksion-ekstension.

Diætprotokol: Det er vigtigt, at patienterne forbliver NPO (ingen mad eller vand) efter træningskampen, men vil have en standardiseret diæt i 24 timer før træningskampen og operationen, hvilket mindsker effekten af ​​kosten på genekspression (137, 150 -152). Aftensmåltider vil blive standardiseret (1900 timer: 11 kcal/kg; 60% kulhydrat [CHO], 25% fedt [FAT], 15% protein [PRO]; 2200 timer (3 kcal/kg; 95% CHO, 2% FAT, 3 % PRO), fordi måltidssammensætning kan have en akut indvirkning på gen- og proteinekspression.

Høst og opbevaring af muskelbiopsi: Muskelbiopsier vil blive høstet inden for 6 timer efter træningskampen på deres planlagte operationstidspunkt. Forsøgspersoner vil blive udelukket fra analysen, hvis deres biopsier ikke er høstet inden for 1 time efter det foreskrevne tidspunkt. Biopsier vil blive opnået med en standard biopsiklemme ved den midterste og dybe margin af multifidusmusklen som angivet i mål #1 og straks anbragt i RNAlater (Qiagen) til efterfølgende qPCR-analyse eller frosset i flydende nitrogen til proteinoverflod/phosphoryleringsmålinger.

qPCR og western blotting: Genekspression og proteinoverflod vil blive målt ved henholdsvis qPCR og western blotting. Kort fortalt vil real-time PCR blive udført i en Bio-Rad CFX384 ved hjælp af tilpassede plader (PrimePCR, Bio-Rad). Målgenekspression vil blive beregnet i forhold til værdier fra 18S ribosomale underenhed, da foreløbige fund viser, at den er mere stabil end glyceraldehyd-3-phosphat dehydrogenase (GAPDH; data ikke præsenteret). For gener, hvor vi finder en større end 3-fold ændring i ekspression, vil western blotting blive brugt til at vurdere proteinoverflod, som tidligere beskrevet.