Stoffwechselgesundheit bei Personen mit Rückenmarksverletzung (SCI) (SCI)

Die eskalierende Prävalenz von Stoffwechselstörungen bei Personen mit langjähriger Rückenmarksverletzung (SCI) unterstreicht die dringende Notwendigkeit frühzeitiger Interventionen zur Prävention und Verbesserung der Lebensqualität. Personen mit Querschnittlähmung, obwohl sie oft relativ jung sind, haben ein hohes Risiko, kurz nach Beginn der Verletzung eine Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes zu entwickeln. Die Skelettmuskulatur ist der Hauptort der diätetischen Glukose-Entsorgung, dennoch bleibt die Beziehung zwischen Anpassungen in der Skelettmuskulatur nach SCI und der Entwicklung von Stoffwechselstörungen kaum verstanden. Innerhalb von 6 Monaten nach SCI atrophieren die Muskeln der unteren Extremitäten um bis zu 45 % und die Personen zeigen einen 3-fachen Anstieg der intramuskulären Fettwerte im Vergleich zu gesunden (AB) Kontrollen. Darüber hinaus wandeln sich ermüdungsresistente und oxidative Typ-I- und Typ-IIa-Muskelfasern innerhalb von 6 Monaten nach einer Rückenmarksverletzung in stark ermüdbare, glykolytische Typ-IIax- und -IIx-Muskelfasern mit beeinträchtigtem oxidativen Stoffwechsel um. Die Aufrechterhaltung einer angemessenen Muskelmasse und Stoffwechselfunktion wurde nie als potenzielle Strategie zur Vorbeugung chronischer Stoffwechselstörungen bei Personen mit Querschnittlähmung ins Visier genommen. Es wird erwartet, dass eine frühzeitige Verhinderung dieser schädlichen Anpassungen effektiver ist als der Versuch, Änderungen mehrere Monate oder Jahre nach einer SCI rückgängig zu machen.

Unter den verfügbaren experimentellen Strategien zur Umkehrung der Atrophie und zur Verbesserung des Skelettmuskelstoffwechsels bei Personen mit Querschnittlähmung scheint Konsens darüber zu bestehen, dass die Muskelkontraktion durch neuromuskuläre elektrische Stimulation (NMES) der wirksamste Ansatz ist. Die Forscher zeigten kürzlich, dass 8-wöchiges NMES-Resistenztraining bei Menschen mit langjähriger Querschnittlähmung die Muskelfasergröße und die Verteilung der Muskelfasern vom Typ IIa effektiv erhöhte; diese Intervention erhöhte jedoch nicht die Verteilung von Typ-I-Fasern. Es besteht ein Bedarf an neuartigen NMES-Programmen, die wichtige molekulare Anpassungen sowohl an Widerstands- als auch an Aerobic-Übungen induzieren, um einen oxidativen, ermüdungsresistenten und insulinsensitiven Phänotyp nach SCI aufrechtzuerhalten.

Hier schlagen die Forscher eine frühzeitige Intervention kombinierter NMES (Comb-NMES) vor. Dieses Programm koppelt elektrisch induzierten Widerstand und Aerobic-Übungen an der Kniestrecker-Muskelgruppe (Quadrizeps) mit dem Ziel, Muskelmasse und Stoffwechselfunktion zu erhalten oder sogar zu verbessern. Das vorgeschlagene Comb-NMES-Programm belastet die gelähmten Kniestreckmuskeln wiederholt sowohl mit niederfrequenter elektrischer Stimulation (aerobes Training), um den oxidativen Stoffwechsel zu verbessern und Typ-I-Fasern zu erhalten, als auch mit hochfrequenter (Widerstandstraining) elektrischer Stimulation mit dynamischen Kontraktionen, um Atrophie zu verhindern und Typ zu erhalten IIa-Fasern.

Die Forscher werden die folgende zentrale Hypothese testen, dass im Vergleich zu einer Kontrollgruppe diejenigen, die mit Comb-NMES für 6 Wochen früh nach der Rückenmarksverletzung behandelt wurden, ein besseres metabolisches Ganzkörperprofil aufrechterhalten werden, das hauptsächlich durch die Aufrechterhaltung der gelähmten Muskelmasse, des Faserphänotyps ( Aufrechterhaltung der Typ I- und IIa-Fasern) und der oxidativen Stoffwechselfunktion des Muskels. Die Forscher werden diese Hypothese in einer kontrollierten klinischen Studie an Patienten mit Rückenmarksverletzung mit den folgenden spezifischen Zielen testen:

Ziel 1: Quantifizierung der Auswirkungen von Comb-NMES auf klinisch wichtige Messwerte der Stoffwechselfunktion.

Hypothese 1. Im Vergleich zu einer Kontrollgruppe wird 6 Wochen Comb-NMES (3 Tage/Woche) eine höhere Glukosetoleranz und Ganzkörper-Insulinsensitivität aufrechterhalten.

Ziel 2: Quantifizierung der zellulären, molekularen und funktionellen Anpassungen im Quadrizepsmuskel, die für Verbesserungen des Muskelstoffwechsels und des gesamten Stoffwechselprofils verantwortlich sind.

Hypothese 2.1. Im Vergleich zu einer Kontrollgruppe wird 6 Wochen Comb-NMES (3 Tage/Woche) eine bessere Muskelglukoseverwertung, einen besseren oxidativen Metabolismus, Muskelgröße, Kraft und Ermüdungsresistenz sowie einen gesunden Muskelfaserphänotyp (homogene Verteilung von Typ I-, IIa- und IIx-Fasern).

Hypothese 2.2. Durch Kamm-NMES induzierte Verbesserungen des gesamten Stoffwechselprofils werden sich in Veränderungen der Metabolitensignaturen im Zusammenhang mit der mitochondrialen Muskelfunktion und dem intermediären Stoffwechsel widerspiegeln.