Muskeldegeneration der Lendenwirbelsäule hemmt die rehabilitationsinduzierte Muskelregeneration

ZIEL: Bestimmung der Wirkung von körperlicher Betätigung auf die Induktion von muskelhypertrophen, fibrotischen, entzündlichen und adipogenen Signalwegen bei Patienten mit leichter versus schwerer Fettinfiltration des Multifidus-Muskels. Begründung. Die Ziele dieses Ziels sind 1) die Messung der molekularen Reaktionen des Muskels auf eine genau definierte präoperative Trainingseinheit und 2) die Bestimmung, ob morphologische oder übungsinduzierte molekulare Ausgangsreaktionen eine strukturelle Erholung der Muskulatur und funktionelle Zuwächse bis zu 6 vorhersagen Monate postoperativ.

Design. Dies wird eine Längsschnittstudie mit 40 Patienten mit leichter (< 20 %) versus schwerer (> 50 %) Fettinfiltration sein. Nicht-Übungskontrollen werden ebenfalls wichtig sein, und die Forscher beabsichtigen, einen Teil des biopsierten Gewebes aus anderen Experimenten als zusätzliche Kontrollen zu verwenden. Vor der Operation werden die Patienten klinisch und im MRT untersucht. Zusätzlich werden die Patienten etwa 6 Stunden vor der Operation einer Übung unterzogen und sich dann sofort einem kurzen MRT-Bildgebungsprotokoll unterziehen, um belastungsinduzierte Perfusionsveränderungen (IVIM) zu messen. Sechs Stunden nach dem Übungskampf werden die Ermittler während der Operation Biopsien des M. multifidus entnehmen, um die hypertrophen, fibrotischen, adipogenen und entzündlichen Reaktionen zu charakterisieren. Für Primäranalysen werden Patientengruppen auf der Grundlage des Schweregrades der Muskelfettinfiltration ausgewählt. Alter und Geschlecht der Gruppen werden abgeglichen, da die Ermittler wissen, dass die Genexpression zu Studienbeginn und durch körperliche Anstrengung mit dem Alter variiert. Das chirurgische Verfahren und die intraoperative Manipulation der Bandscheibe werden dokumentiert, um das Potenzial für Bandscheiben- und andere operationsspezifische Auswirkungen auf die Muskelstruktur zu berücksichtigen. Sechs Monate nach der Operation werden wiederholt Messungen der Muskelstruktur per MRT durchgeführt. Nach 6, 12 und 24 Wochen werden Kraft (isokinetisches Dynamometer) und patientenspezifische Funktion (Fragebogendaten) gemäß dem Standardprotokoll erfasst.

Methoden:

Körperliche Untersuchung: Ein Physiotherapeut mit Erfahrung in Wirbelsäulenverletzungen wird die klinische Untersuchung durchführen. Alter, Geschlecht und Body-Mass-Index (BMI), Dauer der Symptome, Einnahme entzündungshemmender Medikamente, aktiver und passiver Bewegungsumfang, provokative neurale Spannungstests (Messung des Bewegungsumfangs der Gelenke [ROM]), Kraft und Ausdauer gemessen an einem Isokinetisches Dynamometer (MedX Holdings Inc.), neurovaskulärer Status, Oswestry Disability Index (81), Baecke Physical Activity Questionnaire (BPA), Fear Avoidance Beliefs Questionnaire (FABQ) und Pain Catastrophizing Scale (PCS) sind wichtige Maßnahmen, die sowohl körperliche als auch psychosoziale Faktoren, von denen bekannt ist, dass sie mit LBP zusammenhängen, und werden am klinischen Standort erhoben. Dieser Bildschirm wird verwendet, um zu bestätigen, dass diskogene Symptome auf Werte unterhalb von L4 isoliert werden, was es uns ermöglicht, Vastus lateralis als interne Kontrollmuskelbiopsie zu verwenden.

Klinisches MRT: Bei allen Patienten, bei denen eine Operation geplant ist, werden standardmäßige axiale, sagittale schräge und koronale schräge MR-Bilder der Wirbelsäule erhoben. Um den Schweregrad der Bandscheibenverletzung (Pfirrmann-Grad), die Muskelfettinfiltration (Kjaer-Grad) zu identifizieren und den Ort der Verletzung zu bestätigen, werden T1- und T2-nicht-fettunterdrückte oder kontrastverstärkte axiale und sagittale MR-Bilder des Wirbelsäulengelenks verwendet.

Multimodale MRT: Die Bildgebung wird in einer einzigen Sitzung auf einem hochmodernen 3T-MRT-System (GE MR750) durchgeführt. Die Menge und Verteilung des Wirbelsäulenmuskelvolumens, des Fettvolumens und des Bindegewebevolumens wird anhand von Scans in Rückenlage unter Verwendung von hochauflösenden (1 mm3) 3D-FSPGR, IDEAL-Fett-Wasser-Trennung und UTE-Pulssequenzen jeweils unter Verwendung einer 32-Kanal-Wirbelsäule durchgeführt Array-Spule. IVIM wird verwendet, um die regionale Muskelaktivierung als Reaktion auf eine Trainingseinheit zu quantifizieren.

Übungsprotokoll: Vor der Operation werden die Patienten einem Lendenwirbelsäulen-Übungsprotokoll auf einem MedX-Dehnungsdynamometer für die Lendenwirbelsäule mit einem Beckenrückhaltesystem unterzogen, das die Isolierung der Lendenwirbelsäulenmuskulatur ermöglicht. Das Übungsprotokoll besteht aus 1 Satz von 20 Wiederholungen (Bereich 15–25 Wiederholungen) mit einer Rate von 5 Sekunden/Wiederholungen mit einem Ausgangsgewicht von 60–80 % des computergestützten Kraftwerts. Die Patienten werden angewiesen, ein Belastungsniveau von 7/10 auf der Borg-Rate der wahrgenommenen Anstrengung (RPE) innerhalb ihres verfügbaren passiven ROM-Bereichs in Flexion-Extension anzustreben.

Ernährungsprotokoll: Wichtig ist, dass die Patienten nach der Übung NPO (keine Nahrung oder Wasser) bleiben, aber 24 Stunden vor der Übung und der Operation eine standardisierte Ernährung erhalten, die die Auswirkungen der Ernährung auf die Genexpression mildert (137, 150 -152). Die Abendessen werden standardisiert (1900h: 11 kcal/kg; 60% Kohlenhydrate [CHO], 25% Fett [FAT], 15% Protein [PRO]; 2200h (3 kcal/kg; 95% CHO, 2% FAT, 3 % PRO), da die Zusammensetzung der Mahlzeit die Gen- und Proteinexpression akut beeinflussen kann.

Entnahme und Aufbewahrung von Muskelbiopsien: Muskelbiopsien werden innerhalb von 6 Stunden nach dem Übungskampf zum geplanten Operationszeitpunkt entnommen. Probanden werden von der Analyse ausgeschlossen, wenn ihre Biopsien nicht innerhalb von 1 Stunde nach dem vorgeschriebenen Zeitpunkt entnommen werden. Biopsien werden mit einer Standard-Biopsieklemme am mittleren und tiefen Rand des Musculus multifidus wie in Ziel Nr. 1 angegeben entnommen und sofort für die anschließende qPCR-Analyse in RNAlater (Qiagen) eingelegt oder für Proteinhäufigkeits-/Phosphorylierungsmessungen in flüssigem Stickstoff eingefroren.

qPCR und Western Blot: Genexpression und Proteinhäufigkeit werden durch qPCR bzw. Western Blot gemessen. Kurz gesagt wird eine Echtzeit-PCR in einem Bio-Rad CFX384 unter Verwendung von kundenspezifischen Platten (PrimePCR, Bio-Rad) durchgeführt. Die Zielgenexpression wird relativ zu den Werten der ribosomalen 18S-Untereinheit berechnet, da vorläufige Ergebnisse zeigen, dass sie stabiler ist als Glyceraldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase (GAPDH; Daten nicht dargestellt). Für Gene, bei denen wir eine mehr als 3-fache Veränderung der Expression finden, wird Western Blotting verwendet, um die Proteinhäufigkeit zu bestimmen, wie zuvor beschrieben.