Stimulation électrique pour atténuer l'atrophie musculaire

Introduction:

Le muscle squelettique répond au stimulus de la charge mécanique pour la croissance et le maintien. Des réductions prolongées de l'activité musculaire et de la charge mécanique telles que les vols spatiaux, l'immobilisation des membres, l'alitement et/ou l'inactivité modifient l'équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines, entraînant une atrophie des muscles squelettiques (1-3). Cela se caractérise par une diminution de la masse musculaire, de la section transversale des myofibres, de la force et de la vitesse contractiles, ainsi que par une transformation lente à rapide du type de fibre (4,5). De nombreuses contre-mesures ont été signalées pour atténuer la perte d'atrophie musculaire et la stimulation électrique neuromusculaire (NMES) a été fréquemment utilisée dans des conditions telles que les lésions de la moelle épinière, l'immobilisation et la désuétude musculaire après la chirurgie (6,7). En effet, une récente revue Cochrane sur l'efficacité du NMES pour la faiblesse musculaire chez les adultes atteints de maladies évolutives telles que la MPOC, l'insuffisance cardiaque chronique et le cancer a indiqué que le NMES est un moyen efficace d'améliorer la faiblesse musculaire (8). Les méta-analyses comprenaient onze études d'essais contrôlés randomisés (ECR) impliquant un total de 218 participants. La NMES a significativement amélioré la force du quadriceps par une différence moyenne standardisée (DMS) de 0,9 (intervalle de confiance (IC) à 95 % 0,33 à 1,46). Ceci est approximativement égal à 25 Newton mètres (Nm) et doit être considéré comme cliniquement significatif. De même, une autre revue systématique récente a également montré que la NMES est efficace pour prévenir la faiblesse des muscles squelettiques chez les patients gravement malades. Huit études éligibles portant sur 172 patients ont été incluses dans l'analyse. Sur les huit études, cinq études ont rapporté une augmentation de la force ou une meilleure préservation de la force avec la NMES, une étude ayant une grande taille d'effet (1,44). Deux études ont trouvé une meilleure préservation de la masse musculaire avec le NMES, avec des tailles d'effet petites à modérées (0,11-0,39) alors qu'aucun avantage significatif n'a été trouvé dans deux autres études (9).

L'efficacité du NMES dépend de l'état clinique et est influencée par différents paramètres de stimulation, en particulier la fréquence et la durée de la stimulation. Traditionnellement, la NMES a été considérée comme l'application d'un courant électrique transcutané à la jonction neuromusculaire, visant à dépolariser le potentiel d'action de l'unité motrice et induisant une contraction musculaire (10). Cette contraction musculaire induite électriquement simule un renforcement musculaire actif et est basée sur le principe de l'entraînement musculaire selon lequel, par une charge appropriée, la force musculaire sera augmentée. Pour obtenir cet effet d'entraînement, les paramètres de stimulation utilisés visaient normalement à produire une contraction tétanique avec une densité de courant que le sujet peut tolérer au maximum (8,9). Cependant, ce protocole de stimulation actuellement adopté (ie. une fréquence élevée égale ou supérieure à 50 Hz, une amplitude à la limite maximale tolérée par les sujets et une courte durée (30 min à 1 h) pour contrer l'atrophie musculaire présente deux inconvénients principaux. Tout d'abord, il a été bien établi que la décharge mécanique est associée à des changements préjudiciables à la structure et à la fonction des muscles squelettiques, caractérisés par une réduction de la masse musculaire, de la section transversale des myofibres, de la force et de la vitesse contractiles, ainsi que des changements lents à rapides. transformation du type de fibre (pour rappel, voir 11). Ainsi, les fibres musculaires à contraction lente sont plus sensibles à l'effet de décharge ou de désuétude que les fibres musculaires à contraction rapide. Le protocole traditionnel de stimulation à haute fréquence (50 Hz) ne correspond pas au schéma de déclenchement de l'unité motrice d'un muscle à contraction lente. De plus, la densité de courant élevée causerait inévitablement de l'inconfort, voire de la douleur, aux sujets lors de la stimulation électrique. Les sujets ne peuvent tolérer la stimulation électrique pendant des heures. Ceci est particulièrement le cas si l'application concerne des sujets souffrant d'amyotrophie ou des sujets présentant une faiblesse musculaire causée par des maladies évolutives. Très souvent, la tolérance à la douleur de ce groupe de sujets est généralement inférieure à celle des sujets sains normaux. Ainsi, le protocole actuellement adopté pourrait ne pas nécessairement rendre le meilleur résultat possible du NMES pour l'amélioration de la fonction musculaire. Les effets bénéfiques de la NMES pour lutter contre l'atrophie musculaire n'avaient pas été pleinement exploités. Une revue systématique récente qui examine les changements métaboliques et structurels dans le muscle squelettique des membres inférieurs après une stimulation électrique neuromusculaire n'a identifié que 18 études. Huit de ces études portaient sur les activités enzymatiques, sept sur la composition des fibres musculaires et 14 sur la taille des fibres musculaires. Parmi ces 18 études, seules 9 sont des études RCT, et la qualité méthodologique était généralement médiocre. Les auteurs ont conclu que le NMES semble être capable de produire des changements favorables dans l'activité enzymatique oxydative, le type de fibres musculaires squelettiques et la taille des fibres musculaires squelettiques. Compte tenu de la grande hétérogénéité des protocoles NMES, les auteurs ont conclu qu'il n'y avait pas de consensus définitif concernant les fréquences de stimulation pour des changements musculaires optimaux (12). Par exemple, Theriault et al. (13) avaient effectué une stimulation électrique prolongée de l'extenseur du genou de 8 adultes en bonne santé. Le protocole de stimulation électrique était d'une durée de 8 semaines à raison de 8 heures par jour et 6 jours par semaine. Le paramètre de stimulation était de basse fréquence (8 Hz) avec une intensité pouvant juste produire des vibrations visibles. Les résultats suggèrent une amélioration significative des performances des extenseurs du genou après 4 semaines de stimulation. Cependant, l'étude n'est pas une étude ECR et il y a un groupe témoin dans l'étude. D'autre part, l'une des études ECR qui a étudié les effets du NMES et qui a incorporé une fréquence élevée (50 Hz) mais une amplitude très faible (sans contraction musculaire) car le groupe placebo avait d'ailleurs révélé que le placebo produisait un meilleur effet que le groupe d'intervention. Le groupe NMES vs groupe placebo par un SMD de -0,12 (IC à 95 % : -0,63, 0,39) (8,14). Banerjee et son groupe ont également montré qu'un protocole de stimulation électrique à basse fréquence (4 Hz) mais à haute amplitude (300mA), 1 h/jour pendant 6 semaines, peut augmenter de manière significative la force des quadriceps d'adultes sédentaires en bonne santé et de patients souffrant d'insuffisance cardiaque chronique stable ( 15, 16). Ainsi, les résultats de la science fondamentale et de ces études cliniques ont suggéré la nécessité d'une exploration plus approfondie d'un protocole de stimulation NMES plus efficace pour atténuer l'atrophie musculaire.

Objectifs et hypothèses à tester :

Pour y remédier, les chercheurs de cette proposition ont remis en question la pensée traditionnelle selon laquelle le NMES devrait être à haute fréquence et à haute amplitude. Les chercheurs ont testé l'hypothèse selon laquelle les basses fréquences et les basses amplitudes sont efficaces pour atténuer l'atrophie musculaire et ont étudié les mécanismes cellulaires associés à la décharge musculaire. À l'aide du modèle animal en suspension des membres postérieurs, les chercheurs ont précédemment démontré que, pendant la suspension des membres postérieurs, l'application d'une stimulation électrique à basse fréquence à 20 Hz sur les muscles soléaires avec des paramètres de synchronisation et d'impulsion définis a partiellement sauvé la perte de cellules satellites et amélioré le croisement des fibres. zones de section (17). Les enquêteurs ont en outre démontré que l'utilisation d'un paradigme de stimulation électrique de fréquence : 20 Hz ; durée : 3 h, deux fois par jour chez des souris mâles BALB/c âgées de huit semaines qui ont été soumises à un déchargement des membres postérieurs (HU) de 14 jours. Ce paradigme de stimulation peut améliorer le potentiel de prolifération des cellules satellites ainsi que supprimer la mort cellulaire apoptotique dans l'atrophie musculaire induite par la désuétude. Morphologiquement, le membre postérieur avec stimulation électrique a montré une amélioration significative de la masse musculaire, de la section transversale et de la force tétanique maximale par rapport au membre HU (18). Récemment, les chercheurs ont étudié plus en détail le protocole de stimulation optimal et ont démontré que parmi trois protocoles à basse fréquence, 2, 10 et 20 Hz, la stimulation à 2 Hz pendant 2 × 3 h/jour a obtenu le meilleur effet pour atténuer la perte de fibres musculaires croisées. aire de section et force. Ce paramètre de stimulation a entraîné une multiplication par 1,2 de la prolifération des cellules satellites et a été efficace pour sauver les cellules de l'apoptose (19). Avec toutes ces découvertes encourageantes de la recherche scientifique fondamentale, les chercheurs pensent que le nouveau paradigme proposé du NMES peut être testé sur des sujets atteints d'atrophie musculaire progressive. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que la NMES à 2 Hz pendant 2 × 3 h/jour est efficace pour atténuer/améliorer l'atrophie des muscles posturaux des membres inférieurs, à savoir le quadriceps et le complexe musculaire gastrocnémien et soléaire.

Plan d'enquête :

Sur la base des résultats de la littérature existante sur le protocole de stimulation NMES actuellement adopté pour atténuer l'atrophie musculaire ou améliorer les performances musculaires dans diverses populations, les chercheurs ont émis l'hypothèse que le nouveau paradigme proposé de NMES serait plus efficace pour améliorer la section transversale musculaire (CSA ), la force, l'endurance, la tolérance à l'effort, et est plus acceptable par les sujets qui ont eu besoin de NMES pour atténuer l'atrophie musculaire avec diverses conditions médicales, en particulier les patients atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC).