La degenerazione muscolare della colonna lombare inibisce il recupero muscolare indotto dalla riabilitazione

Obiettivo: determinare l'effetto dell'esercizio sull'induzione delle vie muscolari ipertrofiche, fibrotiche, infiammatorie e adipogeniche in pazienti con infiltrazione grassa lieve o grave del muscolo multifido. Fondamento logico. Gli obiettivi di questo obiettivo sono 1) misurare le risposte molecolari del muscolo a un periodo ben definito di esercizio preoperatorio e 2) determinare se le risposte molecolari morfologiche di base o indotte dall'esercizio predicono il recupero strutturale muscolare e i guadagni funzionali fino a 6 mesi dopo l'intervento.

Progetto. Questo sarà uno studio longitudinale su 40 pazienti con infiltrazione grassa lieve (<20%) rispetto a grave (>50%). Anche i controlli senza esercizio saranno importanti e gli investigatori intendono utilizzare una porzione di tessuto bioptico da altri esperimenti come controlli aggiuntivi. Prima dell'intervento chirurgico, i pazienti saranno sottoposti a esami clinici e di risonanza magnetica. Inoltre, i pazienti saranno sottoposti a un periodo di esercizio 6 ore prima dell'intervento, quindi immediatamente sottoposti a un breve protocollo di imaging MRI per misurare i cambiamenti di perfusione indotti dall'esercizio (IVIM). Sei ore dopo l'esercizio, gli investigatori raccoglieranno biopsie del multifido durante l'intervento chirurgico per caratterizzare le risposte ipertrofiche, fibrotiche, adipogeniche e infiammatorie. Per le analisi primarie, i gruppi di pazienti saranno selezionati sulla base della gravità dell'infiltrazione di grasso muscolare. Le età e i sessi del gruppo saranno abbinati perché i ricercatori sanno che l'espressione genica al basale e indotta dall'esercizio varia con l'età. La procedura chirurgica e la manipolazione intraoperatoria del disco saranno documentate per tenere conto del potenziale di disco e di altri effetti specifici della chirurgia sulla struttura muscolare. Sei mesi dopo l'intervento, verranno effettuate misurazioni ripetute della struttura muscolare tramite risonanza magnetica. A 6, 12 e 24 settimane, la forza (dinamometro isocinetico) e la funzione specifica del paziente (dati del questionario) saranno ottenuti come da protocollo standard.

Metodi:

Esame fisico: un fisioterapista con esperienza in lesioni alla colonna vertebrale condurrà l'esame clinico. Età, sesso e indice di massa corporea (BMI), durata dei sintomi, uso di farmaci antinfiammatori, range di movimento attivo e passivo, test di tensione neurale provocatoria (misurazione del range di movimento articolare [ROM]), forza e resistenza misurate su un dinamometro isocinetico (MedX Holdings Inc.), stato neurovascolare, Oswestry Disability Index (81), Baecke Physical Activity Questionnaire (BPA), Fear Avoidance Beliefs Questionnaire (FABQ) e Pain Catastrophizing Scale (PCS) sono misure importanti che catturano sia la fisica che fattori psicosociali noti per essere correlati al LBP e saranno raccolti presso il sito clinico. Questo schermo verrà utilizzato per confermare che i sintomi discogenici sono isolati a livelli inferiori a L4, il che ci consente di utilizzare il vasto laterale come biopsia muscolare di controllo interno.

Risonanza magnetica clinica: verranno raccolte immagini RM assiali, sagittali oblique e oblique coronali standard della colonna vertebrale su tutti i pazienti che sono programmati per un intervento chirurgico. Per identificare la gravità della lesione del disco (grado Pfirrmann), l'infiltrazione di grasso muscolare (grado Kjaer) e per confermare la posizione della lesione, verranno utilizzate immagini RM assiali e sagittali T1 e T2 non soppresse o con mezzo di contrasto dell'articolazione della colonna vertebrale.

MRI multimodale: l'imaging verrà eseguito in un'unica sessione su un sistema MRI 3T all'avanguardia (GE MR750). La quantità e la distribuzione del volume muscolare della colonna vertebrale, del volume del grasso e del volume del tessuto connettivo saranno eseguite da scansioni in posizione supina utilizzando FSPGR 3D ad alta risoluzione (1 mm3), separazione grasso-acqua IDEAL e sequenze di impulsi UTE, rispettivamente utilizzando una colonna vertebrale a 32 canali bobina di matrice. IVIM sarà utilizzato per quantificare l'attivazione muscolare regionale in risposta a un periodo di esercizio.

Protocollo di esercizio: prima dell'intervento chirurgico, i pazienti saranno sottoposti a un protocollo di esercizio della colonna lombare su un dinamometro di estensione lombare MedX con un sistema di contenimento pelvico che consente l'isolamento dei muscoli della colonna lombare. Il protocollo di esercizio consiste in 1 serie di 20 ripetizioni (intervallo 15-25 ripetizioni) a una frequenza di 5 secondi/ripetizioni con un peso iniziale del 60-80% del loro punteggio di forza computerizzato. I pazienti saranno istruiti a raggiungere un livello di sforzo di 7/10 sulla scala Borg Rate of Perceived Exertion (RPE) all'interno del loro intervallo di ROM passivo disponibile in flessione-estensione.

Protocollo dietetico: è importante sottolineare che i pazienti rimarranno NPO (niente cibo o acqua) dopo l'esercizio, ma seguiranno una dieta standardizzata per 24 ore prima dell'esercizio e dell'intervento chirurgico, il che mitiga gli effetti della dieta sull'espressione genica (137, 150 -152). I pasti serali saranno standardizzati (1900h: 11 kcal/kg; 60% carboidrati [CHO], 25% grassi [FAT], 15% proteine ​​[PRO]; 2200h (3 kcal/kg; 95% CHO, 2% FAT, 3 % PRO) perché la composizione del pasto può avere un forte impatto sull'espressione genica e proteica.

Raccolta e conservazione della biopsia muscolare: le biopsie muscolari verranno raccolte entro 6 ore dall'esercizio all'orario programmato per l'intervento. I soggetti saranno esclusi dall'analisi se le loro biopsie non vengono raccolte entro 1 ora dal punto temporale prescritto. Le biopsie saranno ottenute con un morsetto per biopsia standard ai margini medio e profondo del muscolo multifido come indicato nell'obiettivo n.

qPCR e western blotting: L'espressione genica e l'abbondanza proteica saranno misurate rispettivamente mediante qPCR e western blotting. In breve, la PCR in tempo reale sarà eseguita in un Bio-Rad CFX384 utilizzando piastre personalizzate (PrimePCR, Bio-Rad). L'espressione del gene bersaglio sarà calcolata rispetto ai valori della subunità ribosomiale 18S, poiché i risultati preliminari dimostrano che è più stabile della gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (GAPDH; dati non presentati). Per i geni in cui troviamo un cambiamento nell'espressione maggiore di 3 volte, verrà utilizzato il western blotting per valutare l'abbondanza proteica, come descritto in precedenza.