Ricrescita muscolare durante la riabilitazione fisica e l'integrazione di aminoacidi

L'obiettivo di questo progetto di ricerca traslazionale è identificare i meccanismi chiave coinvolti nella regolazione della perdita e della ricrescita del muscolo scheletrico dopo l'artroplastica totale del ginocchio (TKA). L'artroplastica totale del ginocchio induce un calo significativo della massa muscolare e della forza, che è direttamente responsabile della ridotta funzionalità, in particolare dell'indipendenza funzionale. Tali diminuzioni della forza e del volume muscolare e delle attività della vita quotidiana (alzarsi da una sedia, salire le scale e camminare) possono persistere fino a 2 anni.

L'atrofia è il risultato diretto di uno squilibrio tra la sintesi e la disgregazione delle proteine ​​muscolari. Tuttavia, ci sono due meccanismi ben distinti che portano alla perdita muscolare: degradazione proteica accelerata (ad es. lesioni da ustione), derivanti principalmente dalla risposta allo stress o da una ridotta sintesi proteica (ad esempio, immobilizzazione). In caso di forte stress, infatti, la sintesi proteica muscolare aumenta, anche se non in modo adeguato per impedire la perdita muscolare, e gli stimoli anabolici, come l'alimentazione, non possono contrastare l'atrofia muscolare. D'altra parte, la ridotta sintesi proteica dovuta all'inattività può essere stimolata dall'alimentazione e dall'esercizio fisico, riducendo o prevenendo così l'atrofia. Attualmente, non sappiamo quale condizione predomina dopo la TKA: catabolismo indotto dallo stress chirurgico o declino della sintesi associato all'immobilità . Ciò che non è noto è quale via di segnalazione predomina dopo la TKA; catabolismo indotto dallo stress o cali di sintesi associati all'immobilità. Il nostro obiettivo è determinare quale modello (stress o inattività) spiega la perdita muscolare acuta e rapida dopo TKA al fine di focalizzare meglio gli sforzi riabilitativi.

La nostra ipotesi generale è che l'atrofia del quadricipite dopo l'intervento di TKA sia principalmente dovuta all'inattività, che può essere contrastata dalla terapia fisica (PT) e dall'integrazione di aminoacidi essenziali (EAA). Il nostro obiettivo è delineare i meccanismi di base alla base della perdita muscolare con TKA e, sulla base di queste nuove informazioni, trovare nuove strategie riabilitative per accelerare il recupero della normale funzione da TKA.

Pertanto, il nostro piano è testare negli anziani la seguente ipotesi specifica:

1. TKA induce un catabolismo proteico netto acuto e grave riducendo la sintesi proteica muscolare
2. Il catabolismo indotto da TKA è attenuato con l'ingestione di EAA
3. L'integrazione di EAA dopo il PT stimolerà la sintesi proteica muscolare e la segnalazione mTOR in misura maggiore rispetto al PT con Placebo
4. L'integrazione di EAA durante la riabilitazione TKA PT migliorerà la forza muscolare, il volume muscolare e gli esiti funzionali in misura maggiore rispetto al PT con Placebo

Per testare la nostra ipotesi specifica affronteremo i seguenti obiettivi specifici:

1. Determinare se la chirurgia TKA riduce la sintesi proteica muscolare e/o aumenta la disgregazione proteica muscolare
2. Per determinare se la sintesi proteica muscolare è aumentata in modo acuto con l'ingestione di EAA dopo l'intervento chirurgico TKA
3. Per determinare se la sintesi proteica muscolare e la segnalazione mTOR saranno stimolate dalla riabilitazione PT e potenziate dall'integrazione di EAA
4. Determinare se l'integrazione di EAA durante PTG con PT tradizionale per 6 settimane migliora la forza muscolare, il volume muscolare e i risultati funzionali dopo TKA. Gli amminoacidi essenziali sono poco costosi, ben tollerati e facilmente digeribili e hanno dimostrato di stimolare in modo indipendente la sintesi proteica muscolare e i componenti della via di segnalazione anabolica mTOR. Il mio obiettivo di aumentare la forza muscolare e la mobilità funzionale è specificamente delineato nelle sette aree prioritarie del Centro nazionale per la ricerca sulla riabilitazione medica e sono in linea con la tabella di marcia e le priorità del NIH e ci aiuteranno a comprendere il metabolismo delle proteine ​​muscolari durante la riabilitazione della terapia fisica. Adottando un progetto di ricerca traslazionale guidato da meccanismi che collega i cambiamenti nella segnalazione cellulare con misure di esito funzionale (cellula → sistema → funzione) cattureremo gli eventi fisiologici chiave responsabili della regolazione della massa muscolare e della funzione dopo TKA.