Stimolazione muscolare elettrica post-operatoria per stimolare la sintesi proteica muscolare negli esseri umani (PoEMS)

La contrazione dei muscoli scheletrici dipende dalla regolazione del sistema nervoso e dal coordinamento della funzione neuromuscolare. Il più piccolo sistema nervoso motorio associato alla contrazione muscolare è l'unità motoria (MU), che consiste in un motoneurone efferente e tutte le fibre muscolari che innerva. Il tessuto muscolare subisce anche alternanze adattative in risposta a stimoli esterni, come il graduale declino della massa muscolare e della forza durante l'invecchiamento e l'atrofia in seguito al disuso muscolare. Numerosi studi hanno dimostrato che diversi tipi di movimenti volontari, come l'allenamento con esercizi di resistenza (RET), possono prevenire o attenuare tali alternanze in una certa misura attraverso l'aumento della sintesi proteica muscolare (MPS).

Tuttavia, alcune situazioni come il riposo a letto postoperatorio rendono gli interventi RET un'opzione irraggiungibile. La stimolazione elettrica neuromuscolare (NMES) può essere applicata come surrogato; agendo per evocare la contrazione involontaria dei muscoli bersaglio tramite corrente elettrica applicata al ventre muscolare. Sebbene la stimolazione NMES sia stata ampiamente testata nell'ambiente di terapia intensiva, i risultati hanno mostrato un'efficacia variabile, forse a causa dell'insufficienza multiorgano e dell'ambiente sistemico catabolico associato incontrato dalla maggior parte di questi pazienti.

Abbiamo recentemente dimostrato che nei pazienti sottoposti a chirurgia addominale post-operatoria, 5 giorni di NMES, eseguiti a una frequenza di 30 Hz in uno schema di contrazione di 1 secondo "acceso" e 1 secondo "spento", possono mitigare le perdite di massa e funzione muscolare. Tuttavia, questo studio ha "preso in prestito" un protocollo dalla precedente letteratura sulla terapia intensiva e come tale potrebbe non essere ottimale per quanto riguarda la frequenza o il modello di contrazione. Dato che questo protocollo è stato altamente tollerato dai pazienti nel nostro studio precedente (cioè, sulla base di 30 minuti di NMES al giorno, i pazienti in questo studio hanno affermato che lo avrebbero tollerato per 45-240 (media 90) min), è plausibile che una frequenza più elevata NMES (~ 100 Hz), che consente una maggiore produzione di forza, può essere praticabile e comportare un'ulteriore mitigazione della massa muscolare e delle perdite funzionali. È stato anche dimostrato che il tempo in cui il muscolo è sotto tensione durante la RET può essere un importante modulatore della MPS e dei conseguenti guadagni di massa muscolare. Pertanto, l'aumento della contrazione rispetto al tempo di rilassamento durante NMES (ad esempio, 3 secondi on, 1 secondo off) può essere un'altra strategia fattibile e forse più vantaggiosa per ridurre le perdite di massa muscolare nelle popolazioni in cui un aumento della frequenza potrebbe non essere possibile o tollerabile.

Sapendo che il mantenimento muscolare si basa su un equilibrio dinamico tra MPS e disgregazione proteica muscolare, è necessario esplorare l'impatto dei diversi protocolli NMES su MPS, sulla segnalazione cellulare associata e sui percorsi di consegna dei nutrienti in modo da poter testare un intervento ottimale in contesti clinici associati con atrofia da disuso. Ad oggi, nessuno studio precedente ha confrontato le diverse frequenze di NMES sulle risposte metaboliche muscolari negli anziani, né l'effetto dei diversi modelli di contrazione indotta da NMES.