Muskeldegenerasjon i korsryggen hemmer rehabiliteringsindusert muskelgjenoppretting

MÅL: Å bestemme effekten av trening på induksjon av muskelhypertrofiske, fibrotiske, inflammatoriske og adipogene veier hos pasienter med mild versus alvorlig fettinfiltrasjon av multifidus-muskelen. Begrunnelse. Målene med dette målet er å 1) måle molekylære responser av muskler på en veldefinert periode med preoperativ trening, og 2) å bestemme om morfologiske eller treningsinduserte molekylære responser forutsier muskelstrukturell gjenoppretting og funksjonell gevinst på opptil 6 måneder etter operasjonen.

Design. Dette vil være en longitudinell studie av 40 pasienter med mild (< 20 %) versus alvorlig (> 50 %) fettinfiltrasjon. Ikke-treningskontroller vil også være viktige, og etterforskerne har til hensikt å bruke en del av biopsiert vev fra andre eksperimenter som tilleggskontroller. Før operasjonen skal pasientene gjennomgå kliniske og MR-undersøkelser. I tillegg vil pasienter gjennomgå en treningsøkt 6 timer før operasjonen, og deretter umiddelbart gjennomgå en kort MR-avbildningsprotokoll for å måle treningsinduserte perfusjonsendringer (IVIM). Seks timer etter treningskampen vil etterforskerne samle biopsier av multifidusen under operasjonen for å karakterisere de hypertrofiske, fibrotiske, adipogene og inflammatoriske responsene. For primæranalyser vil pasientgrupper velges ut på grunnlag av alvorlighetsgrad av muskelfettinfiltrasjon. Gruppealder og kjønn vil bli matchet fordi etterforskerne vet at baseline og treningsindusert genuttrykk varierer med alderen. Kirurgisk prosedyre og manipulasjon av skiven intraoperativt vil bli dokumentert for å ta hensyn til potensialet for skive- og andre operasjonsspesifikke effekter på muskelstrukturen. Seks måneder etter operasjonen vil gjentatte målinger av muskelstruktur gjøres via MR. Ved 6, 12 og 24 uker vil styrke (isokinetisk dynamometer) og pasientspesifikk funksjon (spørreskjemadata) bli oppnådd i henhold til standard protokoll.

Metoder:

Fysisk undersøkelse: En fysioterapeut med erfaring med ryggradsskader vil gjennomføre den kliniske undersøkelsen. Alder, kjønn og kroppsmasseindeks (BMI), varighet av symptomer, bruk av antiinflammatoriske medikamenter, aktive og passive bevegelsesutslag, provoserende nevrale spenningstester (måling av leddets bevegelsesområde [ROM]), styrke og utholdenhet målt på en isokinetisk dynamometer (MedX Holdings Inc.), nevrovaskulær status, Oswestry Disability Index (81), Baecke Physical Activity Questionnaire (BPA), Fear Avoidance Beliefs Questionnaire (FABQ) og Pain Catastrophizing Scale (PCS) er viktige mål som fanger opp både fysisk og psykososiale faktorer som er kjent for å være relatert til LBP og vil bli samlet på det kliniske stedet. Denne skjermen vil bli brukt til å bekrefte at diskogene symptomer er isolert til nivåer under L4, noe som lar oss bruke vastus lateralis som en intern kontroll muskelbiopsi.

Klinisk MR: Standard aksial, sagittal skrå og koronal skrå MR-bilder av ryggraden vil bli samlet inn på alle pasienter som er planlagt for operasjon. For å identifisere alvorlighetsgraden av skiveskaden (Pfirrmann-grad), muskelfettinfiltrasjon (Kjaer-grad) og for å bekrefte skadestedet, vil T1 og T2 ikke-fettundertrykte eller kontrastforsterkede aksiale og sagittale MR-bilder av ryggraden brukes.

Multimodal MR: Avbildning vil bli utført i en enkelt sesjon på et toppmoderne 3T MR-system (GE MR750). Mengden og distribusjonen av ryggradsmuskelvolum, fettvolum og bindevevsvolum vil bli utført fra ryggliggende skanninger ved bruk av henholdsvis høyoppløselig (1 mm3) 3D FSPGR, IDEAL fett-vann-separasjon og UTE-pulssekvenser ved bruk av en 32-kanals ryggrad. array coil. IVIM vil bli brukt til å kvantifisere regional muskelaktivering som svar på en treningskamp.

Treningsprotokoll: Før kirurgi vil pasienter bli utsatt for en treningsprotokoll for korsryggen på et MedX-lumbalt ekstensjonsdynamometer med et bekkenbegrensningssystem som muliggjør isolering av korsryggens muskler. Treningsprotokollen består av 1 sett med 20 repetisjoner (intervall 15-25 reps) med en hastighet på 5 sekunder/repetisjoner med en startvekt på 60-80 % av deres datastyrte styrkepoengsum. Pasienter vil bli bedt om å målrette et anstrengelsesnivå på 7/10 på Borg Rate of Perceived Exertion (RPE)-skalaen innenfor deres tilgjengelige passive ROM-område til fleksjon-ekstensjon.

Diettprotokoll: Det er viktig at pasientene forblir NPO (ingen mat eller vann) etter treningskampen, men vil ha en standardisert diett i 24 timer før treningskampen og operasjonen, noe som reduserer effekten av dietten på genuttrykk (137, 150) -152). Kveldsmåltider vil bli standardisert (1900t: 11 kcal/kg; 60% karbohydrat [CHO], 25% fett [FAT], 15% protein [PRO]; 2200t (3 kcal/kg; 95% CHO, 2% FAT, 3 % PRO) fordi måltidssammensetning kan ha en akutt innvirkning på gen- og proteinuttrykk.

Innhøsting og lagring av muskelbiopsi: Muskelbiopsier vil bli høstet innen 6 timer etter treningskampen til planlagt operasjonstid. Forsøkspersoner vil bli ekskludert fra analysen hvis biopsiene deres ikke er høstet innen 1 time etter det foreskrevne tidspunktet. Biopsier vil bli tatt med en standard biopsiklemme ved midt- og dypkanten av multifidus-muskelen som angitt i mål #1 og umiddelbart plassert i RNAlater (Qiagen) for påfølgende qPCR-analyse eller frosset i flytende nitrogen for proteinoverflod/fosforyleringsmålinger.

qPCR og western blotting: Genekspresjon og proteinmengde vil bli målt ved henholdsvis qPCR og western blotting. Kort fortalt vil sanntids-PCR utføres i en Bio-Rad CFX384 ved bruk av tilpassede plater (PrimePCR, Bio-Rad). Målgenuttrykk vil bli beregnet i forhold til verdier fra 18S ribosomal underenhet, da foreløpige funn viser at den er mer stabil enn glyseraldehyd-3-fosfatdehydrogenase (GAPDH; data ikke presentert). For gener der vi finner en større enn 3 ganger endring i uttrykk, vil western blotting bli brukt for å vurdere proteinoverflod, som tidligere beskrevet.