Zwyrodnienie mięśni kręgosłupa lędźwiowego hamuje regenerację mięśni wywołaną rehabilitacją

CEL: Określenie wpływu wysiłku fizycznego na indukcję szlaków hipertroficznych, zwłóknieniowych, zapalnych i adipogennych mięśni u pacjentów z łagodnym i ciężkim naciekiem tłuszczowym mięśnia wielodzielnego. Racjonalne uzasadnienie. Celem tego celu jest 1) zmierzenie odpowiedzi molekularnych mięśni na dobrze zdefiniowany atak ćwiczeń przedoperacyjnych oraz 2) określenie, czy wyjściowe odpowiedzi morfologiczne lub wywołane wysiłkiem fizycznym przewidują regenerację strukturalną mięśni i przyrosty funkcjonalne do 6 miesięcy po operacji.

Projekt. Będzie to badanie podłużne z udziałem 40 pacjentów z łagodnym (< 20%) i ciężkim (> 50%) naciekiem tłuszczowym. Ważne będą również kontrole niezwiązane z ćwiczeniami, a badacze zamierzają wykorzystać część biopsji tkanki z innych eksperymentów jako dodatkowe kontrole. Przed operacją pacjenci zostaną poddani badaniom klinicznym i MRI. Dodatkowo pacjenci zostaną poddani ćwiczeniom około 6 godzin przed operacją, a następnie natychmiast przejdą krótki protokół obrazowania MRI w celu zmierzenia zmian perfuzji wywołanych wysiłkiem fizycznym (IVIM). Sześć godzin po ćwiczeniach badacze pobiorą biopsje multifidus podczas operacji, aby scharakteryzować reakcje przerostowe, zwłóknieniowe, adipogenne i zapalne. Do analiz pierwotnych grupy pacjentów zostaną wybrane na podstawie nasilenia nacieku tłuszczowego w mięśniach. Grupy wiekowe i płeć zostaną dopasowane, ponieważ badacze wiedzą, że wyjściowa i indukowana wysiłkiem ekspresja genów zmienia się wraz z wiekiem. Procedura chirurgiczna i śródoperacyjna manipulacja krążkiem zostaną udokumentowane w celu uwzględnienia potencjalnego wpływu krążka i innych operacji na strukturę mięśni. Sześć miesięcy po operacji zostaną wykonane powtórne pomiary struktury mięśni za pomocą rezonansu magnetycznego. Po 6, 12 i 24 tygodniach siła (dynamizator izokinetyczny) i funkcja specyficzna dla pacjenta (dane z kwestionariusza) zostaną uzyskane zgodnie ze standardowym protokołem.

Metody:

Badanie fizykalne: Fizjoterapeuta z doświadczeniem w urazach kręgosłupa przeprowadzi badanie kliniczne. Wiek, płeć i wskaźnik masy ciała (BMI), czas trwania objawów, stosowanie leków przeciwzapalnych, czynny i bierny zakres ruchu, prowokacyjne testy napięcia nerwów (pomiar zakresu ruchu w stawach [ROM]), siła i wytrzymałość mierzone na dynamometr izokinetyczny (MedX Holdings Inc.), stan nerwowo-naczyniowy, Oswestry Disability Index (81), Kwestionariusz Aktywności Fizycznej Baecke (BPA), Kwestionariusz Przekonań o Unikaniu Strachu (FABQ) oraz Skala Katastrofizacji Bólu (PCS) to ważne pomiary, które rejestrują zarówno fizyczne, jak czynniki psychospołeczne, o których wiadomo, że są związane z LBP i zostaną zebrane w ośrodku klinicznym. Ten ekran zostanie wykorzystany do potwierdzenia, że ​​objawy dyskogenne są izolowane do poziomów poniżej L4, co pozwala nam wykorzystać mięsień obszerny boczny jako kontrolę wewnętrzną biopsji mięśnia.

Kliniczny rezonans magnetyczny: standardowe osiowe, strzałkowe i skośne obrazy MR kręgosłupa zostaną wykonane u wszystkich pacjentów, którzy mają zostać poddani operacji. Aby zidentyfikować stopień uszkodzenia krążka międzykręgowego (stopień Pfirrmanna), naciek tłuszczowy w mięśniach (stopień Kjaera) oraz potwierdzić lokalizację urazu, zostaną wykorzystane beztłuszczowe obrazy T1 i T2 z supresją lub z kontrastem w osiowym i strzałkowym rezonansie magnetycznym kręgosłupa.

Multimodalny MRI: Obrazowanie zostanie wykonane podczas jednej sesji na najnowocześniejszym systemie 3T MRI (GE MR750). Ilość i dystrybucja objętości mięśni kręgosłupa, objętości tłuszczu i objętości tkanki łącznej zostanie przeprowadzona na podstawie skanów leżących na plecach przy użyciu odpowiednio wysokiej rozdzielczości (1 mm3) 3D FSPGR, separacji tłuszcz-woda IDEAL i sekwencji impulsów UTE, odpowiednio przy użyciu 32-kanałowego kręgosłupa cewka tablicowa. IVIM zostanie wykorzystany do ilościowego określenia regionalnej aktywacji mięśni w odpowiedzi na atak ćwiczeń.

Protokół ćwiczeń: Przed zabiegiem pacjenci zostaną poddani protokołowi ćwiczeń odcinka lędźwiowego kręgosłupa na dynamometrze MedX Lumbar z systemem unieruchamiania miednicy, umożliwiającym izolację mięśni odcinka lędźwiowego kręgosłupa. Protokół ćwiczenia składa się z 1 zestawu 20 powtórzeń (zakres 15-25 powtórzeń) w tempie 5 sekund/powtórzenia z ciężarem początkowym 60-80% ich skomputeryzowanego wyniku siły. Pacjenci zostaną poinstruowani, aby dążyć do poziomu wysiłku 7/10 w skali Borg Rate of Perceived Exertion (RPE) w dostępnym zakresie pasywnego ROM do zgięcia-wyprostu.

Protokół dietetyczny: Co ważne, pacjenci pozostaną NPO (bez jedzenia i wody) po wysiłku fizycznym, ale będą mieli standaryzowaną dietę przez 24 godziny przed wysiłkiem fizycznym i operacją, co łagodzi wpływ diety na ekspresję genów (137, 150 -152). Wieczorne posiłki będą standaryzowane (1900h: 11 kcal/kg; 60% węglowodany [CHO], 25% tłuszcz [FAT], 15% białko [PRO]; 2200h (3 kcal/kg; 95% CHO, 2% TŁUSZCZ, 3 % PRO), ponieważ skład posiłku może ostro wpływać na ekspresję genów i białek.

Pobieranie i przechowywanie biopsji mięśni: Biopsje mięśni będą pobierane w ciągu 6 godzin od ćwiczeń w zaplanowanym czasie operacji. Pacjenci zostaną wykluczeni z analizy, jeśli ich biopsje nie zostaną pobrane w ciągu 1 godziny od wyznaczonego punktu czasowego. Biopsje zostaną pobrane za pomocą standardowego zacisku biopsyjnego na środkowych i głębokich brzegach mięśnia wielodzielnego, jak zaznaczono w Celu nr 1, i natychmiast umieszczone w RNAlater (Qiagen) do późniejszej analizy qPCR lub zamrożone w ciekłym azocie do pomiarów obfitości/fosforylacji białka.

qPCR i western blot: Ekspresja genów i obfitość białka będą mierzone odpowiednio za pomocą qPCR i western blotting. W skrócie, PCR w czasie rzeczywistym zostanie przeprowadzony w Bio-Rad CFX384 przy użyciu dostosowanych płytek (PrimePCR, Bio-Rad). Ekspresja docelowego genu zostanie obliczona w stosunku do wartości z podjednostki 18S rybosomu, ponieważ wstępne wyniki wskazują, że jest ona bardziej stabilna niż dehydrogenaza gliceraldehydo-3-fosforanowa (GAPDH; danych nie przedstawiono). W przypadku genów, w których stwierdzimy większą niż 3-krotną zmianę ekspresji, do oceny obfitości białka zostanie wykorzystany western blotting, jak opisano wcześniej.