Estimulação elétrica para atenuar a atrofia muscular

Introdução:

O músculo esquelético responde ao estímulo da carga mecânica para crescimento e manutenção. Reduções prolongadas na atividade muscular e carga mecânica, como voos espaciais, imobilização de membros, repouso no leito e/ou inatividade, alteram o equilíbrio entre a síntese e a degradação de proteínas, resultando em atrofia do músculo esquelético (1-3). Isso é caracterizado por uma diminuição na massa muscular, na área transversal da miofibra, na força contrátil e na velocidade, bem como na transformação do tipo de fibra lenta para rápida (4,5). Muitas contramedidas foram relatadas para atenuar a perda de atrofia muscular e a estimulação elétrica neuromuscular (NMES) tem sido freqüentemente usada em condições como lesão da medula espinhal, imobilização e desuso muscular pós-cirurgia (6,7). De fato, uma revisão recente da Cochrane sobre a eficácia da NMES para fraqueza muscular em adultos com doenças progressivas, como DPOC, insuficiência cardíaca crônica e câncer, indicou que a NMES é um meio eficaz de melhorar a fraqueza muscular (8). As metanálises incluíram onze estudos randomizados controlados (RCT) envolvendo um total de 218 participantes. A NMES melhorou significativamente a força do quadríceps por uma Diferença Média Padronizada (SMD) de 0,9 (intervalo de confiança (IC) de 95% 0,33 a 1,46). Isso é aproximadamente igual a 25 Newton metros (Nm) e deve ser considerado clinicamente significativo. Da mesma forma, outra revisão sistemática recente também mostrou que a NMES é eficaz na prevenção da fraqueza muscular esquelética em pacientes gravemente enfermos. Oito estudos elegíveis envolvendo 172 pacientes foram incluídos na análise. Dos oito estudos, cinco estudos relataram um aumento na força ou melhor preservação da força com NMES, com um estudo tendo um tamanho de efeito grande (1,44). Dois estudos encontraram melhor preservação da massa muscular com NMES, com tamanhos de efeito pequenos a moderados (0,11-0,39), enquanto nenhum benefício significativo foi encontrado em outros dois estudos (9).

A eficácia da NMES depende da condição clínica e é influenciada por diferentes parâmetros de estimulação, particularmente a frequência e a duração da estimulação. Tradicionalmente, a EENM tem sido vista como a aplicação de uma corrente elétrica transcutânea na junção neuromuscular, com o objetivo de despolarizar o potencial de ação da unidade motora e induzir a contração muscular (10). Essa contração muscular induzida eletricamente simula o fortalecimento muscular ativo e é baseada no princípio do treinamento muscular de que, por carga apropriada, a força muscular será aumentada. Para alcançar este efeito de treinamento, os parâmetros de estimulação empregados normalmente visam produzir contração tetânica com uma densidade de corrente que o sujeito possa tolerar ao máximo (8,9). No entanto, este protocolo de estimulação atualmente adotado (ie. alta frequência igual ou superior a 50 Hz, amplitude no limite máximo tolerado pelos indivíduos e curta duração (30 min a 1 h) para neutralizar a atrofia muscular tem duas desvantagens principais. Em primeiro lugar, foi bem estabelecido que a descarga mecânica está associada a alterações prejudiciais na estrutura e função dos músculos esqueléticos, caracterizadas por redução na massa muscular, área de secção transversal das miofibras, força contrátil e velocidade, bem como movimentos lentos para rápidos. transformação do tipo de fibra (para revisão, veja 11). Assim, as fibras musculares de contração lenta são mais suscetíveis ao efeito de descarga ou desuso do que as fibras musculares de contração rápida. O protocolo tradicional de estimulação de alta frequência (50 Hz) não corresponde ao padrão de disparo da unidade motora de um músculo de contração lenta. Além disso, a alta densidade de corrente inevitavelmente causaria desconforto, se não dor, aos sujeitos durante a estimulação elétrica. Os sujeitos não toleram a estimulação elétrica por horas. Este é particularmente o caso se a aplicação for para indivíduos com atrofia muscular por desuso ou indivíduos com fraqueza muscular causada por doenças progressivas. Muitas vezes, a tolerância à dor deste grupo de indivíduos é geralmente inferior à dos indivíduos saudáveis ​​normais. Assim, o protocolo atualmente adotado pode não necessariamente fornecer o melhor resultado possível da EENM para o aprimoramento da função muscular. Os efeitos benéficos da NMES para neutralizar a atrofia muscular não foram totalmente utilizados. Uma revisão sistemática recente que examina as alterações metabólicas e estruturais no músculo esquelético dos membros inferiores após a estimulação elétrica neuromuscular identificou apenas 18 estudos. Oito desses estudos investigaram atividades enzimáticas, sete estudos sobre a composição da fibra muscular e 14 sobre o tamanho da fibra muscular. Entre esses 18 estudos, apenas 9 são estudos RCT, e a qualidade metodológica geralmente era ruim. Os autores concluíram que a NMES parece ser capaz de produzir mudanças favoráveis ​​na atividade da enzima oxidativa, tipo de fibra muscular esquelética e tamanho da fibra muscular esquelética. Tendo em vista a grande heterogeneidade nos protocolos de EENM, os autores concluíram que não há consenso definitivo sobre as frequências de estimulação para mudanças musculares ideais (12). Por exemplo, Theriault et al. (13) realizaram estimulação elétrica prolongada ao extensor do joelho de 8 adultos saudáveis. O protocolo de estimulação elétrica teve duração de 8 semanas, 8 horas por dia e 6 dias por semana. O parâmetro de estimulação foi de baixa frequência (8 Hz) com intensidade apenas podendo produzir vibração visível. Os resultados sugeriram melhora significativa no desempenho do extensor do joelho após 4 semanas de estimulação. No entanto, o estudo não é um estudo RCT e há um grupo de controle no estudo. Por outro lado, um dos estudos RCT que investigou os efeitos da EENM e incorporou alta frequência (50 Hz), mas amplitude muito baixa (sem contração muscular) como grupo placebo, revelou incidentalmente que o placebo produziu melhor efeito do que o grupo intervenção. O grupo NMES vs grupo placebo por um SMD de -0,12 (95% CI: -0,63, 0,39) (8,14). Banerjee e seu grupo também mostraram que um protocolo de estimulação elétrica com baixa frequência (4 Hz) mas alta amplitude (300mA), 1 hora/dia por 6 semanas pode aumentar significativamente a força do quadríceps de adultos sedentários saudáveis ​​e pacientes com insuficiência cardíaca crônica estável ( 15, 16). Assim, as descobertas da ciência básica e desses estudos clínicos sugeriram a necessidade de explorar mais o protocolo de estimulação NMES mais eficaz para atenuar a atrofia muscular.

Objetivos e Hipóteses a serem Testadas:

Para lidar com isso, os pesquisadores desta proposta desafiaram o pensamento tradicional de que a EENM deveria ser de alta frequência e alta amplitude. Os pesquisadores testaram a hipótese de que baixa frequência e baixa amplitude são eficazes na atenuação da atrofia muscular e investigaram os mecanismos celulares associados à descarga muscular. Usando o modelo animal de suspensão dos membros posteriores, os pesquisadores demonstraram anteriormente que, durante a suspensão dos membros posteriores, a aplicação de estimulação elétrica de baixa frequência a 20 Hz no músculo sóleo com parâmetros de tempo e pulso definidos resgatou parcialmente a perda de células satélites e melhorou o cruzamento de fibras. áreas seccionais (17). Os investigadores demonstraram ainda que usando um paradigma de estimulação elétrica de frequência: 20 Hz; duração: 3 h, duas vezes ao dia para camundongos BALB/c machos de oito semanas de idade que foram submetidos a um descarregamento dos membros posteriores (HU) por 14 dias. Este paradigma de estimulação pode aumentar o potencial proliferativo de células satélites, bem como suprimir a morte celular apoptótica na atrofia muscular induzida por desuso. Morfologicamente, o membro posterior com estimulação elétrica mostrou melhora significativa na massa muscular, área transversal e pico de força tetânica em relação ao membro HU (18). Recentemente, os pesquisadores investigaram ainda mais o protocolo de estimulação ideal e demonstraram que, entre três protocolos de baixa frequência, 2, 10 e 20 Hz, a estimulação a 2 Hz por 2 × 3 h/dia alcançou o melhor efeito na atenuação da perda de fibras musculares cruzadas. área seccional e força. Este parâmetro de estimulação levou a um aumento de 1,2 vezes na proliferação de células satélites e foi eficaz em resgatar células da apoptose (19). Com todas essas descobertas encorajadoras da pesquisa científica básica, os pesquisadores acreditam que o novo paradigma proposto de NMES pode ser testado em indivíduos com atrofia muscular progressiva. A hipótese dos investigadores é que a EENM a 2 Hz por 2 × 3 h/dia é eficaz em atenuar/melhorar a atrofia muscular postural dos membros inferiores, ou seja, quadríceps e gastrocnêmio e complexo muscular sóleo.

Plano de Investigação:

Com base nas descobertas da literatura existente sobre o protocolo de estimulação NMES adotado atualmente para atenuar a atrofia muscular ou melhorar o desempenho muscular em várias populações, os investigadores levantaram a hipótese de que o novo paradigma proposto de NMES seria mais eficaz na melhoria da área de seção transversal muscular (CSA ), força, resistência, tolerância ao exercício e é mais aceitável por indivíduos que precisavam de NMES para atenuar a atrofia muscular com várias condições médicas, em particular pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC).