Дегенерация мышц поясничного отдела позвоночника препятствует восстановлению мышц, вызванному реабилитацией

Цель: определить влияние упражнений на индукцию мышечных гипертрофических, фиброзных, воспалительных и адипогенных путей у пациентов с легкой и тяжелой жировой инфильтрацией многораздельной мышцы. Обоснование. Задачи этой цели состоят в том, чтобы 1) измерить молекулярные реакции мышц на четко определенный цикл предоперационных упражнений и 2) определить, предсказывают ли исходные морфологические или вызванные упражнениями молекулярные ответы восстановление структуры мышц и функциональные улучшения до 6 месяцев после операции.

Дизайн. Это будет продольное исследование 40 пациентов с легкой (< 20%) и тяжелой (> 50%) жировой инфильтрацией. Контроль, не связанный с физическими упражнениями, также будет важен, и исследователи намерены использовать часть биопсийной ткани из других экспериментов в качестве дополнительных контролей. Перед операцией пациенты проходят клиническое и МРТ обследование. Кроме того, пациенты будут выполнять упражнения за 6 часов до операции, а затем сразу же проходят короткий протокол МРТ для измерения изменений перфузии, вызванных физической нагрузкой (IVIM). Через шесть часов после тренировки исследователи берут биопсию многораздельной мышцы во время операции, чтобы охарактеризовать гипертрофическую, фиброзную, адипогенную и воспалительную реакцию. Для первичного анализа группы пациентов будут отобраны на основе тяжести мышечной жировой инфильтрации. Возраст и пол в группах будут совпадать, потому что исследователи знают, что исходный уровень и экспрессия генов, вызванная физическими упражнениями, варьируются в зависимости от возраста. Хирургическая процедура и манипуляции с диском во время операции будут задокументированы для учета потенциального воздействия диска и других специфических для операции воздействий на мышечную структуру. Через шесть месяцев после операции будут сделаны повторные измерения мышечной структуры с помощью МРТ. Через 6, 12 и 24 недели силу (изокинетический динамометр) и индивидуальную функцию пациента (данные анкеты) будут измерять в соответствии со стандартным протоколом.

Методы:

Медицинский осмотр: клинический осмотр проведет физиотерапевт с опытом работы с травмами позвоночника. Возраст, пол и индекс массы тела (ИМТ), продолжительность симптомов, прием противовоспалительных препаратов, активный и пассивный диапазон движений, тесты на провокационное нервное напряжение (измерение диапазона движений в суставах [ROM]), сила и выносливость, измеренные на изокинетический динамометр (MedX Holdings Inc.), нейроваскулярный статус, индекс инвалидности Освестри (81), опросник физической активности Бекке (BPA), опросник убеждений избегания страха (FABQ) и шкала катастрофизации боли (PCS) являются важными показателями, которые охватывают как физические, так и психосоциальные факторы, о которых известно, что они связаны с БНС, и будут собраны в клиническом центре. Этот скрининг будет использоваться для подтверждения того, что дискогенные симптомы изолированы до уровней ниже L4, что позволяет нам использовать латеральную широкую мышцу бедра в качестве биопсии внутренней контрольной мышцы.

Клиническая МРТ: стандартные аксиальные, сагиттальные косые и коронарные косые МРТ-изображения позвоночника будут получены у всех пациентов, которым назначена операция. Для определения тяжести повреждения диска (степень Pfirrmann), мышечной жировой инфильтрации (степень Kjaer) и для подтверждения локализации повреждения будут использоваться Т1 и Т2 не подавленные жиром или усиленные контрастом аксиальные и сагиттальные МРТ-изображения позвоночного сустава.

Мультимодальная МРТ: визуализация будет выполняться за один сеанс на современной системе МРТ 3T (GE MR750). Количество и распределение объема мышц позвоночника, объема жира и объема соединительной ткани будут выполняться при сканировании в положении лежа с использованием 3D FSPGR с высоким разрешением (1 мм3), разделения жира и воды IDEAL и последовательностей импульсов UTE, соответственно, с использованием 32-канального спинного мозга. массивная катушка. IVIM будет использоваться для количественной оценки активации региональных мышц в ответ на тренировку.

Протокол упражнений: перед операцией пациенты будут подвергаться протоколу упражнений для поясничного отдела позвоночника на динамометре MedX для поясничного разгибания с системой фиксации таза, позволяющей изолировать мышцы поясничного отдела позвоночника. Протокол упражнений состоит из 1 подхода по 20 повторений (диапазон 15-25 повторений) со скоростью 5 секунд/повторения с начальным весом 60-80% их компьютеризированной оценки силы. Пациенты будут проинструктированы о достижении уровня нагрузки 7/10 по шкале оценки воспринимаемой нагрузки (RPE) Борга в доступном диапазоне пассивной амплитуды движений при сгибании-разгибании.

Протокол диеты. Важно отметить, что после тренировки пациенты останутся без еды и воды, но им будет назначена стандартная диета в течение 24 часов до тренировки и операции, что смягчает влияние диеты на экспрессию генов (137, 150). -152). Ужин будет стандартизирован (19:00: 11 ккал/кг; 60% углеводов [CHO], 25% жиров [FAT], 15% белков [PRO]; 22:00 (3 ккал/кг; 95% CHO, 2% жиров, 3 % PRO), потому что состав пищи может сильно влиять на экспрессию генов и белков.

Сбор и хранение биопсии мышц: Биоптаты мышц будут взяты в течение 6 часов после тренировки в запланированное время операции. Субъекты будут исключены из анализа, если их биопсии не будут взяты в течение 1 часа от установленного момента времени. Биопсии будут получены с помощью стандартного зажима для биопсии на среднем и глубоком краях многораздельной мышцы, как указано в цели № 1, и немедленно помещены в RNAlater (Qiagen) для последующего анализа количественной ПЦР или заморожены в жидком азоте для измерения содержания белка / фосфорилирования.

qPCR и вестерн-блоттинг: Экспрессия генов и содержание белка будут измеряться с помощью qPCR и вестерн-блоттинга соответственно. Вкратце, ПЦР в реальном времени будет проводиться в Bio-Rad CFX384 с использованием индивидуальных планшетов (PrimePCR, Bio-Rad). Экспрессия гена-мишени будет рассчитываться относительно значений субъединицы рибосомы 18S, поскольку предварительные данные показывают, что она более стабильна, чем глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH; данные не представлены). Для генов, в которых мы находим более чем 3-кратное изменение экспрессии, вестерн-блоттинг будет использоваться для оценки содержания белка, как описано ранее.