Metabolisk hälsa hos individer med ryggmärgsskada (SCI) (SCI)

Den eskalerande prevalensen av metabola störningar hos individer med långvarig ryggmärgsskada (SCI) belyser det akuta behovet av tidiga insatser för att förebygga och förbättra livskvaliteten. Individer med SCI, även om de ofta är relativt unga, löper hög risk att utveckla insulinresistens och typ 2-diabetes strax efter skadans början. Skelettmuskulaturen är den huvudsakliga platsen för bortskaffande av glukos i kosten, men förhållandet mellan anpassningar i skelettmuskulaturen efter SCI och utvecklingen av metabola störningar är fortfarande dåligt förstått. Inom 6 månader efter SCI, atrofierar musklerna i de nedre extremiteterna med upp till 45 % och individer visar en 3-faldig ökning av intramuskulära fettnivåer jämfört med friska (AB) kontroller. Dessutom, inom 6 månader efter SCI, omvandlas utmattningsresistenta och oxidativa muskelfibrer av typ I och typ IIa till mycket utmattbara, glykolytiska muskelfibrer av typ IIax och IIx med nedsatt oxidativ metabolism. Upprätthållandet av adekvat muskelmassa och metabol funktion har aldrig varit en potentiell strategi för att förhindra kroniska metabola störningar hos individer med SCI. Tidig förebyggande av dessa skadliga anpassningar förväntas vara effektivare än att försöka vända förändringar flera månader eller år efter SCI.

Bland de tillgängliga experimentella strategierna för att vända atrofi och förbättra skelettmuskelmetabolism hos individer med SCI, verkar det finnas enighet om att muskelkontraktion via neuromuskulär elektrisk stimulering (NMES) är den mest potenta metoden. Utredarna visade nyligen att 8 veckors NMES-resistens träning hos personer med långvarig SCI effektivt ökade myofiberstorlek och distribution av typ IIa myofiber; denna intervention ökade emellertid inte fördelningen av typ I-fibrer. Det finns ett behov av nya NMES-program som inducerar viktiga molekylära anpassningar till både motstånd och aerob träning för att upprätthålla en oxidativ, utmattningsresistent och insulinkänslig fenotyp efter SCI.

Här föreslår utredarna ett tidigt ingripande av kombinerad NMES (Comb-NMES). Detta program kombinerar elektriskt inducerat motstånd och aerob träning på knästräckarmuskelgruppen (quadriceps) med målet att bibehålla eller till och med förbättra muskelmassa och metabolisk funktion. Det föreslagna Comb-NMES-programmet stressar upprepade gånger de förlamade knäextensormusklerna med både lågfrekvent elektrisk stimulering (aerob träning) för att förbättra oxidativ metabolism och behålla typ I-fibrer och högfrekvent (motståndsträning) elektrisk stimulering med dynamiska sammandragningar för att förhindra atrofi och behålla typ IIa-fibrer.

Utredarna kommer att testa följande centrala hypotes att, jämfört med en kontrollgrupp, kommer de som behandlats med Comb-NMES i 6 veckor tidigt efter SCI att bibehålla en bättre metabolisk profil i hela kroppen, till stor del driven av underhåll av förlamad muskelmassa, fiberfenotyp ( underhåll av typ I- och IIa-fibrer) och muskeloxidativ metabolisk funktion. Utredarna kommer att testa denna hypotes i en kontrollerad klinisk prövning av patienter med SCI med följande specifika syften:

Syfte 1: Kvantifiera effekterna av Comb-NMES på kliniskt viktiga mått på metabolisk funktion.

Hypotes 1. Jämfört med en kontrollgrupp kommer 6 veckors Comb-NMES (3 dagar/vecka) att bibehålla högre glukostolerans och hela kroppens insulinkänslighet.

Mål 2: Kvantifiera cellulära, molekylära och funktionella anpassningar i quadricepsmuskeln som är ansvariga för förbättringar i muskelmetabolism och övergripande metabolisk profil.

Hypotes 2.1. Jämfört med en kontrollgrupp kommer 6 veckors Comb-NMES (3 dagar/vecka) att upprätthålla bättre muskelglukosutnyttjande, oxidativ metabolism, muskelstorlek, styrka och utmattningsmotstånd, samt en hälsosam muskelfiberfenotyp (homogen fördelning av typ I-, Ila- och IIx-fibrer).

Hypotes 2.2. Comb-NMES-inducerade förbättringar i övergripande metabolisk profil kommer att återspeglas i förändringar i metabolitsignaturer relaterade till muskelmitokondriell funktion och intermediär metabolism.