Degeneration av ländryggsmuskeln hämmar rehabiliteringsinducerad muskelåterhämtning

SYFTE: Att bestämma effekten av träning på induktion av muskelhypertrofiska, fibrotiska, inflammatoriska och adipogena vägar hos patienter med mild kontra svår fettinfiltration av multifidusmuskeln. Logisk grund. Syftet med detta mål är att 1) ​​mäta molekylära svar från muskler på en väldefinierad anfall av preoperativ träning, och 2) att avgöra om baslinjemorfologiska eller ansträngningsinducerade molekylära svar förutsäger muskelstrukturell återhämtning och funktionella vinster upp till 6 månader efter operationen.

Design. Detta kommer att vara en longitudinell studie av 40 patienter med mild (< 20 %) kontra svår (> 50 %) fettinfiltration. Icke-övningskontroller kommer också att vara viktiga och utredarna avser att använda en del av biopsierad vävnad från andra experiment som ytterligare kontroller. Före operationen kommer patienterna att genomgå kliniska undersökningar och MR-undersökningar. Dessutom kommer patienterna att genomgå en träningsperiod 6 timmar före operationen och sedan omedelbart genomgå ett kort MR-avbildningsprotokoll för att mäta träningsinducerade perfusionsförändringar (IVIM). Sex timmar efter träningspasset kommer utredarna att samla in biopsier av multifidus under operationen för att karakterisera de hypertrofiska, fibrotiska, adipogena och inflammatoriska svaren. För primära analyser kommer patientgrupper att väljas ut på grundval av hur allvarlig muskelfettinfiltrationen är. Gruppens åldrar och kön kommer att matchas eftersom utredarna vet att baseline och träningsinducerat genuttryck varierar med ålder. Kirurgisk procedur och manipulation av disken intraoperativt kommer att dokumenteras för att ta hänsyn till risken för disk- och andra operationsspecifika effekter på muskelstrukturen. Sex månader efter operationen kommer upprepade mätningar av muskelstruktur att göras via MRT. Vid 6, 12 och 24 veckor kommer styrka (isokinetisk dynamometer) och patientspecifik funktion (frågeformulär) att erhållas enligt standardprotokoll.

Metoder:

Fysisk undersökning: En sjukgymnast med erfarenhet av ryggradsskada kommer att genomföra den kliniska undersökningen. Ålder, kön och kroppsmassaindex (BMI), symtomens varaktighet, användning av antiinflammatoriska läkemedel, aktiva och passiva rörelseomfång, provokativa neurala spänningstest (mätning av ledrörelseomfång [ROM]), styrka och uthållighet mätt på en isokinetisk dynamometer (MedX Holdings Inc.), neurovaskulär status, Oswestry Disability Index (81), Baecke Physical Activity Questionnaire (BPA), Fear Avoidance Beliefs Questionnaire (FABQ) och Pain Catastrophizing Scale (PCS) är viktiga mått som fångar både fysisk och psykosociala faktorer som är kända för att vara relaterade till LBP och kommer att samlas in på den kliniska platsen. Denna skärm kommer att användas för att bekräfta att diskogena symtom är isolerade till nivåer under L4, vilket gör att vi kan använda vastus lateralis som en intern kontrollmuskelbiopsi.

Klinisk MRT: Standard axiell, sagittal sned och koronal sned MR-bilder av ryggraden kommer att samlas in på alla patienter som är planerade för operation. För att identifiera svårighetsgraden av diskskada (Pfirrmann-grad), muskelfettinfiltration (Kjaer-grad) och för att bekräfta skadeläget, kommer T1 och T2 icke-fettundertryckta eller kontrastförstärkta axiella och sagittala MR-bilder av ryggraden att användas.

Multimodal MR: Avbildning kommer att utföras i en enda session på ett toppmodernt 3T MR-system (GE MR750). Kvantiteten och fördelningen av ryggradsmuskelvolym, fettvolym och bindvävsvolym kommer att utföras från liggande skanningar med högupplösta (1 mm3) 3D FSPGR, IDEAL fett-vattenseparation respektive UTE-pulssekvenser med en 32-kanals ryggrad. arrayspole. IVIM kommer att användas för att kvantifiera regional muskelaktivering som svar på en träningsmatch.

Träningsprotokoll: Före operationen kommer patienterna att utsättas för ett träningsprotokoll för ländryggen på en MedX Lumbal extensionsdynamometer med ett bäckensystem som möjliggör isolering av ländryggens muskler. Träningsprotokollet består av 1 set med 20 repetitioner (intervall 15-25 repetitioner) med en hastighet av 5 sekunder/repetitioner med en startvikt på 60-80 % av deras datoriserade styrkepoäng. Patienterna kommer att instrueras att inrikta sig på en ansträngningsnivå på 7/10 på Borg Rate of Perceived Exertion (RPE)-skalan inom sitt tillgängliga passiva ROM-intervall till flexion-extension.

Kostprotokoll: Det är viktigt att patienterna förblir NPO (ingen mat eller vatten) efter träningspasset men kommer att ha en standardiserad diet i 24 timmar före träningspasset och operationen, vilket mildrar kostens effekter på genuttryck (137, 150 -152). Kvällsmåltider kommer att standardiseras (1900h: 11 kcal/kg; 60% kolhydrat [CHO], 25% fett [FAT], 15% protein [PRO]; 2200h (3 kcal/kg; 95% CHO, 2% FAT, 3 % PRO) eftersom måltidssammansättningen akut kan påverka gen- och proteinuttryck.

Skörd och lagring av muskelbiopsi: Muskelbiopsier kommer att skördas inom 6 timmar efter träningspasset vid den schemalagda operationstidpunkten. Försökspersoner kommer att uteslutas från analysen om deras biopsier inte skördas inom 1 timme från den föreskrivna tidpunkten. Biopsier kommer att erhållas med en standard biopsiklämma vid mitten och djupa marginalerna av multifidusmuskeln som noterats i mål #1 och omedelbart placeras i RNAlater (Qiagen) för efterföljande qPCR-analys eller frysas i flytande kväve för proteinöverflöd/fosforyleringsmätningar.

qPCR och western blotting: Genuttryck och proteinförekomst kommer att mätas med qPCR respektive western blotting. Kortfattat kommer realtids-PCR att utföras i en Bio-Rad CFX384 med hjälp av skräddarsydda plattor (PrimePCR, Bio-Rad). Målgenuttryck kommer att beräknas i förhållande till värden från 18S ribosomala subenhet, eftersom preliminära fynd visar att det är mer stabilt än glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas (GAPDH; data presenteras inte). För gener där vi finner en mer än 3-faldig förändring i uttryck, kommer western blotting att användas för att bedöma proteinöverflöd, som tidigare beskrivits.