Fiziologie musculară striată

Acest articol face parte din subiectul de cercetare

Miokine, adipokine, citokine în fiziopatologie musculară Vizualizați toate cele 25 de articole

Editat de
Marilia Seelaender

Universitatea din São Paulo, Brazilia

Revizuite de
Parco M. Siu

Universitatea din Hong Kong, Hong Kong

David C. Hughes

Universitatea din Iowa, Statele Unite

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

c-reactivă

  • Descărcați articolul
    • Descărcați PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Suplimentar
      Material
  • Citarea exportului
    • Notă finală
    • Manager de referință
    • Fișier TEXT simplu
    • BibTex
DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

  • 1 Departamentul de Științe Fiziologice, Universitatea Stellenbosch, Stellenbosch, Africa de Sud
  • 2 Departamentul de Biomedicină Experimentală și Neuroștiințe Clinice, Universitatea din Palermo, Palermo, Italia
  • 3 Institutul Euro-Mediteranean de Știință și Tehnologie, Palermo, Italia
  • 4 SMART Engineering Solutions & Technologies Research Center, Universitatea eCampus, Novedrate, Italia

Introducere

Creatina kinază circulantă crescută (CK) este un semn distinctiv al leziunilor musculare cauzate de exerciții intense și neobișnuite, inclusiv exerciții de rezistență excentrică orientate către grupul muscular, alergare în jos și sărituri pliometrice (Nosaka și colab., 2001; Macaluso și colab., 2012b, 2013; van de Vyver și Myburgh, 2012). Literatura de specialitate raportează că anumiți indivizi, în ciuda caracteristicilor aparent similare cu ceilalți participanți la studiu, pot experimenta creșteri mai mari ale activității CK după un exercițiu excentric neobișnuit (Clarkson și colab., 2005; Devaney și colab., 2007; Yamin și colab., 2008). Acest fenomen biologic rămâne inexplicabil (Sayers și Clarkson, 2002).

Persoanele care suferă leziuni musculare severe pot prezenta rabdomioliză de efort care se caracterizează prin eliberarea continuă a mioglobinei (Mb) în circulație (Sayers și Clarkson, 2002; Scalco și colab., 2016). De obicei, creșterile CK și Mb merg mână în mână după crize extreme de exerciții excentrice neobișnuite (Clarkson și colab., 2005), dar activitatea CK este cel mai frecvent măsurată (Damas și colab., 2016). Limita de limită a diagnosticului de laborator pentru rabdomioliza efortului variază în funcție de studii și populații (Sayers și Clarkson, 2002; Warren și colab., 2002; Lauritzen și colab., 2009), cu toate acestea, a fost sugerată o limită inferioară pentru rabdomioliza efort. să fie CK ≥ 1000 U/L (Lee și Clarkson, 2003; Thoenes, 2010). Deși acest fenomen este bine descris, inclusiv potențialul de sechele clinice (Hill și colab., 2017), mecanismele potențiale de eliminare a anumitor indivizi rămân a fi pe deplin elucidate.

Potențialii jucători de rol ar putea include polimorfisme genetice de fond, starea pre-exercițiu a mușchiului scheletic în sine sau profilul sistemic pre-exercițiu - cum ar fi distribuția relativă a leucocitelor sau procesele inflamatorii. Mai multe polimorfisme genetice ale proteinelor din mușchii scheletici au fost asociate cu variabilitatea leziunilor musculare de efort. Câteva studii au indicat faptul că genele implicate în structura musculară (ACTN3) (Clarkson și colab., 2005), creșterea (IGF2) (Devaney și colab., 2007) sau reglarea producției de forță (MYLK) (Clarkson și colab., 2005 ).), pot prezenta polimorfisme care afectează activitatea inițială a CK și exacerbează răspunsul la deteriorarea mușchilor la exerciții excentrice. În mod similar, polimorfismele legate de inflamație (TNFA și IL6) au fost asociate cu o activitate crescută a CK în urma exercițiilor excentrice neobișnuite (Yamin și colab., 2008). Pentru o recenzie recentă, a se vedea Baumert și colab. (2016).

Exercițiul excentric neobișnuit dăunează fibrelor musculare de tip II într-o proporție mai mare decât fibrele de tip I (Macaluso și colab., 2012b). Prin urmare, persoanele sedentare cu un procent mai mare de fibre musculare de tip II se pot prezenta cu valori mai mari ale markerilor indirecți utilizați pentru a descrie leziunea musculară de efort. Cu toate acestea, dacă participanții cu proporții mai mari de fibre de tip II prezintă, de asemenea, răspunsuri mai mari ale activității CK, în intervalul de rabdomioliză de efort, nu este în prezent cunoscut.

Scopul acestui studiu a fost de a sonda la indivizii neinstruiți diferite mecanisme care pot predispune la rabdomioliză de efort, indusă de un atac acut de exerciții pliometrice care are ca rezultat niveluri variate de CK circulant post-exercițiu. Variabilele evaluate au fost selectate din diferite categorii de potențiali contribuabili și anume fundalul genetic (genotipul MYLCK), fenotipul mușchilor scheletici (tip fibre; conținut MPO) și profilul inflamator (leucocite circulante; CRP).

Materiale și metode

Design de studiu

Studiului i s-a acordat aprobarea etică (referință nr. N09/05/164) de către subcomitetul C al Comitetului de cercetare al Universității din Stellenbosch. În ziua intervenției de exerciții pliometrice, probele de sânge și scorurile de durere percepute au fost colectate atât imediat înainte (ziua 0), cât și la 6 h 1, 2, 3 și 4 zile după intervenția la efort; în timp ce biopsiile musculare au fost obținute cu 4 sau 9 zile înainte și 3 zile după atacul acut al exercițiului pliometric.

Subiecte

Intervenție de exerciții pliometrice

Subiecții voluntari au efectuat mai întâi 5 minute de alergare înapoi și înainte împreună cu întinderea ușoară ca o încălzire înainte de a efectua trei sărituri maxime de genuflexiune. Înălțimea maximă atinsă de cap a fost înregistrată și 95% din această înălțime a servit drept înălțime țintă pe care subiecții au trebuit să o mențină în timpul intervenției de exercițiu. Intervenția de exerciții pliometrice a constat din 10 seturi de 10 sărituri maxime de genuflexiune, separate de 1 minut de recuperare între seturi. Acest protocol a fost folosit anterior pentru a induce leziuni musculare tranzitorii la nivelul mușchilor extensori ai genunchiului (Vissing și colab., 2008; Macaluso și colab., 2012b). Subiecților li s-a permis să-și balanseze brațele, ceea ce a ajutat la echilibru și a generat impuls cu fiecare salt. Cu toate acestea, neadoptând un unghi de 90 ° al articulației genunchiului la aterizare și nemenținând o poziție verticală a trunchiului și înălțimea minimă a saltului, toate au constituit salturi incorecte. Tehnica săriturilor a fost observată de cercetător și atunci când au fost observate sărituri incorecte, subiecților li s-a recomandat să se oprească și să li se acorde o perioadă de odihnă de 1 min înainte de a finaliza setul, completând astfel 100 de sărituri corespunzătoare de ghemuit (Macaluso și colab., 2012b). Intinderea statică pentru mai puțin de 60 s a fost permisă, deoarece datele din literatura de specialitate au raportat că acest lucru nu ar afecta performanța musculară maximă (Kay și Blazevich, 2012).

Eșantionare și analiză de sânge

După un timp de echilibrare de 5 minute în poziție culcat, probele de sânge au fost extrase din vena antecubitală și colectate în tuburi de vacutainer SST și EDTA (Becton Dickinson și Company). Tuburile au fost inversate de 5-6 ori și apoi centrifugate la 3500 rpm timp de 10 minute la 4 ° C. Probele de sânge au fost apoi analizate de către laboratorul comercial PathCare, laborator de patologie (Stellenbosch Medi Clinic, Africa de Sud), pentru activitatea CK (Acces într-un singur test sandwich CK-MB), Mb (Mb-chemiluminescență), CRP (CRP-metodă imunoturbidimetrică Beckman Coulter, Inc.,), număr total și diferențial de celule albe din sânge (WBC) utilizând un analizor de hematologie CellDyne 3700CS (Abbott Diagnostics, Fullerton, CA, Statele Unite).

Grupuri de răspunsuri ridicate și scăzute

Subiecții au fost clasificați drept mari (n = 10) sau scăzutn = 16) respondenți pe baza activității CK: indivizii pentru care activitatea CK în toate momentele evaluate a fost mai mică de 1000 U/L, au fost considerați respondenți scăzuti, în timp ce persoanele care au prezentat activitate CK în acces de 1000 U/L în orice moment, au fost clasificate drept răspunsuri ridicate. În literatura de specialitate, CK ≥ 1000 U/L a fost sugerat a fi limita inferioară pentru rabdomioliza de efort (Lee și Clarkson, 2003; Thoenes, 2010).

Din acest moment grupurile vor fi definite ca fiind ridicate (înălțime = 180 ± 0,05 cm; greutate = 71,1 ± 10,05 kg; 95% înălțime de salt 211 ± 0,06 cm) și răspunsuri joase (înălțime = 180 ± 0,11 cm; greutate = 74,2 ± 16,37 kg (95% înălțime de salt 211 ± 0,14 cm).

Durerea percepută

Durerea percepută a fost măsurată utilizând o scară de durere vizuală. Participanții au indicat dureri ale extensorilor genunchiului variind de la 0, Nici unul; 2, Disconfort; 4, Enervant; 6, Oribil; 8, Groaznic; 10, Agonizant. Acest lucru a fost realizat în două poziții diferite (poziție în picioare și în poziție ghemuit) așa cum este descris de Macaluso și colab. (2012b).

Eșantionare musculară

Biopsii musculare ale vastus lateralis mușchii au fost obținuți cu 9 sau 4 zile înainte și la 3 zile după intervenția exercițiului pliometric folosind tehnica asistată de aspirație (Macaluso și colab., 2012a). Biopsiile au fost luate de un medic cu experiență în tehnică și cu experiență în obținerea de biopsii de urmărire de la aceeași profunzime. A doua biopsie a fost luată din piciorul opus. Fiecare biopsie a fost împărțită în trei părți: una a fost înghețată rapid în azot lichid, a doua a fost încorporată în mediul de înghețare a țesuturilor și înghețată în izopentan (răcită în azot lichid) pentru criosecționare ulterioară și microscopie imunofluorescentă, iar a treia (1 × 3 mm) a fost fixat în 2,5% glutaraldehidă.

Colorarea imunofluorescentă

Analiza microscopiei electronice de transmisie

Specimenele musculare de la fiecare voluntar pentru ambele puncte de timp au fost tăiate într-o orientare longitudinală, fixate în 2,5% glutaraldehidă și post-fixate în 1% tetroxid de osmiu timp de 1 oră. Apoi probele au fost deshidratate cu etanol gradat 30, 50, 70, 95 și 100% v ∖ v și bucăți de țesut au fost plasate în oxid de propilenă timp de 30 de minute și infiltrate cu rășină (EPON 812, Electron Microscopy Sciences, Hatfield, PA, United Stări) la pasaje de 1: 3, 2: 2 și 3: 1 rășină la oxid de propilenă) cu 1 zi înainte de polimerizare la 50 ° C timp de 48 de ore. Secțiunile musculare scheletice longitudinale ultrathin (50-70 nm) au fost tăiate cu un ultramicrotom (model RM2125 RT; Leica Microsytem Nussloch GmbH, Germania). Imagini ale secțiunilor ultra subțiri ale mușchiului încorporat în rășină au fost obținute folosind un microscop electronic cu transmisie (Jeol-Jem 1011 TEM, Leica Microsystem Nussloch GmbH, Germania). Secțiunile longitudinale au fost evaluate pentru prezența sarcomerilor deteriorați (Z-streaming de disc) sau zone necrotice și hipercontractate așa cum este descris de Lauritzen și colab. (2009).

Analiza imunosorbentă legată de enzime MPO

Concentrația de MPO secretat în țesutul muscular a fost determinată folosind kitul Abcam MPO Human ELISA (ab119605), după cum a recomandat producătorul. Pe scurt, țesutul muscular congelat de 2 mm a fost spălat de 2 ori în soluție salină tamponată cu fosfat (PBS) și omogenizat în RIPA (pH 7,4, Tris - HCL 2,5 mM, EDTA 1 mM, NaF 50 mM, ditiotreitol 1 mM, fenilmetilsulfonil fluor (PMSF) 0,1 mM, benzamidină 1 mM, 4 mg/ml SBTI, 10 mg/ml leupeptină, 1% NP40, 0,1% SDS și 0,5% Na deoxicolat) utilizând un omogenizator tisular (Ultra-Turrax, Germania). Omogenatul a fost apoi centrifugat la 5000 × g timp de 5 minute și testat imediat. Citirile probei au fost efectuate folosind cititorul universal de microplăci ELx800 (Biotek Instruments, Inc., VT, Statele Unite).

Analiza genotipării

Analize statistice

Datele au fost evaluate pentru normalitate prin inspectarea graficelor probabilității normale. O transformare logaritmică (Log10) a fost aplicată datelor distribuite în mod normal (CK, Mb, CRP și durerii percepute) înainte de analiză. Modificări ale durerii percepute (în ghemuit și în poziție în picioare), parametrii sângelui (CK, Mb și CRP), WBC total și diferențial la persoanele cu răspuns ridicat vs. respondenții scăzuți în timp au fost analizați prin model mixt bidirecțional, cu analize ale varianței. Dacă s-a detectat o diferență semnificativă, aceasta a fost evaluată în continuare de post hoc Testul LSD al lui Fisher. Analizele statistice au fost efectuate folosind PASW (versiunea 18; SPSS Inc., Chicago, IL, Statele Unite). Semnificația a fost acceptată la P ≤ 0,05.

Rezultate

Daune musculare

În poziția în picioare, scorurile de durere percepute atât pentru respondenții cu CK scăzut cât și pentru cei cu răspuns ridicat au fost destul de scăzute și au urmat un curs de timp similar, cu creșteri semnificative raportate la 6 ore și zilele 1 și 2 după exercițiul pliometric (Tabelul 1). În schimb, în ​​poziția ghemuit, ambele grupuri au raportat durere moderată până la severă, cu scoruri mai mari în zilele 1 și 2 post-exercițiu, deși în zilele 3 și 4, scorurile durerii au fost încă semnificativ crescute față de valoarea inițială în ambele grupuri. Diferențele de grup dependente de timp au fost evidente: în timp ce scorurile de durere percepute au fost mai mari la persoanele care au răspuns scăzut la 6 ore de exerciții post-pliometrice, persoanele care au răspuns ridicat și-au evaluat durerea în zilele 3 și 4 mai mari decât persoanele care au răspuns scăzut, dar numai în poziția ghemuit. În aceste puncte de timp ulterioare, scorurile de durere percepute de respondenții mari erau încă de cel puțin 4 ori mai mari decât punctul de timp de 6 ore, în timp ce cel al persoanelor cu răspuns scăzut a fost doar de aproximativ 1,5 ori mai mare decât 6 ore.

tabelul 1. Durerea musculară percepută în timp înainte și după un singur atac de exerciții pliometrice.

Micrografiile electronice ale biopsiilor musculare efectuate în a 3-a zi după atacul acut al exercițiului pliometric au relevat leziuni musculare sub formă de Z-streaming de disc pe toți subiecții (consultați figurile 1A, B pentru imagini reprezentative ale secțiunilor pre- și post-exercițiu în planul longitudinal al vastus lateralis muşchi). Zonele necrotice și hipercontractate nu au fost evidente în niciuna dintre probele de mușchi. Evaluarea calitativă a leziunilor musculare ultrastructurale nu a evidențiat nicio diferență evidentă între respondenții cu răspuns ridicat și scăzut.

figura 1. Analiza secțiunilor mușchilor scheletici. Micrografii electronice ale secțiunilor longitudinale. Ilustrarea sarcomerilor nedeteriorati (A). Amenajarea unui sarcomer: Z, linie Z; și m, mitocondriile. Sarcomere deteriorate (B) în ziua 3 după exercițiu excentric în mușchiul scheletului uman: Zs, linie z streaming. Nu s-a observat nicio diferență în ceea ce privește afectarea ultrastructurală între grupurile cu răspuns scăzut și cu răspuns ridicat. Imunofluorescența secțiunilor transversale musculare, de asemenea, în ziua 3 după intervenția exercițiului pliometric, utilizând imunocolorare dublă cu anti-distrofină (C) și lanțul greu anti-miozină II (D). Săgețile arată exemple de pierdere a colorării distrofinei; IIa și IIx indică exemple de fibre pozitive MHC-II; Fibrele I, MHC-I.

În conformitate cu evaluările calitative ale imaginilor EM, evaluarea calitativă a deteriorării sarcolemului, evaluată prin pierderea continuității distrofinei în membrane (Figura 1C) în canalul roșu al secțiunilor dublu colorate, a relevat rupturi în distrofină în ambele grupuri. Distribuția de tip fibră nu a diferit între răspunsurile mici și cele mari (Tabelul 2). Datele cantitative ale deteriorării sarcolemului pentru tipuri specifice de fibre generate prin comparații directe ale canalelor roșii și verzi (Figurile 1C, D), nu au evidențiat diferențe între respondenții mari și mici în ceea ce privește proporția fiecărui tip de fibră care prezintă daune sarcolemale (Tabelul 2).

masa 2. Procentul de tip de fibră și proporția din fiecare categorie de tip de fibră care au fost fibre deteriorate (pierderea continuității distrofinei) comparând răspunsurile scăzute și răspunsurile ridicate.

În ceea ce privește indicatorii indirecți ai leziunilor musculare, activitatea CK serică a fost semnificativ crescută față de valorile inițiale și de pre-exercițiu la ambele 6 ore (P ∗ În mod semnificativ diferit de punctele de timp –4 și 0 zi, (P # semnificativ diferit de punctul de timp 6 h, (P ‡ semnificativ diferit de punctul de timp 1 zi, (P † răspuns semnificativ diferit între răspunsurile ridicate și cele scăzute, (P ∗ În mod semnificativ diferit de punctele de timp –4 și 0 zi, (P # semnificativ diferit de punctul de timp 6 h, (P ‡ semnificativ diferit de punctul de timp 1 zi, (P † răspuns semnificativ diferit între răspunsurile ridicate și cele scăzute, (P Cuvinte cheie: exerciții excentrice și leziuni musculare, creatin kinază, mioglobină, polimorfism cu un singur nucleotid, mieloperoxidază

Citare: Isaacs AW, Macaluso F, Smith C și Myburgh KH (2019) Proteina C-reactivă este crescută numai în respondenții cu creatină kinază ridicată la exercițiul de deteriorare a mușchilor. Față. Fiziol. 10:86. doi: 10.3389/fphys.2019.00086

Primit: 14 noiembrie 2018; Acceptat: 24 ianuarie 2019;
Publicat: 11 februarie 2019.

Marilia Seelaender, Universitatea din São Paulo, Brazilia

Parco M. Siu, Universitatea din Hong Kong, Hong Kong
David C. Hughes, Universitatea din Iowa, Statele Unite

* Corespondență: Kathryn H. Myburgh, [email protected]

† Acești autori au contribuit în mod egal la această lucrare și au colaborat cu primii autori