Resumen
Se ha descrito repetidamente una alteración de la regeneración muscular después de la reconstrucción del ligamento cruzado anterior (LCA-R). Los resultados de estudios recientes proporcionaron cierta evidencia de alteraciones negativas en los músculos extensores de la rodilla después de la ACL-R que causan déficits de fuerza persistentes a pesar de la recuperación de masa muscular. En consecuencia, observamos que 12 semanas de entrenamiento de fuerza concéntrico/excéntrico del cuádriceps con sobrecarga excéntrica (CON/ECC+) indujo una hipertrofia significativamente mayor del músculo cuádriceps atrofiado después del ACL-R que el entrenamiento de fuerza concéntrico/excéntrico convencional del cuádriceps (CON/ECC). Sin embargo, los déficits de fuerza persistieron y hubo un aumento inesperado en la proporción de fibras lentas tipo I en lugar del cambio esperado hacia un fenotipo muscular más rápido después de CON/ECC.+. Para arrojar más luz sobre la recuperación muscular después de ACL-R, se analizaron los niveles en estado estacionario de 84 ARNm marcadores en biopsias obtenidas del músculo vasto lateral de 31 sujetos antes y después de 12 semanas de CON/ECC.+ (n = 18) o entrenamiento de fuerza CON/ECC (n = 13) durante la rehabilitación después de ACL-R usando un RT personalizado2 Matriz de PCR de perfilador. Se detectaron cambios significativos (p < 0,05) en la expresión de 26 ARNm, varios de ellos implicados en la atrofia/atrofia muscular. Se observó un patrón diferente con respecto al modo de entrenamiento de fuerza para 16 ARNm, lo que indica un estímulo hipertrófico mejorado, detección mecánica o contractilidad rápida después de CON/ECC.+. Los efectos del tipo de autoinjerto (cuádriceps, QUAD, n = 19, o tendón semitendinoso, SEMI, n = 12) se reflejaron en la menor expresión de 6 ARNm implicados en la hipertrofia o contractilidad del músculo esquelético en QUAD. En conclusión, el mayor estímulo hipertrófico y estrés mecánico inducido por CON/ECC+ y un cambio inicial hacia un fenotipo muscular más rápido después de CON/ECC+ podría estar indicado por cambios significativos en la expresión genética, así como por procesos de desgaste muscular aún en curso y un impacto negativo del autoinjerto QUAD.
Introducción
La regeneración muscular después de la reconstrucción del ligamento cruzado anterior (LCA-R) se ve afectada. Incluso con rehabilitación guiada, se informaron atrofia y déficit de fuerza del músculo cuádriceps femoral hasta un año después de la cirugía del LCA (1–3) e incluso más en sujetos con LCA crónicamente insuficiente (4). La debilidad prolongada del cuádriceps sólo podría explicarse parcialmente por reducciones bastante pequeñas en la masa muscular del cuádriceps, lo que indica una discrepancia entre la recuperación de la masa muscular del cuádriceps y la fuerza del cuádriceps.2,5,6). Esta discrepancia podría deberse en parte al deterioro de la función neuromuscular, que se observa después de una lesión del LCA.7,8). Sin embargo, también podría explicarse por una alteración de la calidad o fenotipo del músculo, respectivamente. En biopsias obtenidas del músculo vasto lateral después de una lesión del LCA se encontraron aumentos en el contenido de colágeno, en la abundancia de fibroblastos, así como en células progenitoras fibrogénicas/adipogénicas y una reducción en el número de células satélite.9–11). Además, se informó una recuperación incompleta de la distribución del tipo de fibra, el área de la sección transversal de la fibra, la capilarización y la respiración mitocondrial después del entrenamiento de rehabilitación estándar después de ACL-R (4). Recientemente, observamos un aumento significativo en la masa muscular del cuádriceps después de 12 semanas de entrenamiento de fuerza progresivo supervisado realizado posteriormente al período de rehabilitación temprana después del ACL-R en atletas recreativos. El aumento de la masa muscular del cuádriceps mejoró significativamente cuando el entrenamiento de fuerza se realizó como entrenamiento de fuerza concéntrico/excéntrico con sobrecarga excéntrica (CON/ECC+) en comparación con el entrenamiento de fuerza concéntrico/excéntrico convencional (CON/ECC). Además de la discrepancia entre la masa y la fuerza del músculo cuádriceps, se observó un aumento significativo en la proporción de fibras tipo 1 después de CON/ECC.+ fue un resultado sorprendente (5). Hasta ahora, CON/ECC+ Se ha descubierto que es especialmente beneficioso para mejorar el rendimiento de fuerza, potencia y velocidad, que son las características predominantes de un fenotipo muscular rápido.12–14). Con respecto a las indicaciones de reducción de la calidad muscular observadas en otros estudios sobre la regeneración muscular después de una lesión del LCA, nos preguntamos si el desarrollo de un fenotipo muscular más lento después de CON/ECC+ podría ser causado por una calidad alterada del músculo cuádriceps atrofiado.
En un intento de 1) investigar la adaptación a CON/ECC+ en comparación con el entrenamiento de fuerza CON/ECC y para 2) arrojar más luz sobre la recuperación muscular deteriorada después del ACL-R, medimos la expresión en estado estacionario de ARNm marcadores seleccionados en las biopsias del vasto lateral obtenidas de atletas recreativos en nuestra investigación anterior (5). Las biopsias se realizaron antes y después de 12 semanas de entrenamiento de prensa de piernas convencional o entrenamiento de prensa de piernas con sobrecarga excéntrica en un dispositivo guiado por computadora que se llevó a cabo posteriormente al período de rehabilitación temprana después de ACL-R. Usando un RT personalizado2 Se analizaron la matriz de PCR Profiler, los cambios inducidos por el entrenamiento en la expresión en estado estacionario de 84 genes clave involucrados en la miogénesis e hipertrofia del músculo esquelético, la atrofia/desgaste del músculo esquelético, la contractilidad del músculo esquelético y la señalización autocrina del músculo esquelético y/o la detección de energía. Nuestra hipótesis es que 1) las diferencias en la adaptación a los dos regímenes de entrenamiento diferentes surgirían en la expresión en estado estacionario de genes implicados en la miogénesis e hipertrofia del músculo esquelético, así como en la contractilidad del músculo esquelético y que 2) el entrenamiento de fuerza de 12 semanas también afectan la expresión de algunos genes implicados en la atrofia muscular y la atrofia muscular en el músculo aún disfuncional después del ACL-R.
Materiales y métodos
diseño general
Este estudio es parte de una investigación sobre la recuperación muscular después del ACL-R. Recientemente se han publicado algunos datos y en otros lugares se proporcionan descripciones detalladas de los programas de entrenamiento de fuerza, las pruebas de fuerza, los procedimientos de resonancia magnética y la determinación de la distribución del tipo de fibra y las áreas de sección transversal de las fibras con inmunohistoquímica (5). Brevemente, a los atletas recreativos que se sometieron a ACL-R estandarizada con un autoinjerto de tendón del cuádriceps (QUAD) o de tendón semitendinoso (SEMI) se les pidió que participaran en el estudio en el momento de la cirugía del LCA. Por lo demás, debían estar sanos y cumplir con los criterios de inclusión (edad, 18 a 35 años, actividad recreativa regular con al menos tres entrenamientos por semana en una variedad de deportes, primera rotura traumática del LCA en el último año sin más lesiones graves en la rodilla). o signos de artrosis). Después de finalizar el programa regular de rehabilitación temprana de 12 semanas con tratamiento de fisioterapia, los sujetos fueron asignados aleatoriamente a un entrenamiento de fuerza de cuádriceps progresivo supervisado de 12 semanas realizado dos veces por semana (lunes y jueves o martes y viernes, respectivamente), ya sea como entrenamiento convencional con una sola pierna. entrenamiento de prensa de piernas concéntrico/excéntrico (CON/ECC) (Compass; Proxomed, Wolfratshausen, Alemania) o como entrenamiento de prensa de piernas con una sola pierna guiado por computadora (IsoMed 2000; D&R Ferstl, Hemnau, Alemania) con sobrecarga excéntrica. Todos los sujetos realizaron 6 series de 8 repeticiones al máximo de 8 repeticiones, es decir, se eligió la carga para causar agotamiento después de 8 repeticiones en ambos dispositivos de entrenamiento. Las series de 8 repeticiones estuvieron separadas por 90 s de descanso. En el caso de CON/ECC, la carga se controló por peso. Se aplicó la misma carga absoluta en las fases concéntrica y excéntrica. Después de 6, 12 y 18 sesiones de entrenamiento, el peso aplicado se ajustó para un máximo de ocho repeticiones. Esto llevó a un aumento promedio de 2,2 veces en la carga durante todo el estudio. En CON/ECC+la carga fue controlada por la velocidad. Al comienzo del período de entrenamiento, la placa de prensa de piernas se movía con la misma velocidad (200 mm ∙ s-1) durante las fases concéntrica y excéntrica. Después de 6, 12 y 18 sesiones de entrenamiento, la velocidad aumentó sucesivamente durante la fase excéntrica y disminuyó durante la fase concéntrica a 400 y 100 mm ∙ s.-1respectivamente. Los sujetos presionaron contra la placa de prensa de piernas alejándose del cuerpo durante la fase concéntrica. Durante la fase excéntrica, la placa de prensa de piernas se movió hacia el cuerpo de los sujetos contra el grupo de músculos extensores resistentes. Se instruyó a los sujetos para que desarrollaran la fuerza máxima sobre la placa de prensa de piernas durante las 8 repeticiones en la fase concéntrica y excéntrica. Al comienzo del período de entrenamiento, la carga de trabajo durante la contracción concéntrica fue de 1399 ± 439 J y aumentó a 1850 ± 517 J al final del entrenamiento de fuerza de 12 semanas. La carga de trabajo durante la contracción excéntrica aumentó de 1595 ± 504 J a 2299 ± 698 J. En promedio, la carga excéntrica fue 1,14 veces mayor que la carga concéntrica al principio y 1,24 veces mayor al final de las 12 semanas. periodo de entrenamiento. A lo largo del estudio, a los sujetos no se les permitió realizar ningún entrenamiento excepto las dos sesiones de entrenamiento de fuerza supervisado. Además, debían abstenerse del consumo de cualquier suplemento nutricional, especialmente suplementos de proteínas o creatina. Antes y después del entrenamiento de fuerza de 12 semanas, se obtuvieron biopsias musculares del músculo vasto lateral de la pierna lesionada, 5 a 8 días después de la última serie de ejercicio.
Participantes
En 31 de los 37 atletas recreativos (28 hombres, 3 mujeres) de quienes se obtuvieron biopsias musculares en el estudio ya publicado, quedó suficiente material de biopsia después de los análisis inmunohistoquímicos para los análisis RT-PCR (CON/ECC: n = 13, edad, 27 ± 5 años; altura, 179 ± 6 cm, peso, 80,1 ± 9,3 kg; 9 CUÁDRO; CON/ECC+: norte = 18; edad, 24 ± 4 años; altura, 182 ± 7 kg; peso, 86,5 ± 16,4 kg; 8 SEMI, 10 CUÁDRUPLE). Los cambios en el área de la sección transversal del músculo (MCSA), el área de la sección transversal de la fibra (FCSA) y la distribución del tipo de fibra después del entrenamiento de fuerza de 12 semanas en el subconjunto de datos más pequeño del presente estudio fueron similares a lo descrito previamente (5). Brevemente, hubo un aumento significativamente mayor en el área de la sección transversal del músculo (MCSA) en el grupo CON/ECC.+ en comparación con el grupo de entrenamiento CON/ECC. El área de la sección transversal de las fibras de todos los tipos de fibras aumentó significativamente después del entrenamiento de fuerza de 12 semanas sin diferencias significativas entre los grupos de entrenamiento. Sorprendentemente, sólo después del CON/ECC de 12 semanas+ entrenamiento, la proporción de fibras tipo I aumentó significativamente T1 Higo. El estudio fue aprobado por el comité de ética de la Facultad de Medicina local y todos los participantes dieron su consentimiento informado por escrito antes de participar. Todos los procedimientos del presente estudio se realizaron de acuerdo con la Declaración de Helsinki.
Biopsias del músculo esquelético
Las biopsias se obtuvieron de la misma región a nivel de la mitad del muslo de la pierna lesionada bajo anestesia local, utilizando la técnica de Bergström.15). El tejido muscular se liberó inmediatamente de la sangre y del tejido conectivo visible, se congeló rápidamente en isopentano enfriado con nitrógeno líquido y posteriormente se almacenó a -80°C. Para evitar efectos residuales de biopsias anteriores, los sitios de biopsia se separaron al menos 1 cm en dirección longitudinal.
Extracción de ARN y transcripción inversa.
Para la extracción de ARN, se cortaron secciones de 25 μm en un criostato. El área de la superficie de corte se estimó mediante planimetría. El número de secciones cortadas se ajustó para alcanzar aproximadamente 10 mm.3 (equivalente a 10 mg de tejido, suponiendo una densidad aproximada de 1). A partir de estas secciones, se aisló el ARN total utilizando una modificación del microprotocolo de Qiagen para el músculo esquelético como se describió anteriormente (Qiagen, Hilden, Alemania) (13,14,16,17). La concentración y la pureza del ARN se determinaron mediante mediciones A260 y A280 (espectrómetro de microvolumen Colibri, Titertek Berthold, Pforzheim, Alemania). El ADNc se sintetizó a partir de 100 ng de ARN total en una reacción de 20 µl utilizando Qiagen RT.2 Kit First Strand según protocolos del fabricante (Qiagen, Hilden, Alemania).
