После перенесенного инсульта пациенты часто не могут использовать руку на пораженной стороне. Иногда они заканчивают тем, что прижимают его к своему телу, согнув локоть. В новом исследовании исследователи из Северо—Западного университета и Лаборатории Ширли Райан AbilityLab обнаружили, что в попытке адаптироваться к этому нарушению мышцы фактически теряют саркомеры-свои самые маленькие, самые основные строительные блоки.

Уложенные друг на друга (последовательно) и бок о бок (параллельно), саркомеры составляют длину и ширину мышечных волокон. Визуализируя мышцы бицепса тремя неинвазивными методами, исследователи обнаружили, что у пациентов, перенесших инсульт, было меньше саркомеров по длине мышечного волокна, что приводило к более короткой общей структуре мышц.

Исследование было опубликовано сегодня (25 июня) в журнале Proceedings of the National Academy of Arts and Sciences.

Это открытие согласуется с общим опытом пациентов с аномально напряженными, жесткими мышцами, которые сопротивляются растяжению, и предполагает, что изменения в мышцах потенциально усиливают существующие проблемы, вызванные инсультом, который является травмой головного мозга. Команда надеется, что это открытие поможет улучшить методы реабилитации для восстановления саркомеров, что в конечном итоге поможет облегчить сокращение и сокращение мышц.

"Это самое прямое доказательство того, что хронические нарушения, приводящие к укорочению мышц, связаны с потерей серийных саркомеров у людей", - сказала Венди Мюррей, старший автор исследования. "Понимание того, как мышцы адаптируются после нарушений, имеет решающее значение для разработки более эффективных клинических вмешательств для смягчения таких адаптаций и улучшения функций после двигательных нарушений."

Мюррей-профессор биомедицинской инженерии в Инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета, профессор физической медицины и реабилитации в Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета и научный сотрудник Лаборатории способностей Ширли Райан. Исследование было завершено в сотрудничестве с Джулиусом Девальдом, профессором физиотерапии и наук о движении человека, а также физической медицины и реабилитации в Файнберге, профессором биомедицинской инженерии в Маккормике и научным сотрудником лаборатории Ширли Райан.

Первая демонстрация на людях

Саркомеры размером всего 1,5 - 4,0 микрона в длину состоят из двух основных белков: актина и миозина. Когда эти белки работают вместе, они позволяют мышце сокращаться и вырабатывать силу. Хотя предыдущие исследования на животных показали, что мышцы теряют серийные саркомеры после того, как конечность обездвижена в гипсе, это явление никогда раньше не демонстрировалось у людей. В исследованиях на животных мышцы, которые были короче, потому что они потеряли серийные саркомеры, также стали более жесткими.

"Существует классическая взаимосвязь между силой и длиной", - сказала Эми Адкинс, аспирантка лаборатории Мюррея и первый автор исследования. "Учитывая, что вся мышца состоит из этих строительных блоков, потеря некоторых из них влияет на то, сколько силы может генерировать мышца."

Для проведения исследования на людях исследователи объединили три неинвазивных метода медицинской визуализации: МРТ для измерения объема мышц, ультразвук для измерения пучков мышечных волокон и двухфотонную микроэндоскопию для измерения микроскопических саркомеров.

Визуализация открывает новые возможности

Объединив эти технологии в лаборатории Northwestern и лаборатории Ширли Райан, исследователи изобразили бицепсы семи пациентов с инсультом и четырех здоровых участников. Поскольку пациенты, перенесшие инсульт, больше страдают с одной стороны своего тела, исследователи сравнили изображения с пораженной стороны пациентов с их незатронутой стороной, а также с изображениями здоровых участников.

Исследователи обнаружили, что бицепсы, пораженные инсультом, имели меньший объем, более короткие мышечные волокна и сопоставимую длину саркомеров. После объединения данных по разным шкалам они обнаружили, что у пораженных бицепсов последовательно было меньше саркомеров по сравнению с незатронутыми бицепсами. Различия между руками пациентов с инсультом были больше, чем у здоровых участников, что указывает на то, что различия были связаны с инсультом.

Комбинируя медицинскую визуализацию для лучшего обзора структуры мышц, исследование также устанавливает, что можно изучать мышечную адаптацию по количеству саркомеров у людей. До двухфотонной микроэндоскопии исследования на людях ограничивались либо исследованием рассеченных тканей в анатомических лабораториях, которые дают неполное представление о том, как мышцы адаптируются к травмам и повреждениям, измерением длины саркомеров во время операции или биопсией мышц, что ограничивает круг лиц, которые могут участвовать в исследовании.

"Почти в каждом аспекте нашего мира существует важная взаимосвязь между тем, как что-то собрано (его структура), и тем, как оно работает (его функция)", - сказали исследователи. "Одна из причин, по которой медицинская визуализация является таким ценным ресурсом и клиническим инструментом, заключается в том, что это также верно для человеческого тела, и визуализация дает нам возможность измерить структуру."

ИСТОЧНИК