RICERCA ITALIANA     

Meccanismi cellulari e molecolari coinvolti nel rimodellamento muscolare indotto da elettrostimolazione in soggetti giovani ed anziani.

Università degli Studi di Padova

Abstract

Il presente progetto di ricerca è dedicato allo studio della Neuro Electrical Muscle Stimulation (NEMS/NMES) nell’uomo. In particolare lo studio sarà focalizzato sulla NEMS ad alta frequenza applicata per brevi periodi ripetuti quotidianamente: in base alle conoscenze disponibili questo tipo di protocollo aumenta la massa e la forza muscolare, senza modificare la resistenza alla fatica. Il progetto si prefigge di descrivere la risposta muscolare a NEMS e la comprensione dei meccanismi molecolari coinvolti, con l'obiettivo di migliorare i protocolli e quindi di poterli applicare al trattamento riabilitativo e preventivo, in particolare negli anziani con sarcopenia. A questo fine il progetto si propone di descrivere le modificazioni del muscolo sottoposto a NEMS cronica e studiare le vie di segnale attivate. Tutti i proponenti hanno competenze di biologia e fisiologia muscolare, ma molto diversificate fra loro, e questo permetterà che il problema verrà affrontato sotto angolazioni diverse.

Una posizione centrale nel progetto è dedicata agli esperimenti di NEMS che saranno condotti dalle unità di Pavia e di Chieti su volontari sani giovani e anziani. I muscoli sottoposti a NEMS verranno poi caratterizzati in vivo con misure di forza e di massa muscolare eseguite prima durante e dopo il protocollo di stimolazione. Campioni di muscolo verranno prelevati per agobiopsia prima e dopo l’esecuzione del protocollo e studiati in collaborazione con le diverse unit >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Francesco Mascarello Università degli Studi di PADOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il presente progetto si propone di raggiungere i seguenti obiettivi:
1 - Caratterizzare le modificazioni strutturali e funzionali del muscolo indotte da NEMS (proteine marker e singole fibre);
2 - Chiarire i meccanismi molecolari alla base degli adattamenti del muscolo scheletrico indotti da NEMS identificando i targets e i pathways coinvolti nel processo di adattamento (ipertrofia, atrofia da disuso e sarcopenia);
3 - Definire la relazione rischio-beneficio di un trattamento di lunga durata con NEMS nel giovane e nell’anziano;
4 - Valutare l’efficienza di NMES nel contrastare gli effetti della sarcopenia sulla funzione e sulla struttura delle singole fibre muscolari;
5 – Fornire elementi per valutare una possibile applicazione clinica di NEMS.
La risposta a NEMS sarà analizzata con approcci di tipo strutturale, funzionale, proteomico e con uno studio delle principali vie segnale coinvolte nella miogenesi, nel rimodellamento e nella risposta ipertrofica muscolare. Le competenze di singoli laboratori che già da tempo lavorano in modo autonomo su aspetti diversi della biologia e fisiologia del muscolo scheletrico sono riunite in un progetto integrato che permetterà di avere risultati tra loro confrontabili ed integrabili a proposito dell’effetto di NEMS su soggetti normali e sarcopenici (anziani). In particolare l'unità di Pavia ha già definito in studi preliminari i protocolli per una NEMS con sicuri effetti ipertrofizzanti su >>>

Risultati parziali attesi

Il presente progetto si propone di:
- ottimizzare un protocollo di elettrostimolazione NEMS ad alta frequenza;
- di identificare markers specifici dello stato di funzionalità muscolare che induce ipetrofia nel giovane;
- di verificare se nell'anziano il NEMS induca un miglioramento di massa e forza muscolare, mediante reclutamento di cellule satelliti;
- di identificare marker utilizzabili per monitorare il recupero funzionale nell'anziano;
- di identificare nuovi potenziali regolatori della miogenesi;
- di utilizzare biopsie poco invasive e quindi meno dolorose.

In riferimento agli obiettivi generali sopra indicati che sono stati articolati sui cinque punti presentati nella sezione “Obiettivi Finali”, si ritiene di poter individuare i seguenti risultati attesi dalla attività integrata e coordinata delle cinque unità.

Obiettivo 1. Caratterizzare le modificazioni strutturali e funzionali del muscolo (proteine marker e singole fibre).
Ci aspettiamo di riuscire a evidenziare in modo completo le modificazioni a carico delle fibre muscolari e il danno da elettrostimolazione.
A questo fine si procederà ad uno studio: a - morfologico mediante ematossilina-eosina e tricromica di Masson per le analisi morfometriche; b - di identificazione dei diversi tipi di fibre mediante uno studio istochimico (ATPasi-miosinica) ed immunoistochimico mediante anticorpi specifici per le >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

LA STIMOLAZIONE ELETTRICA DEL MUSCOLO UMANO. La stimolazione elettrica neuromuscolare (NEMS) esercita significativi effetti sul fenotipo e sulla funzione muscolare. NEMS è ampiamente utilizzata come strumento per l’allenamento alla forza negli atleti in aggiunta ai convenzionali metodi di allenamento, in soggetti inseriti in programmi di riabilitazione in ambito geriatrico e cardiovascolare e in protocolli di prevenzione della sarcopenia. Il principio base di NEMS è l’applicazione di stimoli elettrici in forma di treni di impulsi intermittenti e successiva attivazione delle terminazioni assonali motorie. NEMS normalmente utilizza frequenze di stimolazione tra 20 e 60Hz e durate tra 200 e 400micros. La stimolazione recluta preferenzialmente gli assoni motori rispetto agli assoni sensoriali e questo consente l’attivazione diretta degli assoni motori. In NEMS si utilizzano diverse frequenze di stimolazione distinte in basse frequenze (LF,< 40Hz) e alte frequenze (HF,> 40Hz). Entrambi i protocolli sono in grado di aumentare la massima forza volontaria (MVC) muscolare e/o la capacità all’esercizio. HF NMES sembra in grado di indurre un maggiore aumento della forza muscolare, mentre la stimolazione LF è associata ad un minore aumento di forza e ad un maggiore incremento della resistenza alla fatica. Tuttavia non è ancora disponibile uno studio comparativo completo. HF NEMS è stata occasionalmente associata ad aumento del CK plasmatico e dolore >>>