Projekti / Programi
Nova tehnologija preprečevanja in zdravljenja atrofij skeletnih mišic
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.06.00 |
Medicina |
Srce in ožilje |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B000 |
Biomedicinske vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.02 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Klinična medicina |
poškodbe kolena, artroskopske operacije kolena, mišična atrofija, ishemična vadba
Raziskovalci (21)
Organizacije (4)
Povzetek
Zaradi zmanjšane stabilnosti poškodovanih tkiv po poškodbi ali operaciji sklepa je potrebno daljše razbremenjevanje sklepnih struktur, kar povzroči tudi izrazito atrofijo mišic. Stopnja atrofije mišice kvadriceps f. je prepoznana kot eden ključnih dejavnikov slabe funkcionalne sposobnosti pacientov. Na razvoj mišične atrofije po operaciji sklepa poleg razbremenjevanja in bolečine, pomembno vplivata tudi tkivna hipoksija zaradi dolgotrajne ishemije med operacijo in naknadna reperfuzijska poškodba. Poskusi na živalih kažejo, da lahko s privajanjem tkiva na ishemijo (ishemična priprava) izrazito zmanjšamo reperfuzijsko poškodbo skeletne mišice, vendar pri človeku učinek še ni raziskan. Obstajajo pa dokazi, da z dvigovanjem lahkih bremen ob zmanjšanem pretoku krvi z napihljivo manšeto (ishemična vadba), dosežemo enako hipertrofijo mišice kot z običajno vadbo s težkimi bremeni. Kaže tudi, da je mogoče z aplikacijo intermitentne mišične ishemije v mirovanju razvoj atrofije po operativnem posegu zmanjšati za ~50%. Zato domnevamo, da lahko s kratkotrajno predoperativno pripravo mišice kvadriceps f. z ishemično vadbo v kombinaciji z aplikacijo intermitentne ishemije v mirovanju po operaciji, izrazito zmanjšamo razvoj atrofije in oslabelosti. Gre za prvo randomizirano kontrolirano klinično raziskavo učinkov ishemične priprave skeletne mišice pri človeku.
Naprave za optimalno izvedbo ishemične vadbe v klinične namene še ni na tržišču. Slabost edine naprave, ki je v prodaji za ishemično vadbo, so ozke manšete in posledična koncentracija tlaka na majhno področje tkiva, kar povzroča strižne sile in izrazito neudobje. Kot smo pred nedavnim dokazali, visok tlak v manšeti med vadbo zavira hipertrofijo mišice na mestu kompresije. Druge naprave s širšimi manšetami so namenjeni uporabi na mirujočem tkivu (kirurgija), zato ne zagotavljajo udobne in nadzorovane konstantne redukcije krvnega pretoka v mišici med kontrakcijami.
Naš projekt je sestavljen iz dveh faz. V Prototipni fazi bo oblikovan prototip novega manšetnega sistema za nadzorovano zmanjšanje krvnega pretoka skozi delujoče mišice, s katerim bomo dosegli enako zmanjšanje krvnega pretoka v stegenskih mišicah pri cca. 40% nižjih tlakih in sočasno optimizirali regulacijo pretoka krvi med kontrakcijami. Delovanje prototipa bomo fiziološko ovrednotili na skupini zdravih prostovoljcev. Nato bo v Interventni fazi predoperativna priprava z ishemično vadbo preizkušena na treh randomiziranih skupinah prostovoljcev izbranih za unilateralno artroskopsko operacijo kolena. Testiranje preiskovancev bo izvedeno pred in po obdobju predoperativne priprave, 14 dni po operaciji ter 3 in 6 mesecih po operaciji. Testiranje bo vključevalo merjenje volumna mišice kvadriceps f. z MRI, obremenilne mišične teste in funkcijske teste za spodnji ud. Sočasno bo partnerska raziskovalna skupina z Norwegian School of Sport Sciences iz Osla, na Norveškem z randomizirano raziskavo ovrednotila biokemijske in morfološke prilagoditve mišičnih celic na enak protokol priprave z ishemično vadbo pri zdravih preiskovancih.
Ker so poškodbe kolen najpogostejše poškodbe sklepov v Evropi in drugih razvitih državah, ima slab funkcionalni status teh pacientov zelo pomembne negativne družbeno-ekonomske posledice v obliki povečanega absentizma, nižje delovne storilnosti in zmanjšane sposobnosti vzdrževanja primerne telesne pripravljenosti. Z novo metodo preprečevanja mišičnih atrofij se bodo znižali stroški pooperativnega zdravljenja, izboljšala se bo funkcionalna sposobnost in kvalitete življenja pacientov. Čeprav bo sistem razvit na modelu mišic kolenskega sklepa, bo z manjšimi prilagoditvami uporaben tudi na ostalih mišicah udov. Zato ocenjujemo, da bo nov proizvod tržno zelo perspektiven na evropskem in globalnem trgu.
Pomen za razvoj znanosti
Izvedeni projekt predstavlja prvo sistematično raziskovalno delo na področju klinične učinkovitosti ishemične vadbe v svetovnem merilu. Zato rezultati projekta predstavljajo vrsto originalnih in dragocenih znanstvenih spoznanj o učinkih in aplikaciji ishemični vadbi pri ljudeh s poškodovanim ali operiranim kolenskim sklepom. Rezultati prve klinične raziskave jasno kažejo, da kratka predoperativna priprava z ishemično vadbo ne more zavreti atrofije in izgube jakosti mišice kvadriceps femoris. Lahko pa prepreči izgubo njene vzdržljivosti, ki je ključen napovedni dejavnik stopnje mišične oslabelosti po operacijah na kolenu. Rezultati druge klinične raziskave kažejo, da je tritedenska ishemična vadba bolj učinkovita kot normalna vadba enake intenzitet pri povečevanju prirasta mišične mase in izokinetične zmogljivosti, zlasti vzdržljivosti, fleksorjev in ekstenzorjev kolena, kar gre na račun izboljšane oksigenacije in aktivacije mišic. Na molekularnem nivoju te ugotovitve sovpadajo s povečano ekspresijo mRNA VEGF-A in 3´-aHIF (HIF1A-AS2) ter zmanjšano ekspresijo mRNA miostatina (MSTN) in activin receptorja (ACVRB2), vendar le-te niso enake v obeh mišičnih skupinah. To so prvi dokazi, da je ključni sprožilec prilagoditve atrofirane in oslabele mišice na ishemično vadbo prav tkivna hipoksija. Rezultati nakazujejo tudi bolj izrazit učinek ishemične vadbe na mišice ekstenzorje kolena, kar je za fizioterapijo zelo spodbudno, saj so le-te pri poškodbi kolena najbolj prizadete. Nasprotno, preliminarni rezultati šesttedenske ishemične vadbe zdravih posameznikov kažejo, da le vadba ekstenzorjev kolena z dodanim manšetnim tlakom ~100 mmHg ne izzove hipertrofije mišičnih vlaken, povečane aktivacije satelitskih celic, števila celičnih jeder ali gostote kapilar. To pripisujemo nezadostnem ishemičnem dražljaju ter frekvenci in količini izvedene vadbe. Za spodbuditev dodatne pozitivne adaptacije mišic je torej potrebna nadpražna doza ishemične vadbe, ki jo bo potrebno bolj natančno določiti v prihodnjih raziskavah.
Pomen za razvoj Slovenije
Ključni pomen projekta je nastajanje novega znanja in njegov neposreden prenos v prakso v obliki inovativne naprave za vadbo z zmanjšanim pretokom krvi Ischemic Trainer®, s čimer smo doprinesli k dvigu tehnološke ravni in konkurenčnosti edinega slovenskega podjetja, ki razvija in proizvaja medicinsko opremo za fizikalno zdravljenje. Pomemben učinek projekta je tudi vsesplošen razvoj Laboratorija za fizioterapijo UL ZF in s tem tudi vzpostavitev novega znanstvenega področja nefarmakološke terapije mišične atrofije in oslabelosti v Republiki Sloveniji, kar nas postavlja ob bok drugim evropskim državam z daljšo tradicijo in kapaciteto raziskovanja na tem področju. S tem je povezan tudi dvig kakovosti izobraževanja na vseh stopnjah študija in razvoj fizioterapevtske stroke pri nas. Zelo dobro in plodno sodelovanje laboratorija z Ortopedsko kliniko in Kliničnim inštitutom za radiologijo UKC LJ in Inštitutom za patološko fiziologijo UL MF, ki smo ga vzpostavili tekom projekta, se nadaljuje tudi po zaključku projekta. Raziskovalno področje projekta je bilo prepoznano kot zelo aktualno v svetovnem merilu in kot tako vključeno v ARRS program Molekularni mehanizmi razvoja in delovanja skeletne mišice P3-0043. To izboljšuje kvaliteto raziskovanja v Sloveniji in omogoča neposredno povezovanje temeljnih in kliničnih znanstvenih spoznanj v dobro slovenskih pacientov s poškodbami in okvarami gibal.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
