Uno studio recente suggerisce che dopo aver subito un ictus, molte persone non sono in grado di usare il braccio sul lato colpito e talvolta finiscono per tenerlo vicino al corpo, con il gomito flesso.
Lo studio è stato pubblicato su Proceedings of the National Academy of Arts and Sciences, Northwestern University e ricercatori di Shirley Ryan AbilityLab. Hanno scoperto che i muscoli in realtà perdono i sarcomeri, i loro mattoni più piccoli e basilari, nel tentativo di adattarsi a questa carenza.
Impilati da un capo all’altro (in serie) e uno accanto all’altro (in parallelo), i sarcomeri costituiscono la lunghezza e la larghezza delle fibre muscolari. Immaginando i muscoli bicipiti con tre metodi non invasivi, i ricercatori hanno scoperto che i pazienti con ictus avevano meno sarcomeri lungo la lunghezza della fibra muscolare, risultando in una struttura muscolare complessiva più corta.
Questa scoperta è coerente con l’esperienza comune del paziente di muscoli anormalmente tesi e tesi che resistono allo stretching e suggerisce che i cambiamenti muscolari potenzialmente amplificano i problemi esistenti causati dall’ictus, che è una lesione cerebrale. Il team spera che questa scoperta possa aiutare a migliorare le tecniche di riabilitazione per ricostruire i sarcomeri, aiutando ad alleviare la contrazione muscolare e l’accorciamento.
“Questa è la prova più diretta che le carenze croniche, che mettono un muscolo in una posizione accorciata, sono associate alla perdita di sarcomeri seriali negli esseri umani”, ha affermato Wendy Murray, autrice senior dello studio. “Capire come i muscoli si adattano dopo le disabilità è fondamentale per progettare interventi clinici più efficaci per mitigare tali adattamenti e migliorare la funzione dopo le disabilità motorie”.
Murray è professore di ingegneria biomedica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern, professore di medicina fisica e riabilitazione presso la Feinberg School of Medicine della Northwestern University e ricercatore presso Shirley Ryan AbilityLab.
La ricerca è stata completata in collaborazione con Julius Dewald, professore di terapia fisica e scienze del movimento umano e di medicina fisica e riabilitazione a Feinberg, professore di ingegneria biomedica a McCormick e ricercatore presso Shirley Ryan AbilityLab.
Prima dimostrazione nell’uomo
Con una lunghezza compresa tra 1,5 e 4,0 micron, i sarcomeri comprendono due proteine principali: actina e miosina. Quando queste proteine lavorano insieme, consentono a un muscolo di contrarsi e produrre forza. Sebbene precedenti studi sugli animali abbiano scoperto che i muscoli perdono sarcomeri seriali dopo che un arto è stato immobilizzato in un gesso, il fenomeno non è mai stato dimostrato negli esseri umani. Negli studi sugli animali, anche i muscoli che si sono accorciati perché hanno perso i sarcomeri in serie sono diventati più rigidi.
“Esiste una classica relazione tra forza e lunghezza”, ha detto Amy Adkins, una studentessa di dottorato nel laboratorio di Murray e prima autrice dello studio. “Poiché ogni muscolo è costituito da questi elementi costitutivi, la perdita di alcuni di essi influisce sulla forza che il muscolo può generare”.
Per condurre lo studio sull’uomo, i ricercatori hanno combinato tre tecniche di imaging medico non invasive: risonanza magnetica per misurare il volume muscolare, ultrasuoni per misurare i fasci di fibre muscolari e microendoscopia a due fotoni per misurare i sarcomeri microscopici.
L’immagine apre nuove possibilità
Combinando queste tecnologie presso Northwestern e Shirley Ryan AbilityLab, i ricercatori hanno fotografato i bicipiti di sette pazienti colpiti da ictus e quattro partecipanti sani. Poiché i pazienti colpiti da ictus sono più colpiti su un lato del corpo, i ricercatori hanno confrontato le immagini del lato affetto dei pazienti con il lato non affetto, nonché le immagini dei partecipanti sani.
I ricercatori hanno scoperto che i bicipiti dei pazienti colpiti da ictus avevano meno volume, fibre muscolari più corte e lunghezze di sarcomero comparabili. Dopo aver combinato i dati tra le scale, hanno scoperto che i bicipiti affetti avevano meno sarcomeri seriali rispetto ai bicipiti non affetti. Le differenze tra le braccia dei pazienti con ictus erano maggiori rispetto alle braccia dei partecipanti sani, indicando che le differenze erano associate all’ictus.
Combinando immagini mediche per visualizzare meglio la struttura muscolare, lo studio stabilisce anche che è possibile studiare gli adattamenti muscolari nel numero di sarcomeri nell’uomo. Prima della microendoscopia a due fotoni, gli studi sull’uomo erano limitati all’esame dei tessuti dissezionati nei laboratori di anatomia, che forniscono una visione imperfetta di come i muscoli si adattano a lesioni e danni misurando la lunghezza del sarcomero durante l’intervento chirurgico o una biopsia muscolare, che limita chi può partecipare allo studio.
“In quasi ogni aspetto del nostro mondo, esiste un’importante relazione tra il modo in cui viene messo insieme qualcosa (la sua struttura) e il modo in cui funziona (la sua funzione)”, hanno affermato i ricercatori. “Parte del motivo per cui l’imaging medico è una risorsa clinica e uno strumento così prezioso è che è vero anche per il corpo umano e l’imaging ci dà l’opportunità di misurare la struttura”.
