Efficacia delle meccanoterapie nel muscolo invecchiato

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La meccanoterapia si riferisce all’uso del carico meccanico per stimolare i processi di riparazione del corpo e si è dimostrata efficace nel promuovere la crescita muscolare e la forza sia nei giovani che negli anziani. Tuttavia, ci sono alcune prove che suggeriscono che l’efficacia della meccanoterapia può essere ridotta nei muscoli anziani.

L’invecchiamento è associato a un declino della capacità del tessuto muscolare di rigenerarsi e rispondere agli stimoli meccanici. Si ritiene che questo declino sia dovuto a una combinazione di fattori, tra cui una riduzione del numero di cellule staminali muscolari, cambiamenti nella matrice extracellulare e alterazioni nelle vie di segnalazione che regolano la crescita e la riparazione muscolare.

Nonostante queste sfide, ci sono ancora prove che suggeriscono che la meccanoterapia può essere efficace nel promuovere la crescita muscolare e la forza negli anziani. Ad esempio, uno studio ha rilevato che l’allenamento di resistenza, che è una forma di meccanoterapia, era efficace nell’aumentare la massa muscolare e la forza negli anziani, sebbene i guadagni fossero inferiori a quelli osservati negli individui più giovani.

Un altro studio ha rilevato che la terapia vibratoria a bassa intensità, che prevede l’uso di una piattaforma vibrante per stimolare la contrazione muscolare, è stata efficace nel migliorare la forza e la funzione muscolare negli anziani con problemi di mobilità.

Un nuovo studio multidisciplinare aiuta a colmare questa lacuna di conoscenze sull’efficacia delle meccanoterapie nei muscoli anziani. Lo studio è stato condotto da ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e della  Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences  (SEAS) guidati dal membro della Wyss Core Faculty  David Mooney , Ph.D. in collaborazione con il membro della Facoltà Associata e Paul A. Maeder Professore di Ingegneria e Scienze Applicate,  Conor Walsh , Ph.D. Nel lavoro precedente, i collaboratori hanno utilizzato l’esperienza di Walsh’s Lab nei sistemi robotici indossabili per sviluppare un  dispositivo di meccanoterapia robotica  che funziona come una pistola per massaggi altamente avanzata.

Questa tecnologia ha consentito l’erogazione precisa di meccanoterapia non invasiva ai muscoli feriti dei topi, consentendo al team di misurarne gli effetti biologici. I ricercatori avevano utilizzato questo dispositivo per ottimizzare l’entità, la durata e la frequenza della forza applicata ai muscoli di animali giovani per accelerare la guarigione e hanno scoperto che la meccanoterapia ha accelerato la guarigione muscolare mitigando l’infiammazione dopo l’infortunio.

Ora, utilizzando questo dispositivo su muscoli invecchiati, i ricercatori hanno scoperto che lo stesso trattamento meccanoterapico che aiuta i muscoli giovani a guarire più velocemente dopo l’infortunio ha in realtà l’effetto opposto con l’invecchiamento: le impostazioni che hanno promosso la guarigione nei muscoli giovani hanno esacerbato le lesioni nei muscoli  vecchi  .

Alla ricerca di una spiegazione per questi risultati, il team ha scoperto che la meccanoterapia amplificava piuttosto che alleviare l’infiammazione nei muscoli invecchiati, ostacolando in ultima analisi il normale processo di guarigione interrompendo il comportamento delle cellule staminali muscolari, un sottoinsieme di cellule responsabili della sostituzione del tessuto muscolare danneggiato.

Spinti da questi risultati, i ricercatori si sono poi chiesti se il controllo dell’infiammazione insieme all’erogazione della meccanoterapia potesse aiutare a ottenere effetti curativi nei muscoli invecchiati. Hanno scoperto che era proprio così: la combinazione della meccanoterapia con il trattamento antinfiammatorio migliorava significativamente la guarigione nei muscoli anziani ed era superiore al solo trattamento antinfiammatorio. Questo lavoro, pubblicato su  Science Robotics , apre un’entusiasmante strada terapeutica non invasiva per la guarigione delle lesioni muscolari nei pazienti anziani.

“Il nostro studio evidenzia differenze critiche nel modo in cui le cellule staminali muscolari e le cellule immunitarie rispondono alle forze meccaniche nel contesto dell’età e in che modo l’infiammazione sovraregolata compromette ulteriormente la funzione delle cellule staminali invecchiate necessarie per la rigenerazione dei vecchi muscoli”, ha affermato Mooney, che è anche il professore di bioingegneria della famiglia Robert P. Pinkas presso SEAS. “Le meccanoterapie muscolari probabilmente quindi non saranno una ‘taglia unica per tutti’. Per realizzare i loro benefici, dovranno essere adattati alle popolazioni di pazienti e, in particolare per le persone anziane, sarà fondamentale modulare l’infiammazione.

Dalla sorpresa alla soluzione

In seguito alla sorprendente scoperta che la meccanoterapia da sola in realtà ostacola il normale processo di rigenerazione dei muscoli invecchiati interagendo con il sistema immunitario, il team ha esaminato più a fondo le cellule staminali dei muscoli. L’applicazione di un carico meccanico al muscolo, come avviene durante il trattamento meccanoterapico, influenza il comportamento delle cellule muscolari  attraverso  diverse “vie di meccanotrasduzione” molecolari che influenzano anche le cellule staminali.

“Abbiamo dimostrato che sebbene il comportamento delle cellule staminali invecchiate fosse interrotto dall’elevata infiammazione, erano ancora in grado di ‘sentire’ le forze meccaniche del carico, come abbiamo dimostrato con l’attivazione di questi percorsi”, ha detto la prima autrice Stephanie McNamara, che  è una studente laureato nel team di Mooney e attualmente iscritto al programma congiunto MD-PhD di Harvard/MIT. “Questo in realtà è stato ciò che ci ha spinto a chiederci se il controllo dell’infiammazione potesse consentire a queste cellule di rispondere agli stimoli meccanici, e in effetti lo ha fatto”.

Il team ha scoperto che la somministrazione di una terapia antinfiammatoria sotto forma di glucocorticoidi insieme alla meccanoterapia ha soppresso le principali vie pro-infiammatorie e ridotto i livelli di infiammazione generale nei muscoli invecchiati feriti rispetto a quelli osservati nei muscoli giovani feriti. Tuttavia, a livello cellulare, le cellule muscolari hanno continuato a sperimentare la meccanotrasduzione e, rimuovendo gli impatti negativi dell’infiammazione, i muscoli invecchiati feriti hanno potuto rispondere positivamente al carico meccanico fornito dal robot.


Le meccanoterapie muscolari probabilmente quindi non saranno una “taglia unica per tutti”. Per realizzare i loro benefici, dovranno essere adattati alle popolazioni di pazienti e, in particolare per le persone anziane, sarà fondamentale modulare l’infiammazione.

DAVIDE MONEY


“È risaputo che, con l’età, molti dei normali processi di guarigione muscolare e infiammazione cambiano. È importante chiedersi se gli stessi meccanismi osservati negli studi condotti su animali giovani rimangano gli stessi con l’invecchiamento del corpo», afferma McNamara. «Sfruttando ciò che abbiamo appreso in questo studio e nel nostro lavoro precedente e combinandolo con la crescente esperienza nei sistemi robotici morbidi indossabili, crediamo che in futuro possano essere sviluppati approcci meccanoterapeutici personalizzati per curare le ferite di tutte le età».

“Questa scoperta che una meccanoterapia non invasiva può stimolare la riparazione muscolare negli anziani se combinata con la terapia antinfiammatoria apre un percorso completamente nuovo per la rigenerazione e la riparazione nelle popolazioni anziane. Le meccanoterapie hanno chiaramente un immenso potenziale per cambiare la vita dei pazienti, ma sono le collaborazioni veramente interdisciplinari, come quella tra i gruppi di Dave Mooney e Conor Walsh al Wyss Institute, a preparare il terreno per farli avanzare nelle realtà cliniche “, ha affermato Wyss Founding Director  Donald Ingber , MD, Ph.D., che è anche  Judah Folkman Professor of Vascular Biology  presso la Harvard Medical School e il Boston Children’s Hospital, e  Hansjörg Wyss Professor of Bioinspired Engineering alla Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.

Altri autori dello studio sono membri aggiuntivi dei gruppi di Mooney e Walsh, tra cui Bo Ri Seo, Benjamin Freedman, Emily Roloson, Jonathan Alvarez, CT O’Neill; e Herman Vandenburgh, professore emerito alla Brown University, Providence, RI. Lo studio è stato finanziato dal National Institute of Dental and Craniofacial Research (con sovvenzione #R01DE013349), National Science Foundation (con sovvenzione #DMR-1420570), National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Disease (con sovvenzione #F31AR075367), National Institutes of Health (con concessione #K99AG065495), National Institute of General Medical Sciences (con premio #T32GM007753 e T32GM144273), nonché una borsa pilota di riabilitazione rigenerativa AR3T.

link di riferimento: https://wyss.harvard.edu/news/clearing-a-path-for-non-invasive-muscle-therapy-for-the-elderly/


Collegamento di riferimento

“Meccanoterapia: in che modo la prescrizione di esercizi fisici da parte dei fisioterapisti promuove la riparazione dei tessuti” – Journal of Orthopedic & Sports Physical Therapy ( https://journals.lww.com/jospt/Fulltext/2019/08000/Mechanotherapy___How_Physical_Therapists_.1.aspx ) Questo articolo fornisce una panoramica approfondita della meccanoterapia, dei suoi meccanismi sottostanti e di come i fisioterapisti possono utilizzare l’esercizio per promuovere la riparazione dei tessuti.

“Meccanoterapia: rilevanza per la pratica della terapia fisica” – Journal of Hand Therapy ( https://www.jhandtherapy.org/article/S0894-1130(16)30143-5/fulltext) Questo articolo discute l’applicazione della meccanoterapia nella terapia della mano, compreso l’uso di esercizi terapeutici e altre forme di carico meccanico per promuovere la riparazione dei tessuti e migliorare i risultati funzionali.

“Mechanotherapy for osteoarthritis: From bench to bedside” – Seminars in Arthritis and Rheumatism ( https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0049017217304047 ) Questo articolo di revisione esamina l’uso della meccanoterapia nel trattamento dell’osteoartrosi, tra cui i potenziali benefici e le limitazioni di vari tipi di carico meccanico.

“Mechanotherapy in the treatment of Achilles tendinopathy: A narrative review” – Muscles, Ligaments and Tendons Journal ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6960792/ ) Questo articolo fornisce una revisione delle prove sostenere l’uso della meccanoterapia nel trattamento della tendinopatia di Achille, compreso l’uso di esercizi eccentrici e altre forme di carico meccanico.

“Meccanoterapia per la sarcopenia: prove e possibili meccanismi” – Journal of Functional Morphology and Kinesiology ( https://www.mdpi.com/2411-5142/3/2/39 ) Questo articolo di revisione esamina l’uso della meccanoterapia nel trattamento della sarcopenia, compresi i potenziali benefici e i meccanismi alla base di vari tipi di carico meccanico.

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