Perda de sarcômetros em série com uso de eletroestimulação artificial em músculos da perna de coelhos

Abstract

Introdução: A condição conhecida como espasticidade é caracterizada por um aumento na rigidez muscular, que está diretamente ligada à uma ativação elétrica anormal da musculatura. A criação de um modelo animal que a reproduza é difícil, pois ainda não se sabe ao certo os mecanismos que envolvem essa condição. Até hoje, apenas um estudo (Tabary e colaboradores, 1981) tentou reproduzir essa condição por meio de estimulação elétrica artificial crônica. Entretanto, para que novas propostas terapêuticas possam ser testadas, há a necessidade de se certificar de que o mecanismo descrito anteriormente por outros pesquisadores realmente é reproduzível. Objetivo: Reproduzir o protocolo proposto por Tabary e colaboradores em 1981, e verificar se o uso de eletroestimulação artificial diminui o número de sarcômeros em série da musculatura plantiflexora do tornozelo. Materiais e Métodos: A amostra foi composta por sete coelhos fêmeas da raça neozelandeza, divididos igualmente em dois grupos, um que sofreu eletroestimulação artificial em um dos membros (EEA=3) e o outro que sofreu apenas imobilização (IMO=4). Após esse protocolo de intervenção, os coelhos foram sacrificados e a musculatura plantiflexora do tornozelo foi extraída para análise. Foram analisados os músculos gastrocnêmio medial (GM), plantar (PLAN) e sóleo (SOL), e os parâmetros avaliados foram: o comprimento de fascículo (medido por um software de análise de imagem), o comprimento dos sarcômeros (medido por difração a laser) e o número de sarcômeros em série de cada musculatura (obtido pela divisão do valor do comprimento do fascículo pelo comprimento do sarcômero). Resultados: Houve diminuição do comprimento dos fascículos no grupo EEA em todos os músculos (GM 16,22% ± 18,25; PLAN 24,10% ± 13,85; SOL 15,23% ± 20,01), enquanto no grupo IMO, apenas o músculo GM não apresentou diminuição (-0,06% ± 7,44). Já quanto ao comprimento de sarcômeros, no grupo EEA houve aumento do comprimento em todos os músculos (GM 20,09% ± 6,91; PLAN 7,67% ± 4,59; SOL 23,25% ± 18,61), enquanto no grupo IMO apenas nos músculos GM e PLAN foi observado esse aumento (GM 3,27% ± 5,92; PLAN 6,57% ± 14,35; SOL -0,31% ± 2,53). O número de sarcômeros em série estava diminuído no grupo EEA (GM 22,87% ± 4,41; PLAN 25,49% ± 2,84; SOL 29,41% ± 6,97), enquanto no grupo IMO não houve diferença (GM 1,03% ± 8,61; PLAN -1,98% ± 7,60; SOL -1,81% ± 11,53). Discussão: A redução no número de sarcômeros em série com a estimulação elétrica demonstra que a adoção de uma posição encurtada do músculo decorrente de uma imobilização não é o fator responsável por essa adaptação estrutural. Com a ativação constante da musculatura, os sarcômeros permanecem muito encurtados e numa posição não eficiente para a produção de força, o que acarreta uma reorganização estrutural, com a eliminação de alguns sarcômeros para que outros possam se alongar e, assim, atingir o comprimento ideal para a produção de força. Conclusão: A estimulação elétrica crônica anormal dos músculos flexores plantares determinou adaptações estruturais semelhantes às da condição de espasticidade. O conhecimento dessas adaptações é útil no desenvolvimento de recursos terapêuticos que visem diminuir, ou até evitar, a perda de sarcômeros em série para propiciar uma melhora na qualidade de movimento e de vida dos pacientes portadores de espasticidade.

Introduction: The condition known as spasticity is characterized by an increase in muscle stiffness, which is directly linked to an abnormal electrical activation of the involved muscles. An animal model that reproduces this condition is difficult to be established because the mechanisms involved in this condition are not completely understood. To date, only one study (Tabary et al, 1981) tried to reproduce this condition. However, in order to test new therapeutic approaches with spastic patients, we need to test if the adaptation mechanism previously reported by these researchers is reproducible. Purpose: To reproduce the protocol proposed by Tabary and coworkers in 1981, and verify if the use of artificial electrical stimulation of the plantarflexor muscles decreases the number of sarcomeres in series. Methods and Materials: The sample consisted of seven Neozeland rabbits, divided equally into two groups, one that was subjected to artificial electrical stimulation of the hindlimbs (EEA=3) and the other that was subjected to limb immobilization (IMO=4). Following the protocols, the animals were euthanized and the plantarflexor muscles were extracted for analysis. The medial gastrocnemius (GM), plantaris (PLAN) and soleus (SOL) muscles were selected for analysis, and the obtained parameters were: fascicle length (measured by image analysis), sarcomere length (measured by laser diffraction) and the number of sarcomeres in series of each muscle (obtained by dividing the fascicle length by the sarcomere length). Results: There was a decrease in fascicle length in the EEA group for all plantarflexor muscles (GM 16.22% ± 18.25; PLAN 24.10 ± 13.85%, SOL 15.23% ± 20.01), whereas in the IMO group the GM muscle fascicle length did not decrease (-0.06% ± 7.44). For the sarcomere length, in the EEA group there was an increase in length for all muscles (GM 20.09% ± 6.91% PLAN 7.67 ± 4.59, SOL 23.25% ± 18.61), while in the IMO group only GM and PLAN muscles presented this increase (GM 3.27 ± 5.92%; PLAN 14.35 ± 6.57%; SOL 0.31% ± 2.53). The number of sarcomeres in series decreased in the EEA group (GM 22.87% ± 4.41; PLAN 25.49% ± 2.84, SOL 29.41% ± 6.97), whereas in the IMO group there was no change (GM 1.03 ± 8.61%; PLAN 1.98% ± 7.60; SOL 1.81% ± 11.53). Discussion: The reduction of serial sarcomeres with the electrical stimulation demonstrates that the adoption of a muscle shortened position due to immobilization is not the factor responsible for this structural adaptation. While under electrical activation, the sarcomeres were in a very shortened position, which was not efficient for force production. Because of that, there was a structural reorganization with elimination of some sarcomeres so that others could be stretched and thus reach the ideal length for force production. Conclusion: Chronic abnormal artificial electrical stimulation of the plantarflexor muscles determined structural adaptations similar to those of spasticity. Knowledge of these structural adaptations is important for the determination of the mechanisms of adaptations due to spasticity, and may allow for the development of therapeutic approaches aimed at reducing, or even preventing, the loss of sarcomeres in series, improving quality of movement and quality of life of spastic patients.