Desuso gerado por colete de retificação de coluna: estudo experimental

Desuso gerado por colete de retificação de coluna: estudo experimental

Autores:

Rinaldo Roberto de Jesus Guirro,
Eder João Arruda,
Carlos Alberto da Silva

ARTIGO ORIGINAL

Fisioterapia e Pesquisa

versão impressa ISSN 1809-2950

Fisioter. Pesqui. vol.21 no.1 São Paulo jan./mar. 2014

http://dx.doi.org/10.1590/1809-2950/323210114

INTRODUÇÃO

A coluna vertebral se configura como uma estrutura osteomioarticular, que de forma altamente estruturada forma o eixo de sustentação e mobilidade do aparelho locomotor. E por apresentar essa composição estruturada de grande magnitude funcional, está sujeita às mais variadas formas de comprometimento que podem levar à restrição funcional permanente ou temporária1.

Das condições mais comuns que induzem a restrição funcional da coluna destacam-se: fraturas vertebrais, das costelas, das cinturas escapular e pélvica, doenças degenerativas, escoliose, além de outras formas de comprometimento que variam em seu mecanismo causal e complexidade e corroboram a restrição e consequente desuso ou hipoatividade2 - 4.

No que se refere à estabilidade estática e dinâmica da coluna vertebral, trata-se de um sistema inerentemente instável, que requer suporte muscular ativo para manutenção e mudanças de posturas3 , 5. Haja vista que a estabilidade estática da coluna é assegurada por diferentes ligamentos, além dos discos intervertebrais, chama-se a atenção para a estabilização dinâmica, que é assegurada pela musculatura intrínseca e extrínseca da coluna, fato este que merece atenção para as diferentes condições que podem levar à restrição funcional da coluna vertebral, uma vez que o tecido muscular é considerado o de maior plasticidade no corpo humano6 , 7.

Entendendo que o tecido muscular é um tecido altamente adaptável a estímulos ou à falta deles, quaisquer alterações na dinâmica contrátil dos músculos motores primários e secundários da coluna vertebral, de forma direta, pode se refletir em alteração funcional, como as observadas nos casos de escoliose, onde se tem hipotonia, fraqueza muscular difusa e dor de intensidade variada3 , 5. Estudos que investigaram a escoliose relatam que a restrição funcional da coluna impacta diretamente os músculos paravertebrais e respiratórios, uma vez que esses músculos estão intimamente ligados à funcionalidade do tronco6 , 8 , 9.

Tendo em vista que inúmeras condições podem levar à restrição funcional induzida por estados patológicos ou mesmo enquanto forma terapêutica, é importante que sejam investigados os efeitos dessa restrição funcional com foco na coluna vertebral. Nesse sentido, estudos em modelos animais, além de serem necessários, têm apresentado grande relevância do ponto de vista metodológico, pelo fato de que esse tipo de estudo oferece maior controle experimental. Ressalta-se ainda o fato de que a escoliose é uma condição que pode se manifestar em quadrúpedes, o que reforça o uso e a necessidade de pesquisas em animais10 - 12.

Com base nas diferentes formas de restrições funcionais que diferentes doenças e tratamentos terapêuticos submetem à coluna vertebral, a proposta desse estudo foi adaptar uma órtese torácica em ratos, mimetizando a imobilização (restrição funcional) dos coletes terapêuticos, e avaliar as condições energéticas, bem como a relação síntese/degradação proteica dos músculos do tronco e da caixa torácica após 12 semanas de uso.

METODOLOGIA

Trata-se de um estudo experimental, que utilizou de ratos machos albinos Wistar com 42 dias de vida (período pós-desmame), os quais foram acompanhados por 12 semanas de experimento. O peso dos animais foi de 90±10 g na 1ª semana e 230±10 g na 12ª semana (final) de estudo. Os animais (n=12) foram distribuídos em 2 grupos, distribuídos em 4 caixas com 3 animais cada, sendo os grupos controle (C) com 6 animais e o grupo portadores de colete de retificação (R) também com 6 animais. Os animais foram alimentados com ração e água ad libitum, submetidos a ciclo fotoperiódico de 12h claro/escuro. As órteses foram colocadas no 42º dia de vida, período esse já caracterizado como pós-desmame, sendo que para a colocação foram necessários dois pesquisadores, haja vista que os animais não foram sedados ou anestesiados. Da 1ª à 12ª semana de estudo, a cada 7 dias as órteses foram substituídas por outras de tamanho maior, de modo que essa substituição teve por objetivo acompanhar o crescimento do animal. A colocação da órtese permitiu que a coluna do animal fosse estabilizada em posição neutra no que concerne aos movimentos de flexão, extensão e inclinação de tronco. Essa estabilização em posição neutra se deu por meio da colocação de uma haste metálica de ligação entre a cinta anterior e posterior, de modo que inicialmente (1ª semana) o dispositivo foi colocado com 5 cm de comprimento, e a cada troca semanal essa haste era aumentada em aproximadamente 3 mm. O modelo de órtese utilizado é constituído de PVC, material que proporciona grande flexibilidade para o ajuste de uma cinta escapular e outra pélvica (Figura 1), similar a um modelo utilizado em estudos de escoliose13. Destaca-se que o diferencial do modelo utilizado no presente estudo foi a não indução da curvatura conforme pode se observar na Figura 1. Por se tratar de metodologia não invasiva, durante todo o período experimental não houve perda amostral. A fim de se acompanhar o desenvolvimento ponderal, semanalmente os animais foram pesados em balança semianalítica da marca Filizola (r). Para a coleta das amostras os ratos foram eutanasiados por meio de anestesia com pentobarbital sódico (50 mg/kg, i.p.) e as amostras dos músculos peitoral, paravertebral e intercostal dos lados direito e esquerdo foram coletadas e imediatamente submetidas à avaliação bioquímica do conteúdo de glicogênio (método do fenol sulfúrico14); da concentração de proteínas totais (método do biutero) e da concentração de DNA (método da difenilamina). Para determinação da concentração sérica de interleucina 6 foi utilizado o método ELISA, seguindo as especificações do Kit (BioSource International)15. Na análise estatística foi utilizado o teste de normalidade de Shapiro-Wilk para verificar a distribuição dos dados. Constatada a não normalidade, foi empregada metodologia não paramétrica, com uso do teste Mann-Whitney para análise entre os dois grupos. Em todos os cálculos foi estabelecido o nível de significância de 5%.

Figura 1 Vista superior (A) e lateral (B) do animal do grupo retificado (R) durante uso da órtese e raio X após imobilização de 12 semanas (C) 

RESULTADOS

Inicialmente foi avaliada a curva de massa corporal dos animais. Verificamos que após 12 semanas, o grupo que teve o colete acoplado ao corpo (Grupo R) apresentou massa 12% menor do que o grupo que não recebeu a órtese (Grupo C) (Figura 2).

Figura 2 Massa (g) dos animais dos grupos controle (•) e retificado (■) durante as 12 semanas experimentais (n=12) 

Dentro dos aspectos indicadores do metabolismo foram avaliadas as reservas glicogênicas, que no grupo C não apresentaram diferenças entre as reservas musculares dos lados direito e esquerdo. Por outro lado, o grupo R apresentou reservas glicogênicas menores (28, 18, 21, 31, 20 e 18%, respectivamente, nos músculos peitoral direito e esquerdo, intercostal direito e esquerdo, paravertebral direito e esquerdo), quando comparado ao grupo C (Figura 3).

Figura 3 Concentração de glicogênio (mg/100 mg) dos músculos peitoral (P), intercostal (IC) e paravertebral (PV) do lado direito (D) e esquerdo (E) de animais controle (C) e retificado (R) (n=12) 

Sequencialmente foi avaliada a razão da proteína total/DNA muscular, onde se verificou a redução no grupo R de 6; 7; 7; 6; 8,5 e 6%, respectivos aos músculos peitoral direito e esquerdo, intercostal direito e esquerdo, paravertebral direito e esquerdo quando comparado ao grupo C (Tabela 1).

Tabela 1 Razão proteína total/DNA (mg/100 mg) dos grupos controle e retificado. n=12 

Razão proteína total/DNA
(mg/100 mg)
Grupo
controle (C)
Média±DP
Grupo
retificado (R)
Média±DP
Peitoral direito 3,28±0,03 3,10±0,01*
Peitoral esquerdo 3,69±0,04 3,43±0,02*
Intercostal direito 3,45±0,02 3,22±0,01*
Intercostal esquerdo 3,46±0,03 3,27±0,02*
Paravertebral direito 3,41±0,03 3,12±0,04*
Paravertebral esquerdo 3,39±0,01 3,18±0,03*

*p<0,05 versus controle

DP: desvio padrão

Por fim buscou-se uma avaliação molecular da concentração sérica de interleucina 6. Essa avaliação revelou que o grupo R apresentou valores 25% maiores (200±12 pg/mL no grupo C e 250±10 pg/mL no grupo R).

DISCUSSÃO

A literatura apresenta alguns modelos de restrição funcional da coluna vertebral em animais, a maioria em ratos. No entanto, apresenta metodologias invasivas e de difícil realização, fato este que dificulta uma padronização de análises10 - 12. No presente estudo foi implantado um modelo de restrição não invasiva da coluna, considerado de fácil realização, que se embasou no estudo de Silva et al.13. O diferencial é que no presente estudo a coluna do animal não foi inclinada para nenhum dos lados, haja vista que o objetivo foi avaliar os efeitos da restrição funcional em posição neutra da coluna.

O tempo de 12 semanas de contenção empregado no presente estudo foi baseado no clássico estudo de Sarwak et al.16, que analisaram a escoliose em ratos e citam que na 12ª semana de estudo tem-se implantada curvatura que não regride após a indução. No mesmo sentido, Silva et al.13 , 17 estudaram o tempo de 12 semanas de indução de escoliose em ratos, sendo que essa indução se deu por meio de restrição funcional similar à metodologia utilizada no presente estudo. Assim, tem-se duas metodologias de restrição funcional (invasiva e não invasiva) que utilizaram o tempo de 12 semanas, fato este que foi a base temporal do presente estudo.

O modelo de restrição funcional (contenção por órtese) utilizado no presente estudo refletiu alterações importantes. No que se refere à massa corporal, constatou-se que o grupo que fez uso do dispositivo (R) teve menor desenvolvimento. É importante ressaltar que esse comportamento não se trata de perda, haja vista que durante todo o período experimental os animais que usaram a órtese apresentaram esse padrão de menor massa.

Presume-se que o comportamento da massa corporal possa ser originário de alterações no trato gastroentérico ou na modulação das funções reguladoras dos processos envolvidos na absorção, isso considerando que a parte posterior do dispositivo exerce pressão na região abdominal, uma vez que é um sistema de cinto regulável. Nesse sentido, sabe-se que situações onde os processos intestinais de absorção e excreção sejam influenciados, poderá haver reflexo na massa corporal18.

O equilíbrio energético da musculatura esquelética é dependente da integridade dos processos de captação e metabolização de substratos energéticos, com destaque para a glicose, bem como da população de receptores de insulina que modula tanto a formação de reservas quanto o metabolismo da hexose. Neste contexto, é consenso que a eficiência funcional da musculatura apresenta fortes relações com o conteúdo de glicogênio, reservatório que atinge valores mínimos quando o músculo entra em fadiga19. Assim, a hipoatividade, a restrição funcional ou o desuso também induzem a redução nos mecanismos de sinalização responsáveis pela manutenção ou aumento das reservas energéticas, fundamentais para a manutenção postural20 , 21.

O desuso é alvo de estudos realizados em diversas condições clínicas, tais como: períodos longos no leito, fixações de membros, microgravidade ou frente à utilização de órteses, fatores que desencadeiam o estado catabólico nos músculos esqueléticos22 , 23. Estudos moleculares realizados em músculos esqueléticos submetidos ao desuso verificaram redução na transdução do sinal insulínico, sugerindo déficit na ativação do receptor de insulina e nas enzimas ativadas a partir deste, incluindo a fosforilação do IRS-1 (substrato 1 do receptor de insulina), ativação da PI3-K, diminuição na população dos transportadores GLUT4 e implantação do quadro de resistência à insulina24 , 13.

Com base no exposto supracitado, os resultados contidos no presente estudo mostram uma expressiva redução nas reservas glicogênicas musculares mimetizando uma condição de desuso gerado por outros métodos de imobilização.

Segundo Halar e Kathleen25, a fraqueza muscular que ocorre em consequência do desuso é resultante da depleção dos níveis da reserva de glicogênio, redução de sarcômeros em série, redução da força e da resistência à fadiga decorrente da atrofia das fibras I e II e diminuição da função. A partir dos dados aqui apresentados é sugestivo o fato da órtese promover desuso, ao comprometer a homeostasia do processo contrátil da musculatura posicionada entre as cintas axilar e pélvica, podendo explicar a redução na relação proteína total/DNA.

Foi sugerido que o aumento na IL-6 sérica pode ter relação direta com a lesão muscular ou redução das reservas energéticas26. Neste aspecto, é sugestivo o fato de que possivelmente o desuso promovido pela órtese possa ter promovido catabolismo pela redução e limitação na capacidade contrátil. Sabe-se ainda que a elevação na concentração sérica de IL-6 também tem relação com o maior estresse mecânico muscular, que requer mecanismos de ajustes e adaptações a fim de estimular a plasticidade27, fato que pode ter ocorrido com a aplicação da órtese que mimetizou os coletes de retificação.

Keller et al. 28 demonstraram que músculos esqueléticos de humanos ativam a transcrição do gene de IL-6 quando as reservas glicogênicas tornam-se baixas. Neste sentido, o presente estudo reitera tal fato, pois foi observada a redução nas reservas glicogênicas na musculatura exposta à órtese de retificação.

Por fim, Pedersen et al. 29 sugeriram que a interleucina-6 é produzida setorizadamente pelo músculo esquelético e secretada na circulação em grandes quantidades, sendo sugestivo o fato que a IL-6 pode exercer um papel importante na manutenção da homeostasia energética, uma vez que, dentro de sua amplitude de ação, induz lipólise e glicogenólise, ajustando a disponibilidade de substratos à necessidade.

Ressalta-se ainda que, independente dos benefícios estruturais proporcionados pelos coletes de retificação, instala-se uma crise energética nos músculos do tronco, representada por baixas reservas glicogênicas e limitação no desenvolvimento estrutural, conforme apresentado pela menor massa do grupo submetido à contenção. Os achados no presente estudo evidenciam que a restrição funcional por meio do colete de retificação pode ser um importante indutor da fraqueza muscular, que pode interferir diretamente nos processos terapêuticos em que a restrição funcional seja necessária.

CONCLUSÃO

O estudo mostra que a restrição funcional da coluna vertebral em condição experimental promoveu redução nas reservas energéticas dos músculos do tronco, redução esta que foi acompanhada por redução na relação proteína total/DNA. Notou-se ainda elevação na concentração sérica de interleucina-6, que é um mecanismo de tentativa de reversão do catabolismo proteico frente à restrição funcional.

Com base na praticidade metodológica apresentada pelo modelo de restrição utilizado no presente estudo, bem como na constatação de estudos experimentais que se pautam na restrição funcional da coluna por meio de diferentes metodologias, sugere-se que futuros estudos sejam realizados no intuito de se estabelecer menor variação metodológica, para que se tenha melhores parâmetros de comparação no que se refere às alterações estruturais que podem comprometer a coluna vertebral em condições de restrição funcional.

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