Efectos de la respiración bajo cargas moderadas sobre el músculo esquelético. daño, inflamación y remodelamiento

Abstract

Los pacientes con Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC) grave están sometidos a cargas respiratorias crónicas, que inducen cambios en la configuración normal del tórax. La hiperinsuflación pulmonar es la consecuencia más importante del incremento de la resistencias en dichos enfermos. Además, la hiperinsuflación pulmonar puede conducir a daño muscular y consiguiente remodelación. Estas alteraciones estructurales son características de la adaptación que sufren los músculos respiratorios para contrarestar los efectos deletéreos del exceso de cargas respiratorias. De hecho, el principal objetivo de este mecanismo de adaptación es mantener los gases arteriales dentro de la normalidad. En este estudio se ha utilizado un modelo animal. Se aplicaron cargas resistivas inspiratorias intermitentes de moderada intensidad (IRLs) a perros Beagle durante un período de tiempo relativamente prolongado para reproducir pacientes con EPOC. OBJETIVOS: 1) Evaluar la presencia de daño en los músculos respiratorios inducido por IRLs en el músculo intercostal externo, diafragma y un músculo control (vasto interno); 2) Investigar los cambios estructurales (distribución de fibras, proporciones de las diferentes isoformas de miosina de cadena pesada (MyHC) y tamaño de las fibras) inducido por la administración de IRLs; 3) Analizar la expresión de citocinas inflamatorias (TNF_) y no inflamatorias (IL10) en dichos músculos. MATERIALES Y MÉTODOS: A todos los animales se les realizó traqueostomía. A los animales del grupo estudio se les aplicó cargas respiratorias equivalentes al 15% de su presión inspiratoria máxima (PIM): 2h/día durante 15 días consecutivos. Los animales del grupo control respiraron sólo a través de la traqueostomía. Se obtuvieron biopsias musculares del diafragma, intercostal externo y vasto interno antes y después de la aplicación de IRLs. El daño muscular se evaluó mediante la técnica de inmunohistoquímica que detectó la presencia de fibronectina intracelular. La distribución de las fibras y su morfometría se analizaron por inmunohistoquímica mediante anticuerpos específicos para MyHC I y II. La técnica de ELISA permitió la semicuantificación de las isoformas de MyHC mediante la utilización de los mismos anticuerpos. La expresión de las citocinas se estudió por RT-PCR. RESULTADOS: La aplicación de IRLs en los amimales del grupo estudio indujo: 1) Un incremento de daño fibrilar en todos los músculos; 2) Respecto a los cambios estructurales, no se observó ninguna modificación en el diafragma. Por el contrario, se observó un incremento de la fibras tipo II en el intercostal externo y una disminución de la cantidad de MyHC I, sin ningún cambio en los diámetros de las fibras. En el músculo vasto interno se observó una pérdida de ambas isoformas de MyHC, y una reducción en los diámetros de ambos tipos de fibras; 3) Se observó un incremento en la expresión de IL10 en el diafragma y en el intercostal externo, sin detectarse un incremento significativo en el músculo periférico (P=0,06). No se observó ningún cambio en la expresión de TNF_ en ninguno de los músculos estudiados. Los resultados obtenidos en el grupo control fueron: 1) Ausencia de daño de membrana en todos los músculos; 2) Ausencia de cambios estructurales; 3) Se detectó un incremento de la expresión de TNF_ en todos los músculos estudiados, sin observarse cambios en la expresión de IL10. CONCLUSIONES: Nuestros resultados sugieren que la actividad muscular es un factor importante en la preservación y remodelación del músculo esquelético mediante mecanismos que implican la expresión de mediadores no inflamatorios tales como la IL10.

BACKGROUND: Patients with severe Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) are subjected to chronic respiratory loads, which induce changes in the normal anatomy of the thorax. Pulmonary hyperinflation is the major consequence of the increase in the respiratory resistances observed in patients with COPD. Furthermore, pulmonary hyperinflation may ultimately lead to respiratory muscle damage and consequent remodelling. These structural alterations are characteristic of the adaptation which suffer the respiratoy muscles to counteract the deleterious effects of the chronic respiratory loads superimposed. Indeed, the main goal of this adaptation mechanism is to keep arterial blood gases within adequate limits. In the present study an animal model has been used. Intermittent resistive inspiratory loads (IRLs) of moderate intensity were applied to Beagle dogs during a relatively prolonged period of time in order to mimic patients with COPD. OBJECTIVES: 1) To evaluate the presence of respiratory muscle damage induced by the IRLs in both inspiratory (external intercostal and diaphragm) and control (vastus medialis) muscles; 2) To investigate the structural changes (fiber type distribution, proportion of the differents MyHC isoforms, and fiber size) induced by the IRLs in these muscles; and 3) To analyse the expression of inflammatory (TNF_) and non-inflammatory (IL-10) cytokines in these muscles. MATERIALS AND METHODS: All animals were subjected to tracheostomy. In the study group, the animals were exposed to respiratory loads whose values were 15% of the maximum inspiratory pressure (MIP), and they were applied 2h/day for 15 days. In the control group animals were not exposed to any respiratory load, but tracheostomy. Muscle biopsies from the diaphragm, external intercostal and vastus medialis were obtained before and after the application of IRLs. Muscle damage was evaluated by using specific immunohistochemistry (IHQ) analyses which detect the presence of intracellular fibronectin (membrane damage). Fiber type distribution and fiber morphometry were also examined by IHQ analyses using specific antibodies for MyHC-I and -II isoforms. Enzyme-linked Immunoassay analysis (ELISA) techniques were conducted to semi-quantify the MyHC isoforms using the same antibodies. Cytokine expressions were analysed by RT-PCR. RESULTS: The application of IRLs to the study group of dogs induced: 1) A significant increase of damaged fibers in all muscles studied; 2) Regarding structural changes, no significant changes were observed in the diaphragm. External intercostal muscles showed an increase of type II fibers and a decrease in the amount of MyHC-I isoform without any changes in the fiber diameters. The vastus medialis showed a loss of both MyHC isoforms, and a reduction of both fiber type diameters; 3) There was a significant increase of IL-10 expression in both the diaphragm and the external intercostal muscles, with no significant increase in the peripheral muscle (p=0,06). No changes of TNF_ expression were detected in any of the muscles studied. The findings in the control group were: 1) Absence of membrane damage in all muscles studied; 2) Absence of fiber structural changes; and 3) A significant increase of TNF__expression in all muscles studied with no change in IL-10 expression. CONCLUSIONS: Our results suggest that muscular activity plays an important role in skeletal muscle preservation and remodelling through a mechanism that involves, among others, the expression of anti-inflammatory mediators such as IL-10.