Applicazione di perturbazioni costanti simili a massaggi sui vitelli per topi e monitoraggio dei conseguenti cambiamenti di pressione intramuscolare
Summary
Qui descriviamo i protocolli per l’applicazione di carichi meccanici definiti ai vitelli del topo e per il monitoraggio dei concomitanti cambiamenti di pressione intramuscolare. I sistemi sperimentali che abbiamo sviluppato possono essere utili per studiare il meccanismo alla base degli effetti benefici dell’esercizio fisico e del massaggio.
Abstract
Il massaggio è generalmente riconosciuto per essere utile per alleviare il dolore e l’infiammazione. Anche se studi precedenti hanno segnalato effetti antinfiammatori del massaggio sui muscoli scheletrici, i meccanismi molecolari dietro sono poco compresi. Recentemente abbiamo sviluppato un semplice dispositivo per applicare la compressione ciclica locale (LCC), che può generare onde di pressione intramuscolare con diverse ampiezze. Utilizzando questo dispositivo, abbiamo dimostrato che LCC modula le risposte infiammatorie dei macrofagi in situ e allevia l’atrofia muscolare indotta dall’immobilizzazione. Qui, descriviamo i protocolli per l’ottimizzazione e l’applicazione di LCC come un intervento simile al massaggio contro l’infiammazione indotta dall’immobilizzazione e l’atrofia dei muscoli scheletrici degli arti posteriori del topo. Il protocollo che abbiamo sviluppato può essere utile per studiare il meccanismo alla base degli effetti benefici dell’esercizio fisico e del massaggio. Il nostro sistema sperimentale fornisce un prototipo dell’approccio analitico per chiarire la regolazione meccanica dell’omeostasi muscolare, anche se è necessario un ulteriore sviluppo per studi più completi.
Introduction
Il massaggio è generalmente riconosciuto per essere utile sia per il sollievo dal dolore che per il miglioramento delle prestazioni fisiche tra gli atleti competitivi e non atleti allo stesso modo1,2. Infatti, studi precedenti hanno dimostrato che il massaggio sopprime l’infiammazione locale3 e richiede il recupero dal danno muscolare post-esercizio4,5. I meccanismi molecolari alla base degli effetti benefici del massaggio rimangono in gran parte sconosciuti.
Una delle difficoltà con l’indagine meccanicistica sul massaggio riguarda la riproducibilità di tecniche sperimentali con cui vengono testati interventi di massaggio. In studi precedenti, le procedure sperimentali che imitano il massaggio comportano principalmente l’applicazione di interventi fisici utilizzando parti del corpo dei professionisti, come palme e dita6,7,8. Questo rende difficile riprodurre con precisione la loro grandezza, frequenza, durata e modalità.
Molti dispositivi sono stati sviluppati per applicare carichi meccanici definiti ai tessuti di destinazione. Per esempio, wang et al. hanno sviluppato un sistema pneumatico per il carico meccanico di lunghezza per gli arti posteriori dei ratti9 e Wang et al. controllo del feedback in tempo reale10. Rispetto a loro, il nostro sistema di compressione ciclica locale (LCC) è molto più semplice, richiedendo molto meno costi per la costruzione. Tuttavia, possiamo riprodurre i cambiamenti di pressione intramuscolare che vengono generati durante la contrazione muscolare lieve. Utilizzando questo dispositivo, abbiamo dimostrato con successo che gli interventi meccanici simili a massaggi modulano la fluidodinamica interstiziale locale e alleviano l’atrofia muscolare indotta dall’immobilizzazione11.
Qui, descriviamo i dettagli del nostro dispositivo e il protocollo, che può aiutare a esplorare i meccanismi molecolari dietro gli effetti positivi di esercizi e massaggi. Gli schemi del protocollo sono presentati come Figura supplementare 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Abbiamo descritto un metodo per applicare uno stimolo meccanico simile al massaggio, che ha effetti antinfiammatori. Il nostro sistema ha seguenti vantaggi anche se confrontati con quelli riportati in precedenza. In primo luogo, studi precedenti non hanno definito quantitativamente le forze meccaniche applicate2 o definito le loro magnitudini in base alla misurazione sulla superficie del corpo, ma non all’interno dei tessuti10. Al contrario, abbiamo misurato la pressione in…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo K. Nakanishi, K. Hamamoto, N. Kume e K. Tsurumi per il loro costante sostegno durante tutto il progetto. Questo lavoro è stato in parte sostenuto dal Fondo di ricerca intramurale del Ministero giapponese della salute, del lavoro e del benessere; Sovvenzioni in aiuto per la ricerca scientifica della Japan Society for the Promotion of Science; MeXT-Supported Program for the Strategic Research Foundation presso Private Universities, 2015-2019 del Ministero giapponese dell’Istruzione, della Cultura, dello Sport, della Scienza e della Tecnologia (S1511017).
Materials
| Aluminum wire | DAISO JAPAN | B028 | An aluminum wire is used to avoid escaping restriction by the wire |
| Blood pressure telemeter | Millar | SPR-671 | A blood pressure telemeter is used to mesure intramuscular pressure. |
| DAPI | Thermo Fisher Scientific | D1306 | DAPI is a fluorescent probe which is commonly used to stain DNA for fluorescent microscopy. |
| Goat anti-rabbit Alexa Fluor 488 (Dilution ratio, 1:500) | Invitrogen | A11034 | Antibody for immunohistochemical staining. |
| Goat anti-rat Alexa Fluor 568 (Dilution ratio, 1:500)) | Invitrogen | A11077 | Antibody for immunohistochemical staining. |
| ImageJ | NIH | N/A | Analysis software for image |
| LabChart8 | ADInstrumens | Analysis software for acquiring biological signals. | |
| Prolong gold | Thermo Fisher Scientific | P36930 | Prolong gold is for mounting stained samples. |
| Protein Block Serum-Free | Dako | X090930-2 | For blocking non-specific background staining in immunohistochemical procedures. |
| Rat monoclonal anti-laminin-2 antibody (Dilution ratio, 1:1000) | Sigma Aldrich | L0663 | Antibody for immunohistochemical staining. |
| Rat monoclonal anti-F4/80 antibody (Dilution ratio, 1:500) | Abcam | ab6640 | Antibody for immunohistochemical staining. |
| Rabbit polyclonal anti-MCP-1 antibody (Dilution ratio, 1:1000) | Abcam | ab25124 | Antibody for immunohistochemical staining. |
| Rabbit polyclonal anti-TNF-α antibody (Dilution ratio, 1:1000) | Abcam | ab66579 | Antibody for immunohistochemical staining. |
| Surgical tape | 3M Japan | 1530EP-0 | Surgical tape is used to restrict joint movement. |
Riferimenti
- Furlan, A. D., Imamura, M., Dryden, T., Irvin, E. Massage for low back pain: an updated systematic review within the framework of the Cochrane Back Review Group. Spine. 34 (16), 1669-1684 (2009).
- Robertson, A., Watt, J. M., Galloway, S. D. R. Effects of leg massage on recovery from high intensity cycling exercise. British Journal of Sports Medicine. 38 (2), 173-176 (2004).
- Waters-Banker, C., Butterfield, T. A., Dupont-Versteegden, E. E. Immunomodulatory effects of massage on nonperturbed skeletal muscle in rats. Journal of Applied Physiology. 116 (2), 164-175 (2014).
- Haas, C., et al. Massage timing affects postexercise muscle recovery and inflammation in a rabbit model. Medicine & Science in Sports & Exercise. 45 (6), 1105-1112 (2013).
- Crane, J. D., et al. Massage therapy attenuates inflammatory signaling after exercise-induced muscle damage. Science Translational Medicine. 4 (119), 119ra113 (2012).
- Bove, G. M., Harris, M. Y., Zhao, H., Barbe, M. F. Manual therapy as an effective treatment for fibrosis in a rat model of upper extremity overuse injury. Journal of the Neurological Sciences. 361, 168-180 (2016).
- Andrzejewski, W., et al. Increased skeletal muscle expression of VEGF induced by massage and exercise. Folia Histochemica et Cytobiologica. 53 (2), 145-151 (2015).
- Mantovani Junior, N., et al. Effects of massage as a recuperative technique on autonomic modulation of heart rate and cardiorespiratory parameters: a study protocol for a randomized clinical trial. Trials. 19 (1), 459 (2018).
- Zeng, H., Butterfield, S., Agarwal, F., Haq, T., Zhao, Y. An engineering approach for quantitative analysis of the lengthwise strokes in massage therapies. Journal of Medical Devices. 2 (4), (2008).
- Wang, Q., et al. A mechatronic system for quantitative application and assessment of massage-like actions in small animals. Annals of Biomedical Engineering. 42 (1), 36-49 (2014).
- Saitou, K., et al. Local cyclical compression modulates macrophage function in situ and alleviates immobilization-induced muscle atrophy. Clinical Science. 132 (19), 2147-2161 (2018).
- Onda, A., et al. A New mouse model of skeletal muscle atrophy using spiral wire immobilization. Muscle Nerve. 54 (4), 788-791 (2016).
- Luster, A. D. Chemokines–chemotactic cytokines that mediate inflammation. The New England Journal of Medicine. 338, 436-445 (1998).
- Reid, M. B., Li, Y. P. Tumor necrosis factor-α and muscle wasting: a cellular perspective. Respiratory Research. 2 (5), 269-272 (2001).
- Baumann, J. U., Sutherland, M. D., Hangg, A. Intramuscular pressure during walking: An experimental study using the wick catheter technique. Clinical Orthopaedics Related Research. 145, 292-299 (1979).
- Lee, I., et al. Effect of physical inactivity on major non-communicable diseases worldwide: an analysis of burden of disease and life expectancy. Lancet. 380, 219-229 (2012).
