Après avoir subi un accident vasculaire cérébral, les patients sont souvent incapables d’utiliser le bras du côté affecté. Parfois, ils finissent par le tenir près de leur corps, le coude fléchi.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs de la Northwestern University et de Shirley Ryan AbilityLab ont découvert que, pour tenter de s’adapter à cette déficience, les muscles perdent en fait des sarcomères, leurs plus petits éléments de base.
Empilés bout à bout (en série) et côte à côte (en parallèle), les sarcomères constituent la longueur et la largeur des fibres musculaires. En imageant les muscles biceps avec trois méthodes non invasives, les chercheurs ont découvert que les patients victimes d’un AVC avaient moins de sarcomères le long de la fibre musculaire, ce qui se traduisait par une structure musculaire globale plus courte.
La recherche a été publiée aujourd’hui (25 juin) dans le Actes de l’Académie nationale des arts et des sciences.
Cette découverte est cohérente avec l’expérience courante des patients de muscles anormalement tendus et raides qui résistent à l’étirement, et elle suggère que les changements dans le muscle amplifient potentiellement les problèmes existants causés par un accident vasculaire cérébral, qui est une lésion cérébrale. L’équipe espère que cette découverte pourra aider à améliorer les techniques de rééducation pour reconstruire les sarcomères, aidant finalement à faciliter le resserrement et le raccourcissement musculaire.
« C’est la preuve la plus directe à ce jour que les déficiences chroniques, qui placent un muscle dans une position raccourcie, sont associées à la perte de sarcomères en série chez l’homme », a déclaré Wendy Murray, auteur principal de l’étude. « Comprendre comment les muscles s’adaptent à la suite de déficiences est essentiel pour concevoir des interventions cliniques plus efficaces afin d’atténuer ces adaptations et d’améliorer la fonction après des déficiences motrices. »
Murray est professeur de génie biomédical à la McCormick School of Engineering de Northwestern, professeur de médecine physique et de réadaptation à la Northwestern University Feinberg School of Medicine et chercheur au Shirley Ryan AbilityLab. La recherche a été réalisée en collaboration avec Julius Dewald, professeur de physiothérapie et de sciences du mouvement humain et de médecine physique et de réadaptation à Feinberg, professeur de génie biomédical à McCormick et chercheur à Shirley Ryan AbilityLab.
Première démonstration chez l’homme
Mesurant seulement 1,5 à 4,0 microns de longueur, les sarcomères comprennent deux protéines principales : l’actine et la myosine. Lorsque ces protéines travaillent ensemble, elles permettent à un muscle de se contracter et de produire de la force. Bien que des études animales antérieures aient montré que les muscles perdent des sarcomères en série après l’immobilisation d’un membre dans un plâtre, le phénomène n’avait jamais été démontré auparavant chez l’homme. Dans les études animales, les muscles qui étaient plus courts parce qu’ils perdaient des sarcomères en série sont également devenus plus rigides.
« Il existe une relation classique entre la force et la longueur », a déclaré Amy Adkins, titulaire d’un doctorat. étudiant dans le laboratoire de Murray et premier auteur de l’étude. « Étant donné que l’ensemble du muscle est composé de ces éléments constitutifs, la perte de certains d’entre eux affecte la force que le muscle peut générer. »
Pour mener l’étude chez l’homme, les chercheurs ont combiné trois techniques d’imagerie médicale non invasives : l’IRM pour mesurer le volume musculaire, l’échographie pour mesurer les faisceaux de fibres musculaires et la microendoscopie à deux photons pour mesurer les sarcomères microscopiques.
L’imagerie ouvre de nouvelles possibilités
En combinant ces technologies au Northwestern et au Shirley Ryan AbilityLab, les chercheurs ont imagé les biceps de sept patients victimes d’un AVC et de quatre participants en bonne santé. Parce que les patients victimes d’un AVC sont plus touchés d’un côté de leur corps, les chercheurs ont comparé l’imagerie du côté affecté des patients à leur côté non affecté ainsi qu’aux images des participants en bonne santé.
Les chercheurs ont découvert que les biceps touchés des patients victimes d’un AVC avaient moins de volume, des fibres musculaires plus courtes et des longueurs de sarcomères comparables. Après avoir combiné les données à travers les échelles, ils ont constaté que les biceps affectés avaient moins de sarcomères en série par rapport aux biceps non affectés. Les différences entre les bras des patients victimes d’un AVC étaient plus importantes que dans les bras des participants en bonne santé, ce qui indique que les différences étaient associées à l’AVC.
En combinant l’imagerie médicale pour mieux visualiser la structure musculaire, l’étude établit également qu’il est possible d’étudier les adaptations musculaires du nombre de sarcomères chez l’homme. Avant la microendoscopie à deux photons, les études humaines se limitaient soit à l’examen des tissus disséqués dans les laboratoires d’anatomie, qui donnent un aperçu imparfait de la façon dont les muscles s’adaptent aux blessures et aux déficiences, à la mesure des longueurs de sarcomères pendant la chirurgie ou à partir d’une biopsie musculaire, ce qui restreint qui peut participer à la étude.
« Dans presque toutes les facettes de notre monde, il existe une relation importante entre la façon dont quelque chose est assemblé (sa structure) et comment cela fonctionne (sa fonction) », ont déclaré les chercheurs. « L’une des raisons pour lesquelles l’imagerie médicale est une ressource et un outil clinique si précieux est que cela est également vrai pour le corps humain, et l’imagerie nous donne l’opportunité de mesurer la structure. »
La source:
Référence de la revue :
Adkins, AN, et al. (2021) Le nombre de sarcomères en série est considérablement diminué dans le biceps brachial parétique chez les personnes ayant subi un AVC hémiparétique chronique. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2008597118.
