Состояние функциональной разгрузки скелетных мышц наблюдается при иммобилизации в травматологии, у больных, находящихся на длительном постельном режиме, при спинальных травмах и опорно-двигательных нарушениях. Данное состояние приводит, помимо прочих эффектов, к разрушению и дестабилизации цитоскелета мышц. Миопатия критических состояний (CIM) является следствием современного лечения в анестезиологии и интенсивной терапии, включая фармакологические вмешательства и применение устройств, поддерживающих жизнь пациента. Условия CIM создают уникальную ситуацию, когда наблюдается полная потеря механических раздражителей в скелетных мышцах, т. е. потеря внешнего напряжения, которое определяется весом тела, и внутреннего напряжения, которое зависит от мышечных сокращений (Rebeca C. Kalamgi and Lars Larsson; 2016). Поражение мышц у реанимационного больного по своей природе неспецифично и является следствием нескольких процессов: адаптивная реакция на тяжелое повреждение организма, очаговое или тотальное повреждение ЦНС, повреждение спинномозговых нервов, нервно-мышечных синапсов, повреждение мышц, неспецифическое действие лекарственных препаратов. По этой причине, понимание молекулярных механизмов, регулирующих состояние скелетных мышц важно для разработки эффективных реабилитационных программ и возможных фармакологических вмешательства, которые могут предотвратить или облегчить потерю массы и функции скелетных мышц у пациентов с хроническим нарушением сознания (ХНС).

Целью данной работы являлось исследование влияния CIM на цитоскелет камбаловидной мышцы человека. Мы провели детальный анализ большого числа цитоскелетных белков и внеклеточного матрикса у пациентов с хроническим нарушением сознания, которое приводит к такой миопатии. Инцизионные мышечные биопсии из камбаловидной мышцы были взяты у 8 пациентов, проходящих лечение в отделении анестезиологии и реанимации РНХИ им. проф. А.Л. Поленова. В качестве контроля использовались мышечные биоптаты, взятые у здоровых мужчин с помощью игольчатой биопсии методом Бергстрема. Оценка степени выраженности парезов (снижение силы мышц) у пациентов с ХНС является трудной задачей в виду отсутствия или выраженного снижения объема и спектра целенаправленных реакций, выполнения команд. У всех пациентов, включенных в исследование, отмечался глубокий тетрапарез преимущественно носивший диффузный характер, латерализация парезов выявлена у двоих пациентов в обоих случаях этиологическим фактором ХНС являлась черепно-мозговая травма. Изменения мышечного тонуса у пациентов с ХНС в основном представлены спастикой с несколькими, наиболее распространенными паттернам. Мышечные биоптаты, взятые у пациентов, замораживались в жидком азоте сразу после взятия. Содержание белков цитоскелета было проанализировано с помощью вестерн-блоттинга, ПЦР в реальном времени и гистохимического анализа.

Морфологическое исследование камбаловидных мышц у пациентов с ХНС показало колоссальную атрофию мышечных волокон и замещение их объема соединительной тканью. Мы наблюдали снижение площади поперечного сечения мышечных волокон на 73%, экспрессию эмбриональных миозинов, указывающая на денервацию, нарушение структуры цитоскелетных белков, фиброз, отложение липидов и снижение запасов гликогена, которые могут оказать негативное влияние на качество жизни больного, а также существенно осложнить этап реабилитации. Дальнейшее изучение цитоскелета с помощью ПЦР и вестерн-блоттинга помимо очевидного подтверждения атрофических изменений показало сдвиг миозинового фенотипа в сторону «быстрых» (гликолитических) мышечных волокон. Об этом свидетельствует как смена экспрессии самих тяжелых цепей миозина, так и вспомогательных структурных белков актининов, талина, тропомиозина. Разрастание же внеклеточного матрикса, по нашим данным, идет за счет повышения экспрессии коллагена 1а и коллагена 6а. Считается, что эти изменения могут зависеть от многих факторов, например от синдрома системного воспалительного ответа и сепсиса. Однако, использование животных моделей с искусственной вентиляцией легких позволило исключить влияние этих системных факторов на скелетные мышцы, при сохранении схожих атрофических изменений (Rebeca C. Kalamgi and Lars Larsson; 2016). Кроме того, было также показано, что сепсис сам по себе не приводит к развитию мышечного фенотипа при CIM (Friedrich et al., 2015). Таким образом, на данный момент существует проблема определения пусковых механизмов развития CIM.

Работа поддержана грантом РНФ № 22-25-00615.

The functional unloading state of skeletal muscles is observed during immobilization, in prolonged bed rest, with spinal injuries and musculoskeletal disorders. This condition leads, among other effects, to the destruction and destabilization of the muscle cytoskeleton. Critical care myopathy (CIM) is a consequence of modern treatment in anesthesiology and intensive care, including pharmacological interventions and the use of life-sustaining devices. CIM conditions create a unique situation where there is a complete loss of mechanical stimuli in skeletal muscle, i.e., loss of external strain, which is determined by body weight, and internal strain, which depends on muscle contractions (Rebeca C. Kalamgi and Lars Larsson; 2016). Muscle damage in an intensive care patient is non-specific in nature and is the result of several processes: an adaptive response to severe damage to the body, focal or total damage to the central nervous system, damage to the spinal nerves, neuromuscular synapses, muscle damage, non-specific action of drugs. For this reason, understanding the molecular mechanisms that regulate skeletal muscle state is important to develop effective rehabilitation programs and possible pharmacological interventions that can prevent or alleviate loss of skeletal muscle mass and function in patients with chronic impairment of consciousness.

The aim of this study was to investigate the impact of critical illness myopathy on the cytoskeleton of skeletal muscle. To achieve this goal, we conducted a detailed analysis of a large number of cytoskeletal proteins and extracellular matrix in patients with chronic impairment of consciousness. Incisional muscle biopsies from the soleus muscle were taken from 8 patients treated in the Department of Anesthesiology and Intensive Care of the Russian National Institute of Chemistry. Muscle biopsies taken from healthy men using the Bergström needle biopsy were used as controls. Evaluation of the severity of paresis in patients with CNS is a difficult task due to the absence or pronounced decrease in the volume and spectrum of purposeful reactions, the execution of commands. All patients included in the study had deep tetraparesis, which was predominantly diffuse in nature, lateralization of paresis was detected in two patients in both cases, the etiological factor of CNS was a traumatic brain injury. Changes in muscle tone in patients with CIM are mainly represented by spasticity with a few of the most common patterns. Muscle biopsies taken from patients were frozen in liquid nitrogen immediately after taking. The cytoskeletal protein content was analyzed by Western blotting, real-time PCR, and histochemical analysis.

A morphological study of the soleus muscles in patients with CIM showed a colossal atrophy of muscle fibers and replacement of their volume with connective tissue. We observed a decrease in the cross-sectional area of muscle fibers by 73%, expression of embryonic myosins, indicating denervation, disruption of the structure of cytoskeletal proteins, fibrosis, lipid deposition, and a decrease in glycogen stores, which can have a negative impact on the quality of life of the patient, and also significantly complicate the rehabilitation stage. Further study of the cytoskeleton using PCR and Western blotting, in addition to the obvious confirmation of atrophic changes, showed a shift in the myosin phenotype towards "fast" (glycolytic) muscle fibers. This is evidenced by both the change in the expression of the myosin heavy chains themselves and the auxiliary structural proteins such as actinins, talin, and tropomyosin. The growth of the extracellular matrix, according to our data, was due to an increase in the expression of collagen 1a and collagen 6a. Based on the results of the first year of the Project, for the first time we have identified specific changes in skeletal muscles that develop under CIM conditions. It is believed that these changes may depend on many factors, such as systemic inflammatory response syndrome and sepsis. However, the use of mechanically ventilated animal models made it possible to exclude the influence of these systemic factors on skeletal muscle, while maintaining similar atrophic changes (Rebeca C. Kalamgi and Lars Larsson; 2016). In addition, it has also been shown that sepsis per se does not lead to the development of a muscle phenotype in CIM (Friedrich et al., 2015). This means that there is a need to determine the triggers on which CIM-specific atrophy depends.

This work was supported by RSF grant № 22-25-00615.