Сегодня фотобиомодуляция рассматривается, как один из перспективных неинвазивных терапевтических подходов к лечению миофасциального синдрома (МФС). В основе МФС лежит формирование миофасциальных триггерных точек (МФТТ) - мышечных волокон с дискретными пересокращёнными группами саркомеров. [1,2] Увеличение количества внутриклеточного кальция и нарушение оксигенации миоцитов приводит к деструкции митохондрий и усилению тканевой гипоксии. Эффекты фотобиомодуляции преимущественно связаны с использованием красного света (600-700 нм), мишенями для которого являются белки, содержащие металлы переменной валентности.

Целью настоящего исследования было изучение влияния низкоинтенсивного красного света на морфо-функциональные характеристики митохондрий на модели миофасциального болевого синдрома.

Исследование проводили на аутбредных крысах самцах Wistar (возраст 18 месяца). Животные были разделены на 3 группы. Контроль (1 группа) - интактные животные аналогичного возраста. Группа с моделированием МФТТ (группа 2) и группа с моделирование МФТТ и последующей фотобиомодуляцией (группа 3). Моделирование МФТТ проводили согласно протоколу [3]. Фотобиомодуляцию осуществляли ежедневно для части животных после моделирования в течение четырех дней с помощью аппарата Спектр ЛЦ-02 (Россия) при длине волны 650±30 нм. Анализ ультраструктуры саркомера мышцы бедра в зоне травмы проводили методом электронной микроскопии. Функциональность мембраны митохондрий оценивали методом респирометрии высокого разрешения. Статистический анализ проводили с использованием пакета программ SPSS Statistics (v.27). Сравнение выборок проводили с использованием критерия Маннна-Уитни для независимых выборок.

После моделирования МФТТ на месте хронического ушиба было обнаружено наличие тугого мышечного тяжа. В миоцитах МФТТ преобладали митохондрии с просветлённым матриксом и фрагментированными кристами, но попадались и конденсированные формы митохондрий. Фотобиомодуляция МФТТ приводила к увеличению гетерогенности популяции митохондрий в мышечных волокнах с преобладанием органелл с нормальной структурой по сравнению с группой без облучения на 17%.

Наличие МФТТ вызывало значимое снижение окислительного фосфорилирования при участии НАДН-дегидрогеназы (ОКСФОС КI), и комплекса IV (цитохромоксидазы). Многократная фотомодуляция активировала базального дыхания в 2 раза, даже относительно интактной группы (669,5±111,1 и 326,0±64,16 пмоль O2/с*мг, соответственно), а также дыхание во время окислительного фосфорилирования при участии KI+KII. Активность комплекса IV после фотомодуляции повышалась в 1,9 раз относительно интактной группы (7791,0±1298,0 и 4107±607,0 пмоль O2/с*мг, соответственно). Также отмечена нормализация показателя мембранного потенциала митохондрий до уровня интактных животных.

Полученные результаты показали, что курсовое низкоинтенсивное светодиодное облучение МФТТ красным светом нормализует структуру популяции митохондрий скелетных мышц при моделировании МФС и значительно стимулирует активность ферментов дыхательной цепи, что может свидетельствовать об увеличении выработки АТФ и купировании гипоксических процессов в мышце. Таким образом, результаты исследования обосновывают возможность терапевтического применения фотобиостимуляции при МФС.

Работа выполнена в рамках Государственного задания 121030100281-9 в ЕГИСУ НИОКТР.



Литература:

1. Jafri M.S. Mechanisms of Myofascial Pain. // Int. Sch. Res. Notices. 2014. 2014:523924. doi: 10.1155/2014/523924.

2. Ye L., Li M., Wang Z., Yang Z., Zhang J., Fang H., He Z., Wang X. Depression of Mitochondrial Function in the Rat Skeletal Muscle Model of Myofascial Pain Syndrome Is Through Down-Regulation of the AMPK-PGC-1α-SIRT3 Axis. // J. Pain Res. 2020. Vol.13, № 13. P. 1747-1756. doi: 10.2147/JPR.S233583.

3. Huang Q.M, Ye G., Zhao Z.Y., Lv J.J., Tang L. Myoelectrical activity and muscle morphology in a rat model of myofascial trigger points induced by blunt trauma to the vastus medialis // Acupunct. Med. 2013. Vol. 31, № 1. P. 65-73. doi: 10.1136/acupmed-2012-010129.

Nowadays photobiomodulation is considered as one of the promising non-invasive therapeutic approaches to the treatment of myofascial pain syndrome (MPS). MPS is based on the formation of myofascial trigger points (MTrPs) - muscle fibers with discrete overcontracted groups of sarcomeres [1,2]. An increased amount of intracellular calcium and violation of myocyte oxygenation leads to the destruction of mitochondria and increased tissue hypoxia. The effects of photobiomodulation are mainly associated with the use of red light (600-700 nm), the targets for which are proteins containing metals of variable valence.

The aim of this study was to study the effect of low-intensity red light on the morphological and functional characteristics of mitochondria in a model of myofascial pain syndrome.

The study was carried out on outbred male Wistar rats (age 18 months). Animals were divided into 3 groups. Control (group 1) - intact animals of the same age. Group with MPS modeling (group 2) and group with MPS modeling and subsequent photobiomodulation (group 3). MPS modeling was performed according to the protocol [3]. Photobiomodulation was carried out daily for animals of group 3 after MPS modeling during 4 days using LED (light-emitting diode) lasers (Spectr LC-02, Russia) at a wavelength of 650±30 nm. Ultrastructure analysis of thigh muscle sarcomere in the injury zone was performed by electron microscopy. The functionality of the mitochondrial membrane was assessed by high-resolution respirometry. Statistical analysis was performed using the SPSS Statistics (v.27) software package. Samples were compared using the Mann-Whitney test for independent samples.

After MTrPs modeling a tight muscle cord was found at the site of a chronic bruise. In MTrPs myocytes mitochondria with an enlightened matrix and fragmented cristae predominated, but condensed forms of mitochondria are also visible. MTrPs photobiomodulation led to an increase in the heterogeneity of the mitochondrial population in muscle fibers with the predominance of organelles with a normal structure compared to the group without irradiation by 17%.

The presence of MTrPs caused a significant decrease in oxidative phosphorylation with the participation of NADH dehydrogenase (OXPHOSCI) and complex IV (cytochrome oxidase). Multiple photomodulation activated basal respiration by 2 times even compared to intact group (669.5±111.1 and 326.0±64.16 pmol O2/s*mg, respectively), as well as respiration during oxidative phosphorylation with the participation of CI+CII. The activity of complex IV after photomodulation increased by 1.9 times relative to the intact group (7791.0±1298.0 and 4107±607.0 pmol O2/s*mg, respectively). The normalization of mitochondrial membrane potential index to the level of intact animals was also noted.

The results obtained showed that the course low-intensity LED irradiation of MTrPs with red light normalizes the structure of skeletal muscle mitochondria population in modeling myofascial pain syndrome (MPS) and significantly stimulates the activity of respiratory chain enzymes, which may indicate an increase in ATP production and relief of hypoxic processes in the muscle. Thus, the results of the study substantiate the possibility of therapeutic application of photobiostimulation in MPS.

The research was carried out within the framework of the State task 121030100281-9 at EGISU NIOKTR.



Literature:

1. Jafri M.S. Mechanisms of Myofascial Pain. // Int. Sch. Res. Notices. 2014. 2014:523924. doi: 10.1155/2014/523924.

2. Ye L., Li M., Wang Z., Yang Z., Zhang J., Fang H., He Z., Wang X. Depression of Mitochondrial Function in the Rat Skeletal Muscle Model of Myofascial Pain Syndrome Is Through Down-Regulation of the AMPK-PGC-1α-SIRT3 Axis. // J. Pain Res. 2020. Vol.13, № 13. P. 1747-1756. doi: 10.2147/JPR.S233583.

3. Huang Q.M, Ye G., Zhao Z.Y., Lv J.J., Tang L. Myoelectrical activity and muscle morphology in a rat model of myofascial trigger points induced by blunt trauma to the vastus medialis // Acupunct. Med. 2013. Vol. 31, № 1. P. 65-73. doi: 10.1136/acupmed-2012-010129.