Stereological analysis of muscle morphology following exposure to repetitive stretch-shortening cycles in a rat model

摘要

Repetitive motion is one risk factor associated with contraction-induced muscle injury, which leads to skeletal muscle degeneration, inflammation, and dysfunction. Since current methods are unable to quantify the acute degenerative and inflammatory responses of muscle tissue concurrently, the purpose of this study was to quantify the temporal myofiber response after exposure to injurious stretch–shortening cycles (SSCs) using a standardized stereological technique. Functional testing was performed on the ankle dorsiflexor muscles of Sprague–Dawley rats in vivo. Rats were anesthetized and exposed to 15 sets of 10 SSCs. Control rats were exposed to 15 sets of single isometric contractions of the same stimulation duration. Changes in muscle morphometry were assessed at 0.5, 24, 48, 72, and 240 h post-exposure to quantify the degree of myofiber degeneration and inflammation in the tibialis anterior muscle from each group. There was an increase in the volume density and average thickness of degenerating myofibers over time in the muscle collected from rats exposed to SSCs (p < 0.0001) that was significantly greater than in muscle exposed to isometric contractions at 24, 48, and 72 h post-exposure (p = 0.003). The volume density of degenerative myofibers was associated with functional deficits at 48 h. Stereological quantification of degenerative myofibers and interstitial space changes were associated with functional defects 48–72 h after SSC-induced injury, thus demonstrating stereology is an accurate measure of SSC-induced skeletal muscle injury.Key words: stereology, morphometry, myofiber degeneration, interstitial space, stretch-shortening cycles.Le mouvement répétitif est un des facteurs de risque associé aux lésions musculaires du fait même des contractions musculaires, ce qui entraîne une dégénérescence du muscle, une inflammation et une dysfonction. Les méthodes courantes ne quantifiant pas en même temps la dégénérescence et l'inflammation du tissu musculaire, cette étude se propose de quantifier l'évolution chronologique de la fibre musculaire à la suite d'une série nocive d'actions d'étirement–contraction (SSCs) du muscle, et ce, au moyen d'une technique stéréologique. L'évaluation fonctionnelle est réalisée in vivo sur les fléchisseurs dorsaux de la cheville de rats Sprague–Dawley. On soumet les rats anesthésiés à 15 séries d'actions cycliques d'étirement-contraction. Les rats témoins sont soumis à 15 séries d'actions isométriques d'une même durée. Afin de quantifier le niveau de dégénérescence et d'inflammation des fléchisseurs dorsaux de chaque groupe, les modifications myomorphométriques sont analysées 0,5, 24, 48, 72, et 240 h après les séries d'actions. On observe avec le temps une augmentation de la densité volumique et de l'épaisseur moyenne des fibres en dégénérescence dans les muscles des rats soumis aux actions cycliques d'étirement-contraction (p < 0,0001); cette augmentation est significativement plus importante que celle observée dans les muscles soumis aux actions isométriques 24, 48, et 72 h après coup (p = 0,003). La densité volumique des fibres en dégénérescence est associée aux déficits fonctionnels observés 48 h après les séries d'actions. La quantification stéréologique des fibres musculaires en dégénérescence et les modifications du milieu interstitiel sont associées aux déficits fonctionnels observés 48 à 72 h après les séries d'actions nocives de SSC; la stéréologie permet donc de mesurer avec précision les lésions dues aux SSC.Mots clés : stéréologie, morphométrie, dégénérescence myofibrillaire, milieu interstitiel, actions cycliques d'étirement-contraction.[Traduit par la Rédaction]