Role of passive and active myostimulation for the changing levels of some cytokines

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Injury to the anterior cruciate ligament (ACL) of the knee joint is complicated by development of arthrogenic muscle inhibition due to disregulating afferent influences on the excitability of the spinal and supraspinal tracts. The aim of our work was to study electromyography parameters, and myokine levels in the course of myostimulation in traumatic ACL injury.

28 male athletes with traumatic ACL injuries participated in the study. On admission to the clinic, all patients underwent electromyographic examination of the injured limb by the means of Viking Quest EMG/ EP apparatus (Nicolet, USA). Some patients, 10 days before starting the surgical treatment, underwent passive electrical myostimulation (EMS) of the quadriceps femoris muscle using the INTELECT® Advanced device (Chattanooga (DJO), USA). Further on, all patients underwent arthroplasty using a Karl Storz arthroscope (Germany). In the postoperative period, during immobilization for 2-weeks, the patients received EMS. After removing the orthosis, the patients switched to active training. The cytokine levels were studied using ELISA reagent kits from Vector-Best, Novosibirsk (IL-6), or from Cloud-Clone Corp. (China) for TGF–β1 assays. Statistical processing of the material was carried out using the Statistica package. vers.10.0 (StatSoft Inc., USA).

The highest average amplitude (μV) was recorded by electromyography in healthy individuals. In patients of the main group, significantly lower values of the average amplitude were recorded. After a 10-day EMS, a significant increase to the reference values of healthy individuals was noted. In the postsurgical dynamics, EMG indicators without EMS treatment remained at the same low levels. Meanwhile, the values following EMS treatment were comparable with those in healthy individuals, thus reflecting a faster and better muscle recovery after injury. The levels of IL-6 and TGF-β1 cytokines (myokines) significantly exceeded the initial levels in the course of EMS. The biological significance of increased IL-6 levels during the muscle exercise may consist the activation of AMP kinase and/or phosphatidylinositol-3-kinase at the level of skeletal muscles thus providing more efficient supply of energy substrate to the muscles. TGF-β1 promotes fibroblast proliferation, thus increasing collagen content.

Passive and active EMS leads to an improvement in electromyography parameters, along with increased concentration of myokines (IL-6 and TGF-β1) in peripheral blood, thus promoting improvement of energy balance, increasing the anti-inflammatory and repair potential of the damaged tissues.

About the authors

Rustam R. Ahmetyanov

Chelyabinsk Regional Clinical Hospital

Email: dr.ahm345@gmail.com

Traumatologist-Orthopedist, Department of Traumatology and Orthopedics

Russian Federation, 70 Vorovsky St.Chelyabinsk, 454048

Evgenia V. Davydovа

Chelyabinsk Regional Clinical Hospital; South Ural State Medical University

Author for correspondence.
Email: davidova-ev.med@yandex.ru

PhD, MD (Medicine), Associate Professor, Professor, Department of Medical Rehabilitation and Sports Medicine, Head, Early Medical Rehabilitation

Russian Federation, 70 Vorovsky St.Chelyabinsk, 454048; st. Vorovskogo, 64, Chelyabinsk

Artur R. Sabiryanov

South Ural State Medical University

Email: Lfksar@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Head, Department of Medical Rehabilitation and Sports Medicine

Russian Federation, st. Vorovskogo, 64, Chelyabinsk

Irina L. Shcherbakova

Chelyabinsk Regional Clinical Hospital

Email: ii_ri_na@mail.ru

Head, Department of Neurophysiology

Russian Federation, 70 Vorovsky St.Chelyabinsk, 454048

References

  1. Васюкова О.В., Касьянова Ю.В., Окороков П.Л., Безлепкина О.Б. Миокины и адипомиокины: медиаторы воспаления или уникальные молекулы таргетной терапии ожирения? // Проблемы эндокринологии, 2021. Т. 67, № 4. С. 36-45. [Vasyukova O.V., Kasyanova Yu.V., Okorokov P.L., Bezlepkina O.B. Myokines and adipomyokines: inflammatory mediators or unique molecules of targeted therapy for obesity? Problemy endokrinologii = Problems of Endocrinology, 2021, Vol. 67, no. 4, pp. 36-45. (In Russ.)]
  2. Москалев А.В., Рудой А.С., Апчел А.В., Зуева В.О., Казымова О.Э. Особенности биологии трансформирующего ростового фактора β и иммунопатология // Вестник Российской Военно-медицинской академии, 2016. Т. 2, № 54. С. 206-216. [Moskalev A.V., Rudoy A.S., Apchel A.V., Zueva V.O., Kazymova O.E. Features of the biology of transforming growth factor β and immunopathology. Vestnik Rossiyskoy Voenno-meditsinskoy akademii = Bulletin of the Russian Military Medical Academy, 2016, Vol. 2, no. 54, pp. 206-216. (In Russ.)]
  3. Anastasieva E., Simagaev R., Kirilova I. Topical issues of surgical treatment of injuries of the anterior cruciate ligament (literature review). Orthopedic Genius, 2020, Vol. 26, no. 1, pp. 117-128.
  4. Bugera E.M., Duhamel T.A., Peeler J.D., Cornish S.M. The systemic myokine response of decorin, interleukin-6 (IL-6) and interleukin-15 (IL-15) to an acute bout of blood flow restricted exercise. Eur. J. Appl. Physiol., 2018, Vol. 118, no. 12, pp. 2679-2686.
  5. Filgueira T.O., Carvalho P.R.C., de Sousa Fernandes M.S., Castoldi A., Teixeira A.M., de Albuquerque R.B., de Lima-Filho J.L., Souto F.O. The impact of supervised physical exercise on chemokines and cytokines in recovered COVID-19 patients. Front. Immunol., 2023, Vol. 4, no. 13, 1051059. doi: 10.3389/fimmu.2022.1051059.
  6. Gomarasca M., Banfi G., Lombardi G. Myokines: The endocrine coupling of skeletal muscle and bone. Adv. Clin. Chem., 2020, Vol. 94, pp. 155-218.
  7. Hootman J.M., Dick R., Agel J. Epidemiology of collegiate injuries for 15 sports: summary and recommendations for injury prevention initiatives. J. Athl. Train., 2017, Vol. 42, no. 2, pp. 311-319.
  8. Lepley A.S., Lepley L.K. Mechanisms of arthrogenic muscle inhibition. J. Sport Rehabil., 2021, Vol. 31, no. 6, pp. 707-716.
  9. Norte G., Rush J., Sherman D. Arthrogenic muscle inhibition: best evidence, mechanisms, and theory for treating the unseen in clinical rehabilitation. J. Sport Rehabil., 2021, Vol. 31, no. 6, pp. 717-735.
  10. Pietrosimone B., Lepley A.S., Kuenze C., Harkey M.S., Hart J.M., Blackburn J.T., Norte G. Arthrogenic muscle inhibition following anterior cruciate ligament injury. J. Sport Rehabil., 2022, Vol. 31, no. 6, pp. 694-706.
  11. Sonnery-Cottet B., Saithna A., Quelard B., Daggett M., Borade A., Ouanezar H., Thaunat M., Blakeney W.G. Arthrogenic muscle inhibition after ACL reconstruction: a scoping review of the efficacy of interventions. J Sports Med., 2019, Vol. 53, no. 5, pp. 289-298.
  12. Vermeijden H.D., Cerniglia B., Mintz D.N., Rademakers M.V., Kerkhoffs G.M.M.J., van der List J.P., diFelice G.S. Distal remnant length can be measured reliably and predicts primary repair of proximal anterior cruciate ligament tears. Knee Surg. Sports Traumatol. Arthrosc., 2021, Vol. 29, pp. 2967-2975.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. EMG parameters in the dynamics of passive and active myostimulation

Download (186KB)
3. Figure 2. Levels of myokine – IL-6 in the dynamics of passive and active myostimulation

Download (214KB)
4. Figure 3. TGF-β levels against the background of passive and active myostimulation

Download (202KB)

Copyright (c) 2023 Ahmetyanov R.R., Davydovа E.V., Sabiryanov A.R., Shcherbakova I.L.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».