Haags Tijdschrift voor Fysiotherapie,1e jrg 1983, no. 4 (pp )

Transcriptie

1 Auteur(s): E. Koes Titel: Invloed van intra-musculair gelegen collageen bindweefsel op het aanpassingsvermogen van musculair weefsel in verschillende situaties Jaargang: 1 Jaartal: 1983 Nummer: 4 Oorspronkelijke paginanummers: Dit artikel is oorspronkelijk verschenen in Haags Tijdschrift voor Fysiotherapie, van 1983 tot 1988 de voorloper van Versus, Tijdschrift voor Fysiotherapie. Deze online uitgave mag, onder duidelijke bronvermelding, vrij gebruikt worden voor (para-) medische, informatieve en educatieve doeleinden en ander niet-commercieel gebruik. Zonder kosten te downloaden van:

2 Invloed van intra-musculair gelegen collageen bindweefsel op het aanpassingsvermogen van musculair weefsel in verschillende situaties Eric Koes Tot voor kort was men van mening dat bindweefsel, zelf opgebouwd uit inerte substanties, primair fungeerde als een stof die zorg draagt voor de handhaving van de strukturele bouw van mechanisch minder stevige weefsels. Tegenwoordig is bekend dat bindweefsel een biologisch zeer aktief weefsel is, dat in hoge mate in staat is te adapteren aan variërende extern inwerkende krachten (3,8). Dit artikel handelt over de relevantie van het in de spier gelegen collagene bindweefsel voor de instandhouding van de integriteit van de desbetreffende spier. Achtereenvolgens wordt beschreven: - de invloed van het aanwezige collagene bindweefsel op de embryonale ontwikkeling van spierweefsel; - de invloed van het aanwezige collagene weefsel op het regeneratievermogen van spierweefsel na een direkt op de spier inwerkend trauma. Weefsels zijn funktioneel gezien moeilijk te isoleren, daar het adaptieve vermogen van weefsels afhankelijk is van de interakties die onderling worden aangegaan. Een voorbeeld van, noodzakelijk, optredende interakties tussen celgroepen is de induktie die optreedt tussen celgroepen tijdens de embryonale ontwikkeling. Tijdens de gastrulatie ontstaan plooien in de gevormde celmassa (bestaande uit duizenden cellen), waardoor direkte kontakten optreden tussen celgroepen die voorheen gescheiden waren van elkaar; in deze situatie ontstaan indukties die primair leiden tot aksentuering van de verschillen tussen de cellen onderling. De vorming van de neurale plaat in het ectoderm van de gastrula wordt veroorzaakt door een inductiewerking uitgaande van het mesoderm dat tijdens dit stadium onder het ectoderm schuift, zowel in vivo als in vitro (6). Verder is bekend dat een interaktie tussen het embryonale ruggemerg met het notochord en het somietenmesenchym noodzakelijk is voor de totstandkoming van de differentiatie tot somietenkraakbeen (13). De invloed van het aanwezige collagene bindweefsel op de embryonale ontwikkeling van spierweefsel De primitieve mononucleaire myoblasten, ontstaan uit ongedifferentieerde mesodermale cellen, zijn in staat te differentiëren wanneer het delingsproces is beëindigd. Het differentiatieproces wordt gekenmerkt door fusie van myoblasten die reeds specifieke cel-organellen synthetiseren. Deze celspecifieke fusie van myoblasten is grotendeels afhankelijk van de konsentratie van myoblasten in een bepaalde regio, maar ook van de hoeveelheid celprodukt in het intercellulaire medium (19, 24). Indien de myoblasten zich ontwikkelen in de afwezigheid van collageen bindweefsel, ontstaan er clonen waarbij de dochtercellen dicht bij de moedercellen blijven (fig. 1). Figuur 1a.

3 Figuur 1b. Figuur 1c. Wanneer de myoblasten zich echter kunnen vasthechten aan het collagene bindweefsel, wordt fusie uitgesteld en vormt zich pas later een syncitium met meerdere nucleï, gelegen in een regelmatig patroon (19). Onderzoek aan celkulturen op petrischalen, bedekt met collageen bindweefsel, toont aan dat deze struktuur de differentiatie van myoblasten naar myocyten stimuleert (7,24). Myoblasten die in vitro gekweekt worden in een situatie waarin ze zich niet kunnen vasthechten, dus in afwezigheid van het collagene bindweefsel, blijven in leven maar differentiëren niet (19). Naast stimulering van de ontwikkeling en differentiatie van myoblasten, beïnvloedt het collagene bindweefsel ook de vorm en oriëntatie van de myotubuli (syncitiae van myoblasten), in die zin dat de groeirichting hierdoor wordt bepaald (7). Invloed van het aanwezige collagene weefsel op het regeneratievermogen van spierweefsel. Voor wat betreft het regeneratievermogen van spierweefsel, na een direkt hierop inwerkend trauma, zijn vele parallellen te trekken met het embryonale groeiproces van dit weefsel (2,12). De mate van regeneratie van het spierweefsel hangt in hoge mate af van de strukturele integriteit van het sarcolemna (2). Indien dit sarcolemna als gevolg van een trauma is gelaedeerd, zal de regeneratie niet geheel voltooid worden; dit in tegenstelling tot een post-traumatisch aanwezig, intakt sarcolemna, dat een proliferatie van myoblasten en myotubuli mogelijk maakt, analoog aan de regeneratiemogelijkheden van zenuwweefsel in geval van axonotmesis en neurotmesis (17). Vanuit het gelaedeerde spierweefsel bekeken zijn twee vormen van regeneratie te onderscheiden: - kontinue regeneratie: uitgroei van een of meerdere vezelstompen vanuit overgebleven segmenten, die penetreren in aangrenzende necrotische segmenten, nadat de laatstgenoemde zijn gereinigd van debris door fagocyten; de groeisnelheid bedraagt 1,0-1,5 mm/dag; - diskontinue regeneratie: vezelvorming door nog overgebleven intakte myoblasten, analoog aan het embryonale groeiproces. Ingeval van grote ischaemische laesies van het spierweefsel wordt een invasie van fibroblasten ter plaatse waargenomen in afwachting van uitgroeiende vezelstompen, waarbij een nieuwe endomysiale schede wordt gevormd ter reproduktie van het oude vezelpatroon (2). Wanneer een geëxideerd stukje spierweefsel na draaiing van 90 weer in de spier wordt teruggezet, wordt een ombuiging van de ingroeiende vezelstompen waargenomen die de nieuwe oriëntatie van het endomysium volgen (2). Het regeneratieproces van spierweefsel wordt sterk bevorderd door de hierin aanwezige spanning: regeneratie van spierweefsel na een laesie ten gevolge van verhitting wordt geremd als tevens een tenotomie van de desbetreffende spier wordt uitgevoerd; indien er wel spanning in het weefsel aanwezig is, is de post-traumatische zwelling meer uitgesproken, maar het regeneratieproces wordt in alle fasen gestimuleerd (2). Bij onderzoek naar het gedrag van geïmmobiliseerd spierweefsel blijken er verschillen op te treden in het gedrag van het spierweefsel, afhankelijk van de positie waarin het weefsel wordt geïmmobiliseerd; de lengte die een spier bezit gedurende een immobilisatieperiode bepaalt in (3, 4, hoge mate de histochemische en funktionele eigenschappen van het desbetreffende spierweefsel 5, 9, 15, 16, 21, 22).

4 Immobilisatie in verlengde positie (waarbij meer spanning op het spierweefsel komt te staan) resulteert in een verminderde atrofie, dat wil zeggen een verminderde proteïne-degeneratie en verminderde afname in vezeldiameter van de desbetreffende vezels, vergeleken met in verkorte positie of op rustlengte geïmmobiliseerd spierweefsel (4, 20). Gebleken is dat de aanwezigheid van spanning (in de vorm van passieve rek) ook in gedenerveerd spierweefsel het atrofieproces remt of zelfs hypertrofiërende invloeden bezit (10,20). De motorische innervatie van een spier blijft echter nog een grote invloed uitoefenen op de mate van atrofie van spierweefsel; uit onderzoek is gebleken dat rek op een spier minder effektief is in het voorkomen van atrofie bij denervatie dan in geval van de de-afferentiatie. Ook hypertrofie van gezond spierweefsel wordt veroorzaakt door de toegenomen spanning in het spierweefsel (10). Gebleken is dat als gevolg van een vergrote aanwezige spanning binnen een spier, de fibroblastennucleï in hoge mate geaktiveerd zijn, wat duidt op een hogere delingsaktiviteit (10). Het is aannemelijk te veronderstellen dat de morfologische en funktionele eigenschappen van spierweefsel grotendeels afhankelijk zijn van de integriteit van het hierin gelegen collagene bindweefsel, daar de spanning in het weefsel in rustsituaties moeten worden opgenomen door het collagene bindweefsel (zie denervatie, immobilisatie) In spieren die niet contraheren vindt geen interaktie plaats tussen de actine en myosine filamenten (1,23). In geval van gezonde, geïmmobiliseerde spieren hebben elektrostimulatie en passieve rek gezamenlijk een grotere remmende invloed op het afbraakproces van eiwitten dan wanneer elk afzonderlijk wordt toegepast (10). Klinische relevantie Konkluderend kan worden gesteld dat spanning in spierweefsel een vereiste is voor een goed funktioneren hiervan. Spanning wordt in hoge mate opgenomen door het intramusculair gelegen collagene bindweefsel dat neergelegd is in een zodanig patroon dat krachten optimaal kunnen worden doorgeleid (3). In gevallen van extreme rek op een spier zal eerder het collagene bindweefsel overrekt worden dan de sarcomeren zelf. Onderzoek heeft aangetoond dat spiervezels veel verder kunnen worden gerekt dan tot het punt waarbij een overlap tussen actine en myosinefilamenten niet meer plaatsvindt zonder dat hierdoor de struktuur ervan wordt beschadigd (11,14) Een dergelijke vervorming van spiervezels kan in vivo niet optreden zonder dat het gewricht waarover de desbetreffende spier verloopt geheel geluxeerd is. Daarom is het aannemelijk dat in het geval van een spierscheur eerder het strukturele patroon van het collagene bindweefsel is gelaedeerd dan dat een desorganisatie van de sarcomeer zelf is opgetreden. De hierbij gepaard gaande zwelling in de spier zou opgevat kunnen worden als een middel om toch spanning op de gelaedeerde plaatsen te kunnen leveren, naast het voorkomen van een aktiviteit van de desbetreffende spier, in dit licht bezien is het zaak om in geval van spierscheuren niet primair een op ontspanning gerichte therapie aan te bieden bij de bevinding van een verhoogde spiertonus. Voorts kan dit artikel als onderbouw dienen voor het toepassen van elektrostimulatie, in geval van gedenerveerde spieren indien er een reële kans bestaat op ingroei van zenuwen in de spier, teneinde een spanning (vervormende kracht) aan het collagene bindweefsel aan te bieden. Literatuurlijst 1. Astrand, P.O., and K. Rodahl Textbook of work physiology. 2nd ed. New York, McGraw-Hill, Booth, F.W., a.o. Effect of training and disuse on connective tissue. In: Exercise and sports science review; ed. J. Wilmore. New York, Academic press, Vol. 2, p Booth, F.A., a.o. Effect of hind limb immobilization on contractile and histochemical properties of skeletal muscle, Pflugers Arch., 341( , p Boyes, C., a.o. Muscle fibre composition of rat vastus intermedius following immobilization at different muscle lenghts. Pflugers Arch., 381 (19/9), p

5 5. Dastur, D., a.o. Fine structure of muscle in human disuse atrophy. Neuropath, and appl. neurobiol. 5(1979), p Facer, J. De nieuwe embryologie, Natuur en techniek 37 (1969) 6, p , p Fischman, D.A. Development of striated muscle In.: The structure and function of muscle; ed. G. H. Bourne; 2nd. ed. New York, Academic press, Vol. I, p Frankl, V.H. Basic biomechanics of the skeletal system, Philadelphia, Lea & Febiger, Gallego, R., a.o. Dependence of motoneurone properties on the length of immobilized muscle. Journal of physiology 291 (1979), p Goldberg, A,L. Mechanism of work induced hypertrophy of skeletal muscle. Medicine and science in sports 7 (1975) 3, p , 11. Julian, F.J. Sarcomere lenght non-uniformity in relation to tetanic responses of stretched skeletal muscle fibers. Proc. royal society London series B 200(1978), p Kvist, H., a.o. Effect -of mobilization and immobilization on the healing of contusion Injury in muscle. Scandinavian journal of rehabilitation medicine 6 (1974), p Lash, W., and N.S. Vasan. Somite chondrogenesis in vitro. Developmental biology 66 (1978), p Locker, R.H. Histology of highly stretched beef muscle. Journal of ultrastructure research 52 (1975), p Maier, A, Properties of immobilized guinea pig hindlimb muscles. American journal of phys. 231 (1976), p Melichna, J. Stimulation and immobilization effects on contractile and histochemical properties of denervated muscle. Pflugers arch. 352(1974), p Mumenthaler, M. Neurologie. Stuttgart, Thieme Vertag, Price, H.M. Ultrastructure in skeletal muscle fibre. In: Disorders of voluntary muscles; ed. J.H. Walton; 3 ed. Edinburgh, Churchill Livingstone, p Ross, K.F.A., a.o. Tissue cultures in muscle disuse. In: Disorders of voluntary muscles; ed. J.H. Walton; 3 ed. Edinburgh, Churchill Livingstone, p

6 20. Schiaffino, S. Hypertrofy of skeletal muscle induced by tendon shortening. Experienta 15(1974)10, p Sjöström, M., a.o. Achilles tendon injury. Acta chir. Scand. 145(1979), p Szöör, A., a.o. Experimental investigation on hypokinesis of skeletal muscles with different functions. Acta biol. acad. sci. Hung. 28(1977)2, p Taylor, E.W. Mechanism of actomyosin ATP-ase and the problem of muscle contraction. Acta physio/. Scand. 103(1978), p Vbrová, C., a.o. Nerve-muscle interaction. London, Chapman and Hall, Zollinger, H.U. Pathologische Anatomie. Stuttgart, Thieme Verlag, Bd 2.