EFEITO DO ULTRA-SOM NA RECUPERAÇÃO DE MÚSCULO TIBIAL ANTERIOR DE RATO LESADO RESUMO SUMMARY

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1 165 EFEITO DO ULTRA-SOM NA RECUPERAÇÃO DE MÚSCULO TIBIAL ANTERIOR DE RATO LESADO RESUMO CIBELE MARLI CAÇÃO PAIVA GOUVÊA (*) PEDRO MANUEL NUNES VIEIRAL (**) ANDRÉ CAPALDO AMARA (***) O presente trabalho avaliou o efeito do ultra-som terapêutico na recuperação do músculo tibial anterior de rato, injuriado por lesão incisiva. Observou-se que o padrão histológico do músculo lesado e tratado com ultra-som foi muito diferente do padrão histológico do músculo lesado e não tratado (controle) e dos submetidos a tratamento simulado. A reação inflamatória foi acelerada pelo uso do ultra-som, o que possibilitou uma remoção mais eficiente de fibras necróticas no músculo tratado. O músculo tratado apresentou um maior número de vasos e fibras musculares recém-formadas. Os dados demonstram que o ultra-som estimulou a regeneração muscular, com conseqüente diminuição de tecido fibrótico. DESCRITORES: Ultra-som, tibial anterior, lesão muscular, regeneração muscular. SUMMARY ULTRASOUND-EFFECT ON THE RECOVERY OF INJURED RAT TIBIALIS ANTERIOR MUSCLE The present work evaluated the therapeutic ultrasound effect on the recovery of the rat tibialis anterior muscle injured by laceration. We observed that the histological pattern of the treated muscle was significantly different from the control and sham-irradiated muscles. The ultrasound treatment accelerated the inflammatory reaction, with a more efficient removal of necrotic fibers. The treated muscle showed a greater number of vessels and newly formed muscle fibers, as compared to control muscles. Our data suggest that the ultrasound stimulated muscle regeneration, with consequent lesser fibrotic tissue formation. KEY WORDS: Ultrasound, tibialis anterior, muscular lesion, muscular regeneration. 1.INTRODUÇÃO A regeneração é uma adaptação que ocorre no músculo esquelético em resposta ao traumatismo. Após trauma direto ou doença, a regeneração resulta no restabelecimento da estrutura original e função do músculo. Esse processo é bem descrito, embora pouco seja conhecido sobre as interações celulares que o controlam. A extensão e sucesso da regeneração variam com a natureza da lesão, mas em todas as situações a regeneração envolve revascularização, infiltração celular, fagocitose do músculo necrosado, proliferação de células precursoras do músculo e sua fusão e finalmente reinervação. O músculo esquelético pode ser danificado por diferentes agentes incluindo lesão incisiva, aplicação local de anestésico (Carlson e Faulkner, 1983), amassamento e miotoxinas. Independentemente do método utilizado para lesar o músculo, este sofrerá o processo de reparo, que parece seguir passos comuns. Inicialmente há um período de degeneração da fibra muscular, caracterizado pela desorganização e dissolução das unidades sarcoméricas, sarcossoma, retículo sarcoplasmático e mionúcleo. Essa resposta imediata é seguida por um estágio no qual ocorre autólise dos componentes musculares lesados. A perda do homeostase do cálcio é a ocorrência chave nesse processo. A entrada de cálcio na célula ativa proteases cálcio-dependentes, chamadas calpaínas, as quais clivam proteínas miofibrilares e do citoesqueleto como a miosina, actina, talina e vinculina (Fox et al., 1985). A clivagem proteolítica de outras enzimas pela calpaína pode induzir a amplificação da proteólise. Os processos que se seguem a esses eventos catabólicos levam à regeneração e reparo da fibra muscular. Assim, pelo menos duas populações de células respondem à injúria muscular: células inflamatórias envolvidas na remoção de restos celulares e células miogênicas envolvidas na reposição da fibra danificada. A fagocitose das fibras lesadas é importante para a regeneração efetiva do músculo, sendo esta inibida pela persistência de tecido necrótico (Grounds, (*) Professora Laboratório de Bioquímica e Biologia Molecular, UNIFENAS, C.P. 23, Alfenas-MG, (**) Acadêmico do curso de Fisioterapia, UNIFENAS, bolsista de iniciação científica FAPEMIG (***)Professor IOCS UNIFENAS, C.P. 23, , Alfenas-MG,

2 166 C. M. C. P. GOUVÊA et al. 1987). A remoção do músculo necrosado é resultado, principalmente, da fagocitose por macrófagos. Neutrófilos que também são fagocíticos são observados abaixo da lâmina basal, dentro das fibras danificadas, 3 horas após a injúria focal e macrófagos estão presentes após 6 horas (Papadimitriou et al., 1990). As células satélites, presentes abaixo da lâmina basal, sobrevivem ao evento traumático inicial e resistem ao ambiente deletério. Após a remoção dos componentes celulares da fibra muscular lesada, as células satélites são ativadas, dando origem a uma população de mioblastos, os quais vão se fundir, formando miotúbulos multinucleados, com núcleo central, os quais se diferenciam em fibras musculares maduras, com núcleo periférico. A integridade da lâmina basal é importante para o sucesso da regeneração e sua presença minimiza a formação de fibrose (Mcgeachie e Grounds, 1987). Como em qualquer tecido lesado, a revascularização é um evento importante para a formação de novas fibras musculares. A isquemia prolongada e a baixa tensão de oxigênio favorecem a proliferação de fibroblastos. Parece provável que a eficiência da revascularização esteja relacionada à extensão da fibrose após a lesão muscular (Tidball, 1995). Os efeitos mecânicos, térmicos e químicos do ultra-som ainda não estão completamente esclarecidos. Sua aplicação, entretanto, leva a inúmeros bioefeitos, que podem ser classificados em primários e secundários. Os primários são as reações orgânicas gerais que geralmente se manifestam ao nível vascular e vegetativo. Em conseqüência das vibrações longitudinais, características do ultra-som, um gradiente de pressão é desenvolvido nas células individuais. Como resultado desta variação de pressão positiva e negativa, elementos da célula são obrigados a se moverem, sentindo-se assim, um movimento de micromassagem. Este efeito aumenta o metabolismo celular, o fluxo sangüíneo e o suprimento de oxigênio. Alguns efeitos não-térmicos são obtidos através do ultra-som pulsátil, evitando-se a cavitação. A predominância da micromassagem produz alteração da permeabilidade da membrana celular, facilitando o fluxo de nutrientes. Quando o ultra-som penetra nos tecidos, ocorrem os efeitos biológicos devido à absorção desta energia. O ultra-som tem sido utilizado por aproximadamente 5 décadas para o restabelecimento das funções e promoção da cicatrização de tecidos moles danificados. Observações clínicas determinam o uso do ultra-som em diversas situações, incluindo a dor, bursite e traumatismo do músculo esquelético (Gillete e Mitchel, 1991, Reher et al., 1997). Gillete e Mitchel (1991) estudaram lesão muscular induzida por anestésicos e observaram que o ultra-som diminuiu o tempo para indução da regeneração muscular. Ensaios com estimulação local de tecidos duros mostrou que foi possível acelerar o reparo da fratura da fíbula utilizando ultra-som de 1,5 ou 3,0 MHz, pulsátil, com freqüência de 0,5 W/cm 2 (Reher et al., 1997). Apesar dessas observações, relativamente poucos trabalhos de pesquisa têm sido relatados sobre os efeitos do ultrasom clínico ou outros recursos da fisioterapia e a evidência da eficiência tem sido obtida, primariamente, por parâmetros subjetivos (Wang et al., 1994). Para o estabelecimento da eficiência de um tratamento específico é imperativo que haja um parâmetro objetivo mensurável que possa ser empregue para determinar a eficiência do agente terapêutico (Dyson et al., 1976). O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito do ultra-som terapêutico na regeneração e reparo do músculotibial anterior de rato, que sofreu lesão incisiva. 2.MATERIAL E MÉTODOS 2.1.Material animal Neste estudo foram utilizados 30 ratos (Rattus norvegicus) brancos machos Wistar, pesando 270 ± 30 g, obtidos do Biotério Central da UNIFENAS. Os animais foram mantidos em gaiola e receberam alimento e água ad libitum e foram divididos em três grupos experimentais, com 5 animais por grupo: G1; controle não tratado, G2, tratados com ultra-som e G3, simulação do tratamento com ultra-som. O experimento foi realizado em duplicata. 2.2.Lesão muscular O músculo tibial anterior da pata direita foi lesado através de uma incisão, com bisturi contendo

3 EFEITO DO ULTRA-SOM NA RECUPERAÇÃO DE MÚSCULO TIBIAL ANTERIOR... duas lâminas com separação de 1 mm. O corte com 2 mm de profundidade estendeu-se por toda a largura do músculo, na região mediana ventral. 2.3.Tratamento com ultra-som terapêutico O tratamento com ultra-som foi conduzido utilizando-se um aparelho KW com cabeçote reduzido. Foi utilizada a freqüência de 1,0 MHz, com intensidade de 0,5 W/cm 2, modo pulsátil 1:5, por 5 min. O tratamento com utilização do ultra-som e simulação foi iniciado 24 h após a indução da lesão muscular. Os animais foram submetidos a eutanásia aos 3, 7 14 e 21 dias após a indução da lesão. O tratamento dos animais foi realizado durante três dias, para os que foram submetidos à eutanásia 3 dias após a indução da lesão. Os animais submetidos à eutanásia aos 7 dias foram tratados por 5 dias, os de 14 dias foram tratados por 10 dias e os de 21 dias foram tratados por 15 dias. O músculo tibial anterior lesado foi analisado em preparação histológica. 2.4.Análise histológica 167 com ultra-som demonstrou poucas fibras necróticas e neutrófilos, um reduzido número de macrófagos (38 ± 3,88; p<0,1), um grande número de vasos (11 ± 1,13; p< 0,1) e fibroblastos (62 ± 3,53; p<0,1) e novas fibras musculares (5 ± 0,35; p<0,001).) por µm 2 de tecido. O grupo com tratamento simulado apresentou um padrão histológico semelhante ao controle. A análise histológica do grupo controle mostrou um padrão histológico com o descrito por Huerme et al. (1991) e Kääriäinen et al. (1998). No modelo de lesão por laceração, utilizado no presente trabalho, foram observadas diferentes zonas após a injúria. No grupo controle analisado aos 3 dias após a indução da lesão (Figura 1), as extremidades do músculo cortado sofreram retração das miofibras, necrose das miofibras e houve formação de tecido de granulação frouxo, com poucas células inflamatórias e fibroblastos. Nos músculos de animais tratados (Figura 1) houve a demarcação de uma área de regeneração bem delineada, a partir da zona de sobrevivência das fibras musculares que permaneceram intactas. A análise histológica foi utilizada para determinar a extensão da regeneração e reparo. O músculo removido foi fixado em formol 10% por dois dias. A seguir incluído em parafina e os cortes (5 µm de espessura) foram corados com hematoxilina-eosina. 2.5.Análise estatística Os dados obtidos para os números de macrófagos, vasos sangüíneos, fibroblastos e fibras musculares novas dos três grupos experimentais foram analisados estatisticamente por análise de variância (one way ANOVA). 3.RESULTADOS O tratamento com ultra-som favoreceu a regeneração muscular avaliada através da análise do padrão histológico aos 3, 7 14 e 21 dias após a indução da lesão (Fig. 1, 2, 3 e 4). O grupo tratado com ultrasom mostrou um padrão histológico significativamente diferente dos grupos controle e placebo (tratamento simulado) e foram observadas três zonas distintas no sítio da lesão em recuperação. Os animais tratados com ultra-som apresentaram um padrão histológico compatível com regeneração e pouco reparo tecidual. A análise morfométrica do tecido muscular tratado Aos 7 dias após a indução da lesão, no grupo controle a necrose das miofibras ainda foi evidente, com maior número de fibroblastos e células inflamatórias (Figura 2). Durante este período o tecido conjuntivo da zona profunda se tornou progressivamente mais denso e ao mesmo tempo contraiu-se. Esse padrão não foi observado no grupo tratado (Figura 2), no qual houve regeneração evidente das miofibras. A análise histológica do grupo controle feita 14 dias após a indução da lesão (Figura 3) mostrou a presença de muitas células inflamatórias e o início da maturação dos miotúbulos em miofibras, visíveis pelos núcleos centrais, arredondados e cromatina descondensada e pela estriação citoplasmática. No grupo tratado (Figura 3) as fibras musculares em regeneração praticamente preencheram toda a região seccionada. Aos 21 dias após a indução da lesão (Figura 4) as fibras musculares em regeneração mostraram-se entrelaçadas com o tecido conjuntivo compactado. No grupo tratado após este tempo (Figura 4) houve a formação de uma estrutura organizada de fibras interlaçadas. Em todos os tempos analisados após a indução da lesão (Figura 1, 2, 3 e 4) o padrão histológico do grupo placebo foi muito semelhante ao padrão histológico do grupo tratado.

4 168 C. M. C. P. GOUVÊA et al. A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 Figura 1. Corte transversal do músculo tibial anterior de rato, 3 dias depois de submetido à lesão incisiva, corado com hematoxilina-eosina. A, controle, não tratado, B, tratamento simulado com ultra-som, C, tratamento por 3 dias com ultra-som, 1, região superficial, 2, região intermediária, 3, região profunda. Aumento 200x.

5 EFEITO DO ULTRA-SOM NA RECUPERAÇÃO DE MÚSCULO TIBIAL ANTERIOR A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 Figura 2. Corte transversal do músculo tibial anterior de rato, 7 dias depois de submetido à lesão incisiva, corado com hematoxilina-eosina. A, controle, não tratado, B, tratamento simulado com ultra-som, C, tratamento por 5 dias com ultra-som, 1, região superficial, 2, região intermediária, 3, região profunda. Aumento 200x.

6 170 C. M. C. P. GOUVÊA et al. A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 Figura 3. Corte transversal do músculo tibial anterior de rato, 14 dias depois de submetido à lesão incisiva, corado com hematoxilina-eosina. A, controle, não tratado, B, tratamento simulado com ultra-som, C, tratamento por 10 dias com ultra-som, 1, região superficial, 2, região intermediária, 3, região profunda. Aumento 200x.

7 EFEITO DO ULTRA-SOM NA RECUPERAÇÃO DE MÚSCULO TIBIAL ANTERIOR A1 B1 C1 A2 B2 C2 A3 B3 C3 Figura 4. Corte transversal do músculo tibial anterior de rato, 21 dias depois de submetido à lesão incisiva, corad com hematoxilina-eosina. A, controle, não tratado, B, tratamento simulado com ultra-som, C, tratamento p 15 dias com ultra-som, 1, região superficial, 2, região intermediária, 3, região profunda. Aumento 200x.

8 172 4.DISCUSSÃO Neste trabalho foi desenvolvido uma nova modificação da injúria muscular por laceração, com a separação das fibras musculares em cotos proximal e distal e foram analisados os padrões histológicos durante o processo de regeneração e/ou reparo do músculo tibial anterior de rato em animais tratados por ultra-som terapêutico e não tratados (controle). Assim, o exame histológico da recuperação muscular possibilitou relacionar os efeitos do ultra-som com alterações biológicas durante o processo de recuperação do músculo. Estes dados são muito importantes, tendo em vista que foi utilizado um protocolo de tratamento semelhante ao clínico e não há dados disponíveis na literatura sobre o acompanhamento do efeito do ultra-som ao nível histológico ao longo do tempo. O músculo tibial anterior foi considerado ideal para esses estudos porque é de fácil acesso para a cirurgia, apresenta-se ligado aos músculos vizinhos pelo epimísio, o que previne que ele se destaque após a transecção, ainda que parcial. As fibras musculares são paralelas da origem proximal à inserção distal e isto garante que a incisão corte todas as miofibras uniforme e perpendicularmente ao sentido longitudinal da fibra. A ausência de tendão no sítio da lesão assegura que o processo de recuperação seja caracterizado apenas pelas potencialidades do tecido muscular e do tecido de cicatrização. As alterações histológicas demonstraram que o ultra-som induziu a capacidade de recuperação muscular, com regeneração das fibras musculares e pouca formação de tecido fibrótico. O tratamento com ultra-som adiantou o processo inflamatório, sendo assim, pró-inflamatório. Isto talvez tenha sido importante para determinar a regeneração e menor reparo muscular, pois é conhecido que a remoção rápida de tecido necrótico estimula a formação de miotúbulos e diminui a proliferação de fibroblastos (Grounds, 1991). Além disso, o ultra-som estimulou também a angiogênese, outro fator importante no restabelecimento da lesão. O suprimento sangüíneo adequado possibilita a melhor nutrição do tecido, facilitando a presença das células de defesa. Isto foi observado pela presença de neutrófilos e macrófagos, no tecido tratado. A irrigação leva uma maior circulação do sangue aumentando a tensão de oxigênio. A alta tensão de oxigênio inibe a proliferação de fibroblastos, o que provavelmente contribuiu para a menor formação de tecido fibrótico nos animais tratados. Kääriäinen et al. (1998), estudando o processo de reparo do músculo sóleo de rato lesado por laceração completa, demonstraram que este músculo tem excelente capacidade de recuperação, C. M. C. P. GOUVÊA et al. com continuidade funcional, porém, houve formação de tecido cicatricial, atrofia muscular e falhas biomecânicas do músculo recuperado. O padrão histológico do músculo tibial anterior não tratado obtido no presente trabalho foi semelhante ao obtido por Garret et al. (1984). Esses autores observaram a formação de cicatriz densa no músculo extensor longo dos dedos de coelho, 12 semanas após a indução da lesão incisiva. A recuperação do tibial anterior em um período de tempo menor que o observado por outros autores sugere que este músculo apresenta boa capacidade de recuperação, mesmo sem tratamento local. No presente trabalho, aos 14 dias após a indução da lesão, nos animais tratados as fibras musculares em regeneração praticamente preencheram toda a região seccionada e aos 21 dias formaram uma estrutura organizada de fibras interlaçadas. Em uma lesão como no presente modelo a reinervação deve ter ocorrido em 3 semanas (Rantanen et al., 1995). As maiores diferenças entre os grupos de animais tratados e controle, ocorreram entre 3 e 7 dias após a indução da lesão. Nos animais do grupo controle foi evidente o reparo tecidual, observado pela presença de fibras musculares em degeneração e fibrose. O padrão histológico do grupo placebo foi semelhante ao controle, porém, apresentou menos tecido fibrótico (diferença estatisticamente não significativa), o que pode ser atribuído ao pequeno efeito de massagem do ultra-som, mesmo desligado. O modelo padronizado de lesão muscular por laceração oferece uma forma confiável para estudos de recuperação da lesão muscular e para outros estudos decorrentes do processo de regeneração em geral. Foi demonstrado que o ultra-som possibilita a regeneração muscular, sugerindo que a funcionalidade muscular foi reestabelecida. Estudos estão em progresso para avaliar a dose efetiva do tratamento com ultra-som. 5.CONCLUSÃO Os resultados do presente trabalho permitem concluir que o padrão histológico do músculo lesado e tratado com ultra-som foi muito diferente do padrão histológico do músculo lesado e não tratado (controle) e dos submetidos a tratamento simulado. A reação inflamatória foi acelerada pelo uso do ultra-som, o que possibilitou uma remoção mais eficiente de fibras necróticas no músculo tratado. O músculo tratado apresentou um maior número de vasos e fibras musculares recém-formadas. Os dados demonstram que o ultra-som estimulou a regeneração muscular, com conseqüente diminuição de tecido fibrótico.

9 EFEITO DO ULTRA-SOM NA RECUPERAÇÃO DE MÚSCULO TIBIAL ANTERIOR... AGRADECIMENTOS À FAPEMIG pela concessão de bolsa de iniciação científica. 173 PAPADMITRIOU, J.M.; ROBERTSON, T.A.; MITCHELL, C.A; GROUNDS, M.D. The process of new plasmalemma formation in focally injuried skeletal muscle fibers. J. Struct. Biol., v.103, p , REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARLSON, B.M.; FAULKNER, J. A. The regeneration of skeletal muscle fibers following injury: a review. Med. Sci. Sports Exerc., v.15, p , DYSON, M.; FRANKS, C., SUCKLING J. Stimulation healing of varicose ulcers by ultrasound. Ultrasonics, v.56, p , FOX, J.E.B.; GOLL, D.E.; REYNOLDS, C.C.; PHILLIPS, D.R. Identification of two proteins (actin-biding protein p235) that are hydrolyzed by endogenous Ca 2+ -dependent protease during platelet aggregation. J. Biol. Chem., v.260, p , GARRETT, W.E. Jr, SEABER, A.V.; BOSWICK, J.; URBANIAK, J.R.; GOLDNER, J.L. Recovery of skeletal muscle after laceration and repair. J. Hand Surg. (Am), v. 9, p , RANTANEN, J.; RANNE, J.; HURME, T., KALIMO, H. Denervated segments of injured skeletal muscle fibers are reinnervated by newly formed meuromuscular junctions. J. Neuropathol. Exp. Neurol., v.54, p , REHER, P.; ELBESHIR, E.I.; HARVEY, W., MEGHJI, S.; HARRIS, M. The stimulation of bon; formation in vitro by therapeutic ultrasound. Ultrasound Med. Biol., v.23, p , TIDBALL, J.G. Inflammatory cell response to acute muscle injury. Med. Sci. Sports Exerc., v.27, p , WANG, S.J.; LEWALLEN, D.G.; BOLANDER, M.E.; CHAO, E.Y.S.; ILSTRUP, D.M.; GREENLEAF, J.F. Low intensity ultrasound treatment increases strength in a rat femoral fracture model. J. Orthop. Res., v.12, p.40-47, GILLETTE, J.H.; MITCHELL, J.L.A. Ornithine decarboxilase: a bichemical marker of repair in damaged tissue. Life Sciences, v.48, p , GROUNDS, M.D. Towards understanding skeletal muscle regeneration. Path. Res. Pract., v.187, p.1-22, HURME, T.; KALIMO, H.; LEHTO, M.; JÄRVINEN, M. Healing of skeletal muscle injury: na ultrastructural and immuhistochemical study. Med. Sci. Sports exerc., v. 23, p , KÄÄRIÄINEN, M.; KÄÄRIÄINEN, J.; JÄRVINEN, T.L.N.; SIEVÄNEN, H.; KALIMO, H., JÄRVINEN, M. Correlation between biomechanical and structural changes during the regeneration of skeletal muscle after lacerative injury. J. Orthop. Res., v.16, p , McGEACHIE, J.K.; GROUNDS, M.D. Initiation and duration of muscle precursor replication after mild and severe injury to skeletal muscle. Cell Tiss. Res., v.248, p , 1987.

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