Verminderde spieratrofie tijdens immobilisatie door een eiwitrijk dieet?

Tekst: Cynthia van Doesum, paraveterinair en fysiotherapiestudente

Bewegen, misschien wel Het belangrijkste “medicijn”. Maar wat als bewegen (tijdelijk) niet mogelijk is?
Soms is er geen andere keus; wanneer een botfractuur moet helen mag de patiënt hier geen druk op uitoefenen. Er wordt een spalkverband aangelegd en hiermee worden alle spieren rondom het desbetreffende geïmmobiliseerde gewricht in 1x stilgelegd. Oftewel deze spieren worden geïmmobiliseerd.
Deze geïmmobiliseerde spieren zullen vervolgens al snel gaan atrofiëren. De mensen die zelf wel eens een gipsverband hebben gehad zullen gemerkt hebben dat hun gipsverband steeds losser kwam te zitten. Het is echter niet het gipsverband wat uitzet, maar de onderliggende spieren die atrofiëren.

“Bij spieratrofie is er sprake van een vermindering van de omvang van de spiervezels. Dit als gevolg van een activering van de proteolytische systemen en een verminderde eiwitsynthese in de skeletspier.
Dit resulteert in het dunner en zwakker worden van de skeletspiervezels” 1.

Wanneer er sprake is van spieratrofie zal er ook sprake zijn van atrofie van de bijbehorende pezen. De geïmmobiliseerde pees, welke voor 99% uit eiwitten(collageen) bestaat, zal degenereren. Na een maand immobilisatie is er gemiddeld nog maar 20% van de oorspronkelijke belastbaarheid over. Degeneratie van de pees verhoogt het risico op peesblessures na de immobilisatie ².
De hoeveelheid waarmee een skeletspier atrofieert is sterk afhankelijk van de specifieke spier. Bij een humaan onderzoek is aangetoond dat de m. quadriceps gemiddeld 0,5% van zijn omvang, per dag, verloor ³.
Opmerkelijk is dat de type 1 spiervezels (slow-twitch) sneller atrofiëren dan de type 2 spiervezels (fast-twitch).
Dit zorgt er voor dat spieren die voornamelijk bestaan uit type 1 spiervezels vatbaarder zijn voor atrofie. De spieren in de poten bestaan voor het grootste gedeelte uit type 1 spiervezels. Een leuk voorbeeld hiervan is een kippenpoot. Bij een kippenpoot is goed te zien dat de spieren vrij rood zijn van kleur. Deze rode kleur is te verklaren vanuit de grote hoeveelheid van myoglobine die in deze spier aanwezig zijn. Dit zorgt er voor dat de poten de hele dag gebruikt kunnen worden. Bij een kippenborst nijgt de kleur juist eerder naar wit. Deze bestaan voornamelijk uit type 2 spiervezels. De borstspieren van een kip worden dan ook veel minder vaak gebruikt. Deze moeten bijvoorbeeld een explosieve kracht kunnen leveren wanneer de kip haar vleugels wilt bewegen om te vluchten.
Bij immobilisatie door een spalkverband hebben we het over een immobilisatie van een poot, en juist deze is dus vatbaar voor spieratrofie.

“Als paraveterinair en fysiotherapie studente ben ik geïntrigeerd in de fysiologie van spieratrofie tijdens immobilisatie. Op zoek naar een antwoord om dit atrofiërende proces te remmen of te behandelen, ben ik vele recente wetenschappelijke onderzoeken doorgegaan. De samenvatting die ik hieruit heb gehaald zou ik graag willen delen omdat dit een onderwerp is waar iedereen die werkzaam is in de (dier)geneeskunde mee te maken kan krijgen. “

Hoe kan immobilisatie de zelfhandhaving van een skeletspier beïnvloeden?

De grootste factor bij spieratrofie door immobilisatie is de verminderde eiwitsynthese in de spier. De verminderde basale eiwitsynthese bij immobilisatie wordt zowel bij dieren als bij mensen in diverse onderzoeken bevestigd 4.

De zelfhandhaving van een spier is altijd afhankelijk van de balans tussen spieropbouw (eiwitsynthese) en afbraak van de spiereiwitten. Dit wordt ook wel proteostasis genoemd 5.
Veel onderzoeken zijn gedaan naar wat er gebeurd in een gezonde situatie. Zo is er bewijs voor een toename in eiwitsynthese na extra inname van eiwitten in combinatie met beweging 6-9. Hierop volgen vaak ook toename in kracht en massa 6-9.
In spieren die geïmmobiliseerd worden is aangetoond dat de eiwitsynthese verminderd 3,10. Daarbij is ook het vermogen om te reageren op eiwitten verminderd. Dit wordt ook wel ‘anabolic resistance’ genoemd 5,10,11. Maar ook bij immobilisatie zou een toename van eiwitinname voor een verhoogde eiwitsynthese moeten zorgen 4,5. Een geïmmobiliseerde spier verliest sneller massa omdat de proteostase niet meer kan worden gehandhaafd. Door de eiwitsynthese weer omhoog te reguleren zou de zelfhandhaving van de geïmmobiliseerde spier weer beter moeten kunnen worden.
Op humaan gebied is er veel onderzoek verricht naar de maximale hoeveelheid eiwit per maaltijd die gebruikt wordt voor eiwitsynthese in de spier. Het onderzoek van Areta et al. is één van de bekendste studies. Hier wordt aangetoond dat een herhaaldelijke opname van 20 gram eiwit per keer meer effect had op de stimulatie van de eiwitsynthese in de spier dan de opname van 10 gram of 40 gram eiwit per maaltijd 9. Grotere reviews laten zien dat een opname boven 1.6 gram/kg/dag aan eiwit zorgt voor een optimale eiwitsynthese in de spier 6,7,8. Echter tonen deze onderzoeken ook aan dat de eiwitopname per maaltijd tevens afhankelijk is van andere factoren zoals het type eiwit, leeftijd respondent, sportniveau respondent en of het samen met een maaltijd wordt genuttigd 8. Hieruit vloeit het advies voort dat bij mensen een optimale eiwitopname wordt bereikt door 0.4 g/kg/maaltijd te nuttigen verspreid over minimaal 4 maaltijden per dag 8. De gemiddelde mens zou genoeg hebben aan 0,8 gram, per kg, per dag aldus het Nederlandse voedingscentrum.
Op veterinair gebied zou er meer onderzoek moeten worden verricht om hier verdere uitspraken over te doen. Volgens de nieuwste FEDIAF (European Petfood Industry Federation) richtlijn uit oktober 2018, zou een volwassen hond minimaal 18 gram eiwitten per 100 gram droogvoeding binnen moeten krijgen. Tijdens de groei, dracht en lactatie loopt dit al op tot 25 gram per 100 gram droogvoeding. Bij een volwassen kat wordt er een minimum van 25 gram per 100 gram droge stof geadviseerd en bij een kat tijdens de groei, dracht of lactatie loopt dit op tot 30 gram per 100 gram droogvoer. Over een maximum van de eiwitinname is nog geen data bekend. Wel is bekend dat overtollige eiwitten omgezet worden in energie of uitgescheiden worden met de urine.
Een extra eiwitinname zou niet beperkt hoeven te worden tot dieren die geïmmobiliseerd zijn of dieren die juist in de sport actief zijn. Ook dieren die moeten herstellen van (brand)wonden en/of blessures hebben een verhoogde eiwitbehoefte.

Het diagnosticeren van spieratrofie
Wanneer een fractuur voldoende geheeld is en het (spalk-)verband eraf gehaald wordt zal er duidelijk te zien zijn dat de spieren van de desbetreffende poot afgenomen zijn in hun omvang. Deze spieratrofie zal kenbaar zijn voor het oog en zal ook te voelen zijn middels palpatie. Om de menselijke variabelen te verminderen en de spieratrofie meer te concretiseren kan er een musculoskeletal echografisch (MSK-echografie) onderzoek plaatsvinden. MSK-echografie (Eng= MSU) maakt het mogelijk om de dikte van een enkele spier, of van een spiergroep naar keuze, op te meten 12,13. MSK-echografie is een non-invasieve vorm van beeldvorming en tevens een stuk goedkoper dan het non-invasieve alternatief namelijk een MRI-scan laten maken.
Idealerwijs wordt de eerste echografische meting vooraf aan de immobilisatie verricht. Zo kan er berekend worden hoeveel de omvang van de spieren is afgenomen. Er kan ook gekozen worden om de geïmmobiliseerde poot na de immobilisatie te vergelijken met de andere voor- of achterpoot.
MSK-echografie kan niet alleen gebruikt worden om spieratrofie te diagnosticeren maar ook om het verloop te controleren. Zo kan er middels echografie worden aangetoond of het herstel van de geatrofieerde spieren goed verloopt. Tijdens een nacontrole kan er gecontroleerd worden of de spieren van de getroffen poot al volledig hersteld zijn. Wanneer dit niet het geval is kan de eigenaar thuis en/of onder begeleiding gericht doorgaan met versterkende oefeningen voor de poot. Door deze adequate behandeling kunnen bewegingsproblemen in de toekomst, zoals functionele instabiliteit, worden verminderd of zelfs worden voorkomen.

Literatuurlijst:

1. Bonaldo P., Sandri M. (2013). Cellular and molecular mechanisms of muscle atrophy. Disease Models and Mechanisms. 6(1): 25–39
2. Winkel, Dos 2006. Onderzoek en behandeling van peesaandoeningen. In: K. van Nugteren. Orthopedische casuïstiek, Bohn Stafleu van Loghum
3. De Boer M. D. et al. (2007). The temporal responses of protein synthesis, gene expression and cell signalling in human quadriceps muscle and patellar tendon to disuse. The Journal of Physiology. 585(Pt 1): 241–251
4. Gao Y. et al. (2018). Muscle Atrophy Induced by Mechanical Unloading: Mechanisms and Potential Countermeasures. Frontiers in Physiology. 9: 235
5. Cholewa J.M. et al. (2017). Dietary proteins and amino acids in the control of the muscle mass during immobilization and aging: role of the MPS response. Amino Acids. 49 (5): 811-820
6. Morton R.W. et al. (2018). A systematic review, meta-analysis and meta-regression of the effect of protein supplementation on resistance training-induced gains in muscle mass and strength in healthy adults. British Journal of Sports Medicine. 52(6): 376-384.
7. Pasiakos S.M. et al. (2015).The effects of protein supplements on muscle mass, strength, and aerobic and anaerobic power in healthy adults: a systematic review. Sports Medicine. 45(1): 111-31
8. Schoenfeld B.J., Aragon A. A. (2018). How much protein can the body use in a single meal for muscle-building? Implications for daily protein distribution. Journal of the International Society of Sports Nutrition. 15: 10
9. Areta J.L. et al. (2013) Timing and distribution of protein ingestion during prolonged recovery from resistance exercise alters myofibrillar protein synthesis. The Journal of physiology. 591(Pt 9): 2319–2331
10. Wall B.T. et al. (2016). Short-term muscle disuse lowers myofibrillar protein synthesis rates and induces anabolic resistance to protein ingestion. American Journal of Physiology. Endocrinoligy and Metabolism.310(2): E137-47
11. Mitchell C.J. et al. (2018) Impact of dairy protein during limb immobilization and recovery on muscle size and proteinsynthesis; a randomized controlled trial. Journal of applied physiology. 124(3): 717–728
12. Mourtzakis M., Wischmeyer P. (2014). Bedside ultrasound measurement of skeletal muscle. Current opinion in Clinical Nutrion and Metabolic Care. 17(5): 389-95
13. Mourtzakis M. et al. (2017). Skeletal Muscle Ultrasound in Critical Care: A Tool in Need of Translation. Annals of the American Thoracic Society. 14(10): 1495-1503